Гибридный привод
Предпосылки к появлению гибридных приводов
Ресурсы планеты Земля не бесконечны, и для дальнейшего существования человечества требуются большой запас энергонесущего сырья, в том числе, нефти, наиболее важного из всех видов. Запасы ее постоянно уменьшаются, что приводит к росту цен на нефтепродукты и топливо для автомобилей в частности.
Помимо этого двигатели внутреннего сгорания, применяемые на транспорте, в процессе своей работы выделяют большое количество вредных веществ, загрязняющих атмосферу. В основном это окиси углерода и азота. Все эти факторы привели к тому, что сегодня любые разработки по использованию альтернативных двигателей или гибридных установок необыкновенно актуальны.
Исходя из этого сегодня, практически каждая компания выпускающая автомобили имеет в своей линейке модель с гибридной силовой установкой. К разработке экологически чистых силовых установок к тому же обязывают и постоянно ужесточающиеся нормы ЕВРО, ECE, SULEV, TLEV и др. Сюда же стоит отнести и снижение расхода топлива, что дает значительную экономию в стоимости эксплуатации гибридного транспорта.
Что такое гибридный привод
Под понятием «гибридный двигатель» подразумевается использование двух и более различных силовых установок. В основном это сочетание двигателя внутреннего сгорания и электромотора, позволяющее максимально использовать их преимущества, при этом компенсируя имеющиеся недостатки.
Так, главное достоинство двигателя внутреннего сгорания и его использование в большинстве транспортных средств заключено в запасе движения по топливу. Запас хода достигается благодаря большой концентрации энергии в применяемом топливе, в основном углеводородам. Обратной стороной медали является достаточно высокий уровень шума и большой выброс различных вредных веществ, а также способность эксплуатации только в одном интервале скоростей, что заставляет дополнительно применять такие устройства как сцепление и трансмиссию.
Помимо этого КПД двигателя внутреннего сгорания сравнительно низок и составляет порядка 20-30% и значительно повышает вредные выбросы при отклонении от равномерного движения.
Тогда как электродвигатель имеет существенно выше КПД (порядка 80%), не подвержен вредным выбросам, практически не производит шума и с момента своего запуска способен создавать крутящий момент.
Однако у электрического двигателя, на сегодняшний момент, есть ряд ограничений по его применению, а именно ограниченное количество существующих аккумуляторов, касательно их веса, размеров и стоимости, пригодных к практическому применению для наземного транспорта.
Особенности гибридного привода
Гибридный привод призван решать вопросы, связанные с уменьшением или устранением недостатков при применении одного вида двигателя/мотора, и позволяющий использовать их преимущества при их комбинированном применении.
Так, например, в одной из первых таких установок, названной «последовательно гибридной» комбинацией, двигатель служит только лишь как привод генератора, для зарядки питающий батарей электрического мотора. В этом случае тяговое усилие создает только электромотор.
Подобное решение гибридного привода в значительной степени снижает расход топлива, так как двигатель внутреннего сгорания расходует среднюю мощность, что дает ему возможность работать в равномерном оптимальном режиме. В такой «параллельно гибридной» конфигурации и электромотор и двигатель внутреннего сгорания имеют связь с ведущими колесами с помощью соответствующих механизмов трансмиссии.
В современных автомобилях с гибридным приводом применяют более одного электромотора, вплоть до установки электромоторов на каждое колесо автомобиля. Это становится возможным благодаря последним разработкам инженеров добившихся значительного увеличения пробега автомобиля без подзарядки. К тому же большинство автомобилей имеют возможность подзарядки батарей от обычной бытовой сети.
Помимо последовательного гибридного привода применяется и параллельный привод позволяющий суммировать мощности всех двигателей, значительно повышая при этом общую мощность силовой установки гибридного автомобиля. Повышение мощности в свою очередь дает возможность увеличить динамику автомобиля и облегчает его разгон.
Для внедрения в гибридный привод электромотора были разработаны три типа различных электродвигателей, отличающихся как по функциональным возможностям, так и по своей структуре.
Типы электродвигателей, применяемых для создания гибридного привода: синхронный двигатель, синхронный двигатель, двигатель постоянного тока.
Лучшим среди этих электродвигателей признан на сегодня 3-фазный синхронный двигатель на постоянных магнитах.
Управление гибридным приводом
Разработанные системы гибридного привода нуждаются в специальных схемах управления, для обеспечения оптимальной и безаварийной работы всех его элементов. Выполнение этой задачи возложено на микропроцессорные схемы с отдельно заданными алгоритмами действия.
За слаженностью работы привода следит множество датчиков, передающих свою информацию на центральный орган управления. Так как в подобном приводе приходится решать одновременно несколько задач и принимать множество мгновенных решений, то такая задача подвластна лишь бортовому компьютеру. Например, компьютер принимает одновременно такие сигналы с датчиков привода: информацию о состоянии двигателя внутреннего сгорания и электромотора; оторможении или ускорении движения; о температуре в различных точках привода; о степени зарядки аккумуляторов или конденсаторов мгновенного действия.
Управляющий компьютер в системе гибридного привода управляет главными контурами электромотора и прежде всего преобразователем частоты (или частотно-регулируемый электропривод). Другими словами путем изменения частоты и величины напряжения производится регулирование скорости вращения электромотора. При таком регулируемом преобразовании КПД составляет порядка 98%, благодаря потреблению лишь активной составляющей тока нагрузки.
