Силовая гибридная установка – Гибридная силовая установка — принцип работы

Гибридная силовая установка — принцип работы

В поисках современных решений существующих проблем производители создают новые виды двигателей, совершенствуют конструкции автомобилей и внедряют улучшенные технологии. Результатом подобной работы стало появление гибридного автомобиля. Сейчас многие с большой уверенностью говорят, что именно так будут выглядеть машины на дорогах в ближайшем будущем.

Термин «гибридный» обозначает автомобиль, который имеет больше одного источника энергии. Мы привыкли к тому, что все автомобили используют двигатель внутреннего сгорания на бензиновом или дизельном топливе. Также раньше были известны так называемые электромобили. Сейчас же производители стараются привлечь покупателей, повышая экономию топлива, поэтому они объединяют двигатель внутреннего сгорания и электромотор в одном автомобиле.

Особенности конструкции

Гибридная силовая установка действительно обладает рядом преимуществ перед традиционными автомобилями.

Главная особенность гибридного двигателя заключается в том, что благодаря ему удается избежать работы двигателя при малых нагрузках, что в сочетании с рекуперацией кинетической энергии заметно повышает эффективность расхода топлива.

Если рассмотреть такой автомобиль более детально, то удастся выделить несколько основных элементов:

• бензиновый мотор;
• электрогенератор;
• гибридная трансмиссия;
• электродвигатель задних и передних колес;
• батарея высокой емкости;
• блок управления силовой системой.

Подобные идеи уже появлялись раньше в том числе в СССР в 70-х годах, часть из них даже находила свое воплощение в различных видах железнодорожного транспорта, карьерной техники и прототипах городских автомобилей. В частности это касается генератора и других. Используя преимущества электромоторов и ДВС гибридный автомобиль способен показать более высокий коэффициент полезного действия, что собственно и является главной целью создания подобных машин. Данные идеи стали особенно актуальны в наше время в условиях повышения цен на топливо.

Подробнее о новинке Российского рынка — автомобиле с гибридной силовой установкой «Ё-мобиль»:

Преимущества и недостатки

Среди основных преимуществ отмечают следующие черты:

• экономичность;
• экологическая чистота;
• улучшенные ходовые характеристики;
• увеличенная дальность пробега;
• возможность повторного использования энергии движения.

В то же время на данный момент имеются свои недостатки. В частности это высокая сложность конструкции, вследствие чего увеличивается себестоимость. Из-за этого многие мировые автомобильные компании отказываются или откладывают на неопределенный срок создание подобных образцов. Также усложняется техническое обслуживание, возникают трудности с утилизацией аккумуляторных батарей и т.д.

Принцип работы

Электромотор используется для того, чтобы тронуться с места и дальнейшей езды на малых скоростях. При первичном разгоне батарея начинает отдавать свою энергию, направляя ее на блок управления электропитанием и затем непосредственно на электрические двигатели.

Во время движения в обычном режиме используется одновременно бензиновый двигатель и электромотор. Нагрузка распределяется между ними равномерно. Генератор производит зарядку батареи во время движения, когда в работу вступает ДВС.

Во время разгона основная нагрузка ложится на бензиновый двигатель. Если требуется улучшить динамику, то в дело вступает электромотор. В этом режиме вновь происходит зарядка батареи за счет энергии движения.

Во время торможения гибридная силовая установка использует кинетическую энергию и преобразует ее в электрическую, которая в свою очередь направляется на блок управления электропитанием. Бензиновый двигатель функционирует в нормальном режиме. За счет преобразования кинетической энергии торможения происходит зарядка высоковольтной батареи.

Отсюда можно понять, что гибридные автомобили гораздо более эффективны в работе, хотя бы за счет того, что используется кинетическая энергия, которая до этого просто расходовалась впустую. Кроме того производители устанавливают на свои машины самые современные двигатели внутреннего сгорания и сложные компьютерные системы.

Используя только электрические моторы, можно проехать порядка 100 километров, что также является одним из преимуществ.

Многие специалисты сейчас достаточно уверенно говорят, что это современная система расходования топлива и энергии, в которой так нуждались автомобили. В ближайшее время гибридные установки будут продолжать развиваться и совершенствоваться. Если удастся устранить существующие недостатки — сложность конструкции и более высокую стоимость — то подобные машины завоюют лидерство буквально за несколько лет. Остается только подождать новых шагов от мировых автомобильных компаний и посмотреть своими глазами, что же у них получится.

Фото

Toyota Yaris Hybrid

Toyota FT-Bh концепт гибрид

Toyota FT-Bh концепт гибрид 2

Салон Toyota FT-Bh на гибридной силовой установке

Концепт автомобиля будущего

Видео

Также вам будет интересно посмотреть следующее видео о гибридной силовой установке:

auto-wiki.ru

Гибридная силовая установка — принцип работы

Гибридная силовая установка Lexus RX400h

Содержание:

В гибридной силовой установке сочетается работа современного ДВС и электромотора. Всем комплексом управляет электронная система, в том числе расходом топлива (в зависимости от выбранного способа вождения).

Начало движения

Движение начинает электромотор, который также работает при небольших скоростях. С увеличением скорости энергия направляется батарей на блок управления электропитанием, который  ее распределяет на электромоторы. Электромоторы позволяют гибридам трогаться с места очень плавно. Весь принцип работы гибридной силовой установки демонстрирует гибридный автомобиль Lexus RХ400h

.

При движении машины в нормальном режиме энергия распределяется между колесами и генератором, генератором, который в движение приводит электромоторы.  Контролирует энергию, в целях ее максимальной экономии, электронная система. Генератор, в случае необходимости, отдает излишек энергии батареи, заряжая ее.

При разгоне гибрида, работает ДВС, а для того, чтобы улучшить динамику, существует электродвигатель. При торможении происходит преобразование энергий — кинетической в электрическую. Ее  направляют электромоторы на блок управления электропитанием, который, в свою очередь,  возвращает ее на высоковольтную батарею. При этом, в обычном режиме работает двигатель бензиновый.

Задача гибридных силовых установок:

• Обеспечить хорошие эксплуатационные характеристики и быстрый набор скорости за счет мгновенной подачи энергии.
• Сохранить при торможении часть энергии, частично преобразовав ее в электрическую, а частично – в тепловую (в отличие от автомобилей обычных, где она 100% превращается в тепловую).
• Обеспечить гибрид современной системой управления расходуемой энергией.
• Снизить размеры и массу компонентов.

«То есть, гибридные силовые установки в автомобилях должны объединить желание защитить окружающую среду с высокой безопасностью вождения и максимально получаемым от этого удовольствием». Это высказывание главного инженера Lexus RХ400h, который так же сообщил, что новая гибридная система, созданная компанией, отлично  подходит для автомобилей большого и среднего размера.

Гибридная трансмиссия

Ее целью в гибридной силовой установке является перераспределение потока мощности туда, где она нужна больше. Но, помимо обеспечения максимально экономного расходования мощности, она также управляет совместной работой двух двигателей, откликаясь на потребность водителя в большей мощности мгновенно.

Два источника энергии – электрический и бензиновый, которые  RX400h (как и любой другой автомобиль) приводят в движение, являются прекрасным дополнением друг друга. Моментально  обеспечивая дополнительную мощность, электрические моторы не расходуют топливо, сохраняя при этом чистоту атмосферы. Каждый из источников работает в системе в оптимальном режиме, обеспечивая топливную экономичность автомобилю и прекрасные качества ходовые.

Восстановление энергии в гибридной силовой установке

Энергию, безвозвратно теряемую в обычных условиях, гибридные технологии силовой установке позволяют частично использовать, т.е. это и является одним из источников экономии. В частности гибридные технологии Lexus обеспечивают высокую производительность благодаря  высокопроизводительному основному источнику энергии, в качестве которого используется современный двигатель внутреннего сгорания V6 и электромотору с большим крутящим моментом, обеспечивающему дополнительную мощность. При этом не возникает никаких вибраций, снижается уровень шума, расход бензина и количество СО2, выбрасываемых в атмосферу. Водитель только чувствует, как мгновенно двигатель реагирует на команды. Сложная и компактная одновременно  гибридная силовая установка, к которой относится высоковольтный мотор электрический, обеспечивает плавный разгон и максимальный комфорт во время движения.

При торможении автомобиля также используется генератор, что при поездках по городу особенно эффективно. В гибридной силовой установке практически отсутствует трения благодаря тому, что нет коробки передач, что  и позволяет сохранить энергию кинетическую, преобразовав ее в электрическую.

Инвертор в гибридной силовой установке

Постоянный ток преобразуется в переменный, который и питает электромотор, благодаря инвертору. В Lexus RХ400h используется высоковольтная схема, повышающая напряжение, за счет чему при том же значении тока растет электрическая мощность, повышается производительность и кутящий момент привода двигателя электрического.

VDIM, или система интегрированного управления динамикой машины

Повышение качества управления обеспечивает еще и модифицированная подвеска, электронная система управления, современная система контроля устойчивости и собственно VDIM, разработана которая, была с целью объединения систем, которые до этого имели тенденцию отдельного развития, даже, если установлены они были в одном авто: ABS — антиблокировочная система тормозов, TRC – система антипробуксовочная, VCS – система устойчивости курсовой, ЕРS – электроусилитель руля. Это и характеристики гибрида улучшило, и безопасность,  как и позволило сделать более предсказуемым и мягким поведение авто.  VDIM не только все их объединяет, получая с многочисленных датчиков информацию о текущем состоянии транспортного средства, но и  управляет системой полного привода и гибридной силовой установкой. А оптимизация работы систем, благодаря VDIM, положительно отражается на характеристиках динамических. Эта силовая установка намного эффективнее и менее «навязчива» в сравнении с обычными системами контроля устойчивости. Система управления динамикой при помощи высокоскоростной технологии управления трансмиссией, тормозами и двигателем, полностью контролирует  гибридную силовую установку, систему торможения и полный привод на все колеса, управляя одновременно обоими двигателями в соответствии с конкретными условиями движения. 

Запуск системы

Включается система подачи энергии, получив подтверждение от электронного ключа, означающее, что водитель находится внутри авто. Как только включается зажигание, осуществляется проверка системой исправности всех датчиков, мотора бензинового и электрического, батареи и генератора. Затем включаются различные компоненты системы высоковольтной – авто готово к работе.

Отключение системы

До того, как салон покинет водитель, отключивший зажигание,  все  компоненты силовой утсановки отключаются – последним отключается компьютер, удостоверившись, что  отключение компонентов завершено.

Контроль торможения в гибридной силовой установке

Система регенеративного торможения, которой управляет электроника, для оптимизации количества сохраняемой энергии, самостоятельно принимает решение о том,  когда необходимо использовать тормоза гидравлические, а в каких случаях производить регенеративное торможение, которое  она (система) по возможности применяет чаще.

Управление мощностью

Контроль за потребляемой энергией силовая установка осуществляет по всему автомобилю, определяя, отталкиваясь от текущего состояния гибрида, какой из двух моторов нужно включить в работу. То есть, исходит она из того,  требуется ли ускорение, а также на подаваемых компьютером сигналах от батареи. Если заряда батареи  достаточно, а температура не слишком низкая, то при первом запуске авто работает от электромотора, для чего вначале запускается от генератора мотор (сразу производится расчет энергии, которая нужна для всего авто). Далее производится расчет  условий движения исходя из обеспечения максимальной эффективности, требующейся для выработки  необходимой энергии. После этого, сигнал направляется к двигателю, чтобы получить требуемое количество оборотов, дальнейший контроль за которыми производит генератор.

motocarrello.ru

Устройство гибридного автомобиля

Прототип автомобиля с гибридным двигателем появился еще в конце 19 столетия. Сегодня он представляет собой транспортное средство, способное при небольшой скорости не использовать топливо, а осуществлять движение за счет электрической энергии.

Гибридный двигатель – это система, состоящая из электрического и топливного двигателей. При этом, в период работы каждый может быть задействован как по отдельности, так и оба в независимых циклах.

Устройство и принцип работы

Самый распространенный режим работы гибридного двигателя заключается в том, что при движении авто на небольшой скорости, например, в черте города, используется его электрический блок.  При движении машины по трассе – в работу включается двигатель внутреннего сгорания (ДВС). В случае большой нагрузки, например, при резких подъемах в гору, в работу включаются оба двигателя.

Безусловно, к плюсам такого устройства можно отнести то, что при использовании электрического двигателя, значительно сокращается расход топлива, так как он работает от постоянно восполняемой энергии аккумулятора.

Возможность, хотя бы отчасти, снизить количество выбрасываемых вредных веществ в воздух – еще один плюс гибридной системы автомобиля.

Гибриды характеризуются малой мощностью, которую помогает компенсировать ДВС.

Двигатели в гибридах могут быть как бензиновые, так и дизельные. Более того, производители газобаллонного оборудования (ГБО) разработали системы способные работать на этих автомобилях.

Пример конструкции гибрида

Устройство гибрида включает в себя:

— Двигатель внутреннего сгорания. Его устройство и размеры сконструированы таким образом, что позволяет снизить вес, вредные выбросы и расход топлива.

— Электродвигатель разработан с учетом особенностей гибрида. Его сделали не только сгенерировано работающим с топливным блоком, но и уделили особое внимание показателям мощности. Параллельно он вырабатывает энергию для подзарядки АКБ автомобиля. Может быть выполнен встроенным в силовую установку или размещаться отдельно от неё, в некоторых моделях используются сразу оба варианта.

— Трансмиссия. Работа трансмиссии гибрида фактически совпадает с ее устройством на обычных автомобилях. Но, в зависимости от вида гибридного двигателя, они могут отличаться. Коробки передач в них бывают, как гибридные с интегрированным электродвигателем, так и обычные механического и автоматического исполнения. Например, трансмиссия автомобиля Toyota устроена с разветвлением потоков мощности. Двигатель такого типа работает в режиме плавных нагрузок, что помогает значительно экономить расход топлива.

— Топливный бак. Необходим для питания топливом ДВС. Для наглядности того, что топливная система имеет ряд преимуществ, хотелось бы привести один факт в пользу этого: энергия, получаемая при сгорании 1 литра бензина сопоставима с энергией, вырабатываемой аккумулятором весом около 450 кг.

— Аккумулятор. Его главная функция – выработка достаточного уровня энергии для работы электродвигателя. В авто используется две батареи, высоковольтная и обычная на 12 (В) для питания бортовой сети. Изначально до запуска всех систем питание идет только от стандартного аккумулятора, так как для работы высоковольтной батареи и инвертора необходимо постоянное охлаждение.

-Инвертер преобразует постоянный ток высоковольтной батареи в переменный трехфазный для электродвигателя и наоборот. Также регулирует распределение энергии и управляет электродвигателем.

— Генератор. Его принцип работы такой же как у электродвигателя, но направлен на вырабатывание электрической энергии.

3 типа гибридных агрегатов

Как было уже отмечено ранее, гибридная система автомобиля представляет собой комбинирование моторов, своего рода, две разных скрещенных технологии. Технику гибридного привода характеризуют в двух направлениях – это двухтопливный или бивалентный и гибридный силовой агрегат.

Данное разделение на две комбинации силовых агрегатов определено для их классификации по разному принципу работы.

Устройство гибридного силового агрегата включает в себя двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель-генератор. Таким образом, электродвигатель это и генератор энергии, и тяговый электродвигатель, и стартер для пуска ДВС.

Существует три типа гибридного силового агрегата. Главным критерием для классификации служит исполнение основной конструкции. Следовательно, выделяют: микрогибридный силовой агрегат, среднегибридный силовой агрегат и полногибридный силовой агрегат.

Микрогибридный силовой агрегат

Концептуальная особенность данного типа привода заключается в его электрической части, которая необходима только для выполнения функции «старт-стоп». При этом, часть выработанной кинетической энергии повторно используется как электроэнергия (процесс рекуперации).

Привод исключительно за счет работы электрической тяги не возможен. Рабочие характеристики 12-вольтного аккумулятора гибрида с наполнителем из стекловолокна приспособлены к частым пускам двигателя. Также для накопления энергии от рекуперации может использоваться накопитель в виде электрохимического конденсатора.

Микрогибрид от компании Mazda

Среднегибридный силовой агрегат

Электрический привод помогает работе двигателя внутреннего сгорания. При этом, движение гибрида лишь за счет электротяги не осуществляется. У данного типа гибридного мотора электрическая энергия регенерируется при торможении, а затем накапливается в высоковольтной аккумуляторной батарее.

Устройство высоковольтной АКБ гибрида и всех его электрических частей отвечает необходимому уровню напряжения, что позволяет вырабатывать достаточно высокую мощность. В итоге, благодаря поддержке ДВС электродвигателем, его работа характеризуется максимальной эффективностью.

Полногибридный силовой агрегат

Работа двух моторов: электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания, в данном типе комбинируется между собой. Полногибридный тип позволяет машине двигаться только за счет электрической тяги и достаточно большое расстояние. При определенных условиях силовой агрегат функционирует как среднегибридный.

В этих автомобилях устанавливаются достаточно мощный электродвигатель и высоковольтные АКБ большего объема, что и позволяет им выдавать такие характеристики. Основой подзарядки батареи выступает также процесс рекуперации энергии.

Функция «старт-стоп» реализована для двигателя внутреннего сгорания, который запускается только при необходимости. А разъединение ДВС с электродвигателем осуществляется за счет установленного сцепления между ними, поэтому они могут функционировать независимо друг от друга.

Схемы взаимодействия работы электродвигателя и ДВС

Автомобили-гибриды сконструированы по трем схемам взаимодействия двигателей. Рассмотрим каждую из них.

Последовательная схема взаимодействия

Данный принцип устройства представляет собой самый простой вариант автомобильного двигателя-гибрида. Его схема работы такая: крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания идет к генератору. Затем генератор вырабатывает необходимое для работы электричество и передает его в аккумулятор. Дополнительно подзаряд аккумулятора осуществляется и путем процесса рекуперации кинетической энергии. В этой схеме движение автомобиля осуществляется лишь за счет электрической тяги.

Данная схема характеризуется последовательным преобразованием энергии, т.е. энергия, поступающая от сгораемого топлива в двигателе внутреннего сгорания, превращается в механическую, далее трансформируется в электрическую за счет генератора, и затем вновь преобразуется в механическую энергию.

Положительные стороны последовательной схемы:

1. Работа двигателя внутреннего сгорания осуществляется на неизменных оборотах.
2. Не возникает необходимости в двигателе с большой мощностью и потреблением топлива.
3. Коробка передач, как и сцепление здесь не нужны.
4. Электрическая энергия высоковольтной АКБ гибрида позволяет двигаться автомобилю с заглушенным ДВС.

Отрицательные стороны последовательной схемы:

1. На этапах преобразования энергии происходит ее потеря.
2. Габариты и стоимость АКБ достаточно высокие.

Самый яркий представитель гибридного автомобиля с последовательной схемой взаимодействия Chevrolet Volt

Если говорить о самом подходящем варианте движения автомобиля с последовательной схемой взаимодействия, то это городской трафик с частыми остановками, когда постоянно в работу включается система рекуперации энергии.

Параллельная схема взаимодействия

Такое название эта схема получила потому что, двигатели авто работают постоянно вместе. Принцип работы данного типа взаимодействия двух модулей происходит за счет электроники авто, электродвигателя и ДВС. Оба двигателя соединены с коробкой передач по средствам планетарной передачи.

Чисто на электрической энергии такие гибриды способны ехать не продолжительное время, при этом ДВС отключается от трансмиссии сцеплением.

Блок управления распределяет крутящий момент от обоих двигателей в зависимости от режима движения автомобиля. Двигателю внутреннего сгорания отведена более важная роль, а электродвигатель запускается при необходимости дополнительной тяги, например, когда авто резко ускоряется. При торможении или плавном движении электромотор работает как генератор электроэнергии.

Электромотор внедрен в коробку передач BMW 530E iPerformance

Существуют модификации с электродвигателем отдельно от ДВС, они представляют собой сложную систему, но в тоже время эффективную. Этот модуль состоит из двух электромоторов, тягового соединенного через планетарную передачу со вторым, который служит генератором и стартером.

В такой схеме ДВС не связан напрямую с колесами, что позволяет постоянно передавать часть момента генератору и подзаряжать батарею.

Силовая установка параллельного гибрида с независимыми электромоторами

Положительные стороны параллельной схемы:

Так как основная работа отведена ДВС, то не возникает необходимости в установке мощной высоковольтной батареи. Двигатель внутреннего сгорания напрямую связан с ведущими колесами, поэтому потери энергии значительно меньше.

Отрицательные стороны параллельной схемы:

Самый главный минус данной схемы – это больший расход топлива в сравнении с другими схемами взаимодействия двигателей. Получается, что сэкономить на городском трафике не получится, наиболее удачным вариантом будет движение по трассе.

Последовательно-параллельная схема взаимодействия

Уже само название этой схемы указывает на то, что данный тип – это вариант совмещения двух ранее рассмотренных схем: последовательной и параллельной. Движение автомобиля на низкой скорости и его старт с места осуществляется только за счет силы электрической части.  ДВС поддерживает работу генератора авто, как при последовательной схеме взаимодействия. Передача крутящего момента от ДВС на колеса происходит при движении на большой скорости.

При высоких нагрузках, требующих повышенной мощности, генератор автомобиля может не выдать нужное количество энергии, и в таком случае электродвигатель питается дополнительно от аккумулятора, как при параллельной схеме взаимодействия.

В данной схеме предусмотрен дополнительный генератор, он подзаряжает АКБ. Электродвигатель необходим только для привода ведущих колес и для обеспечения рекуперативного торможения.

Часть крутящего момента, переходящая от двигателя внутреннего сгорания, уходит на ведущие колеса, а некоторая его часть – для работы генератора, который в свою очередь питает электродвигатель и заряжает АКБ.

За направление крутящего момента на колеса, генератор или электродвигатель и его соотношении отвечает планетарный механизм – распределитель мощности. Регулировкой подачи мощности из генератора и батареи занимается электронный блок управления автомобиля.

Также эта технология применяется и на гибридных полноприводных авто. На передней оси установлен ДВС с электродвигателем по параллельной схеме, а на задней только электродвигатель имеющий связь с ДВС по последовательной схеме.

Полноприводный гибрид от компании Mitsubishi

Положительные стороны последовательно-параллельной схемы:

Не сложно догадаться, что неоспоримым плюсом данной схемы гибрида является его большая экономичность топлива в сочетании с хорошими мощностными характеристиками. Ценители природы оценят ее экологичность.

Отрицательные стороны последовательно-параллельной схемы:

Среди отрицательного – это более сложная конструкция по сравнению с предыдущими схемами, и как следствие, большая цена. Поскольку необходим дополнительный генератор, емкая АКБ и сложная электронная схема управления.

Заключение

Мы рассмотрели все типы гибридов и схемы их взаимодействия, но в целом существует множество видов, которые сложно отнести к одной из них, поскольку с течением времени технологии все больше смешиваются и дорабатываются.

На одних используют гидромуфты с редуктором вместо планетарной передачи, на других экспериментируют с задним расположением ДВС или вообще разносят по двум осям ДВС и электродвигатель. Конструкторы не останавливаются на достигнутом и все больше развивают это направление.

autoleek.ru

Как устроены гибридные автомобили — ДРАЙВ

	Евгений Багдасаров, 30 октября 2009. Фото из архива редакции и фирм-производителей
	Первый в мире бензоэлектрический автомобиль Lohner Electric Chaise был создан Фердинандом Порше ещё в 1899 году. В 70-е годы XX века интерес к гибридам возобновился вследствие роста цен на топливо и ужесточения экологических норм.

Гибридная силовая установка сочетает двигатель внутреннего сгорания и электромотор, что обеспечивает меньший расход топлива и снижает токсичность выхлопных газов. Однако чем экономичнее гибридный автомобиль, тем более ёмкие аккумуляторы ему требуются и, следовательно, тем выше его цена.

В зависимости от того, какую роль в силовой установке играет электромотор, гибриды делятся на умеренные (mild hybrids) и полные (full hybrids). У первых электромотор служит помощником двигателю внутреннего сгорания, как, например, у хэтчбека Honda Insight. Вторые способны проехать некоторое расстояние на одной электротяге, как Lexus RX 400h. Есть ещё якобы микрогибриды — придуманный маркетологами термин для рекламы системы start/stop. Но последняя по сути — генератор с расширенными функциями. А мы говорим о схемах, где электродвигатели передают крутящий момент на колёса.

www.drive.ru

Автомобили с гибридными силовыми установками — 7 Декабря 2014 — АвтоБлог

 

В современном мире гибридные автомобили набирают все большую популярность. У многих автопроизводителей уже есть гибридный автомобиль собственной разработки, а некоторые производители могут похвастаться целой линейкой гибридных силовых установок и автомобилей, использующих такие установки.

Гибридный автомобиль – автомобиль, использующий для привода ведущих колёс более одного источника энергии. Чаще всего автопроизводители используют комбинацию двигатель внутреннего сгорания плюс электромотор. Также можно встретить автомобили, работающие на водороде или полностью электрические. Такие автомобили не будут считаться гибридами, так как они используют только один источник энергии. Это автомобили на альтернативном топливе. Путать их с гибридами нельзя.

Прототипы гибридных авто электромобили появились еще в середине XIX века. Самый первый из них, который использовал в качестве движущей силы электрическую энергию, в 1839гг. сконструировал шотландец Роберт Андерсон. В 1905 г. бельгиец Генри Пайпер запатентовал гибридную схему для авто, которая предусматривала использование электромотора наряду с бензиновым двигателем. Вторым гибридным устройством был Lohner Electric Chaise (Рис. 1), созданный немцем Фердинандом Порше.

По одной версии Chaise приводилась в движение несколькими электрическими моторами и двигателем внутреннего сгорания с генератором, производившим это электричество. По другой – автомобиль работал от перезаряжаемой 44-элементной батареи. Заряда батареи хватало на 65 км пути. Машина двигалась хоть и медленно, но почти бесшумно.

Рис. 1. Lohner Electric Chaise

 

Однако, по данным исторических источников, Порше стал собирать четырехприводные гибриды гораздо позже. За разработку во время Первой мировой войны машин с гибридными силовыми установками, моторов для дирижаблей и самолётов Порше был удостоен звания заслуженного профессора Венского технического университета и получил крест «За заслуги».

Помешал дальнейшему развитию гибридных технологий Генри Форд со своим конвейером, значительно удешевивший автомобильное производство. Его машины были гораздо мощнее и быстрее «электровозов», а также имели намного больший запас хода на одной заправке.

Постоянный рост цен на нефть и газ в 70 годы двадцатого века, а также усиление требований к экологическим характеристикам автомобилей вынудили разработчиков снова заняться разработками экологичного и экономичного средства передвижения. Тут то и понадобились давно забытые идеи конструкторов гибридных авто. В это время в западной Германии появились европейские гибридные автомобили производства Volkswagen. В 90-е годы концерн Toyota серьезно занялся разработкой максимально экономичных автомобилей с низкими показателями загрязнения окружающей среды.

 

Принцип работы гибридной силовой установки

При применении электротрансмиссии двигатель, работающий на обычном топливе, вращает электрогенератор; вырабатываемый ток через систему управления передаётся на электродвигатели, которые и приводят в движение транспортное средство. В этом случае уместно сравнение с размещённой на электромобиле электростанцией, вырабатывающей электричество для его движения. Схема работы гибридного автомобиля в целом аналогична, но значительно модифицирована, в первую очередь добавлением промежуточного накопителя энергии — как правило, аккумуляторной батареи, имеющей меньшую, чем у «чистого» электромобиля, ёмкость и, соответственно, вес.

Гибридный автомобиль сочетает в себе преимущества электромобиля и автомобиля с двигателем внутреннего сгорания: больший коэффициент полезного действия электромобилей и большой запас хода на одной заправке автомобиля с ДВС.

По методу подключения накопителя и двигателей к приводу гибридные установки имеют следующие схемы:

Последовательная: по сути, является модификацией электромеханической трансмиссии с добавлением промежуточного накопителя. Двигатель внутреннего сгорания механически соединён только с электрогенератором, а тяговый электродвигатель — только с колёсами (Рис. 2). Пример: Chevrolet Volt.

Рис. 2. Гибридный автомобиль, построенный по последовательной схеме
 

Параллельная: и двигатель внутреннего сгорания, и электродвигатель механически соединены с колёсами посредством дифференциала, который обеспечивает возможность как их работы по отдельности, так и совместно (Рис. 3). Эта схема используется в автомобилях с Integrated Motor Assist (Honda). Характеризуется простотой (возможно применение вместе с механической коробкой передач) и низкой стоимостью.
 

Рис. 3. Гибридный автомобиль, построенный по параллельной схеме

Последовательно-параллельная: двигатель внутреннего сгорания, генератор и электродвигатель механически связаны друг с другом и с колёсами посредством планетарного редуктора, что позволяет произвольно изменять потоки мощности между этими узлами (Рис. 4). Схема реализована в автомобилях с Hybrid Synergy Drive (Toyota), например, Toyota Prius (Рис. 5).

Рис. 4. Планетарный редуктор

Рис. 5. Toyota Prius

В качестве промежуточного накопителя, помимо аккумуляторных батарей, также могут использоваться батареи конденсаторов и ионисторы (суперконденсаторы). В случае применения накопителя энергии значительной ёмкости гибридный автомобиль имеет возможность двигаться без включения двигателя внутреннего сгорания — в «режиме электромобиля» (Chevrolet Volt). В случае, если зарядка накопителя может производиться не только от основного двигателя, но и от электрической сети, говорят о «подключаемом гибриде» (англ. Plug-in Hybrid) (Рис. 6).

Рис. 6. Автомобиль, построенный по схеме Plug-in Hybrid
 

Преимущества и недостатки гибридных автомобилей

Преимущества

Главное преимущество гибридных автомобилей — это пониженное потребление топлива. Поскольку во время разгона машина вовсе не потребляет бензина, то в городском цикле экономия топлива составляет 25-35%. На одном только электроприводе гибрид эконом-класса может проехать до 80 км, а разогнаться — до 50—60 км/ч. Такие показатели позволяют уменьшить почти на треть количество заездов на заправку. В режиме загородной трассы этот показатель достигает половины заездов. А это, помимо значительной экономии топлива, приводит к сокращению времени в пути. К примеру, на одном 45-литровом баке гибридной Toyota Prius можно проехать до 1000 км.

Во-вторых, за счет того, что в авто, по сути, два двигателя, для достижения мощности негибридного аналога достаточно установить менее мощный бензиновый мотор. Как правило, экономия достигает 30—50% от мощностей традиционной модификации. Например, мощность двухлитрового автомобиля достигается в гибриде за счет работы 1,5-литрового мотора на пару с электродвигателем, коэффициент полезного действия которого составляет 90—95%. Сумма этих факторов приводит к тому, что гибридный среднеклассник потребляет не более 5—6 л/100 км в городском режиме, в то время как его негибридный собрат выходит в среднем на 11—12 л/100 км. Естественно, снижение потребления влечет за собой уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу. Гибриды выбрасывают в атмосферу на 90% меньше сажи и углеводородов, а оксидов азота — на 50%. Но подобный эффект достигается только при “среднестатистической” эксплуатации автомобиля, то есть на скорости не выше 70—80 км/ч в городском режиме и не более 120—130 км/ч — на трассе.

Еще одно преимущество, связанное с экологией, состоит в том, что во время простоя в пробке автомобиль вообще не генерирует выхлопов за счет работы от аккумуляторной батареи. Электродвигатель обеспечивает мгновенный запуск и остановку, не имеет необходимости в холостом ходе, что дает еще одно важное преимущество — отсутствие механизма сцепления. В теории такой механизм вовсе может быть размещен непосредственно в колесе. И такие разработки уже существуют. Кроме того, на обогрев салона не тратится ресурс традиционного для негибридных авто отопителя салона, работающего на том же топливе, что и ДВС.

Недостатки

Основным недостатком гибридов сегодня, при всех выгодах и будущих экономиях, является их цена. В сравнении с аналогами “экологические” машины стоят на 15—20% дороже. Окупить эту разницу за счет экономии на топливе можно лишь за четыре-семь лет в зависимости от мощности (и, соответственно, “прожорливости”) двигателя и интенсивности эксплуатации. Поэтому наиболее развитыми сегментами гибридных автомобилей являются бизнес-класс и люкс. Чем экономичнее гибрид, тем он дороже. Ведь чтобы сдерживать “прожорливость” ДВС как можно эффективнее, нужны более крупные батареи. А именно их цена — главная составляющая стоимости данных автомобилей.

Второй пункт, на который пока не очень обращают внимание, но который может остро встать на повестке дня уже через несколько лет интенсивной эксплуатации гибридов, — утилизация аккумуляторов. Батареи рано или поздно изнашивают свой ресурс перезарядов. Конечно, сегодняшние несколько десятков тысяч возможных “паспортных” перезарядок (около 100 000 км пробега) не идут ни в какое сравнение с несколькими сотнями, которыми обладали первые серийные батареи каких-то 15 лет назад. Однако даже такие долговечные аккумуляторы все равно когда-нибудь нужно будет утилизировать.

Среди бытовых “неурядиц”, которые сулят гибридным авто, — потенциальная невозможность работать в условиях сравнительно суровой зимы. Дескать, если температура будет ниже -15С, машина откажется заводиться. Впрочем, практическая эксплуатация показала, что максимальным неудобством, которое может принести зимняя погода, для гибрида является увеличение расхода топлива, что в принципе характерно и для обычного автомобиля.
 

Гибриды в автоспорте

Гибридные двигатели уже сегодня могут составить конкуренцию бензиновым «монстрам». Тенденция налицо — в последние несколько лет было представлено сразу несколько гибридных суперкаров, подходящих по классу для выступления в гонках на выживание.

Наиболее известны среди них McLaren P1 (Рис. 7), Porsche 918 и LaFerrari — сейчас они существуют в ограниченном серийном производстве, но их спортивные версии хоть сегодня могут быть допущены к соревнованиям в Ле-Мане или подобным. 
 

Рис. 7. McLaren P1

Наилучшие перспективы, видимо, у McLaren P1 — недаром машину разрабатывало гоночное подразделение компании с полноценным использованием формульных технологий. Например, P1 оборудован системой DRS — меняющим конфигурацию задним антикрылом, позволяющим мгновенно повышать коэффициент аэродинамического сопротивления при торможении или прижимную силу при разгоне. Наглядный пример непосредственного перехода технологии из гонок в реальную жизнь.

В остальном три болида имеют целый ряд схожих черт, на основе которых можно составить картину гонок на выживание… скажем, 2020 года. Силовой агрегат — бензиновый турбодвигатель V8 или V12 в сочетании с электромотором и аккумуляторным блоком. При сложении мощности основного и электрического двигателей суммарная мощность суперкара такого класса достигает порядка 900 л. с. (из них до 800 л. с. — доля бензинового агрегата).

При столь серьезных показателях гибридные суперкары значительно экономичнее своих бензиновых собратьев (Porsche 918, по официальному заявлению, тратит до 3,5 л на 100 км). На LaFerrari установлена система KERS, аналогичная «формульной» и дающая двигателю дополнительную мощность (Рис. 8), а на McLaren P1 — система рекуперативного торможения, подзаряжающая аккумуляторы, когда автомобиль тормозит.

 

Рис. 8. Система KERS, установленная на болиде Формулы 1. Кинетическая энергия поступает с ведущей оси в коробку передач, оттуда — через двигатель к мотору-генератору. Энергия преобразовывается в электричество, которое заряжает батарею системы KERS

Гибридные суперкары в ближайшее время станут флагманами большинства компаний, производящих спортивные автомобили, и уже оттуда «переберутся» в многочасовые гонки-марафоны.

Внешне автомобили — как с открытыми колесами, так и кузовные — будут изменяться постепенно, в соответствии с общими тенденциями в мировом автомобилестроении. При этом внутри каждой отдельной серии автомобили будут унифицироваться, становясь все более и более схожими внешне.

Основные изменения коснутся силовых агрегатов. Классические бензиновые двигатели постепенно уступят место гибридным и электрическим. Тем не менее, вряд ли автоспорт через 20−25 лет будет коренным, революционным образом отличаться от сегодняшнего. 

Судя по последним тенденциям, перспективное будущее ожидает дизельные спорткары. Тренд задала компания Audi, решившаяся выставить на «24 часа Ле-Мана» 2006 года дизельный автомобиль Audi R10 TDI и одержавшая блестящую победу. С тех пор в Ле-Мане выигрывали исключительно дизельные спортпрототипы — Audi R10 TDI (2006−2008), Peugeot 908 HDi FAP (2009), Audi R15 TDI plus (2010), Audi R18 TDI (2011) и Audi R18 e-tron quattro (2012−2013). 

Причем последний автомобиль оснащен ко всему прочему маховиковой системой рекуперации энергии (Рис. 9).  

Рис. 9. Система рекуперации энергии Audi R18 e-tron Quattro 

Audi R18 e-tron Quattro (Рис. 10) является примером грамотно спроектированной гибридной машины. E-tron появился в 2012 году. И с тех пор, гибридный прототип Audi уже трижды выигрывал гонку 24 часа Ле-Мана и дважды становился чемпионом серии World Endurance Championship (WEC). 

Рис. 10. Audi R18 e-tron Quattro. Марафон 24 Часа Ле-Мана

Альтернативное топливо

Еще одно направление развития автомобильных технологий — авто, работающие на водороде (Рис. 11). Водородный двигатель безвреден для окружающей среды, так как в результате химической реакции как “побочный продукт” образуется простая вода. Происходят такие реакции в топливных камерах — керамических ячейках. Каждая из них перегорожена на две секции тончайшей полимерной мембраной, покрытой тонким слоем платинового катализатора. В одну секцию поступает кислород, в другую — водород. Протоны просачиваются сквозь мембрану и, теряя электроны, вступают в реакцию с кислородом, образуя воду. В обычной ситуации реакция носит взрывной характер, но в топливной камере протекает спокойно благодаря тому, что идет не во всем объеме ячейки, а только на поверхности мембраны. Электроны, отобранные мембраной у протонов, стекают по подведенному к ячейке проводнику, создавая электрический ток. Дальше эту энергию можно использовать для питания электродвигателя. 

Рис. 11. Схема автомобиля Honda FCX Calrity, использующего водород в качестве топлива
 

Существенными препятствиями для достижения массовости данной технологии являются дороговизна платины, применяемой в качестве катализатора топливных элементов, и недостаточная мощность топливных элементов для работы в современных моделях автомобилей. Другой подвид — машины с двигателем внутреннего сгорания на водороде. Преимущество такого ДВС в том, что он обладает более широким по сравнению с бензином диапазоном пропорций смешивания с воздухом, при которых еще возможен поджиг смеси. Водород полнее сгорает в сравнении с бензином. Некоторым экспериментальным моделям килограмма водорода достаточно для преодоления 300 км. Такое авто разгоняется до скорости 48 км/ч всего за 5,5 сек. Максимальная скорость — чуть более 80 км/ч. Основной недостаток водорода как топлива — его высокая цена. Также, при хранении водорода, должны выполняться определенные условия. Водород должен храниться в баке под высоким давлением либо в жидком виде, но при сверхнизких (менее -253С) температурах. Соответственно, в первом случае нужен баллон, рассчитанный на высокое давление, а во втором — сильная теплоизоляция. Первый вариант более опасен, но водород может храниться долго. Во втором случае безопасность выше, но топливо будет постепенно нагреваться и растворяться в атмосфере. Автомобили, работающие на водороде: Honda (FCX Clarity (Рис. 12), продажи с 2009 г.), BMW (Hydrogen, 7100 экземпляров для известных людей), General Motors (Chevrolet Volt, продажи с осени 2010 г.), Mazda.

Рис. 12. Honda FCX Clarity

 

 

Источники:

1. http://en.wikipedia.org
2. http://www.popmech.ru/adrenalin/14594-avtosport-budushchego-blizhe-k-prirode/#full
3. http://www.biauto.ru/history.shtml
4. http://www.1gai.ru/publ/510779-gibridnye-i-elektricheskie-avtomobili-kratkaya-istoriya.html

 

www.autoscience.ru

Типы гибридных силовых установок — Автоцентр.ua

Установкой гибридных силовых установок автопроизводители добиваются нескольких целей. Во-первых, это снижение выбросов углекислого газа (СО₂), который является источником парникового эффекта на планете и ведет к глобальному потеплению. Во-вторых, уменьшение расходов на топливо, которые несут на себе автовладельцы. И в-третьих, повышение динамики разгона автомобиля благодаря двум источникам крутящего момента.

Два первых преимущества достигаются за счет возможности перемещения на электротяге (особенно в режимах, когда КПД у ДВС низкий), режима рекуперации энергии торможения (торможение электродвигателем, который работает в режиме генератора, вырабатывая электроэнергию для подзарядки АКБ), разгона с помощью ДВС и электродвигателя, выключения ДВС при кратких остановках (системы start-stop).

Конструктивно все это происходит по-разному, поэтому получаемый эффект тоже отличается.

Классификация гибридов

Общепринятая классификация гибридов подразумевает три их типа: последовательный, параллельный и последовательно-паралельный.

 Последовательный гибрид  – конструкция, в которой двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизельный) приводит в действие только генератор. ДВС в этой схеме работает в режиме максимальной экономии топлива. Электроэнергия, вырабатываемая генератором, поступает или на тяговый электродвигатель, или в аккумуляторную батарею. Электродвигатель в этой схеме через трансмиссию передает на колеса требуемый крутящий момент, а в режиме торможения работает как генератор, подзаряжая АКБ (режим рекуперации энергии торможения). Такие гибриды маркируются аббревиатурой REEV (range-extended electric vehicle) или EREV (extended-range electric vehicle).

Подобная конструкция имеет свои преимущества и недостатки. Плюсы этой схемы – постоянная работа ДВС в самом экономичном режиме, простота управления и отсутствие сложной трансмиссии. Из минусов следует отметить малый КПД механизма передачи энергии от ДВС к ведущим колесам автомобиля. Такая конструкция используется в модели BMW i3 REx, спорткупе Cadillac ELR и Chevrolet Volt 2015 модельного года, а также в автобусах с гибридными силовыми установками, например Toyota Coaster Hybrid.

 Параллельная конструкция  вооружена ДВС и тяговым электромотором, которые связаны с ведущими колесами автомобиля. Электромотор здесь питается от аккумуляторной батареи. Поскольку крутящий момент от первичного вала может быть напрямую передан на колеса авто, коэффициент полезного действия такого гибрида выше. В этой схеме используется один или два электромотора (гене-ратор+тяговый мотор). В первом случае электромотор может работать и в режиме генератора, и в режиме тягового двигателя. Но в такой схеме довольно сложная конструкция трансмиссии, потому что крутящий момент нужно передавать на колеса и от ДВС, и от электромотора. Помимо этого, ДВС не может все время работать в эконом-режиме. Такую конструкцию силовых агрегатов имеют модели Honda – Civic Hybrid, Insight и CR-Z.

 Последовательно-параллельная конструкция  гибридной силовой установки сочетает в себе обе вышеупомянутые схемы. Благодаря такой комбинированной схеме удалось получить преимущества обеих систем. В данной случае имеется и ДВС, и электромотор, и в зависимости от условий движения машина может ехать либо только на электротяге (до 1,5–2,0 км), либо только на тяге от ДВС, либо движущую энергию колеса могут получать и от ДВС, и от электромотора. У компании Toyota в силовой установке Toyota Hybrid System использован планетарный делитель силового потока (крутящего момента), который поступает от двигателя внутреннего сгорания и может гибко изменяться, передавая часть энергии на генератор, а часть – на колеса автомобиля. Вырабатываемая при этом электроэнергия может сразу идти как для питания силового электродвигателя, так и для подзарядки аккумуляторных батарей. Данная конструкция внедрена в ряде моделей Toyota, в числе которых Prius, Yaris Hybrid, Auris Hybrid, Camry Hybrid, Avalon Hybrid, а также в моделях Lexus – CT 200h, IS 300h, GS 300h, GS 450h.

Комбинированный гибрид применяется и в полноприводных моделях. Но в них колеса передней оси приводятся в действие вышеописанной комбинированной системой, как у переднеприводных моделей, а для привода колес задней оси используется отдельный электродвигатель. Такая конструкция значительно проще, без сложной трансмиссии с карданными передачами и редукторами. Ее применяют в полноприводных внедорожниках, например в Toyota Highlander Hybrid и RAV4 Hybrid.

Подзаряжаемые гибриды

Раньше считалось, что гибриды могут подзаряжать себя только сами, когда электромотор работает в режиме генератора (при рекуперации энергии торможения, при движении в режиме торможения двигателем и т.д.). Но Toyota в числе первых пошла дальше и сделала модель Prius подзаряжаемой. Эти гибриды получили название plug-in hybrid (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV). Они имеют на борту АКБ повышенной емкости (у Toyota литий-ионные вместо никель-металлгидридных), которые можно подзаряжать от бытовой электросети. Поэтому plug-in hybrid может передвигаться только на электротяге на большие расстояния – не 1,5–2,0 км. а от 20 до 80 км и более.

Гибриды Toyota в Украине

На сегодняшний день лидер в производстве моделей с гибридными силовыми установками компания Toyota представляет в Украине модель Auris Hybrid с гибридной силовой установкой. А в ближайшее время будет презентована гибридная версия нового Toyota RAV4 Hybrid.

Фото Toyota

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

www.autocentre.ua

Силовая установка для гибридного RC автомобиля

Для запуска топливного мотора двигатель Turnigy AquaStar подключен к контроллеру Castle Creations Mamba Monster. Так же для запуска топливного мотора используется контроллер свечей Hobbyking Two Cylinder Engine R/C Glow Plug Driver.

В режиме генератора 3-х фазный ток выпрямляется через обычный 3-х фазный диодный мост на 50 ампер.

После первого запуска разрушился эластичный соединитель из-за больших крутильных колебаний

22.12.2013 Получил датчик оборотов (Hobbywing Brushless RPM Sensor), который подключается к одной из обмоток электромотора.


23.02.2014 В установку добавил контроллер управления на базе платы Crius Multiwii, датчик тока, сервопривод управления заслонкой, вентилятор охлаждения.
Я использовал MultiWii SE V2.0 — http://www.parkflyer.ru/84533/product/512203/
но можно и упрощенную версию MultiWii Lite V1.0 — http://www.parkflyer.ru/84533/product/512204/
Добавил на контроллер управления OLED дисплей для отображения телеметрии.
Например http://www.parkflyer.ru/84533/product/1134151/
или http://www.parkflyer.ru/84533/product/1126585/


Снял видео первого нагрузочного тестирования

Для нагрузки использовал нихромовую проволоку.
Напряжение под нагрузкой до 12 вольт.
Максимальный ток был 40 ампер. При нагреве проволока увеличивает сопротивление и ток падает до 20 ампер.
Другой подходящей нагрузки не было, а еще выпрямитель пока на 50А стоит.
Но судя по оборотам мотора запас мощности еще большой.

25.02.2014 Новые соединительные муфты

07.03.2014 Предостережение!
Я использую генератор в качестве стартера с помощью ESC контроллера.
В этих контроллерах используются MOSFET транзисторы с защитными диодами.

Когда генератор начинает вырабатывать ток, то он выпрямляется через защитные диоды и идет на аккумулятор.
Lipo аккумулятор во время неконтролируемого заряда может выйти из строя или привести к пожару.
Необходимо поставить диод между аккумулятором и  ESC контроллером стартера для защиты аккумулятора от обратного тока.
Для подзарядки аккумулятора необходимо ставить контроллер заряда и балансир.
У меня в качестве защиты используется диод Шоттки IR 100BGQ015 (If=100A, Vr=15V, Vf=0,38V).

11.03.2014 Искровая система зажигания CDI Rcexl A-02.
Топливо останется спиртовое. Должны стать более стабильные холостые обороты и упростится запуск. Датчик RPM теперь буду использовать от этой системы зажигания.

 Свеча накаливания и искровая свеча.


 Нагрузка из нихромовой проволоки и датчик тока (датчик Холла на ток до 150А).

27.03.2014 Сделал крепление датчика системы зажигания
 Получил карбюратор Walbro WT-499 — это спиртовая версия, в него встроен регулятор давления, так же не должно быть перелива топлива при неработающем моторе. Но для него еще необходимо сделать переходник на впускной тракт.
http://www.davesmotors.com/s.nl/it.A/id.4131/.f
 Эластичный подвес моторной установки
http://www.parkflyer.ru/84533/product/191224
 Еще более крупная соединительная муфта

 Для мотора ASP FT160AR нет штатных глушителей, но подходят от ASP FS91AR
http://www.parkflyer.ru/84533/product/103319


29.03.2014 Установил искровую систему зажигания и глушители

08.04.2014 Комплект датчиков телеметрии Traxxas

Датчики температуры будут использоваться для измерения температуры цилиндров ДВС.
Датчики оборотов будут использоваться в трансмиссии для контроля скорости левого и правого борта, для них уже есть посадочные места на коробках передач от Traxxas Summit.

Traxxas Telemetry Sensor RPM длинный — http://www.parkflyer.ru/84533/product/513620/
Traxxas Telemetry Sensor RPM короткий — http://www.parkflyer.ru/84533/product/513747/
Traxxas Telemetry Sensor Temperature & Voltage длинный — http://www.parkflyer.ru/84533/product/513621/
Traxxas Telemetry Sensor Temperature & Voltage короткий — http://www.parkflyer.ru/84533/product/514012/

Мне было необходимо подключить эти датчики к контроллеру Multiwii на базе Arduino, для этого пришлось их немного доработать.
У датчика температуры на красных проводах припаян резистор, необходимо отрезать красный разъем и припаять этот провод к сигнальному проводу датчика (черный скрая).
У датчика оборотов (цифровой датчик Холла) припаиваем резистор (9-10 кОм) между красным и белым проводом.

17.04.2014 Заготовки переходников для установки карбюратора Walbro WT-499 на мотор ASP FT160AR

Сделал печатную плату выпрямителей

Получилось не очень красиво, т.к. дорожки вырезал маленьким отрезным кругом с помощью ручного фрезера Dremel. Резцом сделал бы красивей, но не смог его найти.

На этой плате будет три выпрямителя: два мощных — раздельно на правый и левый борт и маломощный для зарядного устройства.

Так же на плате будут установлены датчики тока и диоды для защиты аккумуляторов от обратного тока.

Плата будет смонтирована на радиатор.

07.05.2014 Провел испытания силовой установки с искровой системой зажигания и с новым выпрямительным модулем.

В качестве нагрузки использую спирали из нихромовой проволоки.
Единственный нюанс, что при нагреве спиралей у них увеличивается сопротивление и ток падает более чем в два раза.

Плата выпрямителей пока не доделана из-за нехватки некоторых деталей, но для тестов подходит. В выпрямителе применил диоды Шоттки DSS60-0045B (If=60A, Vr=45V, Vf=0,57V).

Диоды крепятся к радиатору через изолирующие термопрокладки.


На силовые дорожки печатной платы припаяны медные проводники для уменьшения сопротивления. Токи могут превышать 100А.
Помимо диодов поставил датчики тока ACS758KCB-150B (измерение тока в двух направлениях до 150А) на аккумулятор и ACS755LCB-130 (измерение тока в одном направлении до 130А) на выход к силовым моторам трансмиссии.

С одной стороны провода для левого и правого аккумулятора и левого и правого силового мотора трансмиссии.
Аккумуляторы соединены с выпрямителем генератора через защитные диоды от обратного тока (диоды Шоттки IR 100BGQ015 If=100A, Vr=15V, Vf=0,38V).
С другой стороны выход на контроллер стартера и трехфазный вход для генератора.
Выход на стартер запитан через защитные диоды от обратного тока (диоды Шоттки DSS60-0045B).

У меня стартер и генератор реализованы в одном приводе Turnigy Aquastar.



Термодатчики Traxxas установлены рядом со свечами.

Контроллер с OLED экранчиком

Фото работающего мотора на тепловизор

Видео нагрузочного тестирования

Система искрового зажигания порадовала, пуск двигателя мгновенный при открытии заслонки карбюратора.
Датчики температуры работали, но возможно есть погрешность измерений, я не калибровал на температурах выше 100 градусов.
А вот датчики тока некорректно отображались на экран, буду искать ошибки в программе контроллера.
Хорошо, что в этот раз не забыл взять вольтметр и амперметр.
Сделал нагрузочный тест с отключенным аккумулятором, напряжение падает до 5,5 вольт при 40 амперах, мотор работает неустойчиво.
Есть подозрения на плохо отрегулированное зажигание и качество смеси.
Новый карбюратор ставить не стал одновременно с новой системой зажигания.
Еще у меня слабый вентилятор охлаждения, которого хватает только на холостые обороты, поэтому тесты были короткими.
Радиатор выпрямителя и генератор особо не нагревались на коротких тестах.

17.05.2014 Сделал крепление для карбюратора Walbro WT-499.

Малая трубка соединяет картер мотора с вакуумной помпой карбюратора.

03.07.2014 Итак, проблемы с посылками решены, все недостающие детали на месте

Решил использовать для управления гибридной установкой и машиной контроллер постарше Crius Multiwii AIO Pro v2, из-за большего количества портов.
Помимо различных портов, гироскопов, акселерометров на этой плате распаяна flash-память, возможно ее получиться использовать в дальнейшем для сохранения телеметрии.
Корпус для силового модуля сделал из алюминиевого радиатора и алюминиевого профиля, он герметичный.
Изначально я снимал информацию с датчиков тока и напряжения с помощью АЦП микроконтроллера, но у него мало портов (8 для датчиков и 8 для приемника радиоуправления), к тому же пришлось использовать для передачи аналоговых сигналов длинный многопроводной шлейф.
Поэтому поставил внешний АЦП (12 бит, 8 каналов) прямо в силовой модуль.
Этот модуль АЦП подключается к микроконтроллеру по шине I2C используя всего 3 провода.
Для питания АЦП (Vref) и датчиков тока установил отдельный стабилизатор на 5В, так как от него сильно зависит точность измерения.
Измеряемые напряжения подаются на АЦП через делитель из резисторов (резисторы 150к и 51к), т.е измеряемое напряжение с диапазоном 0-20В преобразуется в диапазон 0-5В.

Поставил более крупный цветной RGB OLED дисплей с разрешением 160×128 точек.
Дисплей подключается к шине I2C так же как и внешний АЦП.
Дисплей поддерживает аппаратные шрифты различных размеров и аппаратную графику (линии, квадраты, круги и тп), что позже понадобится.
 дисплей — http://www.digole.com/index.php?productID=883

Телеметрия отправляется с помощью трансивера NRF24L01+ на пульт управления машиной.
Трансивер подключается к микроконтроллеру по шине SPI. Частота передачи 2,4GHz.
У меня используется вариант трансивера NRF24L01+ с усилителем и внешней антенной, это обеспечивает дальность в прямой видимости до одного километра.
Маленькая плата под трансивером — конвертер питания на 3,3В.

трансивер — http://www.ebay.com/itm/131132832737
конвертер питания к нему — http://www.ebay.com/itm/161235913779

Приемник телеметрии сделал на освободившемся контроллере Multiwii SE, на приемном блоке будет такой же дисплей, как и на машине — RGB OLED 160×128.

Для охлаждения ДВС буду пробовать две маленькие турбины EDF 50мм.
Для их установки необходимо сделать воздуховоды.
 EDF 50мм — http://www.ebay.com/itm/301024579891

27.07.2014 Заменил мотор/генератор Turnigy AquaStar T20 3T 730KV на Turnigy Aerodrive SK3 — 6374-192kv это связано тем, что первый вариант выдавал необходимое напряжение для работы совместно с 3s LiPo аккумуляторами только на максимальных оборотах ДВС. Второй вариант должен обеспечить такой вариант уже с холостых оборотов ДВС (около 2000 об/мин), к тому же можно увеличить количество LiPo аккумуляторов в серии для увеличения бортового напряжения, что позволяет увеличить мощность и КПД.

Провел очередное испытание.
Вентилятор охлаждения остался компьютерного типа 120мм, пока не сделал крепеж для EDF.
Новый  мотор/генератор Turnigy Aerodrive SK3 — 6374-192kv оказался более тяговитым, но так же как прошлый мотор/генератор не всегда может стартануть ДВС. На мой взгляд это общая проблема безсенсорных систем при старте, возможно особенность прошивки моего контроллера ESC Mamba Monster.
Забегая вперед повторю заповедь радиста — не крути одновременно две ручки.
Итак, я заменил карбюратор и мотор/генератор.
ДВС завелся, я начал настраивать карбюратор, но происходили странности с настройкой минимального холостого хода и настройкой максимального газа.
Основная проблема в том что максимальные обороты не превышали 3500 об/мин и реакции на заслонку газа почти не было, качество смеси по большей части меняло дымность выхлопа.
Нагрузку не подключал.
Смотрю на телеметрию, а там нереальные значения токов в аккумуляторы, напряжения в норме.
Потрогал радиатор выпрямителя, а он горяченный.
При работающем ДВС отключаю аккумуляторы и тут мотор запел, как положено и на заслонку корректно реагирует.
Смотрю на напряжение с выпрямителя — около 40В!!!
Попробовал включить нагрузку, но нихромовые спирали были подобраны под 12В, при 40В получается такой большой ток, что ДВС сразу глохнет.
Далее происходят печальные вещи.
После нескольких запусков без аккумуляторов сгорают диоды защиты аккумуляторов от обратного тока ESC. Пробую подключить аккумулятор напрямую к ESC, при включении во время инициализации начал немного дергаться мотор, далее при попытке завести систему сгорает ESC с сильным дымом.
Пока точно сказать не могу — КЗ в моторе или пробило транзисторы в ESC.
Склоняюсь ко второму, т.к. при подключенных аккумуляторах было много включений и все работало нормально.
ESC Mamba Monster максимум расчитан на 6S LiPo, т.е. около 25В, при отключении аккумулятора на него подалось около 40В, что вызвало внутренние неполадки, подключение аккумулятора просто добило выходные транзисторы.

Почему так повлияло отключение аккумуляторов.
Аккумулятор снова сработал в качестве стабилизатора напряжения, как у меня уже было при самом первом запуске системы, но ведь у меня уже стоят диоды защищающие от обратного тока. Только вот диоды я подбирал исходя из большого прямого тока и малого падения напряжения, поэтому обратное напряжение невысокое — 15В. Я считал что этого будет достаточно, а тут с заменой генератора легко превысил его в два раза. Отсюда и возникла проблема, что ДВС упорно не набирал более 3500об/мин. Странно что еще выпрямители не погорели от перегрузки, ведь внутреннее сопротивление LiPo аккумуляторов очень маленькое, получается практически короткое замыкание после выпрямителя.
Аккумуляторы снова подпортил перезарядом — получилось около 4,35В на элементах после всех эксперементов.
Компьютерный вентилятор тоже сгорел после повышения напряжения до 40В.

Итого: необходимо вначале настроить карбюратор и начинать эксперементы с холостого хода ДВС, по мере увеличения оборотов контролировать все токи и напряжения.

Пока будет большая пауза — необходимо заменить часть элементов.

06.10.2014 Восстановил систему.
Очень хотел чтобы система работала на 3s-4s LiPo, для этого взял уже третий вариант мотор/генератора — NTM Prop Drive 50-60 Series 380KV / 2665W
Место покупки — http://www.parkflyer.ru/4533/product/445363/

Вместо сгоревшего контроллера Mamba Monster испробовал два варианта:

2. Автомобильный Turnigy Trackstar 150A GenII 1/8th Scale Sensored Brushless Car ESC —
http://www.parkflyer.ru/84533/product/1117779/

Первый вариант имеет очень плавную стартовую характеристику и практически не способен провернуть ДВС для старта, программирование различных настроек в ESC особого влияния не оказали.

Второй вариант с легкостью заводит ДВС.

Но проверить напряжения и токи не получилось — после десятка минут работы у мотор/генератора NTM Prop Drive 50-60 Series 380KV отвалился сепаратор магнитов и несколько магнитов.

Пока остановлюсь на самом первом мотор/генераторе Turnigy AquaStar T20 3T 730KV с использованием бортовой сети 2S LiPo.

EDF турбинки охлаждения подключил к ESC TURNIGY Plush 10amp 9gram Speed Controller — http://www.parkflyer.ru/84533/product/4204/

PS продолжение будет не скоро — делаю машину (Тополь-М) на которой будет стоять эта система и монтирую видеоклип (БТР играет на барабанной установке),а также занимаюсь отладкой программы системы управления гибридом

www.krohpit.ru