Що таке регенеративне гальмування і чому ми не застосовуємо його?

Я знаю, що багато електричних автомобілів використовують регенеративне гальмування, щоб дозволити автомобілю стати більш ефективними шляхом перетворення того, що в іншому випадку втрачається теплова енергія, у більш корисну, багаторазову енергію.

Безумовно, повинен бути якийсь спосіб створення нової гальмівної конструкції, яка б дозволила використовувати цю технологію на більш звичайному автомобілі, що працює на звичайному двигуні внутрішнього згоряння.

Чого я не розумію:

• Що саме таке регенеративне гальмування?
• Чому ми можемо використовувати регенеративне гальмування лише на електричних та гібридних автомобілях?
• Чи є якась причина, чому ми не можемо використовувати цю розумну технологію гальмування, щоб збільшити потужність колінчастого вала або зменшити витрату палива?

Джерело зображення: http://sjam4uphysics.pbworks.com/w/page/38936885/Regenerative%20Braking

tl; dr: Ми робимо. Це просто дорого.

Одне з відмінностей між електричними та хімічними двигунами енергії полягає в тому, що електричні системи роблять набагато зручнішим захоплення та утримання енергії (наприклад, акумулятор). Все, що вам потрібно зробити, - це використовувати індукцію для створення електричного струму прямо там за кермом при гальмуванні. Направте струм на цей акумулятор, і ви зберегли енергію, яка б інакше була витрачена даремно.

З двигуном з хімічною енергією набагато складніше зберігати зайву енергію. Наприклад, ми не можемо використовувати гальмо, щоб генерувати більше бензину. Однак можна зберегти кінетичну енергію в чомусь подібному KERS . Це використовуватиме енергію при гальмуванні, щоб обертати маховик. Цей маховик може бути використаний для додаткової рушійної сили при необхідності.

На жаль, одиниці KERS коштують дорого і вимагають купу додаткової інженерії (як, саме, ви збираєтеся отримати той прядильний маховик, щоб насправді штовхнути машину вперед?). Вони також не поширені, тому вони не отримують вигоди від економії масштабу.

Все, що сказали, вони роблять роботу. Формула-1 використала їх для найкращого ефекту як прохідної системи посилення. Я б не користувався подібними можливостями в дорозі, але я був би радий експериментувати з чим-небудь, що допомагає мені отримати більше оомфа за галон газу.

Відповідаючи на запитання "Що таке регенеративне гальмування і чому ми його не використовуємо?", Ми робимо. При нормальному гальмуванні передній імпульс автомобіля відбирається гальмами, перетворюючи їх нагрівання в гальмівний диск з подальшим розсіюванням і втрачається. При регенеративному гальмуванні замість того, щоб рух автомобіля втрачався в атмосферу як тепло, він перетворюється на електричну енергію і зберігається в акумуляторі автомобілів.

В асортименті автомобілів Volkswagen Bluemotion (і я досить впевнений, що це роблять інші виробники, але я впевнений, що у Volkswagen) є дуже складний генератор. Коли автомобіль виявляє, чи уповільнюється тиск, який прикладається до гальм, і машина все ще перебуває у передачі, і ця муфта піднялася, генератор переходить у режим, коли він забирає значно більше енергії з приводу. Цей привід, як правило, походить від двигуна, але в гальмівній ситуації він забезпечується виключно через трансмісію і ефективно працює проти приводу.

Ця система оснащена як бензиновими, так і дизельними Volemogens, оснащеними Bluemotion. Більше інформації можна отримати тут і тут

Я ціную, що це не зовсім в тому ж масштабі, що використовуються автомобілі F1, але це форма регенеративного гальмування, і вона сьогодні використовується на громадських дорогах.

Регенеративне гальмування - це система, яка зберігає енергію, яка замість цього втрачається при нагріванні в гальмах. Хоча ці системи звучать чудово, вони стикаються з цілою низкою власних проблем.

1. Перш ніж навіть потрапити в накопичувач та генерацію енергії, фактичні експлуатаційні гальма стають дуже складними. Для правильного спрацьовування гальмування гальмо не може спрацьовувати, коли регенеративні гальма роблять свою справу. Подальші відновлювальні гальма працюють лише на високій швидкості та втрачають свою ефективність, коли ви сповільнюєтесь. Це вимагає переходу, коли на високій швидкості відновлювальні гальма сповільнюють вас, а звичайні гальма не роблять, а коли ви сповільнюєте відновлювальні гальма роблять все менше і менше, а звичайні гальма, нарешті, зупинять вас. Система, яка робить педаль гальма нормальною, тоді як звичайні гальма нічого не роблять, а потім переходять вас у звичайне гальмування плавно, помічаючи, що вимикач стався дуже складний і дуже важко отримати ідеальне.
2. Зберігання енергії - величезна проблема. У гібридах все чудово звучить, просто заряджайте акумулятори, де насправді кількість енергії, яку автомобіль виробляє під час зупинки, набагато більше, ніж реально поглинати акумулятори. Якщо зупинка швидка, проблема ще більше посилюється. Система, яку згадував @BobCross, - це KERS. Комбінуючи двигун / генератор з маховиком, додаткова регенеруюча енергія, яка не може потрапити безпосередньо в батареї, використовується для обертання маховика. Потім з часом енергія перетворюється на електрику для зарядки акумуляторів. Ці системи дуже важкі і дорогі. Інші системи використовують суперконденсатори. Додаткову енергію скидають у супер шапки. Проблема полягає в тому, що коли енергія зберігається в конденсаторах, це не надто корисно без кондиціонування. Напруга в конденсаторах падає дуже швидко. Якщо зберігати високу напругу, тоді потрібна система, щоб зменшити напругу до чогось корисного. Якщо акумулятор не більше напруги, ніж акумулятор, тоді потрібна система для посилення напруги до чогось корисного. Супер конденсатори теж досить дорогі.

Гібриди та електромобілі вбудовані в електричні системи, щоб скористатися регенеративним гальмуванням. Усі ці проблеми ще більше посилюються з прямими бензиновими двигунами. Нова система повинна бути встановлена, не може використовувати щось існуюче, щоб забезпечити регенеративне гальмування, що збільшує витрати. Комусь стає важко продати за системою, яка додає $ 5 тис. До ціни автомобіля, який покращує економію палива в місті, але страждає на шосе.

Форд розробляє систему, де насос з переміщенням заряджує заряд гідравлічного акумулятора під час зупинки. При повторному знятті тиску рідини подається назад через насос, щоб перетворити його на двигун, який допомагає починати з зупинки. Система призначена для великих вантажних автомобілів, де розмір системи не є великим тягарем. Також система гучна і схильна до протікання.

Дизель-електричні залізничні локомотиви використовують регенеративне гальмування, але вони називають це "динамічним гальмуванням". Крім того, вони не зберігають енергію, вони викидають її через резисторні сітки та вентилятори на рівні даху.

Повні електричні локомотиви та деякі вуличні вагони, як правило, можуть подати регенеровану потужність назад у провід або третю рейку; це набагато простіше в системах постійного струму.

Але тягові двигуни (як правило, один на вісь) приводяться в дію імпульсом поїзда і так працюють як генератори.

Регенеративне гальмування дійсно корисне лише на електричних чи гібридних автомобілях з тієї простої причини, що у них є спосіб використати накопичену енергію. Крім того, коли у вас є електричний двигун як частина приводного потягу, регенеративне гальмування значно вбудоване (принаймні, з точки зору обладнання), оскільки ви просто використовуєте наявний генератор (-и) генератора і перенаправляєте енергію, що виробляється до акумулятора, щоб пізніше використання.

По суті, немає сенсу використовувати регенеративне гальмування ні в чому, крім гібридного автомобіля, адже регенеративне гальмування є хорошим визначенням гібридного автомобіля.

Хоча немає ніяких причин, чому ви не змогли б встановити автомобіль двигуна звичайного ІС з регенеративною гальмівною системою, якщо тільки ви не будете використовувати цю потужність для керування автомобілем, тоді ви насправді не досягли багато чого, додаючи багато додаткового вага та складність для зберігання електричної енергії, яку ви не можете використовувати.

Існує також проблема, що при тривалих проїздах по шосе / автомагістралі ви не можете робити достатньо гальмуючих, щоб задовольнити навіть невеликі потреби допоміжних електричних систем (ліхтарі, запалювання, радіо, заряджаючи акумулятор для запуску тощо), щоб ви могли навіть не отримати перевага в тому, що не потрібен генератор.

Ми можемо зробити наступне найкраще.

1/2 милі (800 м) попереду, я бачу світло жовтий; при 60 миль / год (100 км / год), це 30 секунд. І я знаю, що світло має приблизно 35 секундний цикл, плюс 10 секунд, щоб стоп зупинених автомобілів рухався.

Я застосовую безперервну потужність, щоб утримати швидкість. Я продовжую робити це ще протягом 25 секунд, потім 5 секунд міцного гальмування та зупинки. 15 секунд, граючи зі своїм телефоном, тоді я вже в дорозі.

Або ... я негайно переходжу на режим холостого ходу. Мої береги автомобілів. Коли двигун все ще перебуває у передачі, мій імпульс штовхає (крутиться) двигун, для легкого гальмівного ефекту, тому форсунки палива повністю відключаються. Моя швидкість поступово сповільнюється ... 55 ... 50 ... 45 ... Трохи потужності ... 40 (65 км / год) ... перевернути світло стає зеленим, поки я все ще на 1/8 милі (200 м) назад. Зупинені машини розпаковуються, і я точно визначаю, коли застосувати потужність. І я ніколи не гальмую.

У першому сценарії є два обміни енергії. По-перше, паливо застосовано за цю 3/8 милі (600 м), щоб залишитися в круїзі. По-друге, гальмівна енергія пролилася за останні 1/8 милі. Вони не тільки майже рівні, вони однакова енергія . Якщо ми робимо належний реген, ми могли б їх зчитувати з амперметра і виводити фактичні джоулі і в.

У другому сценарії їх немає. Пальне не витрачається, а гальмівна енергія не проливається. Ефект відновлювального гальмування досягається, але без будь-яких втрат на конверсію.

Звичайно, це підхід до освіти, а не технологічний, але він працює. Навіть на EV, здатному регенерувати, він все ще працює краще, ніж реген - насправді він буде працювати навіть краще на EV, тому що ви покращуєте "узбережжя" - не потрібно використовувати перетягування, щоб крутити двигун, щоб забезпечити гальмо і керувати допомогою .