Hvordan en hybridmotor fungerer, fordeler og ulemper med en økonomisk motor
Innhold
Fremveksten av hybridbiler har blitt et tvunget mål for bilprodusenter i overgangen fra forbrenningsmotorer (ICE) på hydrokarbondrivstoff til renere kraftverk. Teknologien har ennå ikke tillatt opprettelsen av en fullverdig elbil, en brenselcellebil eller noen annen fra en stor liste over teoretisk mulige retninger for utvikling av autonom transport, og behovet har allerede modnet.
Myndighetene begynte å slå kraftig ned på bilindustrien med miljøkrav, og forbrukerne ønsket å se et kvalitativt skritt fremover, og ikke en annen mikroskopisk forbedring av en motor kjent i mer enn et århundre på et av oljeraffineringsproduktene.
Hvilken bil kalles en "hybrid"
Kraftenheten til mellomtrinnet begynte å være en kombinasjon av en allerede bevist design av en forbrenningsmotor og en eller flere elektriske motorer.
Den elektriske delen av trekkenheten drives av generatorer som er mekanisk koblet til en gassmotor eller dieselmotor, batterier og et gjenvinningssystem som returnerer energi som frigjøres under bremsing av kjøretøy til drivverket.
Alle de mange ordningene for praktisk implementering av ideen kalles hybrider.
Noen ganger vilder produsenter kunder ved å kalle hybridsystemer der den elektriske stasjonen kun brukes til å starte hovedmotoren i start-stopp-modus.
Siden det ikke er noen sammenheng mellom elektriske motorer og hjul og muligheten for å kjøre på elektrisk trekkraft, er det feil å henføre slike biler til hybride.
Prinsippet for drift av hybridmotorer
Med alle de forskjellige designene har slike maskiner fellestrekk. Men forskjellene er så store fra et teknisk synspunkt at det faktisk er forskjellige biler med egne fordeler og ulemper.
enhet
Hver hybrid inkluderer:
- forbrenningsmotor med girkasse, innebygd lavspent strømforsyningsnettverk og drivstofftank;
- trekkmotorer;
- lagringsbatterier, oftest ganske høyspente, bestående av batterier koblet i serie og parallelt;
- strømledninger med høyspente bytte;
- elektroniske kontrollenheter og datamaskiner om bord.
For å sikre at alle driftsmoduser for en integrert mekanisk og elektrisk girkasse vanligvis skjer automatisk, er det kun generell trafikkkontroll som er betrodd sjåføren.
Arbeidsplaner
Det er mulig å koble de elektriske og mekaniske komponentene til hverandre på forskjellige måter; over tid har veletablerte spesifikke, ofte brukte opplegg skilt seg ut.
Dette gjelder ikke den senere klassifiseringen av drivverket i henhold til den spesifikke andelen elektrisk trekkraft i den totale energibalansen.
konsistent
Den aller første ordningen, den mest logiske, men nå lite brukt i biler.
Hovedoppgaven var å jobbe i tungt utstyr, der kompakte elektriske komponenter har erstattet en klumpete mekanisk girkasse, som også er svært vanskelig å kontrollere. Motoren, vanligvis en dieselmotor, er utelukkende lastet på en elektrisk generator og er ikke direkte koblet til hjulene.
Strømmen som genereres av generatoren kan brukes til å lade trekkbatteriet, og der det ikke er gitt, sendes det direkte til de elektriske motorene.
Det kan være en eller flere av dem, opp til montering på hvert hjul på en bil i henhold til prinsippet om de såkalte motorhjulene. Mengden skyvekraft reguleres av den elektriske kraftenheten, og forbrenningsmotoren kan hele tiden fungere i den mest optimale modusen.
parallell
Denne ordningen er nå den vanligste. I den fungerer den elektriske motoren og forbrenningsmotoren for en felles girkasse, og elektronikken regulerer det optimale forholdet mellom energiforbruket til hver av stasjonene. Begge motorene er koblet til hjulene.
Gjenopprettingsmodusen støttes når den elektriske motoren under bremsing blir til en generator og lader opp akkumulatorbatteriet. I noen tid kan bilen bare bevege seg på ladningen, den viktigste forbrenningsmotoren er dempet.
I noen tilfeller brukes et batteri med betydelig kapasitet, utstyrt med mulighet for ekstern lading fra et husholdnings AC-nettverk eller en spesialisert ladestasjon.
Generelt er batterienes rolle her liten. Men vekslingen deres er forenklet, farlige høyspentkretser er ikke nødvendig her, og massen til batteriet er mye mindre enn for elektriske kjøretøy.
blandet
Som et resultat av utviklingen av elektrisk drivteknologi og lagringskapasitet har elektriske motorers rolle i å skape trekkraft økt, noe som har ført til fremveksten av de mest avanserte serieparallelle systemene.
Her starter fra stillstand og beveger seg med lave hastigheter på elektrisk trekkraft, og forbrenningsmotoren kobles kun til når høy effekt er nødvendig og når batteriene er utladet.
Begge motorene kan operere i kjøremodus, og en gjennomtenkt elektronisk enhet velger hvor og hvordan energistrømmene skal ledes. Føreren kan følge dette på det grafiske informasjonsdisplayet.
En ekstra generator brukes, som i en seriekrets, som kan levere energi til elektriske motorer eller lade et batteri. Bremseenergien gjenvinnes gjennom reversen av trekkmotoren.
Slik er mange moderne hybrider arrangert, spesielt en av de aller første og velkjente - Toyota Prius
Hvordan fungerer en hybridmotor på eksemplet med Toyota Prius
Denne bilen er nå i sin tredje generasjon og har nådd en viss grad av perfeksjon, selv om konkurrerende hybrider fortsetter å øke kompleksiteten og effektiviteten til design.
Grunnlaget for stasjonen her er synergiprinsippet, ifølge hvilket en forbrenningsmotor og en elektrisk motor kan delta i enhver kombinasjon for å skape dreiemoment på hjulene. Parallellen til arbeidet deres gir en kompleks mekanisme av planetarisk type, der kraftstrømmene blandes og overføres gjennom differensialen til drivhjulene.
Start og startakselerasjon utføres av en elektrisk motor. Hvis elektronikken fastslår at dens evner ikke er nok, kobles en økonomisk bensinmotor som opererer på Atkinson-syklusen.
I konvensjonelle biler med Otto-motorer kan en slik termisk syklus ikke brukes på grunn av forbigående forhold. Men her er de levert av en elektrisk motor.
Tomgangsmodus er ekskludert, hvis Toyota Prius automatisk starter forbrenningsmotoren, blir det umiddelbart funnet arbeid for den, for å hjelpe til med akselerasjon, lade batteriet eller sørge for klimaanlegg.
Konstant å ha en last og arbeider med optimal hastighet, minimerer den bensinforbruket, og er på det mest fordelaktige punktet for sin eksterne hastighetskarakteristikk.
Det er ingen tradisjonell starter, siden en slik motor bare kan startes ved å snurre den til en betydelig hastighet, som er hva en reversibel generator gjør.
Batterier har forskjellig kapasitet og spenning, i den mest komplekse oppladbare versjonen av PHV er disse allerede ganske vanlige for elektriske kjøretøy 350 volt ved 25 Ah.
Fordeler og ulemper med hybrider
Som ethvert kompromiss er hybrider dårligere enn rene elektriske kjøretøy og de vanlige klassiske oljedrevne.
Men samtidig gir de en gevinst i en rekke eiendommer, for noen som fungerer som de viktigste:
- forenkling av midlene som brukes for å bekjempe skadelige utslipp fra forbrenningsmotorer;
- oppnå en viss drivstofføkonomi, uansett hvor omstridt;
- muligheten for bevegelse på ren elektrisk trekkraft der bruk av forbrenningsmotorer er forbudt;
- en ganske enkel økning i den deklarerte kapasiteten;
- umuligheten, i motsetning til en elbil, å forbli uten energi borte fra det elektriske nettverket.
Alle ulempene er forbundet med komplikasjonen av teknologi:
- behovet for kompetent personell spesielt opplært til å jobbe med hybrider;
- en økning i massen til kjøretøyet, som også bruker drivstoff;
- høyere pris på bilen;
- tap for elektriske kjøretøy på grunn av bevaring av forbrenningsmotoren og alt som er forbundet med den;
- fortsatt utilstrekkelig utviklet teknologier og mangelen på en enhetlig tilnærming til design;
- dårlig miljøvennlighet ved produksjon av batterier og avhending av dem.
Det er mulig at produksjonen av hybrider vil fortsette etter fullstendig forsvinning av klassiske biler.
Men dette vil skje bare hvis en enkelt kompakt, økonomisk og godt kontrollert hydrokarbondrivstoffmotor blir opprettet, som vil være et godt tillegg til fremtidens elbil, og øke den fortsatt utilstrekkelige autonomien betydelig.
