Гібридні автомобілі.  Гідності й недоліки.
Химия

Гібридні автомобілі. Гідності й недоліки.


7 Гібридні автомобілі. Гідності й недоліки

Гібридний автомобіль – високоекономічний автомобіль, що рухається системою «електродвигун – двигун внутрішнього згоряння» (далі двигун), що живиться як пальним, так і зарядом електричного акумулятора. Головна перевага гібридного автомобіля – зниження витрати пального та шкідливих вихлопів. Це досягається повним автоматичним керуванням режиму роботи системи двигунів за допомогою бортового комп’ютера, починаючи від своєчасного відключення двигуна під час зупинки в транспортному потоці, з можливістю продовження руху без його запуску, виключно на енергії акумуляторної батареї, і закінчуючи складнішим механізмом рекуперації – використання електродвигуна як генератора електричного струму для поповнення заряду акумуляторів.

Гібридна силова установка поєднує сучасний двигун внутрішнього згоряння, технологічно поєднаний з електромоторами. Весь комплекс управляється електронною системою, і звичайно всі компоненти відрізняються високою якістю. Гібридна силова установка керує витратою енергії залежно від умов руху автомобіля.

Початок руху (для початку руху та при русі на малих швидкостях використовується тільки електромотор):

– при наборі швидкості батарея спрямовує свою енергію на блок керування електроживленням;

– блок управління спрямовує енергію на електромотори, розташовані у передній та задній частинах автомобіля;

– передній та задній електромотори дозволяють автомобілю плавно рушати з місця.

Рух:

Під час руху автомобіля в нормальному режимі привід коліс здійснюється за рахунок бензинового двигуна та електромоторів; енергія двигуна розподіляється між колесами та електричним генератором, який у свою чергу приводить у рух електромотори.

Розподіл енергії перебуває під контролем для забезпечення максимальної ефективності. При необхідності генератор також заряджає батареї, віддаючи йому надлишки енергії.

Розгін:

– бензиновий двигун розганяє автомобіль, працюючи у нормальному режимі;

– для покращення динаміки додаткова енергія надходить від електродвигуна;

– при роботі у нормальному режимі бензиновий двигун також забезпечує енергією генератор;

– генератор може спрямовувати надлишки енергії на блок керування електроживленням.

Гальмування:

– при гальмуванні кінетична енергія перетворюється на електрику;

– електромотори спрямовують його на блок керування електроживленням;

-Блок управління електроживленням повертає енергію на високовольтну батарею. Бензиновий двигун автомобіля працює у звичайному режимі.

Завдання гібридної силової установки:

1. Забезпечення високих експлуатаційних характеристик та набору швидкості за рахунок миттєвої подачі енергії.

2. Збереження енергії при гальмуванні: частина енергії перетворюється на електрику, решта – на теплову енергію (порівняно зі звичайним автомобілем, у якого на «тепло» йдуть усі 100%).

3. Забезпечення автомобіля найсучаснішою системою керування витратою енергії.

4. Зниження маси та розмірів компонентів.

Схеми підключення двигунів гібридного автомобіля:

– Послідовна схема (рисунок 7.1) – малопотужний ДВЗ з’єднаний лише з генератором електроенергії, а електричний двигун – з колесами. ДВЗ надає руху невеликий генератор електричного струму, вироблювана електроенергія від якого надходить до акумуляторних батарей, що забезпечує живлення електричного мотора. При такій схемі підключення ДВС ніколи безпосередньо не приводить транспортний засіб в рух, і головним силовим механізмом є електромотор. Конструкція таких гібридних автомобілів передбачає використання акумуляторів збільшеної ємності. На сьогоднішній день представниками Plug-in Hybrid є моделі Chevrolet Volt, Opel Ampera.

– Паралельна схема (рисунок 7.2 а) – ДВЗ, електричний двигун та коробка передач з’єднуються за допомогою автоматичних муфт. Дана схема властива практично для всіх помірних гібридів і ряду повних (наприклад, Audi Duo). Для гібридних автомобілів з паралельною схемою характерна можливість як одночасного, так і роздільного використання можливостей ДВЗ та електродвигуна для руху коліс. Електричний двигун сприяє швидкому розгону транспортного засобу, а також забезпечує виконання функції рекуперативного гальмування. Гібриди з паралельною схемою Hyundai Elantra Hybrid, Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid.

– Послідовно – паралельна схема (змішана) (малюнок 7.2 б) – планетарний редуктор забезпечує зв’язок ДВЗ, електрогенератора та електричного двигуна. Яскравими прикладом гібридних автомобілів із послідовно-паралельною схемою (Full Hybrid) є Toyota Prius, Ford Escape Hybrid, Lexus RX 450h.

clip_image002

Рисунок 7.1 – Послідовна схема підключення двигунів гібридного автомобіля

а) б)

clip_image004 Рисунок 7.2 – Послідовна схема підключення двигунів гібридного автомобіля:

а – паралельна схема підключення двигунів гібридного автомобіля;

б-послідовно-паралельна схема підключення двигунів гібридного автомобіля

Переваги автомобілів з гібридною установкою

1. Економна експлуатація

Економна експлуатація – головна перевага гібридів. Щоб досягти її, необхідно було шукати баланс, тобто врівноважити всі технічні показники машини, але при цьому зберегти всі корисні параметри звичайного автомобіля: його потужність, швидкість

швидкого розгону, і багато інших, дуже важливих характеристик, закладених у сучасних автомобілях. Мало того, здатність накопичувати енергію, у тому числі і не втрачати даремно кінетичну енергію руху під час гальмування, а заряджати акумуляторні батареї, крім основних явних переваг, привнесло автолюбителям деякі побічні «дрібні радощі», наприклад, менший знос гальм.

Як було досягнуто економії:

– зниженням обсягу та потужності двигуна;

– робота двигуна в оптимальному та рівномірному режимі, у значно меншій залежності від умов їзди;

— Повна зупинка роботи двигуна, коли це необхідно;

— Можливість руху тільки на електродвигунах;

– рекуперативне гальмування із зарядом акумулятора.

2. Екологічна чистота

Зниження витрати вуглецевого палива негайно позначилося на екологічній чистоті. Повна зупинка роботи двигунів у місцях скупчення автомобілів на дорогах міст, і насамперед у пробках, має найпершу роль. Застосування акумуляторних батарей, набагато меншої ємності, ніж в електромобілях, знизило проблему утилізації використаних акумуляторів. Розвиток гібридної технології в громадському транспорті і для вантажних автомобілів ще більше покращить екологічну обстановку міст.

3. Гарні ходові характеристики

Тепер немає необхідності встановлювати двигун із розрахунку пікових навантажень експлуатації. У момент, коли необхідно різке посилення тягового навантаження, в роботу включаються одночасно електро-, так і звичайний двигун (а в деяких моделях і додатковий електродвигун). Це дозволяє заощадити на установці менш потужного двигуна внутрішнього згоряння, що працює основний час у найбільш сприятливому для себе режимі. Такий рівномірний перерозподіл та накопичення потужності, з подальшим швидким використанням, дозволяє використовувати гібридні установки в автомобілях спортивного класу та позашляховиках. Незважаючи на те, що електродвигуни мають досить сильний момент, що крутить, в перерахунку на масу і габарити двигуна, в порівнянні з іншими двигунами, розробники все ж у ряді моделей встановлюють не занадто потужні електродвигуни, зменшуючи їх габарити. При цьому, з метою підсумовування потужностей, застосовуються комбіновані схеми передачі моменту, що крутить, з прямою передачею механічного крутного моменту, безпосередньо від двигуна.

4. Збільшення дальності пробігу

Час – це найцінніший ресурс для людини. Виняток половини заїздів на заправні станції, і навіть більшої кількості таких заїздів, при їзді містом, вивільняє в автовласника деяку кількість часу інших великих і важливих справ.

5. Збереження та повторне використання енергії

Усунено головний недолік двигуна на вуглецевому паливі — неможливість повернення енергії назад у вуглецеве паливо. Інженери з транспорту давно намагалися зберегти енергію руху при гальмуванні, щоб її використати. Наприклад, застосовувалися спеціальні конструкції з великим маховиком. Але тільки електричну енергію вдається зберегти з мінімальними втратами і максимально дешево. Як накопичувач застосовуються як акумулятори, так і спеціальні конденсатори.

6. Звичайне заправлення паливом

Електромобілі поки що мають один великий недолік — необхідність заряджання акумулятора. Процес довгий і вимагає деякого спеціально обладнаного пункту зарядки. Таким чином він стає непридатним для тривалих та далеких поїздок. Але вже розроблено технології, що дозволяють заряджати літій-іонні акумулятори з електродами з наноматеріалів до 80% ємності за 5-15 хвилин.

У гібридного автомобіля цей недолік усунено. Заправка здійснюється за звичною схемою, звичайним вуглецевим паливом, тоді, коли це необхідно, подальший рух можна негайно продовжити.

Недоліки автомобілів із гібридною установкою

1. Висока складність

Гібридні автомобілі складніші і дорожчі за традиційні автомобілі з двигунами внутрішнього згоряння. Акумуляторні батареї мають невеликий діапазон робочих температур, схильні до саморозряду. Крім того, вони дорожчі у ремонті. Досвід автоіндустрії США говорить про те, що автомеханіки беруться за ремонт гібридних автомобілів з великим небажанням. США намагаються вирішити проблему дорожнечі податковими пільгами.

Не всі великі автовиробники змогли створити власну гібридну систему. Компанія Porsche відмовилася від спроб самостійного виробництва гібридного автомобіля. Компанія Mitsubishi спочатку не намагалася створити гібридний автомобіль, а сконцентрувала усі свої зусилля на розробці електромобілів.

2. Утилізація акумуляторів

Гібридні автомобілі, як і електромобілі, хоч і меншою мірою, схильні до проблеми утилізації акумуляторів. Вплив акумуляторів, що викидаються, на навколишнє середовище, мабуть, ніхто не досліджував. Адже воно може бути небезпечним.

3. Висока вартість деяких моделей.

Природно складність і «нетрадиційність» створення деяких моделей спричиняє збільшення ціни на автомобілі.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *