Kaj je hibridni sistem vozil?
Vsebina
V zadnjem času električna vozila postajajo vse bolj priljubljena. Vendar imajo polnopravna električna vozila znatno pomanjkljivost - majhno rezervo moči brez polnjenja. Zato mnogi vodilni proizvajalci avtomobilov nekatere svoje modele opremijo s hibridnimi enotami.
V bistvu je hibridni avtomobil vozilo, katerega glavni pogonski sklop je motor z notranjim zgorevanjem, poganja pa ga električni sistem z enim ali več elektromotorji in dodatno baterijo.
Danes se uporablja več kategorij hibridov. Nekateri pomagajo motorju z notranjim zgorevanjem le na začetku, drugi vam omogočajo vožnjo z električno vleko. Upoštevajte značilnosti takšnih elektrarn: kakšna je njihova razlika, kako delujejo, pa tudi glavne prednosti in slabosti hibridov.
Zgodovina hibridnih motorjev
Zamisel o ustvarjanju hibridnega avtomobila (ali križanca med klasičnim avtomobilom in električnim avtomobilom) poganja dvig cen goriva, strožji standardi emisij vozil in večje udobje vožnje.
Z razvojem mešane elektrarne se je najprej lotilo francosko podjetje Parisienne de voitures electriques. Vendar pa je bil prvi izvedljiv hibridni avtomobil stvar Ferdinanda Porscheja. V elektrarni Lohner Electric Chaise je motor z notranjim zgorevanjem služil kot generator električne energije, ki je poganjal sprednja dva elektromotorja (nameščena neposredno na kolesi).
Vozilo je bilo javnosti predstavljeno leta 1901. Skupno je bilo prodanih približno 300 izvodov takšnih avtomobilov. Izkazalo se je, da je model zelo praktičen, a drag za izdelavo, zato si navaden voznik takega vozila ni mogel privoščiti. Poleg tega se je takrat pojavil cenejši in nič manj praktičen avtomobil, ki ga je razvil oblikovalec Henry Ford.
Klasični bencinski pogonski sklopi so razvijalce že več desetletij prisilili, da so opustili zamisel o ustvarjanju hibridov. Zanimanje za zeleni prevoz se je povečalo s sprejetjem zakona o promociji električnega prevoza v ZDA. Sprejet je bil leta 1960.
Po naključju je leta 1973 izbruhnila svetovna naftna kriza. Če ameriški zakoni proizvajalcev niso spodbujali k razmišljanju o razvoju cenovno ugodnih okolju prijaznih avtomobilov, jih je k temu prisilila kriza.
Prvi popoln hibridni sistem, katerega osnovno načelo se uporablja še danes, je TRW razvil leta 1968. V skladu s konceptom je bilo skupaj z elektromotorjem mogoče uporabiti manjši motor z notranjim zgorevanjem, vendar moč stroja ni bila izgubljena in delo je postalo veliko bolj gladko.
Primer polnopravnega hibridnega vozila je GM 512 Hybrid. Poganjal ga je električni motor, ki je vozilo pospeševal do 17 km / h. Pri tej hitrosti se je aktiviral motor z notranjim zgorevanjem, ki je povečal zmogljivost sistema, zaradi česar se je hitrost avtomobila povečala na 21 km / h. Če je bilo treba iti hitreje, je bil električni motor ugasnjen in avto je bil pospešen že na bencinskem motorju. Omejitev hitrosti je bila 65 km / h.
VW Taxi Hybrid, še en uspešen hibridni avtomobil, je bil javnosti predstavljen leta 1973.
Do zdaj avtomobilski proizvajalci skušajo hibridne in povsem električne sisteme spraviti na raven, ki bi bila konkurenčna v primerjavi s klasičnimi motorji z notranjim zgorevanjem. Čeprav se to še ni zgodilo, so številni dogodki upravičili milijarde dolarjev, porabljenih za njihov razvoj.
Z začetkom tretjega tisočletja je človeštvo videlo novost, imenovano Toyota Prius. Zamisel japonskega proizvajalca je postala sinonim za koncept "hibridnega avtomobila". Od tega razvoja je izposojenih veliko sodobnih dosežkov. Do danes je bilo ustvarjenih veliko sprememb kombiniranih instalacij, ki kupcu omogočajo, da sam izbere najboljšo možnost.
Kako delujejo hibridni avtomobili
Hibridnega motorja ne zamenjajte s popolnoma električnim vozilom. V nekaterih primerih gre za električno napeljavo. Na primer v mestnem načinu, ko je avto v prometnem zastoju, uporaba motorja z notranjim zgorevanjem vodi do pregrevanja motorja in do večje onesnaženosti zraka. V takih primerih se aktivira električna napeljava.
Po zasnovi hibrid sestavljajo:
- Glavna pogonska enota. Gre za bencinski ali dizelski motor.
- Električni motor. Glede na spremembo jih je lahko več. Po načelu delovanja so lahko tudi različni. Nekatere lahko na primer uporabimo kot dodaten pogon za kolesa, druge pa kot pomočnika motorju pri zagonu avtomobila z mesta.
- Dodatna baterija. V nekaterih avtomobilih ima majhno zmogljivost, katere zaloga energije zadostuje za kratek čas aktiviranja električne napeljave. V drugih ima ta baterija veliko kapaciteto, tako da se lahko vozila prosto gibljejo iz elektrike.
- Elektronski nadzorni sistem. Izpopolnjeni senzorji spremljajo delovanje motorja z notranjim zgorevanjem in analizirajo obnašanje stroja, na podlagi katerega se aktivira / deaktivira elektromotor.
- Pretvornik. To je pretvornik potrebne energije, ki prihaja iz akumulatorja, v trifazni elektromotor. Ta element razdeli tudi obremenitev na različna vozlišča, odvisno od spremembe namestitve.
- Generator. Brez tega mehanizma je nemogoče napolniti glavno ali dodatno baterijo. Kot pri običajnih avtomobilih tudi generator poganja motor z notranjim zgorevanjem.
- Sistemi za rekuperacijo toplote. Večina sodobnih hibridov je opremljenih s takšnim sistemom. Dodatno energijo "zbira" iz sestavnih delov avtomobila, kot so zavorni sistem in podvozje (ko avtomobil vozi, na primer s hriba, pretvornik sproščeno energijo zbira v akumulator).
Hibridni pogonski sklopi lahko delujejo posamično ali v paru.
Sheme dela
Uspešnih hibridov je več. Obstajajo trije glavni:
- dosleden;
- vzporedno;
- serijsko-vzporedna.
Zaporedni krog
V tem primeru se motor z notranjim zgorevanjem uporablja kot generator električne energije za delovanje elektromotorjev. Dejansko bencinski ali dizelski motor nima neposredne povezave z menjalnikom avtomobila.
Ta sistem omogoča vgradnjo nizkoenergijskih motorjev z majhno prostornino v motorni prostor. Njihova glavna naloga je pogon napetostnega generatorja.
Ta vozila so pogosto opremljena z rekuperacijskim sistemom, s pomočjo katerega se mehanska in kinetična energija pretvori v električni tok za polnjenje baterije. Odvisno od velikosti akumulatorja lahko avto prevozi določeno razdaljo izključno na električni pogon, ne da bi uporabljal motor z notranjim zgorevanjem.
Najbolj znan primer te kategorije hibridov je Chevrolet Volt. Lahko se polni kot običajen električni avto, vendar se zahvaljujoč bencinskemu motorju doseg bistveno poveča.
Vzporedni krog
Vzporedni namestitvi motor z notranjim zgorevanjem in elektromotor delujeta v tandemu. Naloga elektromotorja je zmanjšati obremenitev glavne enote, kar vodi do znatnega prihranka goriva.
Če je motor z notranjim zgorevanjem odklopljen od menjalnika, lahko avto premaga določeno razdaljo od električne vleke. Toda glavna naloga električnega dela je zagotoviti nemoteno pospeševanje vozila. Glavna pogonska enota v takšnih spremembah je bencinski (ali dizelski) motor.
Ko avto upočasni ali se premakne iz delovanja motorja z notranjim zgorevanjem, elektromotor deluje kot generator za polnjenje akumulatorja. Zahvaljujoč motorju z notranjim zgorevanjem ta vozila ne potrebujejo visokonapetostne baterije.
Za razliko od zaporednih hibridov imajo te enote večjo porabo goriva, saj se elektromotor ne uporablja kot ločena pogonska enota. Pri nekaterih modelih, kot je BMW 350E iPerformance, je elektromotor vgrajen v menjalnik.
Značilnost te sheme dela je velik navor pri nizkih hitrostih motorne gredi.
Zaporedno-vzporedni krog
To shemo so razvili japonski inženirji. Imenuje se HSD (Hybrid Synergy Drive). Dejansko združuje funkcije prvih dveh vrst obratovanja elektrarne.
Ko je treba v zastoju avtomobila zagnati ali se počasi premikati, se aktivira elektromotor. Za varčevanje z energijo pri visokih hitrostih je priključen bencinski ali dizelski motor (odvisno od modela vozila).
Če morate močno pospešiti (na primer pri prehitevanju) ali se avtomobil pelje navkreber, elektrarna deluje vzporedno - elektromotor pomaga motorju z notranjim zgorevanjem, kar zmanjša njegovo obremenitev in posledično prihrani porabo goriva.
Planetarna povezava avtomobilskega motorja z notranjim zgorevanjem prenaša del moči na glavno prestavo menjalnika in delno na generator za polnjenje akumulatorja ali električnega pogona. V takšni shemi je nameščena zapletena elektronika, ki distribuira energijo glede na situacijo.
Najbolj viden primer hibrida s serijsko vzporednim pogonom je Toyota Prius. Vendar so nekatere modifikacije znanih japonskih modelov že prejele takšne namestitve. Primer tega so Toyota Camry, Toyota Highlander Hybrid, Lexus LS 600h. To tehnologijo so kupili tudi nekateri ameriški koncerni. Na primer, razvoj je prišel v Ford Escape Hybrid.
Hibridni agregatni tipi
Vsi hibridni pogonski sklopi so razvrščeni v tri vrste:
- mehak hibrid;
- srednje hibrid;
- polni hibrid.
Vsak od njih ima svojo funkcijo in edinstvene značilnosti.
Mikro hibridni pogonski sklop
Takšne elektrarne so pogosto opremljene z rekuperacijskim sistemom, tako da se kinetična energija pretvori v električno energijo in vrne v baterijo.
Pogonski mehanizem v njih je zaganjalnik (lahko deluje tudi kot generator). V takšnih instalacijah ni električnega pogona na kolesih. Shema se uporablja pri pogostih vžigih motorja z notranjim zgorevanjem.
Srednje hibridni pogonski sklop
Takšni avtomobili se zaradi elektromotorja tudi ne premikajo. Električni motor v tem primeru služi kot pomočnik glavne pogonske enote, ko se obremenitev poveča.
Takšni sistemi so opremljeni tudi z rekuperacijskim sistemom, ki zbira prosto energijo nazaj v baterijo. Srednje hibridne enote zagotavljajo učinkovitejši toplotni motor.
Popolnoma hibridni pogonski sklop
V takih instalacijah obstaja generator velike moči, ki ga poganja motor z notranjim zgorevanjem. Sistem se aktivira pri nizki hitrosti vozila.
Učinkovitost sistema se kaže v prisotnosti funkcije "Start / Stop", ko se avto počasi premika v zastoju, vendar morate na semaforju močno pospešiti. Značilnost popolne hibridne namestitve je možnost izklopa motorja z notranjim zgorevanjem (sklopka je izklopljena) in pogona elektromotorja.
Razvrstitev po stopnji elektrifikacije
V tehnični dokumentaciji ali v imenu modela avtomobila so lahko navedeni naslednji izrazi:
- mikrohibrid;
- blagi hibrid;
- popoln hibrid;
- priključni hibrid.
Mikrohibrid
V takih avtomobilih je nameščen običajni motor. Niso električno gnani. Ti sistemi so bodisi opremljeni s funkcijo start / stop ali pa so opremljeni z regenerativnim zavornim sistemom (pri zaviranju se baterija napolni).
Nekateri modeli so opremljeni z obema sistemoma. Nekateri strokovnjaki menijo, da taka vozila ne štejejo za hibridna vozila, ker uporabljajo le bencinsko ali dizelsko pogonsko enoto brez vgradnje v sistem električnega pogona.
Blag hibrid
Takšni avtomobili se tudi ne premikajo zaradi elektrike. Uporabljajo tudi toplotni stroj, kot v prejšnji kategoriji. Z eno izjemo - motor z notranjim zgorevanjem podpira električna napeljava.
Ti modeli nimajo vztrajnika. Njegovo funkcijo opravlja električni zaganjalnik-generator. Električni sistem poveča odboj motorja z majhno močjo med močnim pospeševanjem.
Popoln hibrid
Ta vozila so vozila, ki lahko z električno vleko prevozijo določeno razdaljo. V takih modelih se lahko uporabi katera koli zgoraj navedena shema povezave.
Takšni hibridi se ne zaračunavajo iz omrežja. Akumulator se napolni z energijo iz regenerativnega zavornega sistema in generatorja. Razdalja, ki jo lahko prehodite z enim polnjenjem, je odvisna od kapacitete baterije.
Hibridni vtičniki
Takšni avtomobili lahko delujejo kot električno vozilo ali delujejo iz motorja z notranjim zgorevanjem. Zahvaljujoč kombinaciji obeh elektrarn je zagotovljena spodobna poraba goriva.
Ker fizično nemogoče namestiti voluminozno baterijo (pri električnih vozilih gre za rezervoar za bencin), lahko tak hibrid z enim polnjenjem brez polnjenja prevozi do 50 km.
Prednosti in slabosti hibridnih avtomobilov
Trenutno lahko hibrid štejemo za prehodno povezavo od toplotnega motorja do okolju prijaznega električnega analoga. Čeprav končni cilj še ni bil dosežen, je zaradi uvajanja sodobnega inovativnega razvoja pozitiven trend v razvoju električnega prometa.
Ker so hibridi prehodna možnost, imajo pozitivne in negativne točke. Plusi vključujejo:
- Poraba goriva. Ta indikator se lahko poveča do 30% ali več, odvisno od delovanja močnostnega para.
- Polnjenje brez uporabe omrežja. To je postalo mogoče po zaslugi sistema za rekuperacijo kinetične energije. Čeprav do polnega polnjenja ne pride, če lahko inženirji izboljšajo predelavo, električna vozila sploh ne bodo potrebovala vtičnice.
- Možnost namestitve motorja manjše prostornine in moči.
- Elektronika je veliko bolj ekonomična kot mehanika, distribuira gorivo.
- Motor se pregreje manj, gorivo pa se porabi med vožnjo v zastojih.
- Kombinacija bencinskih / dizelskih in električnih motorjev omogoča nadaljevanje vožnje, če je akumulator prazen.
- Zahvaljujoč delovanju elektromotorja lahko motor z notranjim zgorevanjem deluje bolj stabilno in manj hrupa.
Hibridne naprave imajo tudi spodoben seznam pomanjkljivosti:
- Zaradi velikega števila ciklov polnjenja / praznjenja (tudi v blagih hibridnih sistemih) baterija hitreje postane neuporabna;
- Baterija je pogosto popolnoma prazna;
- Deli za takšne avtomobile so precej dragi;
- Samopopravljanje je skoraj nemogoče, saj je za to potrebna izpopolnjena elektronska oprema;
- V primerjavi z bencinskimi ali dizelskimi modeli hibridi stanejo nekaj tisoč dolarjev več;
- Redno vzdrževanje je dražje;
- Kompleksna elektronika zahteva skrbno ravnanje in napake, ki se pojavijo, lahko včasih prekinejo dolgo pot;
- Težko je najti strokovnjaka, ki bi lahko pravilno prilagodil delovanje elektrarn. Zaradi tega se morate zateči k storitvam dragih profesionalnih ateljejev;
- Baterije ne prenašajo večjih temperaturnih nihanj in se same izpraznijo.
- Kljub okolju prijaznosti med delovanjem elektromotorja proizvodnja in odstranjevanje baterij močno onesnažuje.
Da bi hibridi in električna vozila postali resnična konkurenca motorjem z notranjim zgorevanjem, je treba izboljšati vire energije (tako da bodo shranili več energije, a hkrati niso preveč obsežni), pa tudi sisteme za hitro polnjenje brez škode na bateriji.
Vprašanja in odgovori:
Kaj je hibridno vozilo? To je vozilo, v katerem je v gibanju vključenih več kot ena pogonska enota. V osnovi gre za mešanico električnega avtomobila in avtomobila s klasičnim motorjem z notranjim zgorevanjem.
Kakšna je razlika med hibridnim in običajnim avtomobilom? Hibridni avtomobil ima prednosti električnega avtomobila (tiho delovanje motorja in vožnja brez porabe goriva), ko pa napolnjenost baterije pade, se aktivira glavni pogonski agregat (bencin).
