Ce este un sistem de vehicule hibride?

Recent, vehiculele electrice câștigă popularitate. Cu toate acestea, vehiculele electrice cu drepturi depline au un dezavantaj semnificativ - o rezervă mică de energie fără reîncărcare. Din acest motiv, mulți producători de mașini de top își echipează unele dintre modele cu unități hibride.

Practic, o mașină hibridă este un vehicul al cărui motor principal este un motor cu combustie internă, dar este alimentat de un sistem electric cu unul sau mai multe motoare electrice și o baterie suplimentară.

Astăzi, sunt utilizate mai multe categorii de hibrizi. Unii ajută la pornirea motorului cu ardere internă, alții vă permit să conduceți cu tracțiune electrică. Luați în considerare caracteristicile unor astfel de centrale: care este diferența lor, modul de funcționare, precum și principalele argumente pro și contra ale hibrizilor.

Istoricul motoarelor hibride

Ideea de a crea o mașină hibridă (sau o încrucișare între o mașină clasică și o mașină electrică) este determinată de prețuri mai mari ale combustibilului, standarde de emisii ale vehiculului mai dure și confort sporit la conducere.

Dezvoltarea unei centrale electrice mixte a fost întreprinsă prima dată de compania franceză Parisienne de voitures electriques. Cu toate acestea, prima mașină hibridă funcțională a fost crearea lui Ferdinand Porsche. În centrala electrică Lohner Electric Chaise, motorul cu ardere internă servea ca generator pentru electricitate, care alimenta fața celor două motoare electrice (montate direct pe roți).

Vehiculul a fost prezentat publicului în 1901. În total, au fost vândute aproximativ 300 de exemplare de astfel de mașini. Modelul s-a dovedit a fi foarte practic, dar costisitor de fabricat, astfel încât un automobilist obișnuit nu și-a putut permite un astfel de vehicul. Mai mult, la acea vreme a apărut o mașină mai ieftină și nu mai puțin practică, dezvoltată de designerul Henry Ford.

Sistemele clasice de benzină au obligat dezvoltatorii să renunțe la ideea creării de hibrizi timp de mai multe decenii. Interesul pentru transportul ecologic a crescut odată cu trecerea Legii de promovare a transportului electric din Statele Unite. A fost adoptat în 1960.

Din coincidență, în 1973, a izbucnit criza mondială a petrolului. Dacă legile americane nu au încurajat producătorii să se gândească la dezvoltarea de mașini ecologice accesibile, atunci criza i-a obligat să o facă.

Primul sistem complet hibrid, al cărui principiu de bază este încă utilizat astăzi, a fost dezvoltat de TRW în 1968. Conform conceptului, împreună cu motorul electric, a fost posibilă utilizarea unui motor cu combustie internă mai mică, dar, în același timp, puterea mașinii nu s-a pierdut, iar munca a devenit mult mai lină.

Un exemplu de vehicul hibrid cu drepturi depline este GM 512 Hybrid. Acesta a fost alimentat de un motor electric care a accelerat vehiculul până la 17 km / h. La această viteză, motorul cu ardere internă a fost activat, îmbunătățind performanțele sistemului, datorită cărora viteza mașinii a crescut la 21 km / h. Dacă era nevoie să mergi mai repede, motorul electric era oprit și mașina era accelerată deja pe motorul pe benzină. Limita de viteză a fost de 65 km / h.

VW Taxi Hybrid, o altă mașină hibridă de succes, a fost introdusă publicului în 1973.

Până acum, producătorii auto încearcă să aducă sisteme hibride și electrice la un nivel care să le facă competitive în comparație cu motoarele cu combustie internă clasice. Deși acest lucru nu s-a întâmplat încă, multe evoluții au justificat miliarde de dolari cheltuiți pentru dezvoltarea lor.

La începutul mileniului al treilea, omenirea a văzut o noutate numită Toyota Prius. Creația producătorului japonez a devenit sinonimă cu conceptul de „mașină hibridă”. Multe dezvoltări moderne sunt împrumutate din această dezvoltare. Până în prezent, au fost create un număr mare de modificări ale instalațiilor combinate, ceea ce permite cumpărătorului să aleagă cea mai bună opțiune pentru el însuși.

Cum funcționează vehiculele hibride

Nu confundați un motor hibrid cu un vehicul electric complet. Instalația electrică este implicată în unele cazuri. De exemplu, în regim urban, când mașina se află într-un blocaj de trafic, utilizarea unui motor cu combustie internă duce la supraîncălzirea motorului, precum și la creșterea poluării aerului. Pentru astfel de situații, instalația electrică este activată.

Prin design, un hibrid constă din:

• Unitatea principală de alimentare. Este un motor pe benzină sau diesel.
• Motor electric. Pot exista mai multe dintre acestea în funcție de modificare. După principiul acțiunii, ele pot fi, de asemenea, diferite. De exemplu, unele pot fi utilizate ca o unitate de acționare suplimentară pentru roți, iar altele ca asistent al motorului atunci când porniți mașina dintr-o oprire.
• Baterie suplimentară. În unele mașini, are o capacitate mică, a cărei furnizare de energie este suficientă pentru a activa instalația electrică pentru o perioadă scurtă de timp. În altele, această baterie are o capacitate mare, astfel încât vehiculele să se poată deplasa liber de la electricitate.
• Sistem electronic de control. Senzorii sofisticate monitorizează funcționarea motorului cu ardere internă și analizează comportamentul mașinii, pe baza căruia motorul electric este activat / dezactivat.
• Invertor. Acesta este un convertor al energiei necesare venind de la baterie la un motor electric trifazat. Acest element distribuie, de asemenea, sarcina pe diferite noduri, în funcție de modificarea instalării.
• Generator. Fără acest mecanism, este imposibil să reîncărcați bateria principală sau suplimentară. Ca și în mașinile convenționale, generatorul este alimentat de motorul cu ardere internă.
• Sisteme de recuperare a căldurii Majoritatea hibrizilor moderni sunt echipate cu un astfel de sistem. Acesta „colectează” energie suplimentară de la astfel de componente ale mașinii, precum sistemul de frânare și șasiul (atunci când mașina urcă, de exemplu, de pe un deal, convertorul colectează energia eliberată în baterie).

Mecanismele hibrid pot fi operate individual sau în perechi.

Scheme de lucru

Există mai mulți hibrizi de succes. Există trei principale:

• consistent;
• paralel;
• serial-paralel.

Circuitul serial

În acest caz, motorul cu ardere internă este utilizat ca generator de electricitate pentru funcționarea motoarelor electrice. De fapt, un motor pe benzină sau diesel nu are legătură directă cu transmisia mașinii.

Acest sistem permite instalarea motoarelor cu putere redusă, cu un volum redus în compartimentul motorului. Sarcina lor principală este de a conduce generatorul de tensiune.

Aceste vehicule sunt adesea echipate cu un sistem de recuperare, prin care energia mecanică și cinetică este transformată în curent electric pentru a reîncărca bateria. În funcție de dimensiunea bateriei, o mașină poate acoperi o anumită distanță exclusiv pe tracțiune electrică fără a folosi un motor cu combustie internă.

Cel mai faimos exemplu al acestei categorii de hibrizi este Chevrolet Volt. Poate fi încărcat ca la o mașină electrică normală, dar datorită motorului pe benzină, autonomia este semnificativ crescută.

Circuit paralel

În instalații paralele, motorul cu ardere internă și motorul electric funcționează în tandem. Sarcina motorului electric este de a reduce sarcina pe unitatea principală, ceea ce duce la economii semnificative de combustibil.

Dacă motorul cu ardere internă este deconectat de la transmisie, mașina este capabilă să acopere o anumită distanță de tracțiunea electrică. Dar sarcina principală a piesei electrice este de a asigura o accelerare lină a vehiculului. Unitatea principală de putere în astfel de modificări este un motor pe benzină (sau diesel).

Când mașina încetinește sau se deplasează de la motorul cu ardere internă, motorul electric acționează ca un generator pentru a reîncărca bateria. Datorită motorului cu combustie, aceste vehicule nu necesită o baterie de înaltă tensiune.

Spre deosebire de hibrizii secvențiali, aceste unități au un consum mai mare de combustibil, deoarece motorul electric nu este utilizat ca unitate de alimentare separată. În unele modele, cum ar fi BMW 350E iPerformance, motorul electric este integrat în cutia de viteze.

O caracteristică a acestei scheme de lucru este un cuplu ridicat la viteze mici ale arborelui cotit.

Circuitul serial-paralel

Acest circuit a fost dezvoltat de ingineri japonezi. Se numește HSD (Hybrid Synergy Drive). De fapt, combină funcțiile primelor două tipuri de funcționare a centralei.

Atunci când mașina trebuie să pornească sau să se deplaseze lent într-un blocaj de trafic, motorul electric este activat. Pentru a economisi energie la viteză mare, este conectat un motor pe benzină sau diesel (în funcție de modelul vehiculului).

Dacă trebuie să accelerați brusc (de exemplu, la depășire) sau dacă mașina merge în sus, centrala funcționează în mod paralel - motorul electric ajută motorul cu ardere internă, ceea ce reduce sarcina pe acesta și, ca urmare, economisește consumul de combustibil.

Conexiunea planetară a unui motor cu combustie internă automobilului transferă o parte din putere la angrenajul principal al transmisiei și parțial la generator pentru reîncărcarea bateriei sau a acționării electrice. Într-o astfel de schemă, sunt instalate electronice complexe care distribuie energia în funcție de situație.

Cel mai proeminent exemplu de hibrid cu propulsie serie paralelă este Toyota Prius. Cu toate acestea, unele modificări ale unor cunoscute modele fabricate în Japonia au primit deja astfel de instalații. Un exemplu în acest sens este Toyota Camry, Toyota Highlander Hybrid, Lexus LS 600h. Această tehnologie a fost cumpărată și de unele preocupări americane. De exemplu, dezvoltarea și-a găsit drumul în Ford Escape Hybrid.

Tipuri de agregate hibride

Toate generatoarele hibride sunt clasificate în trei tipuri:

• hibrid moale;
• hibrid mediu;
• hibrid complet.

Fiecare dintre ele are propria funcție, precum și caracteristici unice.

Micro-propulsor hibrid

Astfel de centrale sunt deseori echipate cu un sistem de recuperare, astfel încât energia cinetică este transformată în energie electrică și returnată bateriei.

Mecanismul de acționare din ele este un demaror (poate acționa și ca generator). Nu există o tracțiune electrică a roților în astfel de instalații. Schema este utilizată cu pornirea frecventă a motorului cu ardere internă.

Propulsie hibridă medie

De asemenea, astfel de mașini nu se mișcă din cauza motorului electric. Motorul electric în acest caz servește ca asistent la unitatea principală de putere atunci când sarcina crește.

Astfel de sisteme sunt de asemenea echipate cu un sistem de recuperare, colectând energie gratuită înapoi în baterie. Unitățile hibride medii asigură un motor de căldură mai eficient.

Propulsie hibridă completă

În astfel de instalații, există un generator de putere mare, care este acționat de un motor cu ardere internă. Sistemul este activat la viteze mici ale vehiculului.

Eficiența sistemului se manifestă în prezența funcției „Pornire / Oprire”, când mașina se mișcă încet într-un blocaj de trafic, dar trebuie să accelerați brusc la semafor. O caracteristică a instalației hibride complete este capacitatea de a opri motorul cu combustie internă (ambreiajul este decuplat) și de a conduce un motor electric.

Clasificare după grad de electrificare

În documentația tehnică sau în numele unui model de mașină, pot fi prezenți următorii termeni:

• microhibrid;
• hibrid ușor;
• hibrid complet;
• plug-in hybrid.

microhibrid

În astfel de mașini, este instalat un motor convențional. Nu sunt acționate electric. Aceste sisteme sunt echipate fie cu o funcție de pornire / oprire, fie sunt echipate cu un sistem de frânare regenerativ (la frânare, bateria este reîncărcată).

Unele modele sunt echipate cu ambele sisteme. Unii experți consideră că astfel de vehicule nu sunt considerate vehicule hibride, deoarece folosesc doar o benzină sau o unitate de alimentare cu motorină fără integrare în sistemul de acționare electrică.

Hibrid ușor

De asemenea, astfel de mașini nu se mișcă din cauza electricității. De asemenea, folosesc un motor de căldură, ca în categoria anterioară. Cu o singură excepție - motorul cu ardere internă este susținut de o instalație electrică.

Aceste modele nu au volant. Funcția sa este îndeplinită de un generator electric de pornire. Sistemul electric crește reculul motorului cu putere mică în timpul accelerării dure.

Hibrid complet

Aceste vehicule sunt înțelese ca vehicule capabile să acopere o anumită distanță pe tracțiune electrică. În astfel de modele, se poate utiliza orice schemă de conexiune menționată mai sus.

Astfel de hibrizi nu sunt încărcați de la rețea. Bateria este reîncărcată cu energie din sistemul de frânare regenerativ și generator. Distanța care poate fi parcursă cu o singură încărcare depinde de capacitatea bateriei.

Pluginuri hibride

Astfel de mașini pot funcționa ca vehicul electric sau pot rula pe un motor cu ardere internă. Datorită combinației celor două centrale electrice, se asigură o economie decentă de combustibil.

Întrucât este imposibil din punct de vedere fizic să instalați o baterie voluminoasă (în vehiculele electrice are locul unui rezervor de gaz), un astfel de hibrid poate călători până la 50 km cu o singură încărcare, fără reîncărcare.

Avantajele și dezavantajele mașinilor hibride

În acest moment, hibridul poate fi considerat o legătură de tranziție de la un motor de căldură la un analog electric ecologic. Deși obiectivul final nu a fost încă atins, datorită introducerii unor dezvoltări inovatoare moderne, există o tendință pozitivă în dezvoltarea transportului electric.

Deoarece hibrizii sunt o opțiune de tranziție, ei au atât puncte pozitive, cât și negative. Plusurile includ:

• Economie de combustibil. În funcție de funcționarea perechii de putere, acest indicator poate crește până la 30% sau mai mult.
• Încărcarea fără a utiliza rețeaua. Acest lucru a devenit posibil datorită sistemului de recuperare a energiei cinetice. Deși, încărcarea completă nu are loc, dacă inginerii pot îmbunătăți conversia, vehiculele electrice nu vor avea nevoie deloc de ieșire.
• Posibilitatea de a instala un motor cu volum și putere mai mică.
• Electronica este mult mai economică decât mecanica, distribuie combustibilul.
• Motorul se supraîncălzește mai puțin, iar combustibilul este consumat atunci când conduceți în blocaje.
• Combinația dintre motoarele pe benzină și motorină și electrică vă permite să continuați să conduceți dacă bateria de mare putere este moartă.
• Datorită funcționării motorului electric, motorul cu ardere internă poate rula mai stabil și mai puțin zgomot.

Instalațiile hibride au și o listă decentă de dezavantaje:

• Bateria devine inutilizabilă mai rapid datorită numărului mare de cicluri de încărcare / descărcare (chiar și în sistemele hibride ușoare);
• Bateria este adesea complet descărcată;
• Piesele pentru astfel de mașini sunt destul de costisitoare;
• Auto repararea este aproape imposibilă, deoarece acest lucru necesită echipamente electronice sofisticate;
• Față de modelele pe benzină sau diesel, hibrizii costă câteva mii de dolari mai mult;
• Întreținerea regulată este mai costisitoare;
• Electronica complexă necesită o manipulare atentă, iar erorile care apar pot uneori întrerupe o călătorie lungă;
• Este dificil să găsești un specialist care să poată regla corect funcționarea centralelor electrice. Din această cauză, trebuie să apelați la serviciile unor ateliere profesionale scumpe;
• Bateriile nu tolerează fluctuații semnificative de temperatură și sunt descărcate singure.
• În ciuda ecologiei în timpul funcționării unui motor electric, producția și eliminarea bateriilor sunt foarte poluante.

Pentru ca hibrizii și vehiculele electrice să devină un adevărat concurent la motoarele cu combustie internă, sunt necesare îmbunătățiri ale surselor de alimentare (astfel încât acestea să păstreze mai multă energie, dar în același timp nu sunt foarte voluminoase), precum și sisteme de reîncărcare rapidă, fără a dăuna bateriei.

Întrebări și răspunsuri:

Ce este un vehicul hibrid? Acesta este un vehicul în care mai mult de o unitate de putere este implicată în mișcarea sa. Practic este un amestec de o mașină electrică și o mașină cu un motor clasic cu ardere internă.

Care este diferența dintre o mașină hibridă și una convențională? O mașină hibridă are avantajele unei mașini electrice (funcționarea silențioasă a motorului și conducerea fără utilizarea combustibilului), dar când încărcarea bateriei scade, se activează unitatea principală de alimentare (benzina).