Общее знакомство с гибридными и электрическими автомобилями

Общее знакомство с гибридными и электрическими автомобилями

В предыдущей статье рассматривался вопрос о вредном влиянии автомобиля на окружающую среду. Теперь попробуем кратко рассмотреть способы снижения этого вредного воздействия.

Для этого инженеры пошли несколькими путями:

  1. Значительное улучшение процессов сгорания и повышение топливной экономичности традиционных двигателей внутреннего сгорания.
  2. Широкое применение дизельных двигателей, имеющих более высокий коэффициент полезного действия.
  3. Использование альтернативных топлив для улучшения работы традиционных двигателей внутреннего сгорания.
  4. Использование различных гибридных и электрических автомобилей с накоплением энергии в аккумуляторных батареях.
  5. Применение топливных элементов как источник энергии для электрических автомобилей.

Если ещё несколько лет назад для обеспечения высоких экологических требований больше внимания обращалось на применение альтернативных топлив – биодизель, сжатый и сжиженный природный газ, сжиженный водород, этанол, но в последнее время чаще говорится о различных гибридных и электрических автомобилях. Вот в этой статье и будут рассмотрены различные типы подобных автомобилей и принципы их работы.

Краткое знакомство с различными типами гибридных и электрических автомобилей.

1 – Автомобили с электрической трансмиссией
2 – Гибридные автомобили
3 – Электрические автомобили
4 – Электрические автомобили на топливных элементах

1 – Автомобили с электрической трансмиссией

Поскольку подобные автомобили имеют и двигатель внутреннего сгорания (ДВС), и тяговый электрический двигатель (ТЭД) в последнее время эти автомобили повсеместно стали называть гибридными, а иногда и электрическими. И, не смотря на то, что строго идентифицировать различные типы автомобилей очень трудно, по причине отсутствия необходимого документа, называть эти автомобили гибридными и тем более электрическими, на мой взгляд, не совсем верно.

Схема подобных автомобилей довольно проста. К двигателю внутреннего сгорания вместо сцепления и коробки переключения передач подсоединён генератор электрического тока. Вырабатываемый генератором ток через силовые электрические провода и приборы электрического управление (контроллер) поступает на тяговый электрический двигатель, вращающий ведущие колёса автомобиля. Причём, довольно часто на подобных автомобилях применяется несколько тяговых электродвигателей, встроенных непосредственно в ведущие колёса. Такая конструкция называется мотор-колесо.
Так почему не следует подобные автомобили (и другие транспортные средства) называть электрическими? Потому что на этих автомобилях единственным источником энергии является двигатель внутреннего сгорания, а, поскольку, энергия, вырабатываемая ДВС, не накапливается в какой либо системе аккумулирования энергии, всё электрическое оборудование является только элементами трансмиссии. Мощность ДВС согласована с мощностью генератора и тягового электродвигателя, ДВС полностью способен удовлетворить потребности тягового двигателя в электрической энергии.
По подобной схеме устроены большинство карьерных самосвалов, например Белаз, с такой трансмиссией в середине прошлого века заводом ЗИС выпускался городской автобус (по лицензии США). На железной дороге локомотив с подобной силовой установкой называется тепловозом. Подобную трансмиссию имела немецкая самоходная артиллеристская установка Фердинанд в годы второй мировой войны, конструктором который был известный конструктор автомобилей Фердинанд Порше.

Самоходная артиллеристкая установка Фердинанд
Автобус ЗИС 154 с электрической трансмиссией
Электрическая трансмиссия
Автобус GMC серии TD

Прототипом автобуса ЗИС 154 с электрической трансмиссией был американский автобус GMC серии TD с дизельным двигателем.

Электрическая трансмиссия автомобиля
Карьерны самсвал БЕЛАЗ с электрической транмиссией

Карьерный самосвал БЕЛАЗ с дизельным двигателем и электрической трансмиссией. Тяговые электрические двигатели встроены в ступицы колёс, такая конструкция называется мотор-колесо.

В этом случае электрический привод ведущих колёс просто заменяет некоторые элементы трансмиссии обычного автомобиля – сцепление, коробку перемены передач, карданный вал и главную передачу. В случае применения на автомобиле мотор-колёс из трансмиссии также исключается дифференциал и полуосевые валы привода ведущих колёс.

Мы знаем, что в обычной механической трансмиссии для изменения крутящего момента используется КПП (коробка переключения передач), поскольку ДВС обеспечивает высокий крутящий момент только на высоких оборотах. Поэтому для трогания с места, разгона или движения на низкой скорости в КПП включается низкая передача. При этом увеличивается крутящий момент, передаваемый на ведущие колёса, при одновременно уменьшении скорости вращения.

В отличие от двигателя внутреннего сгорания, развивающего максимальный крутящий момент только на высоких оборотах, электрический двигатель развивает максимальный крутящий момент на самых низких оборотах (точнее, когда ротор электрического двигателя из-за нагрузки вообще не вращается). Это исключает необходимость трансформации механической энергии.

Единственным источником энергии такого автомобиля является двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизельный).

Способность электрического двигателя развивать высокий крутящий момент на низких оборотах так же используется в силовых установках гибридных автомобилей.

На современных легковых автомобилях подобная схема трансмиссии не применяется.

Довольно часто, почему то, к гибридным автомобилям относят автомобиля, оборудованные системой «старт-стоп», называя их микрогибридными автомобилями. На мой взгляд, это совершенно не верно, поскольку, конструкция подобных автомобилей совсем не отличается от конструкции обычных автомобилей с механической трансмиссией, просто автомобиль оборудован системой, позволяющей отключать двигатель внутреннего сгорания автомобиля при кратковременных остановках, например, у светофора.

Е.Н. Жарцов