2. Опис Дослідної комбінованої енергетичної установки

Дослідження комбінованої енергетичної установки проведено на прикладі автомобіля Тойота Пріус. Пріус - автомобіль нового покоління, який був введений в продаж 2003 року фірмою Тойота. Як гібридний транспортний засіб, Пріус використовує два джерела енергії - бензиновий двигун потужністю 57 кВт і електродвигун, що має живлення від батарей, здатний розвивати максимальну потужність 50 кВт. Обєднання цих двох незалежних джерел дає підвищення паливної економічності і зменшення шкідливих викидів в порівнянні з традиційними автомобілями. Це досягається наступними енергозберігаючими властивостями Пріус:

- зменшення втрат енергії досягається за рахунок вимикання ДВЗ, що працює в марному режимі;

- використання кінетичної енергії при сповільненні і гальмуванні автомобіля, яка зазвичай втрачається, перетворюючись у теплову. Генератор і електродвигун в цей час перетворюють механічну енергію в електричну, яка потім використовується;

- система електроприводу керується так, що при максимальних швидкостях використовуються найефективніші режими роботи ДВЗ;

- додаткова потужність від електродвигуна використовується в процесі пришвидшення, коли ефективність ДВЗ низька;

- оптимальна ефективність транспортного засобу досягається за рахунок використання електродвигуна, який керує транспортним засобом коли ефективність ДВЗ низька і виробляє електричну енергію (генераторний режим), коли ефективність ДВЗ висока.

Система приводу автомобіля Пріус - це трансмісія, що складається з електродвигуна, генератора і батареї. Основні складові Пріус зображені на рисунку 2.1. На цьому рисунку зображено механічну складову, яка називається механізмом автоматичного розподілу потужності (планетарна передача), що розділяє потужність ДВЗ на два потоки. В механічному потоці потужність ДВЗ передається на колеса транспортного засобу безпосередньо через механічну передачу. В електричному потоці, генератор перетворює механічну енергію ДВЗ в електричну. Електрична енергія прямує до електродвигуна чи для зарядки батареї, або те й інше разом. При такому використанні енергії немає необхідності в використанні зовнішнього джерела для зарядки батареї. Механізм розподілу потужності дозволяє ДВЗ функціонувати в околі його найефективніших режимів, незалежно від швидкості транспортного засобу, віддаючи потужність для обертання коліс і одночасно обертаючи ротор генератора. Фотографію гібридної системи приводу автомобіля Пріус показано на рисунку 2.2.

Рисунок 2.1 - Основні складові частини Пріус

При русі Пріус здатний функціонувати в наступних режимах:

- коли ефективність ДВЗ низька, при пуску і малих швидкостях, потужність підводиться від електродвигуна, що використовує енергію збережену в батареї;

- при нормальних умовах руху, ефективність двигуна оптимальна, через механізм розподілу потужності частина енергії йде для обертання коліс, а частина на генератор для заряджання акумуляторної батареї;

- при пришвидшенні, коли необхідна додаткова потужність, використовується електродвигун, що живиться енергією від батареї і генератора;

- при сповільненні і гальмуванні, електродвигун працює як генератор, що дозволяє перетворювати кінетичну енергію автомобіля в електричну енергію, яка зберігається в батареї;

- коли необхідно, генератор підзаряджає батарею для підтримання достатніх запасів енергії;

- час від часу, коли транспортний засіб не рухається і коли ДВЗ працює на неоптимальних режимах навантаження при малій швидкості, ДВЗ автоматично вимикається.

Підтримання робочої температури різноманітних компонентів системи в допустимих межах досягається використанням системи охолодження з двома окремими етиленовими гліколями. Розміщення системи охолодження зображено на рисунку 2.3.

Рисунок 2.2 - ДВЗ і гібридний привід Пріус

Система охолодження ДВЗ подібна системі охолодження в традиційному автомобілі. Її мета - поширювати охолоджувальну рідину через двигун, щоб видалити надлишкову теплову енергію, утворену при згорянні палива в ДВЗ. Насос змушує рідину рухатись від двигуна до радіатора, де непотрібна висока температура розсіюється. Щоб перешкоджати витіканню рідини, вона рухається по замкнутому контуру, який загерметизований автоматичним клапаном тиску (кришка радіатора). Завдяки клапану створюється тиск трохи вищий за атмосферний, що, таким чином, запобігає кипінню рідини навіть при температурі вищій точки кипіння. Для забезпечення змін в обємі, викликаних підвищенням температури і коливаннями тиску, в системі передбачається додатковий резервуар. Передбачено також використання резервуару для зберігання гарячої рідини, яка використовується при повторному пуску двигуна. При цьому зменшується викид випускних газів, порівняно з холодним пуском.

Система охолодження гібридного електроприводу є відокремленою від системи охолодження ДВЗ, так як ці дві системи працюють в різних температурних режимах. Приведена в рух електричним насосом, охолоджувальна рідина протікає неперервно через електродвигун, генератор, інвертор, радіатор. Висока температура, відібрана у електричних компонентів віддається в атмосферу через радіатор. Як і в системі охолодження ДВЗ, система охолодження гібридного електроприводу також має резервуар, який враховує розширювальні властивості рідини.

Рисунок 2.3 - Система охолодження і змащення автомобіля Пріус: СО - система охолодження; ГП - гібридний привід