Содержание.
Введение……………………………………………………………………………….3
Преимущества…………………………………………………………………………4
Недостатки…………………………………………………………………………….6
Устройство и принцип
работы гибридной установки……………………………..7
Обслуживание гибридных
автомобилей…………………………………………..13
Заключение…………………………………………………………………………..
Введение
В последние годы на дорогах
появляется все больше автомобилей
с гибридным двигателем и это вполне объяснимо,
ведь для городского образа жизни такой
автомобиль подходит как нельзя лучше.
При перемещении по городу такой автомобиль
потребляет всего 4-5 литров на 100 км, что
значительно меньше, чем у бензиновых
аналогов. Такая экономия достигается
за счет возможности не использовать основной
двигатель (ДВС) при перемещении по пробкам,
или с частыми остановками и стартами
между светофорами – автомобиль движется
за счет энергии батареи. Экономия топлива
это не единственный плюс гибридного двигателя,
помимо этого он более экологичен и производит
меньше шума при движении.
Первым автомобилем с
гибридным приводом считается Lohner-Porsche.
Автомобиль был разработан конструктором
Фердинандом Порше в 1900 - 1901 годах.
В США гибридные автомобили начал разрабатывать
Виктор Воук в 60-е — 70-е годы.
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.
В Советском Союзе также
велись работы по разработке гибридных
автомобилей. Так, работы советского 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 удалось достичь экономии
топлива до 50 %.
В Курске в 1972-73 годах Н. В.
Гулиа были проведены 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. 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. Но данные технологии советская автомобильная
промышленность не начала использовать
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.
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 остроту проблемы 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
большим 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.
В городском цикле эксплуатации
гибридный автомобиль 80 % времени
работает в режиме электромобиля. В
феврале 2006 года автолюбители из США
смогли взломать электронную систему
управления Toyota Prius, и научились принудительно
переключать автомобиль в режим
электромобиля. Французская компания
PSA Peugeot Citroen к 2010 году начнет серийное производство
гибридных версий Peugeot 307 и Citroen C4. В
автомобилях предусмотрен режим
электромобиля на скоростях менее
50 км/ч. Водитель может по желанию
включать режим электромобиля.
Недостатки
Высокая сложность
Гибридные автомобили имеют
относительно больший вес, они сложнее
и дороже традиционных автомобилей
с двигателями внутреннего сгорания.
Аккумуляторные батареи имеют небольшой
диапазон рабочих температур, подвержены
саморазряду. Кроме того, они дороже
в ремонте. Опыт США говорит, что
автомеханики берутся за ремонт гибридных
автомобилей с большой неохотой.
США пытаются решить проблему дороговизны
налоговыми льготами.
Далеко не все крупные
автопроизводители смогли создать
собственную гибридную систему.
Компания Porsche отказалась от попыток
самостоятельного производства гибридного
автомобиля. Компания Mitsubishi изначально
не пыталась создать гибридный автомобиль,
а сконцентрировала все свои усилия
на разработке электромобилей. Наиболее
удачная на сегодня (2008) серийная разработка
— Hybrid Synergy Drive (произносится [ха́йбрид
си́неджи драйв]) компании Toyota.
Отсутствие трансмиссий
Наиболее перспективные,
механические, гибриды не могут на
данном этапе составить конкуренцию
электрическим гибридам. Основной проблемой
является невозможность создания адаптивных
трансмиссий, способных работать в
широком диапазоне передаточных
отношений (более 20).
Утилизация аккумуляторов
Хоть и в меньшей
степени, чем электромобили, гибридные
автомобили подвержены проблеме утилизации
аккумуляторов. Влияние выбрасываемых
аккумуляторов на окружающую среду оказывает
пагубное поздействие.
Устройство и
принцип работы гибридной установки.
Гибридная силовая установка
(на примере автомобиля Lexus RХ400h) сочетает
в себе современный двигатель
внутреннего сгорания, технологически
совмещенный с электромоторами.
Весь комплекс управляется электронной
системой. Гибридная силовая установка
управляет расходом энергии в
зависимости от условий движения
автомобиля.
1. Бензиновый двигатель
2. Гибридная трансмиссия 3. Генератор
4. Электрический двигатель задних
колес 5. Блок управления силовой
системой 6. Электрических двигатель
передних колес 7. Батарея высокого
напряжения
Начало движения
Для начала движения и при
движении на малых скоростях используется
только электромотор.
1. При наборе скорости
батарея направляет свою энергию
на блок управления электропитанием.
2. Блок управления направляет
энергию на электромоторы, расположенные
в передней и задней частях
автомобиля.
3. Передний и задний
электромоторы позволяют автомобилю
плавно трогаться с места.
Движение
При движении автомобиля
в нормальном режиме привод
колес осуществляется за счет
бензинового двигателя и электромоторов;
энергия двигателя распределяется
между колесами и электрическим
генератором, который в свою
очередь приводит в движение
электромоторы. генератор также
осуществляет зарядку батареи,
отдавая ему излишки энергии.
Разгон
1. Бензиновый двигатель
разгоняет автомобиль, работая в
нормальном режиме.
2. Для улучшения динамики
дополнительная энергия поступает
от электромотора.
3. При работе в нормальном
режиме бензиновый двигатель
также снабжает энергией генератор.
4. Генератор может направлять
излишки энергии на блок управления
электропитанием.
Торможение
1. При торможении кинетическая
энергия преобразуется в электричество.
2. Электромоторы направляют
его на блок управления электропитанием.
3. Блок управления электропитанием
возвращает энергию на высоковольтную
батарею. Бензиновый двигатель
автомобиля работает в обычном
режиме.
Задачи гибридной
силовой установки
1. Обеспечение высоких
эксплуатационных характеристик
и набора скорости за счет
мгновенной подачи энергии.
2. Сохранение энергии
при торможении: часть энергии
преобразуется в электричество,
остальное – в тепловую энергию
(в сравнении с обычным автомобилем,
у которого на "тепло" уходят
все 100%).
3. Обеспечение автомобиля
самой современной системой управления
расходом энергии.
4. Снижение массы и
размеров компонентов.
Гибридная трансмиссия
Делитель мощности
в гибридной трансмиссии направляет
поток мощности туда, где она
больше всего нужна. Обеспечивая
максимально экономное расходование
энергии, он не только направляет
всю необходимую мощность, но
и управляет совместной работой
бензинового и электрического
двигателей. Бесступенчатая трансмиссия
мгновенно откликается, когда
водителю нужна большая мощность.
Электрический и
бензиновый источники энергии
Термин "гибридный"
подразумевает сочетание бензинового
и электрического двигателей, которые
приводят в движение автомобиль.
Эти два источника энергии
прекрасно дополняют друг друга.
Электродвигатели моментально обеспечивают
дополнительную мощность, не расходуя
топливо и не загрязняя окружающую
среду. Бензиновый двигатель позволяет
развить высокую скорость на
уровне современных автомобилей.
Работа в системе позволяет
каждому источнику энергии работать
в оптимальном режиме, обеспечивая
автомобилю прекрасные ходовые
качества и топливную экономичность.
Восстановление
энергии
Один из источников
экономии – снижение потребляемой
энергии. Однако гибридные технологии
Lexus позволяют возвращать энергию,
которая в обычных условиях
теряется безвозвратно. В частности,
при торможении электродвигатели
действуют как генераторы, и с
подачи блока управления силовой
установкой энергия движения "перекачивается"
обратно в батарею высокого
напряжения.
Большая производительность
благодаря двум источникам энергии
Гибридная силовая
установка использует в своей
работе два источника энергии:
бензиновый двигатель, соединенный
с генератором, и электромотор,
обладающий большим крутящим
моментом.
Высокопроизводительный
двигатель
В качестве основного
источника энергии в гибридной
силовой установке используется
самый современный двигатель
внутреннего сгорания. Сложная компьютерная
система осуществляет непрерывное
изменение забора воздуха в
целях обеспечения оптимальных
условий работы двигателя. Это
не только обеспечивает двигателю
дополнительную мощность, но и
способствует значительной экономии
топлива и уменьшению выбросов
выхлопных газов. При этом не
увеличивается уровень шума и
не возникает никаких вибраций.
Все, что чувствует водитель, –
это чутко реагирующий на команды
двигатель.
Высоковольтный
мотор
Усовершенствованный
электромотор-генератор, соединенный
с бензиновым двигателем, обеспечивает
исключительно плавный разгон, когда
вы нажимаете на педаль газа
до упора. Высоковольтный электромотор
гибридной силовой установки представляет
собой сложную и одновременно компактную
комбинацию электромотора и электрогенератора.
Гибридная технология
Немного подробнее о принципах
работы гибридной силовой установки.
1. Начало движения
При трогании с места
и движении на малых скоростях
используются лишь электромоторы.
2. Нормальный режим движения
На трассе двигатель
и электромотор работают вместе;
мощность двигателя делится между
колесами и электрогенератором,
который приводит в движение
электромотор. Распределение мощности
корректируется для обеспечения
максимальной эффективности. При
необходимости генератор подзаряжает
батарею за счет избыточной
мощности двигателя.
3. Разгон
Батарея дает энергию,
дополняющую мощность двигателя;
двигатель и электромоторы обеспечивают
плавный разгон.
4. Торможение
При торможении электромоторы
работают как генераторы. Они
преобразуют кинетическую энергию
в электрическую, накапливающуюся
в батарее.
5. Остановка
При остановке двигатель
автоматически выключается для
экономии топлива и обеспечения
максимальной эффективности.
6. Начало движения
Работают только электромоторы.
Устройство распределения
электроэнергии
Сердцем устройства
распределения энергии является
компактный механизм планетарной
передачи. Этот планетарный механизм
управляет процессом взаимодействия
бензинового двигателя, электромотора
и генератора. Механизм планетарной
передачи объединяет двигатель,
электрогенератор и электромотор.
Все это снижает потери на
трение и обеспечивает более
тихую работу, а также более
длительный срок службы автомобиля.
Энергетический
центр
Гибридный "энергетический
центр" является уникальной
системой, которая создает и управляет
запасом электрической энергии,
хранящейся в высокотехнологичной
батарее. Процесс производства и управления
расходом электроэнергии интегрирован
в батарее. Ключевыми компонентами энергетического
центра являются:
– мощная высокопроизводительная
батарея;
– блок управления
энергией;
– полупроводниковое
коммутационное устройство;
– регенеративная
тормозная система.
Мощная батарея
Для обеспечения энергией
электромоторов и электрических
систем автомобиля гибридная
силовая установка использует
в своей работе высокопроизводительную
никель-металл-гидридную батарею.
Блок управления
энергией и полупроводниковое устройство
переключения
Блок управления энергией
и полупроводниковое устройство
переключения применяются для
управления потоком энергии между
генератором, батареей и электромотором.
В то время как генератор
и электромотор являются устройствами
переменного тока, батарея представляет
собой устройство постоянного
тока. Кроме того, выходное напряжение
батареи не соответствует выходному
напряжению генератора, а также
величине входного напряжения
электромотора. Поэтому эти устройства
осуществляют преобразование электроэнергии
согласно потребностям системы.
Регенеративная
тормозная система
При торможении генератор
используется для замедления
движения автомобиля. При этом
он вырабатывает электроэнергию,
которая хранится в батареях.
В традиционных системах энергия,
которая используется для торможения,
теряется полностью. В отличие
от них данная система особо
эффективна при езде в городских
условиях, где часто чередуются
разгон и торможение. Без наличия
традиционной коробки передач
в системе образуется намного
меньше трения, поэтому большее
количество кинетической энергии
может быть сохранено в виде
электрической энергии.
Инвертор
Инвертор представляет
собой устройство, которое преобразует
постоянный ток от аккумулятора
в переменный. При преобразовании
постоянного тока в переменный
он может быть использован
для питания электромотора. В
гибридной силовой установке
автомобиля предусмотрена высоковольтная
схема преобразования одного
постоянного тока в другой, также
постоянный ток. Поскольку она
повышает напряжение, происходит
равномерный рост электрической
мощности при том же уровне
тока, результатом чего является
более высокая производительность
и повышенный крутящий момент
привода электромотора.
Система интегрированного
управления динамикой автомобиля (VDIM)
Во взаимодействии
с новой гибридной силовой
установкой улучшение качества
управления автомобилем достигается
еще и за счет модифицированной
подвески, специальной электронной
системы управления и самой
современной системы контроля
устойчивости автомобиля и системы
интегрированного управления динамикой
автомобиля (VDIM). До сегодняшнего
дня такие системы активной
безопасности, как антиблокировочная
система тормозов (АВS), антипробуксовочная
система (TRC), система курсовой
устойчивости (VCS) и электроусилитель
руля (ЕРS), имели тенденцию развиваться
отдельно друг от друга, даже
если они были установлены
в одном и том же автомобиле.
По существу их успешная совместная
деятельность была ограничена, а
оптимальная работоспособность
не реализована. Система интегрированного
управления динамикой автомобиля
(VDIM) была разработана с целью
объединения этих различных систем,
что существенно улучшило безопасность
и характеристики автомобиля. Более
того, поскольку обычные системы
безопасности активируются сразу
после того, как был достигнут
предел технических возможностей
автомобиля, VDIM активизируется еще
задолго до наступления этого
момента.
В результате расширяются
рамки работы систем активной
безопасности, и за счет этого
обеспечивается более мягкое
и предсказуемое поведение автомобиля,
так как эти системы действуют
точнее, более мягко и гибко.
Располагая полной информацией
о текущем состоянии, получаемой
с датчиков, расположенных по
всему автомобилю, VDIM не только
объединяет функции систем АВS,
ТRC, VSC и ЕВD с электроусилителем
рулевого управления, но и управляет
гибридной силовой установкой
и системой полного привода.
Используя объединенный контроль
над всеми элементами, отвечающими
за движение автомобиля, включая
крутящий момент, тормозное усилие
и рулевое управление, VDIM не только
оптимизирует работу тормозной
системы, системы курсовой устойчивости
и антипробуксовочной системы,
но и улучшает основные динамические
характеристики автомобиля. Новая
система управления динамикой
не столь "навязчива", как
обычные системы контроля устойчивости,
но при этом намного более
эффективна. С помощью высокоскоростной
технологии управления двигателем,
тормозами и трансмиссией система
управления динамикой контролирует
гибридную силовую установку,
полный привод на все колеса
и систему торможения, одновременно
управляя моментом переднего
и заднего электромоторов в
соответствии с условиями движения,
а также стабилизирует поведение
автомобиля на дорожном покрытии
с низким коэффициентом сцепления.
За счет всего этого достигается
безопасное и комфортное управление
автомобилем.
Обслуживание
гибридных автомобилей.
Гибридная установка и
аккумулятор в совокупности с
бортовым компьютером автомобиля и
другими его узлами, представляет
очень сложную систему, требующую
как качественной диагностики, так
и квалифицированного ремонта.
Компьютерная
диагностика автомобилей Лексус.
Одной из первейших задач
при устранении неисправностей в
системах и узлах автомобиля является
их достоверная диагностика. Для
автомобилей такого класса, как Лексус
необходима специальная компьютерная
диагностика с использованием , которая
позволила бы выявить или же заранее предотвратить
скрытые неполадки в механизмах автомобиля.
Для этого неободимо проводить
комплексную компьютерная диагностику
Лексус, с использованием диагностирующего
оборудования дилерского уровня - Intelligent
Tester II, позволяющего взаимодействовать
с бортовыми компьютерами всех выпускаемых
моделей.
Такой подход позволяет найти
возможные скрытые зависимости
неисправностей механизмов автомобиля.
Использование устройств подобного
уровня позволяет в кратчайшие сроки
выявить причины различных поломок
в автомобиле и тревожных сигналов
на приборной панели («check engine» и
других) и, следовательно, устранить
их максимально оперативно.
Заключение.
Тратятся миллионы
долларов, десятки и сотни тысяч
человек продолжают работу над
новыми батареями, электромоторами,
топливными элементами. Можно сказать,
что именно сейчас происходит
рождение транспортных средств
будущего. Всё большее количество
автопроизводителей обращают своё
внимание на разработку и серийный
выпуск транспортных средств
с гибридными силовыми агрегатами.
Заставляют их это делать несколько
факторов, среди которых – ужесточающиеся
с каждым годом экологические
требования к выбросам вредных
веществ, а также реальная угроза
того, что запасы нефти рано
или поздно иссякнут.
С каждым годом гибридные
автомобили совершенствуются. По
количеству вредных выбросов
и по экономичности они все
больше приближаются к электромобилям,
в то же время, по разгонной
динамике, управляемости и ездовому
комфорту ничем не отличаются
от своих собратьев, потребляющих
бензин или солярку. Главным
минусом гибридов на сегодняшний
день, таким образом, является
высокая стоимость производства.
Конечная цена такого транспортного
средства также будет выше. У
разных производителей разница
стоимости между версиями с
ДВС и гибридом одной и той
же модели варьируется от 15 до
50 процентов. Тем не менее владельцев
гибридных авто становится всё
больше и больше. Правительства
большинства развитых и развивающихся
государств разрабатывают и принимают
законы, стимулирующие как производство,
так и приобретение экологически
чистого транспорта. Например, в
Америке применяют «нематериальные
методы стимулирования» экосознания
владельцев машин: у некоторых
офисных зданий парковки разделены
на зоны. Места поближе к входу
– для электромобилей и гибридов,
а подальше – для обычных
автомобилей. Разве самолюбие
позволит боссу топать с дальнего
паркинга, когда приезжающие на
«Приусах» подчиненные встают
прямо у дверей?
Для поршневого ДВС
включен обратный отсчет, и, скорее
всего, немощные и тихоходные
сегодняшние электромобили означают
для миллионов наших любимых
пожирателей бензина и солярки
то же, что значили маленькие
теплокровные крысы для несметного
числа динозавров, когда-то населявших
Землю.
