3
POD.NAD-TS-3
Lekcja 21
Temat: Rozwiązania konstrukcyjne układów przeniesienia napędu
W pojazdach samochodowych stosowane mogą być układy napędowe mechaniczne, hydromechaniczne, hydrostatyczne, elektryczne, hybrydowe.
Układy mechaniczne najczęściej stosowane posiadają różną budowę przenoszenie mocy i dostosowanie momentu obrotowego silnika do warunków ruchu następuje przez zespoły mechaniczne tego układu rys.21.1.
Rys.21.1 Schemat klasycznego układu napędowego samochodu
Układy hydromechaniczne posiadają sprzęgło lub przekładnie hydrokinetyczną, w których do przenoszenia mocy i momentu obrotowego silnika wykorzystuje się energię kinetyczną cieczy (energię prędkości), natomiast pozostałe zespoły układu napędowego są takie same jak w układzie mechanicznym.
Układy hydrostatyczne mogą stanowić napęd główny, jak i pomocniczy do przenoszenia mocy i momentu obrotowego silnika wykorzystuje się energię potencjalną ciśnienia cieczy. Układy te posiadają pompe, instalacje hydrauliczną oraz silniki hydrauliczne rys.21.2, w tego typu układach nie jest konieczne stosowanie sprzęgieł, skrzyni biegów, wałów napędowych.
Rys.21.2 Schematy najczęściej stosowanych hydrostatycznych układów napędowych: a) silnik hydrauliczny napędzający skrzynie biegów, b) silnik hydrauliczny napędzający most napędowy,
c) silniki hydrauliczne napędzające piasty kół za pośrednictwem przekładni mechanicznej (zwolnicy), d) silniki hydrauliczne napędzające bezpośrednio piasty kół
Układy elektryczne wykorzystujące do napędu pojazdu energię elektryczną pojawiły się we wczesnej fazie rozwoju samochodu, jednak wobec szybkiego rozwoju konstrukcji silników spalinowych i powszechnego dostępu do paliw węglowodorowych proces tworzenia masowej motoryzacji oparty został wyłącznie na napędzie spalinowym. Obecnie elektryczne układy napędowe wprowadzane do samochodów przez producentów wymuszone są przez obowiązujące normy ochrony środowiska, dotyczą one emisji związków toksycznych zawartych w spalinach. Schemat układu napędowego pojazdu z dwoma niezależnymi silnikami elektrycznymi przedstawia rys.21.3.
Rys.21.3 Schemat elektrycznego układu napędowego
Kontrolowanie pracy dwóch niezależnych silników (połączonych równolegle) jest możliwe dzięki nowoczesnym układom elektronicznym zastosowanym w tym układzie. Czujniki prędkości obrotowej silników sprzężone są z układem sterowania i kontroli. Sygnały z tych czujników po przetworzeniu przez układ kontroli i sterowania pozwalają na bezpośrednią regulację napięcia i prędkości obrotowej kół napędzanych pojazdu.
Napęd hybrydowy typu silnik spalinowy z elektrycznym rys.21.4 jest jednym z rozwiązań konstrukcyjnych mogących spełnić wymagania norm toksyczności spalin. W tego typu pojazdach mogą występować dwa podstawowe rodzaje układu napędowego szeregowy i równoległy lub ich kombinacja. W obu konfiguracjach (szeregowej i równoległej) możliwe jest przyjęcie różnych strategii sterowania pracą hybrydowego zespołu napędowego. W układzie szeregowym można przyjąć zasadę zwiększania zasięgu pojazdu; pojazd wpierw zużywa energię elektryczną zgromadzoną w akumulatorach trakcyjnych, a następnie uruchamiany jest silnik spalinowy. Natomiast w układzie równoległym podczas przenoszenia mocy z silnika do kół napędowych istnieje możliwość asysty mocy z napędu elektrycznego w razie potrzeby np. podczas przyspieszania.
Rys.21.4 Napęd hybrydowy samochodu Lexus LS 600h
W skład jednostki hybrydowej tego samochodu wchodzą silnik ZI o mocy 289,7 kW oraz elementy napędu elektrycznego, którymi są: silnik elektryczny ze stałymi magnesami chłodzony cieczą charakteryzujący się dużą mocą 164,7 kW i niewielkimi rozmiarami, prądnica (generator), niklowo – wodorowy (Ni–MH) akumulator trakcyjny, Układ rozdziału mocy PSD, którego zadaniem jest kontrola i sterowanie rozdziałem mocy dostarczanej z silnika spalinowego, elektrycznego i generatora po przez przekładnie planetarną oraz sterownik mocy PCU (Power Control Unit), zapewniający sprawne działanie wszystkich elementów. Układ przeniesienia napędu w tym samochodzie został wyposażony w trzy mechanizmy różnicowe oraz wał napędowy połączony bezpośrednio z przekładnią hybrydową. Mechanizm różnicowy typu TORSEN rozdziela siłę napędową w proporcjach 40% na przednie koła i 60% na tylne. Natomiast rozdział momentu obrotowego jest na bieżąco monitorowany i zmienia się w relacjach przód – tył od 30:70 do 50:50
Głównymi zaletami pojazdów hybrydowych są:
Ø możliwość odzysku energii podczas hamowania,
Ø silnik spalinowy dobierany jest do wartości średnich obciążeń zmniejsza to jednostkową masę silnika (stosunek masy suchego silnika do jego mocy znamionowej),
Ø duży wzrost sprawności przy jednoczesnym zmniejszeniu emisji związków toksycznych zawartych w spalinach do otoczenia.
kaka93pl