Содержание [скрыть]
Для кого-то может показаться необычным, но легковой автомобиль можно рассматривать с точки зрения устройства, которое напрасно расходует энергию топлива. Так, например, коэффициент полезного действия двигателей, работающих на бензине, по некоторым оценкам специалистов, составляет максимум 34%, при этом одна треть теряется при прохождении через систему охлаждения, одна треть при прохождении через систему выхлопа, оставшаяся часть – в пробках, торможении и разгоне автомобиля. Чтобы снизить показатель потерь, в практике используют рекуперацию энергии.
Что такое рекуперативное торможение
Рекуперация – это возврат или компенсация затраченной энергии. Из этого следует, что работа рекуперативной системы торможения заключается в возвращении части затраченной энергии при торможении автомобиля.
Как правило, изучая технические характеристики легкового автомобиля, особое внимание уделяется мощности мотора, динамике движения. Однако не стоит забывать о таком понятии как качественная тормозная система, а ведь именно она отвечает за безопасность движения автомобиля.
В легковом автомобиле, как правило, используется классическая тормозная схема, принцип действия которой основан на работе фрикционного механизма: колодки, которые трутся о диски или барабан. Принцип работы такой системы тормозов заключается в преобразовании кинетической энергии автомобиля. Такое возможно за счет силы, которая образуется при трении колодок и дисков, и в дальнейшем рассеивании тепла в окружающую среду. Такая энергия уходит в пустоту и теряется безвозвратно, не принося никакой пользы.
Проблема безвозвратно утерянной энергии была замечена довольно давно, и уже более десяти лет конструкторы пытаются найти правильный выход из такой ситуации. На сегодняшний день, рекуперативное торможение является наиболее оптимальным решением проблемы.
Система рекуперации энергии торможения разделяется на два вида:
- Для электрических автомобилей. При торможении рекуперативного типа вырабатывается электрическая энергия, которая либо генерируется в аккумуляторах, либо переходит в контактную сеть.
- Для транспорта, работающего на обычном двигателе внутреннего сгорания. В этом случае рекуперативное торможение позволит запасать энергию, которая в будущем расходуется на разгон автомобиля.
Принцип работы рекуперативной системы торможения
В целом, работу системы рекуперации энергии торможения можно представить следующим образом. Электродвигатель тягового типа в случае необходимости торможения транспорта отключается от питания электричества и переходит в режим генератора, то есть самостоятельно вырабатывать электрическую энергию. В таком режиме в электродвигателе возникает тормозной момент, который приводит к снижению скорости транспортного средства.
Почему возникает тормозной момент? Ответ на этот вопрос можно найти, изучив основы электродинамики. При вращении ротора в его обмотке и обмотке статора возникают разнонаправленные токи. Взаимодействуя друг с другом, эти токи тормозят движение ротора. При этом стоит отметить, что на выработку электричества расходуется энергия, аккумулируемая транспортным средством, и в процессе ее расхода происходит снижение скорости.
Изначально, наибольшее свое применение система рекуперации энергии торможения нашла на железнодорожном транспорте, особенно на грузовых поездах постоянного тока. Она используется не для полного торможения, а только для плавного снижения скорости, перед тем как произойдет полная остановка и для того, чтобы поддерживать оптимальный скоростной режим при спуске состава под уклон. Учитывая большую массу железнодорожных составов, рекуперация дает поразительные результаты, и помогает сэкономить большие суммы денежных средств.
Система старт стоп с рекуперацией
Конструкторы многих известных автомобильных концернов с успехом используют эту систему при производстве своих автомобилей. Основное назначение этой системы – максимальная экономия топлива, но при этом очень часто она взаимодействует с рекуперацией энергии. Практические исследования показали, что до 40% общего времени движения двигатель работает вхолостую из-за городских пробок, остановок на светофорах и других помех. Хорошим решением проблемы может стать использование режима старт-стоп.
В его основе заложен следующий принцип: в случае остановки двигатель перестает работать (стоп), а при необходимости начать вновь движение заводиться (старт). Все эти манипуляции проходят автоматически, руководствуясь показаниями специальных датчиков, которые контролируют работу двигателя и его действия. В особых случаях в работу включается рекуперация. Это поможет получить дополнительный заряд для работы аккумуляторов.
Для того чтобы система старт-стоп успешно эксплуатировалась, нужно чтобы в автомобиле был установлен усиленный стартер. Тогда даже при очень скромных подсчетах, можно сэкономить до 9% объема используемого топлива, соответственно снижается уровень выхлопных газов и вредных веществ в атмосферу.
Рекуперация энергии в подвеске
Лидер в производстве автомобильных трансмиссий, компания с мировым именем ZF, совместно с американским производителем Levant Power запустили новый проект по созданию инновационной подвески, которая должна стать новинкой в автомобильном мире. Эта модель подвески будет оснащена способностью рекуперации энергии. В будущем разработчики планируют сделать такую подвеску доступной для монтажа на всех выпускаемых автомобилях.
Система рекуперации энергии в подвеске будет состоять из маленького электрического двигателя, блока управления и четырех электрогидравлических насосов, которые будут устанавливаться около амортизаторов на каждом колесе автомобиля. Именно такой набор элементов будет отвечать за уровень давления масла в амортизаторе, подстраивая их под работу автомобиля в конкретных дорожных условиях.
Рекуперация энергии будет происходить от движений штока. Его принцип работы будет заключаться в преобразовании кинетической энергия в электрическую, которая в свою очередь будет поступать в общую электрическую сеть транспортного средства.
К сожалению, когда именно подобное устройство появиться в свободном доступе пока не известно. По расчетам конструкторов работа займет несколько лет, после чего начнется подготовка автопроизводителей по внедрению этого элемента в конструкцию автомобиля.
Рекуперация на сегодняшний день активно используется в гоночных авто. Но при этом растет количество обычных автомобилей, которые также оснащены этой системой. Это позволит более экономично расходовать топливо, используя энергию торможения и особые режимы движения.
Более детально разобраться в принципе работы рекуперативной системы поможет следующее видео:
