Dezvoltarea unui sistem hibrid pentru autovehiculele cu motor termic

1. Introducere

Un vehicul hibrid este un vehicul care are mai multe sisteme de propulsie, spre deosebire de vehiculele convenționale (cu motor cu ardere internă). Adesea, în special pentru autoturisme, termenul se folosește în sensul de vehicul electric hibrid pentru vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă și cu motoare electrice. Însă sunt posibile și alte combinații: hidraulic hibrid (cu motor cu ardere internă și pompă/motor hidraulic), sau propulsat muscular și electric, de exemplu bicicletele electrice.

Figura 1. Șasiul convențional

În Figura 1 este prezentat modul de propulsie pentru o mașină convențională. Șasiul este partea principală a automobilului alături de motor și caroserie care are funcțiile de susținere a ansamblului mașinii, de transmitere a mișcării de la motor la roțile motoare, de conducere și de propulsie a automobilului.

Prin punctele de contact ale roților cu suportul solid (solul) se transmite greutatea vehiculului, căreia îi răspund forțe verticale de reacție. Pentru ca roata să poată deveni un organ de propulsie, trebuie sa i se aplice un cuplu de forțe. Acest cuplu de forțe, în mod convențional, provine de la un motor termic fie cu aprindere prin combustie (Diesel), fie cu aprindere prin scânteie (Otto), montat fie pe puntea față, fie pe cea din spate.

În timp, din considerente ecologice și economice, s-au făcut cercetări în vederea menținerii randamentului în condițiile folosirii altor forme de energie pentru propulsia autovehiculelor pe lângă cea produsă de motorul termic, aceasta din urmă ajungând să fie înlocuită într-o anumită măsură sau chiar în totalitate.

2. Descrierea proiectului

Noi, echipa de studenți de anul IV ai Facultății de Construcții de Mașini și Management Industrial, specializarea Mașini și Sisteme Hidraulice și Pneumatice propunem următoarele variante de propulsie care să înlocuiască parțial sau total energia produsă de motorul termic:

- Sistem termic-electric-hidraulic. Propulsia este asigurată de un motor cu ardere internă montat pe puntea față și de un motor electric montat pe puntea spate. Motorul cu ardere internă asigură tracțiunea pe puntea față. Motorul electric acționează o pompă volumică care refulează lichidul de lucru sub presiune către două motoare hidraulice rotative amplasate la roțile punții spate.

- Sistem termic-hidraulic. Propulsia este asigurată de un motor cu aprindere prin scânteie (Otto) montat pe puntea față. Motorul acționează o pompă volumică care refulează lichidul de lucru sub presiune către două sau patru motoare hidraulice rotative montate la roțile punții față, respectiv la roțile punților față și spate.

- Sistem electric-hidraulic. Propulsia este asigurată de un motor electric montat pe puntea față. Motorul electric acționează o pompă volumică care refulează lichidul de lucru sub presiune către două sau patru motoare hidraulice rotative montate la roțile punții față, respectiv la roțile punților față și spate.

2.1. Propulsie hibridă: termic-electric-hidraulic

Acest vehicul este propulsat pe plan secund de energia hidraulică, energie ce este furnizată de o pompă volumică ce este acționată prin intermediul motorului electric alimentat cu energie electrică de sistemul de stocare cu baterii. Energia electrică stocată în baterii poate fi obținută și prin fenomenul de recuperare a energiei în urma deplasării vehiculului. Conceptul pe baza căruia lucrează acest principiu este: conversia energiei cinetice a vehiculului în energie chimică, energie ce este stocată în baterii și care poate fi apoi utilizată în propulsarea vehiculului.

Energia cinetică obținută prin mișcarea vehiculului este obținută din masa și viteza vehiculului cu ecuația: E=1/2*(m*v2). De fiecare dată când mașina încetinește, vehiculul recuperează energie. În timpul deplasării, există în permanență pierderi de energie cinetică datorată rezistenței la rotire a roților, frecărilor mecanice și aerodinamicii mașinii. Aceste cantități de căldură provenite din pierderea energiei cinetice sunt transmise către stradă, aerul înconjurător și alte părți ale mașinii. Însă, majoritatea energiei cinetice este convertită în căldură de către sistemul de frânare atunci când se apasă pedala care acționează acest sistem.