Розділ 1
1.1. Вибір і обґрунтування схеми конструкції гібридної силової установки – загальні положення
Гібридна силова установка повинна бути скомпонована за такою схемою, яка б дозволяла, перш за все, забезпечити найкращі показники паливної економічності, а також токсичності. Виходячи з цього, послідовна та паралельна конструкція силової установки, а також «м’які» гібриди, розглянуті раніше, не задовольняють у повній мірі висунуті вимоги, оскільки ДВЗ у їх складі не може завжди працювати у оптимальному швидкісному режимі (паралельна схема), або ж має місце подвійне перетворення енергії і пов’язані з цим втрати (послідовна схема). «М’які» гібриди, у свою чергу, є спрощеними варіантами повних гібридних силових установок, їх ефективність у порівнянні з повними гібридами значно нижча.
Таким чином, потрібно знайти таку схему конструкції силової установки, яка б поєднувала в собі переваги послідовних та паралельних гібридів і, якщо це можливо, не мала їх недоліків. На мою думку, найкращим рішенням є застосування комбінованої конструкції з планетарною передачею.
Головною особливістю даної конструкції є те, що вона дозволяє організувати тягово-швидкісний зв’язок між ДВЗ та двома електродвигунами-генераторами у її складі. Більш правильно називати таку схему гібридною силовою установкою з тягово-швидкісним зв’язком, оскільки вона фактично являє собою послідовну силову установку з механічним швидкісним зв’язком між ДВЗ та електродвигуном, до якої додано ще один електродвигун для забезпечення тягового зв’язку одночасно з швидкісним. Для пояснення вищесказаного слід спочатку розглянути схему та принцип роботи послідовної гібридної силової установки з планетарною передачею.
1.2. Послідовна гібридна силова установка з планетарною передачею
1.2.1. Схема конструкції та аналіз кінематики.
На рис. 1.1. зображено схему конструкції послідовної гібридної силової установки з планетарною передачею. ДВЗ сполучений з водилом планетарної передачі через зчеплення (керовану фрикційну муфту). Блокування 2 використовується для фіксування водила планетарної передачі. Ротор електродвигуна з'єднаний із сонячною шестернею. Блокування 1 використовується для її фіксування. Трансмісія під’єднується до коронної шестерні планетарної передачі (її встановлення не обов’язкове).
Рис. 1.1. Схема конструкції послідовної гібридної силової установки з планетарною передачею
Частоти обертання сонячної шестерні, коронної шестерні та водила пов’язані наступним відношенням:
(1.1)
де
– передаточне
відношення планетарної передачі, що
визначається як відношення числа зубів
коронної та сонячної шестерень:
(1.2)
Позначивши
як 
і 
як 
,
перепишемо вираз (1.1):
(1.3)
Моменти на валах сонячної шестерні, коронної шестерні та водила пов’язані наступним відношенням:
(1.4)
Рис. 1.2. Планетарна передача як механізм для реалізації швидкісного зв’язку
Таблиця 1.1
Відношення між частотами обертання та моментами при блокуванні елементів
Зафіксований елемент |
Частота |
Момент |
Сонячна шестерня |
|
|
Водило |
|
|
З
рівняння (1.4) бачимо, що моменти на валах
сонячної (
)
та коронної (
)
шестерень завжди мають один знак. Іншими
словами, вони завжди повинні мати один
напрям. А момент на валу водила (
)
завжди протилежний до
та
.
Також з рівняння (1.1) видно, що при 
,
що є основним випадком, оскільки 
,
є
найменшим,
найбільший, а
має проміжне значення. Це означає, що
момент на валу водила збалансований
моментами на валах сонячної та коронної
шестерень.
Іншими
словами, крутний момент ДВЗ з одного
боку обмежений потрібним крутним
моментом, що визначається з рівняння
тягового балансу і прикладається до
коронної шестерні (
),
а з іншого – моментом опору двигуна-генератора
(
).
Сталий режим роботи ДВЗ підтримується
за рахунок рівноваги цих моментів.
Якщо один з елементів (сонячна шестерня чи водило) заблоковано, то один з ступенів свободи передачі зникає і вона стає одноступінчатою трансмісією (один вхідний вал і один вихідний). Відношення частот обертання та моментів у цьому випадку наведені у табл. 1.1.