Гибридные привода автомобилей иностранного производства (стр. 1 из 2)

Глобальное потепление не могло оставить общественность равнодушной, и результатом этому стали жесткие нормы загрязнения окружающей среды, действующие во всех областях промышленности. Автомобили не стали исключением, и компании, их производящие, прилагают все усилия, чтобы их продукция была как можно более «чистой». Существует огромное множество способов решения этой проблемы – новые нейтрализаторы выхлопных газов, иные настройки двигателя и прочие.

Но одним из наиболее эффективных способов решения проблемы загрязнения окружающей среды автомобилями является внедрение гибридного привода. Вкратце его суть можно описать так: «в помощь» двигателю внутреннего сгорания устанавливается электромотор, обладающий небольшой мощностью, но огромным крутящим моментом.
Несмотря на то, что гибридные автомобили возникли и получили распространение недавно – буквально 6-7 лет назад, уже существуют различные схемы гибридного привод автомобиля.
Первая – и самая распространенная – когда электромотор стоит между двигателем и трансмиссией. Из-за небольших размеров, ограниченных теснотой пространства, он достаточно слаб и не может самостоятельно приводить автомобиль в движение. Обычно в этом случае электромотор играет роль стартера, так как установлен в непосредственной связи с коленвалом двигателя внутреннего сгорания. При такой схеме отдача электродвигателя достаточно невелика, поэтому результатом ее применения является небольшое снижение расхода топлива, и , как следствие – загрязнения.
Другая схема – электромотор установлен в трансмиссии. Мощность еще более ограничена, однако, в этом случае он может выполнять роль электромеханического актуатора, то есть, фактически, играть роль автоматической коробки передач. Достигается это двумя путями – либо применением сложного планетарного механизма, либо системы последовательной редукции. В этой схеме гибридный привод просто обеспечивает удобство и большую эластичность.

Электромотор также может приводить в движение одну из осей автомобиля. При таком его расположении, двигатель внутреннего сгорания приводит одну ось, а электромотор, независимо от него – другую. Эта схема обеспечивает автомобилю достоинства полного привода при отсутствии механических потерь и сложной и дорогой раздаточной коробки. Конечно, полностью заменить традиционный полный привод ей не удастся, зато такая схема обеспечивает высокую мощность электродвигателя, большую емкость его батарей и достаточно неплохую экономичность.
Все эти схемы размещения принадлежат к традиционным гибридам – то есть системам, когда электромотор питается от батареи аккумуляторов, которая, в свою очередь, заряжается генератором, приводимым двигателем внутреннего сгорания, либо рекуперацией энергии при торможении.
Но существуют и другие системы. Если традиционную гибридную систему можно назвать параллельной, то такую – последовательной. В этом случае двигатель внутреннего сгорания маломощный и предназначен только для зарядки аккумулятора, то есть не связан ни с колесами, ни с трансмиссией напрямую. Энергия, как и в традиционном гибриде, поступает на электромоторы, вращающие колеса. Но в этом случае становится возможным применение мотор-колес. Также при такой гибридной схеме дозарядка аккумулятора обычно возможна от обычной бытовой электросети.
Все гибридные системы, несмотря на различия в их устройстве и компоновке, обеспечивают большую мощность, удобство управления и экономичность, то есть при отсутствии снижения потребительских качеств, автомобиль с гибридным приводом приобретает новые, положительные качества. Так что гибридные системы – действительно ближайшее будущее автомобилестроения.

1. Характеристики гибридной системы

Автомобильная гибридная система сочетает два источника движущей силы, это ДВС и электродвигатель, с целью извлечь преимущества и компенсировать недостатки каждого из них. Такая система полностью автономна и не требует внешней подзарядки. Обладает следующими характеристиками:

- Сокращение энергетических потерь. Система автоматически останавливает двигатель на холостом ходу, не тратя энергию впустую, как в обычном случае.

- Возврат энергии и повторное использование. Энергия, которая в обычном случае потеряется в виде теплоты во время снижения оборотов двигателя и торможения, превращается в электрическую энергию, которая затем используется для питания стартера и электродвигателя.

- Мотор-помощник. Электрический мотор помогает двигателю во время набора скорости.

- Высокоэффективное управление работой. Система максимизирует выходной коэффициент полезного действия транспортного средства, используя электродвигатель, чтобы приводить в движение автомобиль при режимах работы на которых эффективность ДВС низка, и вырабатывая электричество при высокоэффективных режимах работы двигателя.

2. Анализ гибридного транспортного средства

2.1 История развития

В настоящее время разработкой гибридных автомобилей занимаются все крупнейшие автопроизводители мира, но это производство является убыточным, поскольку покупатели не готовы компенсировать разницу в стоимости высокотехнологичного автомобиля по сравнению со стандартным массовым. Поэтому, внедрение гибридной технологии в массовое производство оказывается по силам лишь самым экономически и технологически сильным производителям, таким как компания Toyota, которая вывела гибридную технологию в своём модельном ряде на недосягаемый остальным компаниям уровень.

В качестве анализа мы возьмём самую массовую из выпускающихся в настоящий момент моделей - Toyota Prius, имеющую гибридную систему второго поколения THS II

Концепт-кар Toyota Prius впервые демонстрировался на международной автомобильной выставке во Франкфурте в сентябре 1995 года. Информация тогда была весьма расплывчатой: переднеприводной автомобиль, у которого двигатель (почему-то оснащенный динамо-стартером и бесступенчатым вариатором вместо обычной коробки передач) работает в паре с тепловым аккумулятором, накапливающим энергию, отдаваемую тормозами. На остановках силовой агрегат выключался автомеханическим устройством. Хотя мотор числился полуторалитровым, расход топлива был неправдоподобно мал -3,6 л/100 км. Силовая установка Prius весьма интересна. Это двигатель внутреннего сгорания (1496 см3, 58 л.с. при 4000 об/мин), работающий в паре с тяговым электромотором переменного тока (30 кВт при 940 - 2000 об/мин). Компьютер самостоятельно, в зависимости от условий движения, определяет степень участия каждого из них. Оба (или каждый порознь) вращают через редуктор передние ведущие колеса. Серийные производство автомобиля началось в декабре 1997г., а в 2000г. начались его экспортные продажи. В 2003 году выпущена новая модель TOYOTA PRIUS II, которая бьет все рекорды продаж. Для приобретения данного автомобиля японцы вынуждены записываться в многомесячные очереди

2.2 Описание системы

Недавно разработанная система THS II нацелена одновременно на повышение мощности и на улучшение показателей работы трансмиссии, которая имеет преимущества в управлении и контроле над энергией. В результате, разработанная концепция Hybrid Synergy Drive заметно улучшает мощностные показатели, характеристики разгона, и в то же время автомобиль достигает наивысшего уровня экологичности в мире.

Новая система создана на основе уже имеющейся системы THS, использовавшейся в Prius первого поколения. Со ставкой на ещё большую эффективность система получила высоковольтную электрическую цепь между мотором и генератором, что позволяет эффективнее использовать энергию, снижая её потери на сопротивление. В системе THS II значительно увеличено использование электромотора в условиях, когда ДВС имеет низкую производительность, при таком режиме двигатель глушится и автомобиль движется только на электротяге. В условиях, когда производительность ДВС оказывается реализованной, система его использует в наиболее экономичном режиме, при этом вырабатывая нужное количество электричества. Также достигнута большая регенерация энергии во время сброса оборотов и торможения. Таким образом, увеличение входных и выходных показателей электрической эффективности реализовало стремление к достижению лучшей в мире топливной экономичности. Планируется прохождение THS II под правила ATPZEV (Прогрессивная Технология Транспортного Средства Практически Нулевого Выброса) в Калифорнии, США, которые предлагается ввести в 2005 году, удовлетворение Уровня Крайне Низких Выбросов (U-LEV) в Японии, а так же правил ЕВРО-4, вступающих в силу в 2004 году. Как это очевидно, системой осуществляется лучшая в мире чистота выхлопа.