В 1992 году была представлена Хартия Земли, впоследствии дополненная «Экологическим планом действий». Оба документа определили одно из наиболее приоритетных на сегодняшний день направлений деятельности автомобильных компаний – разработку новых, экологически чистых технологий.
В рамках Киотского протокола, подписанного в 1997 году, многие страны взяли на себя обязательства сократить вредные выбросы в атмосферу. Одним из инициаторов Протокола была Япония, и многие крупные компании этой страны запустили ряд проектов, призванных снизить количество вредных выбросов в атмосферу.
На Всемирной конференции по климату прошедшей в Париже в 2015 году под эгидой ООН, Великобритания, Германия, Норвегия, Нидерланды и несколько американских штатов приняли решение запретить через 35 лет использование автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС).
Борьба за экологическую безопасность и топливную экономичность стала для многих стран чрезвычайно актуальной проблемой. Эта тема является одной из самых обсуждаемых на мировых конференциях, поскольку за три десятилетия аккумулирован мировой опыт производства и эксплуатации автомобилей оснащенных силовыми гибридными установками и электромобилей.
Часть 1
Гибридные автомобили
Гибридный автомобиль – это автомобиль, который использует обычный двигатель внутреннего сгорания, функционирующий на бензине, либо дизельном топливе, но и альтернативный источник в виде электродвигателя.
Электродвигатель начинает работать при небольших оборотах, что позволяет значительно сэкономить топливо, к примеру, при загруженном трафике на дороге. Также гибридные авто более экологически чистые, что делает их более популярными.
Преимущества гибридных автомобилей:
Заметное уменьшение расхода горючего. Показатель затрат топлива у гибридных автомобилей до 30 % ниже по сравнению с обычными автомобилями. Сжигание меньшего количества горючего одновременно позволило снизить уровень токсичности гибридов. Получается, гибридные автомобили являются более экономными и экологически чистыми по сравнению с аналогами, которые оборудуются только ДВС;
Снижение шума в процессе работы;
Долгая служба деталей тормозной системы;
Гибридные автомобили по сравнению с электромобилями имеют большой запас хода и являются универсальными при ежедневной эксплуатации. Гибридные автомобили не нужно обязательно заряжать от электросети, его можно заправлять бензином. После сгорания топлива часть энергии собирается в аккумуляторе, благодаря которому начинает работать электродвигатель. Дополнительным источником питания для заряда аккумулятора является преобразование кинетической энергии движущейся машины в электричество;
Также гибриды имеют ряд конструктивных решений и вспомогательных систем для большой экономии и уменьшения уровня вредных выбросов: система старт-стоп и т.д.
Силовая гибридная установка состоит из ДВС и дополнительного тягового электродвигателя (мотор-генератора), который обычно устанавливается между ДВС и стандартной коробкой переключения передач, а так же высоковольтной аккумуляторной батареей.
Современный рынок автомобилей предлагает большой выбор гибридных представителей. Выбрать подходящее транспортное средство среди всего разнообразия непросто. Представляем вашему вниманию топ гибридных автомобилей, среди которых вы найдете представителей большинства мировых брендов.
Японская компания Toyota Motor стала первой компанией, массово внедрившей на рынке гибридные технологии, практически во всех сегментах модельного ряда – от малолитражек, до седанов, кроссоверов и полноприводных внедорожников.
Для Toyota Prius компания разработала силовую гибридную установку Hybrid Synergy Drive, состоящую из ДВС 2ZR-FXE, работающего по принципу Аткинсона, и электромотора мощностью 60 кВт (третье поколение ZVW30).
Автомобиль приводится в движение от ДВС, электромотора, а также может работать в синергетическом режиме.
Японский гибрид – Toyota Prius
Принцип работы автомобиля обуславливает высокий уровень автоматизации управления. Бортовой компьютер самостоятельно регулирует параметры работы двигателя, обеспечивая оптимальный заряд батареи. Кроме того, среди моделей из нашего рейтинга это – самый дешевый гибридный автомобиль в России.
Данная модель известна, как экономичный гибридный автомобиль по доступной стоимости, поэтому пользуется повышенным спросом. Гибрид оснащен бензиновым мотором объемом 1.8 литра мощностью 98 л.с. Вместе с парой электромоторов мощность достигает 134 л.с. В городе авто потребляет приблизительно 8 л топлива, а за городом – 5.5 л.
Toyota Camry Hybrid
Данная модель Toyota Camry Hybrid дает не только хорошую экономию топлива, но и имеет высокий уровень безопасности. Объем двигателя 2.5 литров и высокие технологии. Toyota Camry разгоняется с места до ста километров за 7.4 секунды, что для гибридного авто является отличным результатом. Официальный расход топлива автомобиля 4.4 л на 100 км по трассе и 4.6 л в смешанном цикле. Авто имеет привлекательный дизайн, в салоне используются качественные материалы, которые придают интерьеру комфорта.
Toyota Camry Hybrid
Лучшая гибридная машина с кузовом хэтчбек – Chevrolet Volt Hybrid
Chevrolet Volt Hybrid представляет собой переднеприводный четырехместный хэтчбек. Главным достоинством этой модели является то, что аккумуляторной батареи для питания электромоторов, мощностью 149 л.с. хватает на 60 км при езде по городу. Однако большим недостатком Chevrolet Volt является большая стоимость.
Chevrolet Volt Hybrid
Одним из лучших гибридных автомобилей является Ford Fusion Hybrid
Ford Fusion Hybrid 2019
Ford Fusion Hybrid имеет четырехцилиндровый с 2.5 литрами гибридный мотор, дополнен электрическим усилителем руля, многорычажными подвесками со стабилизатором поперечной устойчивости – автомобиль хорошо проходит заносы. Управление гибридом стабильное. Благодаря подвеске приглушаются удары, и движение автомобиля контролируется водителем. У данного автомобиля хорошо продуманная спортивная форма и просторный салон. Его можно назвать среднеразмерным седаном для всей семьи.
Лучший гибридный универсал – Volvo V60 Plug-in Hybrid
Volvo V60 Plug-in Hybrid оснащен гибридной установкой с 2.4-литровый дизельный двигатель мощностью 215 л.с., электромотором, и аккумулятором, емкости которого хватит примерно на 50 км движения. Автомобиль имеет функцию полного привода: при нажатии клавиши на панели управления в салоне, электроника синхронизирует действие двигателя и электромотора.
Принцип работы автомобиля обуславливает высокий уровень автоматизации управления. Бортовой компьютер самостоятельно регулирует параметры работы двигателя, обеспечивая оптимальный заряд батареи.
Chevrolet Volvo V60 Plug-in Hybrid
Один из лучших гибридных автомобилей 2018-2019 – Honda Insight III
Honda Insight III
Это переднеприводный гибридный седан, который сочетает в себе хороший дизайн, современные технические решения и богатое оснащение. В движение, этот автомобиль приводится при помощи бензинового двигателя объемом 1.5 литра, а также двух электромоторов. Общая мощность составляет 153 л.с. При этом следует отметить, что один электромотор тесно взаимодействует с ДВС и играет роль генератора, а второй крутит колеса оси при небольших скоростях. На высоких скоростях подключается бензиновый двигатель. Таким образом, значительную часть времени автомобиль ездит на электромоторе.
Самый экономичный гибридный автомобиль по расходу топлива – Hyundai Ionid Hybrid
Hyundai Ionid Hybrid
Основу автомобиля составляет новая платформа. На ее базе в будущем планируется выпускать много гибридных авто и электрокаров. Новый Hyundai имеет объем двигателя 1.6 л, и суммарную мощность 141 л.с. В помощь водителю предусмотрены два режима работы – Спорт и ЭКО. До 100 км. автомобиль разгоняется за 10.8 секунд. Максимальная скорость модели составляет 185 км в час, а расход – приблизительно 3.4 л. на 100 км. Машина имеет хорошо сбалансированную подвеску, настроенное рулевое управление и практически бесшумный салон.
Комфортный американский гибрид – Chevrolet Malibu Hybrid
Chevrolet Malibu Hybrid 2019
Это большой комфортный и вместительный седан, который имеет выразительный дизайн и качественно проработанный салон с современной техникой и богатым оснащением. По мнению экспертов, автомобиль хорошо подойдет тем клиентам, которым нравится свободное пространство. В состав гибридной установки входит двигатель объемом 1.8 л и пара электромоторов. Средний расход топлива данной модели составляет 5.2 л на 100 км. Для авто предусмотрены десять подушек безопасности и камера заднего вида, что делает его более безопасным.
Лучшая гибридная машина внедорожник – Lexus RX 450h
Lexus RX 450h. Это надежный кроссовер, который имеет качественную и надежную сборку. Внешне данная модель мало чем отличается от своих предшественников. Но элементы индивидуальности у него есть. Кроссовер оснащен головной оптикой со светодиодной начинкой. Кроме того, для данного автомобиля доступен спортивный обвес. Благодаря нему внешность гибрида становится более агрессивной. Салон сделан из натуральной кожи в светлых и темных тонах. Данная модель имеет 4-цилиндровый двигатель объемом 2.5 л. Суммарная отдача гибридной силовой установки составляет 299 л.с. Lexus может разогнаться за 6-7 секунд до 100 км в час. Расход топлива составляет 9-10 л на 100 км. Это автомобиль по праву претендует на место в рейтинге лучших японских внедорожников.
Lexus RX 450h
Корейский гибридный кроссовер – KIA Niro
KIA Niro 2019
Это компактный корейский кроссовер для города с неплохой сборкой. Внешний вид автомобиля достаточно удачный, дизайнеры проработали все до мелких деталей. Машина выглядит элегантной и спортивной. Уникальность интерьера данной модели заключается в приборной панели, которая представляет собой два дисплея, отображающие режимы передвижения, разные подсказки о состоянии автомобиля.
– KIA Niro имеет 4-цилиндровый двигатель объемом 1.6 литров, который вместе с электромотором выдает 146 л.с.
Автомобиль имеет экономичный мотор с пониженным расходом топлива в 4 л. на 100 км, независимо от трассы при условии активного электромотора. Электродвигатель заряжается при спусках, а также при торможении.
К недостаткам гибридных автомобилей можно отнести большую начальную стоимость, а также некоторые сложности при ремонте и обслуживании данных моделей. Еще одним недостатком можно назвать возможный критический разряд аккумуляторной батареи и его быстрый вывод из строя при больших перепадах температуры.
Автомобили, оснащенные силовыми гибридными установками более экономичны, снижено количество вредных выбросов в атмосферу, но они сложны в изготовлении и значительно дороже автомобилей с традиционными ДВС.
Коэффициент полезного действия (КПД) (η) бензиновых четырехтактных ДВС находится в диапазоне от 20 до 25%, а дизельных может достигать 40%.
Поэтому КПД силовой гибридной установкой так же невысокий.
∑η= η ДВС х η Г-М ∑η=0,25 х 0,95=0,237
(продолжение следует)
Часть 2
Электромобили
Все больший акцент, с каждым годом, делается на приобретение гибридных или полностью электрических автомобилей. В Европе и США уже установлено огромное количество электро-заправочных станций и многие страны прогнозируют, что к 2025-2030 годам планируют полностью заменить электромобилями, автомобили с двигателями внутреннего сгорания.
Одним из наиболее продаваемых в мире электромобилей являлся Nissan Leaf оснащенный электродвигателем мощностью 109 л. с., под днищем электромобиля располагается высоковольтная литий-ионная аккумуляторная батарея емкостью 24 кВт и весом почти 300 кг. Запас хода 120-175 км., в зависимости от условий эксплуатации. Электромобиль Tesla Octavia Green E оснащен электродвигателем мощностью 114 л. с., высоковольтной аккумуляторной батареей, состоящей из 180 литий-ионных аккумуляторов, расположенной под полом багажника и в задней части салона автомобиля.
Одним из основных узлов электромобиля является электродвигатель.
Достоинством электродвигателя являются:
- высокий коэффициент полезного действия – до 97%;
- высокий крутящий момент;
- компактность и малый вес;
- экологичность;
- возможность регулирования скорости вращения;
- способность функционировать в режиме генератора;
- возможность рекуперации электроэнергии при торможении.
Что касается недостатков тягового электродвигателя, то по отзывам специалистов, их нет. Если в качестве тягового электродвигателя на автомобиль установить асинхронный электродвигатель, то это позволит практически полностью исключить техническое обслуживание электродвигателя в течении назначенного безопасного ресурса эксплуатации автомобиля.
В феврале 2004 года, порог мало кому известной американской компании Tesla переступил Илон Маск — финансовый магнат и компьютерный гений, основатель платежной системы PayPal. Пришел он с весьма серьезными намерениями. В стартап-проект, Маск вложил 7,5 миллиона долларов и возглавил совет директоров и быстро стал мозговым центром и главным рыночным идеологом «Tesla », начинающего производителя электромобилей.
Фактически от кустарного производства компании пришлось переходить на поточное производство, да еще с разработкой абсолютно новой машины. Помогли сторонние инвестиции, в том числе и солидный займ от государства, который Tesla со временем полностью погасила. На эти деньги Tesla приобрела объект, который был известен как Нью Юнайтед мотор мануфактуринг Инк. (NUMMI), совместное предприятие Дженерал Моторс и Тойота.NUMMI в калифорнийском Фримонте, и назвала его Tesla Factory.
Завод расположен на участке площадью 5 млн. квадратных футов (464500 м2) — на заводе работают 3000 человек и 160 роботов, причём уровень автоматизации постоянно повышается — роботы устанавливают батареи, двигатель, внутренности салона автомобиля, кабели, а человек уже позднее контролирует этот процесс. Всё это позволяло выпускать примерно 400 машин в неделю. Электромобили корпорация выпускает на заводе Tesla Factory в Калифорнии.
Первые две гигафабрики Tesla находятся в США - одна в штате Невада и другая вблизи Нью-Йорка. Они производят, соответственно, аккумуляторные и солнечные батареи.
Рассмотрим текущие модели и прототипы, которые разработали и реализуют Tesla. Первым автомобилем компании Tesla стал спорткар Roadster, который был создан на базе спортивного автомобиля марки Lotus. Tesla Roadster был презентован летом 2006 года в Калифорнии по цене 100 тысяч долларов США. Серийное производство автомобиля началось с 2008 года и по 2012 год, в течение которых было продано порядка 2800 автомобилей. Двигатель автомобиля способен развивать мощность 248 лошадиных сил и набирать скорость 100 километров в час за 3.9 секунды. Максимальная скорость составляет 201,1 км/час, а запас хода на одной батарее 200 километров.
Tesla Roadster
Самая успешная и популярная модель электромобиля Tesla седан Model S, получившая наибольший спрос среди потребителей. Данная модель стала отличным симбиозом по цене, качеству и дизайну. Это 5-дверный седан с очень эффективной системой электроники, скоростным двигателем и улучшенным компонентом литий ионных батарей. Тормозная система на электромобиле двухконтурная (электрическая и механическая). В наличии системы ABS и ESP. Что касается оснащения в целом, то к услугам водителя и пассажиров предложены: бесключевой доступ, кондиционер и система отопления. На текущий момент, по всему миру продано более 50 тысяч моделей автомобиля Tesla Model S. Данную марку электромобиля не единожды удостоили различных премий в США и Европе. В течение последующих двух лет, после презентации, спрос на авто был настолько высоким, что приходилось производить порядка 1000 экземпляров электромобилей в неделю. Основным преимуществом электромобиля Model S, является низкий коэффициент лобового сопротивления, за счет чего электромобиль эффективно набирает скорость. Также в модели реализовано огромное количество электронной начинки, которая позволяет существенно калибровать любые настройки, даже клиренс подвески, в зависимости от дороги.
КПД электродвигателя Tesla Model S в три раза выше КПД любого двигателя внутреннего сгорания. Одной из особенностей электромобилей Tesla является ее уникальная мощность.
С момента старта продаж по настоящее время на мировом рынке предлагались различные модификации автомобиля Tesla S 60, S 60D, S 70, S 70D, S 85, S P85, S 85D, S P85D, S 90D, S P90D, S 100D и наконец Tesla Model S P100D.
Первая цифра обозначает ёмкость батареи в кВт*ч, буква P — Performance (производительность), литера D — Dual Motor (два мотора и полный привод 4WD). Самая маломощная модификация Tesla S 60 оснащалась 306-сильным двигателем и аккумулятором ёмкостью 60 кВт/ч. Самая мощная Tesla Model S P100D имеет два электромотора — 503 л.с. сзади, и 259 л.с. спереди. Суммарная отдача — 762 лошадиные силы. Разгон с 0 до 100 км/ч занимает всего 2,8 секунды. По динамике разгона Tesla Model S P100D сравним с суперкарами.
Электромобиль Tesla Model S использует асинхронные электродвигатели. У асинхронного двигателя Теслы статор – это распределенная трехфазная обмотка. Она подключается к электронному регулятору (инвертору, контроллеру) и создает вращающееся магнитное поле.
Ротор представляет собой медный цилиндр, на поверхности которого находятся магнитопроводы. К ротору в явном виде напряжение не подводится, но оно индуцируется за счет переменного поля статора (поэтому двигатель называют индукционным). Возникающие вихревые токи в короткозамкнутом роторе взаимодействуют с полем статора, в результате чего образуется вращающий момент. Ротор вращается до 18000 об/мин и имеет максимальную мощность около 300 кВт.
Tesla Model S
В начале 2012 года компания Tesla презентовала ещё один прототип – электрический внедорожник Model X. В целом эргономика и техническое оснащение внедорожника незначительно отличается от седана Model S. Добавлен дополнительный ряд задних сидений и увеличен корпус автомобиля. Компания также презентовала электро внедорожник Model X с полным приводом. Продажи внедорожника Tesla начались с конца 2015 года.
Tesla Model Х
Тесла разработала бюджетный вариант электромобиля, это Model 3, который в два раза дешевле Model S и является его бюджетной версией, для более широкой целевой аудитории и международного рынка. Данную модель презентовали широкой публике 1-го апреля 2016 года. Данный седан незначительно меньше по габаритам, и исключает ряд технических дополнений, которые реализованы на старшей версии авто. Самая "простая" Tesla Model 3 оснащается одним асинхронным мотором с мощностью 193 кВт. В дальнейшем Tesla Model S стали ставить моторы у которых ротор состоит из редкоземельных магнитов склеенных в магнитную сборку Хальбаха, такой мотор обладает более высокой эффективностью в 97% против 93% асинхронника от Tesla Model 3, но не может похвастаться столь же впечатляющими характеристиками, зато она обладает лучшей эффективностью. Этот мотор теперь применяется и на всех двухмоторных электромобилях Теслах. Такое использование позволяет комбинировать достоинства каждого вида электродвигателя. Так асинхронный мотор позволяет добиваться впечатляющей динамики разгона, а синхронный экономит электричество при равномерном движении.
По официальным данным компании, за год Tesla потратила $1,6 млрд. на расширение завода для подготовки к производству седана Tesla Model 3, рассчитанного на массовый рынок с прогнозируемой ценой в $35 тыс., Tesla зарегистрировала около 400 тыс. предварительных заказов. На 2018 год Маск поставил задачу на выпуск полмиллиона машин в год и рассчитывает удвоить этот показатель к концу 2020 года.
Tesla Model 3
NHTSA – национальное управление безопасностью движения – назвали самый безопасный автомобиль, доступный в США. Им стал Tesla Model 3.
Как ранее обещал Илон Маск, Tesla продемонстрировала свой первый электрический пикап под названием Cybertruck. Эта новинка по своим размерам попадает в категорию пикапа Ford F-150. Стоимость электропикапа Tesla составит, по предварительным оценкам, около 50 тысяч долларов.
В ноябре 2017 года компанией был представлен полностью электрический большегрузный грузовик Tesla Semi с запасом хода, на одной подзарядке более 800 км, выпуск которого запланировано с 2019 года.
Тягач Tesla Semi.
опасный и манёвренный грузовик оформлен в фантастическом стиле и имеет обтекаемую форму кабины. Место водителя оборудовано двухсторонними 15-дюймовыми сенсорными дисплеями, обеспечивающими полный обзор дороги.
На сегодняшний день это самый дорогой грузовой автомобиль в мире. Озвученная цена в диапазоне 150-200 тысяч долларов окупается за счёт передовых возможностей автомобиля и экономии топлива. Первые машины официально поступили в продажу с начала 2019 года, но уже сейчас транспортные предприятия по всему миру оформили предзаказы на крупные партии этих автомобилей.
Также добавим, что компания сейчас на пике популярности и постоянно выпускает новые электрокары.
Быстрые доставки электромобилей делают Tesla самым популярным автопроизводителем в Норвегии, где Model X и Model S —самые востребованные автомобили, опередившие по популярности VW Golf. В сентябре 2017 г. Tesla поставила норвежским клиентам более 2000 электромобилей, достигнув рекордных продаж своих экологически чистых автомобилей. Норвегия является единственной страной, которая в течение декабря 2017 года забрала на себя 50% мировой доли рынка продаж электромобилей. Страна находится на пути к достижению своей цели — 100% продаж новых автомобилей с нулевым уровнем выбросов с 2025 года.
Электромобили производят в Калифорнии, также в планах открытие сборочных заводов в других городах Европы.
Автомобили Tesla питаются от аккумулятора состоящего из нескольких тысяч литий-ионных аккумуляторных батареек производства японской компании Panasonic. Аккумулятор автомобилей Тесла В, Tesla Roadster располагались позади сидений, а уже в Model S его разместили в полу автомобиля. Такое решение позволило сохранить полезное пространство и улучшить управляемость автомобиля.
Завод по изготовлению литий-ионных аккумуляторов Tesla в США – Gigafactory – был открыт 29 июля 2016 года. На уровень массового производства предприятие вышло к началу 2017 года. Возведение производственных мощностей обошлось компании в 5 млрд. долларов США.
В 2017 году Tesla выпустила около 85 000 электромобилей, а руководитель компании уже говорит о производстве миллиона машин в 2020 году.
В конце второго квартала 2018 года Маск поздравил сотрудников Tesla Inc. с тем, что компании удалось добиться выполнения поставленного плана: довести объёмы производства электромобиля Tesla Model 3 до 5 000 в неделю. Более того, намеченный план перевыполнен на 2 000 электромобилей.
Гендиректор Tesla Илон Маск сообщил о выпуске миллионного электромобиля. Юбилейным стал кроссовер Tesla Model Y. Именно он позволил американскому автопроизводителю стать первым, кому удалось преодолеть отметку в миллион собранных машин с нулевым уровнем выбросов.
По признанию самого Маска, при заданных темпах производства у компании наблюдается дефицит аккумуляторов. Компания сотрудничает с производителями аккумуляторных батарей, но производимого количества батарей не хватает для полного объёма собираемых электромобилей. В планах компании Tesla – входит проектирование и строительство собственного производственного комплекса по производству аккумуляторных батарей.
По замыслу администрации компании Tesla, производство должно восполнить до 30% от объёма общего дефицита электрических аккумуляторных батарей. Оставшийся дефицит планируется покрыть за счёт строительства новых заводов.
Компания Tesla договорилась с властями Шанхая о строительстве завода по производству электромобилей и сумела построить завод в Китае, в зоне свободной торговли Шанхая, за 168 рабочих дней, значительно снизив издержки производства электромобилей. Еженедельно завод планирует выпускать 1 тысячу автомобилей.
Запуск производства в Китае позволит Tesla выйти на самый крупный рынок электромобилей, рост которого продолжается. В 2016 году в Китае было продано 351 тыс. электромобилей, власти страны намерены довести это число до 7 млн. шт. к 2025 году.
Ранее Пекин уже обязал всех работающих в стране автопроизводителей начать к 2019 году производство электромобилей. Уже сейчас обсуждаются предложения полностью запретить двигатели внутреннего сгорания, чтобы спасти экологическую ситуацию на планете.
Рынок электромобилей во всем мире сегодня переживает бурный рост. За последнее время на автомобильном рынке произошли поистине революционные изменения, и 2019 год можно назвать переломным.
Автомобили с ДВС сложны в изготовлении, имеют сотни движущихся элементов, а в случае с электромобилями всё намного проще – их работа обеспечивается четырьмя основными системами: Система хранения энергии (ESS); Модуль силовой электроники (PEM); Электродвигатель; Секвентальная коробка передач.
Таким образом, электромобили имеют много преимуществ перед автомобилями с ДВС, они не загрязняют воздух выхлопными газами, имеют меньший вес, больше полезного пространства и большую надежность, из-за относительно небольшого количества деталей, не издают никакого шума. Внимания заслуживает и продвинутый автопилот Tesla. Пока всё ещё не исключается присутствие водителя за рулём, но Илон Маск обещает, что уже скоро машина сможет проехать от одного американского побережья к другому без участия водителя, которому даже подзарядкой не придётся заниматься – всё сделает искусственный интеллект. Так как электромобили не издают никакого шума, то пешеходы могут не заметить тихо приближающегося автомобиля и выбежать на дорогу, из-за чего вполне может произойти несчастный случай. Так почему бы не сделать так, чтобы помимо звуков двигателя автомобили, автомобили, также могли общаться с людьми? Судя по всему, эта мысль уже приходила в голову инженерам из компании Tesla, потому что недавно Илон Маск подтвердил, что фирменные автомобили действительно смогут разговаривать с пешеходами.
Первый завод Tesla в Европе, построят в Берлине неподалеку от нового аэропорта Берлин-Бранденбург. В столице Германии компания разместит также и свой проектно-конструкторский центр.
Об этих планах рассказал глава Tesla Илон Маск, выступивший на церемонии вручения наград победителям конкурса "Золотой руль", который ежегодно проводят немецкие издания Bild am Sonntag и Auto Bild.
Немецкий завод Tesla будет уже четвертым Gigafactory в мире. Маск заявил, что на этой площадке организуют выпуск аккумуляторов, двигателей, а также и электромобилей. Он отметил, что выбор Германии для размещения завода был неслучаен, так как именно здесь сосредоточен исключительный инженерный потенциал.
Tesla планирует запустить предприятие еще до открытия аэропорта, который будет введен в эксплуатацию в 2021 году. А если так, то первые Tesla Model Y, возможно, начнут выпускать на заводе в Берлине уже в 2020 году.
Маск сказал, что его компания на новом заводе, расположенном к юго-востоку Берлина, будет производить аккумуляторы, силовые агрегаты и транспортные средства, начиная с электрического компактного внедорожника Model Y. Завод расположен в немецкой земле Бранденбург, Маск так же сказал, что его компания построит инженерный и проектный центр в Берлине. Неназванные источники сообщили, что инвестиции обойдутся в миллиарды евро и создадут около 10 000 рабочих мест в регионе.
Тесла открыла новый сборочный завод в Нидерландах, в городе Тилбург. Компания заявила, что объект в Тилбурге послужит в качестве точки окончательной сборки и распределения автомобилей модели S, а также европейской штаб-квартирой Tesla по организации сервиса и продаже запчастей. Некоторые из самых первых голландских, бельгийских, французских и немецких покупателей модели S смогли получить свои автомобили в день открытия нового объекта. Это передовой объект, размером 18,900 кв.м, готов принять новую модель S, которая поставляется из США. Переправившись через океан и достигнув Европы, модель S поступила на завод в Тилбург для дальнейшей сборки перед тем, как будет распределена по всему континенту.
В компании Тесла считают, что центральное расположение города обеспечит эффективное, своевременное и экономичное распределение по всей Европе. Запчасти могут быть доставлены в любое место на континенте в течение 12 часов. «Тилбург–это идеальное место, учитывая его приближенность к порту Роттердам, высокое качество и доступность транспортной инфраструктуры. Отличная железная дорога и шоссе соединяют Тилбург со всеми основными рынками»- говорит компания в пресс-релизе.
Небольшая частная фирма Tesla совершила революцию — это факт. Нельзя игнорировать тот факт, что за время своей деятельности компания Tesla добилась целого ряда успехов. Эти успехи и достижения вынудили даже маститых производителей автомобильного транспорта предпринять ряд мер, чтобы не оказаться откровенно отстающими в отрасли. Современные аналитики мрачно шутят, что даже если Tesla Inc. потерпит крах, её всё равно будут с благодарностью помнить как компанию, из-за которой BMW, Audi и другие крупные компании автомобилестроения станут современными производителями экологически чистых электромобилей.
По мнению экспертов, в 2019-2020 г. предприятие Илона Маска ещё сможет сохранить лидирующую позицию на рынке электромобилей. При этом на втором и третьем местах расположатся альянс Renault/Nissan/Mitsubishi и концерн BMW соответственно.
Кроме того, в десятку крупнейших производителей электромобилей в следующем году в порядке уменьшения рыночной доли войдут: Hyundai/Kia, Daimler, Volvo, Volkswagen, Toyota, General Motors и Jaguar Land Rover.
Появляются и новые игроки, Японская компания Sony представила свой электромобиль Vision-S.
Sony Vision-S.
Tesla SuperCharger
Одновременно с созданием новых моделей электромобилей, стремительно идет и развитие инфраструктуры: все чаще в США, Европе, и Китае на паркингах и улицах можно увидеть зарядные станции. В Европе идет строительство сети зарядных станции мощностью 350 кВт, напряжением 800 В. Считается, что именно за ними будущее, а перспективы у них огромны, ведь зарядить машину можно всего за несколько минут.
Отдельный проект компании Тесла SuperCharger направленный на развертывание сети электро-заправочных станций по всему миру. Зарядка электромобиля от SuperCharger позволит без ограничений пользовать автомобилем Тесла и путешествовать на большие расстояния. На текущий момент уже установлены подобные электро-заправки по побережью и во многих крупных городах США и Европы, в апреле 2016 года такая заправочная станция появилась на территории России в Подмосковье.
Помимо станций быстрой зарядки Supercharger, владельцы электромобилей Tesla могут воспользоваться сетью медленных зарядок (до 22кВч) Destination charger, которые обычно расположены в отелях и ресторанах (медленная зарядка электромобиля обычно происходит за несколько часов).
Илон Маск вложил внушительную долю своих средств в начинающую компанию Solar City по производству солнечных батарей для частного пользования. Компания Solar City на текущий момент является лидером в области производства модульных систем солнечных батарей для частных домов.
Привлекает ещё один проект Илона Маска – так называемая «пятая разновидность быстрого транспорта» — Hyperloop - скоростная транспортная система. После анонса возведения высокоскоростной железной дороги в Сан-Франциско, Илон Маск заявил, что означенная дорога слишком медленная (её максимальная заявленная скорость – 322 км/ч), и он знает, как сделать её быстрее и дешевле. Проект оценили в 6 млрд. долларов США. Идея Hyperloop заключается в постройке трубы, внутри которой будет находиться разрежённый воздух. В этой трубе располагаются пассажирские и грузовые капсулы, двигающиеся по принципу вакуумного поезда. Электрический импульс инициирует начальное движение капсулы, установленный на передней панели капсулы компрессор втягивает разрежённый воздух и направляет его под днище. Образовавшаяся воздушная подушка движется назад, соответственно, выталкивая капсулу вперёд, поскольку сзади давление воздуха нагнетается выше, чем перед капсулой. Скорость движения такова, что капсула Hyperloop будет покрывать расстояние 900-1000 км за час. Эта система позиционируется как наиболее дешёвая по сравнению с другими высокоскоростными видами транспорта. В 2017 году в связи с сооружением транспортной системы назывались такие цифры, как 3,6 миллиарда долларов США. В 2002 году Илон Маск основал компанию SpaceX, по производству космических ракетоносителей космических аппаратов. Компания Space X поражает разработками в области ракетостроения. Компания Space X осуществила посадку космических ракет на Землю после возвращения из космоса.
До этого все космические ракеты сгорали при вхождении в плотные слои атмосферы, а на Землю спускался модуль.
Первый российский электромобиль Zetta
Российская компания ООО «ЗЕТТА» готовится выпустить на рынок новый электромобиль отечественного производства.
Электромобили Zetta
В настоящее время компания завершает работы по строительству площадей предприятия, где будет налажено серийное производство электромобиля. Территория занимает порядка 20 000 квадратных метров.
Масса автомобиля, в зависимости от батареи, составляет от 486 до 708 килограммов, скорость ограничена электроникой на отметке 120 км/ч, запас хода — от 200 до 560 километров. Машины будут выпускаться в двух вариантах: передний привод и полноприводной.
Продаваться российский электромобиль Zetta будет не только на внутреннем рынке. К проекту уже проявили интерес компании из Казахстана, ОАЭ, Кувейта, Иордании и несколько стран Северной Африки.
На рынок автомобиль планировался вывести к декабрю 2019 года. Вместо традиционного электродвигателя, Zetta оснащена асинхронными мотор-колесами. Такое решение позволило отказаться от использования трансмиссии, что, в свою очередь, значительно удешевило конструкцию. На переднеприводном варианте модели крутящий момент достигает 1 050 Нм, а на полноприводном — 1 750 Нм.
Подвеска компактного электромобиля представляет собой адаптированные решения восьмого и десятого семейств Лада.
Тормозная система на электромобиле двухконтурная (электрическая и механическая). В наличии системы ABS и ESP. Что касается оснащения в целом, то к услугам водителя и пассажиров предложены бесключевой доступ, кондиционер и система отопления.
Наибольший интерес представляет китайский аккумулятор от GE Power Technology, одна из немногих импортных деталей электромобиля Zetta. Аккумулятор расположен в нижней части, тем самым сделав высокий автомобиль достаточно устойчивым. Подзаряжать батарею можно от розетки 220 Вольт. За четыре часа заряда, запас хода восполнится на 200 км.
Особенность электромобиля — это его управление со смартфона. Приложение уже в стадии разработки. Но известно, что им можно будет управляться даже в обход рулевого колеса, которое здесь, естественно, присутствует. На передней панели будет располагаться большой сенсорный экран управления электромобилем.
Представители марки отмечают, что километр пробега обойдется владельцу Zetta в 40 копеек, против 5 рублей у машин с бензиновыми двигателями. Помимо существенной экономии на горючем, у автомобиля дешевое сервисное обслуживание.
Привлечь покупателей призвана и цена электромобиля — Zetta будет стоить 450 000 рублей. За эти деньги можно будет купить переднеприводной вариант в базовой комплектации с запасом хода 200 км. Стоимость топовой полноприводной модификации с пробегом на одной зарядке до 580 км пока не раскрывается. Производитель представляет на электромобиль гарантию два года или 150 000 км пробега. До конца 2019 г планировалось выпустить всего 10 четырехместных электромобилей, однако уже в 2020 г. с конвейера предприятия должны сойти порядка 2 000 автомобилей. На полную мощность завод заработает в двадцать первом году, начав выпускать по 10 000 электромобилей ежегодно.
По словам главы Минпромторга Дениса Мантурова, серийная сборка электромобиля Zetta будет налажена уже в первом квартале 2020 года.
Опубликованы снимки нового полностью электрического «паркетника» чешской марки под названием Skoda Enyaq, который является чешским вариантом первого электрокроссовера ID.4 от Volkswagen. Автомобиль создан на аналогичной платформе MEB и по габаритам схож с Skoda Kodiaq. Снимки нового кроссовера опубликовало британское издание Autoexpress.
Электрокроссовер Skoda Enyaq
В целом Enyaq похож на концепт Vision iV, который Skoda показала в прошлом году. Однако инженеры компании попытались скрыть настоящий облик машины за поддельными кузовными панелями по бокам и на задней части прототипа. Судя по снимкам салона, в Enyaq появится огромный дисплей с сенсорным экраном. А расположение дисплея за рулем позаимствовано Volkswagen ID.3.
Точные технические характеристики Enyaq еще не известны, однако ожидается, что кроссовер получит полный привод благодаря системе из двух электродвигателей. Один будет приводить в движение переднюю ось, а другой — заднюю. Начиная с Enyaq названия всех электромоделей в Skoda будут начинаться на «Е». Кроме того, имя новой машины связано с существующей линейкой внедорожников Skoda — Kamiq, Karoq и Kodiaq — которые заканчиваются на «Q».
Автомобили на водородных топливных элементах
24 февраля 2015 года прошла торжественная церемония запуска в серийное производство водородного автомобиля Toyota Mirai.
Старт производства Mirai был дан на заводе Motomachi Plant в городе Тойота-Сити.
Сердцем, а точнее, источником энергии автомобиля считается гибридная установка на водородных топливных элементах под названием FC stack — электрохимический генератор. Именно в нем в ходе химической реакции взаимодействия водорода и кислорода вырабатывается электроэнергия для 155-сильного электромотора.
Газообразный водород берется на борт, в специальные баки высокого давления на водородных заправках. Кислород электрохимический реактор «подсасывает» из окружающего воздуха. Ну а выделяемая в ходе реакции энергия идет в металлогидридный аккумулятор (который лучше держит энергию на морозе) и далее к электромотору. Процесса горения нет, а выделяемое тепло направляется на отопление салона автомобиля и прочие нужды. Кроме водяного пара остается также некое количество синтезированной воды, которую нужно сливать. Из выхлопной трубы вместо угарного газа выходит водяной пар.
Задний мост автомобиля с двух сторон обнимают два баллона для хранения водорода под давлением 70 МПа. Их емкости хватает для принятия на борт пяти килограммов газа. Газа должно хватить для обеспечения запаса хода до 650 километров. Заправка водородом происходит быстро, за несколько минут, поскольку водород подается под давлением.
На экране мультимедийной системы во время движения автомобиля начинается — анимация процесса выработки и распределения энергии.
На самом деле, пока смысл транспорта на топливных элементах лишь в отсутствии вредного выброса газа в атмосферу. Другое дело, что для полной чистоты требуется и не менее чистая технология получения электричества, которое используют на водородных заправках для производства чистого водорода.
Не удивительно, что сегодня автомобили на топливных элементах не обещают экономии средств. Стоимость километра пути машины на топливных элементах сегодня сопоставима с затратами на технику, оборудованную ДВС. В Японии, чтобы проехать 100 км на Mirai, придется заправиться водородом, переводя с йен, на 630 рублей.
Эти машины дороги в производстве и не пользуются большим спросом, оставаясь по большей части дотационными проектами компаний-производителей. Так, например, Toyota Mirai, которая в США стоит порядка $58 500, а в Германии и вовсе €78 600, за пять лет производства разошлась тиражом порядка 9 тыс. штук во всем мире. Иначе говоря, менее 1800 штук в год на североамериканском, европейском, японском и китайском рынках вместе взятых!
Еще одним серьезным игроком на рынке водородных автомобилей стал Mercedes-Benz GLC F-CELL.
А между тем, лидером среди водородного транспорта на сегодня, пожалуй, остается Hyundai Tucson/ix35 FCEV — он же в новом поколении Hyundai Nexo — по сути, первый серийный автомобиль такого рода. Кроссовер, появившийся в продаже еще в 2013 году. Чуть позже Mirai, в 2016 году, свои силы решила попробовать Honda c автомобилем Clarity Fuel Cell. Серьезная компания подобралась, но лишь южнокорейский Hyundai Nexo сегодня обходит Toyota Mirai по тиражам.
Если изучить динамику продаж Mirai на разных рынках, то начиная с 2017 года можно с высокой долей достоверности констатировать стагнацию развития сегмента. Если продажи традиционных электромобилей худо-бедно растут, то водородная история замерла на месте, а то и поползла вниз, как, например, происходит на рынке США.
Похоже, строительство новых водородных заправок, каждая из которых обходится в несколько миллионов долларов, не спасает ситуацию — Toyota Mirai «забуксовала», не справившись с изначальным планом производства в 30 тысяч Mirai к 2020 году. В России пока нет ни одной общедоступной водородной АЗС. Первые, как ожидается, должны появиться вдоль будущей платной трассы Москва — Казань. Быть может, вслед за ними появится и сам рынок водородных автомобилей.
Есть и другие соображения, почему водородные автомобили не завоевали мир. Водороду не доверяют. Люди считают его опасным, а точнее — взрывоопасным.
Мы помним мгновенно сгоревший дирижабль «Гинденбург». К тому же водород сильно летуч, а под высоким давлением с пугающей скоростью способен выбираться даже через уплотнители баллонов, образуя с воздухом взрывоопасную смесь. Именно поэтому инструкция Toyota Mirai предписывает парковать автомобиль на открытом воздухе.
Давление в дачном баллоне с обычным пропаном, примерно 10-15 атмосфер, но они взрываются, попутно разнося пол кухни. А сколько паскалей в баллонах с природным газом — метаном, на котором ездят столичные автобусы - 200-250 атмосфер, нужны и баллоны покрепче. А теперь берем водород и его давление в 700 атмосфер. Разумеется, у Toyota Mirai самые прочные, трехслойные, баллоны на свете, которые не пробить ни снаружи выехавшим на встречу с КамАЗом, ни выдавить изнутри лишним водородом. Они сделаны из толстого армированного металла, кевлара, и бог его знает чего еще с гарантией. И как вам такой фугас на «несколько килограммов тротила» под задним сиденьем автомобиля?
Производитель, конечно, гарантирует безопасность конструкции.
Но думать о том, что в какой-то момент что-то может пойти не так, даже не хочется. И коль скоро у вас кое-что имеется в кошельке, а на душе все еще «свербит» за экологию, лучше поступить старым дедовским способом — купить за те же деньги обыкновенную «Tesla» и не думать о «водородной бомбе». Правда, поговаривают, что «Tesla» самовоспламеняются по пустякам. А ведь у них под полом полтонны лития, который горит, словно термитная шашка, а от воды только лучше занимается...
Словом, ждем чистый способ производства дешевого водорода и дальнейшего удешевления топливных ячеек, чтобы в итоге от всего этого радостно отказаться в пользу новых пока еще не открытых альтернативных источников энергии.
Часть 3
Силовая гибридная установка
Автомобили Tesla, без сомнения, превосходят конкурентов в сфере электрического транспорта, но некоторые типичные недостатки они всё же имеют. В частности это касается сильной потери заряда во время даже небольшого простоя автомобиля и быстрой разрядки при низких температурах, а как поведут себя электрокары на заснеженных дорогах, и на весеннее - осеннем бездорожье, а утилизация аккумуляторных батарей?
В Российской Федерации с её жесткими климатическими условиями, а также неразвитостью инфраструктуры зарядных станций, массовое заполнение рынка электромобилями и автомобилями на водородных топливных элементах, в ближайшие 10 – 15 лет мало вероятно.
В электромобиле аккумуляторная батарея сегодня является уязвимым, дорогостоящим и относительно недолговечным, то есть самым проблемным элементом электромобиля. Масса аккумуляторной батареи превышает массу ДВС. Оптимальная рабочая температура например, литий-ионной аккумуляторной батареи, находится в диапазоне от +15°С до +35°С, а при отрицательных температурах ёмкость аккумуляторной батареи падает, и её нужно дополнительно подогревать, а так же охлаждать при температуре свыше +40°С…+60°С, на это расходуется электроэнергия, сокращая запас хода электромобиля. Работа электромобиля в жестких климатических условиях (от - 50°С до + 60°С) становится крайне затруднительной.
Исходя из выше сказанного, предлагаю Вашему вниманию силовую гибридную установку с повышенным КПД и упрощенной конструкцией (см. рис. 1, 2). Силовая гибридная установка, состоящая из двухтактного оппозитного ДВС, содержащая по меньшей мере два цилиндра с выполненными в них впускными, перепускными и продувочными клапанами, двух поршней с поршневыми штоками, размещенными в цилиндрах и разделяющие цилиндры на надпоршневую рабочую камеру, имеющую совмещенную систему продувки отработанных газов и впуска свежей воздушной смеси, систему впрыска топлива, систему воспламенения рабочей смеси и выпуска отработанных газов, и подпоршневую компрессорную камеру, ресивер, причем ресивер выполнен с возможностью соединения с подпоршневой компрессорной камерой и продувочным окном рабочей камеры. В корпусе силовой гибридной установки установлены генераторы (генератор), в статоре генератора размещен индуктор (ротор, соленоид), соединенный посредством поршневых штоков, через уплотнительные соединения и подшипники скольжения, с поршнями ДВС. (1)
Генератор имеет магнитную систему с постоянными магнитами.
Статор генератора, несколько, отличается от классических генераторов переменного тока, он содержит набранный из листов электротехнической стали цилиндрический магнитопровод, в статоре размещены три обмотки, например, из медного провода прямоугольного сечения с изоляцией из стеклополиэфирных нитей и пропитанного кремнийорганическим лаком, но расположены они не вдоль, а поперек цилиндра. Обмотки выполняются отдельно и устанавливаются в статор, в процессе его шихтовки. Это позволит механизировать процесс изготовления обмоток, упростить его установку, и выдержать оптимальный зазор между индуктором (ротором) и статором.
Обмотки можно соединить звездой, треугольником.
Индуктор (ротор) генератора является сборным, выполнен из меди или немагнитной стали, на цилиндрической поверхности ротора выполнены наклонные продольные пазы, в виде ласточкина гнезда, в которых установлены высокоэнергетические постоянные магниты трапецеидальной формы, а наружная поверхность магнита имеет цилиндрическую форму, между магнитами установлены дистанционные вкладыши из немагнитного материала.
Высокоэнергетические постоянные магниты могут быть:
- металлокерамические, полученные путем прессования и спекания порошков магнитотвердых сплавов на основе железо-алюминий-никель-кобальта, они обладают высокой механической прочностью и не требуют механической обработки;
- на основе соединений кобальта с редкоземельными элементами, превосходя другие постоянные магниты по своим свойствам, особенностями параметров редкоземельных магнитов являются низкое значение магнитной проницаемости, высокое значение коэрцитивной силы по намагниченности от напряженности магнитного поля, но они имеют сравнительно высокую стоимость и сложную технологию изготовления;
- на основе неодима-железа-бора, которые являются менее дорогостоящими и менее подверженными образованию сколов и трещин, неодимовый магнит, получаемый из металлов редкоземельной группы, имеет трехкомпонентный состав, но наибольшее распространение получили магниты, в составе которых 2 атома неодима (Nd), 14 –железа (Fe) и 1–бор (В).
Впервые постоянный магнит на основе формулы Nd2Fe14B был представлен в Японии в 1982-м году, как совместная разработка автомобильной корпорации General Motors и компании Sumitomo Corporation. Именно этим компаниям удалось найти формулу идеального сплава, благодаря которому магниты приобрели непревзойденные эксплуатационные свойства. В зависимости от используемой порошковой технологии магниты классифицируются на магнитопласты, которые в свою очередь бывают прессованными и литыми, и на спеченные.
В настоящее время массовое производство неодимовых магнитов является одной из наиболее развитых, востребованных и перспективных отраслей. Главным производителем этих уникальных магнитов сегодня является Китай.
В данном случае, работа генератора переменного тока на постоянных магнитах, осуществляется за счет возвратно-поступательного движения индуктора (ротора) в статоре, наводящего электромагнитные поля, которые индуцируют электродвижущую силу (ЭДС) и напряжение, а при подключенной нагрузке – ток в обмотках статора.
Наибольший эффект достигается при установке небольших по размерам магнитов, расположенных рядами в продольном направлении, под небольшом углом относительно оси ротора. Получается ровный и мощный магнитный поток, воздействующий на силовые обмотки статора с равномерной плотностью, рабочий промежуток между статором и индуктором выбирают минимальным, исходя из технологических возможностей.
Высокоэнергетические постоянные магниты, установленные в пазах индукторов (роторов) генераторов, существенно повышают надежность работы генераторов, благодаря отсутствию обмоток возбуждения и скользящих контактов для подвода к ним тока.
Работой впускных, перепускных, продувочных и выпускных клапанов, а так же подачей рабочей топливной смеси и работой системы зажигания управляет бортовой компьютер.
Силовая гибридная установка работает следующим образом.
Подается импульс напряжения на обмотку статора, открывается клапан подачи свежей порции воздушной смеси из ресивера в рабочую камеру цилиндра, и, например, поршень в левом цилиндре перемещается в нижнюю мертвую точку, перемещая шток с индуктором в статоре генератора. Одновременно поршень в оппозитном (правом) цилиндре перемещается к верхней мертвой точке и создает разрежение в подпоршневой компрессорной камере. Под действием этого разрежения открывается впускной клапан и свежая порция воздушной смеси засасывается в компрессорную камеру. При движении поршня к верхней мертвой точке, перепускной, продувочный и выпускной клапаны закрыты. Происходит сжатие рабочей смеси в цилиндре. Подается импульс тока, и топливная форсунка открывается. Топливо под давлением распыляется в рабочую камеру, в районе свечи зажигания. Подается импульс напряжения на свечу зажигания, между электродами свечи проскакивает искра, рабочая смесь воспламеняется, происходит сгорание и расширение рабочей смеси, давление в цилиндре повышается и поршень перемещается к нижней мертвой точке, перемещая индуктор в статоре генератора. Выпускной и впускной клапан закрыты, открывается перепускной клапан и поршень выталкивает свежую воздушную смесь из компрессорной камеры в ресивер. В конце рабочего хода поршня, открываются выпускной клапан и клапан подачи свежей порции воздушной смеси из ресивера в рабочую камеру цилиндра. В результате этого осуществляется петлевая продувка рабочей камеры цилиндра. Отработанные газы из рабочей камеры, через выпускной клапан поступают в глушитель и далее в атмосферу. Таким образом происходят возвратно-поступательные движения поршней со штоками, на концах которых установлен индуктор (ротор), который также совершает возвратно-поступательные движения в статоре генератора, наводя электромагнитные поля, которые индуцируют электродвижущую силу (ЭДС) и напряжение на обмотках статора.
Силовая гибридная установка может работать автономно в качестве стационарных и передвижных генераторных установок, может иметь различное количество оппозитно расположенных поршней и, соответственно генераторов. Генераторы могут быть постоянного и переменного тока, синхронные, асинхронные, индукторные и гистерезисные.
Силовыми гибридными установками могут комплектоваться и автомобили, например четырехцилиндровым двухтактным оппозитным ДВС с двумя генераторами.
Обмотки статора генератора, посредством контроллера могут подключаться:
- непосредственно к асинхронному, (синхронному) электродвигателю;
- через выпрямитель к аккумулятору, для его подзарядки;
- через выпрямитель и инвертор, к асинхронному электродвигателю;
- через выпрямитель и инвертор, к синхронному электродвигателю;
- в буферном режиме, через выпрямитель к аккумулятору, а от аккумулятора через инвертор к асинхронному (синхронному) электродвигателю.
Преимуществом предлагаемой силовой гибридной установки является и автономная независимая работа поршневых пар ДВС, которые могут работать одновременно, и по отдельности, почти полное отсутствие вибрации во время работы. Такой эффект достигается за счет расположения поршней, которые уравновешивают друг друга, что существенно увеличивает ресурс силовой гибридной установки, а в случае ее установки на автомобиль, они обеспечивают автомобилю и низкий центр тяжести, что благоприятно скажется на устойчивости автомобиля.
Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия и упрощении конструкции силовой гибридной установки:
- за счет конструктивного объединения ДВС и генератора.
- за счет совмещения функций ДВС и генератора;
Силовая гибридная установка может работать:
- на бензиновом топливе, с непосредственным впрыском и искровой системой зажигания;
- в режиме воспламенения топливно-воздушной смеси сжатием Spark Controlled Compression Ignition (SCCI) (данный режим требует тщательной проработки);
- на дизельном топливе;
- на газовом топливе.
Работа силовой гибридной установки на бензиновом топливе, с непосредственным впрыском и искровой системой зажигания, а также на дизельном топливе происходит в обычном режиме.
Зарядка аккумуляторной батареи может происходить и за счет энергии ДВС, при незначительной нагрузке, а так же за счет рекуперации энергии при торможении, в результате этих действий происходит экономия топлива и уменьшается выброс токсичных веществ в атмосферу.
КПД генератора зависит от конструкции, толщины пакета статора, величины сопротивления обмоток, конструкции ротора и т. д., а так же от нагрузки и мощности генератора, чем генератор мощнее, тем выше его КПД и может достигать 90-95%.
КПД предлагаемой силовой гибридной установки составит 70-75% за счет конструктивного совмещения двухтактного оппозитного ДВС и генератора, так как индуктор (ротор) генератора является элементом соединения оппозитно расположенных поршней друг с другом.
Если сравнивать, например традиционную силовую гибридную установку оснащенную четырехцилиндровым четырехтактным ДСВ и электродвигателем, установленным между ДВС и стандартной коробкой переключения передач, с предлагаемой силовой гибридной установкой, то эффект достигается за счет уменьшения:
- механических потерь - попарно соединенные поршни обеспечивают строго возвратно-поступательное движение поршней, благодаря этому отсутствуют боковые силы, действующие на стенки цилиндров со стороны поршней. Снижается трение и износ в цилиндропоршневой группе, упрощается конструкция поршня и самого двигателя. ДВС становится намного проще, технологичней (нет кривошипно-шатунного механизма, коробки переключения передач, зубчатых и ременных передач, подшипников качения и т. д.);
- тепловых потерь;
- металлоемкости;
- себестоимости;
- топливной эффективности, особенно - в режиме воспламенения топливно-воздушной смеси сжатием (SCCI), характеризующейся отсутствием открытого пламени и более низкой, чем у дизельных двигателей, температурой сгорания, в результате чего доля сгоревшего топлива возрастает до 95-97%.
Кроме того, КПД двухтактного двигателя почти в два раза выше четырехтактного.
Работа силовой гибридной установки в режиме воспламенения топливно-воздушной смеси сжатием (SCCI) происходит c обедненной смесью.
В конце рабочего хода поршня открываются выпускной клапан и клапан подачи свежей порции воздушной смеси из ресивера в рабочую камеру цилиндра. Свежая порция воздушной смеси смешивается с остатками горячих отработанных газов, отработанные газы разогревают воздушную смесь, облегчая ее перемешивание внутри рабочей камеры. При движении поршня к верхней мертвой точке, происходит подача импульса тока и открытие топливной форсунки, и топливо под давлением распыляется в рабочую камеру, в результате чего в цилиндре образуется сбалансированная однородная топливовоздушная смесь с предельно низким содержанием топлива. Поршень сжимает топливовоздушную смесь в цилиндре до определенного объема, давление и температура в цилиндре повышаются до точки самовоспламенения, и смесь в цилиндре сгорает.
Большим достоинством данной силовой гибридной установки, является то, что независимо от состояния аккумуляторной батареи, наличия сети зарядных станций, электромобиль оснащенный такой установкой не остановится и может дойти до своей конечной остановки, и в какой то мере решит проблему дефицита зарядных станций.
И если сравнивать силовую гибридную установку с аккумуляторной батареей, то она дешевле, проще и надежнее, но уступит в экологичности, хотя вредных выбросов в атмосферу у неё меньше чем у традиционного четырехцилиндрового, четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.
Литература
1. Патент РФ № 2705320
2. Промышленные генераторы Vanguard™, каталог
3. Передвижные генераторы Briggs & Stratton, каталог.
4. Электрические машины. Д. Э. Брускин, А. Е. Зорохович, В. С. Хвостов. М., «Высшая школа» 1987.
5. Карташова Е., Гнеушев О. Инверторы для электротранспорта // Силовая электроника.2017. №4.
6. Автомобили оснащенные силовыми гибридными установками. Интернет.
7. Электромобили. Интернет.
