Принцип питания от аккумуляторной батареии для движения автомобиля хорошо известен и используется в электромобилях. Никто не ставит под сомнение необходимость аккумуляторной батареи в бензиновом автомобиле - он полностью зависит от батарии, которая обеспечивает все, начиная от пуска двигателя, работы радио, CD-проигрывателя, внутреннего и внешнего освещения и других устройст. Если установить более мощную батарею, можно использовать электроэнергию, запасенную в ней для движения автомобиля. Поскольку емкость батареи ограничена, использовать ее можно только при небольшой мощности, потребляемой электродвигателем, что эквивалентно применению электротяги на небольших оборотах двигателя. С другой стороны известно, что электромоторы способны создавать большой крутящий момент на низких скоростях вращения (см. рис. 1, синий график), а после достижения номинальной скорости, вращающий момент их начинает быстро снижаться.
Рисунок 1. График зависимости вращающего момента (синий) и мощности (красный) электродвигателя от скорости вращения.
Принцип действия гибридного двигателя использует эту сильную сторону электротяги и гибридный автомобиль движется при помощи электродвигателя, питаемого от батареи только при низких скоростях движения и на коротких дистанциях. Управляющая гибридной силовой установкой электроника запускатет бензиновый двигатель по достижению определенной частоты вращения коленвала и продолжате движение на двигателе внутреннего сгорания при более высоких скоростях и на больший расстояния.
Рисунок 2. График зависимости вращающего момента (1) и мощности (2) двигателя внутреннего сгорания от скорости вращения.
Такой принцип работы компенсирует один из основных недостатков двигателя внутреннего сгорания - провал по крутящему моменту на низких скоростях вращения коленвала (см. рис. 2, график 1), что существенно улучшает параметры разгона автомобиля и снижает потребление топлива двигателем внутреннего сгорания.
В обычных автомобилях торможение осуществляется наложением на тормозные диски колес тормозных колодок фрикционного тормоза. Кинетическая энергия движущегося автомобиля при этом переходит в тепло и выделяется в атмосферу.
В большинстве гибридных автомобилей используется режим рекуперативного торможения, когда тяговый электродвигатель переводится управляющей электроникой в генераторный режим, осуществляя таким образом замедление транспортного средства и одновременно подзаряжая аккумуляторную батарею.
Принцип работы гибридного автомобиля таким образом заключается в комбинировании рабочих циклов двигателя внутреннего сгорания в качестве силового привода автомобиля и электродвигателя, используемого как в качестве системы привода, так и в качестве системы генерации электроэнергии.
За выбор оптимального алгоритма переключения между различными силовыми установками и оптимизацию режимов их работы отвечает управляющая электроника, представляющая собой программируемый микропроцессорный контроллер.
В общих чертах, оптимальный алгоритм выбора рабочей силовой установыки выглядит следующим образом: во время стоянки, двигатель внутреннего сгорания остановлен, электродвигатель так же находится в состоянии покоя. Фаза начала движения осуществляется при помощи электродвигателя, который на небольших скоростях вращения потребляет небольшое количество энергии, создавая при этом ощутимый тяговый момент для разгона транспортного средства. После достижения валом электродвигателя определенной скорости вращения, происходит подача топлива и запуск двигателя внутреннего сгорания. Процесс запуска двигателя внутреннего сгорания происходит без провала по тяговому моменту, поскольку скорость вращения коленчатого вала при запуске достаточна для безударного выхода двигателя внутренного сгорания на режим работы с нормальным вращающим моментом. При этом электродвигатель при движении на двигателе внутреннего сгорания может подзаряжать аккумуляторную батарею, в режимах движения (напрмер при движении с крейсерской скорость), определяемые управляющей электроникой. Электродвигатель так же может подключаться при необходимости резкого ускорения, создавая дополнительный крутящий момент и повышая разгонные характеристики автомобиля.
Рисунок 3. Вид гибридной силовой установки автомобиля в разрезе. Справа - электродвигатель и блок управляющей электроники, слева - двигатель внутреннего сгорания.
Гибридная силовая установка современных автомобилей представляет собой моноблок (см. рис. 3), что позваляет решить вопрос с формированием единого валопровода силовой установки, а в качестве аккумуляторных батарей используются специализированные аккумуляторы, либо суперконденсаторы.
Комментарии