Co to jest hybrydowy system samochodowy?
Zawartość
Ostatnio pojazdy o napędzie elektrycznym zyskały dużą popularność. Jednak w pełni rozwinięte samochody elektryczne mają znaczną wadę - niewielką rezerwę mocy bez ładowania. Z tego powodu wielu wiodących producentów samochodów wyposaża niektóre swoje modele w systemy hybrydowe.
W rzeczywistości samochód hybrydowy to pojazd, którego główną jednostką napędową jest silnik spalinowy, ale jest on wzmocniony przez układ elektryczny z jednym lub więcej silnikami elektrycznymi i dodatkowym akumulatorem.
Do tej pory stosuje się kilka kategorii hybryd. Niektóre tylko pomagają ICE na starcie, inne pozwalają jeździć za pomocą trakcji elektrycznej. Rozważ cechy takich elektrowni: jaka jest ich różnica, jak działają, a także główne zalety i wady hybryd.
Historia silnika hybrydowego
Pomysł stworzenia samochodów hybrydowych (lub skrzyżowania klasycznego samochodu z samochodem elektrycznym) wynika ze wzrostu ceny paliwa, zaostrzenia standardów emisji spalin i zapewnienia większego komfortu podczas jazdy.
Rozwój elektrowni mieszanej został po raz pierwszy podjęty przez francuską firmę Parisienne de voitures electriques. Jednak pierwszym wykonalnym samochodem hybrydowym było stworzenie Ferdinanda Porsche. W elektrowni Lohner Electric Chaise silnik spalinowy służył jako generator energii elektrycznej, z którego działały dwa przednie silniki elektryczne (montowane bezpośrednio na kołach).
Pojazd został zaprezentowany publicznie w 1901 roku. W sumie sprzedano około 300 egzemplarzy takich samochodów. Model okazał się bardzo praktyczny, ale drogi w produkcji, więc zwykły kierowca nie mógł sobie pozwolić na taki pojazd. Co więcej, w tym czasie pojawił się tańszy i nie mniej praktyczny samochód, opracowany przez projektanta Henry'ego Forda.
Klasyczne agregaty benzynowe zmuszały deweloperów przez wiele dziesięcioleci do porzucenia pomysłu tworzenia hybryd. Zainteresowanie zielonym transportem wzrosło wraz z uchwaleniem amerykańskiej ustawy o promocji obywatelskiej. Został przyjęty w 1960 roku.
Przez przypadek światowy kryzys naftowy wybuchł w 1973 roku. Jeśli prawo USA nie zachęcało producentów do myślenia o opracowaniu niedrogich ekologicznych samochodów, kryzys zmusił ich do tego.
Pierwszy pełnoprawny układ hybrydowy, którego podstawowa zasada jest nadal stosowana, został opracowany przez TRW w 1968 roku. Zgodnie z koncepcją, wraz z silnikiem elektrycznym można było zastosować ICE o mniejszej objętości, ale jednocześnie moc maszyny nie została utracona, a praca stała się znacznie płynniejsza.
Przykładem pełnoprawnego samochodu hybrydowego jest GM 512 Hybrid. Pracował na silniku elektrycznym, który przyspieszył pojazd do 17 km / h. Przy tej prędkości uruchomiono silnik spalinowy, zwiększając wydajność systemu, dzięki czemu prędkość samochodu wzrosła do 21 km / h. Jeśli trzeba było jechać szybciej, silnik elektryczny był wyłączany, a samochód już przyspieszał na silniku benzynowym. Ograniczenie prędkości wynosiło 65 km / h.
VW Taxi Hybrid - kolejny udany egzemplarz samochodu hybrydowego, został zaprezentowany publiczności w 1973 roku.
Do tej pory producenci samochodów starali się doprowadzić systemy hybrydowe i w pełni elektryczne do poziomu, który sprawiłby, że będą konkurencyjne w porównaniu z klasycznymi ICE. Chociaż tak się jeszcze nie stało, wiele inwestycji zwróciło miliardy dolarów wydanych na ich rozwój.
Na początku trzeciego tysiąclecia ludzkość zobaczyła nowość o nazwie Toyota Prius. Pomysł japońskiego producenta stał się synonimem koncepcji „samochodu hybrydowego”. Wiele nowoczesnych rozwiązań zostało zapożyczonych z tego rozwoju. Do tej pory powstała duża liczba modyfikacji połączonych instalacji, co pozwala kupującemu wybrać dla siebie najlepszą opcję.
Zasada działania samochodów hybrydowych
Nie należy mylić silnika hybrydowego z samochodem w pełni elektrycznym. W niektórych przypadkach wymagana jest instalacja elektryczna. Na przykład w trybie miejskim, gdy samochód jest w ruchu, użycie silnika spalinowego wewnętrznego spalania prowadzi do jego przegrzania, a także do wzrostu zanieczyszczenia powietrza. W takich sytuacjach aktywowana jest instalacja elektryczna.
Z założenia hybryda składa się z:
- Główny zasilacz. To jest silnik benzynowy lub wysokoprężny.
- Silnik elektryczny. W zależności od modyfikacji może być ich kilka. Zgodnie z zasadą działania mogą być również inne. Niektóre z nich mogą być na przykład używane jako dodatkowy napęd kół, podczas gdy inne mogą służyć jako asystent silnika przy uruchamianiu maszyny z miejsca.
- Dodatkowa bateria. W niektórych samochodach ma małą pojemność, której rezerwa energii wystarcza do aktywacji na krótki okres instalacji elektrycznej. W innych akumulator ten ma dużą pojemność, dzięki czemu pojazdy mogą swobodnie przemieszczać się z prądu.
- Elektroniczny system kontroli. Złożone czujniki monitorują pracę silnika spalinowego i analizują zachowanie maszyny, na podstawie której silnik elektryczny jest włączany / wyłączany.
- Falownik. Jest to konwerter niezbędnej energii pochodzącej z akumulatora na trójfazowy silnik elektryczny. Ten element również rozkłada obciążenie na różne węzły w zależności od modyfikacji instalacji.
- Generator. Bez tego mechanizmu nie jest możliwe doładowanie pierwotnej lub wtórnej baterii. Jak w zwykłych samochodach, generator napędzany jest silnikiem spalinowym.
- Systemy rekuperacji. Większość współczesnych hybryd jest wyposażona w taki system. „Zbiera” dodatkową energię z takich elementów samochodu, jak układ hamulcowy i podwozie (gdy samochód jedzie na wybiegu, na przykład ze wzgórza, przetwornik zbiera uwolnioną energię do akumulatora).
Jednostki napędowe instalacji hybrydowej mogą pracować zarówno indywidualnie, jak i parami.
Schematy pracy
Istnieje kilka udanych schematów operacji hybrydowych. Istnieją trzy główne:
- sekwencyjny;
- równolegle;
- szeregowo-równoległy.
Obwód sekwencyjny
W takim przypadku silnik spalinowy jest wykorzystywany jako generator energii elektrycznej do pracy silników elektrycznych. W rzeczywistości silnik benzynowy lub wysokoprężny nie ma bezpośredniego połączenia z przekładnią samochodu.
Ten system pozwala instalować silniki o niskiej mocy i małej objętości w komorze silnika. Ich głównym zadaniem jest obsługa generatora napięcia.
Takie samochody są często wyposażone w system odzyskiwania, dzięki któremu energia mechaniczna i kinetyczna jest przekształcana w prąd elektryczny w celu doładowania akumulatora. W zależności od wielkości akumulatora samochód może pokonać określoną odległość wyłącznie przy użyciu napędu elektrycznego bez silnika spalinowego.
Najbardziej znanym przykładem tej kategorii hybryd jest Chevrolet Volt. Można go ładować jak zwykły samochód elektryczny, ale dzięki silnikowi benzynowemu zasięg znacznie się zwiększa.
Obwód równoległy
W instalacjach równoległych silnik spalinowy i silnik elektryczny są sparowane. Zadaniem silnika elektrycznego jest zmniejszenie obciążenia jednostki głównej, co prowadzi do znacznych oszczędności paliwa.
Jeśli odłączysz silnik od skrzyni biegów, maszyna będzie w stanie pokonać pewną odległość od trakcji elektrycznej. Ale głównym zadaniem części elektrycznej jest zapewnienie płynnego przyspieszenia pojazdu. Główną jednostką napędową w takich modyfikacjach jest silnik benzynowy (lub wysokoprężny).
Gdy samochód zwalnia lub zjeżdża z silnika spalinowego, silnik elektryczny działa jak generator doładowania akumulatora. Dzięki pracy silnika spalinowego w takich samochodach akumulator wysokonapięciowy nie jest wymagany.
W przeciwieństwie do sekwencyjnych hybryd, jednostki te charakteryzują się wyższym zużyciem paliwa, ponieważ silnik elektryczny nie jest używany jako osobna jednostka napędowa. W niektórych modelach, takich jak BMW 350E iPerformance, silnik elektryczny jest zintegrowany ze skrzynią biegów.
Cechą tego schematu pracy jest wysoki wskaźnik momentu obrotowego przy niskich prędkościach wału korbowego.
Szeregowy obwód równoległy
Ten schemat został opracowany przez japońskich inżynierów. Nazywa się HSD (Hybrid Synergy Drive). W rzeczywistości łączy funkcje pierwszych dwóch rodzajów pracy elektrowni.
Gdy samochód musi się uruchomić lub poruszać powoli w toffi, włącza się silnik elektryczny. Aby oszczędzać energię przy dużej prędkości, podłączany jest silnik benzynowy lub wysokoprężny (w zależności od modelu pojazdu).
Jeśli potrzebujesz gwałtownego przyspieszenia (na przykład podczas wyprzedzania) lub samochód podjeżdża pod górę, elektrownia pracuje w trybie równoległym - silnik elektryczny wspomaga silnik spalinowy, co zmniejsza jego obciążenie, a tym samym oszczędza zużycie paliwa.
Połączenie planetarne samochodowego silnika spalinowego przenosi część mocy na główną przekładnię przekładni, a część na generator w celu naładowania akumulatora lub napędu elektrycznego. W takim schemacie instalowane są skomplikowane układy elektroniczne, które rozdzielają energię zgodnie z sytuacją.
Najbardziej znanym przykładem hybrydy z szeregowo-równoległym układem napędowym jest Toyota Prius. Jednak niektóre modyfikacje znanych modeli japońskich otrzymały już takie instalacje. Przykładem tego jest Toyota Camry, Toyota Highlander Hybrid, Lexus LS 600h. Ta technologia została również zakupiona przez niektóre amerykańskie koncerny. Na przykład rozwój ten znalazł drogę do Forda Escape Hybrid.
Rodzaje hybrydowych agregatów
Wszystkie hybrydowe układy napędowe są podzielone na trzy typy:
- miękka hybryda;
- średnia hybryda;
- pełna hybryda.
Każdy z nich ma swoją funkcję, a także unikalne cechy.
Micro Hybrid Powertrain
Takie elektrownie są często wyposażone w system odzyskiwania, dzięki czemu energia kinetyczna jest przekształcana w energię elektryczną i zwracana do akumulatora.
Mechanizm napędowy w nich jest rozrusznikiem (może również służyć jako generator). W takich instalacjach nie ma elektrycznego napędu na koła. Schemat służy do częstego uruchamiania ICE.
Hybrydowy układ napędowy
Takie samochody również nie poruszają się z powodu silnika elektrycznego. W tym przypadku silnik elektryczny służy jako pomocnik głównego zespołu napędowego przy rosnącym obciążeniu.
Takie systemy są również wyposażone w system odzyskiwania, zbierający darmową energię z powrotem do akumulatora. Średnie jednostki hybrydowe zapewniają większą wydajność silnika cieplnego.
W pełni hybrydowy układ napędowy
W takich instalacjach znajduje się generator dużej mocy, napędzany silnikiem spalinowym. System włącza się przy niskich prędkościach pojazdu.
Skuteczność systemu przejawia się w obecności funkcji Start / Stop, gdy samochód powoli porusza się w ruchu ulicznym, ale na światłach należy gwałtownie przyspieszyć. Cechą pełnej instalacji hybrydowej jest możliwość wyłączenia silnika spalinowego (sprzęgło jest wyłączone) i włączenia silnika elektrycznego.
Klasyfikacja elektryfikacyjna
W dokumentacji technicznej lub w nazwie modelu samochodu mogą pojawić się następujące terminy:
- mikrohybryd;
- miękka hybryda;
- pełna hybryda;
- hybryd plug-in.
Mikrohybryd
W takich samochodach zainstalowany jest konwencjonalny silnik. Nie mają napędu elektrycznego. Takie układy są albo wyposażone w funkcję „start / stop”, albo są wyposażone w układ hamulcowy z odzyskiwaniem energii (podczas hamowania następuje dodatkowe ładowanie akumulatora).
Niektóre modele są wyposażone w oba systemy. Niektórzy eksperci uważają, że taki transport nie jest uważany za transport hybrydowy, ponieważ wykorzystuje on tylko agregat benzynowy lub wysokoprężny bez integracji z elektrycznym układem napędowym.
Miękka hybryda
Takie samochody również nie poruszają się z powodu prądu. Używają również silnika cieplnego, jak w poprzedniej kategorii. Z jednym wyjątkiem silnik spalinowy jest wspierany przez instalację elektryczną.
W takich modelach nie ma koła zamachowego. Jego funkcję pełni elektryczny rozrusznik-generator. Układ elektryczny zwiększa zwrot silnika małej mocy przy gwałtownym przyspieszeniu.
Pełna hybryda
Przez te pojazdy rozumie się pojazdy zdolne do pokonywania określonej odległości na trakcji elektrycznej. W takich modelach można zastosować dowolny ze wspomnianych powyżej schematów połączeń.
Takie hybrydy nie są ładowane z sieci. Akumulator jest uzupełniany energią dzięki pracy układu odzysku energii i generatora. Odległość, którą można pokonać na jednym ładowaniu, zależy od pojemności akumulatora.
Hybrydy plug-in
Takie samochody mogą funkcjonować jako samochód elektryczny lub pracować z silnikiem spalinowym. Dzięki połączeniu dwóch elektrowni zapewnia przyzwoitą oszczędność paliwa.
Ponieważ fizycznie niemożliwe jest zainstalowanie akumulatora wolumetrycznego (w pojazdach elektrycznych zastępuje on zbiornik gazu), taka hybryda może pokonać do 50 km na jednym ładowaniu bez ładowania.
Zalety i wady samochodów hybrydowych
Obecnie hybrydę można uznać za przejściowe połączenie silnika cieplnego z przyjaznym dla środowiska analogiem elektrycznym. Chociaż ostateczny cel nie został jeszcze osiągnięty, dzięki wprowadzeniu nowoczesnych innowacyjnych rozwiązań istnieje pozytywny trend w rozwoju pojazdów elektrycznych.
Ponieważ hybrydy są opcją przejściową, mają zarówno pozytywne, jak i negatywne punkty. Do zalet należą:
- Oszczędność paliwa. W zależności od schematu działania pary mocy wskaźnik ten może wzrosnąć do 30% lub więcej.
- Ładowanie bez korzystania z gniazdka elektrycznego. Było to możliwe dzięki systemowi odzyskiwania energii kinetycznej. Chociaż pełne naładowanie nie występuje, jeśli inżynierowie mogą poprawić konwersję, samochody elektryczne przestaną w ogóle potrzebować gniazdka.
- Możliwość zainstalowania silnika o mniejszej objętości i mocy.
- Dystrybucja paliwa jest znacznie bardziej ekonomiczna niż mechanika.
- Silnik przegrzewa się mniej, a paliwo zużywa się podczas jazdy w korkach.
- Połączenie silników benzynowych / Diesla i elektrycznych pozwala kontynuować jazdę, jeśli akumulator o dużej mocy jest rozładowany.
- Dzięki działaniu silnika elektrycznego silnik spalinowy może pracować bardziej stabilnie i mniej głośno.
Rośliny hybrydowe mają również przyzwoitą listę wad:
- Bateria staje się bezużyteczna szybciej z powodu dużej liczby cykli ładowania / rozładowania (nawet w miękkich systemach hybrydowych);
- Akumulator jest często całkowicie rozładowany;
- Części do takich samochodów są dość drogie;
- Samodzielna naprawa jest prawie niemożliwa, ponieważ wymaga zaawansowanego sprzętu elektronicznego;
- W porównaniu z modelami na gaz lub olej napędowy hybrydy kosztują kilka tysięcy dolarów więcej;
- Regularna konserwacja jest droższa;
- Zaawansowana elektronika wymaga starannego obchodzenia się, a występujące błędy mogą czasem zakłócać długą podróż;
- Trudno jest znaleźć specjalistę, który mógłby odpowiednio skonfigurować pracę elektrowni. Z tego powodu musisz skorzystać z usług drogich profesjonalnych pracowni;
- Baterie nie tolerują znacznych wahań temperatury i same się rozładowują.
- Pomimo przyjazności dla środowiska podczas pracy silnika elektrycznego, produkcja i utylizacja akumulatorów silnie zanieczyszcza środowisko.
Aby samochody hybrydowe i elektryczne mogły konkurować z silnikami spalinowymi, konieczna jest poprawa źródeł energii (aby gromadziły więcej energii, ale jednocześnie nie były bardzo obszerne), a także szybkie systemy ładowania bez szkody dla akumulatora.
Pytania i odpowiedzi:
Co to jest pojazd hybrydowy? To pojazd, w którym w jego ruchu uczestniczy więcej niż jedna jednostka napędowa. W zasadzie jest to mieszanka samochodu elektrycznego i samochodu z klasycznym silnikiem spalinowym.
Jaka jest różnica między samochodem hybrydowym a konwencjonalnym? Samochód hybrydowy ma zalety auta elektrycznego (cicha praca silnika i jazda bez użycia paliwa), jednak gdy poziom naładowania akumulatora spada, włącza się główny agregat napędowy (benzyna).
