Бензиново-электрическая трансмиссия
Бензин-электрическая трансмиссия (британский английский) или бензин-электрическая трансмиссия или газоэлектрическая трансмиссия (американский английский) — это система трансмиссии для транспортных средств с бензиновыми двигателями . Бензин-электрическая трансмиссия использовалась для различных применений на автомобильном , железнодорожном и морском транспорте в начале 20 века. После Первой мировой войны ее в значительной степени заменила дизель-электрическая трансмиссия , аналогичная система трансмиссии, используемая для дизельных двигателей ; но бензин-электрический двигатель снова стал популярным в современных гибридных электромобилях .
Бензин-электрическая трансмиссия использовалась на определенных 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 Кроша использовалась для локомотивов стандартной колеи (электрическая мощность до 240 кВт).
Описание
[ редактировать ]Бензиново-электрические транспортные средства построены на серийной гибридной архитектуре . Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием (IC) действует как первичный двигатель, приводя в действие генератор , который преобразует энергию вращения в электрическую энергию. Генератор заряжает аккумуляторную батарею и приводит в действие тяговый двигатель , который обеспечивает тяговое усилие, необходимое для движения автомобиля. [ 1 ]
Двигатель обычно меньше, чем требуется для привода обычного бензинового автомобиля того же размера. Двигатель обычно работает на оптимальных высокоэффективных оборотах , питая генератор. Когда для ускорения или подъема по склону требуется дополнительная мощность, двигатель приводится в действие как двигателем, так и аккумуляторной батареей. Когда двигатель вырабатывает больше мощности, чем требуется опорным каткам, излишек используется для зарядки аккумулятора.
Бензин-электрические транспортные средства обычно не требуют какой-либо форсировки или трансмиссии, поскольку тяговые электродвигатели могут работать в широком диапазоне оборотов с максимальной эффективностью. Двигатель-генераторная пара представляет собой компактный агрегат, механически не связанный с опорными катками. Соединение чисто электрическое.
Преимущества
[ редактировать ]- Тяговые электродвигатели более эффективны, чем двигатели внутреннего сгорания, при движении с остановками, что обычно происходит на городских и пригородных маршрутах. [ 2 ]
- Двигатель внутреннего сгорания может быть меньше, чем обычно требуется для перемещения автомобиля аналогичного размера, работающего на чистом газе. Двигатели внутреннего сгорания представляют собой собственные воздушные насосы и имеют низкую эффективность на низких скоростях. Таким образом, двигатели внутреннего сгорания должны быть больше, чем требуется для обычных автомобилей, работающих на газе. Это не относится к бензиновым гибридным автомобилям, где электродвигатель обеспечивает тягу . Электродвигатели могут развивать пиковый крутящий момент в широком диапазоне оборотов в минуту . Маленькие двигатели обеспечивают компактную конструкцию и больше места. [ 3 ]
- Двигатели внутреннего сгорания могут работать в максимальном диапазоне оборотов и сокращать пробег . Двигатели внутреннего сгорания работают с максимальной эффективностью при более высоких оборотах. В бензиново-электрических транспортных средствах двигатель может продолжать работать на этих скоростях, поскольку двигатель обеспечивает тягу. Это приводит к меньшему расходу топлива и вредным выбросам. Это не относится к обычным автомобилям, где двигатель должен замедляться при торможении.
- Бензиновые электромобили имеют функцию остановки на холостом ходу , позволяющую выключить двигатель на холостом ходу или во время длительного замедления.
- Регенеративное торможение возможно на бензиново-электрических автомобилях. При торможении тяговый двигатель может работать в качестве генератора и заряжать аккумуляторную батарею. Сила магнитного сопротивления действует на колеса, замедляя их, пока аккумулятор заряжается. Обычные тормоза используют только фрикционную тормозную силу, которая рассеивает и тратит энергию вращения в виде тепла. Регенеративное торможение экономит энергию, они используются в сочетании с фрикционными тормозами для антиблокировочной системы (ABS). [ 4 ]
- Бензин-электрические транспортные средства могут обеспечивать дополнительную мощность, когда этого требует водитель, например, при резком ускорении или подъеме по уклону. Они также имеют автоматическую коробку передач и могут обеспечивать плавную передачу мощности. [ 5 ]
Недостатки
[ редактировать ]- Бензин-электрические транспортные средства имеют множество этапов преобразования энергии , что может привести к снижению эффективности из-за потерь энергии на каждом этапе перехода.
- Бензин-электромобилям и, как правило, большинству серийных гибридных автомобилей необходимы две электрические машины: генератор , соединенный с двигателем, и двигатель/генератор, соединенный с колесами.
- Им нужны более мощные электротяговые двигатели. [ 6 ]
- Наличие двух типов двигателей увеличивает вес и сложность.
Исторические приложения
[ редактировать ]Дорога
[ редактировать ]Примеры дорожных транспортных средств с бензиново-электрической трансмиссией включают автобус Тиллинг-Стивенс (Великобритания). [ 7 ] и туристический автомобиль Owen Magnetic (США). [ 8 ]
-
Бензин-электрический автобус Тиллинг-Стивенс -
Реклама туристического автомобиля Owen Magnetic 1920 года. -
Танк Сен-Шамон
Железнодорожный
[ редактировать ]Примеры бензиново-электрических железнодорожных транспортных средств включают Северо-Восточной железной дороги бензиново-электрический автомобиль 1903 года , Doodlebug (рельсовый вагон) , 57-тонный газоэлектрический фургон GE , [ 9 ] Weitzer Railmotor и бензино-электрические локомотивы, построенные для легковых железных дорог военного ведомства компаниями Dick, Kerr & Co. и British Westinghouse . [ 10 ] Во Франции система Кроша-Колардо Анри Кроша и Эммануэля Колардо использовалась в некоторых бензиново-электрических вагонах.
-
Автовагон Северо-Восточной железной дороги на станции Файли -
Газоэлектрический вагон "Дудлбаг" -
Строящийся бензиновый электровоз Dick, Kerr & Co. -
Бензоэлектрический вагон Crochat сохранился в Питивье -
Рельсовый двигатель Weitzer произведен для ACsEV
Морской
[ редактировать ]Большинство подводных лодок , участвовавших в Первой мировой войне, были дизель-электрическими . Однако несколько бензоэлектрических подводных лодок было построено еще до войны. Примеры: подводная лодка класса «Плунжер» (США), [ 11 ] Подводная лодка класса А (1903 г.) (Великобритания), [ 12 ] СМ У-1 (Австро-Венгрия) — российская подводная лодка «Краб» (1912 г.) .
-
УСС Плунжер S2-1 -
Российская подводная лодка Краб
Военная техника
[ редактировать ]Бензоэлектрические системы были испытаны на британском танке Mark II , американском газовом электробаке Holt и французском Saint Chamont в 1917 году. Последний использовал систему Кроша-Колардо Анри Кроша и Эммануэля Колардо. Это позволило левому и правому тяговым двигателям работать на разных скоростях рулевого управления и подробно описано в патенте US1416611. [ 13 ] Прототип Char G1 P 1936 года также был спроектирован с бензиново-электрическим приводом. [ 14 ]
Фердинанд Порше был основным разработчиком этих трансмиссий для военной техники в нацистской Германии . Он создал прототип VK 3001(P) и VK 4501 , из которых 91 единица была выпущена как Porsche Tiger. [ 15 ] Позже они были переоборудованы в «Фердинанд», а впоследствии «Элефант» . истребители танков [ 16 ] Еще одной заслуживающей внимания конструкцией стали 188-тонные прототипы Porsche type 205, широко известные как Maus сверхтяжелый танк .
Современные приложения
[ редактировать ] |
В 21 веке бензино-электрическая трансмиссия получила новую жизнь в гибридных электромобилях . Примеры включают: Ford Fusion Hybrid ; Хонда Цивик Гибрид ; Тойота Приус .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Леон, Рохелио; Монталеза, Кристиан; Мальдонадо, Хосе Луис; Тостадо-Велис, Маркос; Жюри, Франциско (сентябрь 2021 г.). «Гибридные электромобили: обзор существующих конфигураций и термодинамических циклов» . Термо . 1 (2): 134–150. дои : 10.3390/thermo1020010 . ISSN 2673-7264 .
- ^ Пиелеха, Иренеуш; Чеслик, Войцех; Меркиш, Ежи (1 октября 2019 г.). «Анализ использования режима электропривода и потока энергии в гибридных приводах внедорожников в условиях городского и загородного движения» . Журнал механических наук и технологий . 33 (10): 5043–5050. дои : 10.1007/s12206-019-0943-4 . ISSN 1976-3824 . S2CID 208845980 .
- ^ Кай, Уильям; Ву, Сяоган; Чжоу, Минхао; Лян, Яфэй; Ван, Юджин (1 февраля 2021 г.). «Обзор и разработка систем электродвигателей и электротрансмиссий для транспортных средств на новых источниках энергии» . Автомобильные инновации . 4 (1): 3–22. дои : 10.1007/s42154-021-00139-z . ISSN 2522-8765 . S2CID 232051914 .
- ^ Капата, Роберто (ноябрь 2018 г.). «Городские и загородные гибридные автомобили: технологический обзор» . Энергии . 11 (11): 2924. doi : 10.3390/en11112924 . hdl : 11573/1179587 . ISSN 1996-1073 .
- ^ Сингх, Кришна Вир; Бансал, Хари Ом; Сингх, Дирендра (1 июня 2019 г.). «Комплексный обзор гибридных электромобилей: архитектура и компоненты» . Журнал современного транспорта . 27 (2): 77–107. дои : 10.1007/s40534-019-0184-3 . ISSN 2196-0577 . S2CID 116131313 .
- ^ Сингх, Кришна Вир; Бансал, Хари Ом; Сингх, Дирендра (1 июня 2019 г.). «Комплексный обзор гибридных электромобилей: архитектура и компоненты» . Журнал современного транспорта . 27 (2): 77–107. дои : 10.1007/s40534-019-0184-3 . ISSN 2196-0577 . S2CID 116131313 .
- ^ «Bonhams: 1922 Tilling-Stevens TS3A, бензиново-электрический двухэтажный автобус с открытым верхом, шасси № TS3A 2559, двигатель № 2174» . www.bonhams.com . Проверено 9 декабря 2022 г.
- ^ MCG (24 июня 2014 г.). «Еще пять забытых автомобилей, построенных в Детройте» . Автогородской гараж Мака . Проверено 9 декабря 2022 г.
- ^ «Музей транспорта Миннесоты» . Архивировано из оригинала 14 февраля 2015 года . Проверено 14 февраля 2015 г.
- ^ Дэвис, WJK (1967). Легкие железные дороги Первой мировой войны . Дэвид и Чарльз. стр. 157–159.
- ^ «Фотокаталог подводных лодок» .
- ^ «MaritimeQuest – Обзор подводных лодок класса A (1902 г.)» .
- ^ «Espacenet – Оригинальный документ» .
- ^ Стивен Дж. Сток (2014). Французские танки Второй мировой войны (1) . Скопа. ISBN 9781782003922 .
- ^ Томас Л. Дженц (1997). Panzerkampfwagen VI P (Sd.Kfz.181): история Porsche Type 100 и 101, также известных как Leopard и Tiger (P) . Дарлингтон Продакшнс. ISBN 978-1892848031 .
- ^ «Фердинанд/Слон» . Ахтунг Панцер . Проверено 7 февраля 2010 г.