Napędy hydrostatyczne z rekuperacją energii hamowania odzyskowego

Transkrypt

1 DINDORF Ryszard 1 WOŚ Piotr 2 Napędy hydrostatyczne z rekuperacją energii hamowania odzyskowego WSTĘP Od wieku lat trwają poszukiwania rozwiązań energooszczędnych napędów pojazdów samochodowych, maszyn roboczych, urządzeń dźwigowych i innych. Rozwiązania energooszczędne w pojazdach samochodowych prowadzą zwykle do zmniejszenia zużycia paliwa, które uzyskuje się m.in. przez zmniejszenie masy pojazdu, odpowiedni kształt aerodynamiczny nadwozia pojazdu, stosowanie elektronicznych urządzeń zapłonowych lub wtryskowych, ekonomiczną technikę jazdy oraz napędy hybrydowe. Przy poszukiwaniu oszczędności energetycznych w pojazdach samochodowych zwraca się też uwagę na cykl ruchu takich pojazdów, jak: autobusy, samochody komunalne i samochody dostawcze. W konwencjonalnych układach napędowych pojazdów samochodowych energia hamowania jest tracona bezpowrotnie, a silnik spalinowy musi pokryć zapotrzebowanie mocy w całym cyklu ruchu pojazdu. Ten fakt wskazuje jednoznacznie na potrzebę uwzględnienia w ruchu pojazdów odzysku (rekuperacji) energii hamowania, jej akumulowaniu i wykorzystania podczas przyspieszaniu pojazdu. W takich napędach można wykorzystać silnik spalinowy o mniejszej mocy, zapewniający pokrycie średniego zapotrzebowania mocy podczas ruchu pojazdu oraz zmniejszenie mocy układ chłodzenia. Nie bez znaczenia oprócz względów ekonomicznych mają duże znaczenie aspekty ekologiczno, takie jak: zmniejszenie emisji spalin i poziomu hałasu. Warunkiem odzysku (rekuperacji), akumulacji (gromadzenia) i oddawana energii jest dwukierunkowy przepływ strumienia energii (mocy). W napędach hydrostatycznych możliwe jest odwrotne przekazywanie energii hydraulicznej przez jednostki napędowego, kiedy od silnika pracującego jak pompa przekazywana jest energia hydrauliczna do pompy pracującej jak silnik [3]. Napęd hydrauliczny z rekuperacją energii hamowania odzyskowego i oddawaniem tej energii przez silnik trakcyjny (pracujący jak prądnica) do sieci trakcyjnej zamieszczono na rys. 1. Rys 1. Napęd hydrostatyczny z rekuperacją energii podczas hamowania odzyskowego i oddawaniem energii do sieci trakcyjnej: 1 odwracalna jednostka pompa-silnik, 2 odwracalna jednostka silnik-pompa, 3 silnik trakcyjny (prądnica) Tego typu rozwiązania mogą być stosowane w pojazdach trakcyjnych (tramwaje, trolejbusy), wykorzystywanych w komunikacji miejskiej. Autobusy i tramwaje ze zdolnością hamowania odzyskowego mogą zmniejszyć zużycie energii z trakcji miejskiej. Siła hamowania elektrycznego jest największa przy dużych prędkościach, co oznacza, że ze zmniejszeniem prędkości siła ta maleje. Do wykorzystania rekuperacji odzyskowej i przekazania energii do trakcji elektrycznej konieczne jest 1 Politechnika Świętokrzyska, Wydział Mechatroniki i Budowy Maszy, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, Kielce, Tel , dindorf@tu.kielce.pl 2 Politechnika Świętokrzyska, Wydział Mechatroniki i Budowy Maszy, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, Kielce, Tel , wos@tu.kielce.pl 2958

2 spełnienie dwóch warunków [2]: napięcie wygenerowane przez pojazd podczas hamowania musi być wyższe od napięcia sieci trakcyjnej w miejscu zwrotu energii oraz musi istnieć odbiorca energii wygenerowanej podczas hamowania, np. inny pojazd pobierający energię. 1. AKUMULATORY JAKO WTÓRNE ŹRÓDŁO ENERGII Akumulatory jako wtórne źródło energii mają kluczowe znaczenie w konstrukcji hydraulicznych hybrydowych układów napędowych z akumulacja energii odzyskiwanej podczas hamowania (z hamowaniem odzyskowym), ponieważ: zmniejsza się moc pierwotnego źródła energii (silnika spalinowego), moc szczytowa pokrywana jest z akumulatora, przy tym zmniejsza się zużycie paliwa, emisji spalin i hałasu silników spalinowych. Do akumulacji energii hamowania odzyskowego wykorzystuje się różne akumulatory: elektrochemiczne, kinetyczne i hydrauliczne. W akumulatorach elektrochemicznych gromadzona jest energia chemiczna, która zamienia się na energię elektryczną zgodnie z równaniem przemiany Faradaya [7]: gdzie: W praca, jaką możne wykonać akumulator, z ilość przeniesionych elektronów, F stała Faradaya C/mol, E zmiana potencjału. W z F E (1) Akumulatory elektrochemiczne mają największą gęstość energii w stosunku do masy, w J/kg. W celu wykorzystania całkowitej pojemności akumulatora i zachowania dużej sprawności wymagany jest długi czas ładowania akumulatora. Akumulatory elektrochemiczne mają ograniczaną ilość ładowań ze względu na zmniejszanie się ich sprawności. Schemat napędu hydrostatycznego z rekuperacją energii hamowaniem odzyskowego i magazynowaniem energii w akumulatorze elektrochemicznym zamieszczono na rys. 2: Rys 2. Napęd hydrostatyczny z rekuperacją energii hamowania odzyskowego i magazynowaniem energii w akumulatorze elektrochemicznym: 1 odwracalna jednostka pompa-silnik, 2 odwracalna jednostka silnik-pompa, 3 silnik (generator), 4 akumulator elektrochemiczny Akumulatory kinetyczne (żyroskopowe) mają element inercyjny (bezwładnikowy) wykonujący ruch obrotowy. Konstrukcja bezwładnika jest bardziej złożona niż konstrukcja koła zamachowego, które ma mniejszą gęstość energii. W celu zwiększenia gęstości energii akumulator żyroskopowy ma specjalną obudowę, specjalne ułożyskowania i urządzenia pomocnicze mające na celu zmniejszenie strat energii. Zastosowanie tych akumulatorów stwarza problemy bezpieczeństwa związane z dużą prędkością mas wirujących. Ponadto występuje zjawisko samowyładowania związane ze stratami tarcia w łożyskach i oporami aerodynamicznymi. Energia hamowania E h pojazdu jest magazynowana w akumulatorze kinetycznym E k po uwzględnieniu sprawności u układu: 2959

3 gdzie: m masa pojazdu, v 0 prędkość początkowa pojazdu, J masowy moment bezwładności bezwładnika, prędkość kątowa bezwładnika. 1 1 Ek E h u J 2 m 2 v u (1) Gęstość energii kinetycznej odniesiona jest do masy bezwładnika: Ek ek m (2) Schemat napędu hydrostatycznego z rekuperacją energii hamowania odzyskowego i akumulacją energii kinetycznej w bezwładniku zamieszczono na rys.3. Rys 3. Napęd hydrostatyczny z rekuperacją energii hamowania odzyskowego i akumulacją energii kinetycznej: 1 odwracalna jednostka pompa-silnik, 2 odwracalna jednostka silnik-pompa, 3 silnik elektryczny, 4 bezwładnik Akumulatory hydrauliczne gazowe (hydro-pneumatyczne) przystosowane są do magazynowania energii potencjalnej czynnika roboczego (azotu, powietrza) [4]. Akumulacja (gromadzenie, magazynowanie) energii odbywa się podczas sprężania gazu, natomiast oddawanie energii odbywa się podczas rozprężania gazu. Do akumulacji energii w hydrostatycznych układach napędowych odzyskiwanej podczas hamowania silnika hydraulicznego służą akumulatory hydrauliczne gazowe pęcherzowe lub tłokowe. Schemat napęd hydrostatycznego z rekuperacją energii hamowania odzyskowego i magazynowaniem energii w akumulatorze gazowym zamieszczono na rys. 4. Rys 4. Napęd hydrostatyczny z rekuperacją energii hamowania odzyskowego i akumulacją energii potencjalnej w akumulatorze: 1 pompa, 2 odwracalna jednostka silnik-pompa, 3 silnik elektryczny, 4 akumulator gazowy 2960

4 Magazynowanie energii w akumulatorach gazowych jest opłacalne wtedy, gdy układ napędowy pracuje według odpowiedniego cyklu, z częstym przyspieszeniem i hamowaniem oraz istnieje możliwość wykorzystania dużej mocy chwilowej z wysoką sprawnością energetyczną. Sprawność odzysku i akumulowania energii potencjalnej zależy od strat hydraulicznych, mechanicznych i cieplnych w hydrostatycznym układzie napędowym. Efektywność akumulacji energii w akumulatorach gazowych zależy od przemiany termodynamiczne gazu i straty cieplne. Na sprawność odzysku energii w układach napędowych z akumulatorami hydraulicznymi ma wpływ czasu cyklu pracy układu napędowego. Energia akumulatora opowiada energii sprężonego gazu zawartego w akumulatorze: E a p2v 1 (3) gdzie: V 1 objętość komory gazowej w początkowym punkcie sprężania, p 1 ciśnienie w komorze gazowej w końcowym punkcie sprężania. Gęstość energii akumulatora hydropneumatycznego wynosi wtedy: e a Ea Ea (4) m m m m gdzie: m a masa akumulatora jest sumą mas: m g gazu m g, m ol oleju i m z zbiornika. a Pojemność energetyczna akumulatora określa się następująco: W 12 (5) Ea gdzie: W 12 praca sprężania gazu. Na rys. 5 porównano gęstości energii i gęstość mocy akumulatorów elektrochemicznych, kinetycznych i hydraulicznych. g ol z Rys. 5. Porównanie gęstości energii i gęstość mocy akumulatorów elektrochemicznych Ae, kinetycznych Ak i hydraulicznych Ah, według [1] 2961

5 Sprawność odzysku (rekuperacji) energii hamowania dla szeregowo połączonych elementów napędu hybrydowego oblicza się jako stosunek energii odzyskanej podczas hamownia do energii użytej do napędu [8]: R a st na pm (6) gdzie: a sprawność akumulacji energii, st sprawność system sterowania, na sprawność wtórnej jednostki napędowej (pompa-silnik), pm sprawność przekładni mechanicznej. Akumulatory hydropneumatyczne w porównaniu z akumulatorami elektrochemicznymi, litowojonowymi stosowanymi w samochodach elektrycznych, mają wprawdzie mniejszą pojemność a przez to mniejszy kilometraż, ale za to ładuje się znacznie szybciej i mogą bardziej efektywnie wykorzystywać dodatkową energię silnika spalinowego. Z danych [9] wynika, że sprawność odzysku energii w elektrycznych napędach hybrydowych wynosi Rel = 0,53, a w hydraulicznych napędach hybrydowych R hyd = 0, UKŁADY HYDRAULICZNE W NAPĘDACH HYBRYDOWYCH Wykorzystanie pełnych możliwości silnika spalinowego w warunkach ruchu miejskiego wymaga jego pracy w zakresie prędkości obrotowej maksymalnego momentu obrotowego przy minimalnym przełożeniu w układzie napędowym [6]. Przy tym jest kryterium minimalnego zużycia paliwa i ograniczenia emisji spalin. Konwencjonalne rozwiązania dotyczące przełożeń skrzyni biegów i przekładni głównej nie pozwalają na uzyskanie takich warunków pracy silnika. Klasyczny silnik spalinowy pracujący w pojeździe eksploatowanym w ruchu miejskim, charakteryzującym się dużą zmiennością obciążenia osiąga sprawność przeciętną na poziomie 10%, czyli około 4-krotnie niższą od maksymalnej, co objawia się podwyższonym poziomem zużycia paliwa i emisji spalin. Około 15-20% całkowitego zużycia paliwa można zaoszczędzić wykorzystując układ napędowy umożliwiający rekuperację (odzysk) energii kinetycznej pojazdu, która normalnie jest tracona przy hamowaniu. Układy napędowe wykorzystujące te rozwiązania określa się jest jako hybrydowe. Hydrauliczny hybrydowy układ napędowy ma co najmniej dwa źródła energii, pierwotne o dużej pojemności energetycznej (np. silnik spalinowy) i wtórne stanowiące akumulator hydropneumatyczny do gromadzenia (akumulacji) energii odzyskiwanej podczas hamowania, która w klasycznym układzie napędowym jest rozpraszana w postaci ciepła w mechanizmach hamulcowych. Odzysk (rekuperacja) energii hamowania i jej akumulacja jest jedną z najważniejszych cech hybrydowego układu napędowego. Dla ciężkich pojazdów (pojazdy komunalne, np. śmieciarki, urządzenia załadowcze, maszyny budowlane) pracujących w trybie krótkich cykli roboczych z częstym ruszaniem z miejsca i zatrzymywaniem, firma Bosch Rexroth oferuje systemy hamowania z hydrostatycznym odzyskiem energii (HRB Hydrostatic Regenerative Braking System) [6]. Systemy HRB równoległe hybrydowe są przeznaczone dla pojazdów, które nie posiadają żadnego napędu hydrostatycznego, a systemy HRB szeregowe hybrydowe są instalowany w pojazdach, które posiadają już napęd hydrostatyczny. Elementy hydrauliczne systemu HRB są wyposażone w dwa akumulatory ciśnieniowe, sterowanie i odpowiednie elementy technologii zaworowej. W systemach HRB z rekuperacja energii magazynuje się akumulatorach hydraulicznych energię potencjalna odzyskaną z energii kinetyczną pojazdu podczas hamownia pojazdu, która w przypadku hamowania mechanicznego jest całkowicie tracona. Energię potencjalną zmagazynowaną w akumulatorach hydraulicznych można następnie użyć do napędu pojazdu, a przez to zmniejszyć zużycie energii ze źródła pierwotnego czyli silnika spalinowego, a przez to ograniczyć zużycie paliwa. Systemy HRB, oferowane przez firmę Bosch Rexroth, mogą osiągnąć w pełni swoje potencjalne możliwości pod warunkiem spełnienia następujących wymagań: 2962

6 pojazdy będą miały stosunkowo dużą masę, a hamowanie odbywa się z dużą siłą i częstotliwością, występuje duża częstotliwość ruszania i hamowania na krótkich odcinkach drogi; występuje potrzeba magazynowanie dużej ilości energii w bardzo krótkim czasie, występują względnie małe straty energii i odzyskiwanie maksymalnej energii hamowania. Hydrauliczne równoległe napędy hybrydowe W hydraulicznych równoległych napędach hybrydowych silnik spalinowy jest mechanicznie połączony z kołami. Gdy potrzebna jest duża moc silnik spalinowy i silnik hydraulicznych mogą pracować równolegle. Podczas hamowania silnik hydrauliczny pracuje jak pompa. Schemat hydraulicznego równoległego napędu hybrydowego zamieszczono na rys. 6. Rys. 6. Schemat hydraulicznego równoległego napędu hybrydowego: 1 odwracalna jednostka pompa-silnik, 2 wysokociśnieniowy akumulator, 3 niskociśnieniowy akumulator, 4 silnik spalinowy, 5 przekładnia mechaniczna, 6 mechanizm różnicowy Hydrauliczne szeregowe napędy hybrydowe W hydraulicznych szeregowych napędach hybrydowych silnik spalinowy cały czas w optymalnym zakresie obrotów napędza pompę hydrauliczną, która przekazuje energie hydrauliczną do silnika połączonego z mechanizmem różnicowy napędu kół pojazdu, a nadmiarowa energia jest akumulowana w akumulatorach gazowych. W razie potrzeby akumulatory mogą wspomagać układ napędowy. Podczas hamowania silnik pracuje jak pompa i przekazuje odzyskaną energię do akumulatora. Schemat hydraulicznego szeregowego napędu hybrydowego z pośrednim mechanizmu różnicowego zamieszczono na rys. 7. Rys. 7. Schemat hydraulicznego szeregowego napędu hybrydowego: 1 odwracalna jednostka pompa-silnik, 2 odwracalna jednostka silnik-pompa, 3 wysokociśnieniowy akumulator, 4 niskociśnieniowy akumulator, 5 blok zaworowy, 6 silnik spalinowy, 7 mechanizm różnicowy 2963

7 Schemat hydraulicznego szeregowego napędu hybrydowego z bezpośrednim połączeniem silników z kolami pojazdu (bez mechanizmu różnicowego) zamieszczono na rys. 8. Rys. 8. Schemat szeregowego napędu hybrydowego: 1 odwracalna jednostka pompa-silnik, 2 wtórna jednostka napędowa (silnik-pompa), 3 wtórna jednostka napędowa (silnik-pompa), 4 wysokociśnieniowy akumulator, 5 niskociśnieniowy akumulator, 6 blok zaworowy, 7 silnik spalinowy Hydrauliczny szeregowy napędu hybrydowego o nazwie Advanced Series Hydraulic Hybrid firmy Parker Hannifin przedstawiono na rys. 10 [5]. Jest to napęd hybrydowy opierający sie na koncepcji rozdziału mocy (power split concept), w którym układ hydrauliczny i układ mechaniczny połączone są szeregowo. Przy małych prędkościach pojazdu w zakresie od 0 do 65 km/h wykorzystuje się napęd hydrauliczny. Dla prędkości pojazdu od 65 to 100 km/h stosowany jest bezpośredni napęd mechaniczny, z odłączonym napędem hydraulicznym. Te dwa rodzaje napędów zapewniają wysoką wydajność w całym zakresie prędkości pojazdu. Hydrauliczny system rekuperacji energii przejmuje energię hamowania pojazdu od prędkości 65 do 0 km/h. Rys. 9. Schemat hydraulicznego równoległego napędu hybrydowego: 1 odwracalna jednostka pompa-silnik, 2 wtórna jednostka napędowa (silnik-pompa), 3 niskociśnieniowy akumulator, 4 wysokociśnieniowy akumulator, 5 blok zaworowy, 6 silnik spalinowy, 7, 8 przekładnia mechaniczna, 9 mechanizm różnicowy Koncepcja hybryd hydraulicznej jest już rozwijana od wielu lat, np. w latach osiemdziesiątych ubiegłego stulecia w Hamburgu powstał Hydro-Bus, który następnie był badany w Politechnice Łódzkiej [7]. Systemy hybrydowe wspomagają silniki benzynowe lub diesla w obszarze, w którym nie mogą one pracować efektywnie. Pierwotnie hydrauliczna technologia hybrydowa została zaprojektowana z myślą o pojazdach woskowych oraz samochodach ciężarowych i dostawczych. 2964

8 Badania nad hydraulicznymi napędami hybrydowymi w samochodach prowadzone są już od wielu lat, pierwsze prototypy powstał ok. 5-6 lat temu, a przykładem jest chociażby wojskowy Hummer H1 skonstruowany przez firmę Hybra Drive Systems (HDS). Zdaniem Jima O Briena, założyciela i głównego technologa w HDS, inżynierom udało się zredukować spalan a w tym pojeździe z 9,8 l do 4,2 l na 100 km. Najnowsze rozwiązanie hydraulicznego napędu hybrydowego powstało przy współpracy Bosch z koncernem PSA Peugeot Citroën [10]. System Boscha i PSA nazwany HYbrid Air (HS) został zastosowany w samochodach Peugoet 2008 HYbrid Air, które były prezentowane podczas salonu samochodowego w Genewie w 2013 roku. System HS został najpierw zastosowany w samochodach kompaktowych, dopiero za jakiś czas zostanie wprowadzony do aut większego segmentu, a nawet samochodów dostawczych. Rozwiązanie to jest znaczącym krokiem na drodze do tworzenia pojazdów o średnim zużyciu paliwa na poziomie 2 litrów na 100 kilometrów. System HS umożliwia zaoszczędzenie do 45% paliwa w ruchu miejskim, jest tańszy, bardziej wytrzymały i łatwiejszy w serwisowaniu w porównaniu z hybrydami elektrycznymi. Układ napędowy HYbrid Air składa się z dwóch silników (spalinowego i hydraulicznego) oraz pneumatycznego akumulatora ciśnieniowego, które zapewniają najwyższą możliwą wydajność paliwową niezależnie od warunków jazdy. Hydrauliczny układ zasilany akumulatorami ze sprężonym powietrzem wspomaga, a czasem nawet zastępuje, silnik spalinowy, szczególnie w warunkach wymagających zwiększonego zapotrzebowania energii podczas przyspieszania lub ruszania. System HYbrid Air jest reklamowany jako pierwszy na świecie hydrauliczny napęd hybrydowy z pneumatycznym zasilaniem. Konstrukcja tego napędu hybrydowego umożliwia korzystanie z efektu Boost, czyli dodatkowego chwilowego zwiększenia mocy przy większym zapotrzebowaniu. Tego typu rozwiązania oferują zazwyczaj tylko drogie napędy elektryczne. Funkcja chwilowego, dodatkowego przyspieszenia jest realizowana w wyniku współpracy klasycznego silnika spalinowego z układem hydraulicznym oraz akumulatorem ciśnieniowym ze sprężonym powietrzem. Z kolei koncepcja przekładni Powersplit umożliwia korzystanie z różnych rodzajów napędu: krótkie odcinki można pokonywać wykorzystując tylko napęd hydrauliczny zasilany energią z akumulatorów pneumatycznych. W tym przypadku silnik spalinowy jest wyłączony, a samochód nie emituje spalin. Przy dłuższych trasach lub przy większej prędkości siłę napędową zapewnia silnik spalinowy. Ponieważ jest to napęd hybrydowy równoległy, to obydwa rodzaje napędu można łączyć. Wykorzystywana jest wtedy zarówno energia pochodząca z silnika spalinowego i systemu hydraulicznego. Energia kinetyczna pojazdu, redukowana w czasie hamowania, jest przekształcana w energię hydrauliczną, a następnie w energie sprężonego powietrza w akumulatorze ciśnieniowym. Umożliwia to szybkie doładowanie akumulatora pneumatycznego podczas hamowania. W normalnych warunkach energia ta jest tracona w postaci ciepła towarzyszącego tarciu elementów hamulcowych. Zalety napędu hybrydowego widoczne są także przy jeździe samochodu ze stałą prędkością. Silnik wtedy może pracować z optymalną mocą, a w przypadku nadmiaru mocy równocześnie doładowywany jest akumulatora ciśnieniowy. Schemat hydraulicznego napędu hybrydowego HYbrid Air zamieszczono na rys. 10, a zdjęcie tego napędu jest widoczny na rys. 11. Układ napędowy HYbrid Air składa się z następujących elementów: zbiornika ze sprężonym powietrzem, który umieszczono pod podłogą pojazdu, w tunelu środkowym, w którym może być sprężane powietrze do ciśnienia ponad 30 MPa, niskociśnieniowego zbiornika umieszczonego przy tylnym zawieszeniu, który pełni funkcję zbiornika wyrównawczego, systemu hydraulicznego składającego się z silnika-pompy oraz pompy-silnika, zainstalowanych pod maską, przy skrzyni biegów. Ilość energii, którą można przekazać do akumulatora ciśnieniowego zależy od wielkości akumulatora. Zmagazynowana energia jest oddawana w ten sposób: gaz znajdujący się pod ciśnieniem ulega rozprężeniu, a ciecz robocza napędza silnik hydrauliczny, który oddaje zakumulowaną energię pojazdowi za pośrednictwem przekładni Powersplit. W układzie zastosowano elektronicznie sterowaną przekładnię planetarną EGC, która obsługuje oba silniki i tym samym zastępuje klasyczną skrzynię biegów, dodatkowo umożliwiając automatyczną zmianę przełożeń. Jednostka spalinowa to trzycylindrowy silnik benzynowy najnowszej generacji, który 2965

9 zoptymalizowano pod względem masy własnej oraz gabarytów. W celu uzyskania jak najlepszych parametrów poprawiono rozmieszczenie jego podzespołów, zmniejszono współczynnik tarcia wewnętrznego oraz zoptymalizowano pracę układu chłodzenia, aby przyspieszyć czas, w którym silnik osiąga optymalną temperaturę pracy. Wartym podkreślenia jest fakt, że wbudowanie układu HYbrid Air w konstrukcję istniejących płyt podłogowych nie ma wpływu na przestronność wnętrza, pojemność bagażnika czy zbiornika paliwa. Układ napędowy HYbrid Air dzięki wykorzystaniu sprawdzonych rozwiązań technologicznych i podzespołów oferuje wysoki poziom trwałości oraz może być stosowany w bardzo różnych warunkach drogowych i klimatycznych. W samochodach segmentu B obecnej generacji układ HYbrid Air pozwala znacznie ograniczyć zużycie paliwa oraz poziom emisji CO 2. W homologacyjnym cyklu testowym zanotowano wynik 2,9 litra na 100 kilometrów oraz emisję 69 g CO 2 na kilometr. Rys. 10. Schemat napędu hybrydowego HYbrid Air: 1 odwracalna jednostka pompa-silnik, 2 wtórna jednostka napędowa (silnik-pompa), 3 zbiornik pneumatyczny wyrównawczy, 4 akumulator pneumatyczny, 5 silnik spalinowy, 6, 7 przekładnia Powersplit, 8 mechanizm różnicowy Rys. 11. Zdjęcie hybrydy hydraulicznej HYbrid Air (Bosch) WNIOSKI Innowacyjne technologie mogą być ważnym czynnikiem rozwoju pojazdów z hydraulicznym napędem hybrydowym, zarówno w samochodach osobowych, dostawczych, komunalnych, wojskowych, jak i autobusach. 2966

10 Efektem zastosowania tych rozwiązań jest: zwiększenie mocy chwilowej podczas ruszania i przyspieszenia pojazdu, obniżone zużycie paliwa podczas jazdy po mieście, z częstym przyspieszanie i hamowaniem, zmniejszenie zużycia paliwa w wyniku korzystnego zakresu pracy silnika spalinowego, zmniejszenie zużycia paliwa przez wykorzystanie energii hamowanie, zwiększenie komfortu jazdę dzięki płynnej jeździe, z łagodnym przyspieszaniem i hamowaniem. Streszczenie Artykuł dotyczy zaawansowanych hydraulicznych systemów hybrydowych z rekuperacja energii i hamowaniem odzyskowym. Wzrost sprawności energetycznej w hydraulicznych systemach z rekuperacja energii może przynieść duże korzyści. Wymagania dotyczące hydraulicznych układów hybrydowych można wyrazić następująco: efektywne użycie pierwotne źródła energii (pompy), efektywna transformacja energii do układu napędowego, efektywna rekuperacja i ponowne użycie energii. Obecnie napędy hydrauliczne mają dużo większą moc na jednostkę masy od maszyn elektrycznych, dlatego znacznie korzystniejsze jest ich zastosowanie w szeregowych napędach hybrydowych. Słowa kluczowe: rekuperacja energii, hamowanie odzyskowe, zasobnik energii, napędy hydrostatyczne, hydrauliczny napęd hybrydowy Hydrostatic drive with energy recuperation of recuperative braking Abstract The paper deals with the advantages of hydraulic hybrid systems with energy recuperation and recuperative braking. The problem of increasing energy efficiency in hydraulic energy recuperation systems is of great interest. The requirements on hydraulic hybrid system can be stated as follows: efficient use of the primary power source (pump), efficient transformation of energy into motion, efficient recuperation and reuse of energy. Today s hydraulic drives can handle much more power per unit mass than electric machines, which implies a considerable advantage of series hydraulic hybrids. Keywords: energy recuperation, recuperative braking, energy storage, hydrostatic drives, hydraulic hybrid drives BIBLIOGRAFIA 1. Baseley S., Ehret C., Greif E., Kliffken M., Hydraulic Hybrid Systems for Commercial Vehicles. SAE Technical Paper, Bartłomiejczyk M., Połom M., Napięcie sieci trakcyjnej jako wyznacznik możliwości zwiększenia odzysku energii. Eksploatacja, nr 4, Dindorf R., Modelowanie i symulacja nieliniowych elementów i układów regulacji napędów płynowych. Monografia 44. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce Dindorf R., Napędy płynowe. Podstawy teoretyczne i metody obliczania napędów hydrostatycznych i pneumatycznych. Podręcznik akademicki. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce Hybrydowe układy napędowe Hydrauliczne układy hybrydowe Rexroth układy hamulcowe z hydrostatycznym odzyskiem energii. PI Merkisz J., Bajerlein M., Daszkiewicz P.: Nowoczesne rozwiązania techniczne akumulatorów stosowanych w miejskich autobusach elektrycznych jako forma zwiększenia zasięgu. Czasopismo Techniczne, 4M, Pawelski Z., Napęd hybrydowy dla autobusu miejskiego. Politechnika Łódzka, Łódź Rydberg K-E., Energy efficient hydraulic hybrid drives. The 11 th Scandinavian International Conference on Fluid Power, SICFP 09, June 2-4, 2009, Linköping, Sweden 10. Witkowski S., Hybryda hydrauliczna tańsza, sprawniejsza, lepsza