stringtranslate.com

GM Voltec силовой агрегат

Voltec , ранее известный как E-Flex , — это силовой агрегат General Motors, выпущенный в ноябре 2010 года. Архитектура Voltec в первую очередь представляет собой подключаемый электромобиль с доминирующей батареей и дополнительными возможностями последовательного и параллельного гибридного привода на ископаемом топливе . [1] [2]

Автомобили Voltec, такие как Chevrolet Volt , все оснащены электроприводом, имеют общие компоненты трансмиссии и смогут вырабатывать электроэнергию на борту, используя либо топливный элемент , либо бензиновый двигатель для выработки электроэнергии. Рекуперативное торможение способствует выработке электроэнергии на борту.

Voltec — это слово-гибрид, образованное от слов Volt , Vo r tec и technology .

Трансмиссия

Поколение 1

Концепция E-Flex (2007)

Система привода E-Flex (концепция Chevrolet Volt)

Трансмиссия Voltec была первоначально продемонстрирована как система E-Flex Propulsion System в концептуальном автомобиле Chevrolet Volt 2007 года, который дебютировал на Североамериканском международном автосалоне того года . [1] [3] [4] GM рекламировала E-Flex как попытку стандартизировать многие компоненты возможных будущих электромобилей и разрешить использование нескольких взаимозаменяемых систем генерации электроэнергии. [5] GM описала Volt как E-REV, что означает « электромобиль с увеличенным запасом хода », а не как гибрид. [1] [4] [6] В целом, энергия поступает от аккумуляторных батарей для электротягового двигателя, который приводит в движение транспортное средство.

Как было реализовано в концепции Volt 2007 года, первоначальная конструкция E-Flex включает в себя электрический тяговый двигатель с пиковой мощностью и крутящим моментом 120 кВт (160 л. с.) и 320 Н·м (240 фунт-сила·фут), 1-литровый 3-цилиндровый бензиновый двигатель, соединенный с генератором мощностью 53 кВт (71 л. с.), и  литий-ионную аккумуляторную систему емкостью 16 кВт·ч (58  МДж ) . [4] [7] [8] Концепт имеет топливный бак емкостью 12 галлонов США (45 л; 10,0 имп. галлонов), что обеспечивает заявленный комбинированный запас хода на электричестве и бензине в 640 миль (1030 км) и общую экономию топлива в 50 миль на галлон США (4,7 л/100 км; 60 миль на галлон ). Используя обычную бытовую розетку ( 110 В переменного тока, 15 А), аккумулятор можно было зарядить за 6 1⁄2 часов. [7 ]

E-Flex можно считать гибридом с разделением мощности , поскольку платформа разделяет аспекты как последовательной гибридной, так и параллельной гибридной конструкции. Как и в последовательном гибриде, двигатель внутреннего сгорания не подключен к трансмиссии, поэтому он может работать с постоянной скоростью для оптимальной эффективности и механической простоты (т. е. нет необходимости в переменной фазировке кулачков). Начиная с состояния покоя, E-Flex использует только электродвигатель тяги для привода колес; механическая мощность двигателя используется исключительно для привода генератора, который, в свою очередь, заряжает аккумуляторную батарею. При высоком спросе в режиме поддержания заряда выходная мощность двигателя остается высокой для накопления заряда. [1] [2] [7]

Однако, по определению, конструкция трансмиссии E-Flex делает ее параллельным гибридом, поскольку планетарная передача, которая приводит в движение колеса, соединена как с механической мощностью (от двигателя), так и с электрической мощностью (от электродвигателя), аналогично работе Toyota Prius. Prius использует электродвигатель для помощи двигателю; в отличие от этого, конструкция Voltec использует двигатель для помощи электрическому тяговому двигателю. В результате конструкция Voltec включает механическую помощь от двигателя только тогда, когда аккумулятор разряжен до 30% или ниже. [1] [2] [9] [7]

В этой силовой установке Voltec (gen 1) производства двигатель внутреннего сгорания / расширитель диапазона находится слева, а привод Voltec — справа. Скрученный жгут оранжевых высоковольтных кабелей между двигателем и приводом соединяет модуль инвертора тяговой мощности (TPIM, сверху) с трансмиссией внизу (не видно).

Поскольку электротяговый двигатель получает энергию от аккумулятора, платформа поддерживает несколько вариантов зарядки аккумулятора. Как было описано на NAIAS 2007 года, в первоначальной конфигурации использовался турбированный 1,0-литровый двигатель с тремя цилиндрами; это был двигатель с гибким топливом, способный работать на бензине или E85 (85% этанола , 15% бензина), хотя этот двигатель так и не попал в серийные автомобили. [7] Упомянутые альтернативные варианты двигателя-генератора включали двигатель на чистом этаноле (E100), дизельный двигатель, способный работать на биодизельном топливе, или даже водородный топливный элемент , как только эта технология станет практичной. Другой вариант источника питания, который вообще не зависит от двигателя внутреннего сгорания , был продемонстрирован в концептуальном автомобиле Volt на водородных топливных элементах , который появился на Шанхайском автосалоне 2007 года . [3] Однако из-за высокой стоимости топливных элементов по сравнению с новыми более дешевыми литиевыми батареями, General Motors публично заявила, что Volt не будет использовать топливные элементы ни в одном серийном автомобиле в ближайшем будущем. [10]

Производство

Volt первого поколения приводится в движение электродвигателем с пиковой мощностью 111 кВт (149 л. с.). Обычно Volt заряжается дома ночью ( подключаемый гибридный режим) через порт зарядки. [11] Сообщается, что полная зарядка занимает 10-12 часов от стандартной североамериканской бытовой розетки 120 В , 15 А или 4 часа от электросети SAE J1772 240 В 15 А. [ требуется ссылка ]

Уровень заряда литий-ионной батареи в первоначальном серийном автомобиле Voltec поддерживается в диапазоне от 30% до 80%, при этом бортовой генератор поддерживает уровень заряда батареи в 30%. [4] [12] Первоначально высоковольтная аккумуляторная батарея имела общую емкость 16 кВт·ч; в 2014 году она была увеличена до 16,5, а затем до 17,1 кВт·ч. [13]

Коды GM для первого поколения силового агрегата Voltec ( transaxle ) — 4ET50 (RPO MKA для Chevrolet Volt) и 4ET55 (RPO MKD для Cadillac ELR ). Этот transaxle объединяет демпфер крутящего момента (выполняющий ту же функцию, что и гидротрансформатор в обычной автоматической трансмиссии ), двигатель/генератор A, планетарную передачу, три сцепления, приводной двигатель B и главную передачу, включающую редуктор и дифференциал. [14]

Операция

Как описано в патенте, двигатель соединен с трансмиссией с помощью гасителя крутящего момента, который представляет собой селективно включенную муфту, которая соединяет двигатель с ротором двигателя/генератора A. В дополнение к селективному соединению с двигателем, двигатель/генератор A также может быть соединен с коронной шестерней планетарной передачи с помощью второй муфты. Третья муфта предусмотрена для выборочного заземления коронной шестерни. Двигатель B постоянно соединен с солнечной шестерней той же передачи; водило шестерни приводит колеса в движение через редуктор и дифференциал. Используя эту конструкцию, трансмиссия может переключаться между последовательным гибридным и разделенным выходным режимами, при этом низкие диапазоны предоставляются как последовательный гибрид с использованием одного двигателя, а высокие диапазоны предоставляются разделенным выходом, который смешивает выходную мощность обоих двигателей. [19] [20]

Существует шесть основных режимов работы, в зависимости от включения сцепления и работы двигателя; [19] General Motors классифицировала режимы в соответствии с потоком мощности к или от батареи. Они включают два режима истощения заряда (полностью электрические), CD1 и CD2, и два режима поддержания заряда (расширенный диапазон / гибрид), CS1 и CS2. Вкратце: [21] : 164–165 

Патент включает два дополнительных нейтральных режима, в которых тяговая мощность не применяется или применяется в незначительной степени. [19]

Из патента следует, что двигатель обеспечивает тяговую мощность только тогда, когда задействованы обе муфты C2 и C3. Для первого поколения Volt и ELR это происходит в одном рабочем режиме (CS2), и в этом режиме двигатель считается помощником электротягового двигателя (B).

Поколение 2

Обновленный Volt 2016 года выпуска оснащался 1,5-литровым двигателем-генератором I4, работающим на обычном, а не на премиальном бензине, и модернизированным аккумулятором с большей емкостью 18,4 кВт·ч, что обеспечивает предполагаемый запас хода на электротяге в 52 мили (84 км) на одной зарядке по сравнению с 41 милей (66 км) у Volt первого поколения. [22]

Разрез Volt второго поколения; двигатель по-прежнему слева, а привод — справа (со стороны водителя).

Код GM для второго поколения силового агрегата Voltec (трансмиссии) — 5ET50. [23] По сравнению с трансмиссиями 4ET50/55 первого поколения общая конструкция сместилась ближе к параллельному гибриду, работая чаще с использованием механической мощности от двигателя, дополненной электродвигателями в гибридном режиме. Был добавлен второй планетарный набор передач, и планетарные передачи соединены между собой путем соединения двух водил сателлитов, которые, в свою очередь, соединены с выходом трансмиссии на дифференциал главной передачи и колеса. Кроме того, оба электродвигателя теперь используются как двигатели и генераторы; Двигатель/генератор A использует ферритовые магниты и имеет выходную мощность 48 кВт (64 л.с.) / 118 Н·м (87 фунт-сила-фут), в то время как двигатель/генератор B использует редкоземельные магниты и имеет выходную мощность 87 кВт (117 л.с.) / 280 Н·м (210 фунт-сила-фут). [24] [25] Каждый двигатель меньше соответствующего двигателя в Voltec первого поколения, что снижает вес трансмиссии со 164 до 119 кг (с 362 до 262 фунтов). [17]

Режимы работы

Второе поколение Volt имеет пять различных режимов работы, два режима истощения заряда (полностью электрический), CD1 и CD2, и три режима поддержания заряда (гибридный), CS1 к CS3. Это: [17]

Муфта (C3) на зубчатом венце второй планетарной передачи (R2) представляет собой одностороннюю муфту, которая не позволяет двигателю/генератору A вращать двигатель в обратном направлении. [24]


Малибу

Схема трансмиссии 5ET50 (MKE), используемой в Chevrolet Malibu Hybrid

Chevrolet Malibu Hybrid использует ту же базовую конструкцию двухмоторного привода Voltec/трансмиссии и общую компоновку, что и Volt второго поколения; однако, по сравнению с Volt, Malibu Hybrid не является подключаемым гибридом и имеет меньшую батарею. Следовательно, Malibu Hybrid чаще работает в режимах поддержания заряда (CSx) и оснащен другими роторами для своих мотор-генераторных блоков, разделяя те же статоры, что и Volt. Volt использует ферритовые магниты для ротора в M/GA и редкоземельные магниты для ротора в M/GB, в то время как Malibu Hybrid имеет редкоземельные магниты для роторов как в M/GA, так и в B. [27]

Malibu Hybrid предлагает те же три режима поддержания заряда (CS1–CS3), что и Volt, но только один режим разрядки заряда (CD1). Трансмиссия Malibu Hybrid обозначена как 5ET50 (MKE), что похоже на 5ET50 (MKV), используемую в Volt, но не имеет односторонней обгонной муфты на первой планетарной передаче (обозначенной как «C3» на схемах режимов Volt), что делает невозможным работу в двухмоторном режиме (CD2). [27]

СТ6

Схема трансмиссии 4EL70, используемой с CT6 PHEV

Cadillac CT6 PHEV имеет переднемоторную компоновку с задним приводом, которая использует продольно установленный двигатель и трансмиссию 4EL70 (RPO MRD) [28] с приводным валом, простирающимся до задних колес. Трансмиссия схематически похожа на трансмиссию 5ET50, с дополнительной планетарной передачей и двумя дополнительными сцеплениями, в первую очередь для производительности; выход двух соединенных водил шестерен (P1 и P2) соединен с солнечной шестерней третьей планетарной передачи (S3), а водило шестерен третьей планетарной передачи (P3) обеспечивает выход на приводной вал. [29] Поскольку трансмиссия сохраняет одностороннюю муфту (C3), доступен режим CD2 (работа двух электродвигателей).

Как и 5ET50 (MKV), двигатель/генератор A в 4EL70 был разработан с целью исключить использование редкоземельных материалов; M/GB относится к тяговому двигателю, используемому для Chevrolet Spark EV . [29]

Транспортные средства

Серийные автомобили, Voltec Generation 1

GM выбрала свою архитектуру компактных автомобилей Global Delta II для своих первых приложений Voltec. Производство Volt началось в ноябре 2010 года, а первые Volt были доставлены розничным клиентам в декабре 2010 года [36]

Серийные автомобили, Voltec Generation 2

Концептуальные автомобили

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcde Матте, Роланд; Эберле, Ульрих (2014-01-01). "Система Voltec - хранение энергии и электрическая тяга" . Получено 2014-05-04 .
  2. ^ abc Эберле, Ульрих (5 августа 2012 г.). «Wasserstoff und Elektromobilität - Für ein Intelligent Verknüpftes Energie- und Verkehrssystem» . Проверено 5 мая 2013 г.
  3. ^ ab Eisenstein, Paul A. (2007-04-19). «GM подключает топливные элементы к Volt». The Car Connection.
  4. ^ abcd Эберле, Ульрих; фон Гельмольт, Риттмар (2010-05-14). "Устойчивый транспорт на основе концепций электромобилей: краткий обзор". Королевское химическое общество . Получено 2010-06-08 .
  5. ^ Абуэльсамид, Сэм (07.01.2007). "Взгляд на платформу GM E-Flex". AutoBlogGreen.com . Получено 13.01.2007 .
  6. ^ Деннис, MD, Лайл Дж. (23 ноября 2007 г.). "GM называет Volt E-REV". GM-Volt.com . Получено 23 ноября 2007 г.
  7. ^ abcde "GM представляет систему электромобиля E-Flex; Chevrolet Volt — первое применение". Green Car Congress . 6 января 2007 г. Получено 4 сентября 2024 г.
  8. ^ «Что, если бы вы могли ездить на работу всю неделю, не тратя ни капли бензина?». Архивировано из оригинала 9 июня 2007 г.
  9. ^ «Откручиваем Chevy Volt, чтобы посмотреть, как он работает». Motor Trend . 13 октября 2010 г. Получено 4 сентября 2024 г.
  10. ^ Тейлор, Эдвард (2008-03-05). "GM, Toyota сомневаются в массовом использовании топливных элементов". Wall Street Journal . Получено 2008-04-08 .
  11. ^ "GM демонстрирует концепт подключаемого модуля Chevy". CNNMoney.com. 2007-01-08 . Получено 2007-01-12 .
  12. ^ Деннис, MD, Лайл Дж. (29 августа 2007 г.). "Последние сведения и разъяснения по аккумуляторной батарее и генератору Chevy Volt". GM-Volt.com . Получено 29-08-2007 .
  13. ^ Рейнольдс, Ким; ЛаПальм, Джулия (1 сентября 2015 г.). "Обзор первого теста Chevrolet Volt 2016 года". Motor Trend . Получено 4 сентября 2024 г. .
  14. ^ Гаррет, Стив (июнь 2017 г.). «Tackling a 4ET50 Hybrid». Gears . Получено 4 сентября 2024 г. .
  15. ^ Руководство по экономии топлива, модельный год 2014 (PDF) (Отчет). Агентство по охране окружающей среды США. 2013. стр. 38. Получено 27 октября 2024 г.
  16. ↑ Вандерверп, Дэйв (10 октября 2010 г.). «Полный тест Chevrolet Volt 2011 года». Car and Driver . Получено 4 сентября 2024 г. .
  17. ^ abcd "GM предоставляет технические подробности о силовой установке Gen 2 Voltec, используемой в Volt 2016 года". Green Car Congress . 23 апреля 2015 г. Получено 4 сентября 2024 г.
  18. ^ Колвелл, Кейптаун-Си (22 января 2014 г.). «Протестировано: 2014 Cadillac ELR Coupe Plug-In Hybrid». Car and Driver . Получено 4 сентября 2024 г. .
  19. ^ abcd Патент США 7867124B2, Брендан М. Конлон; Питер Дж. Савагян и Алан Г. Холмс и др., «Электрически-регулируемая трансмиссия с разделением выходного сигнала и электрическим приводом с использованием одного или двух двигателей», опубликован 11 января 2011 г., передан GM Global Technology Operations LLC 
  20. ^ Миллер, Майкл А.; Холмс, Алан Г.; Конлон, Брендан М.; Сэвагян, Питер Дж. (2011). «Многорежимная электрическая трансмиссия GM 'Voltec' 4ET50». SAE International Journal of Engines . 4 (1): 1102–1114. doi :10.4271/2011-01-0887. ISSN  1946-3936.
  21. ^ Matthé, Roland; Eberle, Ulrich (16 декабря 2013 г.). "8: The Voltec System — Energy Storage and Electric Propulsion" (PDF) . В Pistoia, Gianfranco (ред.). Lithium-Ion Batteries: Advances and Applications (PDF) . Elsevier Science. стр. 151–176. ISBN 9780444595164.
  22. ^ "Следующее поколение Chevy Volt EREV более эффективно, с запасом хода на электротяге 50 миль". Green Car Congress . 12 января 2015 г. Получено 5 сентября 2024 г.
  23. ^ Брук, Линдси (29 октября 2014 г.). «GM представляет более эффективную силовую установку Volt 2016 года». Автомобильная инженерия . Получено 5 сентября 2024 г. .
  24. ^ ab Brzozowski, Aaron (20 февраля 2015 г.). "Secrets Of The 2016 Chevrolet Volt Transmission: Deep Dive, Pt. 1". GM Authority . Получено 4 сентября 2024 г. .
  25. ^ Brzozowski, Aaron (21 февраля 2015 г.). «Secrets Of The 2016 Chevrolet Volt Transmission: Deep Dive, Pt. 2». GM Authority . Получено 4 сентября 2024 г. .
  26. ^ Патент США 8602938B1, Брендан М. Конлон; Хваджа М. Рахман и Тревор Джон Блом и др., «Многорежимная электрически регулируемая трансмиссия с двигателем с ферритовыми магнитами и способ ее эксплуатации», опубликован 10 декабря 2013 г., передан GM Global Technology Operations LLC 
  27. ^ ab "GM details 2016 Chevrolet Malibu Hybrid powertrain design and operation". Green Car Congress . 18 апреля 2016 г. Получено 5 сентября 2024 г.
  28. ^ "Cadillac CT6 PLUG-IN обеспечивает эффективную производительность" (PDF) . TechLink . Том 19, № 9. Май 2017 г. . Получено 5 сентября 2024 г. .
  29. ^ ab "Новая система RWD PHEV от GM для Cadillac CT6, разработанная для удовольствия от вождения, высокой производительности и эффективности; Volt на стероидах". Green Car Congress . 19 февраля 2016 г. Получено 5 сентября 2024 г.
  30. ^ Руководство по экономии топлива, модельный год 2017 (PDF) (Отчет). Агентство по охране окружающей среды США. 2016. стр. 38. Получено 27 октября 2024 г.
  31. ^ Робинсон, Аарон (11 сентября 2015 г.). "2016 Chevrolet Volt". Car and Driver . Получено 4 сентября 2024 г. .
  32. ^ "Volt 2018 (брошюра)" (PDF) . Chevrolet . Получено 7 сентября 2024 г. .
  33. ^ Ребок, Билли (30 сентября 2018 г.). "2019 Chevrolet Bolt EV против 2019 Chevrolet Volt PHEV". Motor Trend . Получено 7 сентября 2024 г. .
  34. ↑ Шерман, Дон (28 июня 2016 г.). «Протестировано: гибрид Chevrolet Malibu 2016 года». Car and Driver . Получено 4 сентября 2024 г. .
  35. ^ Каппарелла, Джои (7 сентября 2017 г.). «Протестировано: 2017 Cadillac CT6 Plug-In Hybrid». Car and Driver . Получено 4 сентября 2024 г. .
  36. ^ "Новый 2011 Chevy Volt Gearhart Chevrolet поставляет первый Volt в Америку". Wn.com . Получено 2012-06-04 .