Материал: 2363
НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ
В зависимости от выполняемых функций ГЭСУ классифицируются по шкале от традиционного |
|
автомобиля до электромобиля. Такая классификация приведена в [4]. Самую низкую степень |
|
гибридизации имеют гибриды с ЭСУ типа ДВС – ИСГ (микрогибрид). Затем в порядке возрастания |
|
степени гибридизации следуют: средний гибрид (Mild Hybrid – без ДВС движение невозможно), |
|
HEV – Hybrid Electric Vehicle (автомобиль с полным гибридным приводом – полный гибрид, |
|
может двигаться и без ДВС); PHEV – Plugin Hybrid Electric Vehicle (автомобиль с полным |
|
гибридным приводом и зарядкой от внешнего источника – плагин-гибрид); RXBEV – Range |
|
Extender Battery Electric Vehicle (аккумуляторный электромобиль с ДВС приводом к генератору, |
|
питающему ЭД, для увеличения запаса беззарядного хода – без ЭД движение не возможно). |
|
Здесь чем выше уровень гибридизации, тем больше нагрузка на электрический привод |
|
относительно теплового привода. У этих классов структура сопряжения ДВС и ЭД в ГЭСУ |
|
может быть различной [5]. |
|
Различают два основных типа ГЭСУ: последовательные и параллельные. |
|
В последовательной ГЭСУ двигатель передает энергию вращения генератору, который |
|
заряжает аккумуляторную батарею и питает электроприводы, в том числе и те, которые приводят |
|
автомобиль в движение. Следовательно, механическая энергия ДВС непосредственно не |
|
используется для перемещения автомобиля. |
|
В параллельной ГЭСУ как ДВС, так и электродвигатель вырабатывают механическую энергию |
|
непосредственно для перемещения. |
|
Существуют и смешанные (комбинированные) ГЭСУ. Они соединяют в себе преимущества |
|
последовательного и параллельного типов. При этом режим работы ДВС выбирается |
|
оптимальным. Недостатками комбинированных ГЭСУ являются: повышенная сложность |
|
управления механической энергией, наличие отдельного генератора, высокая стоимость. |
|
Из всех существующих на сегодняшний день гибридов бесспорную пальму первенства по |
|
объему продаж держит автомобиль Toyota Prius. Это самый первый гибрид, который выпускается |
|
серийно с 1997 года. Он представляет собой пятиместный переднеприводной седан. Его ГЭСУ |
|
имеет четырёхцилиндровый бензиновый ДВС 1,5 л (58 л.с., 102 Н·м при 4000 об/мин) и ЭД с |
|
крутящим моментом 305 Н·м при 940 об/мин (41 л.с. при 940…2000 об/мин). Сопряжение ДВС и ЭД |
60 |
здесь имеет последовательно-параллельную схему (смешанную). В качестве ВВАКБ использовано |
40 никель-металлогидридных батарей. На автомобилях первого поколения Toyota Prius разгон до 16 км/ч осуществлялся только на ЭД, расход топлива составлял 3,6 л на 100 км, максимальная скорость 161 км/ч, время разгона скорости до 100 км/ч– 14 с.
При создании Toyota Prius закладывался большой ресурс прочности. Японцы были первопроходцами и не хотели испортить репутацию. Даже в наших условиях встретить на Toyota Prius ржавчину можно очень редко - как правило, это битый автомобиль. Даже Prius с пробегом 480 тыс. км может еще работать достаточно долго, а его батарея при надлежащем уходе может быт пригодной в течение всего срока его эксплуатации. Как правило, проблемы у этих автомобилей вызваны неквалифицированным вмешательством непрофессионалов.
В 2005 году начался серийный выпуск второго поколения Toyota Prius с улучшенными характеристиками и большей мощностью. Его ДВС с объемом 1,5 л имеет мощность 78 л.с., ЭД– 68 л.с. с крутящим моментом 400 Н·м. Это уже полный гибрид. Он может развивать скорость 50 км/ч только на одном ЭД.
Автомобиль хетчбэк Toyota Prius третьего поколения дебютировал на мотошоу в Детройте в 2009 г. Основное изменение в ГЭСУ – это 1,8-литровый четырехцилиндровый бензиновый ДВС, работающий по циклу Аткинсона, мощностью 98 л.с. с максимальным крутящим моментом 142 Н·м. Расход топлива 4,7 л на 100 км.
Эксплуатация гибридов в условиях Сибири показала, что из всех гибридов Toyota Prius – наиболее приспособленное к суровым зимам транспортное средство. В Интернете можно найти сообщения о том, что Toyota Prius легко заводится и при -20°С. Есть случаи, когда эта машина, всю ночь отстоявшая на тридцатиградусном морозе, заводилась с третьей попытки, а в ХантыМансийске одному владельцу Приуса удалось завести свою машину за четыре раза и при-56°С.
По многим параметрам автомобили Toyota Prius значительно опережают гибриды других марок:
1)более экономичны;
2)наносят меньше вреда экологии;
3)могут дольше обходиться без заправки;
4)их ВВАКБ могут подзаряжаться от бензинового двигателя, и эти батареи весят
|
|
Техника и технологии строительства, № 1(9), 2017 |
http://ttc.sibadi. |
НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ
существенно меньше, чем у электромобилей.
5)ДВС работает только в оптимальном режиме;
6)существует возможность движения только на электродвигателях;
7)концерн Toyota гарантирует исправную работу ВВАКБ в течение 8 лет эксплуатации, а её утилизацию берёт на себя, принимая у населения отработавшие ВВАКБ;
8)никель-гидридные ВВАКБ не боятся холодов (их разрядная ёмкость при низких температурах, конечно, тоже падает, но зато их рабочий ресурс даже увеличивается);
9)при нормальной эксплуатации поломки узлов и агрегатов Приуса происходят редко;
10)в некоторых странах, например в США, для владельцев Toyota Prius предусмотрена система налоговых льгот.
Увы, последнее достоинство не распространяется на Россию. Более того Госдума приняла закон, разрешающий ввоз в Россию только Приусов выпуска 3…5-летней давности. В чьих интересах такой закон? Явно не в наших интересах. Запад сам будет ездить на новеньких, только что с конвейера Приусах, а в Россию поставлять б/у, перекладывая на наши плечи ещё
и проблему их утилизации.
Кроме этого для нас минуса можно отметить ещё и такие недостатки Приусов:
1)из-за сложности устройства двигателя покупка гибридных автомобилей и их ремонт обходится дороже, чем приобретение и починка машины с классическим двигателем;
2)самым узким местом Приуса является ВВАКБ и инвертор, а их замена стоит больших денег;
3)гибридные автомобили достаточно сложны в устройстве. Для их починки требуется помощь профессионала, которую не везде можно получить [6].
Все другие марки гибридов, эксплуатируемых в Сибири, значительно уступают Toyota Prius.
В частности, Toyota Rav-4 и Lexus NX 300H, имеющие по существу одинаковую схему ГЭСУ, по объему продаж на сибирском рынке значительно уступают Приусу. Toyota Prius в условиях низких температур стартует легче любого другого автомобиля. Только надо иметь в виду, что начинать движение при очень низких температурах нельзя пока не запустился ДВС. Это вам не Силиконовая долина, а Сибирь.
Следует ожидать, что данная ситуация преобладания среди гибридов Приусов сохранится на 61 дорогах Сибири ещё долго, если только инженерная мысль не приведёт к открытию принципиально новых ЭСУ – работающих, на базе бестопливных технологий. Концерн Toyota скупил все патенты на изобретение всех узлов ГЭСУ, которая и обеспечила успех этой марки, и тем самым лишил других производителей гибридов создать что-либо подобное. Главный элемент в этой ГЭСУ, который не имеют право использовать другие автоконцерны, это делитель мощности (ДМ), распределяющий механическую энергию между генератором и механическим приводом. Изобретателем этого ДМ является гражданин России, который с недавних пор живёт в США.
Электрооборудование автомобилей содержит различные электрические аппараты, обладающие определённой термической стойкостью [7, с. 82]. При низких температурах окружающей среды термическая стойкость электрических аппаратов повышается, что позволяет их эксплуатировать в более продуктивных режимах работы. Поэтому низкие температуры внешней среды кроме минусов дают еще и плюс, которым можно воспользоваться, совершенствуя соответствующим образом автомобильное электрооборудование в целом. Так можно создавать гибриды с лучшей адаптацией к сибирским морозам.
Заключение
Переход автомобильного транспорта на альтернативные источники энергии и электрические энергетические силовые установки является лишь вопросом времени.
На основе имеющихся в настоящее время источников электрической энергии переход от традиционных автомобилей к электромобилям не целесообразен. Такой переход в глобальном масштабе не только не улучшает экологическую ситуацию биосферы Земли, но ещё и усугубляет ее. В настоящее время наиболее актуален переход автомобильного транспорта на гибридные автомобили.
Среди существующих в настоящее время классов гибридных автомобилей наилучшие эксплуатационные показатели имеют гибриды со смешанной (последовательно-параллельной) схемой сопряжения ГЭСУ.
В условиях Сибири наилучшие показатели эксплуатации имеют гибриды марки Toyota Prius, начиная от самой первой их версии (выпуска 1997 года) и до последних. Однако имеет место проблема их техобслуживания из-за дефицита кадров требуемой квалификации.
Необходимо наладить службу техобслуживания Приусов и гибридных Лексусов. Но гораздо http://ttc.sibadi.
НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ
полезнее будет разработать альтернативный им отечественный гибрид, с такими же эксплуатационными показателями, но лучше приспособленными к работе в условиях суровых сибирских зим.
Научный руководитель к.т.н, доцент Червенчук В.Д.
Библиографический список
1.Денисов, В.П. Электрический привод : учебное пособие / В.П. Денисов, В.Д. Червенчук – Омск :
СибАДИ, 2015 – 172 с.
2.Скворцов В.А., Берестов А.А. Тенденции в развитии транспортных средств с использованием электрического привода. – Силовая Электроника, №1, 2004.
3.A New Road: The technology and Potential of Hybrid Vehicles by David Friedman. Union of Concerned Scientists. January 2003.
4.Червенчук В.Д. К вопросу о классификации энергетических силовых установок гибридных автомобилей // Архитектура, строительство, транспорт: Материалы Международной научно-практической конференции (к 85-летию ФГБОУ ВПО «СибАБИ»). – Омск, 2015. С. 1055-1060.
5.Червенчук В.Д. О тенденциях развития электрооборудования традиционных и гибридных автомобилей // Современное научное знание в условиях системных изменений: Материалы Первой национальной научно-практической конференции. Тара: Изд-во ФГБОУ ВО Омский ГАУ, 2016. С. 234-237.
6.Червенчук В.Д. Перспективные направления повышения эффективности эксплуатации автомобильного электрооборудования // Архитектурно-строительный и дорожно-транспортный комплексы: проблемы, перспективы, новации: Материалы научно-практической конференции [Электронный ресурс]: 2016. С. 725-729. Доступ из научной электронной библиотеки eLIBRARY.RU. URL: http://elibrary.ru/download/elibrary_28180371_46514108.pdf (дата обращения 13.03.2017).
7.Червенчук, В.Д. Электрические аппараты. Тепловые процессы в электрических аппаратах: учебное пособие [Электронный ресурс] : учебное пособие : [направление "Электроэнергетика и электротехника"] / В. Д. Червенчук, А. Л. Иванов ; СибАДИ, кафедра "Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование". - Электрон. дан. - Омск : СибАДИ, 2016. - 132 с. : ил., табл. - Загл. с титул. экрана. -
Библиогр.: с. 121. - ISBN 978-5-93204-939-6
62
PROBLEMS OF OPERATION AND MAINTENANCE OF HYBRID VEHICLE
UNDER CONDITIONS OF SIBERIA
A.N. Nikolaeva, R.K. Bizhanov
Annotation. Hybrid cars and their place in the development of the automotive industry. The pros and cons of switching to the production of electric vehicles and hybrid cars are revealed. It is established that the logic of the development of electrical equipment of traditional cars testifies to their smooth transition to hybrid cars. The operation of hybrid cars in Siberia and the features of their work in the winter. Start the engine Toyota Prius in low temperature. The main parameters for which Toyota Prius cars have advantages over other hybrid cars.
Keywords: hybrid cars, electric cars, power plants, electric equipment of the car, electric drive, electric motor, internal combustion engine, chemical sources of current.
References
1.Denisov, V.P. EHlektricheskij privod : uchebnoe posobie / V.P. Denisov, V.D. CHervenchuk – Omsk : SibADI, 2015 – 172 s.
2.Skvorcov V.A., Berestov A.A. Tendencii v razvitii transportnyh sredstv s ispol'zovaniem ehlektricheskogo privoda. – Silovaya EHlektronika, №1, 2004.
3.A New Road: The technology and Potential of Hybrid Vehicles by David Friedman. Union of Concerned Scientists. January 2003.
4.CHervenchuk V.D. K voprosu o klassifikacii ehnergeticheskih silovyh ustanovok gibridnyh avtomobilej // Arhitektura, stroitel'stvo, transport: Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii (k 85-letiyu FGBOU VPO «SibABI»). – Omsk, 2015. S. 1055-1060.
5.CHervenchuk V.D. O tendenciyah razvitiya ehlektrooborudovaniya tradicionnyh i gibridnyh avtomobilej // Sovremennoe nauchnoe znanie v usloviyah sistemnyh izmenenij: Materialy Pervoj nacional'noj nauchnoprakticheskoj konferencii. Tara: Izd-vo FGBOU VO Omskij GAU, 2016. S. 234-237.
6.CHervenchuk V.D. Perspektivnye napravleniya povysheniya ehffektivnosti ehkspluatacii avtomobil'nogo ehlektrooborudovaniya // Arhitekturno-stroitel'nyj i dorozhno-transportnyj kompleksy: problemy, perspektivy, novacii: Materialy nauchno-prakticheskoj konferencii [EHlektronnyj resurs]: 2016. S. 725-729. Dostup iz nauchnoj
ehlektronnoj biblioteki eLIBRARY.RU. URL: http://elibrary.ru/download/elibrary_28180371_46514108.pdf (data http://ttc.sibadi.
НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ
obrashcheniya 13.03.2017).
7. CHervenchuk, V.D. EHlektricheskie apparaty. Teplovye processy v ehlektricheskih apparatah: uchebnoe posobie [EHlektronnyj resurs] : uchebnoe posobie : [napravlenie "EHlektroehnergetika i ehlektrotekhnika"] / V. D. CHervenchuk, A. L. Ivanov ; SibADI, kafedra "Teplovye dvigateli i avtotraktornoe ehlektrooborudovanie". - EHlektron. dan. - Omsk : SibADI, 2016. - 132 s. : il., tabl. - Zagl. s titul. ehkrana. - Bibliogr.: s. 121. - ISBN 978-5- 93204-939-6
УДК 621.432:502.14:543.42.061
НЕТРАДИЦИОННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ДВС
А.А. Полынская, Литвинов П.В
Омский Государственный университет путей и сообщений, Россия, г. Омск Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ), Россия, г. Омск
Аннотация. В статье рассматриваются пути нейтрализации отработавших газов путем применения катализаторов и каталитических покрытий внутри камеры сгорания. Описывается актуальность проблемы, а именно влияние загрязняющих веществ на окружающую среду. Проведен обзор имеющихся катализаторов. Осуществлен патентный поиск, на основании которого был выбран метод нанесения каталитического покрытия внутри камеры сгорания двигателя на поршни, путем добавления порошка с каталитической примесью в масло, как наиболее эффективный.
63
Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания (ДВС), камера сгорания, катализатор, экологическая безопасность.
Введение
Решение экологических вопросов в последнее время становится все более актуальным. Это связано как с усугублением возникающих проблем охраны окружающей среды, так и с требованиями, которые диктуют специальные организации ЕС. Специальный технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ» практически полностью базируется на Правилах ЕЭК ООН. В среднем по России вклад автотранспорта в загрязнение атмосферного воздуха составляет 40-45%, а в крупных городах – до 90% [1]. По суммарной массе и общему отравляющему эффекту СО занимает первое место среди газов-загрязнителей [2]. Одним из аспектов деятельности экологических организаций является контроль над токсичностью отработавших газов автомобилей. Эта проблема актуальна не только в Европе, но и в странах СНГ. Методом минимизации токсичности выхлопных газов является применение на автомобилях устройств, именуемых катализаторами. Они призваны получить выхлопы с определенным содержанием СО, СН, NO, не превышающим установленных ЕС норм.
В настоящее время каталитические нейтрализаторы можно подразделить на три вида рис. 1. Каталитический нейтрализатор расположен либо на приемной трубе, либо сразу после нее.
Внутри корпуса каталитического нейтрализатора находится керамическая сотовая конструкция. Соты нужны для того, чтобы увеличить площадь контакта выхлопных газов с поверхностью, на которую нанесен тонкий слой платиноиридиевого сплава. Недогоревшие остатки (CO, CH, NO) касаясь поверхности каталитического слоя, окисляются до конца кислородом, присутствующим также в выхлопных газах. В результате реакции выделяется тепло, разогревающее катализатор и, тем самым, активизируется реакция окисления. В конечном итоге на выходе из катализатора (исправного) выхлопные газы содержат в основном N2 и СО2.
|
|
Техника и технологии строительства, № 1(9), 2017 |
http://ttc.sibadi. |
НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ
Рисунок 1 – Основные виды катализаторов |
|
Основная часть |
|
Обзор патентов с целью решения проблемы |
|
С целью снижения загрязненности атмосферы выхлопные газы пропускают через |
|
жидкостные, пламенные, каталитические и др. нейтрализаторы [3]. В каталитических |
|
нейтрализаторах наибольшее распространение получили покрытия, содержащие благородные |
|
металлы (Au, Ag, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru), а также переходные металлы (Mn, Fe, Cr, V, Mo, Co, Ce, Ni, |
|
W, Cu, Sn) и их оксиды. Наиболее эффективными являются покрытия на основе благородных |
|
металлов – платины (Pt) и палладия (Pd). Платина является универсальным катализатором, |
|
обеспечивающим быстрое протекание реакций окисления и восстановления. Палладий, как |
|
правило, используют для ускорения окислительных реакций. Для интенсификации |
|
восстановительных реакций применяют радий (Ra), рутений (Ru), оксиды меди, железа, |
|
марганца, ванадия, хрома и др. Катализирующая эффективность остальных металлов ниже [4]. |
|
Аналогичные покрытия можно применять и непосредственно в камере сгорания ДВС. |
64 |
Например, корундовый слой на поверхности камеры сгорания может быть использован в |
качестве носителя катализатора и при повышенных температурах непосредственно в качестве катализатора. Результаты стендовых испытаний автотракторного дизеля показали, что применение корундового слоя позволяет снизить массовый выброс твердых частиц с отработавшими газами на 19-30% [5, 6].
С целью уменьшения токсичности выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) разработаны патенты. Например:
Известен "Способ каталитической нейтрализации отработавших газов в цилиндрах ДВС" (Патент РФ №2163677, F02В 47/04) с использованием в качестве окислительновосстановительных катализаторов окислы соединений металлов железа, цинка, хрома, марганца и никеля, добавляемых в топливо в виде растворов или на выносителях, причем добавление этих растворов должно производиться на нефтеперерабатывающих заводах. Недостатками этого способа является то, что, во-первых, в составе выхлопного газа появятся новые газообразные соединения хрома, цинка и других металлов, вводимые в топливо; вовторых, окислы металлов в топливе в процессе транспортирования и хранения выпадут в осадок; в-третьих, требуется постоянная регулировка питающего устройства двигателя, а также высокая стоимость материалов [6].
Также известен "Способ работы двигателя внутреннего сгорания и каталитическая композиция для его осуществления" (Патент РФ №2069774, кл. F02В 52/02). На поверхности деталей камеры сгорания двигателя наносят катализатор, в качестве которого используют медь, или оксид меди, или композицию, содержащую металлы или оксид металла, выбранного из группы: марганец, никель, хром или их смесь, дополнительно содержащую платину или палладий. Катализатор наносят на поверхности деталей камеры сгорания, контактирующие с топливом и/или топливовоздушной смесью, и/или с продуктами сгорания толщиной 0,01-10 мкм. Недостатками являются очень сложная технология гальванического метода нанесения каталитического покрытия на детали камеры сгорания. Не менее сложна и предварительная обработка этих поверхностей для последующего нанесения каталитического покрытия. Каталитические покрытия деталей камеры сгорания, имеющие толщину 0,01-10 мкм и работающие при высоких температурах и давлениях, не могут быть долговечными [7].
|
|
Техника и технологии строительства, № 1(9), 2017 |
http://ttc.sibadi. |