VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Автомобильный транспорт один из основных источников загрязнения окружающей среды. В России в местах повышенного загрязнения воздуха проживают 64 млн. человек, а государственные затраты на охрану природы составляют доли процента бюджета. Несмотря на сокращение производства, состояние окружающей среды РФ постоянно ухудшаются. Существует четыре фактора отрицательного влияния автомобильного транспорта на окружающую среду:

1)загрязнение воздуха;

2)загрязнение окружающей среды;

3)шум и вибрация;

4)выделение тепла.

Так же автомобиль потребляет O₂. Автомобиль, проехавший 900км. потребляет столько же O₂, сколько человек расходует на дыхание за целый год. И в связи с этим возникает потребность в автомобилях, которые наносили бы меньше вреда окружающей среде, такие автомобили получили название «Гибридный автомобиль».

2 Автомобили-гибриды.

Гибридный автомобиль-это автомобиль, использующий для привода ведущих колёс более одного источника энергии.

Современные авто-производители прибегают к совместному использованию двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя, что позволяет избежать работы ДВС в режиме малых нагрузок повышая топливную эффективность силовой установки. Другой распространённый вид гибридов- автомобили, в которых ДВС совмещён с двигателями, работающими на сжатом воздухе.

2.1 Основной причиной начала производства легковых гибридов стал рыночный спрос на подобные автомобили, вызванный высокими ценами на нефть и постоянным ужесточением требований к экологичности автомобилей. Благодаря совершенствованию технологий и налоговым льготам, производителям и покупателям гибридов такие автомобили иногда оказываются даже дешевле обычных. В ряде стран владельцам гибридов предоставляются и другие льготы — в частности, освобождение от уплаты дорожного налога, право пользования выделенной полосой на шоссе и бесплатными автостоянками, и т. д.

Гибридные автомобили стали компромиссным решением таких недостатков электромобилей, как значительная масса аккумуляторов и необходимость их длительной зарядки, недостаточно развитая инфраструктура зарядных станций и недостаточная дальность пробега.

2.2Общий принцип

Первоначально идея «электрической коробки передач», то есть замены механической коробки передач электрическими проводами, была применена на железнодорожном транспорте и в большегрузных карьерных самосвалах. Применение этой схемы обусловлено значительными сложностями механической передачи значительного, и при этом изменяемого крутящего момента на колеса транспортного средства. Дополнительной сложностью является невозможность изменения направления вращения коленчатого вала ДВС для обеспечения заднего хода машины.Нагрузочная же характеристика электродвигателя практически равномерна во всём диапазоне рабочих частот; он может быть мгновенно запущен, остановлен и реверсирован, а также не требует холостого хода, что позволяет исключить из трансмиссии механизм сцепления — а в некоторых случаях и полностью от неё избавиться, разместив электродвигатели непосредственно в колёсах (мотор-колесо).

При применении электротрансмиссии двигатель, работающий на обычном топливе, вращает электрогенератор; вырабатываемый ток через систему управления передаётся на электродвигатели, которые и приводят в движение транспортное средство. Гибридный автомобиль сочетает в себе преимущества электромобиля и автомобиля с ДВС:больший коэффициент полезного действия электромобилей и большой запас хода на одной заправке автомобиля с ДВС.

2.3История

Первым автомобилем с гибридным приводом считается Lohner-Porsche (Лёнер-Порше) , разработанный конструктором Фердинандом Порше в1900— 1901 годах.

В США гибридные автомобили начал разрабатывать Виктор Воук в 60-е -70-е годы.

В 1980 году компания Volvo проводила эксперименты с маховиком, разгоняемым дизельным двигателем и используемым для рекуперации тормозной энергии. Впоследствии от этого проекта отказались в пользу гидравлических аккумуляторов.

В Советском Союзе работы по разработке гибридных автомобилей велись, в частности, под руководством Нурбея Гулиа. На созданном им прототипе на базе грузовика УАЗ-450, в котором накопителем энергии являлся маховик, а трансмиссией — ленточный вариатор, удалось достичь экономии топлива около 45 %.

В Курске в 1972-73 годах Н. В. Гулиа провёл испытания городских автобусов с маховичными гибридными агрегатами и вариаторами. Также были построены и испытаны гибридные силовые агрегаты для автобусов на основе гидропривода, в которых роль накопителя энергии выполняли баллоны со сжатым азотом и маслом. Несмотря на различные принципы действия этих «гибридов» эффективность их оказалась близкой друг к другу — расход топлива снижался примерно вдвое, а токсичность выхлопа — в несколько раз. Однако эти технологии не были востребованы советской автомобильной промышленностью.

2.4Преимущества

Экономная эксплуатация

Основным движущим мотивом при разработке гибридных автомобилей послужило стремление повысить их экономичность, по возможности не жертвуя при этом остальными эксплуатационными характеристиками — скоростью, приёмистостью, пробегом на одной заправке и т. д. Экономия была достигнута, в том числе:

использованием двигателя внутреннего сгорания меньшей мощности и, соответственно, объёма;

работой двигателя в оптимальном режиме;

его полной остановкой вместо работы на холостом ходу

применением рекуперативного торможения с зарядкой аккумулятора (что попутно снижает износ тормозных колодок).

Экологическая чистота

Экологическая чистота гибридных автомобилей обусловлена, с одной стороны, снижением расхода углеводородного топлива; дополнительно её повышает полное отключение двигателя внутреннего сгорания при остановке автомобиля — в частности, в пробках. С другой стороны, применение батарей меньшей, чем в электромобилях, ёмкости — и, соответственно, размеров, — снижает остроту проблемы утилизации использованных аккумуляторов.

Улучшенные ходовые характеристики

Двигатели для обычных автомобилей подбираются из расчёта пиковых нагрузок, в результате чего их полная мощность используется сравнительно редко, и является избыточной для значительной части времени их эксплуатации. В гибридных автомобилях в этом нет необходимости — в случае, когда тяговая нагрузка увеличивается, к энергии, вырабатываемой двигателю внутреннего сгорания мощности добавляется энергия, запасённая в батареях, — поэтому на них устанавливают двигатели меньшей мощности, которые при этом работают в наиболее благоприятном для себя режиме. Такое перераспределение мощностей в некоторых моделях гибридных автомобилей осуществляется непосредственно в электрической передаче, а в других — в трансмиссии с прямой передачей крутящего момента («гибридно-совместный привод»).

Увеличение дальности пробега

Исключение половины заездов на заправочные станции, и даже большего количества таких заездов, при езде по городу, высвобождает у автовладельца некоторое количество времени.

Сохранение и повторное использование энергии

Устранён один из главных недостатоков двигателя на углеродном топливе — невозможность возврата энергии обратно в углеродное топливо. Инженеры по транспорту давно пытались сохранить энергию движения при торможении, чтобы её повторно использовать. Например, применялись специальные конструкции с большим маховиком. Но только электрическую и гидравлическую энергию удаётся сохранить с минимальными потерями и достаточно дёшево. В качестве накопителя применяются аккумуляторы, гидроаккумуляторы и специальные конденсаторы.

Обычная заправка топливом

Заправка осуществляется по привычной схеме, обычным углеводородным топливом, тогда, когда это необходимо, и дальнейшее движение можно немедленно продолжить.В городском цикле эксплуатации гибридный автомобиль 80 % времени работает в режиме электромобиля. Французская компания PSA Peugeot Citroen в 2010 году начала серийное производство гибридных версий Peugeot 307 и Citroen C4. В автомобилях предусмотрен режим электромобиля на скоростях менее 50 км/ч. Водитель может по желанию включать режим электромобиля.

2.5Недостатки

Высокая сложностьГибридные автомобили имеют относительно больший вес, они сложнее и дороже традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Аккумуляторные батареи имеют небольшой диапазон рабочих температур, подвержены саморазряду. Кроме того, они дороже в ремонте. Опыт США говорит, что автомеханики берутся за ремонт гибридных автомобилей с большой неохотой. В США пытаются решить проблему дороговизны налоговыми льготами.

Компания Porsche отказалась от попыток самостоятельного производства гибридного автомобиля. Компания Mitsubishi изначально не пыталась создать гибридный автомобиль, а сконцентрировала все свои усилия на разработке электромобилей.

Отсутствие трансмиссий

Наиболее перспективные, механические гибриды не могут на данном этапе составить конкуренцию электрическим гибридам. Основной проблемой является невозможность создания адаптивных трансмиссий, способных работать в широком диапазоне передаточных отношений (более 20).

Подогрев салона

Высокий КПД определяет малую выработку тепла. В обычных автомобилях в зимнее время это тепло используют для обогрева салона. В гибридных автомобилях ДВС не глохнет, пока не нагреет салон до требуемой температуры, что, естественно, увеличивает расход топлива.

Опасность для пешеходов

Согласно исследованию американского Института по оценке ущерба на дорогах гибриды представляют повышенную опасность для пешеходов по сравнению с традиционными автомобилями из-за своей бесшумности при движении на электрической тяге. В частности, наезды гибридных автомобилей на пешеходов происходят на 20 % чаще, а степень урона выше. Для предотвращения подобных случаев гибридные автомобили могут оснащаться генератором звукового сигнала, при движении на небольших скоростях предупреждающим пешеходов о приближении автомобиля.

2.6 Внешний вид и современное применение

Гибридный автомобиль ничем внешне не отличается от своих «бензиновых» собратьев. Выпускаются различные виды, начиная от обычных городских автомобилей и заканчивая джипами-внедорожниками и спортивными моделями При этом цена остаётся практически на том же уровне. Но всё же производители не рекомендуют джипы-внедорожники использовать в сложных геоклиматических условиях.

Toyota лидирует по количеству гибридов и активно выпускает эти автомобили с 1997 года, причём в модификациях как обычных автомобилей серии Prius, паркетных внедорожников серии Lexus RX400h, так и автомобилей люкс-класса — Lexus LS 600h.

По итогам 2006 года во всём мире было продано более полумиллиона только модели Prius. Технологию гибридного привода Toyota HSD лицензировали Ford (Escape Hybrid), Nissan (Altima Hybrid).

Массовое производство гибридных автомобилей сдерживается дефицитом никель-металл-гидридных аккумуляторов.

В 2006 году в Японии было продано 90410 гибридных автомобилей, что на 47,6 % больше, чем в 2005 году.

В 2007 году продажи гибридных автомобилей в США выросли на 38 % в сравнении с 2006 годом. Гибридные автомобили в США занимают 2,15 % рынка новых легковых автомобилей. Всего за 2007 год в США было продано около 350000 гибридных автомобилей (без учёта продаж корпорации GM).

Всего с 1999 года до конца 2007 года в США было продано 1 002 000 гибридных автомобилей.

Список использованной литературы:

http://ru.wikipedia.org/wiki/Гибридный автомобиль

Код для цитирования: Скопировать