Меню Рубрики

Автомобили с комбинированными энергетическими установками

Автомобили с комбинированными энергетическими установками

Автомобили с комбинированной энергетической установкой (КЭУ) и электромобили – являются основными объектами реализации технических решений, в связи с этим анализ информации о существующих тенденциях в развитии данного вида транспорта, а также техническом уровне производимых автотранспортных средств (АТС), является необходимым условием выбора оптимального направления исследований.

HondaInsight II (Япония) автомобиль второго поколения создан на базе нового автомобиля Fit/Jazz с 1,34-литровым 8-клапанным ДВС L13A. Со степенью сжатия 10,8 данный ДВС развивает 88 л.с. при 5800 мин-1, максимальный крутящий момент – 121 Н∙м.

ДВС автомобиля HondaInsight II работает в составе комбинированного силового агрегата IMA (IntegratedMotorAssist). Последний включает в себя выполненный в единой конструкции с маховиком бесконтактный стартер-генератор на основе синхронной электрической машины: максимальная мощность электродвигателя-генератора – 10 кВт при 1500 мин-1; максимальный крутящий момент – 79 Н∙м (от 0 мин-1). Общая мощность энергетической установки IMA – 98 л.с., тогда как суммарный крутящий момент достигает 167 Н∙м (при 1000 мин-1). Общий вид гибридной силовой установки АТС HondaInsight II и ее основных агрегатов изображен на рис.2 и 3.

Рис. 2. ДВС автомобиля HondaInsight II с силовым агрегатом IMA

Рис. 3. Синхронный электродвигатель-генераторAC55 автомобиля HondaInsight II

Силовой агрегат автомобиля HondaInsight II сопряжен с бесступенчатым вариатором. Таким образом, HondaInsight II – так называемый «частичный гибрид» (в отличие от «полных» – типа Prius японской фирмы Toyota), силовой агрегат которой работает по параллельной схеме. Термин «частичный гибрид» – означает, что в автомобиле не предусмотрен режим движения только за счет электрической тяги, при этом тяговый электродвигатель-генератор (ЭДГ) лишь «помогает» ДВС при разгоне. Поэтому данный автомобиль невозможно модифицировать по перспективной схеме plug-in (с зарядом батареи от сети).

Свою роль в снижении расхода топлива играет инновационный газораспределительный механизм ДВС L13A – под обозначением VCM (VariableCylinderManagement). Механизм с двухрежимным изменением фаз газораспределения с электронным управлением допускает деактивацию впускных и выпускных клапанов. Тем самым при замедлении автомобиля (в режиме рекуперации) цилиндры выводятся из рабочего процесса, при этом резко уменьшаются так называемые насосные потери [5,10].

Автомобиль американского концерна GeneralMotors марки EscaladeHybrid оснащен инновационным гибридным силовым агрегатом, способным работать в двух режимах. Обеспечивают высокие показатели топливной экономичности при движении как в городе, так и по автомагистрали, при сохранении всех функциональных возможностей в части маневренности и проходимости автомобиля. В городских условиях современная гибридная система позволяет АТС Escalade трогаться с места и двигаться на низкой скорости исключительно за счет ЭДГ. В случае необходимости дополнительной мощности система организует совместную работу ЭДГ и ДВС.

Трансмиссия с электронным управлением (ElectronicallyVariableTransmission – EVT) автомобиля EscaladeHybrid управляет переключением передач в обоих режимах. В первом режиме она работает как обычный вариатор (CVT), постоянно регулируя передаточные числа для достижения наивысшей энергетической эффективности. На повышенных скоростях система EVT способна выбрать одно из четырех фиксированных передаточных чисел и работать как традиционная автоматическая коробка передач. EVT использует систему оптимизации гибридной силовой установки HybridOptimizationSystem, которая автоматически выбирает оптимальный режим движения – режим только электрической тяги, режим традиционного автомобиля или гибридный режим.

Так же, как и другие гибридные АТС, например, Toyota Prius, Escalade Hybrid способен генерировать энергию во время движения. При движении накатом и при торможении электрическая энергия накапливается в 300-вольтовом никелевом аккумуляторе, который у Cadillac получил название Energy Storage System (система хранения энергии).

В EscaladeHybrid используется система активного управления подачей топлива Active Fuel Management, которая отключает часть цилиндров ДВС, когда требуется меньшая мощность, например, при равномерном движении по шоссе [5].

Краткие технические характеристики ГСУ:

Рабочий объем ДВС, см-1: 5967

Количество цилиндров ДВС: 8

Мощность ГСУ, л.с. при мин-1:332/5100

Максимальный крутящий момент ГСУ, Н∙м. при мин-1:497/4100

Расход топлива в городском цикле, л/100 км:11,8

Расход топлива в загородном цикле, л/100 км:11,2

Читайте также:  Установка профессионального автозвука в автомобиль

LexusGS 450h японской компании Toyota – это первый в мире заднеприводный седан класса «премиум», оснащенный гибридным приводом, демонстрирующий высокие тягово-динамические показатели и топливную экономичность.

Для достижения высоких тягово-динамических показателей, эффективности и экономичности в GS 450h применена новая конструкция гибридного привода, которая включает в себя двигатель внутреннего сгорания, расположенный спереди продольно, и гибридную трансмиссию с приводом на заднюю ось. При этом движение автомобиля может обеспечиваться как одним электромотором, так и его совместной работой с бензиновым двигателем.

Установленный на автомобиле бензиновый двигатель V6 объемом 3456 см3 с системой двойного впрыска D-4S (непосредственный впрыск в цилиндр и распределенный впрыск), системой Dual VVT-i (электронная система регулировки фаз газораспределения впускных и выпускных клапанов) развивает максимальную мощность 296 л.с. и крутящий момент 368 Н∙м при 4800 об/мин, а компактный электродвигатель мгновенно развивает мощность 200 л.с. и крутящиймомент 275 Н∙м. Общая мощность гибридной силовой установки GS 450h составляет 345 л.с., что делает его самым мощным седаном с гибридным приводом и первым автомобилем с гибридной силовой установкой, удельная мощность которой достигла значения 100 л.с. на литр рабочего объема двигателя внутреннего сгорания.

Суммарный момент двух двигателей передается на задние колеса через вариатор. Условно он имеет 6 ступеней, а фактически – это бесступенчатая передача [5].

Краткие технические характеристики ГСУ:

Двигатель внутреннего сгорания:

Мощность, л.с. при мин-1: 339/6400

Крутящий момент, Н∙м при мин-1: 368/4800

Расход топлива, городской цикл, л/100 км:8,7

Расход топлива, загородный цикл, л/100 км: 7,8

Максимальная скорость, км/ч 211

Время разгона до 100 км/ч, с: 5,2

Максимальная мощность, кВт: 147

Максимальный крутящий момент,Н∙м: 275

Автомобиль японской фирмы ToyotaPrius третьего поколения является дальнейшим совершенствованием гибридной системы THS (ToyotaHybridSystem). Силовая установка Prius включает ДВС с рабочим объемом 1,8 л и синхронный ЭДГ с планетарным делителем мощности.

Расход топлива ToyotaPriusIII в смешанном режиме движения находится на уровне 4,7 л на 100 км (4,7 л в городе, 4,8 л по трассе), что подтверждено опытной эксплуатацией.

Новыми для Prius 2010 г. являются режимы работы ГСУ. Режим только электрической тяги (Pure EV) осуществляется с неработающим ДВС до скорости 40 км/час и в случае малого ускорения при разгоне. Экономичный режим «Eco» корректирует резкие нажатия на педаль акселератора и сокращает степень открытия дроссельной заслонки на 11,6 %. Режим «Power», напротив, повышает степень открытия дроссельной заслонки, особенно в среднем диапазоне частот вращения [5,13].

Краткие технические характеристики ГСУ:

Двигатель внутреннего сгорания:

Число цилиндров: 4 (в ряд) VVT-I

Количество цилиндров: 4 (DOHC)

Мощность, л.с. при мин-1.: 98/5200

Крутящий момент, Н∙м при мин-1:142/4000

Расход топлива, л/100 км (городской цикл):4,9

Расход топлива, л/100 км (загородный цикл):4,6

Расход топлива, л/100 км (смешанный цикл):4,7

Максимальная мощность, кВт: 60

Максимальный крутящий момент, Н∙м: 207

Обзор Фольксваген Touareg V6 TSI Hybrid

ЭДГ Touareg V6 TSI Hybrid, с максимальными значениями мощности и момента 38 кВт (52 л.с.) и 300 Н∙м соответственно, функционирует совместно с шестицилиндровым ДВС V6 TSI, работает в генератором режиме при рекуперации энергии и обеспечивает электропитание автомобильного электрооборудования.

Рис. 7. TouaregV6 TSIHybrid

На рис. 8 представлена конструкция силовой установки автомобиля Touareg V6 TSI Hybrid, основные элементы которой:

6) Разъём подключения силовой электроники;

Рис. 8. Конструкция силовой установки автомобиля Touareg V6 TSI Hybrid

В спортивном режиме (положение «S» коробки передач) оба двигателя (электрический и тепловой) реализуют суммарную мощность 275 кВт (374 л.с.), при этом обеспечивая высокие тягово-динамические показатели – разгон до 100 км/ч за 6,8 секунд.

В тестовой конфигурации гибрид Touareg V6 TSI показывает предельно низкие значения выбросов CO2 (меньше 210 г/км.). Такие цифры удовлетворяют нормам Евро-5 и ULEV2.

Используемая в составе ГСУ никель-металлогидридная аккумуляторная батарея конструктивно состоит из 240 отдельных ячеек, каждая номинальным напряжением 1,2 В, что обеспечивает напряжение 288 В. Масса батареи 67 кг. Устройство контроля заряда и температуры постоянно отслеживает характеристики батареи. Наличие системы контроля режима работы АБ позволяет существенно продлить срок службы аккумуляторной батареи, это немаловажно, учитывая тот факт, что стоимость батареи, как правило, превышает 30 % стоимости АТС с ГСУ [2].

Читайте также:  Установка рации в автомобиль одинцово

Краткие технические характеристики ГСУ:

Двигатель внутреннего сгорания:

Мощность максимальная, л.с.: 331

Расход топлива, л/100 км (смешанный цикл):8,7

Максимальная мощность, кВт: 32

Максимальный крутящий момент, Н∙м: 300

Анализируя все данные, можно сделать вывод о том, что в настоящее время наиболее распространенными конструкциями КЭУ является сочетание двигателя внутреннего сгорания, аккумуляторной батареи и одной или двух электрических машин – электродвигателей-генераторов. Рассматривая тип используемого топлива и применяемых двигателей внутреннего сгорания в составе КЭУ транспортных средств, следует отметить, что автомобили с полной массой до 3,5 т преимущественно оснащаются бензиновыми ДВС (автомобили фирм Toyota, Honda, Ford и др.) [1,3, 7, 11, 16, 14]. АТС с полной массой более 3,5 т, в том числе автобусы и грузовые автомобили, оборудуются дизельными ДВС (MAN [8], Volvo [6], Daimler [12] и др.).

В качестве батарей накопителей энергии распространение получили батареи на основе никель-металлогидридных (Ni-MH) аккумуляторов (автомобили фирм Toyota, Honda), но в настоящее время отмечается тенденция к применению литий-ионных (Li-Ion) АБ, имеющих более высокие показатели удельной энергии и мощности в сравнении с другими типами аккумуляторов (автомобили фирм Mercedes-Benz, BMW [4]). Последний факт объясняется сравнительным удешевлением данных источников тока за последние годы.

В отношении типов электрических машин, применяемых в составе КЭУ, анализ существующих разработок АТС свидетельствует о том, что в части применения тяговых электродвигателей-генераторов предпочтение отдается бесконтактным ЭДГ переменного тока, а именно синхронным машинам (СМ) с возбуждением от постоянных магнитов (ПМ) (автомобили фирм Toyota, Honda и др.) и асинхронным машинам (АМ) с короткозамкнутым ротором (автомобили совместного производства фирм Ford и AzureDynamics [9], автобусы фирмы MAN [11], разработки фирмы Siemens [15]).

Ютт В.Е., д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Электротехника и электрооборудование», ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)», г. Москва.

Марсов В.И., д.т.н., профессор, профессор кафедры «Автоматизация производственных процессов», ФГБОУ ВПО ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)», г. Москва.

источник

Автомобили с комбинированными энергетическими установками

Использование комбинированных энергетических установок дает возможность значительно увеличить запас хода автомобиля (автобуса). Комбинированная энергетическая установка, например, в автобусе «Мерседес-Бенц» позволяет эксплуатировать его как в городе, так и на загородных маршрутах. В городе автобус используется как электромобиль, а за городом, где требования к экологичности не такие высокие, включается дизель, приводящий во вращение электрический генератор питания тягового электродвигателя в приводе ведущего моста. Электродвигатель оснащен системой воздушного охлаждения.

В городских условиях дизель-генераторная установка выключена, и питание тягового электромобиля происходит от аккумуляторных батарей через электронную систему управления.

Аккумуляторные батареи имеют свою автономную систему охлаждения.

Аналогичная конструкция комбинированной энергетической установки использована итальянской металлостроительной фирмой «Биггс энд Стратгон» для легкового автомобиля.

В автомобиле с комбинированной энергетической установкой масса аккумуляторов значительно меньше, чем в электромобиле.

Заключение
Процесс сгорания представляет собой быстро протекающую химическую реакцию окисления, то есть соединение тех или иных элементов (С, Н) с кислородом воздуха. Сгорание топлива в двигателе внутреннего сгорания есть сложт.1й химический процесс, развивающийся в условиях изменяющихся температур, давлений, концентраций реагирующих веществ.

Влияние неравномерности фракционного состава горючей смеси по цилиндрам двигателя на интенсивность детонации
Во многоцилиндровых двигателях с искровым зажиганием процессы смесеобразования, связанные с раепыливанием и испарением топлива, начинаются в карбюраторе и продолжаются во впускной трубе двигателя. Образовавшаяся топливовоздушная смесь распределяется по цилиндрам из одного на все цилиндры впускного трубопровода.

Влияние диаметра цилиндра
При изменении диаметра цилиндра D текущий объем внутренней полости цилиндра V изменяется пропорционально кубу диаметра цилиндра, а теплопередающая поверхность внутренней полости цилиндра пропорциональна квадрату диаметра цилиндра. При уменьшении диаметра цилиндра D увеличивается относительная поверхность охлаждения цилиндра, увеличивается доля теплоты, передаваемой через стенки цилиндра в систему охлаждения, вследствие чего снижается температура свежего заряда в конце такта сжатия.

Читайте также:  Установка зимней резины на автомобиль когда

Влияние конструкции камеры сгорания на интенсивность детонации
Интенсивность детонационного сгорания в значительной мере определяется геометрической формой камеры сгорания и местом расположения свечи зажигания.

Влияние нагарообразования в камере сгорания и накипи в системе охлаждения на интенсивность детонации
Нагаром называют твердые, пропитанные смолами и маслом, углеродистые отложения на внутренних поверхностях, образующих камеру сгорания. Нагар образуют топливо и масло с поверхности гильзы цилиндра, а также попадающее в цилиндр в результате насосного действия поршневых колец.

Влияние нагрузочного режима двигателя на интенсивность детонации
Нагрузочный режим двигателя определяется положением дроссельной заслонки, которая в условиях эксплуатации изменяется от положения полностью закрытого (холостой ход) до положения полностью открытого (режим максимальной нагрузки).

Влияние частоты вращения коленчатого вала на интенсивность детонации
В условиях эксплуатации при полном открытии дроссельной заслонки двигатель с искровым зажиганием может работать на различных частотах вращения коленчатого вала. При различных частотах вращения склонность двигателя к детонации различна.

Качественное влияние температуры
Качественное влияние температуры свежего заряда, давления свежего заряда, степени сжатия и влажности на потребное октановое число топлива представлено на рис. 4.3.

Влияние давления, температуры и влажности свежего заряда на интенсивность детонации
Возникновению детонационного сгорания способствуют все факторы, увеличивающие скорость развития предпламенных химических реакций в части свежего заряда, сгорающего в последнюю очередь. Такими факторами являются критические значения давления и температуры горючей смеси к моменту возникновения детонационного сгорания, способствующие самопроизвольному образованию органических перекисей в массе еще не сгоревшей горючей смеси.

Антидетонаторы
В качестве антидетонаторов можно использовать металлооргани-ческие соединения различных металлов: свинец РЬ, марганец Мп, железо Fe и др. При повышении температуры в цилиндре двигателя эти соединения распадаются с образованием свободных атомов металла.

Влияние химического состава топлива на интенсивность детонации.
Возможность детонационного сгорании в цилиндре двигателя с искровым зажиганием определяется химической стойкостью топлива к образованию органических соединений, при критической концентрации которых возникает детонация. Стойкость топлива к возникновению детонации определяется групповым химическим составом, то есть наличием в топливе стойких к детонации соединений углеводородов.

Внешние признаки детонации. Последствия детонанионпого сгорания
Детонационное сгорание сопровождается возникновением сильных ударных волн большой амплитуды, распространяющихся по массе газа в объеме цилиндра.

Детонационное сгорание
Сверхзвуковая скорость распространения детонационной волны определяется термодинамическими характеристиками исходной горючей смеси (теплотой реакции, плотностью горючей смеси, теплоемкостью горючей смеси) и практически не зависит от скорости химических реакций окисления исходных компонентов.

Понятие о явлении детонации
В бензиновых двигателях процесс сгорания начинается после появления искры на электродах свечи и пламя распространяется по камере сгорания первоначально с обычной для нормального сгорания скоростью U„ = 40-60 м/с.

Процесс сгорания газообразного топлива
Применяемые для двигателей внутреннего сгорания углеводородные газообразные топлива делятся на два основных вида — сжатые и сжиженные.

Нарушения нормального процесса сгорания
При некоторых условиях нормальный процесс сгорания может нарушаться, что отражается на мощности и экономичности двигателя, на токсичности отработавших газов, на надежности и долговечности работы двигателя.

Влияние конструкции камеры сгорания на процесс сгорания
Форма камеры сгорания и расположение свечи зажигания оказывают существенное влияние на процесс сгорания. От формы камеры сгорания зависит характер развития процесса сгорания и теплоотдача в стенки камеры.

Влияние степени сжатия на процесс сгорания
Одним из наиболее эффективных способов улучшения энергоэкономических показателей поршневых двигателей является повышение степени сжатия е = VJVV. При повышении степени сжатия обычно уменьшают объем камеры сгорания Vc, вследствие чего уменьшается относительное количество остаточных газов (уменьшается коэффициент остаточных газов г = Mr/M4ltlil).

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector