Тормозить и запасать: системы рекуперации в современных машинах

11330 1 4

Любое торможение штатной тормозной системой это растраченная на нагрев воздуха энергия. А объем этих «трат» прекрасно известен всем городским водителям. Разница в расходе топлива при движении по городу и по загородной трассе без остановок составляет в среднем раза полтора, а то и больше. Предотвратить напрасные потери пытались давно, но основная проблема – необратимость ДВС всячески этому препятствует.

Доказывать необходимость рекуперативного торможения, то есть такого, при котором энергия машины снова аккумулируется, чтобы быть потом использованной для разгона, никому было не нужно. Эффективность схемы еще с 60-х годов проверена на железной дороге. Но там используются электровозы, и энергия сразу возвращается в сеть. Машинам такой способ не очень подходит ввиду отсутствия на большинстве из них электромоторов…

А поскольку машины ездят не по рельсам, то и места торможения и разгона тоже не очень-то поддаются прогнозированию. Поэтому способ, используемый на некоторых станциях метрополитена, расположение точек остановки на возвышенностях, что позволяет разгоняться за счет запаса потенциальной энергии и замедляться за счет подъема, тоже не востребован. Разве что места остановок автобусов традиционно стараются располагать на горках…

Маховик в вакууме

Исторически первой системой рекуперации для машин с ДВС стала система с механическим накоплением энергии во вращающемся маховике. Подобные системы применялись в основном на строительной технике, где крупные вращающиеся части использовались как накопитель энергии, а передача мощности шла через гидравлические или электросистемы.


Но область применения такого рода технологий оставалась узкой – в первую очередь это были большие экскаваторы и краны, часто портовые. Сделать систему более компактной и установить на легковой автомобиль просто никому не приходило в голову, любой способ реализации упирался в низкую стоимость энергии и высокую цену устройства.

При цене нефти менее 4 долларов за баррель внедрять нечто подобное на транспорте никому не приходило в голову, и даже после первых нефтяных кризисов запас по модернизации ДВС с лихвой перекрывал потребности в экономии топлива. Компания Volvo даже испытывала систему на модели 260 в 1980 году, но мощность порядка 10 киловатт со стальным маховиком не оправдали ожиданий, и программа была свернута.

Скачок технологий в 80-е годы позволил создать более эффективные системы накопления энергии на маховике, устранив основную проблему – вероятность взрывного разрушения маховика. Решили проблему просто: сделали маховик из нитей, которые при разрушении просто его тормозили. А помещение его в вакуумный контейнер и использование газовых подшипников позволило запасать энергию на весьма приличный срок, до нескольких дней, хотя большинство таких систем рассчитаны на короткий цикл работы, от поступления энергии на маховик до ее расходования проходит несколько минут или даже секунд.

Так работает, например, гоночная система KERS в Формуле-1. Есть и практические примеры ее реализации на условно серийных машинах, например на Porsche и Ferrari. Но на практике, скорее всего, распространения такая система не получит. Наряду с такими достоинствами, как очень высокая емкость и большая мощность накопления, в числе недостатков останутся и гироскопический эффект, и довольно высокие потери как в приводе, так и в самой подвеске маховика. Как итог – область применения этой технологии так и осталась узкоспецифичной, и пока перспектив к изменению ситуации не видно, развитие чисто электрических методов накопления энергии пока идет лучше, а выдающаяся удельная мощность маховиков-накопителей пока не пригодилась.




Потенциальное преимущество в надежности системы тоже вряд ли будет востребовано, надежность и простота сейчас не в почете. Единственным действительно перспективным и массовым направлением для данной технологии остаются автобусы. Например, Optare Solo с маховичным накопителем FlyBus или развозные грузовики и мусоровозы, делающие остановки через каждые несколько сотен метров. Система FlyBus или FlyBrid в версии «для всех» сделана инжиниринговой компанией Rikardo в сотрудничестве с компанией Torotrak, разработчиком тороидальных вариаторов большой мощности.

И тут снова на горизонте появляется шведская компания. В версии, которую использовали на Volvo S60 в 2011 году, мощность системы составила 80 киловатт, масса – 60 килограммов, а обороты маховика – порядка 60 тысяч оборотов в минуту. Судя по этим показателям, вполне возможен рост мощности системы до «спортивных» величин, ведь обороты роторов могут быть даже выше 100 тысяч в минуту, но опять же, судя по отсутствию гибрида в модельной гамме компании, эксперименты с легковыми машинами сочли неудачными.

Жидкость и газ под давлением

Несколько перспективнее выглядит система пневмогидравлической рекуперации, наиболее известной у нас как Peugeot Hybrid Air. Она является хорошо отработанной схемой, хотя реально существующие с ней машины не так уж широко известны. Это в первую очередь… мусоровозы.




Десятки машин с системой Bosch и Eaton уже более десяти лет эксплуатируются в США, и их гибридный привод проявил себя как надежный и недорогой. Суть работы такой установки заключается в возможностях гидромотора, который при торможении закачивает рабочую жидкость в большой гидроаккумулятор – трубу со сжатым газом. При разгоне машины газ вытесняет жидкость, жидкость крутит тот же гидромотор и помогает экономить топливо. В системе нет дорогих аккумуляторов, и ресурс ее очень велик. Мощность гидромоторов тоже велика, а стоимость, наоборот, крайне низкая.

Одна загвоздка: гидроаккумулятор имеет большие габариты и массу, и реально его энергии хватает на один-два цикла разгона и торможения, пробег без включения ДВС составляет всего пару километров для легковой машины и сотни метров для грузовика. При использовании на автобусах или мусоровозах подобная система позволяет полностью отказаться от использования традиционных тормозных механизмов, гидромотор может замедлить машину вплоть до полной остановки. В этом пневмогидравлический рекуператор даже превосходит электрические системы, те при малой скорости вращения колес уже не эффективны.

Дополнительным плюсом является возможность запасти энергию надолго, на часы и дни. В отличие от маховиков, которые уже через десятки минут теряют солидную часть запасенной мощности. К сожалению, масштабные планы компании Peugeot были прохладно восприняты новыми акционерами из китайской Dongfeng, а также партнерами по разработке системы из Ford. Но судя по новостям, именно китайские грузовики Dongfeng могут оказаться следующими массовыми носителями этой технологии.

Электроторможение с рекуперацией

Главным конкурентом этих безусловно интересных, но обладающих множеством ограничений схем выступает уже классическая электрическая схема с электромотором, аккумуляторами или суперконденсаторами.

Обычное электрическое торможение и рекуперация хороши уже тем, что используются на железной дороге около 60 лет и отработаны до мелочей. Все конструктивные схемы с синхронными, асинхронными и коллекторными двигателями давно известны и рассчитаны. Энергия передается обратно в питающую сеть, запасается в аккумуляторы или суперконденсаторы и может быть использована через длительное время.

Основная беда электрических тормозов в том, что они плохо сочетаются с ДВС, и для эффективного использования электроэнергии пришлось совместить обычный двигатель внутреннего сгорания и всю атрибутику электромобиля – аккумуляторы и тяговый электродвигатель – в одном механизме. Получившиеся гибриды обычно так и называют просто «гибридами». И несмотря на сложность и высокую массу такой схемы, в данный момент она является единственной серийно использующейся в легковом автомобилестроении и уже весьма популярной.

Гибриды на данный момент оказываются самым перспективным направлением развития автомобилей с точки зрения снижения расхода топлива, а прогресс в создании аккумуляторных батарей и развитие так называемых «подзаряжаемых гибридов», по сути являющихся промежуточным звеном между чистыми электромобилями и гибридами, делает их важным элементом в эволюции персонального автотранспорта.

В 1997 году вышла первая серийная Toyota Prius, которая остается на данный момент самой популярной гибридной машиной и законодателем мод в своем классе. В ее схеме приняли решение использовать электромоторы малой мощности и недорогую никель-металлгидридную аккумуляторную батарею также малой мощности, а для компенсации этих недостатков наделили машину очень сложной трансмиссией со множеством режимов работы ДВС, электродвигателя и генератора. Успех этой схемы сильно повлиял на развитие подобных технологий у других производителей. Сейчас число моделей машин с гибридным приводом перевалило за два десятка.




Основной сложностью для электрического торможения на автономной машине по-прежнему остается ограничение по току зарядки аккумуляторной батареи. Она просто не может быстро «впитать» в себя всю ту энергию, которую способны произвести электродвигатели.

Сложность наращивания мощности системы электрической рекуперации тоже нужно отнести к основным недостаткам схемы. Да и повышение мощности электродвигателей и преобразователей дается дорого, особенно если их масса должна быть минимальна, а КПД максимальным. Но преимущества перевешивают недостатки, и количество гибридов множится. Постепенно растет мощность электромоторов, а значит и тормозная мощность таких систем. Аккумуляторы на новых проектах используются в основном литий-ионные, способные запасать значительно больше энергии и заряжающиеся во много раз быстрее, становятся мощнее и электродвигатели.

И конечно же, электрическое торможение применяется и на «чистых» электромобилях, ведь это позволяет значительно увеличить их запас хода. Да и ресурс тормозных механизмов это увеличивает. Мы уже убедились на практике, что рекуперативное торможение на Tesla с ее мощными электромоторами и аккумуляторами работает намного эффективнее, чем на более слабых гибридах, позволяя использовать механические тормоза только при наиболее быстром замедлении. В последствии же электроторможение позволит вовсе отказаться от дисковых тормозов на машинах, и надеюсь, мы это время еще увидим.


Читайте также:



Теги: Практика
Поделиться: 0 3 0 1 0 0

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.
Ёмико Кимисё

Электро-водородная рекуперация в топливо была бы самой технологичной, дешёвой, лёгкой и ёмкой. Но именно её из-за отсутствия дорогостоящих компонентов как раз разработчики и игнорируют. Чего уж проще - тормози генератором в ёмкие буферные конденсаторы и разлагай воду на водород, который можно сразу и почти напрямую сжигать в ДВС, либо через топливные элементы в электросеть электрокара, и кислород - да хоть на выхлоп в придорожную атмосферу для её оздоровления. Все компоненты элементарно просты, дёшевы и технологичны.

Новые статьи Смотреть все
Статьи / История
Волга, Ford и даже ЗИС: на чем ездили советские таксисты

Каждый из нас хоть раз в жизни пользовался услугами службы такси, история которой своими корнями уходит в начало прошлого века. Идея использовать автомобиль вместо извозчика "на гужевом ходу" возникла почти сразу после…

1184 0 5
Статьи / Интересно
Пять причин любить и ненавидеть UAZ Hunter

Этот автомобиль родился в самый разгар холодной войны — в 1964 году, но его путь к заводскому конвейеру занял долгие восемь лет. Во времена СССР о его покупке можно было только мечтать: в свободную продажу они не…

5503 0 4
Гаджеты / Видеорегистраторы
От создателей плееров: тест регистраторов Ritmix AVR-830G и AVR-675

Компанию Ritmix в нашей стране знают и помнят отлично – она стояла у истоков «цифровизации» музыки, сделав MP3-плеер по-настоящему массовым и доступным гаджетом задолго до эпохи распространения «айподов» и смартфонов.…

823 0 2
Выбор подержанных авто Смотреть все
Выбор авто / Подержанные авто
Volvo C30 с пробегом: неудачная механика и плавающие холостые обороты

В первой части обзора С30 мы уже рассказали, что этот маленький и местами даже спортивный Volvo – это всё-таки больше Volvo, чем второй Ford Focus. У него долговечный салон, качественная окраска и антикоррозийная…

352 0 0
Выбор авто / Подержанные авто
Volvo C30 с пробегом: “слепые” фары и подшипники, погибающие в воде

Этот автомобиль одним только внешним видом способен нарушить все стереотипы о Вольво как об автомобиле для серьёзных взрослых людей, более всего беспокоящихся о собственной безопасности и имидже уравновешенных граждан.…

1369 2 2
Статьи / Эксперт выбирает авто
Можно всё: покупаем Renault Logan l с пробегом за 250 тысяч

Логан первого поколения – автомобиль уникальный. Надёжный, как чугунный шар, страшный, как атомная война, но при этом практически идеальный для бюджетной перевозки себя любимого из точки А в точку Б, между которыми лежит…

7122 18 0
Популярные тест-драйвы
Тест-драйвы / Одиночные
Управление неожиданностями: тест-драйв новой Toyota Camry

Мы не думали, что это когда-то случится. Хотя, говоря объективно, это должно было случиться уже давно. А случилось вот что: Toyota Camry стала интересным автомобилем. И если раньше словосочетание «водитель Camry»…

20366 18 0
Тест-драйвы / Подержанные авто
Как игрушечный, только настоящий: опыт владения Hummer H3

Во втором десятилетии XXI века лицо автопрома поменялось коренным образом. Благодаря Tesla электромобильные стартапы растут как грибы после дождя, каршеринг становится новым видом общественного транспорта, а автопилоты…

14339 2 8
Тест-драйвы / Одиночные
Я толстый самолет: опыт владения Chrysler Concorde

Гигантомания у американских драйверов в крови. Не изжить ее ничем – ни пробками, ни повышением цен на топливо, ни здравым смыслом. Больше – значит лучше. Простая формула, по которой рождён и он – Chrysler Concorde.

12210 7 7
Обзоры и тесты гаджетов
Статьи / Практика
Проекция на лобовое стекло из смартфона: как сделать по уму?

Сегодня любой автовладелец может скачать HUD-приложения для смартфона и сделать проекцию на лобовое стекло в своем автомобиле. Но изображение будет мутным, двоящимся и практически невидимым в солнечный день. Для того,…

71722 5 2
Статьи / Практика
Пить нельзя ехать: можно ли верить приложениям-алкотестерам?

Лето на пороге… Сакраментальное «займи, но выпей!» звучит в голове даже у некоторых автолюбителей. Как и выпить, и при этом проконтролировать свое состояние, дабы гаишный замер не оставил вас без права управления…

13172 2 0
Статьи / Практика
Смешной шутки автомобиль креативный скидка: забавные автоаксессуары с AliExpress

Когда речь идет об AliExpress, шутки и веселье начинаются еще на этапе прочтения описания товара, даже если вы покупаете какую-нибудь скучную штуку вроде парктроника или насоса. Но есть у китайцев в арсенале и товары,…

8996 3 0
Военная техника
Статьи / Военная техника
Наш тепловоз, вперед лети! Уникальная военная автотехника 21-го института

Внимание! Не пробегайте мимо! Внимательно вглядитесь в это фото! Нет, это вовсе не тепловоз, и даже не электровоз. Да это же какая-то уникальная помесь тепловоза с автомобилем, сотворенная ради шутки! Вовсе нет: это…

52016 2 0
Статьи / Военная техника
Сначала был хаос: первые военные автомобили Царской России

Во всех важных делах Царская Россия всегда стремилась идти в ногу с Западом, но всегда терпела неудачи. Так получилось и с рождением первых военных автомобилей. В конце XIX века русское Военное ведомство составило доклад…

9204 0 1
Статьи / Военная техника
Тигры, Тайфуны, Катраны и Ураны: новинки и классика российской армейской техники на параде Победы

Парад Победы на 9 мая — это не только важное патриотическое событие, но ещё и редкая возможность увидеть живьём сразу множество новинок автобронетехники Российской армии и Войск национальной гвардии. В этом году…

7346 0 0
История автомобилестроения
Статьи / История
Феномен Bose: почему лучшая в мире подвеска до сих пор не стала серийной

Предназначение автомобильной подвески – обеспечивать комфорт и постоянное сцепление с дорогой. Предназначение выдающейся автомобильной подвески – обеспечивать беспрецедентный комфорт, полностью изолируя кузов от того,…

366822 5 192
Статьи / История
Последняя удача АЗЛК: как и зачем создали Москвич-2140 «Люкс»

Об этом автомобиле приходилось слышать пренебрежительные высказывания. Мол, навесили на старый кузов «какой-то нелепый пластик». Подобный подход говорит только о незнании специфики автомобильного производства и его…

247004 19 0
Новости / Рендеры "Колёса.ру"
Последний рестайлинг Москвича: каким он мог быть

Немногие знают, что московский завод в конце 90-х годов планировал существенно обновить свою основную модель. Пользуясь имеющейся информацией, мы представили, что из этого могло получиться.

113235 14 1
Внимание

Изображение
Выбрать файл
Добавить цитату
Внимание

Вы уверены, что хотите удалить этот комментарий?

Внимание

Вы уверены, что хотите удалить все комментарии пользователя?

Внимание

Вы уверены, что хотите отклонить комментарий пользователя?

Внимание

Вы уверены, что хотите переместить комментарий пользователя в спам?

Внимание

Вы уверены, что хотите переместить комментарий пользователя в корзину?