Kako deluje hibridni motor, prednosti in slabosti varčnega motorja
Vsebina
Pojav hibridnih vozil je postal prisilni ukrep avtomobilskih proizvajalcev pri prehodu z motorjev z notranjim zgorevanjem (ICE) na ogljikovodikova goriva na čistejše elektrarne. Tehnologija še ni dovolila ustvarjanja polnopravnega električnega avtomobila, avtomobila na gorivne celice ali katerega koli drugega z velikega seznama teoretično možnih smeri razvoja avtonomnega prometa in potreba je že dozorela.
Vlade so začele močno pritiskati na avtomobilsko industrijo z okoljskimi zahtevami, potrošniki pa so želeli videti kvalitativni korak naprej in ne še eno mikroskopsko izboljšavo motorja, ki je že več kot stoletje znan na enem od izdelkov za rafiniranje nafte.
Kateri avto se imenuje "hibrid"
Pogonska enota vmesne stopnje je začela biti kombinacija že preizkušene zasnove motorja z notranjim zgorevanjem in enega ali več elektromotorjev.
Električni del vlečne enote poganjajo generatorji, ki so mehansko povezani s plinskim ali dizelskim motorjem, baterije in sistem za rekuperacijo, ki vrača energijo, ki se sprosti pri zaviranju vozila, na pogon.
Vse številne sheme za praktično izvajanje ideje se imenujejo hibridi.
Včasih proizvajalci zavajajo kupce tako, da imenujejo hibridne sisteme, kjer se električni pogon uporablja samo za zagon glavnega motorja v načinu start-stop.
Ker ni povezave med elektromotorji in kolesi ter možnostjo vožnje z električnim vlekom, je napačno pripisovati takšne avtomobile hibridnim.
Načelo delovanja hibridnih motorjev
Z vso raznolikostjo dizajnov imajo takšni stroji skupne značilnosti. A razlike so s tehničnega vidika tako velike, da gre pravzaprav za različne avtomobile s svojimi prednostmi in slabostmi.
Naprava
Vsak hibrid vključuje:
- motor z notranjim zgorevanjem s svojim prenosom, vgrajenim nizkonapetostnim napajalnim omrežjem in rezervoarjem za gorivo;
- vlečni motorji;
- akumulatorske baterije, najpogosteje visokonapetostne, sestavljene iz zaporedno in vzporedno povezanih baterij;
- napajalno ožičenje z visokonapetostnim preklopom;
- elektronske krmilne enote in vgrajeni računalniki.
Zagotavljanje vseh načinov delovanja integriranega mehanskega in električnega menjalnika običajno poteka samodejno, vozniku je zaupan le splošni nadzor prometa.
Sheme dela
Električne in mehanske komponente je mogoče med seboj povezati na različne načine, sčasoma so se izkazale uveljavljene specifične, pogosto uporabljene sheme.
To ne velja za kasnejšo razvrstitev pogona glede na specifični delež električne vleke v celotni energetski bilanci.
Dosledno
Prva shema, najbolj logična, a zdaj malo uporabljena v avtomobilih.
Njegova glavna naloga je bila delo v težki opremi, kjer so kompaktne električne komponente uspešno nadomestile zajeten mehanski menjalnik, ki ga je tudi zelo težko obvladovati. Motor, običajno dizelski, je obremenjen izključno na električni generator in ni neposredno povezan s kolesi.
Tok, ki ga ustvari generator, se lahko uporablja za polnjenje vlečne baterije, kjer pa ni zagotovljen, se pošlje neposredno elektromotorjem.
Lahko jih je eden ali več, do namestitve na vsako kolo avtomobila po principu tako imenovanih motornih koles. Količino potiska uravnava močna električna enota, motor z notranjim zgorevanjem pa lahko nenehno deluje v najbolj optimalnem načinu.
Vzporedno
Ta shema je zdaj najpogostejša. V njem elektromotor in motor z notranjim zgorevanjem delujeta za skupni menjalnik, elektronika pa uravnava optimalno razmerje porabe energije vsakega od pogonov. Oba motorja sta povezana s kolesi.
Podprt je način obnovitve, ko se med zaviranjem elektromotor spremeni v generator in napolni akumulatorsko baterijo. Nekaj časa se lahko avto premika samo na svojem polnjenju, glavni motor z notranjim zgorevanjem je pridušen.
V nekaterih primerih se uporablja baterija velike zmogljivosti, opremljena z možnostjo zunanjega polnjenja iz gospodinjskega omrežja AC ali specializirane polnilne postaje.
Na splošno je vloga baterij tukaj majhna. Toda njihovo preklapljanje je poenostavljeno, nevarna visokonapetostna vezja tukaj niso potrebna, masa baterije pa je veliko manjša od mase električnih vozil.
mešano
Zaradi razvoja tehnologije električnih pogonov in skladiščne zmogljivosti se je povečala vloga elektromotorjev pri ustvarjanju vlečnega napora, kar je privedlo do pojava najnaprednejših serijsko-vzporednih sistemov.
Tu se zagon z mesta in premikanje pri nizkih hitrostih izvaja na električni vleki, motor z notranjim zgorevanjem pa je priključen le, ko je potrebna velika moč in ko so baterije izpraznjene.
Oba motorja lahko delujeta v pogonskem načinu, premišljena elektronska enota pa izbira, kam in kako usmerjati energijske tokove. Voznik lahko to spremlja na grafičnem informacijskem zaslonu.
Uporabljen je dodatni generator, kot v serijskem vezju, ki lahko dovaja energijo elektromotorjem ali polni baterijo. Zavorna energija se rekuperira z vzvratno stranjo vlečnega motorja.
Tako je urejenih veliko sodobnih hibridov, zlasti eden prvih in znanih - Toyota Prius
Kako deluje hibridni motor na primeru Toyote Prius
Ta avtomobil je zdaj v svoji tretji generaciji in je dosegel določeno stopnjo popolnosti, čeprav konkurenčni hibridi še naprej povečujejo kompleksnost in učinkovitost dizajnov.
Osnova pogona tukaj je princip sinergije, po katerem lahko motor z notranjim zgorevanjem in elektromotor sodelujeta v poljubni kombinaciji pri ustvarjanju navora na kolesih. Vzporednost njihovega dela zagotavlja kompleksen mehanizem planetarnega tipa, kjer se tokovi moči mešajo in prenašajo skozi diferencial na pogonska kolesa.
Zagon in zagonsko pospeševanje izvaja elektromotor. Če elektronika ugotovi, da njene zmogljivosti niso dovolj, se priključi varčen bencinski motor, ki deluje po Atkinsonovem ciklu.
Pri običajnih avtomobilih z Otto motorji takšnega termičnega cikla ni mogoče uporabiti zaradi prehodnih razmer. Toda tukaj jih zagotavlja električni motor.
Način mirovanja je izključen, če Toyota Prius samodejno zažene motor z notranjim zgorevanjem, potem se zanj takoj najde delo, ki pomaga pri pospeševanju, polnjenju baterije ali zagotavljanju klimatske naprave.
Nenehno obremenjen in deluje pri optimalni hitrosti, zmanjšuje porabo bencina, saj je na najbolj ugodni točki svoje zunanje hitrostne značilnosti.
Tradicionalnega zaganjalnika ni, saj je tak motor mogoče zagnati le z vrtenjem do znatne hitrosti, kar počne reverzibilni generator.
Baterije imajo različne kapacitete in napetosti, v najbolj kompleksni polnilni različici PHV so te že kar običajne za električna vozila 350 voltov pri 25 Ah.
Prednosti in slabosti hibridov
Kot vsak kompromis so tudi hibridi slabši od čisto električnih vozil in običajnih klasičnih oljnih vozil.
Toda hkrati dajejo dobiček v številnih lastnostih, za nekoga, ki deluje kot glavne:
- poenostavitev sredstev, ki se uporabljajo za boj proti škodljivim emisijam motorjev z notranjim zgorevanjem;
- doseganje določene porabe goriva, čeprav je sporno;
- možnost gibanja na čisti električni vleki, kjer je uporaba motorjev z notranjim zgorevanjem prepovedana;
- dokaj preprosto povečanje deklarirane zmogljivosti;
- nezmožnost, za razliko od električnega avtomobila, ostati brez energije stran od električnega omrežja.
Vse slabosti so povezane z zapletenostjo tehnologije:
- potreba po usposobljenem osebju, posebej usposobljenem za delo s hibridi;
- povečanje mase vozila, ki tudi porabi gorivo;
- višja cena avtomobila;
- izguba električnih vozil zaradi ohranjanja motorja z notranjim zgorevanjem in vsega, kar je z njim povezano;
- še vedno premalo razvite tehnologije in pomanjkanje enotnega pristopa k oblikovanju;
- slaba prijaznost do okolja pri proizvodnji baterij in njihovem odstranjevanju.
Možno je, da se bo proizvodnja hibridov nadaljevala tudi po popolnem izginotju klasičnih avtomobilov.
A to se bo zgodilo le, če bo ustvarjen en sam kompakten, varčen in dobro voden motor na ogljikovodikovo gorivo, ki bo dober dodatek električnemu avtomobilu prihodnosti in bistveno povečal njegovo še vedno premajhno avtonomijo.
