Развитие и современное состояние мировой автомобилизации

Проводились также  эксперименты по организации рекуперативного  торможения других принципов на автомобилях; для хранения энергии использовались маховики, пневматические аккумуляторы (англ.) и другие устройства.

Использование в автоспорте

Себастьян Феттель рассказывает об устройстве KERS и DRS на YouTube

В сезоне 2009 года в «Формуле-1» на некоторых болидах использовалась система рекуперации кинетической энергии (KERS). Рассчитывалось, что это подстегнёт разработки в области гибридных автомобилей и дальнейшие совершенствования данной системы.

Впрочем, у «Формулы-1»  с её мощным двигателем разгон на малых скоростях ограничивается сцеплением шин, а не крутящим моментом. На высоких же скоростях использование KERS не столь эффективно. Так что, по результатам сезона-2009, оснащённые данной системой болиды не демонстрируют превосходства над соперниками на большинстве трасс. Однако, это может объясняться не столько неэффективностью системы, сколько трудностью её применения в условиях строгих ограничений на вес машины, действовавших в 2009 году в Формуле-1. После соглашения команд не использовать KERS в 2010 году для сокращения издержек, в сезоне 2011 года использование системы рекуперации было продолжено.

Использование на железных дорогах

Рекуперативное  торможение на железнодорожных локомотивах  может использоваться для подтормаживания в экстренных аварийных случаях при отказе воздушного тормоза, что не является редкостью на отечественных железных дорогах. В частности, имеются сведения о неоднократном применении машинистами рекуперативного торможения на крутом участке Кропачево - Симская (Челябинская область). Следует отметить, что штатное торможение на локомотивах производится стравливанием воздуха (стоп-кран в пассажирских вагонах), а при полном отсутствии в системе воздуха тормоза блокируются. 

Система рекуперации энергии  торможения.

До сегодняшнего дня, если водитель отпускал педаль газа, это означало потерю энергии. Однако благодаря системе рекуперации  энергии торможения BMW такой проблемы больше нет. BMW ActiveHybrid X6 преобразует  кинетическую энергию автомобиля в  электричество. Два электромотора заряжают высоковольтный аккумулятор до 120 кВт (162 л. с.) и замедляют BMW ActiveHybrid на величину до 0,3 g, при этом дополнительные дисковые тормоза задействуются лишь при особенно интенсивном торможении.

     Нурбей  Владимирович Гулиа, являющийся директором по НИОКР ЗАО «Комбарко», по праву представлен в данном проекте и находится в символический рейтинге самых знаменитых российских ученых и изобретателей под номером 30. В списке изобретателей Н.В. Гулиа занимает 5 место. Ему принадлежит патент на первый в мире безопасный супермаховик, супервариатор и множество других изобретений, связанных с накоплением механической энергии и перспективными трансмиссиями. В общей сложности, на счету профессора более 250 патентов, более 20 книг и 200 научных работ.   
 
Сегодня под его началом ЗАО «Комбарко» реализует 3 инновационных проекта: создание промышленного адаптивного вариатора, разработку бесступенчатой многопоточной электромеханической трансмиссии - супервариатора, и создание автомобильной гибридной силовой установки нового типа на основе этого супервариатора. Применение двух последних разработок снизит расход потребляемого топлива автомобилем в городском цикле как минимум на 50 %, уменьшит шум и количество вредных выбросов в атмосферу.

Гибридный автомобиль — высокоэкономичный автомобиль, движимый системой «двигатель внутреннего  сгорания — генератор — аккумулятор  — привод». Как правило, используется электрический аккумулятор (и, соответственно, электрогенератор, электропривод колёс), но возможны и другие схемы, например: ДВС - пневмоаккумулятор - пневмопривод, двигатель Стирлинга - теплоаккумулятор. Двигатель Стирлинга может работать как тепловой двигатель, или как тепловой насос в режиме рекуперации механической энергии.

Двигатель для  гибридных автомобилей имеет  зачастую меньшую на 30-50 % мощность, по сравнению со стандартными автомобилями. 
Аккумулятор в данном случае играет роль буфера для Двигателя и ёмкости для рекуперативного торможения. 
Привод обеспечивает переход энергии как от аккумулятора к колёсам (режим разгона), так и возврат энергии от колес в аккумулятор (режим рекуперативного торможения).

Цель: работа двигателя в оптимальном режиме (максимум КПД, максимум экономичности, минимум вреда экологии), рекуперация торможения.

Общий принцип

Первоначально идея организации принципа «электрической коробки передач», то есть замены механической коробки передач на электрические провода, была воплощена в железнодорожном транспорте и большегрузных карьерных самосвалах. Причина применения такой схемы обусловлена огромными сложностями механической передачи управляемого крутящего момента на колеса мощного транспортного средства. Это обусловлено тем, что ДВС обладает определённой нагрузочной характеристикой (зависимостью отдаваемой мощности от частоты вращения вала), которая имеет оптимальные показатели только в узком интервале, как правило смещённом в сторону высоких оборотов. Частичная компенсация этого недостатка происходит за счёт применения коробки передач, однако, она ещё более ухудшает общий КПД за счёт собственных потерь. Также, ДВС не может изменить направление вращения, чтобы обеспечить задний ход. Электродвигатель свободен от этих недостатков, плюс обеспечивает мгновенный запуск и остановку, и не имеет нужды в холостом ходе, что даёт ещё одно важное преимущество — отсутствие механизма сцепления. Поэтому электродвигатель не требует никакой трансмиссии, и в теории, может быть размещён непосредственно в колесе.

Суть нового принципа заключается в том, что  двигатель, работающий на обычном топливе, приводит в движение электрогенератор, и через систему управления нужное количество электроэнергии передаётся на электродвигатели, приводя в движение транспортное средство. Это похоже на электростанцию на электромобиле, вырабатывающую энергию для собственного движения. Суть схемы работы гибридного автомобиля аналогична, но значительно модифицирована, в первую очередь добавлением аккумуляторной батареи, только в отличие от электромобиля менее ёмкой, а следовательно, более лёгкой.

История разработок

Первым автомобилем  с гибридным приводом считается Lohner-Porsche Автомобиль был разработан конструктором Фердинандом Порше  в 1900 - 1901 годах.

В США гибридные  автомобили начал разрабатывать  Виктор Воук в 60-е — 70-е годы.

В 1980 году компания Volvo проводила эксперименты с маховиком, разгоняемым дизельным двигателем и используемым для рекуперации  тормозной энергии. Впоследствии от этого проекта отказались в пользу гидравлических аккумуляторов.

В СССР

В Советском  Союзе также велись работы по разработке гибридных автомобилей. Так, работы советского ученого Нурбея Гулиа  привели к созданию прототипа  гибридного автомобиля на базе автомобиля-грузовика  УАЗ-450, где накопителем энергии являлся маховик, трансмиссией — особый вариатор. Это был один из первых «гибридов». В 1966 году удалось достичь экономии топлива до 50 %

В Курске в 1972-73 годах Н. В. Гулиа были проведены  испытания городских автобусов  с маховичными гибридными агрегатами и вариаторами. Кроме того были построены и испытаны гибридные силовые агрегаты для автобусов на основе гидропривода. В последних роль накопителя энергии играли баллоны со сжатым азотом и маслом. Несмотря на различные принципы действия этих «гибридов» эффективность их оказалась близкой друг к другу — расход топлива снижался примерно вдвое, а токсичность выхлопа — в несколько раз. Но данные технологии советская автомобильная промышленность не начала использовать. 

Преимущества

1. Экономная  эксплуатация

2. Экологическая  чистота

3. Хорошие ходовые  характеристики

4. Увеличение  дальности пробега

5. Сохранение  и повторное использование энергии

6. Обычная заправка  топливом

Недостатки

1. Высокая сложность

2. Отсутствие трансмиссий

3. Утилизация аккумуляторов