Научный журнал Успехи современного естествознания ISSN 1681-7494 Перечень ВАК ИФ РИНЦ 0,823

Что такое гибридный двигатель ваз

Над проблемами экологичности и топливной экономичности транспортных машин по различным направлениям работает большое количество ученых, конструкторов и других категорий людей. Одним из эффективных направлений повышения указанных эксплуатационных свойств автомобилей и решения проблем загрязнения воздуха в промышленных регионах и крупных городах является применение гибридных энергоустановок, состоящих из двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электродвигателя (ЭД) [1]. По данному направлению проводят исследования многие ведущие автомобильные фирмы мира. Безусловным лидером в создании гибридных автомобилей является японская фирма Toyota, которая стала выпускать такого типа автомобили с 1997 г. Актуальность проекта, его эффективность и необходимость в настоящее время не вызывает сомнений. Как отмечается в газете АвтоРевю № 10, 2004 г. «Уже очевидно, что ближайшее будущее автомобилизации — это гибридные силовые установки, в которых двигатель внутреннего сгорания сочетается с электромотором».

Известно, что создание гибридной энергоустановки, состоящей из маломощного ДВС и ЭД, позволяет значительно повысить топливную экономичность автомобилей и уменьшить выбросы токсичных веществ с отработавшими газами ДВС (до 30-40 % и более), но при этом скоростные свойства в сравнении с серийно выпускаемыми автомобилями ухудшаются. Гибридная энергоустановка, состоящая из ЭД и штатных ДВС, применяемых на легковых и малотоннажных грузовых автомобилях, позволяет уменьшить расход топлива на меньшую величину, чем с микролитражным ДВС, но при этом тягово-скоростные свойства автомобилей не только сохраняются, но и улучшаются при существенном уменьшении вредных выбросов токсичных веществ.

Проведенный анализ показал, что при создании гибридной энергосиловой установки автомобиля с использованием штатного ДВС, из-за отсутствия в настоящее время ЭД малых габаритных размеров, необходимо размещать ЭД в цепи трансмиссии. Для легкового автомобиля наиболее рационально разместить ЭД непосредственно перед главной передачей, а у грузовых малотоннажных автомобилей — непосредственно за коробкой передач. Разработанная новая конструкция гибридной энергосиловой установки для малотоннажных грузовых автомобилей семейства ИЖ типа пикап и фургон представлена на рис. 1, а ее компоновка в автомобиль ИЖ-27171 — на рис. 2.

1. Умняшкин В.А., Филькин Н.М. Гибридные энергосиловые установки одно из направлений решения экологических проблем промышленных регионов и крупных городов// Материалы Всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных регионов». — Екатеринбург: ГНЦ РФ ОАО «Уральский институт металлов», 2004. — С. 223-225.

Рисунок 1. Трансмиссия гибридного автомобиля на базе ИЖ-27171 (ДВС ВАЗ-2106 + ЭД ПТ-125-12): 1 — ДВС, 2 — сцепление, 3 — коробка передач, 4 — соединительная муфта, 5 — электродвигатель, 6 — опоры электродвигателя, 7 — карданная передача, 8 — блок управления, 9 — накопитель электрической энергии, 7 — задний мост

Рисунок 2. Общая компоновка гибридного автомобиля ИЖ-27171 (ДВС ВАЗ-2106 + ЭД ПТ-125-12): 1 — ДВС, 2 — сцепление, 3 — коробка передач, 4 — соединительная муфта, 5 — электродвигатель, 6 — опоры электродвигателя, 7 — карданная передача, 8 — блок управления, 9 — накопитель электрической энергии, 10 — задний мост

Гибридная Lada от АВТОВАЗа

Российский автоконцерн по заказу Минпромторга РФ начал разработку гибридного транспортного средства на базе Lada Granta. Опытные образцы появятся уже к концу 2014 года.

Для реализации проекта уже создана команда, куда вошли специалисты разных направлений, сообщает портал «За рулем».

В данный момент работы находятся в стадии разработки, изготовления экспериментальных образцов и тестирования компонентов КЭУ (комбинированной энергетической установки). В этом международном проекте участвуют зарубежные компании, а также ВУЗы, научные организации и промышленные компании.

Проектом предусмотрена схема последовательно-параллельного гибрида. В машине будет и перезарядка от сети. Планируется отработка нескольких вариантов гибридной установки, в том числе на базе двигателей ВАЗ 1,6 и 1,4 л. Мощность установки составит не менее 90 кВт. Контрольным показателем, нормированным техническим заданием, является снижение расхода топлива не менее чем на 21%.

В 2009 году АВТОВАЗ принял решение возобновить работу над проектами электромобилей, предполагая на первом этапе конвертацию своих последних разработок («Kalina», «Priora») в электромобили с получением близких по большинству параметров показателей.

В октябре 2011 года в рамках Международного форума по нанотехнологиям в Москве состоялся премьерный показ российского электромобиля El Lada, а в следующем году АВТОВАЗ впервые в своей истории перешел от выпуска опытных образцов электромобилей к их мелкосерийному производству и продаже.

Электрокар EL Lada создан на базе Lada Kalina, только вместо традиционного двигателя внутреннего сгорания в машине используется электромотор, питающийся от тяговых аккумуляторов. Внешне El Lada в точности соответствует Lada Kalina в кузове универсал, если не считать разместившегося на месте горловины бензобака электроразъема. В салоне тоже есть два отличия: амперметр на панели приборов заменил тахометр, а вместо рычага КПП – джойстик выбора направления движения (вперед-назад).

В подкапотном пространстве El Lada – трехфазный асинхронный электродвигатель переменного тока, редуктор и блок литий-железо-фосфатных аккумуляторов массой в 120 кг. Весь электрический арсенал тянет на 240 кг, доводя массу El Lada до 1215 кг.

Источником питания для двигателя автомобиля служат ионно-литиевые батареи с запасом хода до 170 км. Энергетическая установка El Lada выдает 60 кВт (около 80 л.с.) и способна разогнать электрокар до сотни км/ч за 13 секунд. Скоростной максимум автомобиля – 140 км/ч, а запас хода на одной зарядке составляет около 150 км для пробега в городском режиме. Полная подзарядка от бытовой сети (220 В, 50 Гц) занимает 8 часов. Анонсированный срок службы батарей – 3000 циклов, что при каждодневной подзарядке составит около 8 лет или пробег под 500 тыс. км.

АВТОВАЗ – один из крупнейших производителей легковых автомобилей в России и Восточной Европе. Предприятие является градообразующим для города Тольятти Самарской области. Численность сотрудников составляет около 68 тыс. человек.

Центр информационных и интеллектуальных систем

Разработка электронных систем управления для любых типов двигателей, автоматических трансмиссий, гибридных и электрических автомобилей.

1. Главная
2. Направления
3. Разработка и создание
4. Центр информационных и интеллектуальных систем

Центр информационных
и интеллектуальных систем

Услуги Центра

Осуществляется полный цикл разработки электронных систем управления для различных типов двигателей, автоматических трансмиссий, гибридных и электрических автомобилей. Разработка включает в себя математическое моделирование, проектирование электронных систем, блоков управления и разработку программного обеспечения, испытания и калибровки готовых продуктов. Используются новейшие программные продукты и оборудование от лидеров индустрии – компании mathworks, Авл, Вектор, библиотека, ЭТАС, компании infineon и других.

Центром разрабатываются интеллектуальные системы автомобиля, направленные на повышение безопасности автомобиля, а также на повышения комфортабельности передвижения пассажиров: системы распознавания дорожных знаков и разметки, предупреждения об уходе с полосы, адаптивный круиз-контроль и т.д.

Основные преимущества услуг центра

Широкий опыт работы с современными программными продуктами позволяет использовать технологии быстрого прототипирования программного обеспечения для обеспечения первых результатов в кратчайшие сроки.

В команде центра специалисты всех направлений в сфере автомобильной электроники (в том числе силовой) и систем управления, что позволяет решить любые задачи из этой области без привлечения других организаций и специалистов.

Центр использует всю структуру НАМИ для обеспечения своей работы, а это значит – знания и опыт инженеров и ученых занимающихся разработками и исследованиями в области автомобилестроения.

беспилотник

Один из ярчайших проектов центра — беспилотный автомобиль на базе ВАЗ 1118 «Калина».

В нем используются новейшие методики из области технического компьютерного зрения.

Проект был отмечен вниманием со стороны журналистов, были выпущены репортажи на телеканалах Первый канал, Россия 1 и Россия 2.

Цели и задачи центра

Центр информационных и интеллектуальных систем занимается одним из самых актуальных и быстроразвивающихся направлений — интеллектуальные системы, которые используются повсеместно в управлении различными узлами и агрегатами автомобиля.

В настоящее время в центре ведутся исследования по разработкам: блока управления газовым двигателем; алгоритмов управления автомобилей с комбинированной энергоустановкой — полноприводного грузового автомобиля и автомобиля класса Б; программного обеспечения для стендов измерения трения качения шин и испытания газовых двигателей; разработке и калибровке программного обеспечения для управления автоматическими коробками передач.

Автомобили с гибридным двигателем, плюсы и минусы, принцип работы

Подавляющее большинство современных автомобилей в качестве силового агрегата используют двигатель внутреннего сгорания. На фоне постепенного истощения запасов нефти, а также возрастающих требований к экологичности, автоинженеры разрабатывают новые технологии, позволяющие отказаться от использования углеводородов в качестве топлива или, как минимум, снизить расход.

Решить эту проблему можно двумя способами: установить вместо ДВС электромотор или гибридный двигатель. К последнему прибегают многие автомобильные марки.

Как видно из названия, подобный силовой агрегат представляет из себя классический двигатель внутреннего сгорания и одновременно электродвигатель, объединенные в одно целое. По многим причинам такое решение предпочтительнее одной только электрической тяги.

На сегодняшний день электромобиль имеет серьезные минусы. Наиболее значимые из них – это отсутствие развитой сети электрозаправок, а также недостаточная дальность поездки без дозарядки (у разных моделей электромобилей она составляет от 80 до 160 км).

К тому же на то, чтобы полностью зарядить батареи потребуется несколько часов, а значит, мобильность такого авто ограничивается поездками от дома до работы и обратно.

Тем не менее, нельзя забывать и про плюсы электромотора, среди которых более высокий КПД (у ДВС максимальный КПД достигается только на определенных оборотах), отсутствие каких-либо выбросов, большой крутящий момент.

Электрический двигатель, в отличие от работающего на нефтепродуктах, не нуждается в постоянной подаче топлива. Он может находиться в выключенном состоянии сколь угодно долго, пока на него не будет подано напряжение. При подаче электричества он практически моментально передает колесам максимальную тягу.

Гибридный двигатель совместил преимущества обоих моторов, благодаря чему достигается экономичность, экологичность и неплохие динамические характеристики.

1. Принцип работы гибридных двигателей
2. Схемы взаимодействия электромотора и ДВС
3. Последовательная схема
4. Параллельная схема
5. Последовательно-параллельная схема

Принцип работы гибридных двигателей

Гибридный двигатель устроен таким образом, что оба мотора работают, условно говоря, друг на друга. Двигатель внутреннего сгорания крутит генератор и снабжает энергией электромотор, а тот позволяет «напарнику» работать в оптимальном режиме без резких колебаний и нагрузок. К тому же, гибриды обычно оснащаются системой рекуперации кинетической энергии KERS (аналогичную той, что применяется на болидах Формулы-1).

Эта система позволяет заряжать аккумуляторные батареи во время торможения и при движении машины накатом. Принцип ее работы в том, что при торможении колеса приводят в действие электромотор, который в этом случае сам играет роль генератора и заряжает аккумуляторы. Особенно полезна KERS при езде по городу в режиме «тронулся-остановился».

По степени гибридизации силовые агрегаты разделились три типа: «умеренные», «полные» и plug-in. В «умеренных» постоянно работает двигатель внутреннего сгорания, а электромотор включается только тогда, когда необходима дополнительная мощность.

Автомобиль с «полным» гибридом способен двигаться на одной электротяге, не расходуя горючего.

Plug-in, как и полный гибрид, может передвигаться только на электричестве, но имеет возможность заряжаться от розетки, совмещая таким образом все преимущества электромобиля, и избавляясь от его главного недостатка — ограниченного пробега без подзарядки. Когда заряд батарей кончается, plug-in работает как обычный гибрид.

Схемы взаимодействия электромотора и ДВС

Инженеры разных компаний по-разному подходят к вопросу гибридного двигателестроения. Современные машины оснащаются гибридными двигателями, построенными по одной из трех схем взаимодействия топливной и электрической составляющей, которые будут рассмотрены ниже.

Последовательная схема

Это наиболее простой вариант. Принцип его работы заключается в следующем: крутящий момент от ДВС в данном случае передается исключительно генератору, который вырабатывает электричество и заряжает аккумуляторы. Автомобиль при этом движется только на электротяге.

Также для зарядки аккумуляторной батареи применяется система рекуперации кинетической энергии. Своим названием данная схема обязана последовательным преобразованиям энергии: энергия сгорания топлива двигателем внутреннего сгорания превращается в механическую, затем в электрическую при помощи генератора и снова в механическую.

Плюсы такой конструкции заключаются в следующем:

• ДВС всегда работает на неизменных оборотах, с максимальным КПД;
• нет необходимости оснащать автомобиль мощным и прожорливым двигателем;
• не нужно сцепление и коробка передач;
• автомобиль способен передвигаться и с выключенным двигателем внутреннего сгорания за счет энергии, запасенной аккумуляторной батареей.

Однако есть у последовательной схемы и свои минусы:

1. потери энергии в процессе преобразований;
2. большой размер, вес и высокая стоимость аккумуляторных батарей.

Наибольшая эффективность такой схемы достигается при движении с частыми остановками, когда активно работает KERS. Поэтому она нашла применение в городском транспорте. Также гибридные двигатели с последовательной схемой применяются в карьерных самосвалах, которым для работы важен большой крутящий момент и не требуется высокая скорость.

Параллельная схема

Принцип работы «параллельного» гибридного двигателя полностью отличается от вышеописанного. Автомобили с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, ездят с использованием и ДВС, и электромотора. Электродвигатель в таком случае должен быть обратимым, т.е. способным работать в качестве генератора. Согласованная работа обоих моторов достигается посредством компьютерного управления.

В зависимости от режима езды блок управления распределяет крутящий момент, поступающий от обоих элементов гибрида. Основную работу выполняет двигатель внутреннего сгорания, электромотор же подключается когда нужна дополнительная мощность (при трогании, ускорении), при торможении и замедлении он работает как генератор.

Плюсы подобной компоновки в том, что нет необходимости устанавливать аккумуляторную батарею большой емкости, потери энергии намного меньше, чем при последовательной схеме, поскольку ДВС напрямую связан с ведущими колесами, а кроме того, сама по себе конструкция довольно проста, а значит, дешева.

Основные минусы схемы – меньшая топливная экономичность по сравнению с другими вариантами и низкая эффективность в городских условиях. Машины с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, наиболее эффективны при движении по трассе.

По данной схеме построены гибридные автомобили марки Хонда. Главный принцип руководства компании: схема гибридного двигателя должна быть как можно более простой и дешевой, а функция электромотора заключается лишь в помощи ДВС сэкономить максимально возможное количество топлива. У этой марки существует две гибридных модели – Civic (снят с производства в 2010 году) и Insight.

Последовательно-параллельная схема

Последовательно-параллельная схема представляет собой совмещение первых двух. В параллельную схему добавлен дополнительный генератор и делитель мощности. Благодаря этому автомобиль при трогании и на малых скоростях движется только на электрической тяге, ДВС только обеспечивает работу генератора (как при последовательной схеме).

На высоких скоростях крутящий момент на ведущие колеса передается и от двигателя внутреннего сгорания. При повышенных нагрузках (например, при подъеме в гору), когда генератор не в силах обеспечить требуемый ток, электромотор получает дополнительное питание от аккумулятора (параллельная схема).

Поскольку в системе имеется отдельный генератор, заряжающий аккумуляторную батарею, электромотор используется только для привода ведущих колес и во время рекуперативного торможения. Через планетарный механизм (он же делитель мощности), часть крутящего момента от ДВС частично передается на колеса и частично отбирается для работы генератора, который питает либо электромотор, либо аккумуляторную батарею. Электронный блок управления все время регулирует подачу мощности из обоих источников.

Плюсы последовательно-параллельного гибридного двигателя данной схемы, в максимальной топливной экономичности и высокой экологичности. Минусы системы – сложность конструкции и высокая стоимость, поскольку требуется дополнительный генератор, достаточно емкая аккумуляторная батарея и сложный электронный блок управления.

Применяется последовательно-параллельная схема на автомобилях марки Тойота (Prius, Camry, Highlander Hybrid, Harrier Hybrid), а также на некоторых моделях Лексус. Подобными гибридными двигателями оснащаются машины Ford Escape Hybrid и Nissan Altima Hybrid.
» alt=»»>

ГИБРИДНЫЕ АВТОМОБИЛИ LAND ROVER С ПОДЗАРЯДКОЙ ОТ ЭЛЕКТРОСЕТИ

PHEV — НАШ САМЫЙ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫЙ НА ДАННЫЙ МОМЕНТ СИЛОВОЙ АГРЕГАТ

ЧТО ТАКОЕ PHEV?

Название «Гибридный автомобиль с подзарядкой от электросети» часто сокращают до «Гибрида» или, чтобы отличать его от «Мягкого гибрида», до «PHEV».

МОЩНОСТЬ

Объединяя в себе двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель, PHEV берет лучшее от обоих для наибольшей эффективности и производительности.

СОВЕРШЕНСТВО

В режиме электромобиля (EV) PHEV движется практически бесшумно, а переключение между бензиновым и электрическим двигателями происходит незаметно для обеспечения оптимальной плавности хода.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ

Когда его использовать? Все зависит от вас. Вы можете выбрать режим по умолчанию, в котором активны оба двигателя — бензиновый и электрический, или задействовать режим электромобиля (EV), где работает только электродвигатель.

БЕЗУПРЕЧНОСТЬ

Что касается возможностей и производительности — PHEV не допускает компромиссов. Он легко справится с такими важными в условиях бездорожья задачами, как преодоление бродов и глубоких сугробов 1 .

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПОЛНОГО ПРИВОДА

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

В гибридном автомобиле с подзарядкой от электросети сочетается работа двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя, что оптимизирует ходовые характеристики и обеспечивает эффективное использование топлива.

ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ

Гибридный автомобиль с подзарядкой от электросети оснащается высоковольтной аккумуляторной батареей, которую можно заряжать от внешнего источника питания. Она накапливает достаточно энергии для совершения поездки только на электрической тяге, а также задействуется в гибридном режиме, в котором одновременно активны электродвигатель и ДВС.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ / СИЛОВОЙ АГРЕГАТ

Электродвигатель преобразует энергию из аккумуляторной батареи, обеспечивая быструю передачу крутящего момента на все колеса. Кроме того, он может подзаряжать батарею посредством рекуперативного торможения.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Гибридные автомобили с подзарядкой от электросети обладают небольшим запасом хода в полностью электрическом режиме и позволяют совершать поездки по городу, не расходуя топливо. Автомобиль определяет, как расходовать топливо наиболее эффективно, в соответствии с дорожными условиями. Если требуется больше мощности, можно активировать гибридную систему полного привода, и тогда двигатель внутреннего сгорания будет работать совместно с электродвигателем.

Электрическая система полного привода доступна на Range Rover и Range Rover Sport.