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]

Схематическое изображение силовой установки последовательно-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 энергию вращения 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
• 
  Реклама туристического автомобиля Owen Magnetic 1920 года
• 
  Танк Сен-Шамон

Железнодорожный

Примерами бензиново-электрических рельсовых транспортных средств являются Северо-Восточная железная дорога 1903 года выпуска , Doodlebug (автомобиль) , GE 57-тонный бензиново-электрический крытый вагон , ^[9] мотор-колесо Weitzer и бензиново-электрические локомотивы, построенные для легкорельсового транспорта Военного министерства компаниями Dick, Kerr & Co. и British Westinghouse . ^[10] Во Франции система Кроша-Колардо , разработанная Генри Кроша и Эммануэлем Колардо, использовалась в некоторых бензиново-электрических вагонах.

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

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), ^[11] подводную лодку класса A (1903) (Великобритания), ^[12] SM U-1 (Австро-Венгрия) , русскую подводную лодку Krab (1912) .

• 
  USS Плунжер S2-1
• 
  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. ^[13] Прототип Char G1 P 1936 года также был разработан с бензино-электрическим приводом. ^[14]

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. ^[15] Позже они были преобразованы в Ferdinand, а затем в Elefant , истребители танков. ^[16] 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

• Дизель-электрическая трансмиссия
• Турбинно-электрическая трансмиссия
• Турбо-электрическая трансмиссия

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. дои : 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. "Minnesota Transportation Museum". Архивировано из оригинала 14 февраля 2015 года . Получено 14 февраля 2015 года .
10. Дэвис, У. Дж. К. (1967). Легкие железные дороги Первой мировой войны . Дэвид и Чарльз. С. 157–159.
11. «Индекс фотографий подводных лодок».
12. «MaritimeQuest – Класс А (1902) Обзор класса подводных лодок».
13. "Espacenet - Оригинальный документ" .
14. Стивен Дж. Залога (2014). Французские танки Второй мировой войны (1) . Osprey. ISBN 9781782003922.
15. 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.
16. "Фердинанд/Слон". Ахтунг Панцер . Проверено 7 февраля 2010 г.