2009-06-15
Udział: Silniki (Samochody osobowe PC) Paliwo
10
0
z CAI (Cold Air Intake)
+ doładowanie
+ rozrusznik/generator
Paliwa ciekłe
Konwencjonalny (MPI)
80
ZI-DI i VVA (Variable Valve
Actuator)
" Udoskonalone
ZI i/lub VCR (Variable
paliwa
Compression Ratio)
" Czyste paliwa
NAP
DY
i ich kombinacja
60 " Planowane
bez CAI
nowe paliwa
Silnik spalinowy
ZI/ZS
rozrusznik/akumulator
z HCCI (Homogeneous Charge
z rozrusznik/generator
40
Compression Ignition)
HYBRYDOWE
Paliwa gazowe
ZS + doładowanie
" CNG
ZS-DI + rozrusznik/generator
" GTL
i VVA /
20
(ciekły gaz)
wielopunktowy wtrysk
bez HCCI
Hybrydy Biopaliwa
IDI
Ogniwa
Wodór
paliwowe
Model roku 2000 2005 2010 2015 2020 Rok 2020
Scenariusz rozwoju pojazdów w Europie
HYBRYDOWY UKA
AD y
ródło pierwotne:
NAP
DOWY:
wytwarza energię (silnik spalinowy)
y
ródło wtórne:
Układ napędowy, w którym
współdziałają dwa lub więcej akumuluje energię (akumulator
z
ródła energii i napędu. elektrochemiczny)
Ogniwo pośrednie:
maszyna elektryczna o pracy odwra-
calnej (silnik lub generator prądu)
HYBRYDOWY UKA
AD
10
NAP
DOWY:
8
" szeregowy:
6
energia z
ródła pierwotnego zamieniana
4
j t i l kt t i
jest w energię elektryczną, a następnie
2
w mechaniczną
0
" równoległy:
1992-1998 1999 2000 2001 2002
Lata
część energii silnika spalinowego jest
mieszany HEV szergowy HEV równoległy HEV S&A równoległy HEV
przetwarzana na energię elektryczną,
a część na mechaniczną
Pojazdy o napędzie hybrydowym
1
z
%
Udział w sprzedaży(
)
M
Modele [szt.]
2009-06-15
Micro Hybrid
olej napędowy
Silnik
2002 Mild Hybrid
benzyna spalinowy
CNG
2001
Równoległy
Full Hybrid
Silnik
2000
Akumulator elektryczny
Pojazd elektryczny
1999
Zakres
1998
Akumulator
Szeregowy
Silnik
elektryczny
Hybrydowy
0 5 10 15 20
szeregowy
Liczba marek pojazdów [szt.]
Engine Generator
Ogniwo paliwowe
Fuel Cell
Pojazdy o napędzie hybrydowym
Topologia układów hybrydowych
Szeregowy Równoległy Równoległy Równoległy Mieszany
hybrydowy hybrydowy I hybrydowy II hybrydowy III hybrydowy
Systemy hybrydowe
Systemy hybrydowe
Akumulatory
G Silnik spalinowy
G M
M
M M
M
System Wyłączanie Całkowity odzysk
Downsizing
start/stop silnika energii
Hamowanie przy hamowaniu
Silnik Napęd elektryczny
Zasilanie odzyskowe
M
Energia Koła
Pełna optymalizacja
elektryczny paliwem
Asystent
chemiczna
silnika spalinowego
silnika
A
adowanie
Energia Skrzynia
G Generator akumulatora
elektryczn biegów
(opcja)
Energia Silnik Micro
Akumulator
Full Hybrid
mechaniczna spalinowy Mild Hybrid
Hybrid
Konfiguracje napędów hybrydowych
Obecnie Etap I Etap II Etap III Docelowo
Pojazd Redukcja Hybrydyzacja Pojazd
bazowy obciążenia Downsizing silników HEV
pojazdu
" masa " zaawansowane " dodatkowe
" powierzchnia technologicznie układy
czołowa po- silniki ZI lub ZS elektryczne
jazdu o małej pojazdów
" współczynnik pojemności
" współczynnik pojemności
oporów ruchu
" współczynnik
oporów
powietrza
Technologia
konwencjonalna
Technologia hybrydowa
Definicja napędów hybrydowych
Kierunki rozwoju napędów hybrydowych
2001-01-0951
2
Lata
elektrycznej
s
spalinowego i energii
W
Wykorzystanie silnika
2009-06-15
Rozwój napędów
Pełny
Pełny
Docelowo
Napęd EV
Down- Napęd EV
HV
HV
Automatyczne Zaawansowane (ogniwa
Silniki sizing Nowe
skrzynie techniki paliwowe,
ZI i ZS (Turbodoła- baterie
biegów sterowania zasilanie
dowanie)
elektryczne) Asyst.
Asyst.
12 V Stop / Start
2004 X     silnika
silnika
Mild
Mild
rozrusznik / alternator
HV
42 V Mała hybryda (micro) HV
2007 X X
rozrusznik / alternator
Hamow. regeneracyjne
Hamow. regeneracyjne
42 V Średnia hybryda (mild)
Start/
Start/
Start/
Start/
2010 rozrusznik / alternator / silnik X X X  
Stop
Stop
Pełna hybryda (full)
Start/stop
2012 1 lub 2 silniki elektryczne, X X X   Start/stop
kategoria pojazdów  ZEV
Nowe akumulatory,
Wyższa
Średni Pełny
Średni Pełny
udoskonalone silniki
2017   X X  Start/stop
Start/stop
Cena
elektryczne,
sterowanie i odzysk energii
Dodatkowe układy napędowe HV
 kategoria pojazdów ZEV;
2023    X X
ogniwa paliwowe
 ciekły wodór
Hybrydy zasilane ogniwami
2030     X Charakterystyka systemów hybrydowych
paliwowymi lub wodorem
Światowa produkcja napędów hybrydowych
Rozwój układów rozruchu pojazdów hybrydowych
Tryb pracy: alternator
Rozrusznik
-alternator
Napinacz
Przełącznik
Hamow. odzysk.
Wał Napęd
korbowy dodatkowy
Alternator
Tryb pracy: rozrusznik
700 W
Odbiorniki
14-24 V DC/DC
14-24 V DC/DC
Rozrusznik
Ucap
-alternator
Napinacz
12 V
Akum.
System dwóch napinaczy
Rozrusznik
Wał Napęd
korbowy dodatkowy
Rozrusznik-alternator napędzany paskiem 14 V + X rozrusznik-alternator w systemie
klinowym odwracalnym
3
Lepsza
Ekonomia paliwowa
2009-06-15
Bilans energii przykładowego
Bilans energii przykładowego
Bilans energii
Bilans energii
pojazdu hybrydowego
pojazdu hybrydowego
w pojez
dzie napędzanym klasycznie
w pojez
dzie napędzanym klasycznie
Elektryczny pojazd hybrydowy
Szeregowy układ hybrydowy
Szeregowy układ hybrydowy
posiada dwa z
ródła energii.
Najczęściej stosowane kombinacje z
ródeł energii Zbiornik
Generator Silnik elektryczny / Urządzenie sterujące
paliwa
zamienianej na ruch:
" ogniwo paliwowe,
" turbina gazowa,
" silniki o zapłonie samoczynnym i iskrowym
Przekładnia
w układach hybrydowych z:
" kołami zamachowymi,
Zespół napędowy
Akumulator energii
" akumulatorami elektrochemicznymi,
" ultrakondensatorami.
Konfiguracja elektrycznego pojazdu hybrydowego
w układzie szeregowym
Szeregowy układ hybrydowy Równoległy układ hybrydowy
Szeregowy układ hybrydowy Równoległy układ hybrydowy
Akumulator energii Silnik elektryczny / Urządzenie sterujące
Silnik Silnik
Generator Akumulator Przekładnia Koła
elektryczny
spalinowy
Przekładnia
Schemat struktury szeregowego hybrydowego układu napędowego
Zalety szeregowego połączenia silnika spalinowego z elektrycznym:
" silnik spalinowy pracuje w optymalnym zakresie nastaw,
Zbiornik paliwa Zespół napędowy
" silnik spalinowy nie pracuje na biegu jałowym,
" niektóre rozwiązania szeregowe nie potrzebują przekładni
mechanicznych.
Konfiguracja pojazdu hybrydowego w układzie równoległym
4
2009-06-15
Równoległy układ hybrydowy Równoległy układ hybrydowy
Równoległy układ hybrydowy Równoległy układ hybrydowy
W porównaniu z pojazdem o układzie szeregowym w
Silnik spalinowy
samochodzie z zastosowanym układem równoległym
występują następujące zalety:
" pojazd posiada większą moc, ponieważ obydwa silniki
Sprzęgło
mogą dostarczać energię jednocześnie,
Wał
" nie jest konieczna zabudowa generatora do ładowania
napędowy
Przekładnia Koła
akumulatora,
Silnik
Akumulator " wyższa sprawność energetyczna.
elektryczny
Schemat struktury równoległego hybrydowego układu
napędowego
Hybrydowy układ elektromechaniczny
Hybrydowy układ elektromechaniczny
Niezależny układ hybrydowy
Niezależny układ hybrydowy
Akumulator elektrochemiczny
Ak
Silnik elektryczny
Węzeł sumacyjny
M
Przekładnia mechaniczna
Mechanizm
różnicowy
Koła
Koło zamachowe Silnik spalinowy
Schemat blokowy hybrydowego elektromechanicznego układu
napędowego z elektrycznym i inercyjnym układem akumulacji
Hybrydowy układ elektromechaniczny Hybrydowy układ elektromechaniczny
Hybrydowy układ elektromechaniczny Hybrydowy układ elektromechaniczny
Hybrydowy układ napędowy:
Sposoby uzyskania przyspieszania pojazdu:
" silnik spalinowy " zmieniając wielkość momentu silnika spalinowego
" koło zamachowe " elektrycznego
" moment akumulatora inercyjnego.
" maszyna prądu stałego, współpracującą z akumulatorem
elektrochemicznym.
Energia koła zamachowego j p y podczas
g g jest przekazywana p
Połączenia:
Połączenia:
przyspieszania pojazdu:
silnik spalinowy - koło zamachowe
" na koła napędowe pojazdu i do akumulatora elektrochemicznego,
za pośrednictwem przekładni zębatej,
jeżeli maszyna elektryczna pracuje jako prądnica,
silnik spalinowy - silnik elektryczny
" wyłącznie na koła napędowe pojazdu, jeżeli maszyna elektryczna
za pośrednictwem węzła sumacyjnego.
pracuje jako silnik; w tym przypadku na koła napędowe jest
przenoszona także energia z akumulatora elektrochemicznego.
Najprostszym rozwiązaniem węzła sumacyjnego jest klasyczny
mechanizm różnicowy.
5
2009-06-15
Hybrydowy układ elektromechaniczny Hybrydowy układ elektromechaniczny
Hybrydowy układ elektromechaniczny Hybrydowy układ elektromechaniczny
Silnik spalinowy
Układ Elektryczny
Elektryczny Koła
Silnik spalinowy
automatycznej silnik
Generator
silnik jezdne
Ruch pojazdu z
Generator
regulacji napędowy
napędowy
prędkością ustaloną:
Przekładnia
M2
mechaniczna
G
Nop>Nsil M2+M1
NopG M
Maszyna
Hamowanie:
UAR M2
Koła
hydrauliczna
M2 zasilany przez koła
M1 M2+G
M1 = M2+G
UES
UES
Schemat blokowy
M1
Przyspieszanie:
Zbiornik
UCS hybrydowego
M2 z G1 i M1
niskiego
elektromechanicznego
Postój pojazdu: ciśnienia
Układ
Przekładnia
Elektryczny silnik układu napędowego
G1 zasila M1 
elektrycznego
mechaniczna z hydraulicznym
bezwładnika
podtrzymanie n-bezwł.
sterowania
UHS
układem akumulacji
Przekładnia
energii, pracującym w
mechaniczna
systemie pracy
Bezwładnik Układ Akumulator Układ równoległej
Hydrauliczny
centralnego hydrauliczny hydraulicznego
układ z elektrycznym
Schemat blokowy hybrydowego elektromechanicznego układu
sterowania sterowania
akumulacji
silnikiem napędowym
napędowego z inercyjnym układem akumulacji
Hybrydowy układ elektromechaniczny Hybrydowy układ elektromechaniczny
Hybrydowy układ elektromechaniczny Hybrydowy układ elektromechaniczny
Silnik spalinowy
Silnika spalinowy. Schemat blokowy
Przekładnia mechaniczna Elektryczny silnik
Przekładnia mechaniczna Elektryczny silnik napędowy hybrydowego
napędowy
Koła
Generator
elektromechanicznego
Generator Koła jezdne
jezdne
układu napędowego
z hydraulicznym
G M
Przekładnia
układem akumulacji Przekładnia
G M mechaniczna
energii pracującym w mechaniczna
Układ elektrycznego
UES
systemie pracy
UES
sterowania
równoległej pompy
równoległej pompy
Pompa hydraulicznej z Układ
Maszyna
hydrauliczna elektrycznego
elektrycznym silnikiem
hydrauliczna
Schemat blokowy
UCS sterowania
napędowym i silnika
hybrydowego
hydraulicznego z Zbiornik
Zbiornik
elektromechanicznego
niskiego
Silnik silnikiem spalinowym
niskiego
UCS UHS
układu napędowego
hydrauliczny ciśnienia
UHS
ciśnienia Hydrauliczny
z hydraulicznym
układ
układem akumulacji
akumulacji
energii pracującym w
Układ
Układ Układ Akumulator
Układ
systemie pracy
Akumulator Hydrauliczny hydraulicznego
centralnego
centralnego hydraulicznego hydrauliczny
hydrauliczny układ akumulacji sterowania równoległej z silnikiem
sterowania sterowania sterowania
spalinowym
Zarządzanie energią pojazdu
Zarządzanie energią pojazdu
Rozwiązania techniczne
Rozwiązania techniczne
hybrydowego
hybrydowego
50
Asysta
Moment obrotowy FMED
FMED 45
Prędkość obrotowa wału korb. silnika
+
Prędkość pojazdu
40
Gromadzenie energii
Gromadzenie energii
Dodatkowa
Dodatkowa
(Akumulator)
(Akumulator)
Hamowanie 35
energia podczas
energia podczas
odzyskujące
przyspieszania
przyspieszania 0 30
Przyspieszanie przez biegi
25
Zmiana Zatrzymanie
biegów silnika
20
Odzyskiwanie
Odzyskiwanie
Start
Magazynowanie
Magazynowanie
energii
energii silnika
Start
nadmiaru energii
nadmiaru energii 15
hamowania
hamowania silnika
10
Zatrzymanie
Wyłączenie silnika
Wyłączenie silnika
5
pojazdu
Czas
Czas
0
500 550 600
Moc silnika spalinowego
Moc silnika spalinowego
Czas [s]
Hamowanie
Hamowanie
przy max sprawności
przy max sprawności
Funkcje wspomagania przyspieszania, start&stop
-
oraz hamowania odzyskującego
w wybranym fragmencie testu pojazdu hybrydowego i-MoGen
6
Silnik
o
r
Prędkość pojazdu [km/h]
Moment obrotowy FMED [jedn. wzg.]
Energia
Energia
Generator
Prędkość obrotowa wału korb. silnika [(obr/min)/10]
2009-06-15
7