Гибридные двигатели

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

 

 

 

 

Гибридные двигатели.

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила студентка 

Группы 2ОП-2

   Городкова М. Д.

    Приняла

    Сезина И. С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение……………………………………………………………………………….3

1. Общий принцип…………………………………………………………………….4

2. Начало разработок …………………………………………………………………5

3.  Преимущества……………………………………………………………………...6

4. Недостатки…………………………………………………………………………..7

5. Стоимость автомобиля, внешний вид и обустройство салона…………………..8

6. Гибриды с возможностью подключения к электросети………………………….8

7. Современное применение………………………………………………………….8

8. Различные гибридные модели……………………………………………………..9

9. Перспективы……………………………………………………………………….10

10. Производители и доступные модели……………………………………………10

Заключение……………………………………………………………………………12

Список использованных источников и литературы…………………………..……13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В своей работе на тему: «Гибридные двигатели» я рассматривала достоинства и недостатки автомобилей, работающих на гибридных двигателях. Эта тема показалась мне довольно интересной и актуальной в настоящее время.

Главной причиной начала производства легковых гибридов был рыночный спрос  на подобные автомобили, вызванный высокими ценами на нефть и постоянным повышением требований к экологичности автомобилей. При этом совершенствование технологий и налоговые льготы производителям гибридов делает эти автомобили в некоторых случаях даже дешевле обычных. В некоторых странах владельцы гибридов освобождаются от уплаты дорожного налога и не платят за муниципальные парковки. Применение электромобилей, несмотря на многие преимущества, и даже налаженный их выпуск, имеет ряд недостатков. Итак, что же такое гибридный двигатель и гибридный автомобиль?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общий принцип

 

Гибри́дный автомоби́ль — высокоэкономичный автомобиль, движимый системой «двигатель внутреннего сгорания — накопитель «аккумулятор» - привод».

ДВС для гибридных автомобилей  имеет зачастую меньшую на 30-50% мощность, по сравнению со стандартными автомобилями. Накопитель в данном случае играет роль буфера для ДВС и ёмкости для рекуперативного торможения. Привод обеспечивает переход энергии как от накопителя к колёсам (режим разгона), так и возврат энергии от колес в накопитель (режим рекуперативного торможения). Цель: работа ДВС в оптимальном режиме (максимум КПД, максимум экономичности, минимум вреда экологии), рекуперация торможения.

Первоначально идея организации принципа «электрической коробки передач», то есть замены механической коробки передач на электрические провода, была воплощена в железнодорожном транспорте и большегрузных карьерных самосвалах. Причина применения такой схемы обусловлена огромными сложностями механической передачи управляемого крутящего момента на колеса мощного транспортного средства. Это обусловлено тем, что ДВС обладает определённой нагрузочной характеристикой (зависимостью отдаваемой мощности от частоты вращения вала), которая имеет оптимальные показатели только в узком интервале, как правило смещённом в сторону высоких оборотов. Частичная компенсация этого недостатка происходит за счёт применения коробки передач, однако, она ещё более ухудшает общий КПД за счёт собственных потерь. Также, ДВС не может изменить направление вращения, чтобы обеспечить задний ход. Электродвигатель свободен от этих недостатков, плюс обеспечивает мгновенный запуск и остановку, и не имеет нужды в холостом ходе, что даёт ещё одно важное преимущество - отсутствие механизма сцепления. Поэтому электродвигатель не требует никакой трансмиссии, и в теории, может быть размещён непосредственно в колесе.

Суть нового принципа заключается  в том, что двигатель, работающий на обычном топливе, приводит в движение электрогенератор, и через систему управления нужное количество электроэнергии передаётся на электродвигатели, приводя в движение транспортное средство. Это похоже на электростанцию на электромобиле, вырабатывающую энергию для собственного движения. Суть схемы работы гибридного автомобиля аналогична, но значительно модифицирована, в первую очередь добавлением аккумуляторной батареи, только в отличие от электромобиля менее ёмкой, а следовательно, более лёгкой.

 

По методу подключения двигателя  и накопителя к приводу автомобили делятся:

• Параллельная: 
  Двигатель и накопитель соединены дифференциалом, который соединен с приводом колес (Toyota Prius).
• Последовательная: 
  Двигатель соединен только с накопителем, который в свою очередь соединён с приводом колес.

По типам накопителей

• Электрические 
  На основе электрохимических аккумуляторов. 
  На основе инерционных накопителей.
• Механические 
  На основе пневматических аккумуляторов, гидроаккумуляторов с пневматическим накопителем. 
  На основе инерционных накопителей.

Наиболее используемая схема «двигатель внутреннего сгорания — электрический аккумулятор — электродвигатель». В последнем случае питается как горючим, так и зарядом электрического аккумулятора. Главное преимущество гибридного автомобиля — снижение расхода топлива и вредных выхлопов. Это достигается полным автоматическим управлением режима работы системы двигателей с помощью бортового компьютера, начиная от своевременного отключения двигателя во время остановки в транспортном потоке, с возможностью продолжения движения без его запуска, исключительно на энергии аккумуляторной батареи, и заканчивая более сложным механизмом рекуперации — использования электродвигателя как генератора электрического тока для пополнения заряда аккумуляторов. На больших грузовиках и автобусах часто применяются схемы на основе гидроаккумуляторов с пневматическим накопителем с гидравлическим приводом колес.

 

Начало разработок

 

Главной причиной начала производства легковых гибридов был рыночный спрос на подобные автомобили, вызванный высокими ценами на нефть и постоянным повышением требований к экологичности автомобилей. При этом совершенствование технологий и налоговые льготы производителям гибридов делает эти автомобили в некоторых случаях даже дешевле обычных. В некоторых странах владельцы гибридов освобождаются от уплаты дорожного налога и не платят за муниципальные парковки.

 Применение электромобилей, несмотря на многие преимущества, и даже налаженный их выпуск, имеет ряд недостатков:

• необходимость длительной зарядки аккумуляторов;
• большая масса аккумуляторов;
• недостаточная дальность пробега;
• недоступность заправочных станций;
• сравнительно небольшое количество циклов заряда-разряда аккумулятора (около 1000).

Нужно было искать компромиссы и  устранять недостатки. И таким  компромиссом стала разработка гибридомобиля.

Первым автомобилем с гибридным  приводом считается Lohner-Porsche. Автомобиль был разработан известным конструктором Фердинандом Порше в 1900-1901 годах. В США гибридные автомобили начал разрабатывать Виктор Воук в 60-е - 70-е годы.

В СССР

В Советском Союзе также велись работы по разработке гибридных автомобилей. Так работы советского, а в дальнейшем и русского ученого Нурбея Гулиа привели к созданию прототипа гибридного автомобиля на базе автомобиля-грузовика УАЗ-450, где накопителем энергии являлся маховик, трансмиссией - особый вариатор. Это был один из первых «гибридов». В 1966 году удается достичь экономии топлива до 50 %.

В Курске в 1972...73 годах Н.В. Гулиа провел весьма трудоемкие испытания городских автобусов с маховичными гибридными агрегатами и вариаторами. Кроме того были построены и испытаны гибридные силовые агрегаты для автобусов на основе гидропривода. В последних роль накопителя энергии играли баллоны со сжатым азотом и маслом. Ряд гидрогазовых накопителей и «гибридов» на их основе были также изобретениями Н.В. Гулиа. Несмотря на различные принципы действия этих «гибридов» эффективность их оказалась близкой друг к другу – расход топлива снижался примерно вдвое, а токсичность выхлопа – в несколько раз. И хотя показатели этих «гибридов» казались фантастическими для того времени, советская автомобильная промышленность не была готова «усвоить» эти новинки.

В 1980 году компания Volvo проводила эксперименты с маховиком, разгоняемым дизельным двигателем и используемым для рекуперации тормозной энергии. Впоследствии от этого проекта отказались в пользу гидравлических аккумуляторов.

 

Преимущества

 

Экономная эксплуатация

Главным преимуществом является экономная эксплуатация. Чтобы достичь её, необходимо было искать баланс, то есть уравновесить все технические показатели машины, но при этом сохранить все полезные параметры обычного автомобиля: его мощность, скорость, способность к быстрому разгону, и множество других, весьма важных характеристик, заложенных в современных автомобилях. Мало того, способность накапливать энергию, в том числе и не терять понапрасну кинетическую энергию движения во время торможения, а заряжать аккумуляторные батареи, помимо основных явных преимуществ, привнесло автолюбителям некоторые побочные «мелкие радости», например, меньший износ тормозных колодок.

Как была достигнута экономия:

• снижением объёма и мощности двигателя;
• работа двигателя в оптимальном и равномерном режиме, в гораздо меньшей зависимости от условий езды;
• полная остановка работы двигателя, когда это необходимо;
• возможность движения только на электродвигателях;
• рекуперативное торможение с зарядкой аккумулятора.

 

Вся эта система до такой степени  сложна, что стала возможна в полной мере только в современных условиях, с применением достаточно непростых  алгоритмов работы бортового компьютера. Даже правильное и эффективное (с точки зрения безопасности) торможение управляется бортовым компьютером.

Экологическая чистота

Снижение расхода углеводородного топлива немедленно сказалось на экологической чистоте. Полная остановка работы двигателей в местах скопления автомобилей на дорогах городов, и прежде всего в пробках, имеет самую первостепенную роль. Применение же аккумуляторных батарей гораздо меньшей емкости, чем в электромобилях, снизила проблему утилизации использованных аккумуляторов. Развитие гибридной технологии в общественном транспорте и для грузовых автомобилей ещё больше улучшит экологическую обстановку городов.

Хорошие ходовые характеристики

Теперь нет необходимости устанавливать  двигатель из расчёта пиковых нагрузок эксплуатации. В момент, когда необходимо резкое усиление тяговой нагрузки, в работу включаются одновременно как электро-, так и обычный двигатель (а в некоторых моделях и дополнительный электродвигатель). Это позволяет сэкономить на установке менее мощного двигателя внутреннего сгорания, работающего основное время в наиболее благоприятном для себя режиме. Такое равномерное перераспределение и накопление мощности, с последующим быстрым использованием, позволяет использовать гибридные установки в автомобилях спортивного класса и внедорожниках. Несмотря на то, что электродвигатели обладают достаточно сильным крутящим моментом в пересчёте на массу и габариты двигателя, по сравнению с другими двигателями, разработчики всё же в ряде моделей устанавливают не слишком мощные электродвигатели, уменьшая их габариты. При этом, в целях суммирования мощностей, применяются комбинированные схемы передачи крутящего момента, с прямой передачей механического крутящего момента, непосредственно от двигателя. Такая схема называется «гибридно-совместный привод».

Увеличение дальности пробега

Время — это самый ценный ресурс для человека. Исключение половины заездов на заправочные станции, и даже большего количества таких заездов, при езде по городу, высвобождает у автовладельца некоторое количество времени для других больших и важных дел.

Сохранение и повторное использование энергии

Устранён главный недостаток двигателя  на углеродном топливе — невозможность  возврата энергии обратно в углеродное топливо. Инженеры по транспорту давно  пытались сохранить энергию движения при торможении, чтобы её повторно использовать. Например, применялись специальные конструкции с большим маховиком. Но только электрическую и гидравлическую энергию удаётся сохранить с минимальными потерями и достаточно дёшево. В качестве накопителя применяются аккумуляторы, гидроаккумуляторы и специальные конденсаторы.

Обычная заправка топливом

У электромобилей пока есть один большой недостаток — необходимость зарядки аккумулятора. Процесс долгий, и требует некоторого специально оборудованного пункта зарядки. Таким образом он становится непригодным для длительных и дальних поездок. Но уже разработаны технологии, позволяющие заряжать литий-ионные аккумуляторы с электродами из наноматериалов до 80% ёмкости за 5-15 минут.

У гибридного автомобиля этот недостаток устранён. Заправка осуществляется по привычной схеме, обычным углеводородным топливом, тогда, когда это необходимо, и дальнейшее движение можно немедленно продолжить.