17.Органы управления автомобилями с гибридным приводом

Основные режимы работы АКПП

Выбор режима работы АКПП производится путем переключения рычага селектора в различные положения, имеющие буквенные и цифровые обозначения. Внешнее оформление селектора и количество возможных положений рычага переключения у разных марок автомобилей и типов автоматических трансмиссий разные, но все они имеют режим работы, обозначенные буквами P, R, D и N. Напомним, что означают эти таинственные буквы:

Режим P (паркинг) - в этом положении рычага селектора двигатель отсоединен от трансмиссии, в АКПП включена "нейтраль", а выходной вал коробки передач чисто механически заблокирован от проворачивания. Режим используется при длительной остановке автомобиля и обеспечивает надежное удерживание автомобиля.

Режим R (реверс) - в этом режиме двигатель соединен с трансмиссией, в АКПП включена передача заднего хода. Используется для движения задним ходом.

Режим D (драйв) - двигатель соединен с трансмиссией, АКПП готова для движения вперед. Режим позволяет двигаться с любой скоростью.

Все они относятся к движению автомобиля "вперед" и, в зависимости от специфики решаемых этими режимами задач, соответствующим образом видоизменяют характер работы АКПП. Наиболее часто встречающиеся дополнительные режимы:

Экономичный режим, оправдывая свое название, обеспечивает экономию топлива и наиболее плавное переключение передач. Рекомендуется при спокойной манере езды.

Спортивный режим, при котором моменты переключения передач подобранны так, чтобы обеспечить максимальное использование мощности двигателя

Зимний режим. Сущность данного режима заключается в том, что он обеспечивает трогание с места со второй передачи, а переключение передач происходит также, как при экономичном режиме.

Режим "овердрайв" используется при движении по скоростным магистралям, не сопровождающемся резкими изменениями скоростного режима и нагрузки на двигатель.

В этих режимах обеспечивается наиболее эффективное торможение автомобиля двигателем. Режим N (нейтраль) - двигатель отсоединен от трансмиссии, автомобиль не заторможен.

Мы упомянули об этом режиме потому, что он объективно существует, но по, мнению специалистов, было бы лучше, если бы вы - водитель автомобиля - тут же о нем забыли. Дело в том, что неграмотное пользование данным режимом чревато для АКПП самыми тяжелыми последствиями.

Нейтральный режим предназначен исключительно для буксировки на небольшие расстояния и перемещения вручную автомобилей с работающим двигателем. Чтобы не перегрелось трансмиссионное масло, скорость буксировки должна быть невысокой.

18. принципы управления автомобилями с гибридными приводами

Рекомендуется заводить гибридный автомобиль на 30-40 минут хотя бы раз в два месяца, если он не эксплуатируется, для подзарядки большого аккумулятора.

Теперь осталось перечислить чего НЕЛЬЗЯ делать:

1. Нельзя ездить на гибридном автомобиле без бензина! Это может привести к выходу из строя высоковольтного аккумулятора!

2. При сильных морозах (ниже -20) следите за зарядом высоковольтной батареи перед длительной стоянкой! она должна быть не ниже 50%. Более низкий заряд перед длительной стоянкой может привести к невозможности запуска автомобиля.

3. Нельзя буксировать гибридные автомобили типа Приус со скоростью более 30 км/ч. Это может повлечь за собой выход из строя планетарной передачи.

На гибриде нету традиционного замка зажигания. Просто подходишь к машине, открываешь двери, садишься, закрываешь двери и жмешь на кнопку «Старт». Включается зажигание (запитанное от бортовых батарей общим весом 200 кг). Еще раз кнопка «Старт» с зажатым тормозом – машина ожила, заработал климат, замигали лампы на панели. Переводишь селектор КП в драйв и жмешь на удобную напольную педаль газа. Всё, машина едет.

1. При старте, если в батареях есть хотя бы небольшой заряд, Лексус ездит только на электромоторе. Весьма сильное впечатление, если кто-то рядом стоит – полнейшая тишина, и только колеса шуршат. И так до скорости около 25-30 кмч. Очень многое зависит от текущего заряда батарей Потом в движении заводится бенз. мотор.

2. При обычной размеренной езде по городу, а также и по трассе бенз. мотор периодически заряжает батареи. Иногда эл. мотор помогает бенз. мотору ехать, особенно при ускорении. Всё происходит быстро и со стороны – весьма бессистемно; иногда все меняется на протяжении секунды.

3. При интенсивном разгоне – в паре работают и эл. двигатель и бенз, независимо от наявного заряда (кроме почти нулевого). Когда заряд кончается (полного заряда батарей хватает на 3-4 очень интенсивных разгона), эл.мотор переходит в режим запитки батарей, и машину везет только бенз. мотор.

4. При старте с места в пол сначала подхватывает электромотор; в это время заводится и приходит в чувство бензин. двигатель.

5. При торможении и движении накатом эл. двигатель делается генератором, и начинает заряжать аккумуляторы. Интенсивность торможения не имеет значения, всё равно идет заряд. Если торможение неинтенсивное, то гибрид тормозит не колодками, а мотором-генератором.

6. При езде в городе со скоростью 50-60 кмч иногда глушится мотор, когда заряжена батарея, и гибрид ездит на одних только батареях. Если нажать на педаль для разгона, то ДВЗ снова заводится.

Режимы работы трансмиссии и моторов. Три режима: Power, Hybrid, Snow. По мануалу, первый рекомендуется для горных регионов, а также при очень активной езде. Как я понял, в этом случае батарея сначала разряжается полностью, а потом получает энергию только в режиме торможения, не отбирая энергию ДВЗ в движении на зарядку (хотя могу ошибаться). Второй – обычный режим. В третьем режиме ограничивается мощность и крутящий момент эл. двигателя. Также отключается рекуперативное торможение (но не накат) электродвигателем, во избежание заноса. Рекомендуется для скользких покрытий и снега.

19 КОНСТРУКЦИЯ СОВРЕМЕННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ДЛЯ ГИБРИДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

Двигатель 1NZ-FXE для TOYOTA PRIUS:

Серия NZ. Двигатели 1NZ-FE, 1NZ-FXE, 2NZ-FE

Двигатели серии NZ представляют из себя четырех цилиндровые моторы с прямым расположением цилиндров. Головка блока так же как и сам блок цилиндров состоит из алюминиевого сплава. Газораспределительный механизм выполнен по схеме DOHC с четырьмя клапанами на цилиндр. Впрыск топлива осуществлен по системе SFI - так называемый последовательный впрыск топлива. Таким образом у каждой форсунки имеется свой провод, на который ECU подает сигнал каждой форсунке в определенный момент времени и на определенное время, в зависимости от условий работы двигателя. Вся серия NZ оснащается системой изменения фаз газораспределения VVT-i.

Двигатель 1NZ-FXE был произведен самым первым во всей серии. Его производство было начато в Японии. Диаметр цилиндра составляет 75 мм, а ход поршня 84,7 мм. На него устанавливались кованные шатуны и алюминиевый впускной коллектор. Степень сжатия очень высока и составляет 13:1. Вместе с высокой степенью сжатия впускные клапана закрываются с запаздыванием, чем симулируется цикл Аткинсона, а не обычный цикл Отто. Что в свою очередь положительно сказывается на эффективности двигателя.

Из-за того, что впускной клапан закрывается с опозданием во впускной коллектор возвращается часть смеси из цилиндра, это отрицательно сказывается на мощности, но положительно на эффективности и экологичности. Такая комбинация 1NZ-FXE отлично подходит для использования на так называемых "гибридных" автомобилях HSD(Hybrid Synergy Drive), на которых пик крутящего момента и мощности имеют меньшее значение. Мощность сего агрегата составляет 76 л.с. при 5000 оборотах в минуту и 115 Н · м при 4000 оборотах в минуту.

Тех. характеристики
Кол-во цилиндров	4
Расположение цилиндров	рядное
Клапаны	WT-i, DOHC 16V
Объем двигателя, л(куб. см)	1,5 л(1497)
Мощность, л.с.(Н *м)	76(115)
Система впрыска	EFI, Распределенная
Система зажигания	DIS-4

EFI — электронная система впрыска топлива(Electronic Fuel Injection).

VVT-i — это фирменная система газораспределительного механизма Toyota. От английского Variable Valve Timing with intelligence, что в переводе означает интеллектуальное изменение фаз газораспределения.

Принцип работы: основным управляющим устройством является муфта VVT-i. Изначально фазы открытия клапанов спроектированы для хорошей тяги на низких оборотах. После того, как обороты значительно увеличиваются, а вместе с этим увеличивается давление масла, которое открывает клапан VVT-i. После того как клапан открыт распределительный вал поворачивается на определенный угол относительно шкива. Кулачки имеют определенную форму и при повороте коленчатого вала открывают впускные клапана немного раньше, а закрывают позже, что благоприятно сказывается на увеличении мощности и крутящего момента на высоких оборотах.

20 Конструкция современных ДВС с принудительным воспламенением и самовоспламенением, применяемых в гибридных энергоустановках

ДВС является единственным источником энергии автомобиля, как механической, так и электрической. ДВС гибридного автомобиля, практически не отличается от двигателя обычного автомобиля. На большинстве гибридных автомобилей установлен бензиновый двигатель, однако в последнее время увеличивается доля гибридных автомобилей с дизельными ДВС.

На гибридных автомобилях устанавливаются ДВС той же конструкции, что и на негибридных аналогах, однако меньшего рабочего объема. Максимальные мощность и момент ДВС обычно рассчитываются на самые тяжёлые условия эксплуатации автомобиля – интенсивный разгон с полной допустимой нагрузкой или движение в гору с полной нагрузкой. Но на этих тяжёлых режимах автомобиль работает крайне редко и очень непродолжительное время. Использование двигателя с неполными нагрузками приводит к увеличенному расходу топлива и повышению эмиссии автомобиля.

Вообще высокую экономичность ДВС обеспечивает только в узком диапазоне скоростей вращения, а борьба за топливную экономичность и экологическую безопасность стала для многих стран очень острым вопросом. Тут возникает дилемма: при уменьшении размера (рабочего объёма цилиндров) ДВС динамические качества автомобиля не соответствуют требованиям, а установка большего по размеру ДВС приводит к тому, что автомобиль перестаёт соответствовать жестким современным нормам по топливной экономичности и экологической безопасности.

В гибридных автомобилях этот вопрос практически решен: в обычных условиях частичных нагрузок вполне достаточно ДВС уменьшенного объема, а в случае необходимости большей мощности (чаще дополнительного крутящего момента) на помощь ДВС приходит электрический двигатель. Особенно важно отметить, что технические характеристики ДВС и электрического двигателя сильно отличаются. ДВС имеет максимальный крутящий момент только при достаточно высоких оборотах, а электрический двигатель развивает максимальный крутящий момент на самых низких оборотах вращения. Совместная работа ДВС и электродвигателя обеспечивает необходимые динамические качества автомобиля, даже при применении ДВС меньшей мощности.

Инженеры компании Mercedes для улучшения топливной экономичности и экологических показателей доработали двигатель, изменив его рабочий цикл - с цикла Отто на цикл Аткинсона. И это не смотря на то, что двигатель, работающий по циклу Аткинсона, при прочих равных условиях, имеет более низкий крутящий момент на низких оборотах и меньшую максимальную мощность на высоких оборотах, по сравнению с двигателем, работающим по циклу Отто. Однако двигатель, работающий по циклу Аткинсона, имеет более высокую топливную экономичность. Особенностью цикла Аткинсона является больший ход поршня во время рабочего такта по сравнению с длиной хода поршня при такте сжатия. Для этого впускной клапан между тактами всасывания и сжатия закрывается несколько позднее, при этом улучшается тепловая эффективность двигателя, что улучшает удельную топливную экономичность и уменьшает эмиссию двигателя. Без совместной работы с электрическим двигателем ДВС, работающий по циклу Аткинсона, не сможет обеспечить необходимых динамических характеристик автомобиля.

1 – кривая суммарного момента, 2 – кривая момента ДВС.

M_∑ - суммарная величина момента ДВС (М_ДВС) и момента электродвигателя (M_Э)

Увеличение крутящего момента при совместной работе ДВС и электродвигателя

Mercedes-Benz автомобиль Sкласса с двигателем объёмом 3,5 литра имеет обозначение S350, а гибридный автомобиль на его основе имеет обозначение S400 BlueHYBRID, поскольку его характеристики соответствует автомобилю с двигателем объёмом цилиндров более четырёх литров за счет совместной работы ДВС и электродвигателя. При интенсивном ускорении электродвигатель помогает работе двигателя внутреннего сгорания, создавая дополнительно крутящий момент 160 Нм.

Не смотря на то, что двигатель, работающий по циклу Аткинсона, имеет меньшую мощность, в результате внесенных изменений мощность двигателя 3,5 L V6 была даже увеличена на 5 кВт (7 л.с.) и стала равна 205 кВт (279 л.с.). И это без увеличения потребления топлива и повышения токсичности отработавших газов.

22. ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ГИБРИДНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК

Гибридная силовая установка сочетает в себе современный двигатель внутреннего сгорания, технологически совмещенный с электромоторами. Весь комплекс управляется электронной системой. Гибридная силовая установка управляет расходом энергии в зависимости от условий движения автомобиля.

1 - бензиновый двигатель; 2 - гибридная трансмиссия; 3 – генератор; 4 - электрический двигатель задних колес; 5 - блок управления силовой системой; 6 - электрических двигатель передних колес; 7 - батарея высокого напряжения.

Задачи гибридной силовой установки

1. Обеспечение высоких эксплуатационных характеристик и набора скорости за счет мгновенной подачи энергии.

2. Сохранение энергии при торможении: часть энергии преобразуется в электричество, остальное – в тепловую энергию (в сравнении с обычным автомобилем, у которого на "тепло" уходят все 100%).

3. Обеспечение автомобиля самой современной системой управления расходом энергии.

4. Снижение массы и размеров компонентов.

Гибридная силовая установка использует в своей работе два источника энергии: бензиновый двигатель, соединенный с генератором, и электромотор, обладающий большим крутящим моментом.

В качестве основного источника энергии в гибридной силовой установке используется самый современный двигатель внутреннего сгорания. Сложная компьютерная система осуществляет непрерывное изменение забора воздуха в целях обеспечения оптимальных условий работы двигателя. Это не только обеспечивает двигателю дополнительную мощность, но и способствует значительной экономии топлива и уменьшению выбросов выхлопных газов. При этом не увеличивается уровень шума и не возникает никаких вибраций.

23.Тяговые двигатели входящие в состав гибридной трансмиссии.

Гибридные автомобили берут все лучшее от обоих моторов: ДВС и электрического. Достоинство первого – в удобном энергоносителе, жидком топливе, а второго – в выдающихся моментных характеристиках. В отличие от ДВС, электромотор не нужно заводить и «раскручивать». Он может «стоять и ждать» не потребляя энергии. Но как только дали ток – сразу получили максимальную тягу на колесах. Электродвигатель эффективнее двигателя внутреннего сгорания в режиме частых стартов и стопов (т.е., при езде в городском цикле). Двигатель внутреннего сгорания, наоборот, более эффективен на постоянных, оптимальных для данного двигателя оборотах. В гибриде оба двигателя работают друг на друга. ДВС крутит генератор и питает энергией электромотор. Тот, в свою очередь, позволяет ДВС работать без резких разгонных нагрузок, в наиболее благоприятных режимах. Практически все современные гибриды имеют систему. Суть ее в том, что при торможении или при движении машины накатом, электродвигатели начинают крутиться от колес и работать как генераторы, заряжая батарею. Отсюда – меньший износ, экологичность и экономичность (особенно в городском цикле.)

Важной особенностью ДВС также является то, что он работает по циклу Аткинсона, а не по циклу Отто, как обычные двигатели. Если работа двигателя организована по циклу Отто, то на такте впуска поршень, двигаясь вниз, создает в цилиндре разрежение, благодаря которому происходит всасывание в него воздуха и топлива. При этом в режиме малых оборотов, когда дроссельная заслонка почти закрыта, появляются так наз. насосные потери. (Чтобы лучше понять, что это такое, попробуйте, например, втянуть воздух через зажатые ноздри). Кроме того, при этом ухудшается наполнение цилиндров свежим зарядом и соответственно повышается расход топлива и выбросы вредных веществ в атмосферу. Когда поршень достигает нижней мертвой точки, впускной клапан закрывается. В ходе такта выпуска, когда открывается выпускной клапан, отработанные газы еще находятся под давлением, и их энергия безвозвратно теряется - это так наз. потери выпуска. В двигателе Аткинсона на такте впуска впускной клапан закрывается не вблизи НМТ, а значительно позже. Это дает целый ряд преимуществ. Во-первых, снижаются насосные потери, т. к. часть смеси, когда поршень прошел НМТ и начал движение вверх, выталкивается назад во впускной коллектор (и используется затем в другом цилиндре), что снижает в нем разрежение. Горючая смесь, выталкиваемая из цилиндра, также уносит с собой часть тепла с его стенок. Так как длительность такта сжатия по отношению к такту рабочего хода уменьшается, то двигатель работает по так наз. циклу с увеличенной степенью расширения, при котором энергия отработанных газов используется более длительное время, т. е., с уменьшением потерь выпуска. Таким образом,получаем лучшие экологические показатели , экономичность и больший КПД, но меньшую мощность. Но в том-то и суть, что мотор тойотовского гибрида функционирует в малонагруженных режимах, при которых этот недостаток цикла Аткинсона не играет большой роли.

24. Делители мощности, входящие в состав гибридной трансмиссии

Планетарный делитель мощности представляет из себя дифференциальный механизм, состоящий из планетарной передачи, установленной соосно с коленчатым валом ДВС, с генератором и передним электродвигателем, и разбивающий поток мощности на два. Первый, с добавлением при необходимости мощности от электродвигателя, идет механическим способом к передним ведущим колесам и обеспечивает высокий КПД установки. А второй идет на генератор и является одновременно управляющим, так сказать опорным, для первого. С увеличением загрузки генератора, что легко достигается при помощи электронной системы управления, растут и моменты на валу ДВС, на эпицикле от которого, через редуктор и дифференциал, и приводятся передние колеса. При этом поток мощности, идущий с генератора, может быть направлен или на сохранение в аккумулятор, или на электродвигатель для увеличения крутящего момента на колесах (или в обоих направлениях сразу). Если исключить из этого списка аккумулятор, то получится бесступенчатая трансмиссия с электронным управлением: в ней крутящий момент ДВС распределяется между эпициклом и солнечной шестерней в соотношении 72:28. Это позволяет реализовать все режимы, предусмотренные в гибридной силовой установке (HSD), причем с очень высоким КПД.

72% мощности ДВС передаются через зубчатые зацепления, а на сегодняшний день у такого способа наивысший КПД. Оставшиеся 28% передаются через классическую электротрансмиссию: генератор – электромотор; максимальный КПД у нее невысок (но даже большие потери от маленькой доли мощности несущественно отражаются на общем КПД), но зато стабилен во всем диапазоне нагрузок, и, что немаловажно, такая трансмиссия легко управляется. В результате ДВС и электродвигатель всегда работают в наиболее выгодном в данный момент режиме вне зависимости от скорости движения автомобиля

Конструктивно для разделения потока мощности ДВС на два направления используется планетарная передача, задействованная особым образом. Генератор связан с солнечной шестерней. ДВС связан с водилом планетарной передачи. Электродвигатель через редуктор связан с эпициклом, который, в свою очередь, связан с дифференциалом, приводящим в движение ведущие колеса. Такая схема позволяет передавать мощность на межколесный дифференциал от ДВС, от электродвигателя либо от обоих источников одновременно. Скорость движения автомобиля определяется частотой вращения эпицикла.