курсовая. курсовая гибридные автомобили. Гибридные автомобили
 Скачать 0.49 Mb.
|
|
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодский государственный университет» Электроэнергетический факультет КУРСОВАЯ РАБОТА Тема: «Гибридные автомобили». Выполнил: Канин С.И. Группа: ЭП-11 Принял: Андреев А.Н. Вологда 2017 г. Содержание
Введение В наше время актуальна проблема загрязнения окружающей среды, около 40% (в крупных городах до 80%) загрязняющих выбросов в атмосферу приходятся на автомобильный транспорт. Помимо этого в транспорте используются различные эксплуатационные жидкости, утилизация которых так же причиняет вред окружающей среде (отработанные масла сжигают, или сливают на землю). Стоит отметить, что при нынешних потреблениях, нефтяных ресурсов хватит примерно на 100 лет. Крупные производители автомобилей наблюдают разрешение данных вопросов в переходе на альтернативные источники энергии. Уменьшение работы двигателей внутреннего сгорания за счет использования совместно с ними электродвигателей (гибридные силовые узлы).  История гибридных автомобилей Изобретение гибридных электрических транспортных средств (Hybrid Electric Vehicles, HEV) стало одним из этапов автопроизводителей по решению проблем загрязнения окружающей среды и экономией горючего. У автовладельцев, автомобили с двигателем внутреннего сгорания требуют постоянных, парой не малых, затрат на топливо, а для электрокаров требуются огромные инвестиции как для потребителя, так и для производителя. Поэтому было предложено совместить двигатель внутреннего сгорания с электродвигателем, в результате чего появились гибридные автомобили. Фердинанд Порше разработал первое транспортное средство с гибридным силовым узлом в 1900-1901 годах. Большинство верит, что когда-нибудь “экологически чистый электрический автомобиль” заменит транспорт с ДВС, таким образом, решив проблемы связанные с загрязнением окружающей среды и истощением нефтяных ресурсов. Многие видят этот процесс так, что автомобиль будет получать энергию от батарей, которые будут перезаряжаться, но для зарядки нужна электростанция, которая будет сжигать топливо, т.е. проблема с исчезновением жидких видов топлива не решится, а место загрязнения, где ездят автомобили, поменяет местоположение источника загрязнения, переместившись в расположение электростанции. Исследователи опровергали теорию “экологически чистых электрических автомобилей” еще и тем, что производство и переработка батарей связаны с применением вредных металлов (свинец, кадмий). Гибридное транспортное средство – это автомобиль, в котором двигатель внутреннего сгорания приводит в действие генератор, который производит электричество для электропривода колес. Вероятно, к середине XXI века электрокары заменят автомобили с ДВС, а гибриды сыграют роль переходного периода. Электродвигатели Электромобиль определяется наличием тягового электропривода. Первые электрокары использовали “сырые” электродвигатели с такой же “сырой” системой управления. Электрический силовой узел, приемлемый для электромобиля, может быть, не совместим с легковым авто. (Рисунок 3)  Рис. 3. – устройство электродвигателя Двигатели переменного тока имеют лучшую эффективность, но нуждались в преобразователе тока, получаемого от аккумулятора постоянного тока. Прототипы электрокаров, выпущенных к 2000 году в основном в Японии, применяли синхронные двигатели переменного тока. Современные электродвигатели переменного тока работают при напряжении 70-120 вольт. В основном используется односкоростной привод, способный развивать максимальный крутящий момент при нулевых оборотах. Британская компания Zytec изобрела двигатель весом 13кг, крутящий момент которого 60 Нм (Ньютон * метр), который вполне реально смонтировать в ступице колеса. Современные электроприводы не имеют щеток, большинство электрокаров используют электронное управление двигателем, основанное на высокочастотном принципе. Гибридные силовые узлы Для увеличения ограниченного запаса хода в электромобиле рассмотрено использование небольшого двигателя внутреннего сгорания, который заряжает, с помощью генератора, АКБ во время движения, который в свою очередь питает электродвигатель. Так же ДВС может работать в режиме большей экономичности и меньшей токсичности выхлопных газов большую часть времени (или выключаться), дополнительная мощность берется от энергетического буфера. Т.е. за счет меньшего ДВС расход топлива и выброс загрязняющих веществ значительно уменьшаются, при этом цена на гибридный автомобиль примерно такая же, как и на автомобиль с ДВС. (Рисунок 6) Гибридные автомобили делятся на два вида: последовательный, в котором вся энергия переводится в электричество, и параллельный, в котором первичный двигатель соединяется с ведущими колесами механически через трансмиссию, а поток энергии передается параллельно. При последовательном типе все соединения, кроме привода от тягового двигателя к ведущим колесам, электрические, т.е. каждый узел располагается в наиболее удобном месте. Параллельный тип – электродвигатель легче и меньше. В последовательном гибриде электродвигателю необходимо развивать полную движущую силу, а в параллельном достаточно 30% этой силы. Какое то время считалось, что раз гибридный автомобиль оснащен двумя силовыми агрегатами, то и цена на него должна быть выше, чем на автомобиль с одним двигателем. Но проведя детальный анализ, выяснилось, что за счет экономичности гибридный автомобиль может конкурировать с автомобилями, оснащенными только двигателем внутреннего сгорания, в финансовом плане. Эти разработки позволили освоить серийное производство и продажу гибридных автомобилей Toyota Prius и Honda Insight. (Рисунок 4)  Рис. 4. – Гибридный двигатель Toyota Prius 4-дверный седан Prius снабжен гибридной системой Toyota (THS) и интегрированным приводом, который объединяет высокоэффективный 1,5-литровый двигатель внутреннего сгорания и электромотор, приводимый через оригинальный разделитель мощности и бесступенчатую трансмиссию, с управляющей системой, которая гарантирует максимально возможное использование всей доступной энергии. Для работы автомобиля требуется вполовину меньше топлива, по сравнению с обычным автомобилем такого же размера и мощности, а значит, и выделяется в атмосферу в два раза меньше СО2 Другие выбросы (НС, СО и NOx), как утверждает производитель, уменьшены на 90%. Выходная мощность 1,5-литрового двигателя Prius, который никогда не превышает 4000 об/мин, составляет 58 л.с., в то время как электромотор может добавить дополнительные 40 л.с. (и соответствующий крутящий момент) для спринтерского ускорения. Топливные элементы Топливный элемент - продукт наиболее изощренной технологической мысли, который обеспечит долгосрочный ответ на проблему вредных выбросов в атмосферу и исчерпания нефтяных запасов. (Рисунок 5) Кислород и водород заполняют противоположные стороны реактива, и с помощью катализатора они образуют воду, в процессе этой реакции производится электрический ток.  Рис. 5. – Топливный элемент Разработано несколько типов топливных элементов, но только один подходил для применения в автомобилях, это протонно-обменная мембрана (Proton Exchange Membrane или “PEM”), который способен работать при температуре -80°С. Такой топливный элемент в конце 90-х был больших размеров, дорогим и малоэффективным. К 1999 году компании Daimler Chrysler, Ford, General Motors, Honda, Toyota и другие, представили автомобили на топливных элементах, с удовлетворяющей работоспособностью и поведением, но цена на них по-прежнему была высока. В 1994 году, компания Daimler Chrysler продемонстрировала модель NECAR 1, это был минивен, в котором все пространство занимал экспериментальный силовой узел, поэтому в нем было только место для водителя. Через два года компания представила NECAR II, созданный на базе минивена V-класса, имеющий 6 пассажирских мест, силовая установка была расположена под полом, в задней части автомобиля. К 1999 году в автомобиле NECAR 4 А-класса, вся система топливных элементов размещалась под полом, присутствовал багажник и 4 пассажирских места. В теории топливные элементы должны производить только воду и электричество. Потенциальные проблемы, связанные с преобразованием топлива в водород, необходимый для топливного элемента. Использование сжиженного или сжатого водорода, делает неудобной заправку автомобиля. Самый простой способ, использование бензина, но он должен отличаться от нынешнего, не этилированный, без добавок и примеси. Так же в скором времени бензин станет очень дорогим из за проблемы истощения нефтяных запасов, более того, этот способ не решит проблему с выбросами СО2. Топливные баки можно заполнить метанолом, так же как и бензиновые, но для этого потребуется совершенно новая система заправочных станции, которые уже постепенно начинают заменять бензиновые. Водород может сделать топливную систему проще, но появятся вопросы: как хранится, передается и распределяется топливо. Потенциально топливные элементы очень эффективны. ДВС работающий циклами расширения и сжатия, не может иметь эффективность более 50% при преобразование тепловой энергии в механическую. Особенно выгодными топливные элементы будут при низких нагрузках, при которых ДВС теряет свою эффективность. Рынок гибридных автомобилей Гибридные автомобили отлично подходят для водителей, которые хотят экономить на бензине и которых волнуют выбросы углекислого газа в атмосферу. Гибриды сочетают в себе электродвигатель с бензиновым двигателем, переключаясь с одного источника питания на другой в зависимости от необходимости. (Рисунок 6)  Рис. 6. – Рынок гибридных автомобилей 1. Toyota Camry hybrid. Негибридный Сamry от Toyota был самым продаваемым автомобилем Америки в 2016 году. Да и по данным автосалона Кардекс в России автомобиль также пользовался популярностью. Тем не менее гибридный вариант не менее хорош. На самом деле гибридная Camry появилась еще в 2006 году. 2. Chevrolet Malibu hybrid. Chevy Malibu имеет целый ряд технических преимуществ, например, 4G LTE WiFi. 3. Toyota RAV4 hybrid. Гибридная версия является единственной, которая поставляется с полным приводом. А еще внедорожник называют убийцей Camry и пророчат последней свержение с пьедестала, несмотря на то, что это два разных автомобиля. 4. Hyundai Sonata hybrid. Данный автомобиль входит в 10 лучших седанов в аналогичном сегменте. В планах марки – завоевать лидерство среди гибридов в 2020 году. 5. Kia Optima hybrid. Автомобиль оснащен функциями обеспечения безопасности, такими как помощь при торможении, помощь при старте другими системами. 6. Гибрид Kia Niro. Niro — второй кроссовер в этом списке вместе с Toyota RAV4. В то время как традиционный RAV4 является одним из самых популярных компактных внедорожников, Niro отстает от конкурентов, таких как Nissan Rogue и Ford Escape. Тем не менее, Niro имеет большой багажник. 7. Honda Accord hybrid. Accord Hybrid – самый мощный гибридный автомобиль в этом списке. Он немного дороже, чем другие автомобили, но он того стоит. 8. Hyundai Ioniq hybrid. Ioniq — первый автомобиль Hyundai на гибридном рынке, и автомобиль очень успешный. 9. Toyota Prius hybrid. Prius давно завоевав гибридный рынок, даже когда на ринг вышли другие конкуренты. То, что действительно отличает его, — это его потрясающие характеристики и надежность. Преимущества гибридных автомобилей Главным преимуществом является экономная эксплуатация. В гибридах уравновешены все технические показатели, но при этом сохранены полезные параметры обычного автомобиля: мощность, скорость, способность к быстрому разгону и множество других важных характеристик. Гибридные автомобили способны накапливать энергию, в том числе не терять понапрасну кинетическую энергию движения во время торможения и заряжать ею аккумуляторные батареи. Снижение расхода углеродного топлива положительно сказывается на экологической чистоте, а применение аккумуляторных батарей гораздо меньшей емкости, чем в электромобилях, снижает проблему утилизации использованных аккумуляторов. В гибридных автомобилях нет необходимости устанавливать двигатель из расчета пиковых нагрузок эксплуатации. В момент, когда необходимо резкое усиление тяговой нагрузки, в работу одновременно включаются электро- и обычный двигатель (а в некоторых моделях еще и дополнительный электродвигатель). Это позволяет сэкономить на установке менее мощного двигателя внутреннего сгорания, работающего основное время в наиболее благоприятном для себя режиме. Одно из самых ценных преимуществ эксплуатации гибридных автомобилей — экономия времени. Снижение количества заездов на заправочные станции позволяет автовладельцу осуществить другие важные дела. У электромобилей пока есть один большой недостаток — необходимость зарядки аккумулятора. Процесс этот долгий и требует специально оборудованного пункта зарядки. Таким образом, для длительных и дальних поездок электромобили непригодны. У гибридных автомобилей этот недостаток устранен. Заправка осуществляется по привычной схеме, обычным углеводородным топливом, тогда, когда это необходимо. Недостатки гибридных автомобилей Гибридные автомобили 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 показывает, что автомеханики берутся за ремонт гибридных автомобилей с большой неохотой. Далеко не все крупные автопроизводители смогли создать собственную гибридную систему. Компания Porsche отказалась от попыток самостоятельного производства гибридных автомобилей, Mitsubishi изначально не пыталась их создать, а сконцентрировала все усилия на разработке электромобилей. Наиболее удачными на сегодняшний день являются разработки компании Toyota. Японская аналитическая компания Yano Research Institute провела исследование, результатом которого стал прогноз на 16-кратный рост рынка гибридных автомобилей в течение десяти лет – с 0,32 млн. единиц в 2005 г. до 5,37 млн. в 2015 г. Распространению этого типа автомобилей способствует растущее общественное давление, требующее снижения уровня воздействия на окружающую среду. Предполагается, что рынок будет расти на 28% в год и к 2015 г. достигнет 500 тыс. единиц.  Рис. 7. – Устройство гибридного автомобиля Заключение Авторы статей, которые были взяты для этой работы, в довольно простой для восприятия форме рассматривают такие актуальные проблемы автотранспорта, как топливная экономия, переход от бензиновых и дизельных двигателей на альтернативные источники питания. С более высоким КПД и меньшим уровнем выброса. В электромобильное будущее я не особенно верю. При современном уровне технологий электромобиль дорог, имеет весьма среднюю автономность и категорически не годится для дальних и быстрых путешествий за пределы дальности его тяговой батареи. Возникает вопрос: а нужно ли идти на такие жертвы ради полной электрификации, если эквивалентный расход топлива уже достижим на гибридных авто? Прогресс в области создания аккумуляторов когда-нибудь позволит сделать идеальный электромобиль, но на это уйдет гораздо больше времени, чем думают современные зеленые экстремисты. Их политика скорее ведет к выбрасыванию огромных ресурсов на ветер и уж точно не способствует снижению антропогенной нагрузки на планету. Себестоимость гибридов – тайна за семью печатями, редко когда в каких-то публикациях всплывет истинная цена компонентов машины без маркетинговых надбавок. А конечному потребителю по большому счету все равно, сколько это стоит в производстве. Важно только, за сколько эту технологию можно купить, сколько она стоит в эксплуатации и насколько надежна и удобна. Сейчас гибриды неожиданно получили преимущество перед дизельными моторами, хотя недавно еще в Европе слегка от них отставали. И думаю, это преимущество производители реализуют максимально. Просто потому, что вкладываться в совершенствование дизелей рискованно, а больше доступных технологий нет. И им приходится выбирать между электромобилями и гибридами. Список используемой литературы: 1. Лайкер Джеффри К. Дао Toyota 14 принципов менеджмента ведущей компании мира, М.: Альпина Паблишерз, 2011. - 398 с. 2. Пасько А.В. Современные стратегии развития транснациональных корпораций на мировом рынке легковых автомобилей (на примере шведской компании Volvo), 2011. - 140 с. 3. Кузнецов М.Ю. Анализ экономических предпосылок для разработки государственной стратегии развития отечественной автомобильной промышленности. // Инвестиции и инновации. № 1 - 2009. 4. Дэниэлс Д. Современные автомобильные технологии. -М.: АСТ, 2003. -224 с. 5. Журнал "КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ" № 12 '2009 /С. Сысоева |