Трансмиссия гибридного автомобиля - Hybrid vehicle drivetrain

Привод гибридных транспортных средств передавать мощность на ведущие колеса для гибридные автомобили. У гибридного автомобиля есть несколько форм движущей силы.

Гибриды бывают разных конфигураций. Например, гибрид может получать энергию за счет сжигания нефти, но переключаться между электродвигателем и двигателем внутреннего сгорания.

Электромобили имеют долгую историю сочетания внутреннего сгорания и электрической трансмиссии - как в дизель-электрический power-train-, хотя они в основном использовались для рельсов локомотивы. Дизель-электрическая трансмиссия не подпадает под определение гибрида, потому что трансмиссия с электрическим приводом напрямую заменяет механическую трансмиссию, а не является дополнительным источником движущей силы. Одна из самых ранних форм гибридных наземных транспортных средств - безрельсовые. троллейбус эксперимент в Нью-Джерси, который проводился с 1935 по 1948 год, в котором обычно использовался тяговый ток, подаваемый по проводам. Троллейбус был оснащен двигатель внутреннего сгорания (ICE) для непосредственного питания механической трансмиссии, а не для выработки электроэнергии для тягового двигателя. Это позволило использовать автомобиль для коммерческих услуг, где не было контактного провода. С 1990-х годов троллейбусы-гибриды использовались с небольшими электростанциями для обеспечения возможности низкой скорости для аварийных ситуаций и технического обслуживания, но не для поддержки общих доходов.

В трансмиссия включает все компоненты, используемые для преобразования хранимых потенциальная энергия. Силовые агрегаты могут использовать химические, солнечные, ядерные или кинетические двигатели, что делает их полезными для движения. Самый старый пример - паровоз. Распространенным современным примером является электрический велосипед. Гибридные электромобили объединить аккумулятор или же суперконденсатор дополнен ДВС, который может заряжать батареи или приводить в действие автомобиль. Использование других гибридных силовых агрегатов маховики для хранения энергии.

Среди различных типов гибридных автомобилей только электрический / ДВС был коммерчески доступен по состоянию на 2016 год. в параллели для одновременной подачи энергии от обоих двигателей. Другой оперировал последовательно один источник обеспечивает исключительно электроэнергией, а второй - электричеством. Любой источник может обеспечить основную движущую силу, а другой - увеличить основную.

Другие комбинации обеспечивают повышение эффективности за счет превосходного управления энергией и рекуперации, которое компенсируется стоимостью, сложностью и ограничениями батареи. Гибриды с двигателем внутреннего сгорания (CE) имеют аккумуляторную батарею гораздо большей емкости, чем автомобиль, работающий только на двигателе внутреннего сгорания. Гибрид с двигателем внутреннего сгорания имеет легкие батареи с более высокой плотностью энергии, которые намного дороже. ДВС требует только батареи, достаточно большой для работы электрической системы и зажигания двигателя.[1]

Типы по дизайну

Параллельный гибрид

Структура параллельного гибридного электромобиля. Серые квадраты представляют дифференциальные передачи.

Параллельные гибридные системы имеют как двигатель внутреннего сгорания, так и электродвигатель, которые могут приводить в движение автомобиль по отдельности или оба соединены вместе, обеспечивая привод. Это самая распространенная гибридная система по состоянию на 2016 год.

Если они соединены по оси (параллельно), скорости на этой оси должны быть идентичны, и крутящие моменты сложить вместе. (Большинство электрических велосипедов относятся к этому типу.) Когда используется только один из двух источников, другой должен либо вращаться (холостой ход), либо быть подключен односторонним схватить или же свободный ход.

В автомобилях два источника могут быть применены к одному и тому же валу (например, с электродвигателем, подключенным между двигателем и трансмиссией), вращаясь с равными скоростями, и крутящие моменты складываются с электродвигателем, добавляя или уменьшая крутящий момент в системе по мере необходимости. (Первые два поколения Honda Insight использует эту систему.)

Параллельные гибриды могут быть дополнительно разделены на категории по балансу между различными двигателями, обеспечивающими движущую силу: ДВС может быть доминирующим (включение электродвигателя только в определенных обстоятельствах) или наоборот; в то время как в других могут работать только от электрической системы, но поскольку нынешние параллельные гибриды не могут обеспечить режимы только электрического или только внутреннего сгорания, их часто классифицируют как мягкие гибриды (Смотри ниже).

Параллельные гибриды больше полагаются на рекуперативное торможение ДВС также может действовать как генератор для дополнительной подзарядки. Это делает их более эффективными в городских условиях «без остановки». Они используют меньший аккумулятор, чем другие гибриды. Honda ранняя проницательность, Гражданский, и Согласие гибриды с использованием IMA являются примерами производственных параллельных гибридов.[2] Дженерал Моторс Параллельный гибридный грузовик (PHT) и BAS Гибриды такие как гибриды Saturn VUE и Aura Greenline и Chevrolet Malibu, также используют параллельную гибридную архитектуру.

Гибрид через дорогу (TTR)

Альтернативный параллельный гибрид - это «сквозной» тип.[3][4] В этой системе обычная трансмиссия приводит в движение одну ось, а электродвигатель или двигатели - другую. Это устройство использовалось в самых первых троллейбусах, не предназначенных для движения по маршруту. Фактически он обеспечивает полную резервную силовую передачу. В современных моторах аккумуляторы можно заряжать рекуперативным торможением или нагружая колеса с электроприводом во время крейсерского полета. Это позволяет упростить управление питанием. Эта компоновка также имеет то преимущество, что в некоторых условиях обеспечивает полный привод. (Примером этого принципа является велосипед, оснащенный двигателем передней ступицы, который помогает велосипедисту задействовать педаль на заднем колесе.) Транспортные средства этого типа включают в себя Audi 100 Duo II и Subaru VIZIV концептуальные автомобили, Группа PSA автомобили Peugeot 3008, Peugeot 508, 508 RXH, Citroen DS5 все используют HYbrid4 система, Подключаемый гибрид Volvo V60, то BMW 2 серии Active Tourer, BMW i8, а второе поколение Honda NSX.

Гибридная серия

Структура серийно-гибридного автомобиля. Серый квадрат представляет собой дифференциальную передачу. Альтернативная компоновка (не показана) заключается в наличии электродвигателей на двух или четырех колесах.

Серийные гибриды также называют электромобили с увеличенным запасом хода (EREV)[5] или электромобили с увеличенным запасом хода (REEV). (Гибриды серии с особыми характеристиками классифицируются как электромобили с увеличенным запасом хода (BEVx) по Калифорнийский совет по воздушным ресурсам.[6])

Электрическая трансмиссия была доступна в качестве альтернативы обычным механическим трансмиссиям с 1903 года. Обычно механические трансмиссии налагают множество штрафов, включая вес, объем, шум, стоимость, сложность и снижение мощности двигателя при каждом переключении передач, выполняемом вручную или автоматически. В отличие от ДВС, электродвигатели не требуют трансмиссии.

Фактически вся механическая передача между ДВС и колесами удалена и заменена электрическим генератором, некоторыми кабелями и элементами управления, а также электрическим тяговые двигатели, с тем преимуществом, что ICE больше не связан напрямую со спросом.

Это серийно-гибридное устройство, распространенное в дизель-электрический локомотивы и корабли (российский речной корабль Вандал, запущенный в 1903 году, был первым в мире дизельный и дизель-электрический моторное судно) и Фердинанд Порше успешно использовали это устройство в начале 20 века в гоночных автомобилях, включая Гибрид Lohner-Porsche Mixte. Porsche назвал систему System Mixte, которая имела мотор ступицы колеса компоновка, с мотором в каждом из двух передних колес, устанавливала рекорды скорости.

В Chevrolet Volt работает в основном как серийный гибрид.

Аргументы в пользу большей гибкости, более высокой эффективности и меньших выбросов в точке использования достигаются в последовательно-гибридной системе для дорожных транспортных средств, когда промежуточная электрическая батарея, действующая как буфер энергии, находится между электрическим генератором и тяговыми электродвигателями.

ДВС вращает генератор и механически не связан с ведущими колесами. Это изолирует двигатель от нагрузки, позволяя ему постоянно работать с максимальной эффективностью. Поскольку основная движущая сила вырабатывается аккумулятором, можно установить меньший генератор / двигатель по сравнению с обычным двигателем с прямым приводом. Электро тяговые двигатели могут получать электроэнергию от батареи, напрямую от двигателя / генератора или от обоих. Тяговые двигатели часто получают питание только от электрической батареи, которую можно заряжать от внешних источников, таких как электросеть.

Это позволяет автомобилю с двигателем / генератором, который работает только при необходимости, например, когда батарея разряжена, или заряжать батареи.

Электродвигатели тяговые

Электродвигатели более эффективны, чем ДВС, с высокой удельная мощность обеспечение крутящего момента в широком диапазоне скоростей. ДВС наиболее эффективны при повороте с постоянной скоростью.

ДВС могут оптимально работать при включении генератора. Последовательно-гибридные системы обеспечивают более плавное ускорение, избегая переключения передач. Серии-гибриды включают:

  • Только электрическая тяга - использование только электродвигателей для поворота колес.
  • ДВС - крутит только генератор.
  • Генератор - включается ДВС для выработки электроэнергии и запуска двигателя.
  • Батарея - буфер энергии.
  • Регенеративное торможение - приводной двигатель становится генератором и восстанавливает энергию, преобразовывая кинетическую энергию в электрическую, что также замедляет автомобиль и предотвращает тепловые потери.

Кроме того:

  • Может быть подключен к сети для подзарядки аккумулятора.
  • Суперконденсаторы помочь аккумулятору и восстановить большую часть энергии от торможения.

В деталях

Электродвигатель может полностью питаться электричеством от батареи или через генератор, включенный ДВС, или и то, и другое. Такой автомобиль концептуально напоминает дизель-электрический локомотив с добавлением аккумуляторной батареи, которая может приводить в действие транспортное средство без работы ДВС и действовать как буфер энергии, который используется для ускорения и достижения большей скорости; Генератор может одновременно заряжать аккумулятор и приводить в действие электродвигатель, приводящий в движение транспортное средство.

Когда автомобиль остановлен, ДВС выключается без холостого хода, в то время как аккумулятор обеспечивает необходимую мощность в состоянии покоя. Транспортным средствам, стоящим на светофоре или в медленном движении с остановкой и стартом, не нужно сжигать топливо, когда они неподвижны или медленно движутся, что снижает выбросы.

Серийные гибриды могут быть оснащены суперконденсатор или маховик хранить рекуперативное торможение энергия, которая может повысить эффективность за счет рекуперации энергии, которая в противном случае терялась в виде тепла через тормозную систему. Поскольку серийный гибрид не имеет механической связи между ДВС и колесами, двигатель может работать с постоянной и эффективной скоростью независимо от скорости автомобиля, обеспечивая более высокую эффективность (37%, а не среднее значение ДВС 20%.[7]), а на низких или смешанных скоростях это может привести к увеличению общей эффективности примерно на 50% (19% против 29%).

Лотос предложили конструкцию двигатель / генераторную установку, которая работает на двух скоростях, давая 15 кВт электроэнергии при 1500 об / мин и 35 кВт при 3500 об / мин через встроенный электрический генератор,[8] используется в концепте Nissan Infiniti Emerg-e.

Такой рабочий профиль дает больше возможностей для альтернативных конструкций двигателей, таких как микротурбина,[9] роторный двигатель цикла Аткинсона или же двигатель линейного сгорания.[10]

ДВС согласовывается с электродвигателем путем сравнения выходной мощности при крейсерская скорость. Как правило, мощность для двигателей внутреннего сгорания рассчитана на мгновенную (пиковую) мощность.[11] но на практике их нельзя использовать.)

Использование электродвигатель, приводящий в движение колесо напрямую устраняет обычные механические элементы трансмиссии: коробку передач, валы трансмиссии и дифференциал, а иногда может исключить гибкие муфты.

В 1997 году Toyota выпустила первый серийный гибридный автобус, проданный в Японии.[12] Designline International города Эшбертон, Новая Зеландия, производит городские автобусы с микротурбина приведенная в действие последовательно-гибридная система. Райтбус производит серийные гибридные автобусы, в том числе Близнецы 2 и Новый Routemaster. Суперконденсаторы в сочетании с литий-ионный аккумулятор использовался AFS Trinity в переделанном внедорожнике Saturn Vue. С помощью суперконденсаторы они заявляют о расходе до 150 миль на галлон в гибридной схеме.[13]

Известные гибридные модели автомобильной серии включают вариант BMW i3 который оснащен расширителем диапазона. Другой пример серийного гибридного автомобиля - это Фискер Карма. В Chevrolet Volt это почти серийный гибрид, но также включает в себя механическую связь от двигателя к колесам со скоростью выше 70 миль в час.[14][15]

Серийные гибриды были приняты в авиастроение. DA36 E-Star, самолет, разработанный Сименс, Алмазный Самолет и EADS, нанимает серия гибрид трансмиссия с воздушным винтом, приводимым в движение электродвигателем Siemens мощностью 70 кВт (94 л.с.). Исключен энергозатратный блок понижения скорости гребного винта. Цель - снизить расход топлива и выбросы до 25 процентов. Бортовой 40 л.с. (30 кВт) Austro Engine Электроэнергия вырабатывается роторным двигателем и генератором Ванкеля.

Ванкель был выбран из-за его небольших размеров, малого веса и большого соотношения мощности и веса. (Двигатели Ванкеля также эффективно работают при постоянной скорости приблизительно 2000 об / мин, что подходит для работы генератора. Соблюдение постоянной / узкой полосы частот компенсирует многие из предполагаемых недостатков двигателя Ванкеля в автомобильной промышленности.[16])

Электрический гребной двигатель использует электроэнергию, хранящуюся в батареях при неработающих двигателях, для взлета и набора высоты, что снижает уровень шума. Трансмиссия снижает вес самолета на 100 кг по сравнению с его предшественником. DA36 E-Star впервые поднялся в воздух в июне 2013 года, что сделало его первым полетом в серии с гибридной трансмиссией. Diamond Aircraft заявляет, что технология масштабируется до 100-местного самолета.[17][18]

Колесные моторы

Если моторы прикреплены к кузову автомобиля, гибкие муфты необходимы, но не если тяговые двигатели интегрирован в колеса. Одним из недостатков является то, что неподрессоренная масса увеличивается, а отзывчивость подвески уменьшается, что влияет на плавность хода и, возможно, на безопасность. Однако воздействие должно быть минимальным, поскольку электродвигатели в ступицах колес, таких как Hi-Pa Drive, может быть очень маленьким и легким с исключительно высоким удельная мощность и тормозные механизмы могут быть легче, поскольку колесные двигатели тормозят транспортное средство.

К преимуществам индивидуальных колесных двигателей можно отнести упрощенный контроль тяги, полный привод при необходимости и нижний этаж (полезно для автобусов и других специализированных транспортных средств (некоторые Полноприводные военные автомобили 8x8 использовать индивидуальные моторы колес). Дизель-электрический локомотивы использовали эту концепцию (отдельные двигатели ведущих мостов каждой пары колес) на 70 лет.[19][требуется полная цитата ]

Другие меры включают легкие алюминиевые колеса, чтобы уменьшить неподрессоренная масса колеса в сборе; конструкция транспортных средств может быть оптимизирована для снижения центра тяжести за счет размещения более тяжелых элементов (включая аккумулятор) на уровне пола; В типичном дорожном транспортном средстве установка передачи мощности может быть меньше и легче, чем эквивалентная традиционная установка механической передачи энергии, освобождая пространство; Для установки генератора внутреннего сгорания требуются только кабели для приводных электродвигателей, что увеличивает гибкость в размещении основных компонентов в транспортном средстве, обеспечивая превосходное распределение веса и максимизируя пространство в кабине транспортного средства, а также открывая возможность создания превосходных конструкций транспортных средств, использующих эту гибкость.

Гибрид с разделением мощности или последовательно-параллельный

Состав комбинированного гибридного электромобиля

Гибрид с разделением мощности или же последовательно-параллельный гибрид представляют собой параллельные гибриды, которые включают в себя устройства разделения мощности, обеспечивающие передачу мощности от ДВС к колесам, которые могут быть механическими или электрическими. Главный принцип - разделить мощность, подаваемую основным источником, от мощности, потребляемой драйвером.

Выходной крутящий момент ДВС минимален при более низких оборотах, а обычные автомобили увеличивают объем двигателя, чтобы соответствовать рыночным требованиям к приемлемому начальному ускорению. Более крупный двигатель имеет большую мощность, чем требуется для круиза. Электродвигатели развивают полный крутящий момент в состоянии покоя и хорошо подходят для компенсации дефицита крутящего момента ДВС на низких оборотах. В гибриде с разделением мощности может использоваться двигатель меньшего размера, менее гибкий и более эффективный. Обычный Цикл Отто (более высокая удельная мощность, более высокий крутящий момент на низких оборотах, более низкая топливная эффективность) часто изменяется на Цикл Аткинсона или же Цикл Миллера (более низкая удельная мощность, меньший крутящий момент на низких оборотах, более высокая топливная эффективность; иногда его называют циклом Аткинсона-Миллера). Двигатель меньшего размера, использующий более эффективный цикл и часто работающий в благоприятной области удельный расход топлива на тормоз map, значительно повышает общую эффективность автомобиля.

Интересные вариации простого дизайна (на фото справа), которые есть, например, в хорошо известных Toyota Prius являются:

  • секунда с фиксированным коэффициентом планетарная передача как используется в Lexus RX400h и Тойота Хайлендер Гибрид. Это позволяет использовать двигатель с меньшим крутящим моментом, но с большей мощностью (и с более высокой максимальной скоростью вращения), то есть с более высокой удельной мощностью.
  • Равиньо[20]планетарной передачи (планетарная передача с 4 валами вместо 3) и двумя сцеплениями, как в Лексус GS450h. Путем переключения сцеплений передаточное число от MG2 (тягового двигателя) к валу колеса переключается либо на более высокий крутящий момент, либо на более высокую скорость (до 250 км / ч / 155 миль / ч) при сохранении более высокой эффективности трансмиссии. Это эффективно выполняется в приводах Prius HSD поколения 3 (Prius v, Prius Plug-in и Prius c), хотя HSD поколения 3 имеет этот второй планетарный ряд, установленный на 2,5: 1, вместо переключения между 1: 1 и 2,5: 1 как «носитель» удерживается неподвижным.
Разветвитель мощности серийно-гибридный Toyota Prius.

Гибридная система Toyota THS / Гибридный синергетический привод имеет одно устройство разделения мощности (объединенное как единый трехвальный планетарный редуктор) и может быть классифицировано как разделение по входу, поскольку мощность двигателя разделяется на входе в трансмиссию. Это, в свою очередь, делает эту установку очень простой с механической точки зрения, но имеет свои собственные недостатки. Например, в HSD поколения 1 и поколения 2 максимальная скорость в основном ограничена скоростью меньшего электродвигателя (часто функционирующего как генератор). HSD поколения 3 отделяет путь ICE-MG1 от пути MG2, каждый со своим индивидуальным передаточным числом (1,1: 1 и 2,5: 1, соответственно, для более поздних моделей Prius, включая Prius c). В HSD 4-го поколения отсутствует вторая планетарная передача, электродвигатели размещены на параллельных осях с комбинированной шестерней между этими осями, а полученный результат передается на дифференциал главной передачи. Это очень похоже на дочернюю компанию Toyota. Айсин Сэйки гибридная система и значительно экономит место.

Ранний гибридный синергетический привод. Показан HSD устройства разделения мощности поколения 1 / поколения 2 (связанный) ICE-MG1-MG2. Коэффициент MG2 постоянно установлен на 1: 1.
Поздний гибридный синергетический драйв. Показано устройство разделения мощности ICE-MG1 поколения 3 (без цепи) / HSD устройства снижения скорости двигателя MG2. Коэффициент MG2 постоянно установлен на 2,5: 1.

Дженерал Моторс, BMW, и DaimlerChrysler сотрудничал над системой под названием «Двухрежимный гибрид» как часть Глобальное гибридное сотрудничество. Технология была выпущена осенью 2007 года на Шевроле Тахо Гибрид. Система также была представлена ​​на концептуальном автомобиле GMC Graphite SUV на выставке 2005 года. Североамериканский международный автосалон в Детройт.[22] BYD Авто с F3DM седан серийно-параллельный подключаемый гибрид автомобиль, который поступил в продажу в Китае в 2008 году.[23][24][25]

В Двухрежимный гибрид Название подчеркивает способность трансмиссии работать в полностью электрическом режиме (режим 1 или Вход-разделение), а также гибридный (режим 2 или Соединение-Сплит) режимы. Конструкция позволяет работать более чем в двух режимах. Доступны два режима разделения мощности, а также несколько режимов фиксированной передачи (по существу, параллельные гибридные). Такую конструкцию можно отнести к многорежимной.[26] Конструкция двухрежимной гибридной трансмиссии может быть классифицирована как составная конструкция, поскольку добавление четырех муфт внутри трансмиссии позволяет использовать несколько конфигураций разделения мощности двигателя. Помимо муфт, эта трансмиссия имеет вторую планетарную передачу. Цель конструкции - варьировать процентное соотношение передаваемой механически и электрически мощности, чтобы справиться как с низкоскоростными, так и с высокими рабочими условиями. Это позволяет двигателям меньшего размера выполнять работу более крупных двигателей по сравнению с одномодовыми системами, поскольку полученная пиковая электрическая мощность пропорциональна ширине диапазона непрерывного изменения. Четыре фиксированных шестерни позволяют двухрежимному гибриду работать как обычный параллельный гибрид в регионах с высокой непрерывной мощностью, таких как длительный круиз на высокой скорости или буксировка прицепа. Полный электрический наддув доступен в режимах с фиксированной передачей.[27]

Типы по степени гибридизации

ТипСистема старт-стопРегенеративное торможение
Электрический наддув		Истощение заряда РежимПерезаряжаемый
МикрогибриддаНетНетНет
Мягкий гибриддадаНетНет
Полный гибриддададаНет
Подключаемый гибриддададада

Микрогибриды

Микрогибрид - это общий термин, обозначающий автомобили, в которых используются система старт-стоп для автоматического выключения двигателя при на холостом ходу. Строго говоря, микрогибриды не являются настоящими гибридными автомобилями, потому что они не полагаются на два разных источника энергии.[28]

Мягкие гибриды

Основная статья: Мягкий гибрид
Моторный отсек 2006 г. GMC Sierra Гибридный.

Мягкие гибриды - это, по сути, обычные автомобили с некоторым гибридным оборудованием, но с ограниченными гибридными функциями. Как правило, это параллельные гибриды со старт-стопом и умеренным уровнем поддержки двигателя или рекуперативного торможения. Мягкие гибриды обычно не могут обеспечить полностью электрическую тягу.

Мягкие гибриды, такие как General Motors 2004-07 Parallel Hybrid Truck (PHT) и гибриды Honda Eco-Assist, оснащены трехфазный Электродвигатель, установленный в колоколе между двигателем и трансмиссией, позволяет выключать двигатель всякий раз, когда грузовик движется по инерции, тормозится или останавливается, но при этом быстро перезапускается для обеспечения мощности. Аксессуары могут продолжать работать от электроэнергии при выключенном двигателе, и, как и в других гибридных конструкциях, рекуперативное торможение возвращает энергию. Большой электродвигатель раскручивает двигатель до рабочих скоростей перед впрыском топлива.

2004–07 гг. Шевроле Сильверадо PHT был полноразмерным пикап. Chevrolet удалось повысить эффективность на 10% за счет выключения и перезапуска двигателя по требованию и использования рекуперативного торможения. Электроэнергия использовалась только для привода вспомогательного оборудования, такого как гидроусилитель руля. GM PHT использовал Система 42 вольт через три вентилируемых 12 В свинцово-кислотные батареи соединены последовательно (всего 36 В) для подачи питания на пусковой двигатель, а также для питания электронных аксессуаров.

Дженерал Моторс затем представили свои BAS Гибрид система, другая мягкий гибрид реализация официально выпущена в 2007 г. Saturn Vue Зеленая линия. Его функция «старт-стоп» работает аналогично Silverado, но с помощью ремня для подключения к двигателю / генератору. Однако GM Гибридная система BAS может также оказывать умеренную помощь при ускорении и во время устойчивого движения и улавливать энергию во время рекуперативного (смешанного) торможения. В испытаниях Saturn VUE 2009 года, проведенных Агентством по охране окружающей среды, компания BAS Hybrid продемонстрировала повышение эффективности использования комбинированного топлива на 27%.[29] Систему также можно найти на 2008-09 Сатурн Аура и 2008-2010 гг. Шевроле Малибу гибриды.

Другой способ предложить запуск / остановку - использовать двигатель статического запуска. Такой двигатель не требует стартера, но использует датчики для определения точного положения каждого поршня, а затем точно синхронизирует впрыск и зажигание топлива. перевернуть двигатель.[30]

Мягкие гибриды иногда называют Гибриды с усилителем мощности поскольку они используют ДВС в качестве первичной энергии, с электродвигателем, увеличивающим крутящий момент, подключенным к (в основном) обычной силовой передаче. Электродвигатель установлен между двигателем и трансмиссией. По сути, это большой стартер, который срабатывает, когда двигатель нужно перевернуть, и когда водитель «нажимает на газ» и требует дополнительной мощности. Электродвигатель также может перезапускать двигатель внутреннего сгорания и останавливать основной двигатель на холостом ходу, в то время как усовершенствованная аккумуляторная система используется для питания вспомогательного оборудования.[нужна цитата ] GM объявил Buick LaCrosse и Buick Regal мягкие гибриды, получившие название Eassist.

До 2015 г.Honda гибриды, в том числе На виду, использовали эту конструкцию, используя свой опыт создания небольших эффективных бензиновых двигателей; их система дублирована Встроенная система помощи двигателю (IMA). Гибриды IMA не могут обеспечить движение только на электроэнергии. Однако, поскольку количество необходимой электроэнергии намного меньше, размер системы уменьшается.

Другой вариант - Saturn Vue Зеленая линия Гибридная система BAS, в которой используется электродвигатель меньшего размера (установлен сбоку от двигателя) и аккумуляторная батарея, чем в Honda IMA, но функционирует аналогично.

Другой вариант этого типа - Mazda система e-4WD, предлагаемая на Mazda Demio продается в Японии.[нужна цитата ] Этот передний привод автомобиль оснащен электродвигателем, который может приводить в движение задние колеса при дополнительном тяга необходим. Система отключена во всех других условиях движения, поэтому она напрямую не увеличивает производительность или экономичность, но позволяет использовать двигатель меньшего размера и более экономичный по сравнению с общей производительностью.

Ford назвал гибриды Honda «мягкими» в своей рекламе Escape Hybrid, утверждая, что полностью гибридный дизайн Escape более эффективен.

Полные гибриды

Моторный отсек 2006 г. Меркурий Маринер Гибрид.

А полный гибрид, иногда также называемый сильный гибрид, это автомобиль, который может работать только от двигателя, аккумуляторов или их комбинации. В Toyota Prius, Тойота Камри Гибрид, Ford Escape Hybrid /Меркурий Маринер Гибрид, Форд Фьюжн Гибрид /Линкольн МКЗ Гибрид /Меркурий Милан Гибрид, Ford C-Max Гибрид, Киа Оптима Гибрид, а также General Motors 2-режимный гибрид грузовики и внедорожники являются примерами такого типа гибридизации, поскольку они могут работать только от батареи. Большая батарея большой емкости обеспечивает работу только от батареи. Эти автомобили имеют разделенный путь мощности, что обеспечивает большую гибкость трансмиссии за счет взаимного преобразования механической и электрической энергии. Чтобы сбалансировать силы от каждой части, автомобили используют дифференциал -стилевое соединение между двигателем и мотором, соединенное с головной частью трансмиссии.

Торговая марка Toyota для этой технологии: Гибридный синергетический привод, который используется в Prius, Горец Гибрид Внедорожник и Камри Гибрид. Компьютер наблюдает за работой системы, определяя, как смешивать источники питания. Операции Prius можно разделить на шесть различных режимов.

Режим электромобиля - ДВС выключен, и аккумулятор питает двигатель (или заряжается во время рекуперативного торможения). Используется для холостого хода, когда аккумулятор состояние заряда (SOC) высокий.
Круизный режим - автомобиль движется (то есть не ускоряется), и ICE может удовлетворить спрос. Мощность двигателя распределяется между механическим трактом и генератором. Аккумуляторная батарея также питает двигатель, мощность которого механически суммируется с двигателем. Если уровень заряда аккумулятора низкий, часть энергии от генератора заряжает аккумулятор.
Режим повышенной передачи - часть энергии вращения производит электричество, поскольку полная мощность ДВС не требуется для поддержания скорости. Эта электрическая энергия используется для вращения солнечной шестерни в направлении, противоположном ее обычному вращению. В результате коронная шестерня вращается быстрее двигателя, хотя и с меньшим крутящим моментом.
Режим зарядки аккумулятора - также используется для холостого хода, за исключением того, что в этом случае уровень заряда аккумулятора низкий и требуется зарядка, которая обеспечивается двигателем и генератором.
Режим повышения мощности - используется в ситуациях, когда двигатель не может поддерживать желаемую скорость. Аккумулятор питает двигатель, дополняя мощность двигателя.
Режим отрицательного разделения - автомобиль движется, а уровень заряда аккумулятора высокий. Батарея обеспечивает питание как двигателя (для обеспечения механической энергии), так и генератора. Генератор преобразует это в механическую энергию, которую он направляет на вал двигателя, замедляя его (но не изменяя его выходной крутящий момент). Целью такой «перетяжки» двигателя является повышение топливной экономичности транспортного средства.

Двойные гибриды

Примером дуальных гибридов являются Машины Формулы-1.

Видеть Двигатели Формулы-1 № 2014 – настоящее время

Подключаемый гибрид

Chevrolet Volt зарядка
Основная статья: Подключаемый гибрид
Смотрите также: От автомобиля к сети и Подключаемый к электросети электромобиль

А подключаемый гибридный электромобиль (PHEV) имеет две определяющие характеристики. Это:

  • Может быть подключен к электрической розетке для зарядки.
  • Можно путешествовать с питанием только от аккумулятора.

Это полные гибриды, способные работать от батареи. Они предлагают большую емкость аккумулятора и возможность подзарядки от сетка. Они могут быть как параллельными, так и последовательными. Их еще называют газовый необязательный, или же сетка гибриды. Их главное преимущество заключается в том, что они могут работать независимо от бензина на значительных расстояниях, с увеличенным запасом хода ДВС для дальних поездок. Научно-исследовательский институт электроэнергетики исследования показали более низкий Общая стоимость владения для PHEV из-за снижения затрат на обслуживание и постепенного улучшения технологии аккумуляторов. "хорошо к рулю «эффективность и выбросы PHEV по сравнению с бензиновыми гибридами зависят от сетевых источников энергии (сеть США составляет 30% каменный уголь; Сетка Калифорнии в первую очередь натуральный газ, гидроэлектростанция, и ветровая энергия ).

Моторный отсек BYD F3DM подключаемый гибрид.

Прототипы PHEV с более крупными аккумуляторными блоками, которые можно заряжать от электросети, были построены в США, особенно в Энди Франк гибридный центр[31] в Калифорнийский университет в Дэвисе. Один серийный PHEV, Renault Kangoo, поступил в продажу во Франции в 2003 году. DaimlerChrysler построили PHEV на базе Мерседес-Бенц Спринтер фургон. Легкие грузовики предлагает Micro-Vett SPA[32] так называемый Daily Bimodale.

California Cars Initiative преобразовала Toyota Prius 2004 года выпуска и новее в прототип того, что она называет PRIUS +. С добавлением 140 кг (300 фунтов) свинцово-кислотные батареи, PRIUS + примерно вдвое больше бензина пробег стандартного Prius и мог совершать поездки на расстояние до 16 километров (10 миль), используя только электроэнергию.[33]

Китайский производитель аккумуляторов и автопроизводитель BYD Авто выпустил F3DM компактный седан на китайский рынок автопарка 15 декабря 2008 г.,[34][35] позже заменен BYD Qin подключаемый гибрид.[36][37]

General Motors начала поставки Chevrolet Volt в США в декабре 2010 г.,[5] и его собрат Opel Ampera был выпущен в Европе к началу 2012 года.[38][39] По состоянию на ноябрь 2012 г., другие подключаемые гибриды, доступные на нескольких рынках, были Фискер Карма, Подключаемый модуль Toyota Prius Hybrid и Ford C-Max Energi.

По состоянию на октябрь 2012 г., самым продаваемым PHEV является Volt: с декабря 2010 года по всему миру было продано более 33000 единиц семейства Volt / Ampera, во главе с продажами в США 27 306,[40][41] за ними следуют Нидерланды с 2175 ампер, проданных до октября 2012 года.[42][43] Подключаемый модуль Prius Hybrid было продано 21 600 единиц по всему миру до октября 2012 года, при этом в США было продано 9623 единицы, а затем в Японии - 9 500 единиц.[41][44]

Типы по источнику питания

Гибрид электродвигателя внутреннего сгорания

Есть много способов создать гибрид электрического двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Разнообразие конструкций электрического ДВС можно дифференцировать по тому, как соединяются электрическая часть трансмиссии и часть внутреннего сгорания трансмиссии, в какое время каждая часть работает и какой процент мощности обеспечивается каждым гибридным компонентом. Две основные категории: серийные гибриды и параллельные гибриды, хотя параллельные конструкции сегодня наиболее распространены.

Большинство гибридов, независимо от их типа, используют рекуперативное торможение для восстановления энергии при замедлении транспортного средства. Это просто включает в себя управление двигателем, чтобы он работал как генератор.

Многие конструкции также отключают двигатель внутреннего сгорания, когда он не нужен, для экономии энергии. Эта концепция не уникальна для гибридов; Subaru впервые применил эту функцию в начале 1980-х годов, и Volkswagen Lupo 3L является одним из примеров обычного транспортного средства, которое выключает двигатель при остановке. Однако необходимо предусмотреть некоторые аксессуары, такие как кондиционер которые обычно приводятся в движение двигателем. Кроме того, системы смазки двигателей внутреннего сгорания по своей природе наименее эффективны сразу после запуска двигателя; Поскольку основной износ двигателя происходит при запуске, частый запуск и остановка таких систем значительно сокращают срок службы двигателя.[сомнительный – обсуждать] Кроме того, циклы запуска и остановки могут снизить способность двигателя работать при оптимальной температуре, снижая, таким образом, эффективность двигателя.

Конструкция гибридного электромобиля на топливных элементах

Гибрид электрического топливного элемента

Топливная ячейка транспортные средства часто оснащаются аккумулятором или суперконденсатором для обеспечения максимальной мощности ускорения и уменьшения ограничений по размеру и мощности топливного элемента (и, следовательно, его стоимости); По сути, это также серийная гибридная конфигурация.

Двигатель внутреннего сгорания - гидравлический гибрид

Chrysler предлагает Pacifica минивэн как подключаемый гибрид

А гидравлический гибрид В автомобиле используются гидравлические и механические компоненты вместо электрических. А насос переменной производительности заменяет электродвигатель / генератор. А гидроаккумулятор хранит энергию. В сосуде обычно находится гибкий баллон с предварительно заряженным азотом под давлением. Перекачиваемая гидравлическая жидкость прижимается к баллону, накапливая энергию в сжатом газообразном азоте. Некоторые версии имеют поршень в цилиндре, а не баллон под давлением. Гидравлический аккумулятор потенциально дешевле и долговечнее аккумуляторов. Гидравлическая гибридная технология была первоначально внедрена в Германии в 1930-х годах. Volvo Flygmotor экспериментально использовала нефтегидравлические гибриды в автобусах с начала 1980-х годов.

Первоначальная концепция включала гигантский маховик (видеть Gyrobus ) для хранения, подключенного к гидростатической трансмиссии. Система находится в разработке Eaton и несколько других компаний, в основном в сфере тяжелых транспортных средств, таких как автобусы, грузовики и военные автомобили. Примером может служить концептуальный грузовик Ford F-350 Mighty Tonka, показанный в 2002 году. Он оснащен системой Eaton, которая может разгонять грузовик до скорости шоссе.

Компоненты системы были дорогими, что не позволяло устанавливать их в грузовики и легковые автомобили меньшего размера. Недостатком было то, что силовые двигатели были недостаточно эффективны при частичной нагрузке. Фокус переключился на автомобили меньшего размера. A British company made a breakthrough by introducing an electronically controlled hydraulic motor/pump that is efficient at all ranges and loads, making small applications of petro-hydraulic hybrids feasible.[45] The company converted a BMW car to prove viability. The BMW 530i gave double the MPG in city driving compared to the standard car. The test used the standard 3,000 cc engine. Petro-hydraulic hybrids allows downsizing an engine to average power usage, not peak power usage. Peak power is provided by the energy stored in the accumulator.[46]

The kinetic braking energy recovery rate is higher and therefore the system is more efficient than 2013-era battery charged hybrids, demonstrating a 60% to 70% increase in economy in EPA testing.[47] In EPA tests a hydraulic hybrid Ford Expedition returned 32 mpg-НАС (7.4 L/100 km) in urban driving and 22 mpg-НАС (11 L/100 km) on the highway.[48]

One research company's goal was to create a fresh design to improve the packaging of gasoline-hydraulic hybrid components. All bulky hydraulic components were integrated into the chassis. One design claimed to reach 130mpg in tests by using a large hydraulic accumulator that is also the structural chassis. The hydraulic driving motors are incorporated within the wheel hubs and reversing to recover braking energy. The aim is 170 mpg in average driving conditions. Energy created by shock absorbers and kinetic braking energy that normally would be wasted assists in charging the accumulator. An ICE sized for average power use charges the accumulator. The accumulator is sized to run the car for 15 minutes when fully charged.[49][50][51]

In January 2011, Chrysler announced a partnership with the EPA to design and develop an experimental gasoline-hydraulic hybrid powertrain suitable for use in passenger cars. Chrysler adapted an existing production minivan to the powertrain.[52][53][54][55][56]

NRG Dynamix of the U.S.A. claimed its approach reduced cost by one-third compared with electric hybrids and added only 300 lbs (136 kg) to vehicle weight vs. 1,000 lbs (454 kg) for electric hybrids. The company claimed a standard pickup vehicle powered by a 2.3 litre 4 cylinder engine achieved 14 MPG (16.8 l/100 km) in city driving. Using the petro-hydraulic setup fuel economy reached "the mid 20s".[57]

Internal combustion engine-pneumatic

Compressed air can power a hybrid car with a gasoline compressor to provide the power. Motor Development International in France was developing such air-powered cars. A team led by Tsu-Chin Tsao, a UCLA mechanical and aerospace engineering professor, collaborated with engineers from Ford to get pneumatic hybrid technology up and running. The system is similar to that of a hybrid-electric vehicle in that braking energy is harnessed and stored to assist the engine as needed during acceleration.

Human power-environmental power

Many land and water vehicles use human power combined with a further power source. Common are parallel hybrids, e.g. a sailboat with oars, моторизованные велосипеды или human-electric hybrid vehicle такой как Twike. Some series hybrids exist. Such vehicles can be tribrid vehicles, combining three power sources e.g. on-board solar cells, grid-charged batteries and pedals.

Hybrid vehicle operation modes

Hybrid vehicles can be used in different modes. The figure shows some typical modes for a parallel hybrid configuration.

Гибридные режимы.gif

Опции вторичного рынка

An вторичный рынок powertrain can be added to a vehicle.

The aftermarket solution is used when the user delivers планер (подвижное шасси ) and the hybrid (two engines) or all-electric (only an electric motor) powertrain kit to the автопроизводитель and receives the vehicle with the tech installed. An (electric or hybrid) powertrain can be added to a glider[58] by an aftermarket installer.

В 2013 г. Университет Центральной Флориды команда дизайнеров, On the Green, worked to develop a bolt-on hybrid conversion kit to transform an older model vehicle into a gas-electric hybrid.[59]

A conversion of a 1966 Mustang was demonstrated by an engineer in California. The system replaced the alternator with a 12 kW (30 kW peak) brushless electric motor. Gas mileage and power improved.[60]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "DOE to Award Up to $2.4B for Advanced Batteries, Electric Drive Components, and Electric Drive Vehicle Demonstration/Deployment Projects". Конгресс зеленых автомобилей. 19 марта 2009 г.
  2. ^ «Гибриды под капотом (часть 2): трансмиссии». Hybrid Center (Союз неравнодушных ученых ). Архивировано из оригинал на 2010-01-11. Получено 2010-03-18.
  3. ^ "What do you mean when you say Through-The-Road-Hybrid (TTRH)?". Protean Electric. Проверено июль 2014 г.. Проверить значения даты в: | accessdate = (помощь)
  4. ^ "Through-The-Road (TTR) Hybrid - Through-The-Roof Potential - 598" (PDF). Аргоннская национальная лаборатория. Проверено июль 2014 г.. Проверить значения даты в: | accessdate = (помощь)
  5. ^ а б Matthe, Roland; Eberle, Ulrich (2014-01-01). "The Voltec System - Energy Storage and Electric Propulsion". Получено 2014-05-04.
  6. ^ "2014 BMW i3 Electric Car: Why California Set Range Requirements, Engine Limits". Отчеты о зеленых автомобилях. Получено 2015-11-22.
  7. ^ "Improving IC Engine Efficiency". University of Washington: Energy & Environment – Autumn 2001. Получено 18 апреля, 2013.
  8. ^ "Lotus to Introduce Range Extender Engine". Конгресс зеленых автомобилей. 7 сентября 2009 г.
  9. ^ Neuman, William (October 11, 2007). "The turbine on the bus goes purr purr purr". Нью-Йорк Таймс.
  10. ^ Linear Combustion Engine Project В архиве 2010-06-06 на Wayback Machine. Проверено 18 апреля 2013 года.
  11. ^ Combustion engines being given instantaneous power ratings
  12. ^ "Toyota debuts power-hybrid bus". The Japan Times. 22 августа 1997 г.
  13. ^ "AFS Trinity urgees Congress and candidates to support proposed auto stimulus package". AFS Trinity. 24 сентября 2008 г.
  14. ^ GM Admits Chevy Volt’s Gasoline Engine Can Power the Wheels; So is it Still Special?
  15. ^ The Volt's Hybrid Drive System
  16. ^ «Mazda остается верна роторным двигателям». Дейли Телеграф. Лондон. September 18, 2012.
  17. ^ «Siemens, Diamond Aircraft, EADS представили первый в мире серийный гибридный самолет». Автоблог. 2011-07-03. Получено 2011-07-03.
  18. ^ «EADS и Siemens заключают долгосрочное сотрудничество в области исследований в области электрических авиационных двигателей; Меморандум о взаимопонимании с Diamond Aircraft». 2013-06-18. Получено 2016-07-18.
  19. ^ Churella, 28-30
  20. ^ "Ravigneaux planetary gear set of carrier, sun, planet, and ring wheels with adjustable gear ratios and friction losses - Simulink". Mathworks.com. Получено 2012-08-01.
  21. ^ а б Krust, Matthias (July 14, 2009). "BMW, Daimler, GM hybrid alliance nears end". Автомобильные новости.
  22. ^ "The GMC Graphyte — A hybrid SUV concept vehicle". GM - GMability Education 9-12: Fuel Cells & Energy. Архивировано из оригинал on January 16, 2006.
  23. ^ "New BYD Hybrid Gets Jump in Electric Car Wars in China". China Stakes. 1 декабря 2008 г.
  24. ^ Yoney, Domenick (April 13, 2009). "Chinese plug-in hybrid, BYD F3DM, has sold just 80 copies in four months". Autoblog Green.
  25. ^ Shirouzu, Norihko (October 13, 2008). "BYD to Launch Electric Car Sales in China Next Month". Журнал "Уолл Стрит. (требуется подписка)
  26. ^ Wishart, J .; Zhou, Y .; Dong, Z. (2008). "Review of multi-regime hybrid vehicle powertrain architecture". International Journal of Electric and Hybrid Vehicles. 1 (3): 248–275. Дои:10.1504/IJEHV.2008.019900.
  27. ^ "Powerfully Efficient: GM Two-Mode Hybrid". Дженерал Моторс. Архивировано из оригинал 25 февраля 2009 г.
  28. ^ "Hybrid-electro Drives (terms)". KFZ-tech.de. Получено 13 апреля 2015.
  29. ^ "Compare Cars Side-by-Side". Fueleconomy.gov. Получено 2012-08-01.
  30. ^ Kassakian, J.G (1996). «Автомобильные электрические системы около 2005 года». IEEE Spectrum. 33 (8): 22–27. Дои:10.1109/6.511737.
  31. ^ "Team Fate". UC-Davis Hybrid Electric Vehicles Group.
  32. ^ "Hybrid Daily: Technical Data". Micro-Vett. Архивировано из оригинал 10 января 2006 г.
  33. ^ "How We Green-Tuned an '04 Prius into a PRIUS+ Plug-In Hybrid!". CalCars. Получено 18 апреля, 2013.
  34. ^ Crippen, Alex (December 15, 2008). "Warren Buffett's Electric Car Hits the Chinese Market, But Rollout Delayed For U.S. & Europe". CNBC.
  35. ^ Balfour, Frederik (December 15, 2008). "China's First Plug-In Hybrid Car Rolls Out" В архиве 2008-12-20 на Wayback Machine. Деловая неделя.
  36. ^ Voelcker, John (April 20, 2012). "BYD Chin: World's First Plug-In Hybrid, Updated And Renamed". Green Car Reports.
  37. ^ Blanco, Sebastian (April 20, 2012). "BYD's Beijing Motor Show line-up includes Chin Dual Mode, remote-controlled F3". Autoblog Green.
  38. ^ Chambers, Nick (December 16, 2010). "First Chevy Volts Reach Customers, Will Out-Deliver Nissan in December". plugincars.com.
  39. ^ "Opel Ampera: First Customers Take Delivery". Опель Европа. 21 февраля 2012 г.
  40. ^ Voelcker, John (August 1, 2012). "July Plug-In Electric Car Sales: Volt Steady, Leaf Lethargic (Again)". Green Car Reports.
  41. ^ а б Cole, Jay (November 1, 2012). "October 2012 Plug-In Electric Vehicle Sales Report Card". Inside EVs.
  42. ^ RAI (2012-06-04). "Autoverkopen mei 2012 dalen met 4,4 procent" [Car sales in May 2012 decreased by 4.4 percent] (in Dutch). RAI Vereniging. Архивировано из оригинал на 2014-03-28. Получено 2012-08-05. Download pdf file for detailed sales in 2011 and 2012 CYTD.
  43. ^ RAI (October 2012). "Verkoopcijfers oktober 2012 - Modellenoverzicht" [Sales October 2012 - Models overview] (in Dutch). Auto Week Netherlands. Архивировано из оригинал на 2012-11-05. Получено 2012-11-01. Table shows September and October 2012 sales.
  44. ^ "Cumulative Sales of TMC Hybrids Top 2 Million Units in Japan". Toyota. 8 ноября 2012 г.
  45. ^ "Our Technology". Artemis Intelligent Power. Архивировано из оригинал 29 июля 2013 г.. Получено 18 апреля, 2013.
  46. ^ "Applications – On-road". Artemis Intelligent Power. Архивировано из оригинал on May 25, 2015. Получено 18 апреля, 2013.
  47. ^ "EPA Announces Partnership to Demonstrate World's First Full Hydraulic Hybrid Urban Delivery Vehicle" (PDF). EPA. Февраль 2005 г.. Получено 18 апреля, 2013.
  48. ^ Vanzieleghem, Bruno (June 15, 2006). "Capturing the power of hydraulics". Autoblog Green.
  49. ^ Proefrock, Philip (March 25, 2010). "Hybrid Hydraulic Drive Vehicle Promises 170 MPG". Жить.
  50. ^ Turpen, Aaron (February 15, 2012). "INGOCAR from Valentin Tech shatters the way we think about cars". Torque News.
  51. ^ "170 MPG Ingocar". Valentin Technologies, Inc. Archived from оригинал 21 апреля 2013 г.. Получено 18 апреля, 2013.
  52. ^ Hanlon, Mike (January 26, 2011). "Chrysler announces development of hydraulic hybrid technology for cars". Гизмаг.
  53. ^ "EPA and Chrysler to Take Latest Hybrid Technology from Lab to Street/Partnership to adapt fuel efficient technology". EPA. 19 января 2011 г.
  54. ^ "Hydraulic Hybrid Research". EPA. Получено 18 апреля, 2013.
  55. ^ "Demonstration Vehicles". EPA. Получено 18 апреля, 2013.
  56. ^ "Chrysler Group files S-1 for IPO; snapshot of R&D priorities; exploring a light-duty hydraulic hybrid". 2013-09-24. Получено 2016-07-18.
  57. ^ David C. Smith (2012-08-06). WardsAuto (ed.). "New Hydraulic Hybrid System Claims Big MPG Boost". Получено 2016-07-18.
  58. ^ "Energy Storage Fuel Cell Vehicle Analysis: Preprint" (PDF). Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. Апрель 2005 г.
  59. ^ On the Green. Проверено 18 апреля 2013 года.
  60. ^ How To Build A Hybrid В архиве 2012-01-30 в Wayback Machine. Проверено 18 апреля 2013 года.

внешняя ссылка