Нетрадиционные силовые установки автотракторной техники

Комбинированные энергетические установки

Комбинированные энергетические установки (КЭУ) транспортных средств, которые также называют гибридными, включают в себя два источника энергии — двигатель внутреннего сгорания и электрогенератор. В процессе работы происходит постоянное изменение величины и направления потоков энергии между элементами установки, что требует организации эффективного управления.

КЭУ состоят из ДВС, электрического генератора, аккумулятора, электромотора, электропреобразователей, высоковольтных кабелей, трансмиссии и системы управления. По принципу взаимодействия электрической и топливной составляющих КЭУ реализуются в виде двух схем.

В последовательной схеме ДВС, не имея механической связи с колесами, приводит в действие электрогенератор, который отдает аккумулятору вырабатываемую им энергию. А трансмиссия автомобиля получает энергию, необходимую для движения, от обратимой электромашины, питаемой от аккумулятора. При торможении автомобиля обратимая электромашина работает в генераторном режиме и до 50% энергии торможения направляется в аккумулятор.

Такая схема относительно проста в управлении, максимально экономична и с минимальным выбросом С0₂.

Последовательное преобразование механической энергии ДВС через промежуточную электрическую сопровождается потерями. Эта схема предопределяет наличие в ее составе всех элементов максимальной мощности, которая необходима автомобилю. Это обусловливает ее большую массу, габариты и стоимость.

В параллельной схеме ДВС непосредственно передает необходимую энергию трансмиссии, а ее избыток направляется в обратимую электромашину, заряжающую аккумулятор. Если мощности ДВС недостаточно, то аккумулятор питает обратимую электромашину, работающую в моторном режиме, и трансмиссия получает недостающую энергию. Аккумулятор в этой схеме служит буферным источником энергии.

Параллельная схема содержит все элементы последовательной схемы, кроме генератора, и дополнена разъединительной муфтой и коробкой передач.

Так как энергия ДВС непосредственно передается трансмиссии, то мощность электрических элементов, масса, габариты и стоимость такой КЭУ меньше. Ввиду того, что эти показатели компонентов электрической системы в составе КЭУ является определяющими, то параллельная схема получила преимущественное применение. Электромашина в моторном режиме может работать как стартер.

Недостатки данной схемы: ДВС работает на менее экономичных режимах; наличие в трансмиссии устройства, объединяющего энергетические потоки ДВС и электрической системы; сложность системы управления.

Мировая автопромышленность на сегодняшний день уже произвела около 2 млн автомобилей с КЭУ. По топливной экономичности и выбросу С0₂ они на 25...60% превосходят автомобили с ДВС, особенно в условиях интенсивного городского движения.

Однако проблемы совершенствования электрических компонентов КЭУ (массы, габаритов и стоимости) остаются. Так, стоимость аккумуляторной батареи может доходить до 50% стоимости всей электрической системы. Существует проблема обеспечения безопасности, так как максимальное напряжение в электрической системе КЭУ составляет 300...600 В.

КЭУ обладает следующими достоинствами:

• ? можно использовать ДВС меньшей мощности, работающий в узком диапазоне наиболее экономичных режимов;
• ? на режимах холостого хода и в начале разгона ДВС на трансмиссию не работает, что улучшает экономические и экологические показатели автомобиля;
• ? возможность передачи энергии в аккумулятор при торможении на принудительном холостом ходу и спусках автомобиля;
• ? при выключенном ДВС уменьшается расход топлива и выбросы токсичных газов;
• ? улучшение динамических качеств транспортного средства на низких скоростях из-за высокого крутящего момента электропривода.