Метка «гибрид»

22 февраля

Гибриды в F-1

Экологические ограничения неумолимо наступают на автомобилестроение, в том числе и на автоспорт. С 2014 года FIA вводит новый регламент для F-1. Согласно новым правилам все болиды должны оснащаться двигателями V6 объемом 1,6 литра с одним турбокомпрессором. Но для улучшения разгона допускается применение электродвигателей. Сильный акцент сделан на топливную экономичность: объем топлива на одну гонку ограничен 100 килограммами (на 35% меньше, чем допускал старый регламент), а массовый расход топлива установлен 100 кг/час (старый регламент не лимитировал этот параметр). Применение системы рекуперации энергии (ERS) разрешается. То есть, новые правила недвусмысленно подталкивают конструкторов к созданию гибридных силовых агрегатов.

«Первой ласточкой» стал Renault, представивший свой Energy F1-2014. Он состоит из 1,6-литрового шестицилиндрового V-образного ДВС и двух электрических мотор – генераторов, а его суммарная мощность достигает 600 л.с. Мотор – генератор (motor generator unit) – это обратимая электрическая машина, которая может работать и как электродвигатель, и как электрический генератор. Один из мотор — генераторов (MGU-H) преобразует энергию выхлопных газов в электроэнергию, другой (MGU-K) преобразует в электричество кинетическую энергию торможения.

MGU-H соединен с валом турбокомпрессора. Работая в режиме генератора, он питает либо MGU-K, работающий в режиме электродвигателя, либо запасает энергию в батарее для дальнейшего использования. В качестве электромотора MGU-H используется для управления скоростью вращения турбины, регулируя количество поступающего в ДВС воздуха. Например, он может замедлять ее, заменяя перепускной клапан, либо ускорить вращение, компенсируя эффект «турбоямы».

MGU-K соединен с коленвалом ДВС. Его мощность, согласно регламенту, ограничена 160 л.с. Во время торможения MGU-K работает как генератор, помогая замедлять автомобиль и одновременно преобразуя кинетическую энергию в электричество. При ускорении MGU-K переходит в режим электродвигателя, дополнительно «подкручивая» ДВС. При этом он получает питание либо от батареи, либо от «собрата» MGU-H.

Согласованную работу MGU-H, MGU-K и батареи, в зависимости от режима движения, обеспечивает силовой блок системы ERS (Energy Recovery System). По сравнению с системой KERS, используемой на болидах 2013 года, новая ERS в два раза мощнее (120 кВт против 60 кВт), а ее производительность улучшена в 10 раз.

9 февраля

Гибриды наступают: теперь и Land Rover

 

Требования времени заставляют именитых автопроизводителей выпускать гибридные модели. Теперь к их числу присоединился и Land Rover. Причем в производство одновременно пойдут сразу две модели: Range Rover Hybrid и Range Rover Sport Hybrid. Оба эти гибрида довольно редкой дизель-электрической «породы». Их роднят также полностью алюминиевые кузова, изготовленные по фирменной технологии Premium Lightweight Architecture и одинаковая трансмиссия.

Трехрежимная гибридная трансмиссия включает в себя «родной» трехлитровый турбодизель SDV6, 35-киловаттный электродвигатель и восьмиступенчатую АКПП производства ZF. Все «электрохозяйство», состоящее из литий-ионной батареи, инвертора и электромотора, весит меньше 120 килограммов. В смешанном ездовом цикле Range Rover Hybrid будет расходовать 6,4 л/100 км, выбрасывая при этом в атмосферу 169 грамм СО2 каждый километр.

Электродвигатель с крутящим моментом 170 Нм используется для помощи ДВС при ускорениях или самостоятельно движет автомобиль в полностью электрическом режиме. При рекуперативном торможении электромотор работает как генератор, подзаряжая батарею. Полного заряда батареи хватает, чтобы гибрид проехал со скоростью до 30 км/ч около 1,6 километра, после чего автоматически запускается дизель.

Общая мощность силовой установки составляет 335 л.с., которая достигается при 4000 об/мин. Максимальный крутящий момент в 700 Нм обеспечивается в диапазоне 1500-3000 об/мин. Обе гибридные модели разгоняются до 100 км/ч менее чем за 7 секунд и достигают максимальной скорости в 218 км/ч.

Последнее поколение Range Rover разрабатывалось «с прицелом» на будущие гибридные версии. Поэтому размещенная под полом автомобиля батарея с жидкостным охлаждением и защитой, изготовленной из борной стали, не уменьшила ни пространство кабины, ни объем багажника. Range Rover Hybrid, как и стандартный автомобиль, имеет пять полноценных посадочных мест и полноразмерное запасное колесо.

Чтобы продемонстрировать возможности новых гибридов, три Range Rover Hybrid отправились в путешествие от штаб-квартиры Land Rover в Солихалле в Индию, в штаб-квартиру «родительской» компании Tata в городе Мумбаи.

Этот пробег, названный «Silk Trail 2013», растянется на 16 000 километров и пройдет через 12 стран по самым сложным дорогам, перевалам и тропам. Его составной частью будет знаменитый древний Шелковый путь (6 437 км), некогда соединявший Азию со Средиземноморьем. В Land Rover заявляют, что это будут первые в мире гибриды, которые преодолеют такой путь.

18 декабря

OSCar — теперь и гибрид

Автомобильный мир, как и кинематографический, тоже имеет свой OSCar. Первый в мире гибридный автомобиль OSCar eO, предназначенный для участия в ралли-рейдах, создан латвийской компанией Ogres Servisa Centrs (OSC). Она основана в 1993 году инженером, изобретателем и автогонщиком Андрисом Дамбисом и распологается в городе Огре. В начале это была обычная СТО, и только через 10 лет Андрис сконструировал собственный автомобиль для участия в Дакаре. Это был OSCar, вышедший на старт ралли-рейда в 2004 году. В 2006 был создан абсолютно новый автомобиль OSCar O3. Именно на его базе в 2011 году и строится последовательный гибрид OSCar eO.

По замыслу, OSCar eO должен был стать электромобилем. Полноприводную машину весом 2800 кг движет синхронный электромотор постоянного тока с неодимовыми магнитами. Он развивает мощность 285 л.с. и крутящий момент 440 Нм. Для преодоления особо сложных участков, например, песчаных дюн, предусмотрен "пиковый" режим, при котором двигатель способен кратковременно, до 45 секунд, выдавать 455 л.с. и 800 Нм. Питает электромотор специально созданная китайской компанией Winston Batteries (которая является генеральным техническим спонсором проекта) литий-ионная батарея емкостью 51,2 Квт*ч и напряжением 512 В. 160 элементов, из которых состоит батарея, занимают все подкапотное пространство и часть салона. Такая солидная энерговооруженность позволяет OSCar eO ехать в "чистом" электрическом режиме около 400 км, развивая максимальную скорость 140 км/ч. Но это в идеальных условиях, а в песках Дакара эта цифра уменьшается, как минимум, вдвое. Выхода было два: либо возить с собой запасной комплект аккумуляторов, либо оснащать машину собственной "подзарядной станцией". Выбрали второй вариант. В задней части установили бензиновый мотор Nissan объемом 3,5 литра и 200-литровый топливный бак. Двигатель не связан с колесами. Единственное его предназначение — вращать 60-киловаттный генератор, который прямо на ходу может заряжать батареи. В течении получаса он способен восстановить 80% заряда. Но такое решение превратило электромобиль в классический последовательный гибрид. Зато реальная "внедорожная" автономность хода выросла до 600 км, а в идеальных дорожных условиях может достигать 800 км. Как и каждый "зеленый" автомобиль, OSCar eO для дополнительной подзарядки имеет систему рекуперации.

И вот, в январе 2012 года, впервые в истории гонок Париж-Дакар, на старт вышел гибридный автомобиль. Организаторы с энтузиазмом восприняли этот факт. Ведь, согласно техническому регламенту, класс автомобилей с альтернативными источниками питания существует уже несколько лет, но до Андриса Дамбиса никто не решался в нем выступать. Дебют можно считать успешным, так как OSCar eO сумел преодолеть более 8000 км дистанции и занял в общем зачете 77 место. Кстати, базовый бензиновый OSCar O3, также входивший в состав латвийской команды, занял 79 место.

С учетом опыта Дакара OSCar eO подвергся модернизации. Были внесены изменения в трансмиссию, конструкцию электродвигателей, систему управления силовой установкой и в систему охлаждения. В результате максимальная скорость повысилась до 150 км/ч. Летом 2012 года экипаж Андриса Дамбиса, выступая на российском ралли "Шелковый путь", завоевал Гран-При в категории Green Challenge (для автомобилей с альтернативными источниками питания), а в общем зачете OSCar eO занял 21 место. Прогресс налицо!

19 сентября

Первый гибрид Audi

 

Автомобиль Audi Q5 hybrid quattro — первая гибридная модель Audi. Его силовая установка включает в себя бензиновый мотор 2.0 TFSI и электродвигатель, установленные непосредственно друг за другом по параллельной схеме. Совокупная мощность составляет 245 л.с. (180 кВт), а крутящий момент — 480 Нм. Автомобиль разгоняется до 100 км/ч за 7,1 с, максимальная скорость достигает 222 км/ч. При таких высоких динамических характеристиках расход топлива Q5 hybrid составляет менее 7,0 л на 100 км в смешанном режиме движения.

Для установки на Q5 hybrid двигатель 2.0 TFSI был доработан. Инженеры убрали привод вспомогательных устройств, улучшили подшипники коленчатого вала и отрегулировали настройки турбокомпрессора. Подверглась изменениям и восьмиступенчатая АКПП. Вместо гидротрансформатора используется «мокрое» многодисковое сцепление. Оно служит для соединения и разъединения электродвигателя и ДВС. При выключенном двигателе давление масла в гидросистеме поддерживается электронасос, что обеспечивает функционирование системы старт-стоп.

Блок силовой электроники (инвертор), соединенный с батареей и электродвигателем высоковольтными кабелями, расположен в моторном отсеке. Он исполняет роль контроллера для аккумуляторной батареи, которая выдает постоянный ток, и электродвигателем, работающим на переменном токе. Для охлаждения инвертора используется отдельный водяной контур. В состав блока входит преобразователь, который отвечает за сопряжение 12-вольтной бортовой системы с сетью высокого напряжения.

Синхронный электродвигатель с постоянным возбуждением выполняет три функции: стартера, привода колес, а в режиме рекуперации — генератора. Он выдает мощность 45 л.с. (33 кВт) и крутящий момент 211 Нм. Электродвигатель и ДВС имеют общую систему охлаждения.

Источником питания служит литиево-ионный аккумуляторный блок весом 38 кг и объемом 26 л. Он расположен под полом багажника и практически не влияет на его вместимость. Батарея состоит из 72 ячеек и при напряжении 266 В обеспечивает номинальную емкость 1,3 кВтч и выходную мощность 39 кВт. Ее воздушное охлаждение осуществляется двумя способами в зависимости от условий эксплуатации. При низкой термической нагрузке она обдувается внутрисалонным воздухом при помощи вентилятора. Если температура превышает определенную отметку, включается отдельный охлаждающий контур с испарителем, соединенный с системой климат-контроля автомобиля.

Параллельная система гибридного привода обеспечивает Q5 hybrid возможность работать в пяти различных режимах: с использованием только ДВС; только электромотора; с задействованием и ДВС, и электродвигателя (гибридный режим); режим рекуперации и форсированный режим.

Во время кратковременных остановок система старт-стоп выключает оба двигателя. При этом система климат-контроля продолжает работать. При отпускании педали тормоза автомобиль возобновляет движение. До 100 км/ч автомобиль можно разогнать исключительно с помощью электродвигателя. При движении с постоянной скоростью 60 км/ч дальность хода на электротяге составит три километра.

Водитель по желанию может выбрать одну из трех программ управления. Режим EV задействует преимущественно электродвигатель для передвижения в городских условиях, режим D обеспечивает оптимальный расход энергии совместной работой обоих двигателей, а режим S предназначен для движения в спортивном стиле.

При быстром ускорении электродвигатель работает в паре с бензиновым TFSI, обеспечивая максимальную эффективность и экономию топлива. При резком нажатии на педаль газа в режиме S оба мотора задействуются на полную мощность. Когда водитель сбрасывает газ, электродвигатель работает как генератор, подзаряжая батарею. При этом в большинстве случаев двигатель TFSI отсоединяется от трансмиссии, чтобы избежать инерционных потерь. При незначительном нажатии на педаль тормоза замедление происходит за счет электродвигателя, работающего в режиме рекуперации, при более сильном нажатии — одновременно включается гидравлическая тормозная система.

6 июля

Гибриды — шаг к чистому небу

С точки зрения экологов двигатель внутреннего сгорания — это безоговорочное зло, один из основных источников загрязнения окружающей среды. С точки зрения инженеров — неизбежное зло, с которым приходится мириться. КПД ДВС довольно низкий, особенно при малых нагрузках и в переходных режимах. Самостоятельно двигать автомобиль он не может, в помощь приходится ставить коробку передач.

И те, и другие видят решение своих проблем в электродвигателе. Электрический мотор не загрязняет окружающую среду, имеет идеальную моментную характеристику — подал питание, и сразу же получил 100% «тяги» на колесах. Да и коробка передач ему не требуется. Главное препятствие на пути массового внедрения электромобилей — отсутствие емких и надежных батарей.

Мы обычно различаем два режима движения автомобиля: городской и загородный. Электродвигатель идеально подходит для города. Ему не страшны постоянные старт-стопы. Во время остановки электромотор не потребляет энергии, а как только нажали на педаль «тока», он тут же выдает максимальный момент. ДВС же наиболее эффективен в режиме равномерного движения на средних оборотах — то есть, за городом. Так почему бы не взять лучшее от обоих моторов и соединить все в одном агрегате?

Вот так и родился инженерно — экологический компромисс под названием гибридный автомобиль, в котором недостатки одного двигателя компенсируются достоинствами другого. ДВС обеспечивает бесперебойной энергией электрического собрата. Ему не нужны длительные подзарядки через каждые 100-150 км пробега. Залил полный бак — и можешь ехать без остановок 700-800 км. Электромотор же «подстраховывает» ДВС в переходных режимах, экономя таким образом топливо и снижая вредные выбросы.

Классификация и устройство гибридов

Первые серийные экземпляры гибридов под маркой «Тойота» появились в 1997 году. Способов соединения электродвигателя с ДВС существует несколько.

Самый простой способ – последовательное соединение. ДВС используется только для привода генератора. Генератор подзаряжает аккумуляторную батарею и питает электродвигатель, который и вращает колеса автомобиля. При полностью заряженной батарее ДВС можно отключать.

При параллельном соединении большую часть времени работает ДВС, а электромотор служит вспомогательным источником мощности в начале движения и при разгонах. Причем электромотор при равномерном движении и при торможениях используется как генератор, подзаряжая аккумуляторы.

Последовательно-параллельная схема отличается от параллельной тем, что в нее добавлен отдельный генератор и делитель мощности. В результате автомобиль может трогаться и двигаться с малой скоростью только за счет электромотора. При равномерном движении в работу вступает ДВС, при разгонах снова подключается электродвигатель. Делитель распределяет мощность ДВС на ведущие колеса и на генератор. Генератор, в зависимости от режима движения, подзаряжает батареи или питает электромотор.

Все гибриды оснащаются системой рекуперации (возврата энергии). При торможении автомобиля электродвигатели, вращаемые колесами, начинают работать как генераторы, подзаряжая батареи.

Различают три вида гибридов: полные, умеренные и подзаряжаемые (plug-in). Полный гибрид может двигаться непродолжительное время только на одной электротяге, не задействуя ДВС. В умеренном же ДВС работает всегда, а электродвигатель играет роль вспомогательного источника мощности. Plug-in гибрид — это уже почти электромобиль, который можно включать в розетку для подзарядки батарей. Когда заряд истощается, подключается ДВС, и автомобиль превращается в гибрид.

Перспективы гибридов

Почему же мы до сих пор не пересели на гибридные автомобили? А потому что они имеют ряд недостатков. Прежде всего это сложность, а, следовательно, и высокая стоимость. Сложность, кроме того, означает и низкую ремонтопригодность. Батареи при низких температурах подвержены саморазряду. По экономичности и экологичности некоторые дизельные автомобили превосходят гибриды.

Поэтому гибридные автомобили правильнее будет рассматривать не как решение экологических проблем, а как промежуточный этап на переходе к электромобилю. Ведь посмотрите — с каждым годом «электрическая» составляющая гибрида становится все более весомой.