Главная
Главная
О журнале
О журнале
Архив
Архив
Авторы
Авторы
Контакты
Контакты
Поиск
Поиск
Главлит придет, уверенно и беспощадн
Воспоминания и размышления журналиста и деятеля СЖ СССР в связи с приказом ФСБ...
№10
(388)
07.10.2021
Наука и техника
Новые гибридные силовые агрегаты для автомобилей
(№5 [95] 01.07.2004)
Автор: Сергей Никишин
Сергей  Никишин
Сейчас одна из важнейших проблем, стоящих перед автомобилестроением, – создание силовых агрегатов, с минимальными выбросами вредных продуктов сгорания топлива. Исследования в этой области ведутся по разным направлениям - это и совершенствование существующих тепловых двигателей, и создание двигателей новых типов, и разработка гибридных силовых агрегатов (гибридов).

Развитие гибридов базируется на целом ряде объективных причин. Современные автотранспортные средства при движении из начала в конец маршрута используют мощность, составляющую в среднем 20-30 % от номинальной мощности установленного на транспортном средстве двигателя. При торможении теряется от 15 до 60 % кинетической энергии, передаваемой автомобилю двигателем. Если эту энергию аккумулировать и потом использовать в режимах движения с перегрузкой, то можно было бы экономить 20-30% топлива. Увеличение расхода топлива относительно минимальных, повышение выбросов вредных веществ с отработавшими газами в существенной степени обусловлены работой двигателей внутреннего сгорания на неэффективных режимах. Остро стоит проблема обеспечения постоянной работы двигателей на режимах минимального расхода топлива и выброса вредных веществ.

Проблема топливной экономичности, снижения вредного воздействия автомобиля на окружающую среду успешно может быть решена при использовании в их конструкции гибридов, позволяющих по оценке специалистов снизить вредные выбросы в атмосферу на 50 % и более.
Использование в конструкции автомобиля двух различных источников энергии с функциональной связью создает два новых качества, которые не могут быть получены при применении их по отдельности. Первое качество заключается в возможности аккумулирования энергии основного источника – ДВС в случаях, когда он развивает избыточную мощность, а также тормозной энергии. Энергия, накопленная в аккумуляторах, используется в режиме тяги. Второе качество возникает при частичном восстановлении запаса энергии АКБ за счет внешнего источника, что позволяет уменьшить энергию, получаемую от ДВС, следовательно, снизить расход топлива и выброс токсичных веществ в атмосферу.

Перспективность автомобилей с гибридными силовыми агрегатами сейчас ни у кого не вызывает сомнений, поэтому практически все производители наземных транспортных средств активно занимаются созданием гибридов.

В настоящее время существуют два принципа построения гибридных силовых агрегатов – параллельный и последовательный. Параллельный гибрид отличается тем, что колеса приводятся и бензиновым двигателем, и электромотором. При этом сохраняется надобность в обычной трансмиссии, и двигателю приходится работать в неэкономичных разгонных режимах. А при последовательной схеме привода ДВС занимается лишь тем, что вращает генератор, работая в стационарном режиме, а колеса механически связаны только с электромотором.

Предлагаемая схема, рис.1, очень похожа на последовательную – ДВС занимается лишь тем, что вращает генератор, работая в стационарном режиме, однако генератор закреплен в корпусе агрегата с возможностью вращения статора и ротора, и колеса механически связаны не только с электромотором, но и статором генератора.

Нажмите, чтобы увеличить.


Работает такой гибрид следующим образом:
В режиме движения начала и движения с малой скоростью транспортного средства ДВС не работает, а электромотор вращает колеса, используя энергию аккумулятора.

В режиме движения со средней скоростью транспортного средства ДВС работает в экологическом режиме на фиксированных оборотах. При этом электрическая энергия от генератора поступает на электромотор и аккумулятор. Часть механической энергии ДВС передается колесам, при торможении статором ротора генератора, возникающим в результате взаимодействия их магнитных силовых полей.

В режиме разгона или движения с высокой скоростью транспортного средства ДВС работает в экологическом режиме на фиксированных оборотах. Генератор в зависимости от нагрузки работает в режиме генератора или электротормоза. При этом электрическая энергия аккумулятора поступает на электромотор. Часть механической энергии ДВС передается колесам, при торможении статором ротора генератора, возникающим в результате взаимодействия их магнитных силовых полей.

В режиме заднего хода электромотор работает в режиме двигателя, с противоположным направлением вращения.

В режиме плавного торможения элекромотор работает в режиме генератора. При этом происходит рекуперации энергии при торможении транспортного средства. Выработанная электрическая энергия поступает на аккумулятор.

Данная схема силового агрегата, обладая всеми достоинствами параллельной схемы, имеет меньшие массу и габариты, так как в режиме максимальной нагрузки мощность гибрида равна суммарной мощности его генератора и электромотора. Недостатком данной схемы является низкая эффективность использования ДВС при движении транспортного средства в городских условиях, с частыми и продолжительными остановками.

Для решения этой проблемы предлагается использовать в конструкции гибрида инерционного накопителя (маховика) механически связанного с ДВС.

Это позволяет повысить эффективность использования ДВС, и или уменьшить емкость, а значит и массу аккумулятора, или мощность, а также массу ДВС.

В случае применения этой конструкции для транспортных средств с небольшим пробегом, от использования ДВС можно отказаться, но и вместо генератора придется использовать электромотор-генератор. В результате получается гибрид, рис.2, с нулевыми вредными выбросами.

Нажмите, чтобы увеличить.


Работает такой гибрид следующим образом:

В режиме движения с малой скоростью электромотор-генератор работает в режиме генератора. При этом электрическая энергия поступает в аккумулятор. Часть механической энергии маховика передается колесам, при торможении статором ротора электромотор-генератора, возникающим в результате взаимодействия их магнитных силовых полей.

В режиме движения со средней скоростью транспортного средства электромотор-генератор работает в режиме электромагнитного тормоза. При этом электрическая энергия поступает на электромотор-генератор от аккумулятора. Часть механической энергии маховика передается колесам, при торможении статором ротора электромотор-генератора, возникающим в результате взаимодействия их магнитных силовых полей.

В режиме разгона или движения с высокой скоростью транспортного средства к работе подключается электромотор, добавляя свою мощность.

В режиме остановки электромотор-генератор работает в режиме двигателя, с направлением вращения ротора противоположным направлению вращения маховика. Электрическая энергия поступает от аккумулятора. В этом режиме тормозная система транспортного средства должна блокировать колеса. При этом происходит накопление механической энергии в маховике.
В режиме заднего хода электромотор работает в режиме двигателя, с противоположным направлением вращения.

В режиме плавного торможения электромотор работает в режиме генератора. При этом происходит рекуперации энергии при торможении транспортного средства. Выработанная электрическая энергия поступает на аккумулятор.

Предлагаемое техническое решение охватывает более 20 конструкций гибридных силовых агрегатов создаваемых путем комбинации различных типов тепловых двигателей (ДВС, газотурбинный двигатель и т.д.), источников энергии (топливный элемент, стационарный источник и источник, подключаемый через подвижный контакт), накопителей электрической (аккумулятор и конденсатор) и механической энергии (маховик и т.д.), одной или несколькими электромашинами, одним или несколькими ведущими колесами. Особенно важно отметить возможность использования в качестве теплового двигателя газотурбинного двигателя без тяжелого и громоздкого редуктора, что позволяет повысить КПД, мощность и снизить массо-габаритные показатели агрегата транспортного средства.

Автомобилестроение России, отставая на 20-30 лет, развивается по пути развития ведущих мировых производителей автомобилей: совершенствует конструкции автомобилей с классической схемой привода ДВС – сцепление коробка передач карданные валы – главная передача – привод колес. Достичь превосходства над конкурентами, повторяя их путь развития, проблематично, поэтому требуются именно такие решения, которые могут дать возможность подняться по конкурентоспособности выпускаемой продукции до их уровня.


__________________________
© Никишин Сергей Владимирович
Виноградари «Узюковской долины»
Статья о виноградарях Помещиковых в селе Узюково Ставропольского района Самарской области, их инициативе, наст...
Человек-эпоха. К 130-летию Отто Юльевича Шмидта
Очерк о легендарном покорителе арктики, ученом-математике О.Ю.Шмидте.
Интернет-издание года
© 2004 relga.ru. Все права защищены. Разработка и поддержка сайта: медиа-агентство design maximum