Kako radi hibridni motor, prednosti i nedostaci ekonomičnog motora
sadržaj
Pojava hibridnih vozila postala je prisilna mjera proizvođača automobila u prijelazu s motora s unutarnjim izgaranjem (ICE) na ugljikovodična goriva na čistije elektrane. Tehnologija još nije dopustila stvaranje punopravnog električnog automobila, automobila na gorive ćelije ili bilo kojeg drugog s velikog popisa teoretski mogućih pravaca razvoja autonomnog prometa, a potreba je već sazrela.
Vlade su počele snažno suzbiti automobilsku industriju ekološkim zahtjevima, a potrošači su željeli vidjeti kvalitativni iskorak, a ne još jedno mikroskopsko poboljšanje motora poznatog više od stoljeća na jednom od proizvoda za rafiniranje nafte.
Koji se auto zove "hibrid"
Pogonska jedinica srednje faze počela je biti kombinacija već dokazanog dizajna motora s unutarnjim izgaranjem i jednog ili više elektromotora.
Električni dio vučne jedinice napajaju generatori mehanički spojeni na plinski ili dizel motor, baterije i sustav za oporavak koji energiju oslobođenu tijekom kočenja vozila vraća u pogon.
Sve brojne sheme za praktičnu provedbu ideje nazivaju se hibridima.
Ponekad proizvođači obmanjuju kupce nazivajući hibridne sustave u kojima se električni pogon koristi samo za pokretanje glavnog motora u start-stop načinu rada.
Budući da ne postoji veza između elektromotora i kotača te mogućnosti vožnje na električnu vuču, netočno je takve automobile pripisivati hibridnim.
Princip rada hibridnih motora
Uz svu raznolikost dizajna, takvi strojevi imaju zajedničke značajke. Ali razlike su toliko velike s tehničkog gledišta da su zapravo različiti automobili sa svojim prednostima i nedostacima.
uređaj
Svaki hibrid uključuje:
- motor s unutarnjim izgaranjem sa svojim prijenosom, ugradnom niskonaponskom mrežom napajanja i spremnikom goriva;
- vučni motori;
- akumulatorske baterije, najčešće visokonaponske, koje se sastoje od serijski i paralelno spojenih baterija;
- ožičenje napajanja s visokonaponskim prebacivanjem;
- elektroničke upravljačke jedinice i putna računala.
Osiguravanje svih načina rada integriranog mehaničkog i električnog prijenosa obično se događa automatski, samo je opća kontrola prometa povjerena vozaču.
Sheme rada
Električne i mehaničke komponente moguće je međusobno povezati na različite načine, s vremenom su se istaknule dobro uhodane specifične, često korištene sheme.
To se ne odnosi na kasniju klasifikaciju pogona prema specifičnom udjelu električne vuče u ukupnoj energetskoj bilanci.
dosljedan
Prva shema, najlogičnija, ali sada malo korištena u automobilima.
Njegov glavni zadatak bio je rad u teškoj opremi, gdje su kompaktne električne komponente uspješno zamijenile glomazni mehanički prijenos, koji je također vrlo teško kontrolirati. Motor, obično dizelski motor, opterećen je isključivo na električni generator i nije izravno povezan s kotačima.
Struja koju generiše generator može se koristiti za punjenje vučne baterije, a gdje nije osigurana, šalje se izravno na elektromotore.
Može ih biti jedan ili više, do ugradnje na svaki kotač automobila po principu tzv. motornih kotača. Količina potiska regulirana je električnom jedinicom snage, a motor s unutarnjim izgaranjem može stalno raditi u najoptimalnijem načinu rada.
paralelno
Ova shema je sada najčešća. U njemu elektromotor i motor s unutarnjim izgaranjem rade za zajednički prijenos, a elektronika regulira optimalni omjer potrošnje energije svakog od pogona. Oba motora su spojena na kotače.
Podržan je način rekuperacije, kada se tijekom kočenja električni motor pretvara u generator i puni akumulatorsku bateriju. Neko vrijeme automobil se može kretati samo na svom punjenju, glavni motor s unutarnjim izgaranjem je prigušen.
U nekim slučajevima koristi se baterija značajnog kapaciteta, opremljena mogućnošću vanjskog punjenja iz kućne AC mreže ili specijalizirane stanice za punjenje.
Općenito, uloga baterija ovdje je mala. Ali njihovo prebacivanje je pojednostavljeno, opasni visokonaponski krugovi ovdje nisu potrebni, a masa baterije je mnogo manja od one u električnim vozilima.
mješoviti
Kao rezultat razvoja tehnologije električnih pogona i kapaciteta skladištenja, uloga elektromotora u stvaranju vučnog napora porasla je, što je dovelo do pojave najnaprednijih serijsko-paralelnih sustava.
Ovdje se polazak iz mjesta i kretanje pri malim brzinama izvode na električnu vuču, a motor s unutarnjim izgaranjem se spaja samo kada je potrebna velika snaga i kada su baterije istrošene.
Oba motora mogu raditi u pogonskom režimu, a dobro promišljena elektronička jedinica bira kamo i kako će usmjeravati tokove energije. Vozač to može pratiti na grafičkom informacijskom zaslonu.
Koristi se dodatni generator, kao u serijskom krugu, koji može opskrbljivati energijom elektromotore ili puniti bateriju. Energija kočenja se rekuperira kroz rikverc vučnog motora.
Tako su uređeni mnogi moderni hibridi, a posebno jedan od prvih i poznatih - Toyota Prius
Kako radi hibridni motor na primjeru Toyote Prius
Ovaj automobil je sada u svojoj trećoj generaciji i dosegao je određeni stupanj savršenstva, iako konkurentski hibridi nastavljaju povećavati složenost i učinkovitost dizajna.
Osnova pogona ovdje je princip sinergije, prema kojem motor s unutarnjim izgaranjem i elektromotor mogu sudjelovati u bilo kojoj kombinaciji u stvaranju okretnog momenta na kotačima. Paralelnost njihovog rada osigurava složeni mehanizam planetarnog tipa, gdje se tokovi snage miješaju i prenose kroz diferencijal na pogonske kotače.
Kretanje i startno ubrzanje izvodi se elektromotorom. Ako elektronika utvrdi da njezine mogućnosti nisu dovoljne, spaja se ekonomični benzinski motor koji radi po Atkinsonovom ciklusu.
U konvencionalnim automobilima s Otto motorima takav se toplinski ciklus ne može koristiti zbog prolaznih uvjeta. Ali ovdje ih osigurava električni motor.
Način mirovanja je isključen, ako Toyota Prius automatski pokreće motor s unutarnjim izgaranjem, tada se odmah nađe posao za njega, da pomogne u ubrzanju, napuni bateriju ili osigura klima uređaj.
Konstantno ima opterećenje i radi pri optimalnoj brzini, minimizira potrošnju benzina, nalazeći se na najpovoljnijoj točki svoje vanjske karakteristike brzine.
Ne postoji tradicionalni starter, budući da se takav motor može pokrenuti samo okretanjem do značajne brzine, što radi reverzibilni generator.
Baterije imaju različite kapacitete i napone, u najsloženijoj punjivoj verziji PHV-a, već su uobičajene za električna vozila 350 volti na 25 Ah.
Prednosti i nedostaci hibrida
Kao i svaki kompromis, hibridi su inferiorni u odnosu na čista električna vozila i uobičajena klasična uljna vozila.
Ali u isto vrijeme daju dobit u nizu svojstava, za nekoga tko djeluje kao glavni:
- pojednostavljenje sredstava koja se koriste za suzbijanje štetnih emisija motora s unutarnjim izgaranjem;
- postizanje određene uštede goriva, koliko god sporno;
- mogućnost kretanja na čistoj električnoj vuči gdje je zabranjena uporaba motora s unutarnjim izgaranjem;
- prilično jednostavno povećanje deklariranog kapaciteta;
- nemogućnost, za razliku od električnog automobila, ostati bez energije daleko od električne mreže.
Svi nedostaci povezani su s kompliciranjem tehnologije:
- potreba za kompetentnim osobljem posebno osposobljenim za rad s hibridima;
- povećanje mase vozila, koje također troši gorivo;
- viša cijena automobila;
- gubitak električnih vozila zbog očuvanja motora s unutarnjim izgaranjem i svega što je s njim povezano;
- još uvijek nedovoljno razvijene tehnologije i nedostatak jedinstvenog pristupa dizajnu;
- loša ekološka prihvatljivost u proizvodnji baterija i njihovom zbrinjavanju.
Moguće je da će se proizvodnja hibrida nastaviti nakon potpunog nestanka klasičnih automobila.
No, to će se dogoditi samo ako se stvori jedan kompaktan, ekonomičan i dobro kontroliran motor na ugljikovodično gorivo, koji će biti dobar dodatak električnom automobilu budućnosti, značajno povećavajući njegovu još uvijek nedovoljnu autonomiju.
