Основные достоинства и недостатки различных схем гибридно- силовых установок

Основные достоинства и недостатки различных схем гибридно- силовых установок

В данной статье рассмотрены основные конструктивные схемы исполнения гибридных силовых установок, произведен их сравнительный анализ, а также представлены их основные достоинства и недостатки по сравнению с традиционными и электрическими двигателями.

Авторы публикации

Рубрика

ПРОЧЕЕ

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 3 (48), Январь ‘22

Дата публицакии 13.01.2022

Поделиться

В условиях современного мира, когда запасы нефти постепенно истощаются, цены на топливо, получаемое из нее, систематически повышаются, а экологические стандарты на его использование постоянно ужесточаются из-за ухудшающегося состояния экологии во всем мире, вызванного, в том числе, использованием традиционных видов топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), вынуждают автопроизводителей искать альтернативные виды топлива и новые инженерные решения, которые позволили бы уйти от этих проблем и при этом сохранить привычный для потребителей уровень комфорта транспортных средств.

Одним из таких решений по праву может считаться гибридная силовая установка. Под гибридной понимается такая силовая установка, в ко- торой, помимо ДВС, работающего на традиционных видах топлива, используется электрический двигатель [1]. Автомобиль, на котором применяется данная установка, называется гибридным.

Гибридные автомобили являются чем-то средним между автомобилями с традиционными силовыми установками и автомобилями с электродвигателями. Гибридные силовые установки по общей задумке должны совмещать в себе основные плюсы ДВС, в виде цены, простоты эксплуатации и хороших динамических характеристик на установившихся режимах работы, и достоинства электрического двигателя, в виде высокого коэффициента полезного действия и нулевых выбросов вредных веществ, при этом скрывая основные недостатки этих двигателей.

Разумеется, невозможно совместить сразу все достоинства и при этом убрать все недостатки. В зависимости от исполнения гибрида получается их различная комбинация. Рассмотрим, какие исполнения гибридов бывают.

Все виды гибридов по конструктивным реализациям можно разделить на три группы: последовательные гибриды; параллельные гибриды; последовательно-параллельные гибриды [2].

Принцип работы гибрида, созданного по последовательной схеме, заключается в том, что приводом колес автомобиля является исключительно электрический двигатель, питающийся энергией от генератора, который, в свою очередь, вырабатывает энергию благодаря ДВС. [3]. Схема силовой установки последовательного гибрида представлена на рис. 1.

 

Рис. 1. Схема силовой установки последовательного гибрида

 

Так как в последовательной схеме силовой установки гибрида ДВС используется только в качестве привода генератора, то целесообразно использовать малолитражный двигатель, настроенный на работу в оптимальном режиме. Также, при достаточном количестве запасенной энергии в аккумуляторной батарее, в системе предусмотрена возможность полного отключения ДВС, что в совокупности, несомненно, положительно влияет на экономичность и экологичность автомобиля.

Из отрицательных сторон данной схемы силовой установки гибридов можно выделить высокую стоимость аккумуляторной батареи и её большие габариты, а также то, что на этапах преобразования энергии происходит ее потеря. К тому же, стоит отметить, что последовательные гидриды эффективны только при движении с частыми остановками, когда постоянно происходит рекуперация энергии за счет торможения, в противном слу- чае работа ДВС не прекращается и существенного улучшения экологичности и экономичности не происходит [4]. К тому же, при движении с большими скоростями или под большой нагрузкой, электрический двигатель проявляет себя хуже, чем обычный ДВС. Поэтому данная схема не нашла широкого применения на легковых автомобилях.

При использовании параллельной схемы, представленной на рис. 2, привод автомобиля осуществляется и ДВС, и обратимым электродвигателем [4]. При этом в основном работает ДВС, а электродвигатель используется как его помощник при движении в переходных режимах (старт, ускорение), а в устоявшихся режимах и при торможении выполняет функции генератора. Для их согласованной работы используется компьютерное управление [5]. Так как ДВС непосредственно связан с колесами, то и по- тери мощности значительно меньше, чем в последовательном гибриде, но при этом сохраняется необходимость в использовании обычной трансмиссии, что заставляет двигатель работать в неэффективных режимах. Также к недостаткам данной конструкции можно отнести то, что при движении электродвигатель не может одновременно заряжать аккумуляторную бата- рею и передавать крутящий момент на колеса. Из этого всего следует, что параллельные гибриды эффективны на шоссе, но малоэффективны в горо- де. И, хотя реализация параллельной схемы довольно проста, она не позво- ляет значительно улучшить как экологические параметры, так и эффективность использования ДВС.

 

Рис. 2. Схема силовой установки параллельного гибрида

 

Последовательно-параллельная схема, представленная на рис. 3, объединяет в себе особенности двух предыдущих схем конструктивного исполнения гибридов. В схему параллельного гибрида добавляется отдельный генератор и делитель мощности (планетарный механизм) [3]. В результате гибрид приобретает черты последовательного гибрида: автомобиль трогается и движется на малых скоростях только на электротяге. На высоких скоростях и при движении с постоянной скоростью подключается ДВС. Благодаря наличию отдельного генератора, заряжающего батарею, электродвигатель используется только для привода колес и при рекуперативном торможении. В этом типе гибрида большую часть времени работает электродвигатель, а ДВС используется только в наиболее эффективных режимах, поэтому его мощность может быть ниже, чем в параллельном гибриде. Так же важной особенностью ДВС является то, что он работает по циклу Аткинсона, а не по циклу Отто, как обычные двигатели [4].

К недостаткам последовательно-параллельного гибрида следует от- нести более высокую стоимость, ввиду того, что он нуждается в отдельном генераторе, большем блоке батарей, и более производительной и сложной компьютерной системе управления.

В заключении хочется отметить, что все представленные выше технологии созданы для того, чтобы улучшить экологическое состояние

нашей планеты, уменьшить истощение её невозобновляемых ресурсов и при этом сохранить привычные для людей ощущения от использования транспортными средствами. Это, несомненно, положительная тенденция. Остается только надеяться, что развитие в данном направлении будет только продолжаться.

 

Рис. 3. Схема силовой установки последовательно-параллельного гибрида

Список литературы

  1. Что такое Гибрид? : сайт. – URL: https:// (дата обращения: 10.10.2019). – Текст : электронный.
  2. Чернышев, Е. В. Компьютерные технологии диагностики автомо- биля / Е. В. Чернышев, Е. В. Прохорова – Текст : непосредственный // Современные автомобильные материалы и технологии: VIII международная научно-техническая конференция. 4-25 ноября 2016 г. – Курск, 2016. – С. 442-445. – Текст : непосредственный.
  3. Багдасаров, Е. Как устроены гибридные автомобили : сайт. – URL: https:// (дата обраще- ния: 10.10.2019). – Текст : электронный.
  4. Гордеев, С. Н. Технологии ремонта и обслуживания гибридных автомобилей / С. Н. Гордеев. – Текст : непосредственный // АБС Авто. – 2015. – № 2. – С. 18-24.
  5. Конструктивные схемы автомобилей с гибридными силовыми установками : учебное пособие / С. В. Бахмутов, А. Л. Карунин, А. В. Круташов [и др.]. – Москва : МГТУ «МАМИ», 2007 – 71 с. – Текст : непосредственный.

Предоставляем бесплатную справку о публикации,  препринт статьи — сразу после оплаты.

Прием материалов
c по
Остался последний день
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary