Бензино-электрическая трансмиссия

Бензино-электрическая трансмиссия (британский английский) или бензино-электрическая трансмиссия или газо-электрическая трансмиссия (американский английский) — это система трансмиссии для транспортных средств, работающих на бензиновых двигателях . Бензино-электрическая трансмиссия использовалась для различных целей в автомобильном, железнодорожном и морском транспорте в начале 20-го века. После Первой мировой войны она была в значительной степени вытеснена дизель-электрической трансмиссией , аналогичной системой трансмиссии, используемой для дизельных двигателей ; но бензино-электрическая снова стала популярной в современных гибридных электромобилях .

Бензино-электрическая трансмиссия использовалась на некоторых нишевых рынках в начале 20-го века, например, в бензино-электрических железнодорожных локомотивах, произведенных в Великобритании для использования на легких железных дорогах военного ведомства во время Первой мировой войны или для частных железных дорог Arad & Csanad United Railways . Во Франции бензино-электрическая трансмиссия Crochat использовалась для локомотивов стандартной колеи (до 240 кВт электрической мощности).

Описание

Бензино-электрические транспортные средства следуют последовательной гибридной архитектуре . Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием (ДВС) действует как первичный двигатель, питая генератор , который преобразует энергию вращения в электрическую энергию. Генератор заряжает аккумуляторную батарею и приводит в действие тяговый двигатель , который обеспечивает тяговое усилие для движения транспортного средства. [1]

Серийная гибридная архитектура
Схематическое изображение силовой установки последовательного гибридного автомобиля.

Двигатель обычно меньше, чем требуется для питания обычного бензинового автомобиля того же размера. Двигатель обычно работает на оптимальных высокоэффективных оборотах в минуту , питая генератор. Когда для ускорения или для подъема по склонам требуется дополнительная мощность, двигатель и аккумуляторная батарея питают мотор. Когда двигатель вырабатывает больше мощности, чем требуется на колесах, излишек используется для зарядки аккумулятора.

Бензино-электрические транспортные средства обычно не требуют повышения или трансмиссии, поскольку электротяговые двигатели могут работать в широком диапазоне оборотов при максимальной эффективности. Генераторная пара двигателя представляет собой компактный блок, который механически не соединен с колесами. Соединение чисто электрическое.

Преимущества

  • Электрические тяговые двигатели более эффективны, чем двигатели внутреннего сгорания , при движении с частыми остановками, что обычно имеет место на городских и пригородных маршрутах. [2]
  • Двигатель внутреннего сгорания можно сделать меньше, чем обычно требуется для движения чисто газового транспортного средства аналогичного размера. Двигатели внутреннего сгорания являются собственными воздушными насосами и имеют низкую эффективность на низких скоростях. Поэтому двигатели внутреннего сгорания должны быть больше, чем требуется для обычных газовых транспортных средств. Это не относится к бензиново-гибридным транспортным средствам, где тягу обеспечивает электродвигатель . Электродвигатели могут обеспечивать максимальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов в минуту . Небольшие двигатели обеспечивают компактную конструкцию и больше места. [3]
  • Двигатели внутреннего сгорания могут работать в своем пиковом диапазоне оборотов и улучшать пробег . Двигатели внутреннего сгорания работают с максимальной эффективностью на более высоких оборотах. В бензиново-электрических транспортных средствах двигатель может продолжать работать на этих скоростях, поскольку именно электродвигатель обеспечивает тягу. Это приводит к меньшему расходу топлива и вредным выбросам. Это не относится к обычным транспортным средствам, где двигатель должен замедляться, когда транспортное средство тормозит.
  • Автомобили с бензиново-электрическими двигателями оснащены функцией остановки на холостом ходу , которая позволяет выключить двигатель во время работы на холостом ходу или при длительном замедлении.
  • Рекуперативное торможение возможно в бензиново-электрических транспортных средствах. При применении тормозов тяговый двигатель может быть переключен на работу в качестве генератора и зарядку аккумуляторной батареи. Сила магнитного сопротивления действует на колеса, замедляя их, пока аккумулятор заряжается. Обычные тормоза используют только фрикционное тормозное усилие, которое рассеивает и тратит вращательную энергию в виде тепла. Рекуперативное торможение экономит энергию, они используются в сочетании с фрикционными тормозами для антиблокировочной системы торможения (ABS). [4]
  • Автомобили с бензиново-электрическим двигателем могут выдавать дополнительную мощность, когда это требуется водителю, например, при резком ускорении или подъеме на уклон. Они также имеют автоматическую коробку передач и могут выдавать бесступенчатую мощность. [5]

Недостатки

  • В транспортных средствах с бензиново-электрическим двигателем предусмотрено множество этапов преобразования энергии , что может привести к снижению эффективности из-за потерь энергии на каждом этапе перехода.
  • Транспортным средствам с бензиново-электрическим двигателем, а также большинству серийных гибридных автомобилей, требуются две электрические машины: генератор , соединенный с двигателем, и мотор-генератор, соединенный с колесами.
  • Им нужны более мощные тяговые электродвигатели. [6]
  • Наличие двух типов двигателей увеличивает вес и сложность

Исторические приложения

Дорога

Примерами дорожных транспортных средств, использующих бензиново-электрическую трансмиссию, являются автобус Tilling-Stevens (Великобритания) [7] и туристический автомобиль Owen Magnetic (США) [8] .

  • Бензиново-электрический автобус Tilling-Stevens
    Бензиново-электрический автобус Tilling-Stevens
  • Реклама туристического автомобиля Owen Magnetic 1920 года
    Реклама туристического автомобиля Owen Magnetic 1920 года
  • Танк Сен-Шамон
    Танк Сен-Шамон

Железнодорожный

В 1903 году венгерский мотор-рельсовый поезд Weitzer стал первым бензиновым электропоездом . [9]

Примерами бензиново-электрических рельсовых транспортных средств являются Северо-Восточная железная дорога 1903 года выпуска , Doodlebug (рельсовый вагон) , GE 57-тонный газоэлектрический крытый вагон , [10] В Великобритании первые бензиново-электрические локомотивы, построенные для легкорельсового транспорта Военного министерства компаниями Dick, Kerr & Co. и British Westinghouse . [11] Во Франции система Кроша-Колардо Генри Кроша и Эммануэля Колардо использовалась в некоторых бензиново-электрических вагонах.

  • Мотор Weitzer произведен для ACsEV (1903 г.)
    Мотор Weitzer произведен для ACsEV (1903 г.)
  • Северо-Восточная железная дорога, автовагон на станции Файли
    Северо-Восточная железная дорога, автовагон на станции Файли
  • Газоэлектрический дрезина «Doodlebug»
    Газоэлектрический дрезина «Doodlebug»
  • Строительство электровоза Dick, Kerr & Co.
    Строительство электровоза Dick, Kerr & Co.
  • Электровоз Crochat, сохранившийся в Питивье
    Электровоз Crochat, сохранившийся в Питивье

Морской

Большинство подводных лодок , служивших в Первой мировой войне, были дизель-электрическими . Однако некоторые бензин-электрические подводные лодки были построены до войны. Примеры включают: подводную лодку класса Plunger (США), [12] подводную лодку класса A (1903) (Великобритания), [13] SM U-1 (Австро-Венгрия) , русскую подводную лодку Krab (1912) .

  • USS Плунжер S2-1
    USS Плунжер S2-1
  • Российская подводная лодка «Краб»
    Российская подводная лодка «Краб»

Военная техника

Бензино-электрические системы были испытаны на британском танке Mark II , американском газоэлектрическом танке Holt и французском Saint Chamont в 1917 году. Последний использовал систему Crochat-Colardeau Генри Крочата и Эммануэля Колардо. Это позволяло левому и правому тяговым двигателям работать на разных скоростях для рулевого управления и подробно описано в патенте US1416611. [14] Прототип Char G1 P 1936 года также был разработан с бензино-электрическим приводом. [15]

Фердинанд Порше был главным разработчиком этих трансмиссий для военных машин в нацистской Германии . Он создал прототип VK 3001 (P) и VK 4501 , из которых 91 единица была произведена как Porsche Tiger. [16] Позже они были преобразованы в Ferdinand, а затем в Elefant , истребители танков. [17] Еще одной примечательной разработкой были 188-тонные прототипы Porsche type 205, широко известные как сверхтяжелый танк Maus .

Современные приложения

В 21 веке бензиново-электрическая трансмиссия обрела новую жизнь в гибридных электромобилях . Примеры включают: Ford Fusion Hybrid ; Honda Civic Hybrid ; Toyota Prius .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Леон, Рохелио; Монталеза, Кристиан; Мальдонадо, Хосе Луис; Тостадо-Велис, Маркос; Хурадо, Франциско (сентябрь 2021 г.). «Гибридные электромобили: обзор существующих конфигураций и термодинамических циклов». Термо . 1 (2): 134–150 . doi : 10.3390/thermo1020010 . ISSN  2673-7264.
  2. ^ Pielecha, Ireneusz; Cieślik, Wojciech; Merkisz, Jerzy (1 октября 2019 г.). «Анализ использования режима электропривода и потока энергии в гибридных приводах внедорожников в городских и загородных условиях движения». Journal of Mechanical Science and Technology . 33 (10): 5043– 5050. doi :10.1007/s12206-019-0943-4. ISSN  1976-3824. S2CID  208845980.
  3. ^ Cai, William; Wu, Xiaogang; Zhou, Minghao; Liang, Yafei; Wang, Yujin (1 февраля 2021 г.). «Обзор и разработка систем электродвигателей и электрических силовых агрегатов для новых энергетических транспортных средств». Automotive Innovation . 4 (1): 3– 22. doi : 10.1007/s42154-021-00139-z . ISSN  2522-8765. S2CID  232051914.
  4. ^ Капата, Роберто (ноябрь 2018 г.). «Городские и внегородские гибридные автомобили: технологический обзор». Energies . 11 (11): 2924. doi : 10.3390/en11112924 . hdl : 11573/1179587 . ISSN  1996-1073.
  5. ^ Сингх, Кришна Вир; Бансал, Хари Ом; Сингх, Дхирендра (1 июня 2019 г.). «Комплексный обзор гибридных электромобилей: архитектуры и компоненты». Журнал современного транспорта . 27 (2): 77– 107. doi : 10.1007/s40534-019-0184-3 . ISSN  2196-0577. S2CID  116131313.
  6. ^ Сингх, Кришна Вир; Бансал, Хари Ом; Сингх, Дхирендра (1 июня 2019 г.). «Комплексный обзор гибридных электромобилей: архитектуры и компоненты». Журнал современного транспорта . 27 (2): 77– 107. doi : 10.1007/s40534-019-0184-3 . ISSN  2196-0577. S2CID  116131313.
  7. ^ "Bonhams: 1922 Tilling-Stevens TS3A Petrol–Electric Open top Double Deck Bus Chassis no. TS3A 2559 Engine no. 2174". www.bonhams.com . Получено 9 декабря 2022 г. .
  8. ↑ MCG (24 июня 2014 г.). «Еще пять забытых автомобилей, построенных в Детройте». Mac's Motor City Garage . Получено 9 декабря 2022 г.
  9. ^ Röll: Enzyklopädie des Eisenbahnwesens → Elektrische Eisenbahnen, перейдите к VII. Автомобильный трибваген → zu b) Бензин-, бензолодер Бензин-электришен Трибваген Раймонд С. Цейтлер, Американская школа (Чикаго, Иллинойс): Автономные железнодорожные вагоны и локомотивы, раздел АВТОНОМНЫЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЕ ВАГОНЫ 57–59 Röll: Arader und Csanáder Eisenbahnen Vereinigte Aktien-Gesellschaft Museal вагоны BHÉV и их история
  10. ^ "Minnesota Transportation Museum". Архивировано из оригинала 14 февраля 2015 года . Получено 14 февраля 2015 года .
  11. ^ Дэвис, У. Дж. К. (1967). Легкие железные дороги Первой мировой войны . Дэвид и Чарльз. С.  157–159 .
  12. ^ «Индекс фотографий подводных лодок».
  13. ^ «MaritimeQuest – Класс А (1902) Обзор класса подводных лодок».
  14. ^ "Espacenet - Оригинальный документ" .
  15. ^ Стивен Дж. Залога (2014). Французские танки Второй мировой войны (1) . Osprey. ISBN 9781782003922.
  16. ^ Томас Л. Дженц (1997). Panzerkampfwagen VI P (Sd.Kfz.181): история Porsche Typ 100 и 101, также известных как Leopard и Tiger (P) . Дарлингтон Продакшнс. ISBN 978-1892848031.
  17. ^ "Фердинанд/Слон". Ахтунг Панцер . Проверено 7 февраля 2010 г.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Бензин–электрическая_трансмиссия&oldid=1274307033"