Cum funcționează un motor hibrid, avantajele și dezavantajele unui motor economic
Conținut
Apariția vehiculelor hibride a devenit o măsură forțată a producătorilor de automobile în tranziția de la motoarele cu ardere internă (ICE) pe combustibili cu hidrocarburi la centrale mai curate. Tehnologia nu a permis încă crearea unei mașini electrice cu drepturi depline, a unei mașini cu pile de combustie sau orice alta dintr-o listă mare de direcții teoretic posibile pentru dezvoltarea transportului autonom, iar nevoia s-a maturizat deja.
Guvernele au început să restrângă puternic industria auto cu cerințe de mediu, iar consumatorii doreau să vadă un pas calitativ înainte, și nu o altă îmbunătățire microscopică a unui motor cunoscut de mai bine de un secol pe unul dintre produsele de rafinare a petrolului.
Ce mașină se numește „hibrid”
Unitatea de putere a etapei intermediare a început să fie o combinație între un design deja dovedit al unui motor cu ardere internă și unul sau mai multe motoare electrice.
Partea electrică a unității de tracțiune este alimentată de generatoare conectate mecanic la un motor pe gaz sau diesel, baterii și un sistem de recuperare care returnează motorului energia eliberată în timpul frânării vehiculului.
Toate numeroasele scheme pentru implementarea practică a ideii se numesc hibrizi.
Uneori, producătorii induc în eroare clienții apelând la sisteme hibride în care acționarea electrică este utilizată doar pentru a porni motorul principal în modul start-stop.
Întrucât nu există nicio legătură între motoarele electrice și roți și posibilitatea de a circula pe tracțiune electrică, este incorect să atribuim astfel de mașini celor hibride.
Principiul de funcționare al motoarelor hibride
Cu toată varietatea de modele, astfel de mașini au caracteristici comune. Dar diferențele sunt atât de mari din punct de vedere tehnic încât de fapt sunt mașini diferite cu propriile avantaje și dezavantaje.
dispozitiv
Fiecare hibrid include:
- motor cu ardere internă cu transmisia sa, rețeaua de alimentare cu energie electrică de joasă tensiune la bord și rezervorul de combustibil;
- motoare de tracțiune;
- baterii de stocare, cel mai adesea destul de de înaltă tensiune, formate din baterii conectate în serie și în paralel;
- cablare de alimentare cu comutare de înaltă tensiune;
- unități de control electronice și calculatoare de bord.
Asigurarea tuturor modurilor de funcționare a unei transmisii mecanice și electrice integrate are loc de obicei automat, doar controlul general al traficului este încredințat șoferului.
Scheme de lucru
Este posibilă conectarea componentelor electrice și mecanice între ele în moduri diferite; de-a lungul timpului, s-au evidențiat scheme specifice bine stabilite, des folosite.
Acest lucru nu se aplică clasificării ulterioare a motorului în funcție de ponderea specifică a tracțiunii electrice în bilanțul energetic global.
consistent
Prima schemă, cea mai logică, dar acum puțin folosită în mașini.
Sarcina sa principală a fost să lucreze în echipamente grele, unde componentele electrice compacte au înlocuit cu succes transmisia mecanică voluminoasă, care este, de asemenea, foarte greu de controlat. Motorul, de obicei un motor diesel, este încărcat exclusiv pe un generator electric și nu este conectat direct la roți.
Curentul generat de generator poate fi folosit pentru incarcarea bateriei de tractiune, iar acolo unde nu este furnizat, este trimis direct la motoarele electrice.
Pot fi unul sau mai multe dintre ele, până la montarea pe fiecare roată a unei mașini după principiul așa-numitelor roți-motor. Cantitatea de tracțiune este reglată de unitatea electrică de putere, iar motorul cu ardere internă poate funcționa constant în modul cel mai optim.
paralel
Această schemă este acum cea mai comună. În acesta, motorul electric și motorul cu ardere internă funcționează pentru o transmisie comună, iar electronica reglează raportul optim al consumului de energie pentru fiecare dintre unități. Ambele motoare sunt conectate la roți.
Modul de recuperare este suportat atunci când, în timpul frânării, motorul electric se transformă într-un generator și reîncarcă acumulatorul. De ceva timp, mașina se poate mișca doar cu sarcina sa, motorul principal cu ardere internă este înfundat.
În unele cazuri, se folosește o baterie de capacitate considerabilă, dotată cu posibilitatea de încărcare externă dintr-o rețea AC casnică sau o stație de încărcare specializată.
În general, aici rolul bateriilor este mic. Dar comutarea lor este simplificată, aici nu sunt necesare circuite periculoase de înaltă tensiune, iar masa bateriei este mult mai mică decât cea a vehiculelor electrice.
amestecat
Ca urmare a dezvoltării tehnologiei de acționare electrică și a capacității de stocare, rolul motoarelor electrice în crearea efortului de tracțiune a crescut, ceea ce a condus la apariția celor mai avansate sisteme serie-paralel.
Aici, pornirea de la oprire și deplasarea la viteze mici se efectuează pe tracțiune electrică, iar motorul cu ardere internă este conectat numai atunci când este necesară o putere mare și când bateriile sunt epuizate.
Ambele motoare pot funcționa în modul de acționare, iar o unitate electronică bine gândită alege unde și cum să direcționeze fluxurile de energie. Șoferul poate urmări acest lucru pe afișajul cu informații grafice.
Se folosește un generator suplimentar, ca într-un circuit în serie, care poate furniza energie motoarelor electrice sau poate încărca o baterie. Energia de frânare este recuperată prin inversarea motorului de tracțiune.
Așa sunt aranjați mulți hibrizi moderni, în special unul dintre primii și bine-cunoscutul - Toyota Prius
Cum funcționează un motor hibrid pe exemplul lui Toyota Prius
Această mașină este acum la a treia generație și a atins un anumit grad de perfecțiune, deși hibrizii concurenți continuă să crească complexitatea și eficiența designurilor.
Baza conducerii aici este principiul sinergiei, conform căruia un motor cu ardere internă și un motor electric pot participa la orice combinație la crearea cuplului pe roți. Paralelismul muncii lor oferă un mecanism complex de tip planetar, în care fluxurile de putere sunt amestecate și transmise prin diferențial către roțile motoare.
Pornirea și pornirea accelerației sunt efectuate de un motor electric. Dacă electronica determină că capacitățile sale nu sunt suficiente, este conectat un motor economic pe benzină care funcționează pe ciclul Atkinson.
La mașinile convenționale cu motoare Otto, un astfel de ciclu termic nu poate fi utilizat din cauza condițiilor tranzitorii. Dar aici sunt asigurate de un motor electric.
Modul de ralanti este exclus, dacă Toyota Prius pornește automat motorul cu ardere internă, atunci se găsește imediat de lucru pentru acesta, pentru a ajuta la accelerare, la încărcarea bateriei sau la asigurarea aerului condiționat.
Avand in permanenta sarcina si functionand la viteza optima, minimizeaza consumul de benzina, fiind in punctul cel mai avantajos al caracteristicii sale exterioare de viteza.
Nu există un demaror tradițional, deoarece un astfel de motor poate fi pornit doar prin rotirea lui la o viteză semnificativă, ceea ce face un generator reversibil.
Bateriile au capacități și tensiuni diferite, în cea mai complexă versiune reîncărcabilă a PHV, acestea fiind deja destul de comune pentru vehiculele electrice 350 volți la 25 Ah.
Avantajele și dezavantajele hibrizilor
Ca orice compromis, hibrizii sunt inferiori vehiculelor pur electrice și celor obișnuite clasice alimentate cu ulei.
Dar, în același timp, oferă un câștig într-un număr de proprietăți, pentru cineva care acționează ca principalele:
- simplificarea mijloacelor utilizate pentru combaterea emisiilor nocive ale motoarelor cu ardere internă;
- realizarea unei anumite economii de combustibil, oricât de contestată;
- posibilitatea deplasării pe tracțiune pură electrică în cazul în care utilizarea motoarelor cu ardere internă este interzisă;
- o creștere destul de simplă a capacității declarate;
- imposibilitatea, spre deosebire de o mașină electrică, de a rămâne fără energie departe de rețeaua electrică.
Toate dezavantajele sunt asociate cu complicația tehnologiei:
- nevoia de personal competent special instruit pentru a lucra cu hibrizi;
- o creștere a masei vehiculului, care consumă și combustibil;
- preț mai mare al mașinii;
- pierderea vehiculelor electrice din cauza păstrării motorului cu ardere internă și a tot ceea ce este legat de acesta;
- tehnologii încă insuficient dezvoltate și lipsa unei abordări unificate a proiectării;
- respectarea necorespunzătoare a mediului în producția de baterii și eliminarea acestora.
Este posibil ca producția de hibrizi să continue după dispariția completă a mașinilor clasice.
Dar acest lucru se va întâmpla numai dacă va fi creat un singur motor compact, economic și bine controlat cu combustibil cu hidrocarburi, care va fi un bun plus pentru mașina electrică a viitorului, crescând semnificativ autonomia încă insuficientă.
