Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Испытания технологии с; использованием маховика, позволяющей снизить расход топлива до; 20; процентов

Испытания технологии с использованием маховика, позволяющей снизить расход топлива до 20 процентов

Этой осенью Volvo Car Corporation среди немногих авто производителей мира начнет испытания системы с использованием маховика в реальных условиях эксплуатации.

Volvo Car Corporation получила грант в размере 6.57 миллионов шведских крон от Департамента энергетики Швеции для разработки передовой технологии рекуперации кинетической энергии в процессе торможения. Volvo проводит работы в рамках совместного проекта с компаниями Volvo Powertrain и SKF.

«Наша цель — создать законченную систему для рекуперации кинетической энергии. Испытания системы, установленной на автомобиле Volvo, начнутся во второй половине 2011 года. Эта технология позволит снизить расход топлива до 20 процентов. Более того, водитель получает дополнительный резерв мощности. В результате автомобиль с четырехцилиндровым двигателем сможет разгоняться с ускорениями, характерными лишь для шестицилиндровых двигателей», — сообщил Дерек Крабб (Derek Crabb), вице-президент по разработке двигателей VCC.

60 тысяч оборотов в минуту

Новая система, получившая название Flywheel KERS (система рекуперации кинетической энергии с использованием маховика), устанавливается на задней оси. В процессе замедления движения энергия направляются на маховик, который раскручивается до скорости 60 тысяч оборотов в минуту. Когда автомобиль вновь начинает движение, крутящий момент с маховика передается на задние колеса через специальный редуктор.

Двигатель внутреннего сгорания, который передает крутящий момент на передние колеса, выключается, как только начинается процесс торможения. Энергия маховика может использоваться для начала движения с места или для поддержания движения автомобиля, когда он достигает определенной скорости.

«Энергии, обеспеченной маховиком, достаточно для движения автомобиля на короткие дистанции. Однако это существенно сказывается на экономии топлива. По нашим расчетам двигатель будет отключен в течение половины времени для движения согласно требованиям Нового европейского цикла движения», — пояснил Дерек Крабб.

Маховик приводится в движение в процессе торможения, поэтому энергия рекуперации доступна лишь в ограниченных пределах, когда вращается маховик. Эта технология наиболее эффективна в условиях, когда автомобиль часто тормозит и снова начинает движение. Другими словами, экономия топлива будет наиболее заметной при движении в городском потоке или при динамичной езде.

Если учитывать энергию рекуперации маховика с полной мощностью двигателя внутреннего сгорания, то автомобиль получает дополнительных 80 л.с. Благодаря высокому крутящему моменту автомобиль способен на быстрые ускорения, заметно снижая параметры разгона с места до 100 км/ч.

Маховик из углеволокна: легкое и компактное решение

Система с использованием маховика впервые была опробована на модели Volvo 240 еще в годах. В последние годы некоторые компании проводили исследования подобных решений, используя маховики из стали. Но выполненное из стали устройство отличается большими размерами и весом, возникают ограничения крутящего момента маховика, и в результате такое решение оказывается неэффективным.

Volvo Car Corporation будет использовать маховик из углеволокна. Вес устройства составляет около шести килограмм, а диаметр — 20 сантиметров. Маховик из углеволокна вращается в вакууме, благодаря чему удалось избежать потерь энергии в связи с трением.

«Мы не первые, кто разрабатывает технологию маховика. Но никто еще не устанавливал маховик на задней оси автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, который приводит в движение передние колеса. Если разработка и испытания этой технологии пройдут по плану, автомобили, оборудованные маховиком для рекуперации энергии, появятся в салонах наших дилеров уже через несколько лет, — уверен Дерек Крабб. — Технология применения маховика относительно недорогая. По сравнению с гибридными электромобилями эта технология может применяться на многих наших автомобилях, и тогда она будет играть существенную роль в реализации нашей стратегии DRIVe Towards Zero, которая преследует цель снижения выбросов CO2».

Маховик вместо ДВС: сенсация или закономерность?

Автомобильные компании в США и других западных странах под давлением жестких законодательных мер пытаются путем совершенствования систем впрыска и сгорания топлива, применения катализаторов и нейтрализаторов снизить выбросы токсичных веществ и повысить экономичность ДВС. Однако все эти полумеры оказались не очень эффективными в городах. В черте города мощность ДВС востребуется менее чем на 20%. Например, средняя скорость движения в городе для автомобиля, рассчитанного на 150 – 200 км/ч, не превышает 30 км/ч. Кроме того, сам характер движения представляет собой последовательность ускорений и торможений.

В результате энергия ДВС переходит в значительной степени в безвозвратно теряемое тепло тормозных систем.

Необходимость оптимизации силовой установки и рекуперации (возвращения) энергии в автомобиле назрела уже давно, но была во многом ограничена, с одной стороны, инертностью производителей транспортных средств (как известно, любая перестройка техники требует вложения средств), а с другой – недостаточным технологическим уровнем развития экологически чистых и достаточно емких накопителей и рекуператоров энергии. В идеале такая установка должна обладать большой энергоемкостью и способностью быстро отдавать запас энергии.

Тем не менее, к настоящему времени разработан целый ряд экологически чистых двигателей (ЭЧД).

— Электрические, с электрохимическими аккумуляторами энергии, или электроконденсаторами

— Криогенные, в которых используются низкотемпературные пневматические двигатели, а источником газа для них является жидкий азот или воздух

— Двигатели на топливных элементах, генерирующие энергию в результате химической реакции водорода и кислорода

— Инерционные (маховичные) двигатели, в которых энергия запасается в виде механической энергии быстро вращающегося диска или цилиндра.

Общей особенностью всех ЭЧД (кроме топливных элементов) является относительно низкое удельное энергосодержание их аккумуляторов (см. таблицу). Эта величина не превышает 100 – 200 Вт.час/кг. В то же время энергосодержание углеводородного топлива (для ДВС) составляет в 20 – 30 раз большую величину.

Читать еще:  Газ 66 расход топлива дизельного двигателя

Первым способом их применения явилось механическое объединение ДВС и электродвигателя с электрохимическими аккумуляторами. Практически эта система реализована сейчас в Японии и США, примером чему является выпускаемый серийно «Приус» «Тойоты».

Дальнейшим развитием идеи экологически чистого автомобиля может быть разработка машин нового типа с ДВС малой мощности и силовой установкой повышенной экономичности с использованием более эффективных накопителей и рекуператоров энергии.

В настоящее время в качестве оптимального рекуператора энергии для автомобилей (с учетом удельной энергии, веса, габаритов) может рассматриваться только маховик.

История применения маховиков на транспорте связана с фамилиями выдающихся русских инженеров-изобретателей: В. И. Шуберского, П. П. Шиловского и А. Г. Уфимцева. В 1860 г. В. И. Шуберский впервые предложил применять маховик на транспортном средстве, назвав его «маховозом». А первый гироскопический автомобиль или «гирокар», удерживаемый в равновесии всего на двух колесах быстро вращающимся маховиком, построил П. П. Шиловский в 1914 году. Несколько лет спустя А. Г. Уфимцевым был запатентован разработанный им инерционный аккумулятор, который намного опередил лучшие зарубежные конструкции того времени.

В России выдающийся вклад в развитие данного научно-технического направления внес известный изобретатель маховиков проф. Н. В. Гулиа.

Маховик обладает высокой удельной мощностью, что позволяет быстро передавать энергию на колеса, обеспечивая эффективное ускорение (разгон) автомобиля. При торможении энергия через систему рекуперации может снова возвращаться в маховик сколь угодно быстро, без ограничений, как в электрохимических аккумуляторах, предельной скоростью химических реакций. При этом ДВС может работать на оптимальной, постоянной частоте вращения, являясь по сути разгонным двигателем для маховика. Даже с маломощным двигателем такой автомобиль может иметь разгонные характеристики, как у лучших суперкаров. При таком подходе нет необходимости создания маховиков с предельно высокими параметрами (по числу оборотов, прочности материала, качеству подшипников), т.к. их работа должна быть относительно кратковременной. При этом удельной энергии маховиков может быть достаточно для осуществления функций ускорителя автомобиля после торможения или остановки, а также рекуператора на спусках и подъемах. В результате снижается необходимая мощность ДВС, а значит и вредные выбросы в атмосферу. Кроме того, экономится само горючее при сохранении всех технических характеристик автомобиля.

Фирмой Rosen Motors (США) в 1997 г. был разработан экспериментальный гибридный автомобиль с силовой установкой, объединяющей газотурбинный ДВС с электрогенератором (будем называть его турбогенератором) и супермаховик (см. рис. 1).

Турбогенератор мощностью 30 кВт запускается двумя 12-вольтовыми электрическими батареями и в течение 2 минут разгоняет неподвижный супермаховик до необходимой скорости вращения.

В состоянии полного «заряда» супермаховик накапливает энергию до 1 кВт/час и может выдавать ее на колеса автомобиля с КПД более чем 80%. Для того, чтобы приобрести такую энергию, обычный 2-тонный автомобиль должен разогнаться до скорости 215 км/ч.

Конструкция супермаховика изображена на рис. 2. Вращающаяся часть состоит из углепластикового цилиндра (собственно маховика), соединенного с центральным стальным валом титановыми втулками и подвешенного на магнитных подшипниках. Для устранения аэродинамических потерь при больших скоростях вращения в камере поддерживается вакуум при помощи встроенного вакуумного насоса. Статор супермаховика и система магнитных подшипников на сверхпроводниках охлаждаются криогенной жидкостью, находящейся между статором и специальным кожухом. Вакуумная камера при помощи кольцевых подвесов закреплена в противоаварийном контейнере. В результате данный инерционный аккумулятор в состоянии сохранять энергию вращения практически без потерь в течение нескольких недель!

При движении автомобиля скорость вращения маховика меняется в пределах от 28000 до 60000 об/мин. Мотор-генератор, совмещенный с супермаховиком, может принимать и отдавать мощность до 150 кВт (203 л.с.), причем в очень короткое время, что обеспечивает прекрасные динамические характеристики автомобиля и позволяет эффективно рекуперировать энергию при торможении. Два независимых обратимых электромотора приводят во вращение колеса автомобиля, что дает возможность плавно регулировать скорость в отсутствие механической коробки передач и повышает безопасность движения на скользких участках дороги.

Испытания такого гибридного автомобиля показали его высокие скоростные качества при использовании ДВС малой мощности, существенную экономию топлива и пониженное содержание отравляющих веществ в выхлопных газах.

Конечно, такая схема построения силовой установки автомобиля, прежде всего, целесообразна для городского транспорта с малой и средней грузоподъемностью. Предварительные оценки показывают, что в машинах такого класса вполне можно обойтись ДВС с мощностью 10 – 20 кВт (13 – 26 л.с.) при движении по городу со скоростью до 60 км/ч на горизонтальных участках пути.

Уменьшение необходимой мощности ДВС ведет к соответствующей экономии топлива, снижению загазованности городов и уменьшению шумности.

В Украине оптимизацией действующих моделей и созданием экологически чистых автомобилей с использованием рекуператоров энергии занимаются специалисты Харьковского государственного автомобильно-дорожного технического университета в содружестве с учеными Харьковского физико-технического института низких температур НАНУ. Авторы приглашают все заинтересованные научно-технические организации к участию в разработках автомобиля нового поколения с применением новейших технологий.

Удельное энергосодержание современных накопителей энергии для транспорта, Вт×час/кг
Электрические конденсаторыдо 5
Кислотно-свинцовые аккумуляторы40
Никелевые металл-гидридные аккумуляторы80
Жидкий азот100 – 200
Литые стальные маховикидо 15
Супермаховики из углепластиков, стальных лент100 – 200

Уважаемый посетитель! Мы физически не можем отвечать на каждый комментарий..
Для того, чтобы Вы могли самостоятельно (или с помощью ближайшего автосервиса) устранить неисправности дизеля, мы разработали ОнлайнДиагностику. Это интерактивное руководство, которое содержит все известные причины неисправностей дизельных двигателей и указывает пути достижения правильной работы конкретного двигателя.

Приглашаем вас воспользоваться ОнлайнДиагностикой прямо сейчас!

Маховик ДВС: под тяжестью центробежных сил

Итак, этот рассказ посвящается нескольким вопросам: где находится маховик, что это такое и какую роль он отыгрывает в жизни автомобиля.

Читать еще:  K4m двигатель на каких машинах ставят

По сути, маховик относится сразу к нескольким системам автомобиля. Он представляет собой некое связующее звено между мотором и трансмиссией.

Где находится маховик

Сам по себе классический маховик довольно прост. Это массивный металлический диск, имеющий диаметр порядка 30-40 сантиметров. Изготавливают его, как правило, из чугуна.

По внешней окружности этого круга располагается стальной обод с зубцами, именуемый венцом маховика. Зубчатая передача в данном узле отыгрывают очень важную роль, об этом чуть позже.

Где находится маховик?

Найти маховик под капотом автомобиля с первого взгляда не получится. Расположена эта деталь в глубине двигателя и закрыта от посторонних глаз кожухами.

Если точнее, то место этого металлического диска на одном из концов коленчатого вала.

Крепится маховик к коленвалу очень прочно, так как ему приходится выдерживать сильнейшие нагрузки и быть посредником между мотором и коробкой передач.

О том, как выглядит маховик и где его место в автомобиле мы уже знаем, теперь необходимо выяснить самое главное, зачем он нужен.

Несмотря на внешнюю простоту и отсутствие сложных форм, без этой детали машина вряд ли начнёт движение, да и вообще будет ли работать…

Маховик выполняет следующие функции:

  • гашение паразитных колебаний коленвала;
  • передачу крутящего момента двигателя на трансмиссию;
  • обеспечение связи стартера с коленвалом.

Рассмотрим детальнее вышеперечисленные пункты. Одна из ключевых ролей маховика заключается в гарантировании плавной работы двигателя и гашении разного рода механических колебаний и вибраций.

Именно для этого диск изготавливают из тяжёлого чугуна. Главное здесь его масса, благодаря которой обеспечивается накапливание энергии и поддержание вращательного момента коленвала при помощи инерции.

Следующая роль не менее важная, маховик выступает как посредник между двигателем и коробкой передач и является частью механизма сцепления.

Вся мощность мотора и крутящий момент проходят через этот скромный, но тяжёлый диск и устремляются далее, через трансмиссию к колёсам.

И, наконец, последняя функция маховика. Немного ранее, описывая строение этой детали, мы упомянули о зубцах, располагаемых по внешней окружности диска, так называемый венец.

При помощи зубчатого венца, в момент, когда вы поворачиваете ключ в замке зажигания, происходит зацеп шестерни стартера с зубьями венца.

В этот момент создаётся первичное вращение коленвала и запускается процесс сгорания топлива в цилиндрах, двигатель начинает работу.

Не все маховики одинаковы

Развитие технологий и прогресс инженерной мысли не обошли стороной и классический маховик.

Конструкторы, в попытках найти эффективные методы гашения паразитных колебаний двигателя, начали создавать более сложные конструкции этого узла. Под капотами серийных автомобилей в конце 80-х годов прошлого столетия начали появляться разные маховики.

На сегодняшний день можно встретить такие разновидности данного элемента:

  • сплошной (классический диск, наиболее широко используемый в автомобилестроении, именно о нём шла речь на протяжении всего нашего рассказа);
  • двухмассовый (демпферный);
  • облегчённый.

Сплошной маховик

О первой, самой распространённой конструкции мы уже говорили, поэтому перейдём сразу ко второй – наиболее интересной с точки зрении инженерии.

Двухмассовый маховик

Двухмассовый маховик – это, грубо говоря, два металлических диска, соединённые между собой специальной пружинной системой.

На такое ухищрение конструкторы пошли ради того, чтобы обезопасить трансмиссию от резких перегрузок. Чтобы максимально избавится от вибраций коленвала и двигателя, повысить удобство при переключении передач и прочих неприятностей.

Но есть и обратная сторона медали. Двухмассовая схема подвержена повышенному износу, а особенно её пружинная система.

Облегченный маховик

Облегченные варианты маховика уменьшают, естественно, механические потери, двигатель быстрее набирает максимальные обороты. Тратится меньше энергии для раскручивания, что дает небольшую экономию топлива, примерно 2 — 3 %, не более.

При этих плюсах, все же теряется прочность маховика. Ему требуется дополнительна, совместная с коленвалом и передним шкивом, балансировка. Так же, стоимость заводских облегченных маховиков выше.

Ну вот, дорогие наши читатели, и подошёл к концу очередной рассказ о деталях и узлах, составляющих основу наших автомобилей.

Маховик

    275 11 228k
    52 1 60k

Маховик — это часть кривошипно-шатунного механизма, системы сцепления и системы запуска двигателя, в виде диска большой массы с зубчатым венцом. Некоторые модификации маховиков имеют свои аббревиатуры – о них читайте в разделе “виды маховиков”.

Зачем нужен и где находится маховик в современном автомобиле

Маховик в автомобилях с ДВС выполняет следующие функции:

  • придает равномерность вращению коленчатого вала. Его большая масса накапливает кинетическую энергию на протяжении такта рабочего хода. Остальные три такта отведены для отдачи аккумулированной энергии коленвалу. Таким образом выравнивают и поддерживают стабильной угловую скорость коленвала. При большем количестве цилиндров достигается повышение продолжительности рабочего хода поршня, равномерность крутящего момента и возможность снижения массы самого маховика;
  • передает крутящий момент от силового агрегата к механизму сцепления — и потом, к коробке передач и ведущим колесам;
  • передает крутящий момент от стартера на коленвал двигателя при запуске двигателя;
  • выводит поршни из ВМТ, НМТ при помощи возникающих сил инерции;
  • гасит (демпфирует) крутильные колебания, вибрации.

Маховик крепят к торцу коленвала. По отношению к двигателю маховик находится снаружи, между мотором и коробкой передач.

Виды маховиков и особенности конструкции

Есть два основных его вида — одномассовый и двухмассовый. Их главное отличие в том, из скольких компонентов состоит сам маховик. Одномассовый — это цельнолитая деталь (одна масса), которая выполняет свои функции. А в двухмассовом массы две — это два диска в корпусе, которые приходят в зацепление друг с другом с использованием сложной демпфирующей системы между ними.

Устройство двухмассового маховика: 1 — ступица; 2 — радиальный подшипник; 3 — первичный диск; 4 — дуговая пружина; 5 — фланец; 6 — зубчатый венец; 7 — вторичный диск; 8 — вентиляционное отверстие; 9 — уплотнительная мембрана; 10 — кольцевая камера, заполненная смазкой.

Читать еще:  Шевроле авео какой двигатель с цепью

Одномассовый маховик

Он устроен проще всего, поэтому надежен и наиболее распространен. В центре диска из чугуна или стали, диаметр которого составляет 300-400 мм, находится посадочное место для установки на хвостовик коленвала. Оно представляет собой расширение (ступицу). В центре — большое отверстие, а 4-12 отверстий под болты помещены на окружности для фиксации.

Противоположной стороне отводится роль ведущего диска сцепления. Наружную поверхность оснастили местом под установку сцепления и кольцевой контактной площадкой — под ведомый диск сцепления. По окружности внешней стороны напрессовали зубчатый венец из стали.

Простота конструкции, относительная дешевизна производства обусловили массовое распространение такого вида маховиков Существенный недочет конструкции — она не способна в достаточной степени погасить крутильные колебания, возникающие в современных более мощных, но при этом менее объемных моторах. Поэтому на таких автомобилях зачастую устанавливают двухмассовые маховики.

Двухмассовый (демпферный) маховик

Между двумя дисками конструкции (ведущим и ведомым), которые соединены подшипником, расположена особая пружинно-демпферная система. Ее применение позволило отказаться от использования в ведомом диске сцепления демпфирующего устройства. Ведущий диск двухмассового маховика непосредственно соединен с фланцем коленвала. Крутящий момент передается на ведомый диск, но благодаря пружинно-демпферной системе внутри это происходит с задержкой и с гашением вибраций и крутильных колебаний.

Двухмассовые маховики имеют ряд преимуществ:

  • лучше справляются с колебаниями, вибрациями, толчками;
  • способствуют тому, чтобы удобнее переключались передачи;
  • уменьшают износ синхронизаторов;
  • защищают трансмиссию;
  • помогают сэкономить топливо.

Но есть и недостатки:

  • они дороже в производстве, обслуживании и при замене;
  • более требовательны к условиям эксплуатации — не любят сильных вибраций, езды на низких оборотах, перегрева.

Двухмассовые маховики имеют ряд названий, которые по сути являются аббревиатурами: DMF (Dual-Mass Flywheel на английском) или ZMS (ZweiMassenSchwungrad на немецком).

Двухмассовый маховик с маятниковым гасителем колебаний

Двухмассовый маховик с маятниковым гасителем колебаний

Эта новая разновидность двухмассового маховика. Пружинно-демпферная система получила дополнение – центробежный маятник в виде грузов по окружности махового колеса. Низкие обороты двигателя вызывают раскачивание грузов ввиду незначительной центробежной силы. Вызванные колебания находятся в противофазе с теми, что частично сгладили пружины, что позволяет окончательно их погасить. При возросших оборотах амплитуда центробежного маятника уменьшается, как и значение в демпфировании.

Главное достоинство конструкции — помощь в устранении неравномерности вращения коленвала на низких оборотах. Его распространение связано с доминирующими в автомобилестроении тенденциями:

  • сделать мотор меньшим по объему и легче, сохранив мощность;
  • расширить диапазон крутящего момента, используя низкие обороты.

Неисправности и их признаки

Ввиду немалых нагрузок со временем маховик деформируется и разрушается.

В одномассовом маховике проблемным местом может быть зубчатый венец, который может разрушаться со временем. Его демонтируют механическим способом. При установке нового – приходится прибегать к нагреву и заменять болты. Также возможно появление трещин и поломок диска. Решается только заменой детали целиком.

Повреждение зубьев венца

Замена венца на одномассовом маховике

Чтобы своевременно выявить неисправности одномассового маховика, обращайте внимание на:

  • возросший уровень вибраций, шумов;
  • ухудшение работы сцепления;
  • проблемы при запуске двигателя.

Что касается двухмассового маховика, то его более сложная конструкция подразумевает возникновение неисправностей, которые устранить труднее. В нем могут:

  • поломаться, полностью разрушиться дуговые пружины;
  • износиться подшипники, детали, подвергающиеся трению.

Поломка пружин в двухмассовом маховике

Признаки проблем с двухмассовым маховиком следующие:

  1. Ощущение вибрации при пуске двигателя, возможно с толчками, которые чувствуются даже в рычаге КПП.
  2. Мягкий стук при работе двигателя на холостых оборотах.
  3. Вибрация во время разгона.
  4. Толчки при переключениях передач.
  5. Вибрация, возникающая даже после глушения двигателя.

В теории двухмассовый маховик можно перебрать, но на практике его только меняют.

Подбор и покупка деталей

Маховики подбирают по VIN-коду или модели/марке автомобиля или коду двигателя. Выбирая между оригинальными деталями и аналогами от ведущих мировых производителей, учитывайте тот факт, что такие производители как LUK и Sachs изобрели конструкцию двухмассового маховика и чаще всего с завода в машинах стоят именно их детали. Поэтому при разнице в стоимости между оригиналом и продукцией LUK/Sachs выбирайте то, что будет дешевле — в коробке будет одно и то же.

Одномассовый маховик меняется только на деталь такой же конструкции. Для тюнинга автомобилей применяют облегченные маховики, но его нельзя просто установить — нужно менять или компоненты двигателя, или хотя бы настройки его работы.

Двухмассовый маховик следует менять на аналогичную деталь. Но некоторыми производителями предлагается замена двухмассовых маховиков на более надежную конструкцию одномассового маховика с определенными доработками. Такие conversion kits (комплекты для переоборудования) предлагает компания Valeo — еще один крупнейший мировой производитель автозапчастей и двухмассовых маховиков. Такая замена до сих пор остается спорным вопросом — такие производители как LUK и Sachs утверждают, что так делать нельзя — никакой одномассовый маховик не справится с задачами двухмассового (в первую очередь вибрациями и крутильными колебаниями), поэтому вы снижаете ресурс коробки передач и других смежных деталей. Valeo, который и предлагает подобную замену, утверждает, что его инженеры все продумали и такая замена допускается только для определенных моделей двигателей (VAG 1,9, 1,8 турбо, Passat B5, Caddy, Audi A3, Audi TT, Golf5, Golf6, Skoda Octavia в первом кузове, практически все модели группы VAG с 2000-х по 2009 год с двигателями 1,8).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector