Гібридні двигуни

 

 

Рисунок 17.11. Toyota Prius з гібридною силовою установкою:

1 – поршневий ДВЗ; 2 – блок перетворювачів енергії; 3 – електромотор

 

 

Виходячи з проблем, що властиві електродвигунам, прийнятним рішенням є симбіоз

електродвигуна і поршневого ДВЗ – комбінована (гібридна) енергетична установка (КЕУ), де як

основне джерело енергії використовується ДВЗ, а в якості пікового її джерела – тягова

електрохімічна батарея (ТЕБ) або накопичувач (батарея електричних конденсаторів,

надкомпактний маховик тощо).

Цей напрямок одержав останнім часом досить бурхливий розвиток і поступово завойовує

автомобільний ринок. Достатньо сказати, що автомобіль Toyota Prius (рис. 17.11) з гібридною

силовою установкою HSD, Hybrid Synergy Drive (перша назва THS, Toyota Hybrid System)

випускається і продається сотнями тисяч одиниць. Більше того, фірма почала випуск нових

варіантів автомобілів з КЕУ, у тому числі Toyota Prius 2, Camry і Highlander Hybrid, і має наміри

у найближчі 10 років 25 % автомобілів, що випускають, оснастити КЕУ.

Так, на Нью-Йоркському автосалоні 2005 р. фірма Lexus (дочірня фірма концерну Toyota)

продемонструвала гібрид GST-450h з такою ж системою HSD. Він на 4ч5 тис. доларів США

дорожче аналогів без КЕУ. Ще раніше фірма освоїла виробництво моделі PX-400h з колісною

формулою 4Ч4 і двома синхронними електромоторами (рис. 17.12) змінного струму: передній

потужністю 123 кВт; задній потужністю 50 кВт.

 

 

Рисунок 17.12. Варіанти роботи ДВЗ і двох електромоторів Lexus PX-400h в залежності

від режиму: лише обидва електромотори (невелика частота); ДВЗ та обидва електромотори

(розгін); ДВЗ та передній електромотор (рух за містом, зарядження акумуляторної батареї); лише

ДВЗ (при повному розрядженні батареї); рекуперативне гальмування (швидке зарядження

батареї); зарядження батареї на стоянці

 

 

Успіхи інших закордонних фірм у даній області скромніші.

Ford випускає Escar Hybrid та Mercury Mariner Hybrid-2006.

Honda випускає Civic Hybrid, у якого електромотор (рис. 17.13) встановлений на місті

маховика і виконує, крім того, роль стартера і генератора.

 

 

Рисунок 17.13. Силова установка Honda Civic Hybrid. Красним кольором виділено

електромотор-стартер-генератор.

 

 

Фірма BMW уже створила дослідну КЕУ, ДВЗ якої працює на водні, а також дооснастила

свій позашляховик Х5 з ДВЗ об'ємом 4,4 л співвісним електромотором і батареєю

суперконденсаторів (рис. 17.14). Тобто, фахівці BMW у КЕУ замість тягового акумулятора

застосували конденсатори, оскільки вважають, що робота електродвигуна від тягової батареї

нераціональна: для Х5 потрібні лише короткі імпульси енергії (струму), що забезпечують його

рушання з місця і розгін. Крім того, батарея необхідна для рекуперації кінетичної енергії при

гальмуванні і роботі системи "стоп-старт". Така схема заощаджує до 15 % палива і набагато

простіше і дешевше звичайних КЕУ. Звичайно, на повну роботу суперконденсатор здатний лише

протягом 10ч20 с, але більше для рушання автомобіля з місця і його розгін не потрібно.

За схожою схемою працює гібрид BMW Х5 (рис. 17.15). Питома енергоємність

конденсаторів – 15 кВт/кг.

 

 

Рисунок 17.14. BMW Х5 з КЕУ:

А – ДВЗ; В – перетворювач; С – електромотор; D – коробка передач; Е – блок керування; F –

батарея конденсаторів

 

Рисунок 17.15. Концепт BMW Х3 з КЕУ:

1 – перетворювач; 2 – ДВЗ; 3 – електромотор; 4 – коробка передач; 5 – акумуляторна батарея; 6 –

батарея конденсаторів

 

КЕУ розроблюють і у країнах СНД. Причому почали займатися ними набагато раніше,

ніж за кордоном.

Відразу після закінчення Другої світової війни, у 1945 р. на заводі ЗиЛ (тоді ЗИС)

розробили, а у період 1947ч1949 р. випускали електродизельний автобус ЗИС-154. Комбінована

силова установка даного автобуса являла собою сполучення дизеля ЯАЗ-204, електрогенератора

і тягового електродвигуна. Трохи пізніше, наприкінці 1970-х – на початку 1980-х років, фахівці

НАМИ розробили КЕУ послідовної схеми для автобусів ЛАЗ, ДВЗ яких не мав кінематичного

зв'язку з ведучими колесами автобуса, тобто енергія, що вироблюється ним, через

електрогенератор передавалася на електропривод цих коліс. До складу КЕУ входили дизель

Perkins потужністю 70 кВт, який в основному експлуатаційному режимі працював з постійною

частотою обертання колінчастого вала, близькою до найбільш вигідної з погляду витрати палива

і вмісту шкідливих речовин у ВГ, авіаційна батарея НКБН-25 нікель-кадмієвих акумуляторів

масою 120 кг, електрогенератор і тяговий електродвигун. Автобуси ЛАЗ з даною КЕУ пройшли

випробування, показавши гарні результати. Зокрема, їхня витрата палива знизилася, у порівнянні

із серійними аналогами без КЕУ, на 25%. Однак у серію вони не пішли: Мінавтопром припинив

фінансування робіт. Так само, як і близьких до завершення робіт зі створення КЕУ для

автомобілів ЕрАЗ і РАФ.