ghiuzan gabriel - motoare hibride

8/3/2019 Ghiuzan Gabriel - Motoare Hibride

1/15

Motoare hibride

Realizri i tendine n propulsia hibrid a automobilelorAutovehiculele electrice hibride sunt prevzute att cu motor termic, ct i cu motor electric i pot

fi realizate, aa cum s-a menionat anterior, n dou configuraii: configuraia n serie, la care nu exist legtur mecanic direct ntre motorul termin i transmisiamecanic. n acest caz, motorul termic antreneaz un generator, care asigur ncrcarea bateriei. Energiaelectric stocat de ctre baterie este foloisit pentru alimentarea motorului electric, care acioneaztransmisia mecanic a automobilului. Configuraia n serie a autovehiculelor hibride prezint avantajulfaptului c motorul termic funcioneaz n regim constant de sarcin i turaie, ceea ce permite micorareaconsumului su de combustibil i a emisiilor sale poluante. configuraia n paralel, la care att motorul termic ct i motorul electric pot aciona transmisia mecanica automobilului. La aceast soluie constructiv, motorul electric este cuplat att cu motorul termic (prinintermediul unui ambreiaj electromagnetic), ct i cu transmisia mecanic, putnd fi utilizat i ca generator.Astfel, atunci cnd motorul termic propulseaz automobilul (deplasri interurbane), motorul electric estefolosit ca generator, ncrcnd bateria. Pentru deplasarea n interiorul oraului se folosete energia bateriei,care alimenteaz motorul electric; n acest timp, motorul termic este decuplat de la motorul electric de ctreambreiaj.

Exist i autovehicule hibride, cum este cazul NISSAN Tino, organizate dup soluia n paralel,care sunt prevzute ns cu dou motoare electrice. Astfel, pe schema din fig. 1.77 se poate observa cmotorul 3 este utilizat pentru propulsia autovehiculului, n timp ce motorul-generator 4, cuplat cu motorultermic 1, are att rolul de demaror, asigurnd pornirea motorului termic, ct i cel de generator, realizndncrcarea bateriei 5. Motorul termic este cuplat cu motorul electric prin intermediul ambreiajului 6; atuncicnd se utilizeaz propulsia electric, ambreiajul 6 decupleaz motorul termic de restul transmisiei.

Fig. 1.77 Autovehicul hibrid n configuraie paralel, cu dou motoare electrice.

n fig. 1.78 este prezentat o soluie adoptat de ctre firma MITSUBISHIpentru realizarea unuiautobuz hibrid. Acesta este realizat dup configuraia n serie, motorul cu aprindere prin comprimare 3,fiind utilizat pentru antrenarea generatorului 5. Convertizorul 4 are roluri multiple:

asigur curentul alternativ necesar motoarelor de propulsie 6;

controleaz procesul de ncrcare al bateriei 7;


2/15

asigur curent continuu la tensiunea de 24 [V], necesar pentru alimentarea unor motoare suplimentare 2,destinate servodireciei i compresorului de aer. Autobuzul este prevzut cu un motor Diesel de 8200[cm3], iar motoarele electrice de traciune au cte 150 [kW] fiecare. Bateria este de tipul cu ioni de litiu,asigurnd o tensiune de 648 [V]; aceasta este format din ase module, fiecare cu cte 30 de elemeni (3,6[V/element]). Soluia adoptat a permis reducerea cu 70% a consumului de combustibil, n timp ce emisiilepoluante s-au redus cu 50%.

Fig. 1.78. Autobuz hibridMITSUBISHI Fuso

1-rezervor de aer; 2-motor electric auxiliar; 3-Motor Diesel; 4-convertizor cc-ca

5-generator; 6-motoare electrice de propulsie; 7-baterii

n fig. 1.79.a este prezentat sistemul Hyperdrive, dezvoltat de ctre firma PAICE. El are doumoduri de operare i anume: deplasare urban i deplasare interurban.

La deplasarea n ora, ambreiajul 3 este decuplat, motorul termic 1 este oprit, iar autovehicululfuncioneaz doar pe traciune electric (fig. 1.79.b), att timp ct gradul de descrcare al bateriei nu a atins50%. La un grad de descrcare mai ridicat, motorul termic este pornit pentru a ncrca bateria, iarconfiguraia autovehiculului devine n serie (fig. 1.69.c). Motorul termic este meninut pornit pn cndgradul de ncrcare al bateriei atinge70%.


3/15

Fig. 1.79 Sistemul Hyperdrive al firmei PAICE

a-schema de principiu; b,c-deplasarea urban; d,e-deplasare interurban; f-consumator de combustibil ladeplasarea pe autostrad; 1-motor termic; 2-generator; 3-ambreiaj; 4-motor de traciune; 5-baterie; 6-bloc

de comand;

La deplasarea interurban, cu viteze mai mari (fig. 1.79.d), ambreiajul 3 este cuplat, iarautovehiculul este propulsat de ctre motorul termic, motorul electric nefiind utilizat. Pentru accelerare(fig. 1.79.e), sistemul realizeaz configuraia n paralel,pentru propulsie fiind utilizate att motorul termic,ct i motorul electric. n fig. 1,79.fsunt redate curbele de consum de combustibil regim de rulare peautostrad. Sistemul electronic de comand i control este astfel proiectat nct motorul termic s fie pornit

doar dac acesta poate funciona la sarcini de cel puin 50%.


4/15

Fig. 1.80 Schema i vederea de ansamblu a sistemului de propulsie de la autoturismul TOYOTA PRIUSHybrid

1-motor termic; 2-generator; 3-motor electric; 4-diferenial; 5-bloc electronic de comand; 6-baterie.

Una dintre cele mai cunoscute realizri n acest domeniu este autoturismul TOYOTA PRIUSHybrid (fig. 1.80), realizat n configuraie paralel; n acest caz se utilizeaz un diferenial asimetric 4,descris n fig. 1.81. n schema din fig. 1.80, platoul port-satelii este antrenat de ctre motorul termic 1(care este un motor cu aprindere prin scteie de 1,5 [1]), roata dinat epicicloidal (cu dantur interioar),

ce acioneaz transmisia autovehiculului i motorul electric 3, n timp ce pinionul planetar centralantreneaz generatorul electric 2.

Fig 1.81.Diferenialul asimetric1-motor termic; 2-satelii; 3-platou port-satelii; 4-roat dinat cu dantur interioar; 5-pinion

planetar central; 6-motor electric de propulsie; 7-generator electric; 8-spre transmisia autovehicululuiLa plecarea autovehiculului de pe loc, motorul electric este cel care asigur propulsia, motorul

termic fiind oprit. La atingerea unei viteze de 24 [km/h], generatorul este utilizat i ca motor, realiznd

pornirea motorului termic; acesta va funciona la un regim de turaie constant (4500 [rpm], 51 [kW]),antrennd generatorul care alimenteaz motorul electric. Pentru accelerare este utilizat energia electricfurnizat de ctre bateriile autovehiculului.

La rndul su, firmaHONDA a optat pentru realizarea unui autoturism hibrid, denumitINSIGHT,ce utilizeaz o configuraie paralelclasic (fig. 1.82). Motorul electric, notat cu 2, care este i generatorare trei funcii i anume: ncrcarea bateriilor; pornirea motorului termic la plecarea de pe loc a autoturismului; accelerarea autovehiculului, cnd transimisia este antrenat att de ctre motorul termic, ct i de motorulelectric.


5/15

Fig. 1.82.Schema i vederea de ansamblu a sistemului de propulsie de la autoturismulHonda INSIGHT1-motor termic; 2-motor electric/generator; 3-cutie de viteze; 4-bloc electronic de comand; 5-baterii

n acelai timp, trebuie menionat c firma VOLVO adezvoltat o serie de proiecte de autovehicule hibride, precum: autocamionul (Environmental Concept Truck - fig.1.83); autobuzul VOLVO ECB (Environmental Concept Bus - fig.1.84); autoturismul VOLVO ECC (Environmental Concept Car), cu

configuraie hibrid n serie, echipat cu un grup turbogenerator icu baterii Ni-Cd.

Volvo ECT i ECButilizeaz acelai sistem

de propulsie, fiind echipate cu turbogeneratorul curecuperare de cldur VT100 (fig. 1.85) i cu baterii VartaNiMH (400 [V], 72 kWh); folosete alcoolul etilic dreptcombustibil.

Aceste autovehicule pot funciona n mod hibrid

sau numai electric. In modul de lucru hibrid (serie), energiaelectric necesar funcionrii motorului electric de propulsie este furnizat de ctre turbogenerator (anformat din turbomotor i generator electric de curentcontinuu - 450 [V], 110 kW), surplusul de energieelectric putnd fi utilizat pentru ncrcarea bateriilor (detip NiMH). Propulsia electric este asigurat de ctre baterii,turbogeneratorul fiind oprit.

Trebuie menionat c acest sistem hibrid de propulsiederiv din cel utilizat pe autocamioanele VOLVOFL6 Hybrid, descris n fig. 1.86. Aceste autocamioane erau

echipate cu un motor Diesel, care antrena generatoarele decurent electric.


6/15

n fig.1.87 este prezentat sistemul de propulsie hibrid realizat de firma german ZF, compus dinmotorul electric 1, ambreiajul 2 i cutia de viteze planetar cu opt trepte, 3.

Fig. 1.87.Ansamblul motor electri-cutie de viteze a sistemului de propulsie hibridZF


7/15

Honda FCX

n anul 1989, guvernul japonez a nceput s ia n considerare standardele de eficien ale noilorcombustibili, n scopul ameliorarii ca cca. 23% a coeficientului utilizrii combustibilului autovehiculelorpna n anul 2010. n trecut, productorii de automobile au ncercat s diminueze consumul de combustibiln primul rnd pentru a diminua costurile. n prezent, preocuprile productorilor de automobile suntorientate n primul rnd ctre evitarea dezastrelor ecologice ce ar putea rezulta din creterea temperaturiloratmosferice (efectul de sera). n acest scop, rile europene au decis deja reducerea cu 25% pna n anul2008 a emisiilor de bioxid de carbon, prin intermediul ameliorarii eficienei utilizrii combustibilului, ntimp ce unele state nord-americane (cum ar fi, de pild, California) au adoptat standarde menite spromoveze reducerea consumului de combustibil.

Firma japonez care a preluat conducerea n privina realizrii de vehicule cu emisii sczute (LowEmission Vehicles - LEV) este Honda Motor Company. Provocarea, n acest sens, ar fi s se realizeze unmotor ale crui emisii s fie chiar mai curate dect atmosfera normal, provocare acceptat i asumat defirma amintit. Tehnologiile eseniale n acest sens sunt injecia electronic a combustibilului (ElectronicFuel Injection-EFI) i convertorul catalic cu rodiu (Catalytic Converter Rhodium-CCRO). Dup cum estecunoscut, n ncercarea de a diminua emisiile poluante, firma Honda a realizat n anul 1972 un motorcompus, cu combustie controlat prin micare de rotaie (Compound Vortex Controlled Combustion-CVCC). De atunci, firma este implicat n mod activ n realizarea unui motor cu benzin cu emisie scazutpentru vehicule.

"Sistemul hibrid" este un termen general pentru un sistem care combin i utilizeaz doua tipuri desurse de energie. n general, sistemele hibride sunt clasificate n cele n serie i n paralel. Sistemele hibriden serie utilizeaz electromotorul doar pentru a pune n micare un generator electric, energia astfelobinut fiind folosit pentru a pune n micare motorul care, la rndul su acioneaz roile. Sistemul esteconsiderat a fi un hibrid "n serie" pentru c, energia trece printr-o serie de legturi succesive. Avantajele

sistemului constau n faptul c, un motor cu un randament redus poate fi operat eficient ntr-un mod cvasi-staionar, n timp ce bateriile sunt ncarcate corespunztor. n cazul sistemului hibrid paralel, motorul ielectromotorul acioneaz roile. Fora propulsoare a unuia sau a celuilalt este folosit n funcie delocalizare i vitez. Numele sistemului provine din faptul c, legturile forei propulsoare sunt paralele. ncazul acestui sistem, energia motorului poate asigura ncrcarea bateriilor n timpul deplasrii. Experiifirmei Honda sunt ns circumspeci, apreciind c, n momentul de fa este greu de anticipat dacmotoarele hibride vor deveni o tendin prioritar, deoarece totul depinde de costurile realizrii acestora.Dat fiind actuala infrastructur, problema principal care se pune n cazul motoarelor hibride este aceea ameninerii performanelor la un nivel comparativ cu cele ale motoarelor cu combustie. Este luat n calculi meninerea acestei noi orientri a produciei i chiar diminuarea costurilor, dac se va considera c,sistemul trebuie promovat. Pe de alt parte, atta timp ct sistemul include i o component electric

(bateriile), dezvoltarea i perfecionarea motoarelor hibride nu mai este exclusiv o preocupare a productorilor de autovehicule, deoarece ei nu au cum s diminueze, singuri, costurile cu bateriileProgresul n acest domeniu va fi, deci, legat i de eliminarea barierelor industriale.

Fa de toate aceste evoluii, experii consider alternativa vehiculelor cu celul electric decombustibil (Fuel Cell Electric Vehicles - FCEV) ca fiind cea mai bun opiune pentru automobilele cuadevrat ecologice ale viitorului. Celulele de combustibil sunt realizate ca un sandwich ce utilizeazstraturi de catalizator de platin i polimeri electroconductori. Hidrogenul este dirijat n aceast mixtur ireacia chimic declanat n prezena oxigenului din aer genereaz electricitate. Sistemul nu produceemisii i are ca rezultat doar un nivel minim de bioxid de carbon, motiv pentru care productorii deautovehicule din ntreaga lume se afl ntr-o acerb competiie pentru a perfeciona acest principiu i a

realiza o surs ideal de energie pentru produsele lor.


8/15

Dup cum sesizeaz experii firmei Honda, indiferent dac este vorba de motoarele cu combustieintern sau de cele hibride, emisiile de bioxid de carbon nu pot fi, practic, eliminate pna la zero. De aceea,ca i pentru a proteja resursele existente este necesar gsirea de noi soluii. Este i motivul pentru careexperii firmei nipone cred c, sistemul FCEV va fi sistemul secolului XXI. n competiia global pentrurealizarea unui sistem FCEV viabil, principalii concureni sunt grupul Daimler Chrysler, Toyota i ali productori cu renume mondial. Reprezentanii grupului Mercedes-Benz n Japonia consider cmotoarele hibride i cele cu injecie direct sunt, ntr-adevar deosebite, dar ele nu pot constitui dect oetap de tranziie, viitorul aparinnd, fr nicio ndoial, sistemul FCEV.

Exist doua tipuri de FCEV. Primul este sistemul pe baz de stocare de hidrogen, caz n care unrezervor de stocare a hidrogenului este instalat n vehicul pentru a asigura furnizarea direct a acestuia. Aldoilea tip este cel bazat pe modificarea metanolului. n acest caz, n vehicul este instalat un rezervor demetanol lichid, care este apoi modificat n hidrogen la bordul vehiculului. Dei sistemul de stocare ahidrogenului este atractiv, deoarece nu genereaz emisii de bioxid de carbon, el prezint totui dezavantajulexistenei unui spaiu pentru instalarea unui rezervor suficient de mare, precum i a unei reele de staii dealimentare. Dei sistemul bazat pe modificarea metanolului genereaz unele emisii de bioxid de carbon peparcursul transformrii metanolului n hidrogen, aceast variant nu necesit existena unor rezervoare preamari. n plus, dac metanolul va putea fi procurat de la staiile service ca i benzina, nu va mai fi nevoie deo reea independent pentru alimentare.

Protejarea mediului nconjurator a devenit deja o problem global prioritar. De aceea, gsirea desoluii n domeniu nu poate fi o preocupare doar a productorilor de autovehicule, ci i a celorlalteindustrii. Doar n acest fel va putea prinde contur real automobilul secolului urmtor. Niciunul dintreproductorii de autovehicule nu se poate pronuna n prezent asupra alternativei optime a automobilelorviitorului. Un singur lucru este cert: acela ca, aceste automobile vor trebui s fie ecologice.

Prototipul Honda FCX a cunoscut de la apariia sa pe pia n decembrie 1999 i pn n prezentnumeroase stadii de progres, acestea fiind descrise mai jos:

FCX-V1 1999

- metoda de stocare a hidrogenului: rezervor din aliaj- capacitatea de stocare a hidrogenului: -- tipul pilei de combustie: PEM (Polymer Electrolyte Membrane), sistemul Ballard- asistent motor: baterie- putere maxim motor: 67CP- cuplu maxim motor: -- viteza maxim: -- autonomia de deplasare: -- locuri pasageri: dou persoane- spaiu depozitare: -

FCX-V2 1999

- metoda de stocare a metanolului modificat: rezervor de aliaj- capacitatea de stocare a metanolului modificat: -- tipul pilei de combustie: PEM sistem propriu- asistent motor: baterie- putere maxim motor: 67CP- cuplu maxim motor: -

- viteza maxim: -


9/15

- autonomia de deplasare: -- locuri pasageri: dou persoane- spaiu depozitare: -

FCX-V3 2000/2001

- metoda de stocare a hidrogenului: rezervor de nalt presiune (250 at)- capacitatea de stocare a hidrogenului: 100L- tipul pilei de combustie: PEM sistemul Ballard- asistent motor: ultra-condensator- putere maxim motor: 82CP- cuplu maxim motor: 238 Nm- viteza maxim: 130 km/h- autonomia de deplasare: 180 km- locuri pasageri: patru persoane- spaiu depozitare: -

FCX-V4 2001/2002

- metoda de stocare a hidrogenului: rezervor de nalt presiune (350 at)- capacitatea de stocare a hidrogenului: 137L- tipul pilei de combustie: PEM sistemul Ballard- asistent motor: ultra-condensator- putere maxim motor: 82CP- cuplu maxim motor: 238 Nm- viteza maxim: 140km/h- autonomia de deplasare: 315km- locuri pasageri: patru persoane- spaiu depozitare: 98L

FCX 2002

- metoda de stocare a hidrogenului: rezervor de nalt presiune (350 at)- capacitatea de stocare a hidrogenului: 156,6L- tipul pilei de combustie: PEM sistemul propriu- asistent motor: ultra-condensator- putere maxim motor: 82CP- cuplu maxim motor: 272 Nm- viteza maxim: 150km/h- autonomia de deplasare: 355km- locuri pasageri: patru persoane- spaiu depozitare: 102L


10/15

FCX 2004

- metoda de stocare a hidrogenului: rezervor de nalt presiune (350 at)- capacitatea de stocare a hidrogenului: 156,6L- tipul pilei de combustie: PEM sistemul propriu- asistent motor: ultra-condensator- putere maxim motor: 109CP- cuplu maxim motor: 272 Nm- viteza maxim: 150km/h- autonomia de deplasare: 430km- locuri pasageri: patru persoane- spaiu depozitare: 102L.


11/15

Toyota Prius

Prius este mare i spatios - cu 4450 mm n lungime, asigur cinci locuri confortabile, idispune de suficient volum pentru bagaje n cei 408 litri ai portbagajului.

Prius este propulsat de sistemul hibrid Toyota Synergy Drive - o combinaie inteligent ntre

motorul pe benzin i cel electric, ce asigur o tranziie lin ntre modurile de operare, n timp ceconduceti.

Sistemul Hibrid Synergy Drive nu este doar o versiune mbuntit a sistemului original hibrToyota (THS). Este un concept cu totul nou, care reprezint soluia ideal pentru cei care vor s mbiplcerea de a conduce cu impactul minim asupra mediului nconjurator. Un motor pe benzin, mai puternde 1.5-litri funcioneaz alturi de un motor electric mai mic i mai eficient, pentru a obine performane cafac din modelul Prius un adversar serios la Segmentul D. ntr-adevar, motorul electric este mai puterndect cele mai multe motoare cu combustie intern de 1.0 pna la 1.2-litri. La 400 Nm de la 0-1200 rpcuplul modelului Prius este mai mare dect al motorului V6 diesel. Ca rezultat, poate obine o accelerare la 0 la 100 km/h sub 11 secunde, comparabil cu o main cu motor convenional diesel de 2.0-litri.

ntre mainile cu motoare cu combustie intern, Prius este de departe cel mai putin poluant, iar emis

de CO2 se situeaza la nivelul emisiei unei masini compacte.Nivelele de emisii NOx si HC sunt mai joase dect cele ale oricror alte motoare pe benzin, iar emisiile dparticule poluante sunt reduse la zero. n total, emisiile nocive ale modelului Prius sunt cu 40% mai scazudect normele europene pentru 2005. De asemenea, sistemul hibrid Toyota Synergy Drive permiobinerea unei economii de carburant considerabile, de pna la 40%.

Principiul de funcionare (hybrid)

La viteza mic:


12/15

Pn la o anumit vitez (mic) puterea este furnizat de ctre motorul electric alimentat de la baterii.Accelerare puternic

Puterea este furnizat n mod hibrid din ambele surse, adic se folosete att motorul electric alimentadin baterii si generator cat si cel pe combustibil.

Pe Autostrad


13/15

n condiii de performan maxim sursa de putere va fi exclusiv furnizat de ctre motorul peCombustibil.

Frnasau Decelerare (micorarea vitezei, coborre, etc)

n timpul frnrii sau decelerrii energia de micare se recuperaz, motorul electric funcionnd nregim de dinam, ncrcnd bateriile.

Lastop(frmicare


14/15

Motorul pe combustibil este oprit n mod automat pentru economisire, iar motorul electric este nstandby urmnd a fi pus n funcionare foarte rapid cnd se accelerareaz.

Sistemul de Control al Stabilitii Vehiculului

Sistemul de Control al Stabilitii Vehiculului (VSC) conlucreaz cu servodirecia electricasigurnd acesteia un cuplu optim pentru a ajuta oferul s manevreze volanul mai precis. Sistemumbuntete timpii de reacie i reduce pericolul derapajului prin controlarea forei motrice i a celei de

frnare n cazul unei opriri de urgen.Un ansamblu de senzori comunic Modulului Electronic de Control (ECU) strile vehiculului

aciunile pe care le ntreprinde oferul. Folosindu-se de aceste informaii sistemul activeaz individuafrnele i acceleraia mainii pentru a contribui la meninerea stabilitii acesteia pe tras.

Sistemul Toyota de Management Integrat al Parametrilor Dinamic ai Vehiculului (VDIM) esterezultatul integrrii sistemului VSC cu cel de servodirecie asistat cu motor electric, cu Raport Variabil deVirare (VGRS) - o nou tehnologie cu grad de reacie adaptat solicitrilor.

VDIM este unic datorit urmtorilor factori: n primul rnd, controlul este activat nainte cavehiculul s depeasc o stare critic, mrindu-se astfel nivelul de siguran activ (funcie de prevenire);n al doilea rnd, sistemele componente sunt gestionate cursiv, conlucrnd perfect.

Fiecare din subsistemele componente ale VDIM (Sistemul Pentru Prevenirea Blocrii Roilor la

Frnare - ABS, de Control al Traciunii - TRC, de Control al Stabilitii Vehiculului - VSC, VGRS* iServodirecia Asistat cu Motor Electric) sunt integrate pentru o iteroperativitate maxim. Toyota a fostunul dintre primii productori care a introdus sistemul VGRS n anul 2002, la modelul Land Cruiser.

Sistemul VDIM integreaz toate celelalte sisteme electronice de siguran. Senzorii comunic ogam larg de parametri Modulului Electronic de Control - ECU - precum acceleraia n direcia de mers, nmararier sau acceleraia lateral, viteza de rotaie a roilor, unghiul de nclinare al mainii (raportul denclinare fa de centrul de greutate al mainii), unghiul de bracaj, gradul de apsare al pedalei deacceleraie i presiunea de frnare aplicat fiecrei roi, pentru ca aceasta s poat avea o imagine clar aparametrilor dinamici ai vehiculului.

Prin compararea acestor surse de informaie, VDIM poate recunoate inteniile oferului i activeazelectronic, n mod adecvat, diversele sisteme de siguran pentru a crea un rspuns mai prompt al mainii la

comenzile acestuia, i pentru a crete performanele dinamice ale vehiculului.


15/15

Controlul Electric al Tractiunii

Sistemul de Control Electric al Traciunii (E-TRC)reduce n mod automat puterea

motorului daceste sesizat pierderea aderenei roilor motrice la accelerare.De asemenea, asigur controlul frnrii pentru a asigura rectigarea aderenei i a face

accelerarea i frnarea mai controlabile.

ghiuzan gabriel - motoare hibride

Documents