Как работает система рекуперативного торможения в автомобиле

В обычных машинах с двигателем внутреннего сгорания используется фрикционная тормозная система. Принцип её работы основан на трении. Тепло, образующееся в результате трения колодок о диски, рассеивается в окружающей среде. То есть большое количество мощности двигателя тратится впустую. Можно ли вернуть её и использовать снова?

Для этого придумана система рекуперации энергии. В автомобиле это конструкция в виде электрического тормоза, который может работать как генератор и в качестве мотора. В генераторном режиме система собирает энергию, образующуюся при торможении, преобразует её в электрический заряд и возвращает в сеть. Рекуперация – это преднамеренное возвращение энергии для повторного использования. Для сохранения именно электрического заряда, в автомобилях с ДВС дополнительно устанавливается электродвигатель.

Описание технологии

Для возврата пустых потерь мощности мотора на трансмиссию монтируется электродвигатель. Механизм работы этой схемы:

1. При торможении электродвигатель начинает работать как генератор.
2. Раскручивание генератора замедляет трансмиссию и останавливает машину.
3. Полученный заряд после прохождения через преобразователь поступает в батарею и используется повторно.
4. Для набора скорости автомобилем: электродвигатель, работая в режиме мотора, направляет заряд аккумулятора через трансмиссию на колёса.

В автомобилях с ДВС управление электродвигателем производится через сцепление. Через него блок управления синхронизирует работу двух моторов:

• обеспечивает нужный для получения заряда крутящий момент ДВС;
• регулирует скорость движения;
• контролирует силу, прикладываемую для остановки движения;
• распределяет крутящий момент тормозного диска между электрическим и обычным тормозами.

Система рекуперации энергии начинает работу с ходовой части машины. Для получения большей мощности её монтируют на ось ведущего моста.

При полном приводе крутящий момент двигателя передаётся на все колёса или обе оси. Рекуперативное торможение полноприводного автомобиля позволяет возвращать электрическую энергию в большем объёме.

При резкой остановке рекуперативная система работает недостаточно эффективно. Поэтому в автомобилях с ДВС оставляют фрикционный тормоз.

Рекуперация последнего поколения

Несмотря на постоянное технологическое развитие транспорта максимальный КПД моторов составляет 45%. Другими словами, больше 55% мощности двигателя уходит в виде тепловой энергии. А если учесть современные требования к чистоте выхлопов автомобиля, то система рекуперативного торможения является приемлемым выходом из ситуации. Обычно применяются четыре основных вида рабочих конструкций:

1. Умная система Ренкина – при высоких нагрузках на мотор отключается генератор и заряд АКБ снижается. Во время торможения генератор включается и происходит возврат энергии в батарею для следующего разгона. Это даёт возможность быстро набирать скорость и экономить горючее. При снижении заряда аккумулятора до 75% электронная система слежения автоматически включает генератор. Такой тип рекуперативной системы хорошо работает в городских условиях на автомобилях, оснащённых механизмом «Старт-Стоп».
2. В конструкции рекуперации энергии для своих автомобилей компания Mazda использует отдельный накопитель. При таком способе небольшой генератор при торможении заряжает этот накопитель. Полученный заряд после преобразования может идти прямо в сеть или в АКБ. Подключение этой конструкции позволяет экономить больше 10% горючего.
3. Механическая система рекуперативного торможения – специальный маховик, расположенный на трансмиссии, при торможении раскручивается до 70 тыс. об/мин. Это даёт около 60 кВт дополнительной зарядки при каждом замедлении. При подключении системы снижение расхода топлива составляет 20%. Заметно понижается температура выхлопных газов.
4. Компания Chevrolet использует механизм рекуперации энергии торможения для быстрого прогрева мотора и салона автомобиля. Иногда к обогреву подключается аккумулятор.

Многие ведущие производители автомобилей устанавливают такие конструкции на своих машинах. Например, компании Honda и Exoes используют конструкцию Ренкина.

Преимущества и недостатки

Технология электрического тормоза отлично работает в условиях постоянного торможения: на светофорах, в пробках, поворотах. В городе она помогает:

• снизить расход заряда АКБ на 30%;
• уменьшить износ мотора при разгоне;
• сократить количество вредных выбросов;
• увеличить проходимое машиной расстояние без подзарядки аккумуляторной батареи.

Дополнительным плюсом можно считать надёжность конструкции. Она долговечна и не нуждается в дополнительном сервисе.

За городом, при скоростном движении по трассе эта схема практически не работает. Существенным минусом является высокая стоимость этой системы.

Использовать или нет систему рекуперативного торможения в своём автомобиле, каждый решает сам. Но современные машины всё чаще уже с завода выходят оснащённые конструкцией рекуперативного торможения.

Если на вашем автомобиле стоит электрический тормоз, то поделитесь своими наблюдениями и рекомендациями в комментариях к статье.