трусики женские украина

На головну

Гібридні двигуни в автомобілебудуванні - Транспорт

РЕФЕРАТ ПО ФІЗИЦІ

"ГІБРИДНІ ДВИГУНИ В АВТОМОБІЛЕБУДУВАННІ"

Введення

Головна задача гібридного автомобіля - зниження витрати палива, а також зниження шкідливих викидів в атмосферу. 78% викидів вуглекислого газу за повний життєвий цикл звичайного автомобіля доводяться на його експлуатацію і лише 22% - на все інше. Тому 4% «добавки» на виробництво і переробку батареї, електромотора і генератора гібрида з лихвою компенсуються зниженням викидів на 30% під час їзди. Останнім часом, в зв'язку з високими цінами на нафту і постійним підвищенням екологічних вимог, ринковий попит на подібні автомобілі зріс багато разів. При цьому, вдосконалення технологій і податкові пільги виробникам гібридів знижують вартість їх виробництва, порівнянну в наш час з вартістю виробництва звичайного автомобіля. Власники таких транспортних засобів в багатьох країнах вже декілька років мають пільги при сплаті дорожнього податку і звільнені від плати на муніципальних парковках.

Перші розробки з'явилися на рубежі 19 - 20 у.в. Першим автомобілем з гібридним приводом вважається Lohner-Porsche. Автомобіль був розроблений конструктором Фердінандом Порше в 1900-1901 роках. Починаючи з 1897 року і протягом 10 подальших років, французька Compagnie Parisienne des Voitures Electriques випустила партію електромобілів і машин з гібридними двигунами. У 1900 році General Electric сконструювала гібридний автомобіль з 4-цилиндровым бензиновим мотором. А з конвейєра Walker Vehicle Company of Chicago «гібридні» вантажівки сходили до 1940 року. Варто помітити, що ресурсні і екологічні проблеми в ті часи ще не розглядалися. Просуванню ж гібрида «в масу» тоді перешкодила висока ціна комлектуючий електроустановок, а також малі потужності і непомірна вага елементів живлення (акумуляторних батарей).

Гібридний автомобіль - це автомобіль, що приводиться в рух системою «ДВС - накопичувач енергії - привід».

У залежності від задач, які ставлять перед собою конструктори, використовуються різні схеми, у кожної з яких є достоїнства, недоліки і просто особливості.

1. По методу підключення двигуна і накопичувача енергії до приводу схеми діляться на: послідовні, паралельні і паралельно-послідовні. Послідовна кінематична схема енергетичної установки виключає механічний зв'язок коліс з первинним джерелом енергії. ДВС є джерелом енергії для електрогенератора, який, в свою чергу, живить електродвигуни приводу коліс. Між генератором і двигуном (двигунами) приводу розташований накопичувач енергії (акумуляторна батарея (АБ) або суперконденсаторы). Накопичувач акумулює надлишки електроенергії, що виробляється генератором, отримує енергію рекуперации при гальмуванні, забезпечує пікові навантаження на колесах. Схема дозволяє стабілізувати режим роботи первинного двигуна в плані максимальної паливної ефективності і мінімальних викидів, виключити конструктивні елементи механічної передачі: коробки передач, вали і т.д. При збереженні моменту приводу можна використати двигун меншої потужності. Впровадити таку схему найбільш просто, т. до. можна забезпечити будь-яке компонування елементів приводу (відсутня передача енергії по механічному каналу). Електрична схема також досить проста, її можна застосувати як з ДВС, так і з альтернативними джерелами енергії (паливними елементами і т.д.). До недоліків схеми відносяться двійчасте перетворення енергії (теоретично - нижче за КПД), необхідність застосування електромашин і силового перетворювача на повну потужність приводу, відносно висока ціна комплекту тягового обладнання. Паралельна схема забезпечує передачу енергії на колеса як від ДВС, так і паралельно - від електродвигуна. При цьому накопичувач енергії працює так само, як в послідовній схемі. Електродвигун компенсує нерівномірність роботи ДВС і нестачі моменту, забезпечуючи плавність ходу і економію палива за рахунок енергії накопичувача, отриманої при рекуперативном гальмуванні. При малих оборотах рух транспортного засобу може забезпечувати тільки електродвигун, а ДВС включається в роботу при наборі достатньої швидкості руху. Схема має відносно високий КПД і хороші массогабаритные показники, до того ж, вона відносно недорога (енергоустаткування застосовується тільки на частину повної потужності). До недоліків схеми відносяться складність механічного узгодження роботи ДВС і електроприводу, обмеження в компонуванні, необхідність застосування пристроїв механічного узгодження (коробок передач спеціальної конструкції). Правда, від узгодження роботи ДВС і електроприводу можна піти, забезпечивши передачу ними моменту на різні осі (колеса), однак такий прийом не завжди допустимо за умовами розміщення тягового обладнання і балансу маси транспортного засобу. Істотним недоліком схеми є також нестабільність роботи ДВС, відповідно, гіршають показники викидів в порівнянні з послідовною схемою. Комбінована схема поєднує переваги послідовної і паралельної схем за рахунок спеціального пристрою узгодження роботи ДВС і електродвигуна (наприклад, несиметричний планетарний диференціал). Пристрій узгодження дозволяє перерозподіляти потоки потужності між двома джерелами енергії (тепловий двигун і електричний накопичувач) і двома каналами передачі енергії на колеса (механічним і электромеханическим) і передавати потужність між ними в будь-якому напрямі. У такій схемі може працювати як одне джерело енергії (ДВС або накопичувач електроенергії), так і відразу два (ДВС і накопичувач), а обертання передається на колеса як механічним, так і електричним двигунами, або тільки одним з них (будь-яким). Така схема забезпечує високу економічність, максимальну гнучкість в режимах роботи системи тягового приводу, але є досить складною в розробці і реалізації, вимагає створення складних і дорогих механічних елементів. 2. По типах накопичувачів схеми можуть бути електричні (на основі електрохімічних акумуляторів); механічні (на основі пневматичних акумуляторів); інерційні (маховик).

Пристрій і принцип роботи гібридів

Гібридна машина має: звичайний бензиновий двигун, або турбодизель з безпосереднім уприскуванням. Дизельні силові агрегати використовують неохоче, оскільки їх основні проблеми - викиди сажі і оксидів азоту. Щоб укластися в перспективні жорсткі норми по токсичности, доведеться «вішати» на дизельні мотори дуже дорогі фільтри і нейтрализаторы, які додатково знижують потужність;

- паливний бак, де зберігається паливо для ДВС;

- електромотор. Сучасна електроніка робить його мотором і генератором одночасно. Він бере енергію з електричних батарей для прискорення автомобіля, і відновлює енергію при гальмуванні, переходячи в режим генератора (так зване «рекуперативное гальмування»);

- генератор. Виробляє електроенергію, яка запасається в акумуляторі;

- батареї. Джерело енергії для електромотора;

- трансмісія. Передає момент, що крутить на колеса.

Гібридизація по-тойотовски

Toyota лідирує по кількості гібридів і активно випускає ці автомобілі з 1997 року, причому в модифікаціях як звичайних автомобілів серії Prius, паркетних внедорожников серії Lexus RX400h, так і автомобілів люкса-класу - Lexus LS 600h.

У серпні 2009 року сумарне виробництво автомобілів Prius перевищило 2 мільйони примірників. За чотири роки було зроблено біля 150 тисяч гібридних кроссоверов. Частка версії 400h в загальному об'ємі продажу машини досягла 69 відсотків, а по Західній Європі цей показник ще вище: 95%! Технологію гібридного приводу Toyota Hybrid Synergy Drive ліцензували Ford (Escape Hybrid), Nissan (Altima Hybrid).

Розглянемо принцип роботи гібридного автомобіля на прикладі послідовно - паралельної гібридної силової установки Hybrid Synergy Drive, яку встановлює на свої автомобілі компанія Toyota. Термін «синергия» означає спільну дію декількох компонентів. У силовій установці Hybrid Synergy Drive поєднуються бензиновий двигун - і два електромотори. Вірніше, їх три, але про третього, який забезпечує задній привід, поки забудемо. Бензиновий двигун - це V-образна шістка, об'ємом 3,3 л, потужністю 150 кВт. Два електромотори, які розташовуються в передній і задній частинах і приводять в рух, відповідно колеса переднього і заднього мостів, мають сумарну потужність 200 кВт і робоче напруження 650В. Високовольтна акумуляторна батарея, яка живить обидва електромотори і запасає енергію при рекуперативном гальмуванні, також є невід'ємною частиною системи.

Пристрій розподілу енергії - це зв'язуюча ланка між ДВС, електромоторами і генератором. У цьому випадку його роль грає компактна планетарна передача, що володіє малою масою і меншою кількістю рухомих частин, в порівнянні з 5-ти або 6-ти ступінчастими АКПП автомобілів премиум - класу, що в свою чергу, веде до підвищення надійності і збільшення терміну служби цього вузла.

Енергетичний центр, керуючий створенням і розподілом запасів енергії, складається з високовольтної никельметаллгидридной акумуляторної батареї, блоку управління енергією, напівпровідникового комутаційного пристрою і рекуперативной гальмівної системи. Блок управління енергією і напівпровідниковий пристрій перемикання управляють потоком енергії між генератором, батареєю і електромоторами. Дані пристрої здійснюють перетворення електроенергії відповідно до потреб системи. Потреба в перетворенні продиктована наступними причинами: генератор і електромотори - машини змінного струму, в той час як акумуляторна батарея оперує постійним струмом, крім того, вихідне напруження батареї не відповідає вихідному напруженню генератора, а також вхідному напруженню електромоторів. Инвертор - блок, що перетворює постійний струм, що поступає від акумуляторної батареї, в змінний, що використовується для живлення електромоторів. У даній гібридній силовій установці передбачена високовольтна схема перетворення постійного струму одного напруження в постійний струм більш високого напруження. При цьому відбувається рівномірне зростання електричної потужності при тій же величині амперажу.

При рекуперативном гальмуванні система переводить мотори в генераторний режим. Енергія, що Виробляється при цьому поступає на зберігання в акумуляторну батарею. Особливо ефективно зберігає енергію при їзді в міських умовах режим «старт - стоп», який дозволяє автоматично глушити двигун при зупинках або навіть під час уповільнення.

Для початку руху і на малих швидкостях використовується тільки електромотор. При плавному наборі швидкості енергія, запасена в батареї, поступає на блок управління електроживленням, який, в свою чергу, направляє енергію на електромотори, що дозволяє автомобілю плавно рушати з місця.

При русі в нормальному режимі момент на ведучі колеса поступає з ДВС і електромоторів. При необхідності генератор здійснює заряд батареї, віддаючи їй надлишки енергії.

З метою забезпечення максимальної ефективності розподіл енергії контролюється електронним блоком управління.

При розгоні бензиновий двигун працює в нормальному режимі, а при необхідності, додаткова енергія для поліпшення динаміки поступає від електромоторів.

Для оптимізації кількості енергії, що зберігається, електроніка приймає рішення про те, коли потрібно використати гідравлічну систему гальмування, а коли - рекуперативное гальмування.

Хотілося б окремо сказати декілька слів про високовольтну акумуляторну батарею. Компанія Toyota вже довгий час використовує никельметаллгидридные батареї, які переносять низькі температури без помітного зниження робочих характеристик. Японці проводили випробування при температурі біля мінус 30, і автомобіль заводився і нормально працював. Термін служби батареї - такий же, як і у всього автомобіля, 300-350 тисяч кілометрів.

Перший серійний гібридний «Мерседес»

Це «Мерседес» S400 BlueHybrid, в якому 279 - сильному двигуну допомагає електромотор, потужністю 15 кВт (20 л.с.). Конструкція гібрида проста - в маховик автомобіля вбудований електричний мотор-генератор, що віддає струм акумуляторній батареї при гальмуванні і «що підробляє» тяговим двигуном при розгоні. І все. Ніяких сцеплений, як у Infiniti або Porsche, вже не говорячи про хитромудру планетарну схему тойотовского гібридного приводу. Відповідно, Mercedes S 400 BlueHybrid не може безшумно їхати на «чистій» электротяге, взагалі не забруднюючи повітря. Але мерседесовцы вказують на достоїнства своєї схеми. Витрата палива в змішаному циклі складає до 7,9 літра на 100 км - це на 2,2 літри менше, ніж у бензинового Мерседеса S 350. Викиди ЗІ скорочуються на 21% - до рекордних в класі 190 р./км. Для порівняння: гібридний Lexus LS 600h викидає 219 грамів вуглекислоти на кілометр пробігу, але при цьому сумарна потужність силової установки з пятилитровым мотором V8 у нього на 146 л.с. вище. Ще один плюс цієї конструкції - компактність і мала маса «гібридних» вузлів. Кузов не зажадав доробок, салон і багажник залишилися незайманими. Надбавка у вазі становила всього 75 кілограмів. А гібридний Lexus став важче звичайного бензинового на 200 кг. Обійтися «малою кров'ю» вдалося завдяки застосуванню маленької лиття-іонної батареї об'ємом всього 13 літрів, що встала на місце звичайного акумулятора під капотом. Батарею, одинаково як і всі інші компоненти гібридного приводу, постачає концерн Continental - причому не тільки на Daimler, але і на BMW: точно така ж механіка буде і у гібридної «сімки» BMW.

Лиття-іонні батареї залучають інженерів давно. Але «хочеться, так колеться» - компактні і ефективні батареї... вибухонебезпечні. Велика імовірність неконтрольованої «разгонной» реакції, коли перегрів провокує різке прискорення хімічної активності, в свою чергу зухвале виділення тепла і лавиноподібний ефект. Німецька батарея складається з 35 акумуляторів циліндричної форми, хоч, наприклад, Nissan запевняє, що більш ефективні плоскі «конвертные» осередки. Від вибуху батарею оберігають система охолоджування, підтримуюча температуру від 15 до 35 градусів, і електронна система управління і діагностики, що харчується від маленького резервного 12-вольтового акумулятора в багажнику. А якщо все ж рвоне? Тоді допоможе корпус, зроблений за допомогою лазерного зварювання з високоміцної сталі, - він покликаний захистити батарею і від руйнування при аварії. Є у лиття-іонної батареї ще один підступний недолік. Після розрядки «в нуль» її доведеться викинути - тим часом як никельметаллгидридные акумулятори, які використовуються на нинішніх гибридомобилях Toyota, Lexus і Honda, після «спустошення» відновлюються повністю. Добре, що темп саморазряда у лиття-іонних акумуляторів невеликий - по 5 відсотків в місяць. На ходу Mercedes S 400 BlueHybrid нічим особливим не виділяється. Двигун запускається, лише при відпущенні педалі гальма, - це працює система «старту-стоп». Маленький акумулятор використовується «по повній». Так і заряджається швидко - на спусках, довжиною 3-4 кілометра запас електроенергії поповнюється з мінімально допустимих 30 відсотків до максимальних 90 із зайвим. А варто торкнутися гальма - і заряд зростає прямо на очах. Плавне гальмування з уповільненням до 0,2 g забезпечує тільки генератор, причому від режиму «автомата» ефективність рекуперации не залежить. За даними компанії Continental, в реальному житті чотири з п'яти торможений проводяться з уповільненням не більше за 0,3 g - так що крім отримання дармовой рекуперированной енергії можна здорово зекономити і на зносі гальм. А вони спрацьовують тільки при більшому натисненні на педаль. Правда, гальма у S-класу традиційні, а не электрогидравлические, як на гібридних седанах Lexus, і для гібрида мерседесовцам довелося конструювати оригінальний педальний вузол. Перед повною зупинкою, як тільки швидкість падає нижче за 15 км/ч, двигун для економії палива глушиться - значить, зупиняється і мотор-генератор. Знов він заведеться, як тільки водій зніме ногу з педалі гальма. Запуск від 15-киловаттного електромотора, що розкручує мотор відразу до 500-600 про/міна відбувається швидше, ніж від звичайного 12-вольтового стартера потужністю 1-1,5 кВт. Правда, в самих повільних пробках система «старту-стоп» не працює: електроніка допускає тільки чотири цикли «старту-стоп» підряд. Не глушиться двигун і при прогріванні, на морозі (якщо температура в системі охолоджування впала нижче за 60 градусів), при заряді батареї менше за 30 відсотків і в парковочных режимах після включення заднього ходу. Мерседесовцы запевняють, що вже в цьому поколінні S-класу з'явиться дизельна гібридна установка, але проблема більш бучливого і вибронагруженного перезапуску дизельного двигуна поки не вирішена - справа навіть не дійшла до ходових випробувань. Нові гібридні моделі німці обіцяють показувати не рідше, ніж раз в рік. Причому наступним буде двухрежимный «повний» гібрид на базі внедорожника М-класу з планетарною трансмісією за зразком тойотовской! Японських патентів мерседесовцы не купували - вони запевняють, що удосконалили неперевершену на сьогоднішній день тойотовской схему: зокрема, позбулися великих втрат при високих оборотах, викликаних тим, що електродвигун і мотор-генератор обертаються постійно. Потужність электротяги гібридного М-класу - біля 50 кВт, тягова батарея розміститься в багажнику. Причому вона буде никельметаллгидридной. Видимо, поки не вдається вирішити проблеми з охолоджуванням великої лиття-іонної батареї. До речі, «кондиціонер» для никельметаллгидридного акумулятора гібрида Lexus LS 600h споживає стільки енергії, що в деяких режимах зводить на немає ефективність всієї гібридної установки!

Російський гибридомобиль

Холдинг Яровіт спільно з Групою ОНЭКСИМ створює компанію з розробки і випуску легкових гибридомобилей - фінансування проекту в обмін на 51% акцій забезпечить компанія Михайла Прохорова. Компаньйони запевняють, що за 150 мільйонів евро вже в липні 2012 року буде запущений завод по випуску серійних гибридомобилей! Правда, обсяги виробництва невелики - всього 10 тисяч машин в рік. Гибридомобиль, спорядженої масою всього 700 кг і роздрібною ціною 300-450 тисяч рублів, буде здатний з комфортом переміщувати в просторі чотирьох седоков при середній витраті палива не більше за 3,5 л/100 км. У основі машини повинна лежати просторова алюмінієва рама масою всього 110 кг, а навісні елементи кузова планується зробити базальтоволоконными. Габаритна довжина гибридомобиля - 3,8 метри. Силова установка буде виконана по «послідовній» схемі, в якій двигун внутрішнього згоряння лише приводить генератор і не пов'язаний з ведучими колесами. Поки Яровіт експериментує із зарубіжним 48-сильним бензиновим двигуном об'ємом 600 см³, але розглядаються проекти російського роторно-поршневого мотора і навіть малогабаритної газової турбіни, яку міг би постачати один з вітчизняних заводів авиакосмического сектора. Замість важких акумуляторних батарей - більш легкий і компактний блок суперконденсаторов: він швидко заряджається, при цьому запас «конденсаторного» ходу - не менше п'яти кілометрів. Тягу забезпечують два електромотори сумарною потужністю 50 кВт і масою 17 кг кожний, змонтований безпосередньо у ведучих коліс. Запас ходу, що Планується на одній заправляння - 400 км: це приблизно 14 літрів бензину при середній витраті не більше за 3,5 л/100 км. Проте, інженери Яровіта роблять ставку не на звичайне рідке паливо, а на природний газ метан, причому не на стислий, як на нинішніх АГНКС (автомобільних газонаполнительных компресорних станціях), а сжиженный, що спричиняє за собою необхідність застосування криобака. Ще одна ідеологічна особливість проекту - обмеження швидкості на рівні 120 км/ч: міському жителю швидше розганятися немає потреби. Розробники вважають за краще говорити про «модульну транспортну платформу міського автомобіля» і хочуть на основі розробленого шасі робити і компактний кроссовер, і розвізний грузовичок... Причому за рахунок модульної архітектури гибридомобили будуть відрізнятися простотою зборки, яку могли б вести не тільки спеціалізовані заводи, але і самі ділери. автори «міського автомобіля» полны оптимізму і обіцяють вже до грудня нинішнього року познайомити журналістів з ходовими зразками, а на початку наступного почати будівництво невеликого заводу «в чистому полі». Зі слів генерального директора групи ОНЭКСИМ Дмитра Разумова, спільний проект з Яровітом стане таким, що операційно-окупається відразу після початку виробництва, а повернути всі витрати вдасться вже через п'ять років.

Висновок

Тратяться мільйони доларів, десятки і сотні тисяч чоловік продовжують роботу над новими батареями, електромоторами, паливними елементами. Можна сказати, що саме зараз відбувається народження транспортних засобів майбутнього. Все більшу кількість автопроизводителей звертають своя увагу на розробку і серійний випуск транспортних засобів з гібридними силовими агрегатами. Примушують їх це робити декілька чинників, серед яких - екологічні вимоги, що посилюються з кожним роком до викидів шкідливих речовин, а також реальна загроза того, що запаси нафти рано або пізно вичерпаються.

З кожним роком гібридні автомобілі удосконалюються. По кількості шкідливих викидів і по економічності вони все більше наближаються до електромобілів, в той же час, по разгонной динаміці, керованості і їздовому комфорту нічим не відрізняються від своїх побратимів, споживаючих бензин або солярку. Головним мінусом гібридів на сьогоднішній день, таким чином, є висока вартість виробництва. Кінцева ціна такого транспортного засобу також буде вище. У різних виробників різниця вартості між версіями з ДВС і гібридом однієї і тієї ж моделі варіюється від 15 до 50 відсотків. Проте власників гібридних авто стає все більше і більше. Уряди більшості розвинених і держав, що розвиваються розробляють і приймають закони, стимулюючі як виробництво, так і придбання екологічно чистого транспорту. Наприклад, в Америці застосовують «нематеріальні методи стимулювання» экосознания власників машин: у деяких офісних будівель парковки розділені на зони. Місця ближче до входу - для електромобілів і гібридів, а подалі - для звичайних автомобілів. Хіба самолюбство дозволить босу тупати з дальнього паркинга, коли приїжджаючі на «Пріусах» підлеглі встають прямо біля дверей?

Для поршневого ДВС включений зворотний відлік, і, швидше усього, немічні і тихохідні сьогоднішні електромобілі означають для мільйонів наших любимих пожирателів бензину і солярки те ж, що означали маленькі теплокровні щури для незчисленного числа динозаврів, що колись населяли Землю.

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка