Послідовно-паралельна схема гібридного приводу

Успішне рішення для реалізації послідовно-паралельної схеми гібридного приводу Hybrid Synergy Drive (HSD) знайшли розробники концерная «Тойота». Інженери компанії послідовно-паралельну схему, об'єднавши у своєму приводі кращі якості як послідовного, так і паралельного конструкції.

За основу розробники послідовно-паралельного приводу взяли схему паралельного гібрида і додали в неї дільник потужності (планетарний механізм) і окремий генератор. В результаті такої доробки гібрид набуває функції послідовного приводу, де автомобіль виконує рух і рух на малих швидкостях, тільки на тязі електромотора. Двигун внутрішнього згоряння включається в роботу при русі автомобіля з постійною швидкістю або ж на високих швидкостях.

В режимах великих навантажень, (таких як рух в гору, прискорення і т. д.) гібрид починає працювати як паралельний, підживлюючи електромотор від акумулятора. У змішаній схемі привода передбачається окремий генератор, який служить для заряду акумуляторної батареї. Електродвигун вступає в роботу лише для приводу коліс і для повернення енергії (рекуперативне гальмування).

Планетарний механізм дозволяє передавати частину потужності ДВЗ на провідні колеса, а решту генератору, який або заряджає акумулятор, або живить електромотор.

При різних умовах руху для оптимальної експлуатації, подачу потужності від обох джерел регулює бортова комп'ютерна система. У такий послідовно – паралельною схемою ДВС включається в роботу тільки в найбільш ефективних режимах, а більшу частину часу гібрид працює на електромоторі. Тому в порівнянні з паралельним приводом, в змішаній системі може використовуватися ДВС з меншою потужністю.

 

Особливості ДВС Toyota Prius - одного з найвідоміших автомобілів з Hybrid Synergy Drive компанії Тойота

Для своєї схеми послідовно-паралельного приводу інженери компанії Toyota вибрали двигун, работаюший не за стандартним для більшості ДВС циклом Отто, а за більш економічного циклу Аткінсона.

Так при роботі двигуна за циклом Отто, поршень на такті впуску при русі вниз, створює розрідження в циліндрі, яке засмоктує в нього паливо і повітря. У режимі малих оборотів, при майже повністю закритої дросельної заслінки, з'являються насосні втрати.

При цьому, крім усього, погіршується і наповнення циліндрів свіжим повітрям, що веде до підвищення витрат палива та збільшення шкідливих викидів в атмосферу. При досягненні поршнем нижньої мертвої точки (НМТ), закривається впускний клапан. На час такту випуску, при відкриванні випускного клапана, у відпрацьованих газах ще залишається тиск, але їх енергія витрачається даремно. Цей ефект називається втратою випуску.

У двигунах ж працюючих по циклу Аткінсона, впускний клапан на такті впуску закривається значно пізніше, а не поблизу НМТ, що дає ряд незаперечних переваг.

Це зниження насосних втрат, так як при ході поршня вгору після проходження НМТ, частина суміші не викидається в глушник, а виштовхується знову у впускний колектор і може бути використана в іншому циліндрі. Крім цього виштовхується з циліндра горюча суміш забирає з собою і частину тепла зі стінок циліндра. У зв'язку з тим, що по відношенню до такту робочого ходу, зменшується тривалість такту стиснення, двигун працює по циклу з виросла ступенем розширення. При цьому більш тривалий час використовується енергія відпрацьованих газів, тобто зменшуються втрати на випуску. Це веде до кращим екологічним показникам, більшого ККД і економічність, але меншої потужності. Але цього, власне, і потрібно було домогтися розробникам послідовно-паралельного приводу. Так як мотор гібрида Тойоти експлуатується лише у малонавантажених режимах, то недоліки циклу Аткінсона практично ніяк не позначаються.

Недоліки послідовно – паралельного приводу

  • більш висока вартість компонентів;
  • необхідність оснащення окремим генератором;
  • наявність масивного і габаритного батарейного блоку;
  • більш складна система комп'ютерного управління.

 

Цікаві факти про послідовно-паралельною схемою гібридного приводу

Розробку HSD - гібридного приводу компанії Тойота придбали компанії "Ніссан" і " Форд і використовували при розробці Nissan Altima і Ford Escape Hybrid.

Модель компанії Toyota Prius є лідером серед гібридних автомобілів з витратою палива в межах міста 4л/100 км пробігу. Взагалі це перший автомобіль з такими показниками по економії палива, де витрата палива в міському циклі менше, ніж при русі по трасі.

Послідовно-паралельна схема гібридного приводу дозволяє, завдяки застосуванню спеціального елемента узгодження роботи електромотори і ДВС (скажімо, несиметричного планетарного диференціала) перерозподіляти вихідні потоки потужності. Згода пристрій здатне перерозподіляти потоки потужності між тепловим двигуном і електричним накопичувачем і двома потоками передачі моменту на ведучі колеса (електромеханічним і механічним), передаючи при цьому між ними потужність в будь-якому напрямку.

Подібна схема хороша тим, що дозволяє працювати як від одного джерела енергії, так і відразу від двох, а момент може передаватися як електромотором, так і двигуном внутрішнього згоряння, або якимось одним із них (будь-яким).

Змішана схема приводу задає високу економічність експлуатації, підвищену гнучкість в різних режимах роботи в системі тягового приводу. Але, в той же час, ця система послідовно-паралельного приводу вимагає створення дорогих і складних механічних елементів, і достатня складна як у розробці, так і в реалізації.

Розробка і впровадження гібридних приводів дало можливість просунути розвиток автомобіля майбутнього на кілька кроків вперед. Так завдяки гібридним автомобілям з'явилися компактні та місткі акумуляторні батареї, нові технології швидкого заряду батареї від зовнішнього джерела, доопрацьовані системи повторного використання енергії, нові потужні електромотори і найбільш легкі кузова.

Recommended to read
Recommended to read
Recommended to read
Recommended to read