РЕФЕРАТ З ФІЗИКИ
"гібридним двигуномВ автомобілебудуванні "
Введення
Головназавдання гібридного автомобіля - зниження витрати палива, а також зниженняшкідливих викидів в атмосферу. 78% викидів вуглекислого газу за повний життєвий цикл звичайногоавтомобіля припадають на його експлуатацію і лише 22% - на все інше.Тому 4% В«добавкиВ» на виробництво і переробку батареї, електромотори тагенератора гібрида з лишком компенсуються зниженням викидів на 30% під часїзди. Останнім часом, у зв'язку з високими цінами на нафту і постійнимпідвищенням екологічних вимог, ринковий попит на подібні автомобілізріс багаторазово. При цьому, вдосконалення технологій і податкові пільгивиробникам гібридів знижують вартість їх виробництва, порівнянну в нашечас з вартістю виробництва звичайного автомобіля. Власники такихтранспортних засобів у багатьох країнах вже кілька років мають пільги присплаті дорожнього податку і звільнені від плати на муніципальних парковках.
Першірозробки з'явилися на рубежі 19 - 20 в.в. Першим автомобілем з гібридним приводом вважаєтьсяLohner-Porsche. Автомобіль був розроблений конструктором Фердинандом Порше в1900-1901 роках. Починаючиз 1897 року і на протязі 10 подальших років, французька Compagnie Parisienne des Voitures Electriques випустилапартію електромобілів і машин з гібридними двигунами. У 1900 році GeneralElectric сконструювала гібридний автомобіль з 4-циліндровим бензиновиммотором. А з конвеєра Walker Vehicle Company of Chicago В«гібридніВ» вантажівкисходили до 1940 року. Варто зауважити, що ресурсні та екологічні проблеми вті часи ще не розглядалися. Просуванню ж гібрида В«в масиВ» тодіперешкодила висока ціна комплектуючих електроустановок, а також малі потужності інепомірний вага елементів живлення (акумуляторних батарей).
Гібриднийавтомобіль - це автомобіль, що приводиться в рух системою В«ДВС - накопичуваченергії - привід В».
В залежностівід завдань, які ставлять перед собою конструктори, використовуються різні схеми, укожній з яких є достоїнства, недоліки і просто особливості.
1. За методомпідключення двигуна і накопичувача енергії до приводу схеми діляться на:послідовні, паралельні та паралельно-послідовні. Послідовна кінематична схема енергетичної установки виключає механічну зв'язокколіс з первинним джерелом енергії. ДВС є джерелом енергії дляелектрогенератора, який, у свою чергу, живить електродвигуни приводаколіс. Між генератором і двигуном (двигунами) привода розташованийнакопичувач енергії (акумуляторна батарея (АБ) або суперконденсатори).Накопичувач акумулює надлишки виробленої генератором електроенергії,отримує енергію рекуперації при гальмуванні, забезпечує пікові навантаження наколесах. Схема дозволяє стабілізувати режим роботи первинного двигуна вплані максимальної паливної ефективності і мінімальних викидів, виключитиконструктивні елементи механічної передачі: коробки передач, вали і т.д. Призбереженні моменту привода можна використовувати двигун меншої потужності.Впровадити таку схему найбільш просто, т. к. можна забезпечити будь-якукомпоновку елементів приводу (відсутня передача енергії за механічнимканалу). Електрична схема також досить проста, її можна застосувати як зДВС, так і з альтернативними джерелами енергії (паливними елементами і т.д.).До недоліків схеми відносяться подвійне перетворення енергії(Теоретично - нижче ККД), необхідність застосування електромашин ісилового перетворювача на повну потужність приводу, відносно висока цінакомплекту тягового обладнання. Паралельна схема забезпечує передачу енергії наколеса як від ДВС, так і паралельно - від електродвигуна. При цьомунакопичувач енергії працює так само, як в послідовній схемі. Електродвигункомпенсує нерівномірності роботи ДВС і недоліки моменту, забезпечуючиплавність ходу і економію палива за рахунок енергії накопичувача, отриманої прирекуперативному гальмуванні. При малих обертах рух транспортного засобуможе забезпечувати тільки електродвигун, а ДВС включається в роботу принаборі достатньої швидкості руху. Схема має відносно високий ККД іхороші масогабаритні показники, до того ж, вона відносно недорога(Електрообладнання застосовується тільки на частину повної потужності). Донедоліків схеми відносяться складність механічного узгодження роботи ДВС іелектроприводу, обмеження в компонуванні, необхідність застосування пристроївмеханічного узгодження (коробок передач спеціальної конструкції). Правда,від узгодження роботи ДВС і електроприводу можна піти, забезпечивши передачу нимимоменту на різні осі (колеса), однак такий прийом не завжди допустимо поумовами розміщення тягового обладнання і балансу мас транспортногокошти. Істотним недоліком схеми є також нестабільність роботиДВС, відповідно, погіршуються показники викидів у порівнянні зпослідовною схемою. Комбінована схема поєднує перевагипослідовної і паралельної схем за рахунок спеціального пристроюузгодження роботи ДВС і електродвигуна (наприклад, несиметричнийпланетарний диференціал). Пристрій узгодження дозволяє перерозподілятипотоки потужності між двома джерелами енергії (тепловий двигун іелектричний накопичувач) і двома каналами передачі енергії на колеса(Механічним і електромеханічним) і передавати потужність між ними в будь-якомунапрямку. У такій схемі може працювати як одне джерело енергії (ДВС абонакопичувач електроенергії), так і відразу два (ДВС і накопичувач), а обертанняпередається на колеса як механічним, так і електричним двигунами, аботільки одним з них (будь-яким). Така схема забезпечує високу економічність,максимальну гнучкість в режимах роботи системи тягового приводу, але єдосить складною в розробці і реалізації, вимагає створення складних і дорогихмеханічних елементів. 2. За типами накопичувачів схеми можуть бути електричні(На основі електрохімічних акумуляторів); механічні (на основіпневматичних акумуляторів); інерційні (маховик).
Пристрійі принцип роботи гібридів
Гібриднамашина має: звичайний бензиновий двигун, або турбодизель з безпосереднімуприскуванням. Дизельні силові агрегати використовують неохоче, так як їх основніпроблеми - викиди сажі та оксидів азоту. Щоб укластися в перспективніжорсткі норми по токсичності, доведеться В«вішатиВ» на дизельні мотори дужедорогі фільтри і нейтралізатори, які вдобавок знижують потужність;
- паливнийбак, де зберігається паливо для ДВС;
- електромотор.Сучасна електроніка робить його мотором і генератором одночасно. Він береенергію з електричних батарей для прискорення автомобіля, і відновлюєенергію при гальмуванні, переходячи в режим генератора (так званеВ«Рекуперативного гальмуванняВ»);
- генератор. Виробляєелектроенергію, яка запасається в акумуляторі;
- батареї.Джерело енергії для електромотора;
- трансмісія.Передає крутний момент на колеса.
Гібридизаціяпо-тойотовские
Toyotaлідирує за кількістю гібридів і активно випускає ці автомобілі з 1997 року,причому в модифікаціях як звичайних автомобілів серії Prius, паркетнихпозашляховиків серії Lexus RX400h, так і автомобілів люкс-класу - Lexus LS600h.
У серпні2009 року сумарний виробництво автомобілів Prius перевищило 2 мільйониекземплярів.За чотирироку було вироблено близько 150 тисяч гібридних кросоверів. Частка версії 400h взагальному обсязі продажів машини досягла 69 відсотків, а по Західній Європі цейпоказник ще вищий: 95%! Технологію гібридного приводу Toyota Hybrid Synergy Drive ліцензували Ford(Escape Hybrid), Nissan (Altima Hybrid).
Розглянемопринцип роботи гібридного автомобіля на прикладі послідовно - паралельноїгібридної силової установки Hybrid Synergy Drive, яку встановлює на своїавтомобілі компанія Toyota. Термін В«синергіяВ» означає спільна дія декількохкомпонентів. У силовій установці Hybrid Synergy Drive поєднуються бензиновийдвигун - і два електромотора. Вірніше, їх три, але про третій, якийзабезпечує задній привід, п...
