Двигун Roadster

Двигун Roadster
Авто Tesla Roadster

ДВЗ або двигун Roadster… Що обрати? Зазвичай в сучасному автомобілі застосовують двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ). ДВЗ розрізняють за використанням пального ( дизельні, бензинові, газові), за об’ємом, кількістю циліндрів, потужністю, швидкістю обертання. Але принцип роботи пристрою ДВЗ схожий у всіх випадках. Усередині двигуна згоряє пальне.

Бувають 2-тактні і 4-тактні двигуни. 2-тактні на автомобілях використовуються вкрай рідко. Чотирьохтактним двигун називають через те, що його роботу можна розділити на чотири частини, рівні за часом. Поршень чотири рази проходить по циліндру (два рази вгору і два рази вниз).

Такт починається при знаходженні поршня в крайній нижній або верхній точці, які ще називають верхньою мертвою точкою (ВМТ) і нижньою мертвою точка (НМТ).

Двигун Roadster
Двигун внутрішнього згоряння: а) спускний клапан відкрито, б) – в) обидва клапани закриті, г) випускний клапан відкрито

1) Такт впуску починається з ВМТ. Рухаючись вниз, поршень всмоктує в циліндр повітряно-паливну суміш. Робота цього такту відбувається при відкритому клапані впуску. Існує багато двигунів з декількома впускними клапанами. Їх кількість, розмір, час знаходження у відкритому стані істотно впливає на потужність двигуна. Є двигуни, в яких в залежності від натискання на педаль газу відбувається примусове збільшення часу перебування у відкритому стані впускних клапанів для збільшення кількості всмоктуваного пального, яке, після займання, збільшує потужність двигуна. В цьому випадку автомобіль набагато швидше прискориться.

2) Такт стиснення. Коли поршень досягає НМТ, він починає підніматися вгору, стискаючи повітряно-паливну суміш, що потрапила в циліндр в такт впуску. Повітряно-паливна суміш стискається до обсягів камери згоряння (вільний простір між верхньою частиною поршня у ВМТ і верхньою частиною циліндра). Клапани в цей такт роботи двигуна закриті повністю. В цьому випадку велике значення має стан циліндра, поршня, поршневих кілець. Компресію перевіряють спеціальним приладом і роблять висновок про ступінь зносу двигуна.

3) Такт робочий – хід починається з ВМТ, в роботу вступає система запалювання: іскра подається на свічці запалювання за кілька градусів до досягнення поршнем ВМТ (градуси в сучасному двигуні регулюються автоматично), відбувається вибух, поршень рухається вниз, клапани в закритому стані.

4) Такт випуску. Досягнувши НМТ, в двигуні відкривається випускний клапан (випускних клапанів також може бути декілька). Рухаючись вгору, поршень через цей клапан видаляє відпрацьовані гази з циліндра. Процес повторюється циклічно.

Але не вся енергія, що отримується в робочому такті, направляється на рух автомобіля. Частина енергії йде на розкручування маховика. А він, під дією інерції, крутить колінчастий вал двигуна, переміщаючи поршень в період «неробочих» тактів. Поступальний рух поршня і шатуна колінчастого валу перетворюється в обертальний рух і в кінцевому рахунку приводить до просування транспортного засобу. На жаль, складність двигуна внутрішнього згоряння призводить до даремної втрати енергії. Тільки 30% енергії, запасеної в бензині перетворюється в поступальний рух. Останнє втрачається у вигляді тепла і шуму. Двигун, щоб генерувати достатньо енергії, повинен робити кілька сотень оборотів за хвилину (RPM – revolutions per minute, об/хв).

Автомобіль в стані спокою працює на холостому ходу близько 1000 RPM. Потужність двигуна внутрішнього згоряння може бути покращена більш швидким обертанням, але ДВЗ має обмеження, якщо RPM перевищує 5000 або 6000 оборотів за хвилину, складно зберегти синхронізацію двигуна на трасі і тримати всі частини разом (пружини можуть відставати, клапани зрештою можуть вразити поршень, що приведе до катастрофічного руйнування двигуна).

Двигун Roadster
Гольфкарт від Mercedes

Електромобіль приводиться в рух завдяки роботі електродвигуна, що живиться від тягової батареї, яка складається з набору акумуляторів. Інвертор перетворює постійний струм батареї в змінний. За управління мотором і забезпечення режиму руху відповідає контроль.

На сьогодні існує три види електромобілів:
1) Гольфкарт з двигуном потужністю до 4 кВт (керувати такою машиною можна з 16 років і без водійського посвідчення, заборонено виїжджати на ній на шосе і магістралі);

2) Дорожній або міський електромобіль приводиться в рух завдяки роботі електродвигуна, що живиться від тягової батареї, що складається з набору акумуляторів. Інвертор перетворює постійний струм батареї в змінний. Візуально нічим не відрізняється від звичайного автомобіля: кермо, ручка перемикання передач, дві педалі (газ і гальмо), фари;

3) Автомобілі-гібриди оскільки в них крім електромотора встановлений двигун внутрішнього згоряння.

Сьогодні у світі є два типи зарядної інфраструктури: стандартні станції зарядки зі змінним струмом (їх потужність варіюється від 3 кВт до 43 кВт) і експрес-зарядка з постійним струмом з потужністю 50 кВт. Для цього необхідно скористатися карткою. Вона прикладається до зарядної станції, картка ідентифікується на сервері, якщо є кошти на карточці, станція зарядки пропонує меню. Потім необхідно взяти пістолет і вставити його у відповідний роз’єм в електромобілі, натиснути кнопку «старт».

Двигун Roadster
Tesla Roadster 2.5 зарядка від звичайної розетки

Станція визначає необхідні параметри заряду. Параметри процесу зарядки відображаються на екрані. Час зарядки електромагніту автомобіля визначається тільки на станціях зарядки і залежить від марки автомобіля, тому що використовується бортовий зарядний пристрій для перетворення змінного струму із зовнішньої мережі в постійний струм, який йде в батареї. Виглядає така зарядка як звичайна побутова розетка. Зарядити автомобіль можна в будинку, на корпоративній стоянці вашої компанії або на зарядній станції.

Двигун Roadster
Ротор короткозамкненого асинхронного двигуна

Електродвигун перетворює електроенергію в механічну енергію, а також діє як генератор, перетворюючи механічну енергію в електричну.

У порівнянні з міріадами частин в звичайному двигуні двигун Родстер має тільки одну рухому частину – ротор. Обертовий ротор виключає перетворення лінійного руху в обертальний і не має механічних проблем для синхронізації.
При натисканні акселератора миттєвий крутний момент в автомобілі з електродвигуном доступний у будь-якій кількості оборотів за хвилину одразу.

Двигун Roadster
Ротор з мідною обмоткою
Двигун Roadster
Крутний момент двигуна внутрішнього згоряння в порівнянні з електродвигуном
Двигун Roadster
Еволюція ефективності модуля колеса родстера (менші значення вказують на більш високу ефективність)

Максимальний крутний момент залишається постійним до майже 6000 оборотів за хвилину, і тільки потім він починає повільно зменшуватися. Також крутний момент доступний і на низьких оборотах, що усуває необхідність у передачах. Родстер має тільки один зменшувач ходу від нуля до максимальної швидкості. Перейти від однієї фази до іншої можна в електронному вигляді, також двигун працює і в зворотному напрямку, немає необхідності в задній передачі.

Двигун Roadster
Зарядний пристрій Тесла

Конструкція неймовірно проста, надійна, компактна і унікальна. Родстер розганяється швидше, ніж більшість спортивних автомобілів. Завжди є миттєвий крутний момент і під час їзди на гірських дорогах і під час руху по шосе. Електродвигун Тесли – відмінний генератор крутного моменту, що надає можливість створювати ефективний крутний момент. Ефективність водіння Родстера досягає 88%, це майже в три рази ефективніше звичайного автомобіля.

Двигун Roadster працює як генератор для підзарядки акумулятора. Коли педаль акселератора відпущена, двигун переходить в режим «генератора» і захоплює енергію, сповільнюючи автомобіль, процес в звичайному автомобілі схожий на процес гальмування (але набагато більш інтуїтивний) – водій регулює швидкість автомобіля з нюансами налаштувань для правої ноги.

Електродвигуни бувають різних сортів, кожен з різним підходом до створення механічної сили (крутного моменту) від простої взаємодії двох магнітних полів. В асинхронному електромоторі Родстер Tesla використовується трьохфазний змінний струм (Alternating Current – AC). Двигун з використанням змінного індуктивного струму вперше був запатентований Ніколою Тесла в 1888 році. Асинхронні двигуни змінного струму широко використовуються в промисловості через їх надійність, простоту та ефективність.

Двигун Roadster
Трансмісія автівки

Двигун Roadster має два основних компоненти: ротор і статор.
Ротор (англ. rotor, від лат. Rota – колесо, лат. Roto – обертатися) – частина двигуна, на якій розташовані деталі, що одержують енергію від робочого тіла або віддають її робочому тілу. Ротор являє собою вал із сталі і мідних шин, що проходять через нього.

Двигун Roadster
Родстер з наклейками Clean Air транспортних засобів в Каліфорнії

Стаціонарний статор оточує ротор. Статор (англ. stator, від лат. sto — стою) — нерухома частина електродвигуна, що взаємодіє з рухомою частиною — ротором, виконує функцію магнітопроводу. У випадку коли статор є електромагнітом, обмотка, що утворює магнітне поле, називається обмоткою підмагнічування або індуктором. Статор складається з осердя (ізольовані лаком листи електротехнічної сталі, складені в пакети і закріплені в станині) та станини. В пази осердя прокладається статорна обмотка.

Двигун Roadster
Родстер проходить перевірку через цикл водіння на два колеса динамометра Аргонської національної лабораторії. Ці тести допомогли дослідникам розробити процедури тестування для оцінки ефективності використання пального у електричних транспортних засобів у 2010 році.

Під час руху при підключенні двигуна до трифазної мережі змінного струму в обмотці статора утворюється обертове магнітне поле, під дією якого в короткозамкненій обмотці ротора наводиться струм, що утворює електромагнітний момент обертання, який провертає ротор навколо осі. Ротор долає момент навантаження на валу, починає обертатися, досягає номінальної швидкості з урахуванням моменту навантаження на вал двигуна.

Двигун Roadster
Електричний штекер Tesla Roadster Sport

Статор має дві функції: він створює обертове магнітне поле і індукує струм в роторі. Струм, створений в магнітному полі ротора, жене обертове магнітне поле статора. Кінцевим результатом є крутний момент. В залежності від того, як мідні котушки поміщені всередині статора, магнітне поле рухається по круговій траєкторії навколо статора. Ротор не має прямих поставок електроенергії. Коли провідник переміщується через магнітне поле, яке створено змінним струмом в статорі, індукується струм. Це індукція. Оскільки магнітне поле статора рухається, ротор завжди намагається наздогнати. Взаємодія магнітних полів створює обертовий момент.

Двигун Roadster
Завантажувальний екран Тесла Roadster Sport

Величина виробленого крутного моменту, пов’язана з відносним положенням області ротора прокатки хвилі магнетизму в статорі. Поле статора завжди попереду ротора і, щоб наздогнати, він постійно виробляє крутний момент. Коли водій відпускає педаль акселератора, електронний модуль живлення негайно змінює положення області статора до стану позаду області ротора. Тепер ротор повинен уповільнити і збалансувати своє поле з полем статора. Коли напрямок струму в статорі перемикається і енергія починає текти через Electronics силового модуля назад до батареї відбувається регенерація енергії.

Двигун Roadster
Задня сторона акумулятора Tesla Roadster
Двигун Roadster
Tesla Roadster, трифазний асинхронний електродвигун

Управління двигуном цілком залежить від водія і його взаємодії з педаллю акселератора (запит на стовідсотковий крутний момент або запит на частковий крутний момент). При натисканні на педаль акселератора, силовий модуль електроніки інтерпретує запит на крутний момент. Здача з педалі акселератора означає запит на повторне відновлення дії. Електронний модуль живлення інтерпретує педаль акселератора і посилає відповідну кількість змінного струму статору. Крутний момент створюється в двигуні, і машина прискорюється.

Двигун Roadster
Tesla Roadster, двоступеневий редуктор

Двигун Roadster надзвичайно унікальний, нагадує собою частину промислових машин, здатних до аналогічних рівнів потужностей. Тягові двигуна залишаються невеликими і легкими. Для підтримки вигідної міцності і ваги використовуються алюмінієві сплави для літаків і довговічні керамічні підшипники зі зменшеною силою тертя навіть при високій швидкості.

Двигун Roadster
Інтер’єр Roadster 2.5 (липень 2010 р.)
Двигун Roadster
Tesla Roadster з відкритим капотом
Двигун Roadster
Tesla Roadster з відкритим багажником

Високоміцні леговані сталі необхідні для управління масовим моментом. Електронний модуль живлення поставляє цілих 900 ампер струму статора. Для обробки таких високих рівнів струму в обмотці статора двигуна Tesla використано значно більше міді, ніж для традиційного двигуна такого розміру. Мідь щільно упакована в обмотку для оптимізації ефективності та потужності. Мідні петлі інкапсулюються спеціальними полімерами, які полегшують передачу тепла і забезпечують надійність при високій продуктивності водіння в екстремальних умовах. Двигун Roadster та інші частини стійки до арктичних зим і спеки. Провідники ротора Roadster виконані з міді. Мідь має набагато більш низький опір, тому може обробляти струм великої напруги.

Двигун Roadster
Тесла родстер в виставковому залі японської компанії, зарядка автівки
Двигун Roadster
Тесла Родстер 2003

Щоб подолати швидкість 14000 RPM, особливу увагу приділено конструкції двигуна Roadster. Для зберігання в прийнятних цифрах робочої температури, високоефективний двигун Roadster, який в процесі своєї роботи виділяє відчутну кількість тепла, спеціально обладнали охолоджувальними ребрами, які інтегровані в корпус. Потік струму повітря від вентилятора направляється через ламелі, що ефективно охолоджує систему.

Двигун Roadster
Tesla Roadster Sport 2.5
Двигун Roadster
Tesla Roadster (Франція)

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*