Kā darbojas hibrīddzinējs, ekonomiska motora plusi un mīnusi
saturs
Hibrīdautomobiļu parādīšanās ir kļuvusi par piespiedu pasākumu autoražotājiem pārejā no iekšdedzes dzinējiem (ICE) ar ogļūdeņražu degvielu uz tīrākām spēkstacijām. Tehnoloģijas vēl nav ļāvušas izveidot pilnvērtīgu elektromobili, degvielas šūnu auto vai kādu citu no lielā teorētiski iespējamo autonomā transporta attīstības virzienu saraksta, un nepieciešamība jau ir nobriedusi.
Valdības sāka stingri ierobežot automobiļu rūpniecību ar vides prasībām, un patērētāji vēlējās redzēt kvalitatīvu soli uz priekšu, nevis vēl vienu mikroskopisku motora uzlabojumu, kas vairāk nekā gadsimtu pazīstams vienam no naftas pārstrādes produktiem.
Kuru automašīnu sauc par "hibrīdu"
Starpposma spēka agregāts sāka būt jau pārbaudītas iekšdedzes dzinēja konstrukcijas un viena vai vairāku elektromotoru kombinācija.
Vilces agregāta elektrisko daļu darbina ģeneratori, kas mehāniski savienoti ar gāzes dzinēju vai dīzeļdzinēju, akumulatori un rekuperācijas sistēma, kas atgriež piedziņai transportlīdzekļa bremzēšanas laikā izdalīto enerģiju.
Visas daudzās idejas praktiskās īstenošanas shēmas sauc par hibrīdiem.
Dažkārt ražotāji maldina klientus, izsaucot hibrīdsistēmas, kur elektrisko piedziņu izmanto tikai galvenā motora iedarbināšanai start-stop režīmā.
Tā kā nav savienojuma starp elektromotoriem un riteņiem un iespēju braukt ar elektrisko vilci, ir nekorekti šādas automašīnas attiecināt uz hibrīdiem.
Hibrīddzinēju darbības princips
Ar visu dizainu dažādību šādām mašīnām ir kopīgas iezīmes. Taču atšķirības no tehniskā viedokļa ir tik lielas, ka patiesībā tās ir dažādas automašīnas ar savām priekšrocībām un trūkumiem.
Ierīce
Katrā hibrīdā ietilpst:
- iekšdedzes dzinējs ar transmisiju, borta zemsprieguma elektroapgādes tīklu un degvielas tvertni;
- Vilces motori;
- uzglabāšanas baterijas, visbiežāk diezgan augstsprieguma, kas sastāv no virknē un paralēli savienotām baterijām;
- strāvas vadi ar augstsprieguma komutāciju;
- elektroniskie vadības bloki un borta datori.
Integrētās mehāniskās un elektriskās transmisijas visu darbības režīmu nodrošināšana parasti notiek automātiski, vadītājam tiek uzticēta tikai vispārējā satiksmes kontrole.
Darba shēmas
Elektriskās un mehāniskās detaļas iespējams savienot savā starpā dažādos veidos, laika gaitā ir izcēlušās iedibinātas specifiskas, bieži lietotas shēmas.
Tas neattiecas uz vēlāku piedziņas klasifikāciju pēc elektriskās vilces īpašās daļas kopējā enerģijas bilancē.
konsekventi
Pati pirmā shēma, loģiskākā, bet tagad automašīnās maz izmantota.
Tās galvenais uzdevums bija strādāt smagajā iekārtā, kur kompaktas elektriskās detaļas veiksmīgi nomainījušas apjomīgo mehānisko transmisiju, kuru arī ir ļoti grūti vadīt. Dzinējs, parasti dīzeļdzinējs, tiek noslogots tikai uz elektriskā ģeneratora un nav tieši savienots ar riteņiem.
Ģeneratora radīto strāvu var izmantot vilces akumulatora uzlādēšanai, un, kur tā nav nodrošināta, tā tiek nosūtīta tieši uz elektromotoriem.
Tie var būt viens vai vairāki, līdz uzstādīšanai uz katra automašīnas riteņa pēc tā saukto motorriteņu principa. Vilces spēku regulē jaudas elektriskais bloks, un iekšdedzes dzinējs var pastāvīgi darboties optimālākajā režīmā.
Paralēli
Šī shēma tagad ir visizplatītākā. Tajā elektromotors un iekšdedzes dzinējs strādā kopējai transmisijai, un elektronika regulē katras piedziņas optimālo enerģijas patēriņa attiecību. Abi dzinēji ir savienoti ar riteņiem.
Tiek atbalstīts rekuperācijas režīms, kad bremzēšanas laikā elektromotors pārvēršas par ģeneratoru un uzlādē akumulatoru. Kādu laiku automašīna var pārvietoties tikai ar uzlādi, galvenais iekšdedzes dzinējs ir klusināts.
Dažos gadījumos tiek izmantots ievērojamas ietilpības akumulators, kas aprīkots ar iespēju ārējai uzlādei no sadzīves maiņstrāvas tīkla vai specializētas uzlādes stacijas.
Kopumā akumulatoru loma šeit ir maza. Bet to pārslēgšana ir vienkāršota, bīstamas augstsprieguma ķēdes šeit nav vajadzīgas, un akumulatora masa ir daudz mazāka nekā elektriskajiem transportlīdzekļiem.
sajaukts
Elektriskās piedziņas tehnoloģiju un uzglabāšanas jaudas attīstības rezultātā ir palielinājusies elektromotoru loma vilces spēka veidošanā, kā rezultātā ir radušās vismodernākās sērijveida paralēlās sistēmas.
Šeit startēšana no vietas un kustība ar mazu ātrumu tiek veikta ar elektrisko vilci, un iekšdedzes dzinējs tiek pieslēgts tikai tad, kad nepieciešama liela jauda un kad akumulatori ir izlādējušies.
Abi motori var darboties piedziņas režīmā, un pārdomāts elektroniskais bloks izvēlas, kur un kā virzīt enerģijas plūsmas. Vadītājs var sekot tam grafiskajā informācijas displejā.
Tiek izmantots papildu ģenerators, tāpat kā virknē, kas var piegādāt enerģiju elektromotoriem vai uzlādēt akumulatoru. Bremzēšanas enerģija tiek rekuperēta caur vilces motora atpakaļgaitu.
Šādi ir sakārtoti daudzi mūsdienu hibrīdi, jo īpaši viens no pirmajiem un labi zināmajiem - Toyota Prius
Kā darbojas hibrīddzinējs pēc Toyota Prius piemēra
Šī automašīna tagad ir trešā paaudze un ir sasniegusi zināmu pilnības pakāpi, lai gan konkurējošie hibrīdi turpina palielināt dizainu sarežģītību un efektivitāti.
Piedziņas pamatā šeit ir sinerģijas princips, saskaņā ar kuru iekšdedzes dzinējs un elektromotors var piedalīties jebkurā kombinācijā, veidojot griezes momentu uz riteņiem. Viņu darba paralēlisms nodrošina sarežģītu planētu tipa mehānismu, kur jaudas plūsmas tiek sajauktas un caur diferenciāli pārnestas uz piedziņas riteņiem.
Iedarbināšanas un iedarbināšanas paātrinājumu veic elektromotors. Ja elektronika konstatē, ka ar tās iespējām nepietiek, tiek pieslēgts ekonomisks benzīna dzinējs, kas darbojas pēc Atkinsona cikla.
Parastajās automašīnās ar Otto motoriem šādu termisko ciklu nevar izmantot pārejošu apstākļu dēļ. Bet šeit tos nodrošina elektromotors.
Tukšgaitas režīms ir izslēgts, ja Toyota Prius automātiski iedarbina iekšdedzes dzinēju, tad tam uzreiz tiek atrasts darbs, lai palīdzētu paātrinājumā, uzlādētu akumulatoru vai nodrošinātu gaisa kondicionēšanu.
Pastāvīgi noslogojot un strādājot optimālā ātrumā, tas samazina benzīna patēriņu, atrodoties visizdevīgākajā ārējā ātruma raksturlīknes punktā.
Tradicionālā startera nav, jo šādu motoru var iedarbināt, tikai pagriežot to līdz ievērojamam ātrumam, ko dara reversīvais ģenerators.
Baterijām ir dažādas jaudas un sprieguma, vissarežģītākajā uzlādējamajā PHV versijā tie jau ir diezgan izplatīti elektriskajiem transportlīdzekļiem 350 volti pie 25 Ah.
Hibrīdu priekšrocības un trūkumi
Tāpat kā jebkurš kompromiss, hibrīdi ir zemāki par elektriskajiem transportlīdzekļiem un parastajiem klasiskajiem ar eļļu darbināmiem transportlīdzekļiem.
Bet tajā pašā laikā tie dod labumu vairākos īpašumos kādam, kas darbojas kā galvenie:
- iekšdedzes dzinēju kaitīgo emisiju apkarošanas līdzekļu vienkāršošana;
- panākt zināmu degvielas ekonomiju, lai cik strīdīgs tas būtu;
- iespēja pārvietoties ar tīru elektrisko vilci, kur iekšdedzes dzinēju izmantošana ir aizliegta;
- diezgan vienkāršs deklarētās jaudas pieaugums;
- neiespējamība, atšķirībā no elektromobiļa, palikt bez enerģijas prom no elektrotīkla.
Visi trūkumi ir saistīti ar tehnoloģiju sarežģītību:
- nepieciešamība pēc kompetenta personāla, kas ir īpaši apmācīts darbam ar hibrīdiem;
- transportlīdzekļa masas palielināšanās, kas arī patērē degvielu;
- augstāka automašīnas cena;
- zaudējumi elektriskajiem transportlīdzekļiem iekšdedzes dzinēja un visa ar to saistītā saglabāšanas dēļ;
- joprojām nepietiekami attīstītās tehnoloģijas un vienotas pieejas trūkums projektēšanā;
- slikta videi draudzīgums bateriju ražošanā un to iznīcināšanā.
Iespējams, ka hibrīdu ražošana turpināsies arī pēc klasisko automobiļu pilnīgas izzušanas.
Bet tas notiks tikai tad, ja tiks izveidots viens kompakts, ekonomisks un labi vadāms ogļūdeņražu degvielas dzinējs, kas būs labs papildinājums nākotnes elektromobilim, būtiski palielinot tā joprojām nepietiekamo autonomiju.
