SSttuuddiiuull mmooddeelleelloorr ddee mmoottooaarree hhiibbrriiddee uuttiilliizzaattee llaa aauutto

U nive r s it ate a POL IT EHN ICA d in Bu cu re şt i Facultatea de Ingineria şi Managementul Sistemelor Tehnologice Studii universitare de M a s t e r a t Dom eniu l Inginerie Industrială Progra mul de s t ud ii, Modelarea şi Simularea Sistemelor Mecanice Mobile MSSMM

DISERTAŢIE Masterand,

POPA M. Marin

Conducător ştiinţific,

Ş.l.univ.dr.ing. Florian Ion T. PETRESCU

20 14 1

U n i ve r s i t a t e a P O L I T E H N I C A d i n B u c u r e ş t i Facultatea de Ingineria şi Managementul Sistemelor Tehnologice Departamentul de Teoria Mecanismelor şi a Roboţilor

Studii universitare de M a s t e r a t Dom eniu l Inginerie Industrială Progra mul de s t ud ii, Modelarea şi Simularea Sistemelor Mecanice Mobile MSSMM Masterand,

POPA M. Marin TEMA DISERTAŢIEI Studiul modelelor de motoare hibride utilizate la autovehiculele rutiere

Conducător ştiinţific, Ş.l.univ.dr.ing. Florian Ion T. PETRESCU

Decan,

Director de departament, Prof.dr.ing.Constantin OCNĂRESCU

Prof.dr.ing. Cristian DOICIN

2

Cuprins Capitolul I.

Pag.

I.1. Noţiuni generale privind sistemele hibride ..............................................................................5 I.2. Necesitatea utilizării motoarelor auto hibride ..........................................................................6 I.3. Scurt istoric privind apariţia motoarelor hibride .......................................................................8 I.4. Tendinţe actuale şi de perspectivă în dezvoltarea motoarelor auto hibride ...............................14

Capitolul II. II.1. Sisteme de propulsie hibride .....................................................................................................20 II.2. Clasificarea motoarelor hibride ................................................................................................22 II.3. Criterii de clasificare

............................................................................................................23

II.3.1. După puterea maşinii electrice

........................................................................................ .23

II.3.2. După modul de interconectare a motoarelor

................................................................... ..26

II.4. Moduri de configurare a diferitelor tipuri de sisteme hibride ............................................. ..29

Capitolul III. Autoturisme cu transmisie hibridă III.1. Toyota Prius I – prima generaţie de automobile hibride ............................. ........................ ....34 III.1.1. Transmisia Toyota Hibrid System (THS) .............................................................. . ..... ......34 III.1.2. Motorul cu ardere internă ..................................................................................... . ...........36 III.1.3. Motorul şi generatorul electric ............................................................................. ...........38 III.1.4. Invertorul AC – DC ................................................................................................. .. ......40 III.1.5. Bateriile NI-MH

..................................................................................................... ..........41

III.1.6. Modul de funcţionare .............................................................................................. ...........42 III.1.7. Regimurile de funcţionare ................................................................................... ..............43 III.2. Motorul hibrid Scuderi .............................................................................................................. ....54 III.2.1. Construcţie şi funcţionare

...................................................................................................56 3

III.2.2. Moduri de funcţionare ..........................................................................................................58 III.2.3. Motorul Scuderi turbo supraalimentat ..................................................................................60 III. 2.4. Particularităţile motorului hibrid Scuderi ............................................................................61 III.3. Sistemul Hibrid Air dezvoltat de PSA(Citroien – Peugeot)......................................................62 III.3.1. Componentele sistemului Hibrid Air .....................................................................................65 III.3.2. Moduri de operare ...................................................................................................................67 III.3.3. Avantajele tehnologiei hibride air............................................................................................70 III.4. Noul sistem hibrid dezvoltat de Audi........................................................................................71 III.5. Porsche

911 GT3 R Hibrid ..............................................................................................72

Capitolul IV. Sisteme Mecatronice Hibride IV.1. Noua tehnologie oferită de Bosch .............................................................................................77 IV.2. Sisteme de injecţie pentru carburanţi alternativi .....................................................................77 IV.2.1. Componente ale sistemului de injecţie pentru biocarburanţi ............................................... 78 IV.2.2. Tehnologia Flex Fuel pentru alimentarea cu etanol ........................................................... ...79 IV.3. Sistemul de dezactivare al cilindrilor 1.4 TSI VW

.......................... ...................................79

IV.4. Sistemul de propulsie paralel complet hibrid Bosch

...................................................... ....82

IV.5. Sistemul Stop & Start

………………………………………………………………...……86

IV.6. Cutia de viteze automată cu 8 rapoarte de la ZF(8HP) ………………………………………94 IV.6.1. Hidrotransformatorul …………………………………………………………………….….95 IV.6.2. Cutia automată - mecanismele planetare …………………………………………………...98 IV.6.3. Ambreiajele și frânele pentru cuplarea treptelor ………… ……………………………...100

IV.7. Acumulator Hydraulic De Impuls His …………………………………………… ………102 V. Concluzii. ……….………………………………………………………………………………106 VI . Bibliografie .......................................................................................................................... .... 106 4

Capitolul I. I . 1. Noţiuni Generale Privind Sistemele Hibride Termenul de vehicul hibrid desemnează

combinaţia a două surse de propulsie cum ar fi un

motor cu ardere internă şi unul sau mai multe motoare electrice, (fără a exclude şi alte posibilităţi), scopul fiind obţinerea unei maşini, cu putere mărită şi consum mai mic.

Un vehicul hibrid electric este un vehicul care combină un sistem de propulsie convenţional, cu un sistem de stocare a energiei recuperabile, pentru a obţine un randament mai bun, un consum de carburant mai scăzut şi un nivel de gaze evacuate redus.

Vehiculele hibride moderne de producţie în masă prelungesc încarcarea din bateriile lor prin capturarea energiei cinetice, prin frânarea regenerativă, iar unele vehicule folosesc motorul cu ardere internă pentru a crea electricitate prin antrenarea unui generator electric (de obicei chiar motorul electric folosit pentru propulsie), pentru a încarca bateriile sau pentru a antrena direct un motor electric care antrenează vehiculul.

Multe vehicule reduc gazele de emisie din timpul staţionării prin oprirea motorului cu ardere internă când acesta funcţionează la relanti şi repornirea lui când este acţionat ambreiajul (sistemul „start – stop”).

De obicei motoarele cu combustie a vehiculelor hibride sunt mai mici decât cele de pe vehiculele convenţionale, dar în combinaţie cu motoarele electrice dau un randament mai bun.

Autovehiculele hibride au fost făcute cunoscute publicului în anii 1990 prin modelele Honda Insight şi Toyota Prius, şi sunt văzute de mulţi producători ca tehnologiile viitorului pe piaţa auto.

Vânzările globale de vehicule hibride fabricate de producătorii Toyota şi Lexus au atins numărul de 1,7 milioane vehicule vândute în ianuarie 2009. Autovehiculele hibride sunt astăzi prioritatea de top a tuturor comercianţilor de vehicule din America.

Cercetătorii în domeniu au în vedere analiza comparativă a soluţiilor de transmisii regenerative utilizabile pe automobile prin simulare cu ajutorul unor modele dinamice complexe şi a unor medii de programare evoluate.

5

Sunt analizate cele mai promiţătoare soluţii aflate în atenţia unor renumite firme constructoare de automobile. Se are în vedere realizarea practică a variantei constructive cu sistem de propulsie hibrid, care rezultă a fi cea mai performantă din punct de vedere al performanţelor dinamice, economice şi ecologice.

Se intenţionează înlocuirea transmisiei convenţionale (mecanică 5 trepte) cu una de tip nou hibridă, special concepută, proiectată şi realizată de membrii echipelor de cercetare.

Sistemul de propulsie inovator va putea funcţiona şi în modul regenerativ prin recuperarea energiei în fazele de decelerare a automobilului.

Mai mult, funcţionarea atât în trepte cât şi continuă a transmisiei hibride se constituie într-o reală bază de teste (laborator mobil), având implicaţii pozitive în valorificarea cercetării ştiinţifice.

I.2. Necesitatea Utilizării Motoarelor Hibride Auto Reducerea poluării atmosferice, a consumului de combustibil concomitent cu îmbunătăţirea performanţelor tehnice şi a confortului, constituie principala preocupare a marilor companii producătoare de autovehicule. În acest sens cercetătorii de la marile firme, precum Audi, Bosch, Toyota Prius, Volkswagen Touareg, Porsche Peugeot, Citroen, etc, au pus la punct o serie de noi tehnici prin care să realizeze acest deziderat.

Pe de altă parte, introducerea normelor EURO 5 în 2009, dar mai ales prevederile normelor EURO 6 din 2012 – 2014, impun realizarea unor sisteme noi de propulsie şi îndeosebi o gestionare optimă a energiei disponibile pe automobil.

Atât în Europa cât şi în Statele Unite şi Japonia, transmisiile regenerative au impulsionat revigorarea industriei de automobile şi au stimulat interesul beneficiarilor şi al celor interesaţi de protecţia mediului şi a resurselor naturale. Încălzirea globală, epuizarea resurselor minerale şi poluarea în aglomeraţiile urbane constitue probleme care trebuie soluţionate în noul secol, impunându-se, totodată, noi standarde pentru sistemele de propulsie ale automobilelor.

Prin reducerea consumului de combustibil la automobile se realizează, în aceeaşi măsură, 6

reducerea emisiei de CO2, ca element important al efectului de seră. Constructorii europeni de automobile, grupaţi în ACEA, au acceptat o reducere cu 25 % a emisiei de CO2 până în 2008, faţă de nivelul din 1990, adică până la 140 g/km. Acestuia îi corespunde un consum de benzină de 5,8 l/100 km şi de 5,2 l/100 km de motorină, în ciclul european de testare (NEDC). Apoi nivelul a fost redus până la 120 g/km de CO2, în 2012, acestuia corespunzându-i un consum de benzină de 5 l/100 km şi 4,5 l/100 km de motorină. În acelaşi timp, pretenţiile posesorilor de automobile referitoare la siguranţă şi confort au crescut, cu toate că îndeplinirea acestor cerinţe implică masa mai mare şi cu aceasta consum de combustibil crescut. În plus, se pretind performanţe dinamice mai mari fără creşteri suplimentare de preţ. Este foarte important să se precizeze faptul că nu este suficient ca un motor cu ardere internă să poată funcţiona pe stand, la anumite regimuri, cu consum de combustibil şi poluare reduse, ci ar fi de dorit ca acesta să poată funcţiona pe automobil la regimurile economice, indiferent de viteza de deplasare.

Se apreciază că funcţionarea eficientă a motorului cu ardere internă pe automobil ar fi posibilă numai dacă automobilul ar fi prevăzut şi cu un sistem electric de propulsie, care să furnizeze puterea necesară la roată, pe intervale scurte de timp, la deplasarea în zonele aglomerate sau în oraşe. Într-o astfel de configuraţie (motor cu ardere internă, transmisie adaptivă, generator/motor electric) motorul cu ardere internă ar funcţiona numai la regimul economic, sau în preajma acestuia, iar în rest ar fi oprit sau ar funcţiona la ralanti. În ziua de astăzi se discută din ce în ce mai mult despre maşinile hybride, dacă sunt cu adevărat “eco” sau nu, dacă merită să se investească în ele sau nu. Argumente în favoarea hibridelor ar fi decizia comisiei europene care şi-a propus ca ţintă reducerea emisiilor de CO2 la maximum 95 g/km până în 2020, facilităţile oferite de autorităţi (în unele ţări proprietarii de hibrizi sunt scutiţi de taxa de drum şi nu plătesc pentru parcare municipală). De asemenea a glomeraţiile din traficul urban, preţurile ridicate la petrol etc, au făcut ca cererea pe piaţă pentru astfel de maşini să creacă, crescând astfel producţia de maşini hibride.

Pe lângă aceste argumente, maşinile cu propulsie hibridă prezintă şi o serie de avantaje cum ar fi: - produc mai puţin zgomot decât un motor termic - răspund mai rapid la comenzi

7

- recuperează energia la decelerare - au o autonomie mai mare decât un vehicul electric simplu - au mai multă fineţe şi uşurinţă în manipulare - se reîncarcă mai repede decât un vehicul electric - consumul este mult mai scăzut Cu toate acestea, câteva dezavantaje majore limitează posibilitatea înlocuirii totale a maşinilor cu propulsie convenţională; se pot defecta mai des, cost ridicat, costuri de întreţinere mai mari, decât la cele convenţionale.

I.3. Scurt istoric privind apariţia motoarelor hibride Istoria automobilelor hibride, adică a maşinilor care erau propulsate de motoare electrice ajutate de un motor cu ardere internă, începe odată cu secolul XX, în anul 1901. În acel an, Ferdinand Porsche a proiectat automobilul Mixte (fig 1), o versiune hibridă a maşinii electrice “System Lohner-Porsche”, lansat cu un an înainte la Salonul Auto de la Paris.

Mixte avea o autonomie de 50 de kilometri şi atingea o viteză maximă de 50 km/h. În 1917, compania Woods Motor Vehicle din Chicago a produs un automobil hibrid al cărui motor electric îl propulsa până la 25 km/h. Până în 1918 au ieşit de pe linia de fabricaţie 600 de astfel de produse, dar maşina nu a avut succes deoarece era prea lentă, scumpă şi greu de reparat. În anul 1970, inginerul american Victor Wouk, supranumit “Părintele hibridului”, a instalat un motor electric care funcţiona în tandem cu cel clasic pe un Buick Skylark oferit de General Motors.

Programul susţinut de Agenţia Mediului a fost suspendat în 1976, un aport în acest sens fiind faptul că în anii ’70 benzina în SUA era foarte ieftină şi americanii nu erau dispuşi să renunţe la gurmandele şi puternicele modele V8.

8

Trecând pe vechiul continent, în 1989 Audi a produs hibridul experimental Audi Duo, bazat pe modelul Audi 100 Avant Quattro care s-a dovedit mai puţin eficient decât modelul simplu, cu motor clasic. După doi ani, compania a lansat a doua generaţie a acestui hibrid, Audi Duo. In 1996, General Motors producea EV1, un model electric fabricat în serie mică şi folosit în special pentru testarea în viaţa reală a comportamentului unui vehicul electric. Principala problemă a lui EV1 ca şi a altor modele electrice pe atunci era autonomia scăzută.

Tehnologia automobilelor hibride a devenit populară abia în anii ’90 când au intrat pe piaţă Honda Insight şi Toyota Prius. Prima generaţie de Prius, produsă în serie încă din 1997, dovedea pentru prima dată că tehnologia hibridă nu este doar o jucărie sofisticată pentru milionarii ecologişti, sau doar nişte strategii de marketing ale unor corporaţii dornice de atenţie. Astfel, automobilele propulsate de sisteme hibride deveneau cu adevărat eficiente şi fiabile.

fig 1 Toyota Prius - face parte din primele automobile cu sistem de propulsie hibridă produse în masă. Vânzările au debutat în 1997 în Japonia, automobilul fiind ulterior comercializat şi pe piaţa din SUA şi Europa.

Toyota Prius a evoluat din punct de vedere al design-ului şi a tehnologiei utilizate din 1997 şi

9

până în prezent. Momentan s-a ajuns la generaţia a patra (Prius IV), plus încă două concepte ce urmează să fie comercializate în viitorul apropiat (Plug-in Prius, Prius+).

Prius I (fig2).

Prima generaţie de Prius a fost prezentată publicului în 1995 la salonul auto de la Tokyo.

Vânzările versiunii de serie au debutat în decembrie 1997 pe piaţa japoneză. Începând cu anul 2000 Toyota Prius a fost introdusă şi pe piaţa din SUA la un preţ de 19.995 $.

fig2.

Foto: Toyota Prius – prima generaţie Sursa: Toyota

10

Prius II

fig 3 A doua generaţie de Prius a fost prezentata publicului în 2003 cu ocazia salonului auto de la New York. Vânzările au început pe piaţa americană în 2004 păstrând preţul de pornire al generaţiei întâi de 19.995 $.

Cererea noului model a fost atât de mare (12000 de rezervări on-line) încât Toyota a fost nevoită să mărească producţia de mai multe ori, cumpărătorii fiind trecuţi pe liste de aşteptare.

A doua generaţie de Prius a fost echipată cu un motor termic mai puternic (76 CP) precum şi cu un motor electric MG2 de 67 CP. Aerodinamica caroseriei a fost optimizată, coeficientul aerodinamic (Cx) fiind redus la 0.26.

Raportat la prima versiune Prius II beneficiază şi de compresor de aer condiţionat cu acţionare electrică precum şi de o baterie NiMH mai uşoară şi de capacitate mai mică. Aceste optimizări îi permit automobilului un timp de demarare de la 0 la 100 km/h de numai 10 s. Saltul de tehnologie de la prima la a doua generaţie de Prius a condus la patentarea de către Toyota a nu mai puţin de 530 de inovaţii!

11

Prius III (fig 4.)

A treia generaţie de Prius a debutat în 2009 la salonul auto internaţional de la Detroit.

Vânzările au început în Japonia în Mai 2009 continuând cu SUA din 2010. Îmbunătăţirile tehnologice aduse celei de-a treia generaţie de Prius cuprind printre altele: un motor termic cu cilindreea mărită la 1.8 L, cu puterea maximă de 98 CP, coeficient aerodinamic de numai 0.25, pompă de apă acţionată electric, sistem de frânare pe puntea spate cu discuri. Acţionarea electrică a pompei de apă, a compresorului de aer condiţionat şi lipsa alternatorului clasic a făcut posibilă eliminarea curelei de accesorii, Toyota fiind primul constructor cu acesta soluţie tehnologică.

12

Prius IV

A patra generaţie de Prius coexistă cu cea de-a treia generaţie marea diferenţă fiind posibilitatea de a alimenta bateria de acumulatori de la o reţea electrică (P-HEV).

Acest model este echipat cu o baterie Li-Ion de capacitate 4.4 kWh care permite deplasarea în mod exclusiv electric pe o distanţă de maxim 23 km. Automobilul a fost prezentat publicului cu ocazia salonului internaţional auto de la Frankfurt din 2009. Vânzările au fost prognozate să înceapă în Japonia, SUA şi Europa din 2012.

Toyota Prius este vândută în mai mult de 70 de ţări, inclusiv România.

Cea mai

importantă piaţă este cea din SUA urmată de Japonia şi Europa. Vânzările la nivel mondial au depăşit pragul de 1 milion de automobile în Mai 2008 şi 2 milioane în Septembrie 2010. Începând cu Aprilie 2011 SUA deţine aproximativ jumătate din vânzările totale de Prius depăşind pragul de 1 milion de vehicule.

13

I.4. Tendinţe actuale şi de perspectivă în dezvoltarea automobilelor hibride Maşinile hibride nu ţin pasul pe loc, ci evoluează, devenind mai accesibile şi mai performante. În prezent, cei care doresc au la dispoziţie mai multe modele care au performanţe de invidiat. În continuare sunt prezentate doar câteva din noile modele cu care vor ieşi pe piaţă renumite companii.

BMW i3 Această maşină are şi o parte a motorului pe benzină, el încărcând bateria şi echipând maşina pentru a-i prelungi autonomia. Motorul dezvoltă 34 de cai-putere, partea electrică asigurândui o autonomie de aproximativ 160 km.

Chevrolet Volt

Acest model este cel mai vechi hibrid, el fiind lansat în 2010. Motorul electric propulsează roţile în majoritatea timpului, iar partea pe benzină încarcă bateriile. Motorul pe benzină dezvoltă 84 de cai-putere, autonomia maşinii fiind de 611 km.

14

Ford C-Max Energi Modelul Ford prezintă marele avantaj de a oferi o autonomie mare, şoferul putând parcurge nu mai puţin de 997 km cu ajutorul bateriei. Motorul pe benzină oferă 141 de cai-putere. Maşina dispune şi de comenzi vocale în interior.

15

Honda Accord Plung-In Hybrid Compania este al cincilea producător mondial de automobile din lume și primul producător mondial de motoare (peste 14 milioane de motoare cu combustie internă anual).

Honda este al doilea producător japonez de automobile, după Toyota și înaintea Nissan. În ciuda prețurilor mari la carburant și a economiei SUA slăbite, Honda a raportat o creștere a vânzărilor cu 1% în luna iunie 2008, în timp ce marii săi rivali, incluzând primii trei producători americani (General Motors, Ford și Chrysler) și Toyota au înregistrat pierderi de peste zece procente. Analiștii atribuie acest rezultat contribuției a doi factori: gama Honda constă în principal în mașini de dimensiune mică (de la subcompactă la medie) cu consumuri economice și în al doilea rând, în ultimii zece ani fabricile Honda au fost proiectate să fie flexibile, astfel încât pot fi oricând reconfigurate pentru producerea acelui model de automobil cerut de către piață.

Hibridul Accord Plug-In Hybrid oferit de Honda va fi disponibil pe piaţă la sfârşitul acestui an. Motorul pe benzina oferă 137 de cai-putere, autonomia totală fiind de 804 km.

Toyota PriusPlug-in Toyota a devenit o maşină populară hibridă în anii 2.000 datorită modelului Prius. Noul model este destul de asemănător cu vechiul, însă bateria este una mai mare. Motorul pe benzină dezvoltă 98 de cai-putere, iar cel electric oferă independent o autonomie de 17 km. În total, autonomia maşinii este de 869 km.

16

Lexus este un constructor japonez de autoturisme de lux, aparținând concernului Toyota.

17

Nissan este o companie japoneză producătoare de automobile, înființată în anul 1933. În anul 1999, companiile Renault și Nissan au format o alianță, compania rezultată având numele de Renault-Nissan.

Compania a vândut 4,08 milioane de vehicule în anul 2010, în creștere cu 21,5% față de anul precedent.

Nissan a lansat în India modelul Terrano, construit pa baza Dacia Duster, în care japonezii şi-a pus mari speranţe.

Maşina se află deja la a patra generaţie, însă este pentru prima dată când este construită pe platforma companiei române.

Astfel, deşi Terrano are multe dintre caracteristicile Dacia Duster, japonezii au adus câteva modificări în ceea ce priveşte design-ul, atât la exterior, cât şi la interior.

Maşina a primit faruri complet noi, angulare, o altă grilă pentru radiator si o nouă bară de protecţie. În plus, materialele folosite la interior au fost îmbunătăţite şi stilizate pentru a semăna mai mult cu celelalte modele Nissan.

Nissan Terrano

18

Mitsubishi Motors Corporation a lansat în 2009 modelul i-Miev 100% electric, şi a făcut paşi importanţi spre hibridizare. Noua versiune a lui Outlander preia motoarele electrice ale lui

i-MiEV şi asigură un sistem de tracţiune integrală prin acestea, eliminând cardanul şi cutia

de transfer. Cei de la Mitsubishi spun că ambele motoare electrice oferă un control mai bun al tracţiunii în orice situaţie şi că oferă cuplul motor maxim instant, ceea ce ar trebui să ofere reprize competitive în raport cu restul gamei Outlander.

Bateriile lui Mitsubishi Outlander PHEV au un voltaj de 300V şi pot să-şi atingă 80% din capacitate în aproximativ 30 de minute în modul de încărcare rapid.

19

Capitolul II II.1. Sisteme De Propulsie Hibride Sistemele de propulsie care au în componenţa lor pe lângă un sistem convenţional cu motor cu ardere internă, mai au cel puţin unul capabil să furnizeze cuplu de tracţiune la roţile automobilului, pe de o parte, şi să recupereze o parte din energia cinetică, în fazele de decelerare, pe de altă parte, sunt cunoscute sub denumirea de transmisii hibride.

Arhitecturile fundamentale ale sistemelor hibride sunt prezentate în fig 1.

Nod mecanic i

Sursă de energie ireversibilă

Roţi

Sursă de energie

reversibilă a). principiul de bază al propulsiei hibride

Grup electro-generator MT

Nod electric

ME

Roţi Maşină electrică tracţiune

de

Baterii b) arhitectura hibridă serie

Rezervor combustibil Baterii

Nod mecanic transmisie

Motor termic Maşină electrică

Maşină electrică

c) arhitectură hibridă paralelă

20

Roţi

Nod mecanic transmisie

Motor termic

Rezervor combustibil

Roţi

Maşină electrică Motor / Generator Baterii Nod electromecanic: variator

d) organizare hibridă mixtă

fig.II.1. În timp ce fig. 1, (a) prezintă structura în modul cel mai abstract, celelalte figuri particularizează transferul energetic între diferitele subsisteme, prin natura legăturilor de putere: hibrid serie dacă legătura motor termic / roţi se face electric (motorul cu ardere internă nefiind legat cinematic la roţile motoare); hibrid paralel (când există o legătură cinematică între motorul termic şi roţi, caz în care, deseori, maşina electrică vehiculează puteri inferioare celei termice), respectiv hibrid mixt (denumit şi dual), arhitectura ce combină cele două variante de mai sus.

Cel mai frecvent, cel de-al doilea sistem este unul electric, dar poate fi şi hidraulic sau pneumatic. Cea de-a doua caracteristică importantă a sistemelor hibride de propulsie este aceea că necesită cel putin două sisteme de stocare a energiei. Primul, şi cel mai cunoscut, este rezervorul de combustibil, în care energia este stocată într-o formă foarte concentrată, iar în cel de-al doilea energia poate fi extrasă dar şi acumulată, în funcţie de cerinţele automobilului. Cele mai potrivite sunt bateriile electrice dar şi supercondensatorii, acumulatorii cinetici sau hidraulici. Un acumulator deosebit de avantajos îl constituie bateriile de mare putere pe baza de Litiu, care au o capacitate moderată de stocare şi o durată de viaţă exceptională (>240.000 km).

Până în 2020 pe piaţă se vor impune baterii cu mare densitate de energie, cum ar fi LitiuIon (120-200 Wh/g) > NiMH (60-100 Wh/g) > Pb-acid (30-45 Wh/g). Atuurile sistemelor hibride de propulsie sunt:

21

- Emisii locale zero (automobil electric, all electric range -AER); - Consum redus de combustibil/emisie redusa de CO2 datorate: - Recuperării energiei la frânare; - Funcţionare pornire / oprire; - Deplasarea regimurilor de funcţionare a motorului spre polul economic; - Reducerea cilindreei prin asistare electrică.

Datorită posibilităţii de stocare a energiei există trei modalităţi de utilizare a acesteia pe automobil: 1. Funcţionarea motorului cu ardere internă la regimul cel mai economic; 2. Întreruperea funcţionării motorului termic atunci când nu este necesară energia furnizată de acesta (la stop, atunci când ar trebui să funcţioneze la sarcini foarte mici sau la coborârea unor pante lungi);

3. Stocarea şi reutilizarea energiei de frânare prin utilizarea unei maşini electrice reversibile (motor/generator).

II.2. Clasificarea motoarelor hibride În funcţie de modalitatea de transmitere a puterii la roţile automobilului se pot identifica două familii de transmisii hibride –HEV(Hybrid Electric Vehicle), fig.2.

- Transmisii hibride la care motorul termic este asistat de o maşină electrică; - Transmisii hibride la care punţile sunt acţionate de către un motor electric alimentat de un generator electric.

Motor cu ardere internă asistat de un motor electric

Sistem generator de putere

Baterie Tracţiune electrică asistată de un generator electric de putere

Transmiterea puterii Motor cu ardere internă

1 2 3 4 5

Motor cu ardere internă

Generator electric

22

Motor

6

Electric

7 8 9

fig II.2 1- Automobile convenţionale 2- Hibrid minimal(FAS,BAS) 3- Hibrid mediu 4- Hibrid paralel total 5- Automobilul electric 6- Tracţiune electrică pe domeniu extins 7- Preluarea sarcinii de sistemul hibrid serie 8- Hybrid serie total 9- Automobile cu transmisie electrică

II.3. Criterii de clasificare II.3.1- După puterea maşinii electrice În funcţie de puterea maşinii electrice se disting transmisii: - micro hibride (42 V şi funcţionare pornire/oprire. Ex. Toyota Crown), fig3.

- mediu hibride (100-250 V cu asistarea motorului termic cu ISG-Integrated Starter Generator, ex. Honda Insight) fig 4.

- total hibride – full hybrid (+250 V, cu antrenarea roţilor simultan sau alternativ cu motorul termic. Ex. Toyota Prius). fig 5.

Principala diferenţă dintre aceste tipuri este dată de puterea dezvoltată de componentele electrice.

Hibridizarea micro şi medie reprezintă cea mai simplă versiune. Automobilul este echipat cu un mic motor electric care ajută la propulsie dar nu există un sistem electric independent de transmisie. Motorul electric poate suplini sistemul convenţional al transmisiei dar numai la puteri la roată relativ reduse, 2-10 până la 25 kW. Alternatorul şi demarorul sunt înlocuite printr-un sistem generator-starter. Sistemele care pot asigura funcţia pornire/oprire sunt fie de tipul BeltDriven (B-ISG), când maşina electrică acţionează prin curea, fie de tipul Crankshaft-Mounted (C23

ISG), când maşina electrică acţionează direct arborele cotit. Micro-hibridizarea este utilă, mai degrabă, în faza de demarare şi utilizează energia recuperată, în timp ce hibridizarea medie foloseşte motorul electric pentru a suplimenta puterea necesară propulsării automobilului, acesta neputând fi propulsat numai electric. Acest sistem este benefic la deplasările cu viteze reduse, trafic intens cu opriri şi porniri repetate (stop&go), când consumul şi emisiile trebuie minimizate.

Funcţionarea stop&go permite o reducere cu 5-10 % a emisiei de CO2. Dincolo de avantajele hibridizării referitoare la consum şi emisii se evidenţiază şi îmbunătăţirea performanţelor. Puterea suplimentară de 10-25 kW oferită de motoarele electrice este utilă nu numai la pornirea din loc a automobilului ci şi în perioade de accelerare pentru executarea manevrelor de depăşire, la viteze cuprinse între 80 şi 120 km/h, sau la urcarea unor rampe mari. Hibridizarea medie are o influenţă relativ modestă asupra performanţelor generale ale automobilului totuşi aceasta are avantajul unor costuri

investiţionale

mai

mici

comparativ

fig II.3.

24

cu

cele

care

au

hibridizarea

totală.

fig II.4.

fig II.5.

Transmisiile total hibride (full-hybrid) se caracterizează prin aceea că motorul electric poate asigura propulsia pur-electrică a automobilului. Cu alte cuvinte, transmisiile full hybrid sunt suficient de puternice pentru a asigura deplasarea automobilului pe anumite distanţe fără să se consume combustibil din rezervor. Reducerea emisiei de CO2 este de aproximativ 25-30 %.

O comparaţie între aceste tipuri de transmisii hibride este prezentată în tabelul 1[1].

25

Tabel1.

ISG Transmisii Hibride / funcţii

Pornire /Oprire

Hybrid- ISG

Mediu - Hibrid

Pornire / Oprire Pornire/Oprire Recuperare Recuperare Aer < 1,61 km Asistare MAI

Full Hybrid Pornire/Oprire Recuperare Asistare MAI Aer > 1,61 km Cilindree redusă

Motor cu ardere Convenţional internă (MAI) Motor Electric B -ISG

Convenţional

Cilindree redusă

B-ISG/C-ISG

C- ISG

Putere electrică

2 -4 kW

4 – 10 kW

10 – 20 kW

C-ISG, Divizarea puterii 15 – 50 kW

Tensiune

14 V

42 V

> 42 V

> 100 V

Baterii

Pb /A

NiMH

NiMH/Li-Ion

25 kg

25kg

NiMH Supercondensator 25 kg

6 -10 %

15 – 20 %

20 – 30 %

500 – 900 Euro

900 – 2200 Euro

2500 – 5000 Euro

Economie de combustibil 3–7% (NEDC) Costuri 200 – 500 Euro suplimentare

40 kg

II.3.2. – După modul de interconectare a motoarelor În funcţie de modalitatea de interconectare a motoarelor electrice şi a motorului termic se disting.

II.3.2.1. Transmisii hibride serie (fig6) (numele provine de la modalitatea de conectare a componentelor), la care numai motoarele electrice sunt conectate la roţile automobilului, motorul cu ardere internă acţionează un generator electric care alimentează motoarele electrice prin intermediul conectorilor electrici. Curentul produs alimentează motoarele electrice care acţionează roţile.

Un astfel de sistem se întâlneşte la Toyota Coaster. Totuşi această soluţie este foarte rar întâlnită la automobile.

26

Transmisie mecanică

DC/AC Convertor

Motor electric

Serie

Două sisteme de stocare a energiei

Generator electric AC/DC Convertor

Sursă dublă de energie

baterii

Motor cu ardere internă MAI

Rezervor combustibil

fig II. 6.

II.3.2 .2 Transmisii hibride paralele, (fig 7) - la care ambele surse de putere – motorul termic şi maşina electrică – sunt conectate la roţile motoare prin intermediul unor legături mecanice adecvate. Motorul termic şi maşina electrică pot acţiona punţile motoare simultan sau individual, separat (o punte) sau împreună (ambele punţi), ele putând fi cuplate între ele. Un exemplu de utilizare a acestei tehnologii este Honda IMA (Integrated Motor Assist) pe Insight şi Civic.

Indiferent de configuraţie elementele componente fundamentale sunt aceleaşi: motorul termic, maşinile electrice, convertoarele electronice de putere şi sistemele electrice de stocare a energiei. Prin interconectarea adecvată a acestor componente (ambreiaje, curele, lanţuri, transmisii planetare şi articulaţii cardanice) există posibilitatea realizării unor transmisii hibride

27

capabile să se comporte atât serie cât şi paralel, fie alternativ (combined hybrids) fie simultan (mixed hybrids).

Transmisie mecanică

Paralel Sistem de acţionare dublu

Motor electric

DC/AC Convertor

Doi arbori baterii Motor cu ardere internă MAI

Un singur arbore

Rezervor combustibil

fig 7.

II.3.2.3

Transmisiile hibride mixte, fig (8) - denumite şi cu ramificare de putere

(split hybrid), utilizează sisteme electromecanice sau electromagnetice pentru a controla optim ramificarea puterii de la sursă şi transmiterea ei roţilor motoare în funcţie de cerinţele de tracţiune şi de performanţele dorite.

Mixt Ramificare electromecanică

Ramificare electromagnetică

Motor cu ardere internă MAI

Transmisie planetară

Motor electric

Rezervor combustibil

generator electric

DC/AC Convertor

AC/DC Convertor

fig 8.

28

baterii

II.4. Moduri de configurare a diferitelor tipuri de sisteme hibride Cele mai reprezentative configuraţii ale sistemelor hibride de tracţiune sunt prezentate în fig.9[1]. Fiecare variantă poate fi o soluţie care să satisfacă cele mai exigente cerinţe de protecţie a mediului dar şi pentru a satisface pretenţiile de dinamicitate, cost şi calitate.

Criteriile de selectare a unei transmisii hibride sunt determinate de mai multe aspecte: •

Scopul urmărit (performanţe de tracţiune, mobilitate şi exploatabilitate fără limite);

•

Cerinţele standardelor în vigoare (emisiile de noxe şi de CO2, reciclabilitate şi compatibilitate

cu mediul); •

Cerinţele pieţei (costul ciclului de viaţă şi de întreţinere, infrastructura disponibilă);

•

Percepţia utilizatorului (confort, maniabilitate/dinamicitate).

Atingerea unui singur ţel (de ex. emisii zero) nu trebuie să excludă alte aspecte importante

pentru pătrunderea largă pe piaţă a acestor transmisii. De aceea o alternativă la producţia de masă a transmisiilor hibride o constituie ocuparea unei poziţii pe piaţă, prin adoptarea unor tehnologii sofisticate şi scumpe dar deosebit de necesare pentru anumite utilizări.

Transmisiile hibride paralele sunt mult mai flexibile din punct de vedere al modului de utilizare. Puterea si dimensiunea maşinii electrice pot fi astfel alese încât să se asigure un bun compromis între cost/complexitate şi eficienţă (consum de combustibil, poluare). Optimizarea motorului cu ardere internă poate aduce avantaje suplimentare, dar aceasta nu constituie prima prioritate. Performanţele şi funcţiile pot fi îmbunătăţite gradual în funcţie de creşterea puterii electrice pe automobil (36 V) şi de puterea sistemelor auxiliare (aer condiţionat, încălzirea catalizatorului, supape de control, comenzi prin fir – by wire).

În cazul transmisiilor hibride paralele există o multitudine de variante de dispunere a motorului electric în raport cu motorul termic, ambreiajul şi cutia de viteze. Alegerea soluţiei optime depinde de tipul vehiculului şi de cerinţele transmisiei hibride. Combinaţia dintre un motor electric şi o cutie de viteze cu variaţie continuă a rapoartelor de transmitere permite

29

realizarea unei construcţii compacte cu densitate mare de putere prin utilizarea motoarelor electrice sincrone cu magneţi permanenţi.

Se prezintă câteva exemple reprezentative de sisteme hibride tip paralel – se observă condiţionarea cinematică relativă între regimurile de rotaţie ale motoarelor termice şi electrice.

Primul caz fig 9.a., este specific binecunoscutei Honda Insight (existând şi o variantă CVT) şi se caracterizează prin decuplarea motorului termic în regimul sarcinilor mici – funcţionare ZEV (engl. Zero Emission Vehicle).

ME

MT

Transmisie

A

fig 9.a.

ME

lanţ MT

Transmisie A1

A2

fig 9.b.

30

CVT MT

A CVT

MT

MEdr Baterii MEst

ME

fig 9.c.

fig 9.d.

Frânarea regenerativă se realizează punând maşina electrică în regim de generator, astfel încât cu ajutorul electronicii de putere ( invertor – convertor) se reâncarcă bateriile de acumulatori. Varianta cu transmisie cu variaţie continua (CVT) fig 9.c, are marele avantaj de a plasa motorul termic (MT) în locul optim de funcţionare (pe caracteristica sa), având teoretic o infinitate de puncte de operare eligibile – în comparaţie cu o transmisie în trepte, ce are un număr discret, de 4 – 8 valori. La frânare, din nou ME preia o mare parte din energia cinetica a automobilului, în timp ce ambreiajul A decuplează motorul – acesta fiind oprit. În fine, fig. 9, (d) prezintă schema unui hibrid aşa-numit prin cale (engl. Through-The-Road, sau TTR) – în sensul că legătura cinematică dintre motoare se realizează prin calea de rulare. Un alt avantaj al acestui sistem este dat de folosirea a câte unui motor pentru fiecare roată motoare spate, eliminând necesitatea diferenţialului şi oferind posibilitatea unui control al tracţiunii îmbunătăţit (totuşi simplitatea constructivă nu scade întotdeauna, fiindcă motoarele în roţi cresc substanţial masa nesuspendată, iar cele suspendate au nevoie de câte un mecanism reductor încorporat).

Transmisiile hibride mixte combină aspectele pozitive atât ale transmisiei serie cât şi paralele evitând supradimensionarea şi costurile configuraţiei serie.

31

Motorul electric poate antrena roţile singur sau împreună cu motorul termic pentru a asigura eficienţa maximă. În plus sistemul poate fi utilizat pentru antrenarea roţilor şi în acelaşi timp să producă electricitate folosind maşina electrică

în regim de generator.

Funcţionarea sistemului se face cu emisii poluante foarte scăzute.

Aceste sisteme permit obţinerea unor performanţe ridicate, maniabilitate şi gestionare optimă a energiei disponibile dar complexitatea şi tensiunea mare a bateriilor necesită maşini electrice cu performanţe ridicate iar costurile le fac, deocamdată, incompatibile cu producţia de masă.

La transmisiile hibride mixte (Split-Hybrid) este posibil ca numai o parte din puterea mecanică să fie transmisă direct la roţi, cealaltă parte fiind transmisă prin sistemul electric. În acest fel există posibilitatea ca randamentul total al sistemului de propulsie să fie ridicat chiar şi la vitezele reduse de deplasare ale automobilului.

Se prezintă două exemple de sisteme hibride duale (mixte) – primul fig 10.a. -fiind al binecunoscutei Toyota Prius (sistemul THS, actualmente HSD). Efectul esenţial al combinării puterilor motoarelor prin mecanismul planetar MP (aici cu rol de mecanism sumator de putere, de tip adiţie de viteză) este dat de caracterul funcţionării în regim predominant serie în domeniul vitezelor şi sarcinilor mici, respectiv regim predominant paralel, în domeniul sarcinilor mari şi mers pe autostradă.

Mai mult, sistemul este continuu, fără şocuri şi are o serie de avantaje şi de ordin const ructiv ( transmisia în trepte dispărând), fiind înlocuită de unicul mecanism planetar.

Totuşi, complicaţiile legate de control compensează din plin simplitatea mecanică (lipsa unui control riguros al tuturor celor trei motoare – MT, ME1, ME2 – ducând la fluxuri parazite de putere şi în final la malfuncţia întregului sistem). Sistemul a cunoscut un real succes cu Toyota Prius, şi acum este şi la baza Ford-ului Escape Hybrid. Curios, acesta din urmă realizează un consum de combustibil mai mic în oraş – datorită frânării regenerative şi a funcţionării în regim preponderent de hibrid serie – decât pe autostradă! Trebuie subliniat că motorul electric de tractiune (notat aici ME1) are cca. 50 kW, fiind apropiat de puterea celui termic – acesta funcţionând după ciclul Miller – Atkinson.

32

ME1

MT

MT

ME2

F ME

MP

fig 10.a.

fib 10.b.

Dacă sistemele HEV paralel decuplau cinematic motorul termic la frânare, în cazul sistemelor duale din familia Prius acest lucru nu se întamplă – pur şi simplu MT este oprit, iar ME2 (deseori denumit „generatorul”) este antrenat de roţile vehiculului, generând putere electrică către baterii. Mai mult, ME1 face acelaşi lucru, astfel că sistemul este foarte eficient.

33

Capitolul III Autoturisme cu transmisie hibridă III.1. Toyota Prius I - prima generaţie de automobile hibride Toyota Motor Corporation (sau TMC ) este o companie multinațională care produce automobile, camioane, autobuze și roboți, cu sediul principal în orașul Toyota, Japonia.

Toyota este cel mai mare producător de automobile din lume, cu vânzări de peste 8,4 milioane de autovehicule în 2010.

Toyota este unul din cei trei mari producători asiatici de autovehicule care concurează producătorii americani pe piața mondială, ceilalți doi fiind Nissan Motors și Honda Motor.

Compania oferă de asemenea servicii financiare prin filiala sa Toyota Financial Services, și activează și în alte domenii de activitate.

Autovehiculele produse sunt vândute sub denumirile de Toyota, Scion și Lexus. Toyota deține majoritatea acțiunilor în cadrul companiilor Daihatsu și Hino, și 8,7% din Fuji Heavy Industries, producătorul automobilelor Subaru. În anul 2005, Toyota împreună cu Daihatsu Motor Company a produs 8,54 milioane de vehicule, cu aproape 500.000 mai puțin decât General Motors în acel an. În luna iulie 2006 Toyota depășise Ford în vânzările de automobile, însă producătorul american și-a recâștigat poziția o lună mai târziu. Toyota deține o importantă cotă de piață în Statele Unite, Europa și Africa și este liderul de piață în Australia.

III.1.1.Transmisia Toyota Hibrid System (THS) În 1997 Toyota echipează modelul Prius cu transmisia hibridă -Toyota Hzbrid System Trei deziderate au fost avute în vedere la realizarea acestui sistem de propulsie: -1). - utilizarea unui motor cu ardere internă cu randament ridicat;

34

-2). - utilizarea unui sistem de control avansat care să asigure funcţionarea permanentă a sistemului la regimul optim; -3). - reducerea pierderilor de energie şi regenerarea acesteia.

Automobilul Toyota Prius face parte din clasa compact. Performanţele maxime impuse au fost: Vmax = 140 km/h, panta maximă de 30 % (17 grade), panta maximă la viteza de 105 km/h de 5 % (6 grade) şi aceeaşi pantă la viteza de 130 km/h cu motorul electric funcţionând pe caracteristica instantanee.

THS este constituită dintr-un mecanism planetar simplu, fig 11, un generator electric montat pe arborele solarei şi un motor electric montat pe acelaşi arbore cu coroana. Arborele coroanei şi al motorului electric transmite mişcarea la roţile automobilului printr-o transmisie cu lanţ şi transmisia principală. fig 12.

fig 11

fig 12 Foto: Componentele sistemului THS Toyota Prius 35

III.1.2. Motorul cu ardere internă Motorul cu ardere internă - transmite mişcarea direct platoului portsateliţi. Acesta, împarte cuplul de la motor în două: o parte este transmis prin coroana mecanismului planetar direct la puntea motoare, iar cealaltă parte prin solara mecanismului planetar la generatorul electric. Energia electrică produsă în generator este reconvertită în energie mecanică de către motorul electric şi, acesta fiind pe acelaşi arbore cu coroana o transmite punţii motoare.

Cuplul de ieşire al coroanei este transmis printr-un lanţ la un mecanism reductor cu angrenare simplă şi apoi la diferenţial unde este amplificat. Mecanismul planetar cu roţi dinţate este numit şi PSD (Power Split Device) deoarece se comportă ca un dispozitiv de divizare a puterii. Avantajele acestui sistem mecanic compus din mecanismul planetar, angrenaj simplu şi diferenţial este reprezentat de fiabilitate şi robusteţe. Toate componentele au poziţii fixe, una în raport cu cealaltă, mişcarea fiind doar de rotaţie, în jurul axelor. Astfel se elimină posibilele defecte şi probleme ce pot apărea în cazul utilizării unei cutii CVT clasice sau a uneia automate. Motorul cu ardere internă folosit este un motor 1NZ-FXE, cu ciclu Atkinson cu apridere prin scânteie de 1,5 l, cu raport de destindere mărit (13,5), raport de comprimare variabil (4,8 – 9,3) şi distribuţie variabilă inteligentă (VVT-i). cu patru cilindrii în linie şi dezvoltă o putere de 72 CP la 4500 rot/min şi un cuplu de 115 Nm la 4200 rot/min.

Sistemul inteligent de distribuţie permite variaţia continuă a fazelor supapelor de

admisie în funcţie de regimul de funcţionare al motorului, ceea ce conferă motorului performanţe dinamice remarcabile şi un consum scăzut de combustibil.

Limitarea turaţiei maxime a motorului la 4500 rot/min permite utilizarea materialelor uşoare pentru componente, îmbunătăţeşte randamentul termic şi reduce pierderile prin frecare. Pentru reducerea greutăţii automobilului blocul motor şi chiulasa s-au fabricat din aliaj de aluminiu iar galeria de evacuare din oţel inoxidabil. Posibilitatea de a utiliza MG1 pe post de demaror/alternator iar MG2 ca generator în regim de frânare a permis o reducere în plus a masei totale a motorului prin eliminarea alternatorului şi a demarorului clasic.

Controlul îmbogăţirii amestecului aer-carburant se realizează prin intermediul unei clapete obturatoare controlată electronic. Pentru reducerea emisiilor poluante sistemul de alimentare cu combustibil este etanş iar gazele de evacuare sunt tratate de un convertor catalytic pe trei căi (TWC).

36

fig 13 fig 13 - caracteristica de cuplu şi de putere a motorului termic 1NZ-FXE

Elementele componente ale motorului sunt prezentate în fig 14, unde se prezintă o secţiune printr-un motor termic, iar în figura 15 este prezentat mecanismul motor.

fig 14 Foto: sursă Wikimedia commons Semnificaţia notaţiilor de la fig 13 este: 1- bujie; 2 - arbore cu came; 3- supapă de admisie; 4 - galerie de admisie; 5

– chiuloasă; 6 - bloc motor; 7 - arbore cotit; 8 – bielă; 9 – piston; 10 – bolţ; 37

11 – segmenţi; 12 - galerie de evacuare; 13 - supapă de evacuare; 14 - arbore cu came.

fig 14 1 – arbore cotit; 2 – bielă; 3 - piston; 4 – supapă; 5 – roţi de antrenare arbore cu came; – arbore cu came; 7 - tacheţi.

6

III.1.3. Motorul şi generatorul electric Motorul şi generatorul electric - sunt maşini electrice reversibile de curent alternativ sincrone cu magneti permanenţi. Motorul electric ajută motorul termic în fazele de demarare asigurând accelerarea lină şi puternică a automobilului. Suplimentar, în fazele de decelerare, motorul electric funcţionează ca generator electric asigurând transformarea energiei cinetice a automobilului în energie electrică, aceasta fiind stocată în baterii.

Generatorul electric produce energie electrică pentru acţionarea motorului electric sau pentru încarcarea bateriilor. Prin reglarea turaţiei generatorului se controlează atât cantitatea de energie electrică produsă cât şi raportul de divizare a puterii în mecanismul planetar.

Generatorul serveşte, totodată, ca demaror pentru pornirea motorului termic.

38

Transmisia unui automobil are în componenţă, pe lângă cutia de viteze un dispozitiv de cuplare (ambreaj sau hidrotransformator) şi un diferenţial. Variaţia continuă a raportului de transmitere se face în cutia de viteze de tip variator de turaţie.

Fig 14. Transmisia cu variaţie continuă CVT ZF CFT 23: sursă ZF 1.

2.

3.

4.

5.

6.

hidrotransformator modul electrohidraulic de comandă fulie conducătoare curea metalică fulie condusă ieșirea din diferențial

Hidrotransformatorul 1, numit şi convertizor de cuplu, are rol de a decupla transmisia de motorul termic şi de a amplifica cuplul motor.

Variatorul de turaţie este compus dintr-o fulie conducătoare 3, care primeşte cuplul motor amplificat de hidrotransformator, cureaua metalică 4, prin care se transmite mişcarea şi fuliei condusă 5.

39

Varierea raportului de transmitere se face prin intermediul modulului electro – hydraulic de comandă 2, care controlează presiunea din cilindrii celor două fulii. În structura transmisiei se află şi un dispozitiv (Inverter) care transformă curentul alternativ de la generator sau de la motorul electric, atunci când funcţionează ca generator în fazele de regenerare, în curent continuu, pentru a stoca energia electrică în baterii şi invers, pentru a alimenta motorul electric în tracţiune sau generatorul când funcţionează ca demaror.

III.1.4. Invertorul AC-DC Rolul invertorului este de a transforma curentul continuu (CC) produs de baterie în curent alternativ (CA) necesar pentru alimentarea maşinilor electrice. De asemenea transformă din CA în CC, pentru reîncărcarea bateriilor, energia electrică produsă de una din cele doua maşini electrice.

Invertorul mai conţine şi un convertor de CC pentru transformarea tensiunii de 274 V în tensiune de 12 V necesară pentru alimentarea echipamentelor auxiliare ale automobilului (iluminare, sistem audio, aer condiţionat, etc.)

Foto: Toyota Prius – invertor.

Sursa: Toyota

40

III.1.5.Bateriile Bateriile sunt de tipul nichel – hidrură metalică (Ni-MH), conţin 38 de module individuale ce însumat produc 274 V. Pachetul de baterii este montat pe puntea din spate, după scaunele pasagerilor. Această amplasare permite utilizarea optimă a spaţiului din interiorul automobilului pentru sporirea confortului pasagerilor.

Datorită tensiunilor şi a curenţilor mari este interzisă intervenţia persoanelor neautorizate asupra bateriilor. Bateriile nu se repară iar intervenţia se poate realiza numai de către personalul Toyota specializat în acest sens. Pentru a proteja ocupanţii automobilului de o eventuală electrocutare, bateria este izolată, în cazul unui accident sau defecţiune, de restul automobilului prin intermediul unui releu de siguranţă.

Foto: Toyota Prius generaţia I – componente.

Sursa: Toyota

41

III.1.6. Modul de funcţionare Sistemul THS funcţionează în următoarele moduri: 1. Pornirea motorului termic şi deplasarea cu viteze reduse. Alimentarea cu combustibil a motorului termic este întreruptă iar propulsia este asigurată de motorul electric alimentat de la baterii (A). Automobilul este „zero” poluant.

2. Regimul normal. Puterea de la motorul termic se ramifică în mecanismul planetar, o parte merge direct la puntea motoare prin coroana (B), iar cealaltă parte antrenează generatorul electric.

Energia electrică produsă de generator este

utilizată pentru acţionarea motorului electric

suplimentând astfel cuplul la puntea motoare (C). Ramificarea puterii se face astfel încât randamentul de funcţionare să fie maxim.

3. Regimul de plină sarcină. La acest regim, în plus faţă de regimul normal, motorul electric primeşte suplimentar energie şi de la baterii mărind puterea la puntea motoare (A).

4.

Decelerare/frânare. În timpul frânării automobilului roţile antrenează motorul electric, iar

acesta funcţionând ca generator produce energie electrică ce va fi stocată în baterii (A).

5. Încărcarea bateriilor. Bateriile sunt reglate să păstreze o anumită cantitate de energie. Când energia stocată în baterii este scăzută acestea vor fi încărcate prin acţionarea generatorului electric de către motorul termic (D).

6. La oprirea automobilului motorul termic este oprit automat.

Consumul de combustibil al acestui automobil, în ciclul japonez de testare, este de 3,57 l/100 km.

Datorită faptului că Prius poate rula, în anumite condiţii de deplasare, exclusiv în mod electric emisiile poluante sunt zero. Acest beneficiu aduce un aport semnificativ mediului din marile aglomerări urbane cu trafic intens. Comparativ cu un automobil ce este echipat cu un motor termic pe benzină, cu aceeaşi densitate de putere, Prius emite cu aproximativ 40% mai puţine grame de CO2 pentru fiecare kilometru parcurs. De asemenea, pe ciclul combinat, consumul de combustibil se situează în jurul valorii de 5.1 l/100 km.

42

Prima generaţie de Prius, din punct de vedere al emisiilor poluante se situa la nivelul anilor 2005, testat după standardele europene în vigoare emite: 0.63 g/km de monoxid de carbon (CO2), 0.05 g/km de hidrocarburi (HC) şi 0.05 g/km de oxizi de azot (NOx).

III.1.7. Regimurile de funcţionare Modul de funcţionare a grupului moto-propulsor (propulsie electrică sau hibridă) sau regimul de funcţionare al maşinilor electrice (motor sau generator) poate fi exemplificat prin dependenţa turaţiilor elementelor mecanismului planetar (solară, platou sateliţi şi coroană).

Contact Acest mod corespunde cu poziţia „contact” a unui automobil clasic, cu motor termic. În acest mod viteza automobilului este nulă dar sistemul electric este „armat”, bateria este conectată, prin intermediul releului de siguranţă, la invertor.

43

Demarajul automobilului (mod electric) După punerea contactului, dacă conducătorul auto apasă pedala de acceleraţie, automobilul începe să se deplaseze fiind propulsat de MG2 care funcţionează în regim de motor electric. În acest mod MG1 se va roti în sensul opus de rotaţie al MG2, deoarece motorul termic, fiind oprit, va imobiliza platoul sateliţilor din mecanismul planetar.

44

Pornirea motorului termic În modul de propulsie electric dacă viteza automobilului depăşeşte o anumită limită (aprox. 50 km/h) motorul termic este pornit utilizând MG1. Invertorul va alimenta MG1 care funcţionează în regim de motor. Sensul de rotaţie al lui MG1 şi MG2 va fi acelaşi ceea ce va antrena motorul termic.

45

Acceleraţie uşoară După pornirea motorului termic dacă conducătorul doreşte o acceleraţie uşoară a automobilului, motorul termic îşi va mări turaţia peste valoarea lui MG2. În acest caz MG1 va fi antrenată fiind în regim de generator electric. Energia electrică produsă de MG1 este utilizată pentru MG2.

46

Deplasare cu viteza constanta medie În acest mod de funcţionare automobilul este propulsat hibrid, cu motorul termic şi cel electric MG2. Generatorul MG1 produce energie electrică pentru alimentarea MG2

47

Acceleraţie puternică În cazul în care se doreşte o acceleraţie puternică a automobilului, turaţia motorului termic creşte. Automobilul este propulsat în mod hibrid (electric şi termic). MG1 va produce energie electrică pentru a alimenta MG2. În plus pentru a obţine un cuplu maxim din MG2 bateria va furniza suplimentar energia electrică necesară.

48

Deplasare cu viteză constantă mare Pentru o anumită turaţie a motorului termic, pentru a putea mări turaţia lui MG2, MG1 va fi blocat (turaţie zero). În acest regim de deplasare, automobilul este propulsat în mod hibrid, MG2 fiind alimentat cu energie electrică de la baterii.

49

Viteză maximă Pentru aceeaşi turaţie a motorului termic, MG2 va avea o turaţie mai mare dacă MG1 este în regim de motor şi rotit în sens invers. Automobilul este propulsat hibrid (electric + termic), bateria alimentând cu energie electrică atât motorul electric MG2 cât şi MG1.

50

Frânare recuperativă Când conducătorul auto acţionează pedala de frână, cu scopul de a reduce viteza automobilului, motorul termic este oprit. În acest mod MG2 va funcţiona în regim de generator electric, fiind antrenat de roţile automobilului (frână de motor). Energia produsă de MG2 este utilizată pentru încărcarea bateriilor. MG1 nu va fi alimentat, şi se va roti în sens invers faţă de MG2 datorită turaţiei zero a motorului termic.

Frânarea utilizând MG2 în regim de generator nu înlocuieşte sistemul de frânare hidraulic, clasic. În cazul în care conducătorul auto doreşte o frânare puternică sistemul hidraulic intervine precum la un automobil convenţional. Pentru a determina intensitatea frânării deci implicit necesitatea activării sistemului hidraulic, calculatorul sistemului de frânare utilizează informaţia provenită de la un senzor de poziţie montat pe pedala de frână. Poziţia pedalei de frână se traduce în forţa necesară de frânare care decide momentul activării sistemului de frânare hidraulic, clasic.

51

Mersul înapoi În acest mod automobilul este propulsat în mod exclusiv electric, MG2 fiind în regim de motor electric dar cu sens de rotaţie opus faţă de modul „Drive”. Motorul termic este oprit iar MG1 se va roti liber. Energia electrică pentru MG2 este furnizată de baterie.

Sistemul THS se face remarcat datorită modului simplu şi eficient prin care se utilizează două maşini electrice şi un motor termic pentru propulsarea unui automobil în vederea minimizării consumului de combustibil, păstrând în acelaşi timp performanţele dinamice ale automobilului la un nivel acceptabil.

Optimizarea acestui sistem a fost continuă, următoarele generaţii de Toyota Prius mai avansate din punct de vedere al performanţelor, precum Toyota Auris Hybrid.

52

Acest model este oferit în două nivele de echipare: Luna și Sol, cea de-a doua beneficiind în plus de jante pe 17 inchi, oglinzi retrovizoare pliabile electric, asistență la parcare, tapițerie mixtă textil-piele sau climatizare automată pe două zone. În ceea ce privește designul exterior, diferențele estetice față de un model Auris normal nu sunt numeroase, dar sesizabile totuși.

Motorizarea este compusă dintr-un propulsor VVT-i 1.8 litri pe benzină ce produce 99 CP și un motor electric de 80 CP, în final rezultând o putere totală de 136 CP (modul de calcul al puterii finale nu se face printr-o simplă adunare).

Consumul mediu. Toyota anunță oficial doar 3.8 litri pentru o sută de kilometri parcurși la bordul lui Auris Hybrid 2013. Iar pentru că un model de acest gen înseamnă și o atenție sporită asupra mediului înconjurător, emisiile CO2 de doar 87 g/km.

Comportament rutier. Primul aspect pe care îl identificăm este silențiozitatea absolută în momentul staționărilor urbane sau chiar a deplasărilor la viteze mici. Practic, motorul termic începe să funcționeze doar după pragul de 20 km/h, dar încă la o turație scăzută favorizând obținerea unui consum urban mai bun decât cel al motorizărilor diesel.

Auris Hybrid 2013 este dotată cu un sistem de management electronic inteligent al modurilor de funcționare, astfel că avem de ales între ECO, POWER și EV, fiecare dintre acestea cu caracteristicile evidente și avantaje/dezavantaje.

Modul ECO pune accent pe economia de combustibil utilizând în principal motorul electric (bineînțeles în funcție și de modul de conducere abordat), POWER o să ofere un plus de performanțe coroborate cu o ușoară creștere a consumului, iar cel din urmă tip de conducere - EV permite șoferului o deplasare exclusiv în modul electric. Desigur aceasta nu este posibilă decât până la descărcarea completă a bateriilor, care se realizează în aproximativ 4 km. Totuși 4 km pot fi o distanță suficientă în cazul în care utilizați mașina pentru o navetă scurtă în oraș, dar mai ales pentru momentele în care sunteți blocat pentru o perioadă îndelungată într-un trafic dificil.

Transmisia este asigurată de cutia automată E-CVT, cu transmisie electronică variabilă continuu, care aduce în mod evident un plus senzației generale oferit de Auris Hybrid. Foarte 53

interesant este însă levierul cutiei de viteze, care nu are o acționare clasică: Parking, Reverse, Normal și Drive ci se bazează pe un sistem tip impuls care după o ușoară perioadă de acomodare se dovedește foarte confortabil. În ceea ce privește performanțele, sistemul hibrid oferă o accelerație de la 0 la 100 km/h în 10.9 secunde și o viteza maximă de 180 km/h.

Suspensia este în continuare orientată spre confort, similar modelului de bază, gropile și denivelările fiind bine absorbite, fără efecte negative asupra stabilității vehiculului.

La capitolul siguranță, modelul vine cu: · 7 airbag-uri (frontale, laterale, tip cortină + airbag pentru genunchii șoferului) · ABS cu sistem EBD (de distribuție electronică a forței de frânare) · asistența la frânarea de urgență BA + funcție de semnalizare a frânării de urgență · controlul stabilității vehiculului VSC · controlulul tracțiunii TRC · asistență la pornirea din rampă HAC

III.2.Motorul hibrid Scuderi Carmelo J. Scuderi a fost un inventator de origine americană, inginer mecanic, inginer specialist în termotehnică și mecanica fluidelor. Și-a dedicat întrega viață profesională (aproximativ 50 de ani) invenției, dezvoltării, testării și comercializării de noi produse. Printre companiile la care a lucrat sau a fost partener se numără Hughes Aircraft Company, US Navy (forțele navale americane), Air Force (forțele americane aeriene) și NASA (agenția națională spațială americană).

54

Foto:Motorul Scuderi Sursa: Scuderi

Îmbunătățirea randamentului motorului cu ardere internă cu ciclu Otto (motorul pe benzină) a fost unul dintre subiectele pe care a lucrat de-a lungul carierei. Astfel în 1998 a început proiectarea motorului Scuderi cu ciclu divizat. Noul concept de motor cu ardere internă a fost finalizat în 2001 când, cu ajutorul familiei, a obținut patentarea invenției și fondurile necesare pentru dezvoltarea motorului prototip cu ciclu Scuderi.

Carmelo Scuderi a murit în 2002, la vârsta de 77 de ani. Familia acestuia a continuat procesul de dezvoltare și testare a prototipului, proces ce continuă și în prezent.

55

III.2.1. Motorul hibrid Scuderi - construcție și funcționare Este primul motor hibrid cu aer care captează și stochează energie sub formă de aer comprimat, energie care la motoarele clasice este pierdută. Simulările numerice pentru un astfel de motor au arătat o reducere a emisiilor de CO2 și a consumului de combustibil cu până la 50%.

De asemenea emisiile de NOx se pot reduce cu până la 80%.

Foto:Motorul hybrid Scuderi vedere 3D Sursa: Scuderi În comparație cu un motor termic în 4 timpi motorul Scuderi utilizează un ciclu de funcționare divizat. Prototipul motorului Scuderi are 4 cilindri, doi cilindri funcționând în regim de compresor iar ceilalți doi în regim de motor. Practic timpii de admisie și comprimare sunt separați de timpii de destindere și evacuare în funcție de cilindrii. Cilindrii compresorului efectuează un ciclu complet de funcționare în două curse, una pentru admisie și a doua pentru comprimare. De asemenea cilindrii motorului, cei care produc lucru mecanic, efectuează un ciclu complet, destindere și evacuare, în numai două curse ale pistonului.

56

Foto:Motorul hibrid Scuderi – schemă de principiu Sursa: Scuderi

Una din diferențele semnificative față de un motor cu ardere internă clasic este aprinderea după punctul mort interior (PMI). Acest proces are ca efect arderea eficientă și completă a amestecului aer-carburant. Când aprinderea (cu ajutorul unei bujii) este inițiată la PMI arderea începe între 11º și 15º după PMI și se termină la aproximativ 23º grade după PMI. Rezultatul este o temperatură medie a arderii mai mare dar cu o valoare maximă (vârf de temperatură) mai mică comparativ cu motoarele clasice pe benzină.

57

Foto:Motorul hybrid Scuderi ciclu motor Sursa: Scuderi

Motorul prezintă avantajul recuperării energiei disipate în timpul frânării automobilului. Spre deosebire de automobilele hibride (termic-electric) sau cele electrice, la care energia recuperată în timpul frânării este stocată în baterii, motorul Scuderi stochează energia recuperată sub formă de aer comprimat într-un rezervor sub presiune.

III.2.2.Moduri de funcționare A. Nominal – compresorul alimentează rezervorul de aer comprimat precum și cilindrii motorului. Atât compresorul cât și motorul funcționează.

B. Recuperarea energiei de frânare – fluxul de aer comprimat alimentează doar rezervorul, injecția de combustibil este întreruptă. În acest mod funcționează doar compresorul, consumul de combustibil fiind zero.

58

C. Regim stabilizat – fluxul de aer alimentează într-o mare măsură rezervorul și într-o mică măsură cilindrii motorului. În acest mod se creează presiune în rezervorul cu aer comprimat pentru o utilizare ulterioară.

D. Randament ridicat – compresorul este dezactivat, aerul necesar arderii fiind preluat din rezervor. În acest mod pistoanele compresorului nu mai consumă lucru mecanic.

Foto: Motorul hibrid Scuderi – rezervorul de aer comprimat

59

Foto : Modurile de funcționare al motorului hibrid Scuderi Sursa : Scuderi

III.2.3. Motorul Scuderi turbo supraalimentat Randamentul unui motor cu ardere internă este dat de diferența dintre lucrul mecanic pozitiv (rezultat în urma arderii) și lucrul mecanic negativ (consumat pentru comprimarea aerului). Dacă se utilizează un turbo-compresor randamentul motorului crește deoarece o parte din energia gazelor de evacuare este folosită pentru a precomprima aerul din admisie.

Separarea cilindrilor compresorului de cilindrii în care se produce arderea a permis reducerea dimensiunilor cilindrilor de comprimare, energia consumată pe cursa de comprimare

60

fiind de asemenea mai mică. În plus utilizarea unui turbo-compresor a permis reducerea pierderilor prin pompaj și îmbunătățirea randamentului motorului.

Foto: Motorul hibrid Scuderi cu turbo compressor Sursa: Scuderi

III.2.4.Particularitățile motorului hibrid Scuderi Datorită modului de funcționare, cu ciclu divizat, motorul Scuderi are câteva avantaje comparativ cu motoarele clasice utilizate pentru automobile: o

previne detonația datorită injecției întârziate

o

este echipat cu un sistem de injecție inovativ produs de Bosch

61

o

sistemul de distribuție este variabil, cu control pneumatic, ce permite funcționarea motorului la un randament ridicat în zona de sarcini parțiale

o

este prevăzut cu un sistem de control al așezării supapelor pe sediu, ce permite deschiderea și închiderea rapidă a supapelor de curgere a aerului dintre compresor și motor

Foto: Motorul hibrid Scuderi – secțiune 3D Sursa: Scuderi

III.3.Sistemul Hibrid Air dezvoltat de PSA (Citroen-Peugeot) Concernul PSA (Citroen-Peugeot) a prezentat recent o nouă propunere de tehnologie hibridă, care, în locul bateriilor electrice, foloseşte soluţia aerului comprimat.

Sistemul Hybrid Air este format dintr-un motor pe benzină, un compresor de aer, o pompă hidraulică (cu rol de motor de propulsie, alimentat de aerul comprimat) şi o transmisie automată special concepută, cu angrenaj epicicloidal.

62

Motorul termic, pompa hidraulică şi cutia automată sunt plasate în faţă, ca în cazul unei maşini obişnuite, în timp ce tunelul central găzduieşte rezervorul principal de aer comprimat (împreună cu compresorul de aer), iar în spate, lângă rezervorul de combustibil, regăsim un rezervor secundar de aer comprimat. Principalul avantaj al acestei soluţii tehnice îl reprezintă costurile mult mai reduse decât în cazul bateriilor electrice. Dat fiind că e o soluţie care se adresează în principal maşinilor de dimensiuni reduse, eficienţa sistemului Hybrid Air se promite suficient de bună.

Oferit în tandem cu un motor clasic de mic litraj, Hybrid Air reduce considerabil nivelul noxelor, un automobil de clasă mică precum Peugeot 208 sau Citroen C3 putând, astfel, emite doar 69 g CO2/km. Şi consumul ar scădea spectaculos. Primele estimări indică o medie de numai 2 l/100 km.

Ineditul sistem dezvoltat de PSA cuplează un propulsor termic pe benzină convenţional la o transmisie epiciclică, cunoscută şi sub numele de transmisie planetară, asistată de un motor hidraulic alimentat de un rezervor de aer comprimat, ascuns între scaunele maşinii, pe tunelul median. Ajutat de o pompă, motorul hidraulic are şi sarcina de a reîncărca periodic rezervorul de aer comprimat, folosindu-se de energia recuperată în timpul frânării. Întregul ansamblu nu cântăreşte mai mult de 100 kilograme, cu 50 mai puţin decât în cazul unui sistem hibrid clasic, bazat pe electricitate. Hybrid Air este, în acelaşi timp, o soluţie ieftină (fără metale rare, ca litiul), uşor de implementat inclusiv pe modelele low-cost destinate pieţelor emergente, atu ce deschide noi orizonturi de creştere pentru grupul francez în zone precum China, India sau Europa de Est. Astfel echipat, orice automobil poate rula în trei moduri distincte, în funcţie de preferinţe sau necesităţi: exclusiv cu ajutorul propulsiei pe bază de aer comprimat, doar cu ajutorul celei clasice, pe bază de combustie sau, bineînţeles, utilizând ambele soluţii, în tandem.

Folosirea exclusivă a aerului comprimat va fi disponibilă, însă, doar la viteze reduse, de sub 50 km/h, ceea ce înseamnă că sistemul Hybrid Air este dedicat, în primul rând, maşinilor mici, de clasă B sau C, care îşi petrec majoritatea timpului în traficul marilor aglomerări urbane.

De altfel, PSA a şi confirmat intenţia de a cupla sistemul Hybrid Air doar la motorizări de cilindree redusă, cu puteri cuprinse între 82 şi 110 CP. Cel mai probabil este vorba despre noua generaţie de motoare VTi cu trei şi patru cilindri, care va fi introdusă treptat pe toate modelele de clasă mică şi compactă din gamele Peugeot şi Citroen.

63

Însă cel mai important este că Hybrid Air anunţă consumuri de combustibil foarte mici, precum şi emisii de CO2 foarte scăzute: în cazul lui Peugeot 208 sau Citroen C3, sistemul Hybrid Air duce la un consum mediu de numai 2,9 litri/100 km, respectiv emisii CO2 de 69 g/km.

Sistemul Hybrid Air poate funcţiona în trei moduri: doar pe benzină (la viteze mari, specifice autostrăzii), combinat (la demaraje sau pe şoselele normale), dar şi exclusiv pe aer (la viteze sub 50 km/h, în trafic urban). Gestionarea Hybrid Air este strict electronică, un computer controlând modul de funcţionare pentru o eficienţă maximă.

Practic, oficialii declară că sistemul Hybrid Air poate funcţiona doar pe aer în 60-80% din parcursul urban, ceea ce înseamnă o reducere de până la 45% a consumului şi emisiilor în regim urban.

Citroien C3 cu tehnologie Hybrid Air

Noul grup moto-propulsor hybrid hydraulic dezvoltat de Bosch în parteneriat cu PSA, are rolul de a scădea semnificativ consumul de combustibil şi emisiile CO2 la automobile, putând fi aplicată cu success atât pe autoturisme, cât şi pe automobile de transport marfă uşoară, destinate traficului urban.

64

III.3.1. Componentele sistemului Hibrid Air

1 – motor termic 2 - transmisie automată 3 - pompă hidraulică 4 – motor hydraulic 5 – acumulator de energie (ulei – aer) 6 – rezervor combustibil 7 – rezervor hydraulic de joasă presiune Sistemul combină cele două surse de energie pentru obţinerea unui randament optim în funcţie de condiţiile de rulare.

Componentele hidraulice (motorul şi pompa), recuperează şi stochează energia generată de: - motorul termic când funcţionează la randamentul maxim - frânarea şi decelerarea automobilului (recuperare cinetică)

65

Schema cinematică a motorului Hybrid Air 1 – motor termic 2 – transmisie automată 3 – pompa hidraulică 4 – motor hidraulic 5 – acumulator de presiune cu două compartimente 6 a – compartiment ulei 6b – compartiment aer 7 - rezervor ulei 8 – legătură mecanică 9 – roată motoare Acumulatorul de presiune conţine două volume separate, unul de ulei şi altul de gaz. Când acumulatorul este încărcat, volumul de ulei creşte, iar cel de gaz se comprimă, similar cu un arc elicoidal. Când acumulatorul este încărcat la maxim, presiunea gazului atinge 300 bari. Cantitatea de energie care poate fi stocată depinde de dimensiunea acumulatorului. În modul

aer energia acumulată prin comprimarea gazului poate fi utilizată pentru

propulsarea automobilului. Gazul se destinde iar uleiul va fi împins din acumulator în motorul hidraulic care va propulsa automobilul prin intermediul transmisiei.

Capacitatea de stocare a energiei este mai mică decât a bateriilor Li – ion, utilizate la automobilele hibride electrice.

Avantajul constă în încărcarea foarte rapidă (10 s) şi utilizarea mai eficientă a energiei produsă de motorul termic.

66

Transmisia este epicicloidală cu control electronic (EGC - Electronically Gearbox Control) şi face managementul celor două surse de putere ( motor termic şi motor hydraulic).

Aceasta înlocuieşte cutia de viteze manual de pe un automobil convenţional şi este capabilă de schimbări automate de trepte.

Motorul termic 1,2 VTi cu trei cilindri pe benzină de ultimă generaţie, beneficiază de ultimele tehnologii. Faţă de versiunea precedentă, masa motorului a fost redusă cu 21 kg, iar frecările cu 30%. Pentru reducerea frecărilor, fusta pistoanelor a fost acoperită cu grafit DLC. Motorul beneficiază de un management al sistemului de răcire care permite atingerea temperaturii optime de funcţionare într-un timp cât mai scurt.

III.3.2. Modurile de operare a. Modul termic.

Acest mod este utilizat la conducerea în mediu extra- urban cu viteze medii şi mari. În acest mod toată puterea roţilor motoare este generată de motorul termic pe benzină. Motorul termic este ţinut la turaţii joase pentru optimizarea consumului de carburant, raportul de transmitere al cutiei de viteze fiind adaptat funcţie de viteza de deplasare.

Hzbrid Air mod TERMIC

67

Comparativ cu nu motor clasic, tehnologia Hybrid Air mod TERMIC prezintă următoarele avantaje.

- propulsie continuă fără şocuri - scăderea consumului de combustibil cu 5% - nivel de zgomot redus

b. Modul aer Acest mod este utilizat în mediu preponderent urban. Viteza maximă la care se poate ajunge este de 70 km/h. Energia pentru propulsie este generată de acumulatorul hidraulic-aer care se descarcă. În acest mod de funcţionare motorul termic este oprit. Statistic în trafic urban modul AER este activ 80% din timpul de utilizare al automobilului.

Comparativ cu un motor clasic, tehnologia Hybrid Air mod AER prezintă următoarele avantaje.

- reduce semnificativ consumul de combustibil - nivel de zgomot foarte redus.

c. Modul hybrid. În modul hybrid de propulsie sunt folosite ambele surse de energie: motorul termic şi acumulatorul hidraulic-aer.

68

Sistemul electronic de control inteligent selectează automat modul de funcţionare a celor două surse în funcţie de cererea de cuplu a conducătorului auto şi permite reîncărcarea acumulatorului la deplasarea cu viteze reduse, îndeplinind condiţiile de mentenabilitate şi performanţe dinamice.

d. Modul REGENERARE În modul regenerare acumulatorul se încarcă. acest mod este activ în timpul decelerării sau frânării automobilului. El devine activ indiferent dacă propulsia este pe modul termic, aer sau hybrid.

69

III.3.3. Avantajele tehnologiei Hibrid Air. Dintre multiplele avantaje ale acestei tehnologii se pot distinge. 

accesibilitate – tehnologia este disponibilă la preţ scăzut, putându-se aplica atât autoturismelor, cât şi vehiculelor comerciale uşoare. Va echipa autovehicule din clasa B(motoare pe benzină de 82 CP), cât şi din clasa C (motoare pe benzină de 110 CP).



consum scăzut de combustibil - în mediul urban consumul se reduce cu 45%, ceea ce presupune creşterea autonomiei până la 90%. Consumul de combustibil standard în ciclu mixt este de 2,9 litri la 100 km, cu emisii de 69 g CO2/100 km, pentru Citroen C3 sau Peugeot 208.



spaţiu interior – dispunerea sistemului Hybrid Air permite obţinerea unui spaţiu interior, similar unui automobil cu propulsie clasică.



confort şi maneabilitate - funcţionarea în mod combinat permite reprize de acceleraţie puternice. De asemenea transmisia cu variaţie continuă nu întrerupe cuplul motor, ceea ce se traduce în confort sporit în timpul rulării.



disponibilitate internaţională – tehnologia Hybrid Air poate fi utilizată oriunde indiferent de condiţiile climatice. Sistemul fiind relativ simplu permite mentenanţă şi întreţinere uşoară.

70

III.4. Noul sistem hibrid dezvoltat de Audi Audi testează un nou sistem hibrid, numit iHEV. Sistemul Intelligent Hybrid Electric Vehicle permite oprirea motorului în timpul mersului şi repornirea sa doar când acest lucru este necesar pentru a menţine viteza uniformă şi pentru a economisi carburant, totul fără a folosi un motor electric şi un set de acumulatori. Sistemul hibrid testat de cei de la Audi are o funcţie numită Predictive Efficiency Assistant, care va monitoriza date precum înclinarea drumului, limitele de viteză locale şi indicatoarele rutiere pentru a face sugestii privind stilul de condus abordat de şofer în vederea obţinerii celui mai bun consum de carburant posibil. Funcţia PEA poate să calculeze rezistenţa la rulare, punctul în care şoferul poate să ia piciorul de pe pedala de acceleraţie, momentul în care poate fi oprit motorul şi cât timp poate fi oprit motorul pentru a ajunge într-un loc predeterminat la o viteză care să nu depăşească limita legală pe acel sector.

Inginerii Audi au testat deja efectele pe care le are tractarea unei remorci sau folosirea unui portbagaj montat pe plafon, toate situaţiile rezonabile fiind deja încercate în tunelul de vânt.

Funcţia Predictive Efficiency Assist poate fi folosită în compania sistemului Active Cruise Control, cele două permiţând folosirea intermitentă a motorului pe autostradă, fiind posibilă rularea cu motorul oprit preţ de un kilometru, totul la viteze de autostradă. În timp ce timpul de parcurgere a traseului creşte două sau trei minute, echivalentul a trei procente, consumul de carburant este redus cu zece procente în testele lor realizate în condiţii reale.

Sistemul hibrid al celor de la Audi a fost testat pe un prototip A7 modificat. Englezii de la Autocar au avut ocazia să conducă deja prototipul, iar aceştia spun că modelul reuşeşte să repornească motorul fără ca acţiunea să fie percepută la nivelul habitaclului, pe când modul de rulare cu motorul cu ardere internă oprit se dovedeşte a fi foarte silenţios şi este activat rapid.

Sistemul hibrid dezvoltat de cei de la Audi se bazează pe eliminarea necesităţii unui tren de propulsie electric, fiind concentrat pe oprirea motorului cu ardere internă şi utilizarea inerţiei pentru a asigura propulsia în continuare.

71

III.5. Porsche 911 GT3 R Hibrid Tehnologia propulsiei hibride şi-a demonstrat eficienţa în ceea ce priveşte economia de combustibil. Reducerea consumului de combustibil înseamnă creşterea autonomiei automobilului cu aceeaşi cantitate de combustibil şi un plus de putere dat de propulsorul electric.

Aceste avantaje ale tehnologiei hibride au fost punctele de plecare ale inginerilor de la Porsche când au demarat proiectul GT3 R Hibrid. În anul 2008 plecând de la ideea unui automobil de competiţie hibrid în paralel, cu puntea spate propulsată termic şi puntea faţă cu tracţiune electrică, inginerii de la Porsche au început proiectarea automobilului GT3 R Hibrid.

Automobilul

este echipat pe puntea faţă cu două motoare electrice, fiecare generând 60 kW (82 CP). Acestea asistă motorul termic de 4 litri, 6 cilindri, boxer, montat pe puntea spate ce dezvoltă 480 CP. Motoarele electrice sunt alimentate de un generator electric cu volantă montat central lângă pilot.

Foto: Porsche 911 GT3 R Hibrid Sursa: Porsche

72

Componentele propulsiei hibride 1.

2.

3.

4.

5.

electronică de putere (sistemul de control a motoarelor electrice) motoarele electrice cablul de înaltă tensiune (alimentează motoarele electrice) baterie electronică de putere (monitorizează şi controlează generatorul electric cu volantă)

Generatorul electric este de fapt un motor electric care se rotește la turații de aproximativ 40000 rot/min. Acesta conține o volantă care stochează energia mecanică și o transformă în energie electrică. Volanta este accelerată în timpul frânării automobilului, energia mecanică recuperată fiind transformată ulterior în energie electrică.

Componentele generatorului electric 1. rotor (volanta) 2. stator 3. electronica de putere Sistemul de propulsie electric adițional furnizează putere exact atunci când ai nevoie. La intrarea în curbe automobilul frânează, volanta este accelerată și generatorul produce energie electrică. La ieșirea din curbe sistemul este „armat” oferindu-i automobilului un plus de putere de 120 kW (163 CP) timp de 6...8 secunde. Activarea propulsie electrice se face prin apăsarea unei 73

pedale aflate sub volanul automobilului. Pilotul este informat de starea de încărcare a sistemului electric cu ajutorul unor leduri care se aprind în momentul în care volanta este încărcată la maxim.

Componentele propulsiei electrice Sursa: Porsche 1. reductor mecanic 2. ambreiaj multidisc 3. motoare electrice 4. electronica de putere Propulsia electrică nu este activă tot timpul. Pilotul automobilului comandă închiderea ambreiajelor multidisc (2) care transmit roţilor, prin intermediul reductoarelor (1), cuplul produs de motoarele electrice (3).

Energia care în mod obişnuit este disipată prin căldură de sistemul de frânare al automobilului este convertită în energie electrică şi utilizată ulterior. Generatorul electric cu volantă se bazează pe tehnologia dezvoltată de Williams Hybrid Power (WHP).

74

Foto: Generatorul electric WHP Sursa: WHP Volanta WHP (rotorul) este realizată din fibră de carbon şi material compozit încărcat magnetic. Inexistenţa materialelor metalice din rotor au eliminat pierderile prin curenţi de inducţie, reducându-se astfel pierderile prin căldură. Fibra de carbon îi conferă rotorului rezistenţă mecanică mare şi posibilitatea de a atinge viteze de rotaţie extrem de mari.

Datorită materialelor utilizate sistemul WHP se caracterizează în principal prin densitate mare de putere, capacitate mare de stocare a energiei şi stabilitatea la variaţii ale temperaturii ambiante.

Sistemul adiţional de propulsie electrică are masa totală de 150 kg, puntea faţă fiind încărcată în plus cu 67 kg. În ciuda greutăţii mai mari GT3 Hibrid, comparat cu modelul cu propulsie exclusiv termică are autonomie mai mare. Acest lucru îi conferă un avantaj deoarece poate fi echipat cu un rezervor mai mic sau poate completa mai multe ture de pistă fără a fi necesară oprirea pentru realimentare cu combustibil.

75

Foto: Generatorul electric WHP – secţiune şi component Sursa: WHP 1.

2.

3.

4.

fibră de carbon (rotor) stator rulmenţi pe bază de material ceramic material compozit încărcat magnetic

76

Capitolul IV. Sisteme Mecatronice Hibride.

IV.1.Noua tehnologie oferită de BOSCH Grupul Bosch este, la nivel internaţional, cel mai important producǎtor în industria tehnicii pentru autovehicule, a tehnicii industriale, a bunurilor de consum şi tehnicii pentru clǎdiri. În anul 2009, cei aproximativ 270.000 de angajaţi au realizat o cifrǎ de afaceri de 38,2 miliarde de Euro. Grupul Bosch cuprinde compania Robert Bosch GmbH şi circa 300 de filiale şi reprezentanţe regionale în peste 60 de ţǎri, iar prin parteneriate, Bosch este prezent în alte 150 de ţări. Structura acestui concern mondial de dezvoltare, producţie şi distribuţie susţine politica de extindere continuǎ a Grupului. Bosch investeşte anual peste 3.5 miliarde de Euro pentru cercetare şi dezvoltare, înregistrând peste 3800 de patente la nivel mondial. Prin produsele şi serviciile oferite, Bosch urmăreşte îmbunătăţirea calităţii vieţii oferind soluţii fiabile şi inovative.

Concernul a fost înfiinţat la Stuttgart în 1886 de cǎtre Robert Bosch (1861 - 1942) sub numele de „Atelier de mecanicǎ finǎ şi electrotehnică”. Structura Robert Bosch GmbH asigurǎ independenţa financiarǎ, precum şi libertatea antreprenorialǎ a Grupului Bosch. Aceasta îi permite companiei sǎ facǎ investiţii pentru asigurarea viitorului sǎu, precum şi sǎ respecte responsabilitatea sa socialǎ. Bosch continuă să asigure avansul dezvoltării tehnologice în domeniul auto, prin îmbunătăţirea continuă a motoarelor cu ardere internă şi furnizarea de sisteme de propulsie inovatoare, cum ar fi hibridul hidraulic. Concernul german, acordă o deosebită atenţie şi la eficientizarea unor sisteme de propulsie alternative şi a altor unităţi auxiliare, cum ar fi: sisteme de injecţie prntru biocarburanţi, sistemul de dezactivare a cilindrilor 1,4 TSI VW, sistemul Stop & Start, acumulator hidraulic de impuls HIS pentru cutiile automate ZF etc.

IV.2.Sisteme de injecţie pentru carburanţii alternativi ecologici şi economici Pe lângă benzină şi motorină, carburanţii alternativi câştigă treptat teren. Printre aceştia se numără gazele naturale (CNG = gaz natural comprimat), benzina cu conţinut mare de etanol, etanolul

în

stare

pură

(E100),

precum

şi

biodiesel-ul

obţinut

din

plante.

Bosch a început deja producţia în serie a diverselor sisteme de comandă a motoarelor,

77

precum şi a componentelor de injecţie pentru astfel de carburanţi ecologici, prin intermediul cărora emisiile de CO2 pot fi considerabil reduse.

Spre deosebire de benzină, la arderea gazului natural, emisiile de CO2 sunt cu 25% mai mici. Autovehiculele alimentate cu gaz natural au intrat în producţia de serie cu mai mulţi ani în urmă. Pentru a oferi şoferului o flexibilitate maximă în momentul alegerii carburantului, autovehiculele sunt echipate de regulă cu sisteme Bifuel, motorul putând fi alimentat atât cu gaz natural, cât şi cu benzină. Bosch furnizează, prin pachetul NG-Motronic, un sistem complet care include atât unitatea de comandă Bifuel-Motronic a motorului, injectoarele NGI2 pentru gaz natural, rampa de carburant, cât şi senzorii de presiune în rezervor, de temperatură şi de joasă presiune.

Datorită rezistenţei mari la detonaţii a gazului natural, motoarele alimentate cu un astfel de carburant pot fi constant optimizate. Dacă sunt supraalimentate se pot reduce dimensiunile, astfel încât eficienţa şi puterea motoarelor să fie îmbunătăţite. Bosch sprijină această tendinţă a pieţei prin fabricarea mai multor modele de injectoare de gaz natural din gama NGI2.

IV.2.1. Componente ale sistemului de injecţie pentru biocarburanţi În prezent, prin alimentarea cu biocarburanţi, motoarele cu ardere internă pot economisi resursele, iar emisiile de CO2 sunt reduse semnificativ. Cea de-a doua generaţie de biocarburanţi asigură o reducere a emisiilor de CO2 de până la 90%. La obţinerea acestor carburanţi, se folosesc plante utilizate integral pentru obţinerea etanolului, a biodieselului sau a biogazului, ca substituent al gazului natural. În Europa, carburantul diesel convenţional este deja amestecat în diferite proporţii cu biodiesel.

Aceşti biocarburanţi contribuie la reducerea emisiilor de CO2 atât în cazul autovehiculelor noi, care dispun de o tehnologie corespunzătoare în acest sens, cât şi în cazul celor deja existente. Bosch îşi adaptează deja sistemele de injecţie pentru utilizarea biocarburanţilor. Astfel, este posibil ca un autovehicul să folosească surse energetice regenerabile, folosind condiţiile tehnice şi de infrastructură existente.

Biodieselul oferă reduceri substanţiale ale emisiilor de monoxid de carbon, pulberilor în suspensie, hidrocarburilor nearse şi sulfaţilor. În plus, biodieselul reduce emisiile compuşilor

78

cancerigeni cu aproape 85% faţă de motorină. În combinatie cu motorina, aceste reduceri ale emisiilor sunt în general proporţionale cu cantitatea de biodiesel utilizată.

IV.2.2. Tehnologia FlexFuel – testată şi probată – pentru alimentarea cu etanol În America de Sud, etanolul obţinut din plante constituie un important substituent al benzinei convenţionale. Pentru aceste pieţe de desfacere, Bosch a conceput sistemul FlexFuel.

Astfel, motoarele în patru timpi pot fi alimentate cu amestec de benzină şi etanol, de la benzină simplă până la etanol (E100) în stare pură. Unitatea de comandă a motorului pentru injecţie în poarta supapei - Motronic, reglează în mod automat injecţia, aprinderea, precum şi ceilalţi parametri, în funcţie de procentul de etanol din benzină. Sistemul FlexFuel, deja testat în condiţii obişnuite de exploatare, este utilizat la scară largă în primul rând la autoturismele din Brazilia. În anul 2008, aproximativ 500.000 de autovehicule au fost echipate cu acest sistem inovator dezvoltat de Bosch.

Deoarece temperaturile scăzute pot afecta proprietăţile chimice ale etanolului, fapt care influenţează în mod negativ pornirea şi funcţionarea motorului, compania Bosch şi-a extins oferta, dezvoltând sistemul Flex Start®. Prin intermediul acestui sistem, dacă este necesar, carburantul este încălzit în rampă, motorul putând astfel să pornească şi să funcţioneze fără probleme şi la temperaturi exterioare scăzute. Prin urmare, se poate renunţa la sistemul de alimentare cu benzină din dotarea acestor autovehicule, necesar numai pentru pornirea şi încălzirea motorului.

IV.3. Sistemul de dezactivare a cilindrilor - 1.4 TSI VW Reducerea consumului de combustibil şi a emisiilor poluante este una din priorităţile de top a marilor producători de automobile, inclusiv a concernului Volkswagen.

Ultima tehnologie cu un aport semnificativ asupra scăderii consumului de combustibil va echipa modelele VW începând cu anul 2012. Tehnologia numită CSO (Cylinder Shut-Off) constă în dezactivarea anumitor cilindri de pe un motor cu ardere internă. Această tehnologie va fi prezentă inclusiv pe motorul de cilindree mică de 1.4 litri cu injecţie directă supraalimentat (TSI).

Sistemul dezactivează temporar doi din cei patru cilindri ai motorului când acesta funcţionează în domeniul sarcinilor mici şi medii. În privinţa consumului de combustibil, pe 79

ciclul european de omologare NEDC, se reduce consumul cu aproximativ 0.4 litri la 100 km. Mai mult în funcţie de condiţiile de exploatare şi a stilului de condus consumul de combustibil poate fi redus cu până la 1 litru la 100 de km. Inovaţia sistemului este susţinută şi de faptul că VW este primul constructor care implementează acestă tehnologie pe motoarele supraalimentate de producţie în masă.

Foto: Motorul 1.4 TSI de la VW Sursa: VW Sistemul dezactivează temporar doi din cei patru cilindri ai motorului când acesta funcţionează în domeniul sarcinilor mici şi medii. În privinţa consumului de combustibil, pe ciclul european de omologare NEDC, se reduce consumul cu aproximativ 0.4 litri la 100 km. Mai mult în funcţie de condiţiile de exploatare şi a stilului de condus consumul de combustibil poate fi redus cu până la 1 litru la 100 de km. Inovaţia sistemului este susţinută şi de faptul că VW este primul constructor care implementează acestă tehnologie pe motoarele supraalimentate de producţie în masă.

80

Conducătorul auto nu percepe în mod direct activarea sistemului, şi anume dacă motorul funcţionează în patru sau doi cilindri. Datorită echilibrării superioare a motorului, funcţionarea cu doar doi cilindri va avea impact minim asupra zgomotelor şi a vibraţiilor motorului.

Funcţionarea în doi cilindri este activă când turaţia motorului se situează între 1400 şi 4000 rot/min iar cuplul motor este între 25 şi 75 Nm. În urma statisticilor realizate de VW acest regim de funcţionare se aplică la 70% din distanţa parcursă de un automobil care efectuează un ciclu de omologare european NEDC. După admisia aerului proaspăt în camerele de ardere sistemul dezactivează camele ce acţionează supapele de admisie şi evacuare a cilindrilor 2 şi 3, în paralel cu sistarea injecţiei de combustibil. Astfel se reduc pierderile prin pompaj ale cilindrilor 2 şi 3, nu se mai realizează injecţia de combustibil iar cilindri funcţionali, 1 şi 4, vor avea randament mai bun datorită creşterii sarcinii acestora. Închiderea şi deschiderea supapelor se face prin intermediul unui sistem complex de acţionare.

Pe cei doi arbori cu came, de admisie şi de evacuare, în dreptul cilindrilor 2 şi 3 sunt montate două piese mobile. Aceste piese mobile conţin camele normale a celor doi cilindri plus came cu profil cilindric, care nu acţionează în sensul deschiderii supapelor.

Procesul de activare/dezactivare a sistemului se execută în aproximativ 13...36 milisecunde, în funcţie de turaţia motorului. Pentru a minimiza impactul asupra funcţionării omogene a motorului, tranziţia de la cilindri activi la inactivi se face şi cu controlul clapetei obturatoare şi a sistemului de aprindere. Poziţia pedalei de acceleraţie este utilizată pentru a determina stilul de condus al conducătorului auto.

De asemenea în cazul în care se efectuează multe schimbări de treaptă (condus sportiv) sistemul este dezactivat pentru a beneficia de puterea maximă a motorului.

Întregul sistem de

acţionare are masa totală de aproximativ 3 kg, toate elementele componente fiind integrate în chiulasă.

Această tehnologie, dacă este combinată şi cu un sistem Stop & Start, poate realiza o

economie de combustibil de aproximativ 0.6 litri la 100 km. Reducerea semnificativă a consumului de combustibil se face în regim stabilizat de deplasare (viteza constantă 50 km/h, în treapta a patra) şi poate atinge până 1 litru la 100 km.

81

Cu acest sistem VW reduce agresiv consumul de combustibil pentru motorul 1.4 TSI de 140 CP cu avantajul că posesorul automobilului se poate bucura de performanţele dinamice ale acestui motor atunci când doreşte.

1.4 TSI cu CSO CSO inactiv Camele cu profil supapele

normal

CSO activ acţionează Camele cu profil cilindric nu mai deschid supapele

IV.4. Sistemul de propulsie paralel complet hibrid Bosch Bosch a început producţia de serie a modelelor hibride Volkswagen Touareg şi Porsche Cayenne S, echipate cu tehnologie hibridă furnizată de Bosch. Ambele modele vor fi introduse în premieră pe piaţă ca variante cu sistem de propulsie paralel complet hibrid. Bosch furnizează componentele centrale, cum ar fi sistemul electronic performant şi motorul electric, dar şi sistemul de comandă, care este „creierul“ autovehiculului – sistemul Motronic pentru autovehicule hibride – cel care comandă motorul electric, motorul cu ardere internă sau pe amândouă, atunci când acestea acţionează împreună. Performanţele preconizate sunt: 82

a. - Viteză maximă prin intermediul unităţii electrice Noile autovehicule Volkswagen Touareg şi Porsche Cayenne S pot atinge o viteză maximă de 50 până la 60 de kilometri pe oră folosind doar energie electrică. Atunci când şoferul este grăbit, unitatea electrică şi motorul cu ardere internă acţionează împreună. În acest caz, modelele Volkswagen şi Porsche accelerează de la 0 la 100 km/h în numai 6,5 secunde. La utilizarea acestui sistem de propulsie, puterea creşte până la 279 kW (380 CP), în timp ce cuplul poate atinge o valoare maximă de 580 Nm. În comparaţie cu varianta V8 din dotarea autovehiculelor din primele generaţii, versiunile hibride au un consum de carburant redus cu până la 40%. În cadrul ciclului UE, consumul de carburant este redus până la 8,2 litri de benzină la 100 de kilometri, iar nivelul de emisii de CO2 scade la 193 grame/kilometru. De asemenea, ambele autovehicule îndeplinesc norma de poluare Euro 5 şi standardele ULEV 2 aplicabile în S.U.A. Mai mult, dacă şoferul reduce viteza, până la circa 160 de kilometri pe oră, se activează aşa numita funcţie de planare: motorul cu ardere internă se decuplează automat şi autovehiculul continuă să ruleze fără a consuma carburant, în timp ce toate sistemele de siguranţă şi cele de confort continuă să funcţioneze fără probleme. Chiar şi în cazul frânării, totul se derulează automat. Unitatea de comandă a sistemului calculează pe baza presiunii aplicate pedalei de frână, care este momentul de frânare ce trebuie aplicat electric prin intermediul motorului generator integrat (IMG). Sistemele de siguranţă, cum ar fi de exemplu ABS sau ESP® nu sunt afectate – din contră, au prioritate. b - Sistemul inteligent de comandă – soluţia pentru confortul perfect Combinaţia dintre motorul cu ardere internă şi motorul electric are la bază interacţiunea perfectă dintre sistemul modern de comandă şi componentele hibride optimizate. Compania Bosch beneficiază de o experienţă vastă în acest domeniu, fiind specializată în dezvoltarea de sisteme de injecţie pentru motoarele pe benzină. „În cazul sistemului de comandă al autovehiculelor hibride, am îmbinat în mod armonios tehnica cu inovaţia. Baza acestui sistem este Motronic, care şi-a dovedit eficienţa la bordul multor autovehicule echipate cu motor pe benzină cu sistem de injecţie directă. În plus, am integrat funcţiile necesare unei propulsii de tip hibrid, pe care am dezvoltat-o împreună cu clienţii noştri”, explică dr. Matthias Küsell,

83

coordonatorul proiectelor de dezvoltare ce se adresează autovehiculelor hibride şi celor electrice din cadrul Bosch.

Cea mai mare provocare a constat în realizarea unor schimbări line între sistemele de propulsie electrice, hibride şi cu ardere internă, deoarece s-a avut în vedere ca, în cazul comutării dintre acţionarea pe carburant şi funcţionarea cu generator de energie electrică, confortul să nu fie afectat în nici un fel. În acest sens, sistemul de comandă are acces permanent la datele înregistrate de senzorii motorului cu ardere internă, unitatea electrică, acumulator, ambreiaj şi alte componente. Sistemul de comandă analizează şi reglează în timp real interacţiunea dintre cele două sisteme de propulsie. O componentă esenţială este ambreiajul adaptiv, care permite o comutare lină a treptelor de viteză. De asemenea, acesta urmăreşte ca motorul electric şi motorul cu ardere internă să aibă exact acelaşi număr de rotaţii în momentul transmiterii cuplului. Küsell vede în acest sistem piesa centrală a tehnologiei paralele hibride. c - Modelele hibride şi sistemele de injecţie directă se completează perfect Modelele hibride Volkswagen şi Porsche sunt echipate cu un motor cu şase cilindri în V, cu o cilindree de 3 litri, supraalimentat, cu sistem de injecţie directă şi o transmisie automată cu 8 trepte de viteză. Motorul V6 dezvoltă o putere de 245 kW (333 CP) şi generează un cuplu maxim de 440 Nm, începând de la 3.000 rpm. Agregatul este completat de un motor generator integrat (IMG) furnizat de Bosch. Motorul electric, răcit cu apă, este integrat la fel ca şi ambreiajul propriu, într-un model hibrid, dispus între motorul cu ardere internă şi transmisie, ocupând foarte puţin spaţiu datorită diametrului de 30 de centimetri şi lungimii de numai 145 de milimetri. IMG dezvoltă o putere de 34 kW şi un cuplu maxim de 300 Nm. Motorul generator integrat în autovehiculele Volkswagen şi Porsche asigură o viteză maximă de 50 până la 60 de kilometri pe oră folosind numai energie electrică, cât timp nivelul de încărcare al acumulatorului hibrid din nichel-metal (NiMH) permite acest lucru. Acumulatorul are o capacitate de 1,7 kWh la o tensiune de alimentare de 288 V. În timpul frânării, motorul electric, care acţionează în acest caz la fel ca un generator, recuperează energia cinetică, care este înmagazinată în acumulatorul de înaltă tensiune.

O premisă importantă în acest sens este motorul V6 supraalimentat. Unitatea de comandă Motronic gestionează cu mare precizie procesele în motorul cu ardere internă, mergând până la a 84

comanda independent fiecare injecţie în parte. De asemenea, acesta transmite, prin intermediul unei magistrale CAN suplimentare, toate datele relevante către componentele sistemului hibrid, sistemul electronic şi acumulator. În plus, sistemul de injecţie directă reduce nivelul de emisii poluante. Motorul cu ardere internă şi motorul electric se completează atât de bine, încât tehnologiile paralele hibride oferă noi soluţii în materie de confort. Bosch a numit acest concept „Active Damp Control”, care în cazul motorului cu şase cilindri, conferă senzaţia unui motor cu o cilindree mult mai mare. Pe viitor, acest concept va optimiza motoarele turbo de mici dimensiuni cu diferite puncte slabe tipice, cum ar fi cuplul redus, implementând pe piaţă conceptul de reducere a cilindreei (downsizing) pentru un consum redus de carburant. d - Componentele îmbunătăţite asigură pătrunderea pe piaţă În comparaţie cu alte concepte de tip hibrid, sistemul paralel complet hibrid este mai eficient din punct de vedere al costurilor. În acest caz, este suficientă o singură unitate electrică care asigură atât propulsia, cât şi producerea energiei electrice necesare. Pentru ca această tehnică ecologică să poată fi implementată pentru diferite clase de autovehicule, Bosch dezvoltă permanent componentele diferitelor sisteme, de exemplu reducerea volumului acestora. În ciuda dispunerii optime, a eficienţei maxime şi a spaţiului redus pe care îl ocupă, producătorii sistemului electronic au reuşit să reducă cu o treime volumul acestuia, ajungând la zece litri, fără a face compromisuri în materie de performanţă. În cazul sistemului electronic, este vorba despre o componentă principală care face legătura dintre secţiunea de înaltă tensiune şi reţeaua de 12 V de la bordul autovehiculului, prin intermediul unui invertor, transformând curentul continuu al acumulatorului în curent alternativ trifazic pentru motorul electric şi vice versa.’

85

IV.5.Sistemul Stop & Start Compania Bosch a lansat primul său system Start & Stop în 2007. Componenta principală a sistemului este demarorul. Sistemul Stop & Start, opreşte automat motorul termic, fără intervenţia conducătorului auto când automobilul staţionează. Scopul acestui sistem este reducerea consumului de combustibil şi implicit a emisiilor de CO2, prin oprirea motorului în fazele de mers încet sau în gol(relanti).

După oprire (faza stop), repornirea motorului (faza start) se face tot automat, conducătorul automobilului apăsând pedala de ambreiaj ( la un automobil cu cutie de viteze manuală) sau ridicând piciorul după pedala de frână ( la un automobil cu cutie de viteze automată.

Pe ciclul European de omologare (NEDC), în zona urbană, la un automobil echipat cu astfel de sistem , reducerea consumului de combustibil poate ajunge la 8%. Cu cât traficul urban este mai aglomerat, cu atât reducerea consumului de combustibil este mai semnificativă.

Mercedes Benz S350 este echipat cu motor Blue TEC şi sistem Stop & Start.

Foto: Mercedes Benz S350 . Sursa: Daimler 86

1 .demaror (îmbunătăţit) 2. pompă de ulei electric (pentru transmisie automată) 3. unitate de control 4. baterie de acumulatori adiţională 5. indicator Stop & Start pe bord 6. senzori adiţionali (ex capotă deschisă) Implementarea sistemului Stop & Start diferă de la un constructor la altul. La aceste sisteme demarorul este mai robust şi rezistă la mai multe cicluri de pornire, faţă de demarorul clasic. De asemenea, mecanismul de cuplare cu coroana volantei trebuie să funcţioneze şi atunci când motorul termic nu este complet oprit.

Mecanismul de cuplare al demaroarelor convenţionale pot reporni motorul termic doar dacă acesta s-a oprit complet. Din acest motiv nu se pretează sistemelor Stop & Start, deoarece, în anumite situaţii motorul trebuie repornit înainte să se oprească complet.

Foto: Demaror system Stop & Start. Sursa: Bosch.

Compania Denso a dezvoltat un demaror special pentru sistemele Stop & Start denumit Tandem Solenoid (TS) Starter / demaror cu solenoid în tandem), care permite repornirea motorului termic şi atunci când acesta este în faza de oprire dar nu s-a oprit complet.

87

Foto: Demaror TS. Sursa: Denso Timpul de repornire al motorului termic, echipat cu un demaror TS Denso este redus cu 1,5 secunde comparativ cu un demaror convenţional. Acest lucru este posibil datorită mecanismului de acţionare care cuprinde circuite separate de control pentru mişcarea de cuplare a pinionului demarorului şi acţionarea efectivă a acestuia.

Foto: Demaror TS Sursă: Denso.

Foto: Demaror clasic. Sursă: Denso.

1. coroana dinţată de pe volantă 2. pinionul demarorului 3. solenoid pentru cuplarea pinionului cu coroana dinţată 4. solenoid pentru energizarea demarorului EMS. sistemul de control al motorului termic.

88

La un demaror clasic/convenţional energizarea solenoidului de cuplare a pinionului cu coroana, precum şi energizarea motorului electric, se realizează simultan, cu acelaşi circuit electric de control. Din acest motiv este necesar ca motorul termic să fie oprit complet pentru a fi posibilă o repornire, altfel dinţii pinionului nu vor putea angrena cu coroana dinţată de pe volantă.

Procesul de repornire al unui motor termic cu un demaror TS Denso şi unul clasic.

Sursa: Denso La demarorul TS mecanismul de acţionare a pinionului este controlat în mod separat faţă de motorul electric. Astfel cuplarea pinionului se face după ce turaţia motorului electic s-a sincronizat cu cea a motorului termic, nefiind necesară oprirea completă a motorului termic.

Bateria de acumulatori pentru acest sistem este specială, poate fi mai mult descărcată decât una obişnuită şi rezistă la mai multe cicluri descărcare – încărcare. Când motorul termic este oprit bateria alimentează toate sistemele electice. Se poate opta pentu echiparea automobilelor cu o baterie de acumulatori adiţională, pentru a putea face faţă consumului de energie electrică, când motorul este oprit.

Convertorul DC/DC are rol de stabilizator de tensiune. Când demarorul este acţionat tensiunea de la baterie scade şi poate afecta funcţionarea sistemelor electronice de bord (radio, GPS, etc).

Convertorul previne acest efect prin stabilizarea tensiunii de alimentare a sistemelor electrice în momentul pornirii motorului.

89

Senzorul de baterie monitorizează tensiunea, curentul şi temperatura. Cu aceste informaţii sistemul de control Stop & Start determină starea de încărcare a bateriei, şi poate reporni motorul termic în cazul în care se depăşeşte o valoare minimă.

Foto: Baterie de acumulatori pentru sistemele Stop & Start. Sursă: Bosch Alternatorul este de asemenea special pentru sistemul Stop & Start. Faţă de un alternator clasic acesta generează cu până la 60% mai multă energie electrică mai ales la turaţii scăzute.

Scopul este de a reâncărca bateria cât mai repede cu putinţă pentru a permite opriri dese ale motorului termic.

Foto: Alternator pentru sistemele Stop & Start.

Sursă: Bosch

90

Foto: Componentele sistemului Stop & Start.

Sursă: Bosch 1. calculatorul de injecţie cu sistem de control Stop & Start 2. convertor DC/DC de 12 V 3. baterie de acumulatori (EFB.AGN) cu senzor de curent 4. demaror Stop & Start 5. senzor poziţie neutră levier de viteze 6. senzor viteză roată 7. senzor turaţie motor (arbore cotit) 8. alternator cu funcţie de recuperare a energiei în timpul frânării Sistemul Stop & Start opreşte motorul termic dacă sunt îndeplinite condiţiile: - viteza automobilului este sub un anumit prag (3…5 km/h) - levier schimbător de viteze este în poziţia neutră - pedala ambreajului nu este apăsată - volanul nu este acţionat 91

- motorul este la relanti Chiar dacă condiţiile de mai sus sunt îndeplinite, pentru a asigura buna funcţionare a tuturor sistemelor automobilului, motorul termic nu este oprit dacă: o depresiunea în sistemul de servo-frână scade sub o anumită valoare o tensiunea bateriei este sub un prag minim o sistemul de climatizare cere pornirea compresorului de AC o temperatura lichidului de răcire a motorului este sub 20..50 oC o temperatura exterioară este sub -10 oC sau peste 40 oC În plus, pentru a nu afecta siguranţa utilizării automobilului sistemul Stop & Start se dezactivează dacă: o capota motorului a fost ridicată o centura de siguranţă a conducătorului auto s-a decuplat Îndeplinirea tuturor acestor funcţii de sistemul Stop & Start se datorează informaţiilor provenite de la o serie de senzori montaţi pe automobil.

Sistemul Stop & Start impune câteva modificări şi asupra celorlalte sisteme ale automobilului. De exemplu în cazul automobilelor cu cutii de viteze automate, sunt necesare pompe de ulei electrice sau sisteme de acumulare a uleiului sub presiune (HIS), pentru a face posibilă acţionarea elementelor de cuplare.

Prin folosirea sistemului Stop & Start, este redus semnificativ consumul de combustibil, mai ales în cazul opririlor dese din traficul urban. Emisiile de CO2, fiind direct legate de consumul de combustibil sunt reduse în cazul unui automobil cu sistem Stop & Start, comparativ cu un motor clasic. Acest lucru este pus în evidenţă în diagrama de mai jos.

Combinaţia sistemului Stop & Start cu un sistem de recuperare a energiei de frânare prin intermediul alternatorului, plasează aceste automobile în categoria celor micro hibride.

92

Foto:

Reducerea consumului de combustibil pe zonă urbană a ciclului NEDC

Sursă: Bosch Compania Bosch, estimează că în jurul anului 2017, automobilele noi vor fi echipate cu sistem Stop & Start în proporţie de 90 %. În momentul de faţă, pe piaţa europeană, majoritatea constructorilor auto au deja sisteme Stop & Start pe aproape toate modelele comercializate.

Foto: Automobile noi cu sisteme Stop & Start Sursă: Bosch.

93

IV.6. Cutia de viteze automată cu 8 rapoarte de la ZF(8HP) Transmisia automată 8HP de la ZF, a fost desemnată transmisia anului 2011, datorită consumului scăzut de combustibil al automobilelor echipate cu această transmisie, calitatea schimbării treptelor şi a performanţelor mecanice.

Foto: Cutia de viteze (transmisia) automată 8HP Sursa: ZF Producția pentru cutia de viteze automată 8HP a debutat în 2008 la fabrica ZF Friedrichshafen din Saarbrucken.

Cutia de viteze automată 8HP, utilizează 4 mecanisme planetare (1,3) simple pentru realizarea celor 8 trepte de viteză. Hidrotransformatorul 5 (convertorul de cuplu), conţine un amortizor de vibraţii torsionale şi un ambreiaj de blocare. Cuplarea şi decuplarea treptelor de viteză se realizează cu ajutorul ambreiajelor şi a frânelor multidisc (2,4). Comanda şi controlul tuturor elementelor de cuplare şi a blocării hidrotransformatorului este realizată de modulul mecatronic (6). Componentele de bază ale cutiei de viteze automate 8HP sunt:   

hidrotransformatorul, numit și convertizorul de cuplu ansamblul de mecanisme planetare cu ambreiajele și frânele multidisc modulul electro-hidraulic de comandă și control 94

Foto: Cutia Sursa: ZF

de

viteze

(transmisia)

automată

8HP

–

componente

1. mecanism planetar 4 2. ambreiaj multidisc 3. mecanisme planetare 1,2 şi 3 4. frâne multidisc 5. hidrotransformator 6. modul mecatronic

IV.6.1. Hidrotransformatorul Hidrotransformatorul este subansamblul care transmite momentul motor cutiei de viteze, prin intermediul unui fluid de lucru. În cazul în care hidrotransformatorul este deblocat, mișcarea provenită de la motorul termic nu este transmisă direct mechanic, ci hidraulic, între motor și cutia 95

de viteze neexistând legătură mecanică.

Hidrotransformatorul, sau convertizorul de cuplu, este alcătuit din patru componente principale: 

pompă



turbină



stator sau difuzor



ansamblul ambreiajului de blocare

Foto: Hidrotransformator – convertizor de cuplu Sursa:ZF Convertizorul de cuplu are rol de element de cuplare progresivă, în transmisiile moderne Hidrotransformatorul are formă de tor (en: torus), o jumătate fiind pompă iar cealaltă jumătate turbină.

Pompa (1) este conectată la motorul cu ardere internă, iar turbina (3) este conectată cu arborele de intrare în cutia de viteze. În volumul dintre pompă și turbină se află ulei de transmisie. La accelerarea motorului termic uleiul este antrenat de pompă și direcționat către 96

turbină. Energia mecanică a motorului este transformată de către pompă în energie hidraulică și transmisă turbinei. Când hidrotransformatorul este deblocat, între pompă și turbină nu există legatură mecanică directă.

1. pompă 2. stator (difuzor) 3. turbină 4. ambreiaj de blocare 5. amortizor de vibrații torsionale Transmiterea energie hidraulice de la pompă la turbină se poate asemăna cu mișcarea transmisă între două ventilatoare puse față-n față. Dacă un ventilator este alimentat cu energie electrică (pompă) și este pus în fața unui alt ventilator care nu este alimentat (turbină), prin intermediul aerului, acesta va transmite mișcarea celui în repaus (nealimentat).

97

Foto: Hidrotransformator – vedere explodată Sursa: bankspower.com 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

pompă stator (difuzor) turbină ansamblu ambreiaj de blocare cu amortizor de oscilații carcasă butuc canelat cuplaj de sens unic

IV.6. 2. Cutia automată - mecanismele planetare Realizarea unei trepte de viteză într-o cutie de viteze automată se face prin intermediul mai multor mecanisme planetare (simple, Ravigneax sau Lepelletier). Comparativ cu o cutie de viteze manuală cu angrenaje simple, la care o treaptă de viteze de formează de o singură pereche de roți dințate, o cutie de viteze automată realizează o treaptă de viteze utilizând mai multe mecanisme planetare. Prin blocarea elementelor componente ale mecanismului planetar (solară, platou

98

sateliți, coroană) se obțin diferite rapoarte de transmitere, care înseriate formează un raport al cutiei.

Foto: Cutie automată – platou port-sateliți Sursa: GM Avantajele mecanismelor planetare comparativ cu angrenajele cu roți dințate simple:    

poziţionarea coaxială a arborilor de intrare şi de ieşire din transmisie; formă constructivă simetrică, circulară; distribuirea cuplului şi a puterii pe mai multe perechi de angrenaje în cadrul unui mecanism planetar; permit automatizarea mult mai ușor.

Aceste avantaje implică o mai bună echilibrare dinamică a cutiei de viteze, cu efecte benefice asupra solicitărilor din lagăre, a zgomotului şi vibraţiilor din timpul funcţionării. În plus, la același cuplu transmis, datorită angrenării în trei sau patru puncte ale mecanismului planetar, rezultă roţi dinţate mai mici, cu viteze şi forţe de angrenare micşorate, construcţii cu gabarite

99

reduse, greutate şi mase inerţionale mai mici, utilizarea mai raţională a spaţiului disponibil de amplasare.

IV.6.3. Ambreiajele și frânele pentru cuplarea treptelor Cuplarea sau mai bine spus formarea treptelor de viteză se realizează cu ajutorul ambreiajelor și a frânelor multidisc. Aceste au rolul de a cupla două elemente pentru a se roti cu aceeași turație (ambreiaj) sau de a bloca un element la turație zero (frână).

Foto: Componentele unui ambreiaj/frână multidisc de cutie automată Sursa: BorgWarner Acționarea ambreiajelor sau a frânelor se face cu actuatoare hidraulice. controlate prin intermediul unor supape electromagnetice, de către modulul electronic de comandă (TCU).

Modulul electronic de comandă asigură preluarea semnalelor de la senzori și de la motor (via CAN), prelucrarea acestora și transmiterea semnalelor de comandă la elementele de execuție (actuatoarele hidraulice).

100

Foto: Modul electrohidraulic Sursa: BorgWarner

de

comandă

pentru

o

cutie

de

viteze

automată

Cutiile de viteze automate sunt utilizate în general pe autoturismele de clasă medie şi superioară, datorită avantajelor pe care la are: 

transmite cupluri mai mari



amplifică cuplul motor



trecerea de la o treaptă la alta se face lin şi fără şocuri



funcţionare mai silenţioasă

Pentru automobilele de la care se așteaptă confort sporit în timpul rulării (zgomote și șocuri reduse), conducere mai ușoară și forțe de tracțiune ridicate, este indicat să se folosească o cutie de viteze automată. Acesta, comparativ cu o cutie manuală, îndeplinește foarte ușor aceste cerințe datorită principiului de funcționare.

101

IV.7. Acumulator Hydraulic De Impuls His Sistemele Stop & Start de pe automobile, în anumite condiţii de funcţionare, opresc şi repornesc automat motorul termic, fiind avantajoase mai ales în traficul urban, deoarece momentele de staţionare ale automobilului în trafic cu motorul pornit sunt mai des întâlnite (opriri la semafor, ambuteiaje). În cazul cutiilor de viteze automate, pentru cuplarea unei trepte de viteză este necesar ca uleiul de transmisie să fie sub presiune. Pompa de ulei care creează presiune în modulul hidraulic de control al cutiei este antrenată de motorul termic. Astfel, dacă se echipează un automobil cu cutie automată cu sistem Stop & Start, la fiecare repornire a motorul va fi nevoie de timp suplimentar pentru ridicarea presiunii de lucru. Acest timp, de aproximativ 0.9 secunde, este perceput de conducătorul auto și poate fi deranjant.

Foto:Cutia de viteze automată ZF 8HP Sursa: ZF

102

Pentru a elimina acest timp de aşteptare, inginerii de la ZF au echipat cutia de viteze automată 8HP, cu un system adiţional care permite creşterea rapidă a presiunii uleiului în momentul repornirii motorului termic, pentru automobilele echipate cu Stop & Start.

Acest system se numeşte HIS (Hydraulic Impulse Storage) şi conţine un accumulator de presiune cu arc elicoidal, montat lângă modulul electrohidraulic de control.

Cu acest sistem automobilul poate redemara în aproximativ 0,35 secunde după repornirea motorului termic. Faţă de o cutie de viteze automată fără acest system, timpul de aşteptare este redus cu aproximativ 0,45 secunde.

Foto: Acumulator hidraulic de impuls ZF pentru cutiile automate (HIS) – componente Sursa: ZF

1. conector electric 2. solenoid 3. arc elicoidal 4. piston 5. cilindru 6. supapă de încărcare/descărcare 7. racord de legătură cu modulul electrohidraulic În timpul funcționării cutiei de viteze automate acumulatorul se încărcă. Uleiul sub presiune pătrunde prin supapa (6) și împinge pistonul (4) spre mecanismul de blocare cu solenoid (2). Când acumulatorul este încărcat complet pistonul comprimă arcul elicoidal (3) și ajunge la capătul cursei unde este blocat.

103

Foto: Acumulator hidraulic de impuls ZF pentru cutiile automate (HIS) – mod de funcționare Sursa: ZF În momentul în care sistemul Stop & Start comandă pornirea motorului termic, calculatorul transmisiei automate, prin intermediul contactului electric (1), alimentează cu energie electrică solenoidul (2) care eliberează pistonul. Acesta, sub acțiunea arcului elicoidal (3), evacuează uleiul sub presiune din cilindru. În acest mod se creează un impuls de presiune care este suficient pentru acționarea elementelor transmisiei automate. Impulsul de presiune este necesar doar pentru prima cuplare de treaptă de viteză. Pentru cuplările ulterioare presiunea uleiului este asigurată de pompă.

Foto: Acumulator hidraulic de impuls ZF pentru cutiile automate (HIS) – descărcarea acumulatorului Sursa: ZF 104

Acumulatorul de presiune are lungimea de 190 mm și un diametru de 50 mm. Volumul rezervei de ulei este de aproximativ 1 litru. Datorită dimensiunilor relativ reduse acumulatorul de presiune poate fi instalat adițional de modulul electrohidraulic de control.

Comparativ cu alte soluții (pompă de ulei acționată electric) sistemul HIS are costul adițional cel mai redus, metoda de implementare fiind relativ simplă și nu necesită modificări majore a transmisiei automate.

Sistemul HIS permite reducerea emisiilor de CO2 și a consumului de combustibil cu proximativ 5%

105

V. Concluzii Din analiza lucrării de pot desprinde o serie de concluzii şi idei şi anume :

I. Transmisiile hibride reprezintă viitorul tehnologiilor pe piaţa auto .

Această afirmaţie este argumentată de caracteristicile de bază ale acestor transmisii.

a. au două sisteme de propulsie (termic, electric /pneumatic), care le conferă performanţe dinamice superioare.

b. au două sisteme de stocare a energiei (rezervor – pentru energia nerecuperabilă, baterii, acumulatori – pentru energia recuperabilă), care le conferă autonomie mărită.

Aceste caracteristici fac ca hibridele să poată satisface trei cerinţe majore cerute de societate: 

1 - partajarea resurselor



2 – protecţia mediului



3 – siguranţă şi confort.

Prima cerinţă este îndeplinită de faptul că transmisiile hibride reduc consumul de combustibil prin: - oprirea motorului termic când funcţionează în regim de sarcini mici sau la relenti.

- recuperarea energiei în fazele de decelerare şi frânare; - folosesc motoare termice mai mici, care în combinaţie cu motoarele electrice dau un randament mai bun, funcţionând în regim economic.

- au în componenţă mecanisme şi sisteme prin care se reduce consumulde combustibil ( sistemul Stop $ Start, sistemul de dezactivare a cilindrilor,2 şi 3, sisteme de injecţie pentru carburanţi alternative, etc).

106

A doua cerinţă derivă în mare măsură din prima, întrucât emisiile poluante sunt direct proporţionale cu consumul de combustibil. În plus, pentru îndeplinirea ei se iau o serie de măsuri referitoare la: - înlocuirea benzinei şi motorinei cu: gaz natural comprimat CNG, etanol, biogz, biodiesel, etc: - folosirea catalizatoarelor pentru descompunerea elementelor poluante (HC, CO şi NOx) în substanţe singure, neutre cu ajutorul unor metale rare (Pt, paladiu Pa, rodiu Rh) Cea de-a treia cerinţă este îndeplinită de o serie de avantaje ale hibridelor faţă de transmisiile clasice.

- viteză maximă prin intermediul unităţii electrice; - system de comandă intelligent; - fineţe şi uşurinţă în manipulare; - comenzi rapide şi zgomot redus, etc.

II. Preocuparea constructorilor de talie mondială, de a-şi echipa automobilele cu transmisii hibride.

Această trăsătură rezultă din multitudinea variantelor de configurare a diferitelor tipuri de sisteme hibride.

Alegerea unei variante trebuie să satifacă cele mai exigente pretenţii referitoare la protecţia mediului, performanţe dinamice, cost, clitate. Cum aceste cerinţe nu pot fi satisfăcute în egală măsură, se va ajunge la un compromis, care de cele mai multe ori este costul foarte ridicat.

Costul ridicat este justificat, de precizia calitatea, şi complexitatea componentelor, care se modifică continuu, pentru a se putea adapta noilor cerinţe. În acest scop, majoritatea componentelor au o construcţie modulară, fiind obţinute prin sisteme şi tehnologii flexibile de prelucrare, care folosesc maşini-unelte dotate cu inteligenţă

107

artificială (MUCN-uri), singurele capabile să relizeze prodctibilitate, caitate, precizie ridicată, la preţ aceptabil, putând fi uşor adaptate la eventualele, schimbări de formă şi/sau dimensiuni.

Ca idei se pot remarca: - ingeniozitatea celor de la Toyota Prius de a combina două maşini electrice, un motor temic şi o transmisie planetară, în vederea obţinerii unui hybrid mixt total.

- funcţionarea în ciclu divizat al motorului Scuderi, doi cilindrii funcţionând în regim de motor, iar doi în regim de compressor, astfel încât un ciclu complet să se realizeze la o singură rotaţie a arborelui cotit.

- sistemul dezvoltat de concernul PSA, prin care un motor termic obişnuit este cuplat prin intermrdiul unei transmisii planetare, cu un motor hydraulic alimentat de un rezervor de aer comprimat (sistemul Hibrid Air).

- sistemul de dezactivare al cindrilor 1,4 TSI, care în dreptul cilindrilor 2 şi 3, conţine două piese care pe lângă cama activă au şi o camă cilindrică, dezactivarea făcându-se printr-o simplă deplasare axială.

- construcţia demerorului TS, al sistemului Stop $ Start, care are două bobine, una pentru cuplarea pinionului, alta pentru antrenarea lui.

- adaptabilitatea, performanţele dinamice şi de consum remarcabile, precun şi flexibilitatea în cea ce priveşte hibridizarea cutiei de viteze automate 8HP.

108

VI. Bibliografie 1. www.automobile hibride 2. Gott, Philip, Linna, Jan-Roger and Mello, J.P. – The Evolution of Powertrain Technology 2008 and beyond: Engines, Hybrids, Battery Electric, Fuel Cells and Transmissions. FISITA World Automotive Congress, 23-27 May, 2004, Barcelona, Spain, Paper F2004F335.

3. Noreikat, K.E. – Antriebstechnik, die die Welt (nicht) braucht. VDI-Berichte, nr.1704, 24-25 Oktober, 2002, p.143-160.

4. Oprean, I.M. – Automobilul modern. Cerinte, Restricţii, Soluţii. Editura Academiei Române, Bucureşti, 2003.

5. Rovera, Giuseppe, Vittorio, Ravello – Scenario and Trends on Hybrid Propulsion Technologies. ATA, 56, 3 / 4, 2003, p. 78-89.

6. Walzer, Peter – Progress in Car Powerplant Technologies. FISITA World Automotive Congress, 23-27 May, 2004, Barcelona, Spain, Paper F2004F020 7. *** - Hybrid Hype – Future Drive Technologies. AutoTechnology nr.1, 2006.

8. Andreescu, Cristian, Cruceru, Dragos, Recuperarea energiei cinetice a autovehiculelor, Revista AutoTest, nr. 115, mai 2006; 9. Badin, Francois, Hybrid vehicles: realizations and potentials, Conferinţa Naţională CAR 2005, Piteşti 2-4 noiembrie 2005.

10. Cruceru, Dragos N., Contribuţii la modelarea şi simularea grupului motopropulsor hibrid la automobile, Teza de Doctorat, 2007; 11. C.Brişan, R.V.Vasiu, L.Munteanu, A Road Auto-Generating Algorithm forDeveloping the Road Virtual Models Usable in Driving Simulators, Transportation Research Part C: Emerging Technologies, vol.26, pp.160-179,2012 (scor relativ de influenţă 2.23607) ISSN 0968-090X. 12. L.Munteanu, C.Brişan, St.Donescu, V.Chiroiu, On the compression viewed as a geometric transformation, CMC: Computers, Materials & Continua, vol.20, nr.1, pp.1-20, 2012 (scor relativ de influenţă 0.61983) ISSN 1546-2218.

13. V.Chiroiu, C.Brişan, St.Donescu, L.Munteanu, On the sonic composite vizualization with haptic interfaces, Proceedings of the 4th Intrenational Conference “Advanced Composite Materials Engineering” COMAT 2012 Braşov, 14. L.Munteanu, C.Brişan, V.Chiroiu, Şt.Donescu, A 3D model for tire/road dynamic contact, Acta Technica Napocensis, Series: Applied Mathematics and mechanics, vol 55, issue III, pp.611-614, 2012, ISSN 1221-5872 (comunicare prezentata la 36th International Conference on Mechanics of Solids, Acoustics andVibrations ICMSAV XXXVI 25– 26 oct. 2012, Cluj-Napoca).

15. D.Dumitriu, Car vertical dynamics 3D simulator using a 7 DOF model, ActaTechnica Napocensis, Series: Applied Mathematics and mechanics, vol 55, issue III, pp.647650, 2012, ISSN 1221-5872 (comunicare prezentată la 36th International Conference on Mechanics of Solids, Acoustics and Vibrations ICMSAV XXXVI 25– 26 oct. 2012, Cluj-Napoca).

109

16. L.Vlădăreanu, V.Vlădăreanu, P.Schiopu, Hybrid Force-Position Dynamic Control of the Robots Using Fuzzy Applications, Applied Mechanics and Materials Journal, ISSN 1662-7482.

17. M.Pustan, C.Birleanu, C.Dudescu, O.Belcin, J.C. Golinval, Size effect on thedynamical behaviour of electrostatically actuated MEMS resonators, Acta Technica Napocensis, Series: Applied Mathematics and mechanics, vol 55, issue III, pp.599-604, 2012, ISSN 1221-5872.

18. C.Birleanu, M.Pustan, C.Dudescu, O.Belcin, Z.Rymuza, Nanotribological investigations on adhesive effect applied to NENS naterials,Acta TechnicaNapocensis, Series: Applied Mathematics and mechanics, vol 55, issue III,pp.671-676, 2012, ISSN 1221-5872.

19. A.Tăpuş, C.Brişan, L.Munteanu, V.Chiroiu, On the Grand Challenges in Robotics, Proceedings of the Annual Symposium of the Institute of Solid Mechanics, Editura Mediamira 2012.

20. O.Melinte, L.Vlădăreanu, A.Gal, The performances of a Haptic device whencompensating the dynamic parameters, Proceedings of the Annual Symposium of the Institute of Solid Mechanics, Editura Mediamira 2012.

21. D.Dumitriu, Inverse dynamics simulations of missile motion in the pitch lane, International Conference of Aerospace Sciences „AEROSPATIAL 2012”,Bucureşti, 11-12 octombrie 2012.

22. A.Gal, O.Melinte, L.Vlădăreanu, PID sliding motion control by using a fuzzy adjustment, Proceedings of the Annual Symposium of the Institute of Solid Mechanics, Editura Mediamira 2012.

23. V.Chiroiu, C.Brişan, St.Donescu, L.Munteanu, On the material visualization system with haptic feedback, International Semiconductor Conference- CAS 2012 Sinaia.

24. V.Chiroiu, On the Applicability of Microcontinuum Theories in Nanomechanics, International Exploratory Workshop "Nanomechanics and Nanotribology for Reliability Design of Micro- and Nano Systems", Cluj- Napoca 24 octombrie 2012.

25. C.Dudescu, Nanomechanical behavior of micromembranes: From experiment tosimulation.International Exploratory Workshop "Nanomechanics and Nanotribology for Reliability Design of Micro- and Nano Systems", Cluj -Napoca 24 octombrie 2012.

26. Medved, V. (2001) - Measurement of human locomotion, CRC Presss, New York, ISBN 0849376750; 27. Mrozowski, J., Awrejcewicz, J., Bamberski, P. (2007) - Analysis of stability of the human gait, Journal of Theoretical and Applied Mechanics (vol. 45), pag. 91- 98; 28. Ion N. Roboți pășitori, Bucureşti: Bren, (2001) 29. Iuliu N., Ioan V., Nicolae H., Robotica Modelarea Cinematică şi Dinamică, Bucureşti: Editura Didactică şi pedagogică (1997) 30. Poescu, M.,E., Stabilitatea şi Stabilizarea Sistemelor dinamice, Editura Tehnică, Bucureşti (2009) 110

31. Prodan, B., C.,(2010), Contribuţii privind, cinematica şi dinamica roboţilor paraleli cu cinci grade de libertate, Teză de doctorat, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca 32. Radu ŢÂRULESCU,Contribuţii privind optimizarea configuraţiei senzorilor utilizaţi la roboţii mobili, Teză de doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov,2009 33. Şerban, I.; Baritz, M.; Roşca, I.C.; Cotoros, L.D. - Statistical Analysis of Anthropometric and Physiologic Performance of the Upper Limb, International Conference on Advancements of Medicine and Health Care through Technology, MediTech, 29 august- 2 septembrie, ClujNapoca, România 34. Spong, M., W., Hutchinson, S., Vidyasager, M., Robot Dynamics and Control, Second Editon, http://www.google.ro/url?sa =$rct=j&q=&esrc=s&sourcee=web&cd=&sqi=2&ved=0CFAQFjAA&url=http%3A%2F%2Ffile s.marciobazani.webnode.com%2F20000001623eab25e83%2FSpong_Textbook%255B1%255D.p df&ei=5RIMULT4CofD0QWApYXrCg&usg=AFQjCNGQoPi2hPEMN7_lb75XT1PUM8pWyw , (2004) 35. Șerban I.,(2011) Studii și cercetări privind influența mediului înconjurător asupra stabilității și locomoției umane, Teză de doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov 36. Schneck, D.J., Bronzino, J.D. (2003)- Biomechanics Principles and Applications, CRC Press, New York, ISBN 0-8493-1492-5; 37. Ştefan, C. (2012), Analiza teoretică şi experimentală a stabilităţii la deplasare a roboţilor mobili, lucrarea de licenţă la Universitatea Transilvania din Braşov 38. Vamossy, Z., Automatizalt eszkozok, Budapest Muszaki Foiskola, Budapest(2002); 39. Viorel Handra-Luca, Vistrian Maties, Cornel Brişan, Roboţi Structură cinematică şi caracteristici, Editura Dacia Cluj-Napoca, 1996 40. Westervelt, E., R., Grizzle, J., W., Feedback Control of Dynamic Biped Robot Locomotion, London, Crc Press (2007) 41. Yutaka Nakamura a,b, Takeshi Moria, Masa-aki Satoc, Shin Ishiia, Reinforcement learning for a biped robot based on a CPG-actor-critic method, a Nara Institute of Science and Technology, 8916-5 Takayama-cho, Ikoma, Nara 630-0192, Japan, b Osaka University, 2-1 Yamadaoka, Suita, Osaka 565-0871, Japa, c ATR Computational Neuroscience Laboratories, 2-2 Hikaridai, Seika-cho, Soraku-gun, Kyoto 619-0288, Japan, Neural Networks 20 (2007) 723–735 42. Antonescu P., Mecanisme şi manipulatoare, Editura Printech, Bucharest, 2000, p. 103-104.

43. Antonescu P., Mecanisme - Calculul structural şi cinematic. I.P.B., Bucureşti, 1979.

44. Antonescu P., Comănescu A.,Grecu B., Îndrumar de proiect la mecanisme. Partea a I-a, I.P.B., Bucureşti, 1987 45. Antonescu P., Petrescu FL., Metoda analiticã de sintezã a mecanismului cu camã si tachet plat. În al IV-lea Simpozion internaţional de teoria şi practica mecanismelor, Vol. III-1., Bucureşti, iulie 1985.

46. Antonescu P., Oprean M., Petrescu FL., Contribuţii la sinteza mecanismului cu camã oscilantã şi tachet plat oscilant. În al IV-lea Simpozion internaţional de teoria şi practica mecanismelor, Vol. III-1., Bucureşti, iulie 1985.

111

47.Antonescu P., Oprean M., Petrescu Fl., La projection de la came oscillante chez les mechanismes a distribution variable. În a V-a Conferinţã de motoare, automobile, tractoare şi maşini agricole, Vol. I-motoare şi automobile, Braşov, noiembrie 1985.

48. Antonescu P., Oprean M., Petrescu Fl., Proiectarea profilului Kurz al camei rotative ce acţioneazã tachetul plat oscilant cu dezaxare. În al III-lea Simpozion naţional de proiectare asistatã de calculator în domeniul mecanismelor şi organelor de maşini-PRASIC’86, Braşov, decembrie 1986.

49. Antonescu P., Oprean M., Petrescu Fl., Analiza dinamicã a mecanismelor de distribuţie cu came. În al VII-lea Simpozion naţional de roboţi industriali şi mecanisme spaţiale, Vol. 3., Bucureşti, octombrie 1987.

50. Antonescu P., Oprean M., Petrescu Fl., Sinteza analiticã a profilului Kurz, la cama cu tachet plat rotativ. În revista Construcţia de maşini, nr. 2., Bucureşti, 1988.

51. Antonescu P., Petrescu Fl., Contribuţii la analiza cinetoelastodinamicã a mecanismelor de distribuţie. In SYROM’89, Bucureşti, iulie 1989.

52. Antonescu P., Petrescu Fl., Antonescu O., Contribuţii la sinteza mecanismului cu camã rotativã şi tachet balansier cu vârf. În PRASIC’94, Braşov, decembrie 1994.

53. Arama C., Şerbănescu A., Economia de combustibil la automobile. Editura tehnicã, Bucureşti, 1974.

54. Coman D., Algoritmi Fuzzy pentru conducerea roboţilor... Teză de doctorat, Universitatea din Craiova, 2008.

55. Comănescu Adr., Comănescu D., Neagoe A., Fractals models for human body systems simulation. Journal of Biomechanics, 2006, Vol. 39 56. Mitrea M., Asigurarea calităţii în fabricaţia de autovehicule militare, Editura Academiei Tehnice Militare, Bucureşti, 1997.

57. Moise V., ş.a., Metode numerice. Ed. Printech, Bucureşti, 2007.

58. Moldovan L. – Automatizări în construcţia de maşini. Roboţi industriali vol. 1 Mecanica.

Universitatea Tehnică Tg-Mureş 1995.

59. Neacşa M., Tempea I., Asupra eficienţei bazelor de date a mecanismelor în diferite faze de asimilare. Revista Construcţia de maşini, nr. 7, Bucureşti, 1998.

60. Ocnărescu C., The Kinematic and Dynamics Parameters Monitoring of Didactic Serial Manipulator, Proceedings of International Conference of Advanced Manufacturing Technologies, ICAMaT 2007, Sibiu, pp. 223-228.

61. Pandrea N., Determinarea spaţiului de lucru al roboţilor industriali, Simpozion Naţional de Roboţi Industriali, Bucureşti 1981.

62. Petrescu F.I., Grecu B., Comănescu Adr., Petrescu R.V., Some Mechanical Design Elements, Proceedings of International Conference

112

63. Stănescu A., Dumitrache I., Inteligenţa artificială şi robotica, Ed.Academiei, Bucureşti 1983.

64.. Păunescu T., Celule flexibile de prelucrare, Editura Universităţii “Transilvania” Braşov, 1998.

65. Petrescu F.I., Grecu B., Comănescu Adr., Petrescu R.V., Some Mechanical Design Elements, Proceedings of International Conference 66. Băbescu M., Vehicule electrice hibride. Editura politehnică 2009 67. http://www.e-automobile.ro/categorie-transmisii/143-cutia-automata-8-viteze-zf-8hp.html

113