Гибридная силовая установка представляет собой управляемый электронной системой симбиоз современного двигателя внутреннего сгорания и электромоторов. Такое сочетание позволяет регулировать расход энергии в соответствии с режимом движения машины. Темой данной публикации сегодня будут гибридные автомобили, их устройство, работа, достоинства, недостатки и принцип работы.
Основными задачами гибридной силовой установки являются
- Во-первых, быстрое достижение необходимой скорости за счет моментальной подачи энергии, при этом гарантируются лучшие эксплуатационные качества автомобиля.
- Во-вторых, за счет того, что часть энергии при торможении преобразуется в электрическую, а часть – в тепловую, достигается сохранение энергии при торможении (по сравнению с недостатком автомашины, не оснащенной гибридной установкой, в которой все 100% энергии выделяются в виде тепла).
- В-третьих, автомобиль оснащается современной системой управления расхода энергии. В-четвертых, обеспечивается уменьшение массы и габаритов составных частей автомобиля.
Рассмотрим основные принципы работы гибридной силовой установки.
В момент начала движения автомобиля, и при езде на небольшой скорости работают электромоторы. Далее, в процессе прибавления скорости, при обычном режиме движения работают совместно и двигатель внутреннего сгорания, и электромоторы.
Для достижения оптимальных характеристик осуществляется распределение мощности двигателя между колесами, и, приводящим в движение электромотор, электрогенератором, который подзаряжает батарею. При разгоне мощность двигателя дополняется мощностью энергии батареи.
В процессе торможения электромоторы выполняют роль генераторов, преобразующих накапливающуюся в батарее кинетическую энергию в электрическую. При остановке двигатель автоматически выключается, обеспечивая экономичность автомобиля. А в начале движения задействованы только электромоторы.
Далее рассмотрим основные компоненты гибридной силовой установки и их основные характеристики.
Гибридная коробка переключения передач контролирует работу и бензинового, и электрического двигателей, позволяет направлять мощность, куда это необходимо, чем обеспечивает эффективный и экономичный расход топлива, а также большую мощность, быстро реагируя на действия водителя.
Бензиновый двигатель обеспечивает возможность достигать высокой скорости, а электродвигатели дают дополнительную мощность. Эксплуатация электродвигателя позволяет экономить бензин, и не загрязнять атмосферу.
В гибридной силовой установке бензиновый и электрический двигатели работают в оптимальном режиме, и, дополняя друг друга, создают систему, обеспечивающую экономию топлива, хорошие эксплуатационные свойства, и экологичность автомобиля.
Гибридная силовая установка позволяет экономить энергию за счет снижения ее потребления и восстановления, когда при торможении электродвигатели работают в качестве генераторов, и, энергия движения, посредством управления силовой установкой, переходит в батарею высокого напряжения.
Современный двигатель внутреннего сгорания является основным источником энергии в гибридной силовой установке. Он управляется посредством компьютерной системы, которая производит постоянное изменение забора воздуха. В результате достигается дополнительная мощность, экономия бензина, и снижение выбросов загрязняющих веществ, при этом не повышается уровень шума и вибраций. Такой современный высокопроизводительный двигатель четко и быстро «отзывается» на команды.
Высоковольтный электромотор гибридной силовой установки является компактным, технически сложным комплексом электромотора и электрогенератора, позволяющим достигать плавного разгона автомобиля.
Главным компонентом устройства распределения энергии является планетарный механизм, обеспечивающий взаимодействие двигателя внутреннего сгорания, электромотора и генератора. Механизм планетарной передачи способствует увеличению срока эксплуатации автомобиля, снижению уровня шума, а также уменьшению потерь на трение.
Энергетический центр гибридной силовой установки состоит из мощной высокотехнологичной батареи, в которой происходит процесс производства и контроля расходования энергии, блока управления энергией, полупроводникового коммутационного устройства и регенеративной тормозной системы. Такой энергетический центр позволяет создавать запас, и управлять электрической энергией, которая хранится в высокопроизводительной, никель – металл - гибридной батарее.
Для контроля потока энергии между генератором, батареей и электромотором используется блок управления энергией и полупроводниковое устройство переключения. Батарея является устройством постоянного тока. Генератор и электромотор – устройства переменного тока. Эти устройства преобразуют энергию, исходя из потребностей системы, так как выходное напряжение батареи не соответствует выходному напряжению генератора и входному напряжению электромотора.
Регенеративная тормозная система наиболее удобна для эксплуатации автомобиля в городе, где часто приходится снижать и набирать скорость, останавливаться и начинать движение. В обычных системах энергия, используемая для торможения, теряется полностью. В гибридных силовых установках генератор при торможении вырабатывает электроэнергию, которая хранится в батареях.
Инвертор преобразует постоянный ток в переменный, используемый для питания электромотора. В гибридной силовой установке действует высоковольтная система преобразования одного постоянного тока в другой постоянный ток. В результате повышается напряжение, и при неизменном уровне тока возрастает электрическая мощность, и повышается производительность и крутящий момент привода электромотора.
Улучшение эксплуатационных характеристик в современных автомобилях достигается посредством комплексного использования
- гибридной силовой установки,
- электронной системы управления,
- модифицированной подвески,
- систем контроля устойчивости автомобиля,
- интегрированного управления динамикой автомобиля (VDIM).
Основной целью VDIM является повышение уровня безопасности посредством обеспечения взаимодействия, и достижения максимальной эффективности работы таких систем активной безопасности, как антиблокировочная система тормозов (АВS), антипробуксовочная система (TRC), система курсовой устойчивости (VCS) и электроусилитель руля (ЕРS).
Отличительной особенность VDIM, по сравнению с обычными системами безопасности, является то, что она активизируется до, а не после достижения предельного уровня технических возможностей автомобиля. Системы безопасности машины работают более четко, это позволяет лучше контролировать управление.
Кроме того, VDIM осуществляет управление гибридной силовой установкой и системой полного привода. Благодаря датчикам, которыми оборудован автомобиль, VDIM получает исчерпывающую информацию о текущем состоянии систем автомобиля, и достигает контроля над компонентами, отвечающими за движение, такими как тормозное усилие, рулевое управление, крутящий момент. Таким образом, VDIM улучшает скоростные качества автомобиля, и совершенствует работу тормозной, антипробуксовочной, и системы курсовой устойчивости. В результате, автомобиль, оборудованный системой интегрированного управления динамикой (VDIM), отвечает наиболее высоким стандартам безопасности и удобства.