Теоретические расчеты максимально допустимой работы дополнительного цикла на фреоне для гибридного автомобиля Toyota Prius

камере поршневого компрессора находим как:

x(i)=m1(i)/m0.

На  Рис.1.9 показано паросодержание в зависимости от степени расширения.

Работа, которая будет совершаться в цилиндре, рассчитывается по определению:

A(m0)=.

А работа, совершаемая 1 килограммом фреона при его расширении:

Тогда необходимый нам коэффициент полезного действия, находится следующим образом:

где ) – энтальпия паров фреона при температуре начала процесса, а ) – энтальпия жидкого фреона при температуре на выходе.

Результаты расчетов приведены на Рис.1.6-1.9. КПД установки составил 5%, а массовая доля паров фреона на выходе из ротационной турбины составила 0.915. Это говорит о том, что наличие жидкой фазы может несущественно повлиять на мощность установки и параметры ее функционирования.

Текст исправленной программы представлен в конце данной работы в Приложении 2.

Рис.1.6. Зависимость температуры паров фреона в ротационной турбине от степени расширения.

Рис.1.7. Зависимость давления в ротационной турбине от степени расширения.

Рис.1.8. Зависимость массы паров фреона в турбине от степени расширения.

Рис.1.9. Зависимость массового паросодержания от степени расширения.

Глава 2. Гибридный автомобиль с дополнительным циклом на фреоне

2.1.  Принцип работы гибридного автомобиля

Основными причинами, стоящими за разработкой гибридной силовой установки являются, уменьшение количества вредных выбросов в атмосферу, что очень актуально именно для городского транспорта. Эта система позволяет снизить выброс сажи и углеводородов на 90%, оксидов азота - на 50%. При этом экономия топлива достигает 60% по сравнению с обычными автобусами с дизельными двигателями, а ускорение во время начала движения увеличилось на 50%. Такая силовая установка может устанавливаться на различные автомобили, которые выполняю самые разные задачи. Принцип работы гибридной силовой установки заключается в следующем: колеса приводятся в движение электродвигателем, который питается от АКБ, а дизельный двигатель приводит в действие генератор, питающий аккумулятор. К тому же дизель соединен с трансмиссией и часть своей мощности передает на колеса. Благодаря этому во время начала движения достигается максимальное ускорение без лишнего шума, затрат топлива и клубов дыма из выхлопной трубы.

Гибридный автомобиль — высокоэкономичный автомобиль, движимый системой «электродвигатель — двигатель внутреннего сгорания» (далее двигатель), питаемой как горючим, так и зарядом электрического аккумулятора. Главное преимущество гибридного автомобиля — снижение расхода топлива и вредных выхлопов. Это достигается полным автоматическим управлением режима работы системы двигателей с помощью бортового компьютера, начиная от своевременного отключения двигателя во время остановки в транспортном потоке, с возможностью продолжения движения без его запуска, исключительно на энергии аккумуляторной батареи, и заканчивая более сложным механизмом рекуперации — использования электродвигателя как генератора электрического тока для пополнения заряда аккумуляторов.

Вообще, гибрид – это организм, полученный в результате скрещивания генетически различающихся родительских форм (видов, пород, линий и др.) (от лат. hibrida – помесь). Генетически различающиеся формы в нашем случае являются двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и электромотор. Причем в современной автоселекции, гибридизация – это, похоже, единственно возможный вариант их выживания. Поскольку с одной стороны, цена на нефть возрастает, что неизбежно приближает закат истории двигателей внутреннего сгорания. С другой – отсутствие способов компактно и долго хранить электрическую энергию ставит под большое сомнение будущее электромобилей в их генетически чистом виде.

Таким образом, в гибридном автомобиле оба двигателя имеют возможность дополнять и подменять друг друга в тот момент, когда один из них работает эффективнее в конкретной ситуации. ДВС, помимо обеспечения движения, выполняет очень важную функцию подзарядки энергией аккумулятора, посредством выработки энергии генератором. Аккумулятор же впоследствии и питает электродвигатель. А электродвигатель, в свою очередь, уже позволяет ДВС работать без резких нагрузок, т.е. в наиболее благоприятных режимах, которые не требуют большой мощности от ДВС. Круг замыкается, и польза от использования гибридных двигателей становится очевидной. Более того, многие современные гибридные двигатели позволяют осуществлять рекуперацию, что позволяет уменьшить износ и увеличить экологичность двигателя. В плане экономичности такой двигатель тоже остается в плюсе. Однако, именно недостатки гибридных двигателей, пока не позволяют запустить гибридные автомобили в массовое производство. Из принципа работы гибридного двигателя становится понятно, что он является достаточно сложным агрегатом и, тем самым, стоимость конечного продукта - гибридного автомобиля заметно увеличивается в сравнении с традиционными автомобилями, оборудованными двигателями внутреннего сгорания. Кроме того, аккумуляторные батареи (как правило литий-ионные батареи), которые зачастую используются в гибридных двигателях для накопители энергии, имеют небольшой диапазон рабочих температур, что для южных и особенно северных стран, включая Россию, усложняет использование автомобилей с аккумуляторными батареями. Срок службы аккумуляторных батарей ограничен всего несколькими годами. При том, что экономичность автомобиля с гибридным двигателем напрямую связана с состоянием аккумуляторной батареи. Ремонт гибридных двигателей отличается от ремонта обычных ДВС в сторону удорожания. В случае поломки гибридного двигателя, придется обращаться в авторизованный центр, которых даже в крупных городах очень мало.

2.2.  Технология гибридного привода HSD

Новое поколение автомобилей Toyota Prius с гибридным приводом Hybrid Synergy Drive отличается существенно модернизированной системой привода. 90% компонентов гибридного привода подверглись усовершенствованию, благодаря чему система получилась более легкой, компактной и мощной. Значительные усилия инженеров были направлены на улучшение работоспособности привода при эксплуатации в холодных климатических условиях, повышение топливной экономичности и беспрецедентное снижение содержания CO₂ в отработавших газах.

Совокупная мощность привода возросла на 22% со 110 до 136 л.с. по стандарту DIN. Характеристики новой модели Prius сравнимы с показателями обычного автомобиля с 2,0-литровым двигателем: разгон от 0 до 100 км/ч занимает 10,4 с, что на 0,5 с лучше, чем у предшествующего поколения, а максимальная скорость достигает 180 км/ч.Расход топлива сократился на 9%. Благодаря применению 1,8-литрового двигателя, движение на высокой скорости осуществляется при меньшей частоте вращения коленчатого вала. Что также приводит к сокращению расхода топлива при движении с постоянной высокой скоростью на дальние расстояния примерно на 12%.

2.3.  Схема гибридного привода Hybrid Synergy Drive

Модель Prius оснащается полногибридным приводом