Гибридные приводы

гибридные приводы автомобилей

Гибридные приводы (англ. Hybrid Synergy Drive, HSD) — технология силовой установки автомобиля, основанная на синергетическом эффекте, разработанная японской корпорацией «Toyota». Впервые применена в 1997 году в серийном автомобиле «Prius». Комплекс управляется компьютером по концепции Drive-by-Wire (без прямого механического контакта). О том, как выглядят системы гибридных автомобилей, мы и поговорим в этой статье.

Гибридные автомобили (HEV) сочетают дви­гатель внутреннего сгорания и, как минимум, один электропривод. В этом отношении имеется ряд конфигураций, выполняющих различные цели, и отличающиеся степенью использования электроэнергии для приведе­ния автомобиля в движение. Использование гибридных приводов преследует три следую­щие основные цели (см. рис.2 «Принцип действия гибридного автомобиля на примере параллельного гибридного привода»): снижение расхода топлива и, следовательно, выбросов С02, снижение токсичности отработавших газов и увеличение крутящего момента и мощности.

  1. Характеристики гибридных приводов
  2. Преимущества гибридных приводов
  3. Функции гибридных приводов
  4. Гибридный привод-концепции
  5. Системы гибридных автомобилей
  6. Конфигурации гибридного привода
  7. Последовательный гибридный привод
  8. Последовательно-параллельный гибридный привод
  9. Гибридный привод с разделением мощности
  10. Системы управления гибридными приводами

 

Принцип действия гибридного автомобиля на примере параллельного гибридного привода

Характеристики гибридных приводов

 

Кривые крутящего моментаДля питания электропривода гибридного автомобиля требуется тяговая аккумулятор­ная батарея. В настоящее время используются никель-металлгидридные или литий-ионные тяговые аккумуляторные батареи с относительно высоким уровнем напряжения от 200 до 400 В.

Электропривод состоит из электродвигателя и инвертора. Применяемые электродвигатели, как правило, представляют собой синхронные машины с постоянными магнитами, отличаю­щиеся высокой плотностью мощности.

Электропривод обеспечивает высокий кру­тящий момент при низких частотах вращения вала. Таким образом, он идеально дополняет двигатель внутреннего сгорания, крутящий момент которого начинает возрастать только по достижении средних частот вращения. Таким образом, электропривод и двигатель внутреннего сгорания совместно способны обеспечить высокие динамические харак­теристики автомобиля при любых условиях движения (см. рис.1 «Кривые крутящего момента»).

Преимущества гибридных приводов

 

По сравнению с обычной кинематической це­пью привода сочетание двигателя внутрен­него сгорания и электроприводов имеет следующие преимущества:

Помощь, оказываемая электроприводом, дает возможность использовать двигатель внутреннего сгорания в основном в диапа­зоне его наилучшего к.п.д. или минимального количества токсичных выбросов (оптимиза­ция рабочей точки).

Комбинация с электроприводами позво­ляет использовать двигатели внутреннего сгорания меньшего рабочего объема при та­кой же общей эффективной мощности.

Кроме того, гибридный привод позволяет использовать трансмиссию с более высокими передаточными отношениями с сохранением динамических характеристик автомобиля.

Работа электропривода в генераторном режиме во время торможения дает возмож­ность преобразования части кинетической энергии автомобиля в электроэнергию. Эта электроэнергия может накапливаться в акку­муляторной батарее и в дальнейшем исполь­зоваться для привода автомобиля.

Некоторые конфигурации электроприводов позволяют автомобилю использовать для движения только электропривод. В этом случае двигатель внутреннего сгорания выключается, и автомобиль движется с «нулевыми» выбросами.



Функции гибридных приводов

 

В зависимости от условий двигатель вну­треннего сгорания и электропривод вносят в движение автомобиля различный вклад. Распределение мощности между двумя при­водами определяет система управления ги­бридным приводом. Взаимодействие двигателя внутреннего сгорания, электропривода и тяговой аккумуляторной батареи определяет различные режимы работы системы.

Пуск/стоп

Функция «Пуск/стоп» позволяет временно выключать двигатель внутреннего сгорания без участия водителя (поворота ключа зажи­гания). При этом двигатель выключается во время остановок и автоматически запуска­ется при возобновлении движения.

Рекуперативное торможение

Во время рекуперативного торможения авто­мобиль тормозится не за счет тормозного мо­мента, создаваемого обычной тормозной си­стемой (или не только за счет этого момента), а за счет тормозного момента, создаваемого электроприводом, работающим в генератор­ном режиме. При этом электропривод пре­образует кинетическую энергию автомобиля в электроэнергию, которая запасается в тя­говой аккумуляторной батарее (см. рис.3 «Рекуперативное торможение»). Рекуперативное торможение также известно под названиями рекуперации или регенерации.

Рекуперативное торможение Движение в режиме гибридного привода

Гибридный привод-концепции

 

Генераторный режимПонятие гибридного привода относится к ре­жимам, при которых двигатель внутреннего сгорания и электропривод создают приводной крутящий момент совместно (см. рис.4 «Движение в режиме гибридного привода»).

Режим гибридного привода можно разде­лить на генераторный и двигательный режимы работы. В генераторном режиме происходит зарядка тяговой аккумуляторной батареи (см. рис.5 «Генераторный режим»). При этом двигатель внутреннего сгорания вырабатывает больше энергии, чем это требуется для приведения автомобиля в движение. Избыточная энергия поступает в электропривод и преобразуется в электроэнер­гию, которая запасается в тяговой аккумуля­торной батареи.

В двигательном режиме тяговая аккуму­ляторная батарея разряжается (см. рис.4). Электропривод помогает двигателю внутрен­него сгорания в создании требуемой тяговой мощности.

Движение на электроприводе

 

Движение только на электроприводеВ этом режиме автомобиль приводится в движение только электроприводом. При этом двигатель внутреннего сгорания механически отсоединяется от кинематической цепи при­вода автомобиля и выключается (см. рис.6 «Движение только на электроприводе»). В этом режиме автомобиль движется прак­тически бесшумно и не выбрасывает в атмо­сферу отработавшие газы.

 

Зарядка аккумуляторной батареи от электросети

Тяговая аккумуляторная батарея заряжается от электросети с использованием специаль­ного зарядного устройства.

Системы гибридных автомобилей

 

В зависимости от выполняемых функций существуют следующие системы гибридного привода (см. табл.1 «Системы гибридного привода и их функции»).

Системы гибридных автомобилей

Система «Пуск/стоп»

Система «Пуск/стоп» выполняет функции пуска/остановки двигателя внутреннего сгорания и рекуперации. С этой целью осуществляется специальная адаптация режима работы генератора. В нормальном режиме движения генератор работает в режиме низ­кой выходной мощности. Во время движения накатом выходная мощность генератора уве­личивается с тем, чтобы использовать для выработки электроэнергии большую часть кинетической энергии, высвобождающейся при замедлении автомобиля.

При помощи системы «Пуск/стоп» может быть получена экономия топлива 4-5% (в ходе испытаний IMEDC (новый европейский цикл движения)).

«Слабый гибридный привод»

Категория «Слабый гибридный привод» в дополнение к функциям пуска/остановки двигателя внутреннего сгорания предлагает функции гибридного привода, включая генера­торный и двигательный режимы работы элек­тропривода. Движение только на электропри­воде невозможно. Фактически электропривод может самостоятельно приводить автомобиль в движение, но двигатель внутреннего сгора­ния всегда участвует в этом процессе. Система «Слабый гибридный привод» по­зволяет достигнуть в ходе испытаний NEDC экономии топлива от 10 до 15%.

«Сильный гибридный привод»

Система «Сильный гибридный привод» в дополнение к функциям системы «Слабый гибридный привод», может приводить автомобиль в движение только на электропри­воде (на небольшие расстояния). На время движения на электроприводе двигатель внутреннего сгорания выключается. Система «Сильный гибридный привод» по­зволяет достигнуть в ходе испытаний IMEDC экономии топлива от 20 до 30%.

«Заряжаемый гибридный привод»

Система «Заряжаемый гибридный привод» является разновидностью системы «Сильный гибридный привод». Она предполагает возможность зарядки тяговой аккумуляторной батареи от электросети при помощи специ­ального зарядного устройства. В таких систе­мах используются тяговые аккумуляторные батареи большой емкости, позволяющие проезжать большие расстояния только на электроприводе.

Система «Заряжаемый гибридный привод» позволяет достигнуть в ходе испытаний NEDC экономии топлива от 50 до 70%. Такие зна­чения обусловлены тем, что некоторая часть энергии, необходимой для приведения авто­мобиля в движение, поступает из электро­сети и не имеет прямого отношения к сниже­нию расхода топлива.

Конфигурации гибридного привода

 

В гибридных автомобилях применяются раз­личные конфигурации двигателя внутреннего сгорания, трансмиссии и электроприводов. В со­ответствии с различными конфигурациями рас­пределения энергетических потоков гибридные автомобили можно разделить на следующие категории: параллельные, последовательные и разделенные по мощности гибридные приводы.

Параллельный гибридный привод

 

Принцип действия

Параллельный гибридный привод с одним сцеплением (P1-HEV)На автомобилях с параллельным гибридным приводом двигатель внутреннего сгорания и электропривод участвуют в приведении авто­мобиля в движение независимо от друг друга (см. рис.7 «Параллельный гибридный привод с одним сцеплением (P1-HEV)»). Два источника энергии-двигатель внутреннего сгорания и тяговая аккумулятор­ная батарея работают параллельно друг другу, совместно генерируя энергию, необходимую для приведения автомобиля в движение.

Параллельный гибридный привод может иметь описанные выше варианты «Слабый гибридный привод» («пуск/стоп», рекупера­тивное торможение и гибридное движение) или «сильный гибридный привод» (дополни­тельно движение только на электроприводе).

Фундаментальным преимуществом парал­лельного гибридного привода является воз­можность сохранения обычной кинематиче­ской цепи привода. Объем работ, связанных с разработкой и установкой систем параллель­ного гибридного привода меньше по сравне­нию с последовательными и разделенными гибридными приводами, поскольку для таких систем требуется только один электропривод малой электрической мощности, и объем ра­бот по адаптации обычной кинематической цепи привода сравнительно невелик.

«Слабый» параллельный гибридный привод

В варианте слабого параллельного гибридного привода (см. рис.7) электропривод прямо соединен с двигателем внутреннего сгорания. В отличие от последовательного и разделен­ного гибридного привода частота вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сго­рания не может регулироваться независимо от скорости вращения электропривода.

Двигатель внутреннего сгорания не может быть механически отсоединен от электро­привода. Тормозящий момент двигателя внутреннего сгорания снижает потенциал рекуперативного торможения.

Движение автомобиля только на электро­приводе при такой конфигурации невоз­можно. На самом деле электропривод может служить в качестве единственного источника энергии, но во время движения двигатель внутреннего сгорания всегда соединен с ним.

Электропривод может использоваться в качестве вспомогательного источника энер­гии и, следовательно, служить для улучшения динамических характеристик автомобиля.

«Сильный» параллельный гибридный привод

 

Параллельный гибридный привод с двумя сцеплениями (P2-HEV)«Сильный» параллельный гибридный привод мо­жет быть сконфигурирован несколькими спосо­бами. Очевидной конфигурацией является прямое расширение возможностей «слабого» гибридного привода (см. рис.8 «Параллельный гибридный привод с двумя сцеплениями (P2-HEV)»). Между двигателем внутрен­него сгорания и электроприводом устанавлива­ется муфта, позволяющая отсоединять двигатель внутреннего сгорания от электропривода и при­соединять его к электроприводу. Это дает возмож­ность движения только на электроприводе. Двига­тель внутреннего сгорания может быть отсоединен также и во время замедления автомобиля. Во-первых, это повышает потенциал рекуперативного торможения. Во-вторых, это дает возможность движения «накатом», когда автомобиль замед­ляется только под действием аэродинамического сопротивления и трения качения шин.

Чтобы такая конфигурация привода была приемлемой, очень важно, чтобы двигатель внутреннего сгорания мог запускаться во время движения на электроприводе без дискомфорта для водителя и пассажиров. Эта цель может быть достигнута двумя способами. В про­стейшем случае двигатель внутреннего сгорания запускается отдельным стартером, когда сцепление выключено, и запуск двигателя не оказывает нежелательного влияния на движе­ние. Однако, это требует наличия отдельного стартера, без которого в остальных случаях на гибридных автомобилях можно обойтись.

Другим вариантом является управление двигателем внутреннего сгорания, электро­приводом и сцеплением таким образом, чтобы скомпенсировать влияние запуска двигателя на движение автомобиля. С этой целью «ин­теллектуальная система управления» обраба­тывает сигналы датчиков двигателя внутрен­него сгорания, электропривода и сцепления. Сцепление должно быть способно автомати­чески адаптироваться к изменению условий и отрабатывать сигналы системы управления.

«Сильный» гибридный привод с трансмиссией с двойным сцеплением

Параллельный гибридный привод с трансмиссией с двойным сцеплениямиУстановка дополнительного сцепления в кон­фигурации «сильного» параллельного гибрид­ного привода приводит к увеличению длины кинематической цепи привода. На некоторых автомобилях требуемое для установки при­вода такой конфигурации пространство ока­зывается недоступным. Эту проблему можно решить, встроив электропривод в трансмис­сию с двойным сцеплением (см. рис.9 «Параллельный гибридный привод с трансмиссией с двойным сцеплениями»). При этом электропривод более не соединен с ко­ленчатым валом двигателя внутреннего сгора­ния. Вместо этого он соединяется с подузлом трансмиссии с двойным сцеплением. В этой конфигурации дополнительное разъединяю­щее сцепление между двигателем и электро­приводом отсутствует. Движение только на электроприводе при остановленном двига­теле возможно за счет выключения двойного сцепления трансмиссии. Таким образом, эта конфигурация также является вариантом па­раллельного «сильного» гибридного привода. В зависимости от выбранной передачи трансмиссии, могут иметь место различные переда­точные отношения между двигателем и элек­троприводом. Это дает дополнительную степень свободы в отношении управления гибридным приводом, что может быть использовано для дальнейшего снижения расхода топлива.

Разделенный по осям параллельный гибридный привод

Раздельный по осям параллельный гибридный привод (AS-HEV)Еще одна конфигурация параллельного ги­бридного привода заключается в электро­приводе отдельной оси (см. рис.10 «Раздельный по осям параллельный гибридный привод (AS-HEV). Здесь обычная кинематическая цепь привода, включающая двигатель внутреннего сгора­ния и трансмиссию на ведущей оси, объе­динена с осью и электроприводом. Такую конфигурацию можно отнести к «сильному» гибридному приводу, поскольку двигатель внутреннего сгорания может быть выключен, и движение может осуществляться только на электроприводе. Такая конфигурация требует наличия полуавтоматической транс­миссии и системы пуска/останова двигателя внутреннего сгорания.

Эта конфигурация также классифициру­ется как параллельный гибридный привод, поскольку в ней тяговые мощности двига­теля внутреннего сгорания и электропривода также складываются. Однако, в отличие от конфигураций, описанных выше, точка сло­жения этих мощностей находится не в преде­лах кинематической цепи привода, а в пло­скости ведущих колес.

В этом случае зарядка тяговой аккумуля­торной батареи осуществляется за счет избыточной мощности двигателя внутреннего сгорания с одновременным торможением со стороны электропривода. Это означает, что тяговая аккумуляторная батарея не может заряжаться, когда автомобиль неподвижен.

Взаимодействие двигателя внутреннего сгорания и электропривода создает полно­приводную конфигурацию автомобиля. Распределение крутящих моментов может изменяться посредством регулирования в широких пределах тягового момента электропривода. Однако, постоянный полный привод может быть реализован только, когда в дополнение к электроприводу, питающе­муся от тяговой аккумуляторной батареи, имеется второй электропривод, соединен­ный (установленный на коленчатом вале или соединенный с ним ременной передачей), который может вырабатывать требуемую электроэнергию. Это позволяет заряжать тя­говую аккумуляторную батарею также, когда автомобиль неподвижен.

Последовательный гибридный привод

 

Последовательный гибридный привод (S-HEV)На автомобилях с последовательным ги­бридным приводом (см. рис.11 «Последовательный гибридный привод (S-HEV) двигатель внутреннего сгорания приводит во вращение электропривод, который работает в качестве генератора. Генерируемая таким образом электроэнергия, совместно с тяговой аккуму­ляторной батареей используется для питания второго электропривода, который приводит автомобиль в движение. С точки зрения рас­пределения потоков энергии здесь имеет ме­сто последовательное соединение.

Последовательный гибридный привод можно отнести к «сильному» гибридному приводу, поскольку при такой конфигурации могут выполняться все требуемые функции (пуск/останов двигателя внутреннего сгора­ния, рекуперативное торможение, гибридный привод, движение только на электроприводе).

Преимущества:

В связи с отсутствием механического соеди­нения между двигателем внутреннего сгора­ния и ведущими колесами эта конфигурация дает определенные преимущества. Так, в кинематической цепи привода не требуется наличия трансмиссии с обычным диапазоном передаточных отношений. Это дает дополнительное свободное пространство для разме­щения всей системы привода.

Кроме того, запуск двигателя внутреннего сгорания во время движения на электропри­воде не оказывает нежелательного влияния на движение автомобиля.

Основное преимущество заключается в возможности свободного выбора рабочего режима двигателя. Это способствует сниже­нию расхода топлива и токсичности отрабо­тавших газов. Также работа двигателя может быть оптимизирована в пределах ограничен­ного рабочего диапазона.

Недостатки:

Недостатки последовательного гибридного привода заключаются в необходимости двой­ного преобразования электроэнергии. Потери, связанные с этим двойным преобразо­ванием, выше, чем в случае чисто механической передачи мощности посред­ством трансмиссии.

Кроме того, для передачи мощности двига­теля внутреннего сгорания требуются два электропривода одинаковой мощности.

При низких скоростях последовательный гибридный привод, несмотря на большие потери, дает экономию топлива, поскольку при этих условиях преимущества свободного выбора рабочего режима двигателя пере­вешивают недостатки такой конфигурации. При средних и высоких скоростях ситуация меняется на противоположную.

Применение последовательного гибридного привода

В настоящее время последовательные ги­бридные приводы применяются в основном на дизель-электрических локомотивах и городских автобусах.

На легковых автомобилях конфигурации последовательного гибридного привода все более широко используются на электромобилях, рабочий диапазон которых расширяется за счет двигателя внутреннего сгорания.

Последовательно-параллельный гибридный привод

 

Последовательно-параллельный гибридный привод (SP-HEV)Последовательно-параллельный гибридный привод представляет собой расширение по­следовательного привода (см. рис.12 «Последовательно-параллельный гибридный привод (SP-HEV) за счет механического соединения двух электропри­водов при помощи управляемого сцепления.

Последовательно-параллельный гибрид­ный привод, сохраняя преимущества после­довательного привода в диапазоне низких скоростей, избавлен от его недостатков в ди­апазоне средних и высоких скоростей. Когда сцепление включено, последовательно-­параллельный гибридный привод работает как параллельный привод.

Поскольку двойное преобразование элек­троэнергии имеет место только в диапазоне низких скоростей и значений выходной мощ­ности, для последовательно-параллельного гибридного привода достаточно электропри­водов меньшей мощности, чем для последо­вательного привода.

В то же время, последовательно-парал­лельный привод теряет указанное выше преимущество последовательного привода в отношении компактности в связи с механи­ческим соединением двигателя внутреннего сгорания с ведущими колесами. По сравне­нию с параллельным гибридным приводом для выполнения такой же задачи требуются два электропривода.

Гибридный привод с разделением мощности

 

Принцип действия

Гибридный привод с разделением мощности сочетает особенности параллельного и после­довательного гибридных приводов. Некоторая часть мощности двигателя внутреннего сгора­ния преобразуется в электроэнергию первым электроприводом, а оставшаяся часть, со­вместно со вторым электроприводом, исполь­зуется для приведения автомобиля в движение. Гибридный привод с разделением мощности также можно отнести к «сильному» гибрид­ному приводу, поскольку при такой конфигура­ции могут выполняться все требуемые функции (пуск/останов двигателя внутреннего сгорания, рекуперативное торможение, гибридный при­вод, движение только на электроприводе).

Однорежимный гибридный привод

 

Гибридный привод с разделением мощности (однорежимная концепция)Концепция однорежимного гибридного привода поясняется приведенной ниже схемой (см. рис.13 «Гибридный привод с разделением мощности (однорежимная концепция)»). Центральным компонентом конфигурации является планетарный редуктор, посредством своих трех выходных валов соединенный с дви­гателем внутреннего сгорания и двумя электро­приводами. Такая конфигурация позволяет изменять частоту вращения коленчатого вала независимо от скорости движения автомобиля. В соответствии с принятым термином «CVT— трансмиссия» (плавно регулируемая трансмис­сия), здесь имеет место «eCVT-трансмиссия» (электрическая CVT-трансмиссия).

Некоторая часть мощности двигателя вну­треннего сгорания передается кинематиче­ской цепью на ведущие колеса. Оставшаяся часть мощности передается с двойным пре­образованием энергии на ведущие колеса через электроприводы.

В случае низкой потребности в мощности может использоваться электрический способ передачи мощности, аналогичный последова­тельному гибридному приводу. При высокой потребности в мощности может быть исполь­зована механическая кинематическая цепь. В отличие от последовательно-параллельного гибридного привода, здесь произвольное переключение между механическим и элек­трическим трактами передачи мощности не­возможно. В зависимости от конфигурации планетарного редуктора, электроприводов и двигателя внутреннего сгорания, возможны только строго определенные комбинации ме­ханического и электрического трактов пере­дачи мощности.

Таким образом, гибридный привод с разделе­нием мощности при низких и средних скоростях дает существенную экономию топлива. В то же время при высоких скоростях никакой дополни­тельной экономии топлива не достигается.

Аналогично последовательному гибрид­ному приводу для гибридного привода с разделением мощности требуются электро­приводы с относительно высокой выходной мощностью, в диапазоне установленной мощности двигателя внутреннего сгорания.



Двухрежимный гибридный привод

За счет установки второго планетарного ре­дуктора однорежимный гибридный привод с разделением мощности может быть преобразован в двухрежимный гибридный привод.

При этом увеличивается механическая сложность системы, но в то же время система становится более простой в электрическом отношении. Такая конфигурация позволяет использовать электроприводы меньшей мощности. Кроме того, по сравнению с однорежимным гибридным приводом достигается более высокая экономия топлива.

Системы управления гибридными приводами

 

Эффективность, которая может быть до­стигнута за счет гибридного привода, зависит не только от его конфигурации, но также в большой степени от системы управления высшего уровня. На рис.14 «Организация сети систем управления компонентами кинетической цепи привода», приведен при­мер объединения в сеть отдельных компо­нентов и систем управления автомобиля с параллельным гибридным приводом. Си­стема управления гибридным автомобилем высшего уровня координирует работу всей системы, подсистемы которой имеют свои собственные функции управления. К этим подсистемам относятся системы управления тяговой аккумуляторной батареей, двигате­лем внутреннего сгорания,электроприводом, трансмиссией и тормозной системой.

Организация сети систем управления компонентами кинетической цепи привода

В дополнение к управлению подсистемами, система управления гибридным автомобилем также включает общую стратегию управле­ния, оптимизирующую работу кинемати­ческой цепи привода. Выбранная стратегия управления оказывает влияние на расход то­плива и токсичность отработавших газов за счет оптимального управления такими функ­циями, как пуск/останов двигателя внутрен­него сгорания, рекуперативное торможение, движение в режиме гибридного привода или движение только на электроприводе.

Стратегия управления гибридным автомобилем

Стратегия управления определяет, каким обра­зом мощность привода распределяется между двигателем внутреннего сгорания и электро­приводом. Она также определяет степень ис­пользования потенциала снижения расхода топлива или токсичности отработавших газов. Стратегия управления также должна реализо­вывать различные функции гибридного при­вода, такие как регенерация электроэнергии, движение в режиме гибридного привода и движение только на электроприводе.

Выбор и переключение режимов осущест­вляется в зависимости от многочисленных условий, таких как, например, положение педали акселератора, степень зарядки тяго­вой аккумуляторной батареи и скорость дви­жения автомобиля. В зависимости от целей оптимизации (снижение расхода топлива или снижение токсичности отработавших газов) различные компоненты гибридного автомо­биля ведут себя по-разному.

Стратегия управления с целью снижения содержания NOx

 

Сдвиг рабочего диапазона при выборе стратегии управления с целью снижения выбросов NOАвтомобили с двигателем, работающим на обедненной смеси, уже достигают относи­тельно низкого расхода топлива в диапазоне частичных нагрузок двигателя. Однако при работе двигателя в диапазоне частичных на­грузок потери на трение столь велики, что удельный расход топлива оказывается высо­ким. Кроме того, низкие температуры сгора­ния топлива и дефицит кислорода вызывают высокое содержание в отработавших газах оксида углерода и углеводородов.

В диапазоне низких нагрузок электропри­вод относительно небольшой мощности уже может заменить двигатель внутреннего сго­рания. Если требуемая электроэнергия может регенерироваться посредством рекупера­тивного торможения, эта простая стратегия Управления может дать большие преимущества в отношении снижения расхода топлива и токсичности отработавших газов.

На рис.15а «Сдвиг рабочего диапазона при выборе стратегии управления с целью снижения выбросов NOx« показаны рабочие диапазоны, в которых двигатель внутреннего сгорания в основном работает во время испытаний MEDC (новый европейский цикл движения). Дизельный двигатель легкового автомобиля работает как в диапазоне низких нагрузок (т.е. с низким к.п.д. и высоким содержанием НС и СО в отработавших газах ), так и в диа­пазоне средних и высоких нагрузок (т.е. с высоким содержанием в отработавших газах оксидов азота N0*).

На рис. 15b показан диапазон рабочих режимов для параллельного гибридного при­вода, который исключает работу двигателя внутреннего сгорания за счет движения только на электроприводе или увеличения нагрузки. Это с одной стороны снижает расход топлива, а с другой стороны снижает содержание в отработавших газах СО, НС и N0*, которое в этом диапазоне является высоким. Чтобы достиг­нуть еще большего снижения содержания N0*, можно снизить нагрузку в среднем диапазоне за счет совместной работы электропривода и двигателя внутреннего сгорания.

Стратегия управления с целью снижения со­держания СО2

На автомобиле с бензиновым двигателем, работающем на топливно-воздушной смеси, имеющей стехиометрический состав, может быть достигнуто чрезвычайно низкое содержание токсичных веществ в отработавших газах за счет использования трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. В от­ношении таких автомобилей основное вни­мание уделяется снижению расхода топлива и, следовательно, выбросов С02.

На рис.16 «Сдвиг рабочего диапазона при выборе стратегии управления с целью снижения выбросов CO2« показаны возможности оптими­зации рабочего диапазона двигателя внутрен­него сгорания для различных конфигураций привода для сведения к минимуму выбросов С02.

В ходе испытаний NEDC двигатели внутрен­него сгорания на обычных автомобилях работают в диапазоне низких нагрузок и, следовательно, с субоптимальным к.п.д. (см. рис. 16а). На автомобилях с параллельным гибридным приводом работы двигателя вну­треннего сгорания в диапазоне низких нагру­зок можно избежать за счет движения только на электроприводе (см. рис. 16b). Поскольку требуемая электроэнергия, как правило, не может быть получена исключительно за счет рекуперации, электропривод работает в ка­честве генератора. По сравнению с обычным автомобилем это сдвигает рабочий диапазон двигателя внутреннего сгорания в область более высоких нагрузок и, следовательно, более высоких значений к.п.д.

"Сдвиг рабочего диапазона при выборе стратегии управления с целью снижения выбросов CO" "Сдвиг рабочего диапазона при выборе стратегии управления с целью снижения выбросов CO"

В случае гибридного автомобиля с разде­лением мощности (см. рис. 16с) на рабочий диапазон двигателя внутреннего сгорания накладываются более строгие ограничения, чем на автомобиле с параллельным гибридным приводом. Как правило, управление двига­телем внутреннего сгорания осуществляется в зависимости от частоты вращения колен­чатого вала. Двигатель работает в диапазоне нагрузок, при которых вся кинематическая цепь привода находится в оптимальных энер­гетических условиях.

В следующей статье я расскажу о трансмиссии.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *