Hur en hybridmotor fungerar, fördelarna och nackdelarna med en ekonomisk motor
Innehåll
Framväxten av hybridfordon har blivit en påtvingad åtgärd för biltillverkare i övergången från förbränningsmotorer (ICE) på kolvätebränslen till renare kraftverk. Tekniken har ännu inte tillåtit skapandet av en fullfjädrad elbil, en bränslecellsbil eller någon annan från en stor lista av teoretiskt möjliga riktningar för utvecklingen av autonom transport, och behovet har redan mognat.
Regeringar började kraftigt slå ner på bilindustrin med miljökrav, och konsumenterna ville se ett kvalitativt steg framåt, och inte ytterligare en mikroskopisk förbättring av en motor känd i mer än ett sekel på en av oljeraffineringsprodukterna.
Vilken bil kallas "hybrid"
Kraftenheten i mellansteget började vara en kombination av en redan beprövad design av en förbränningsmotor och en eller flera elmotorer.
Den elektriska delen av traktionsenheten drivs av generatorer som är mekaniskt anslutna till en gasmotor eller dieselmotor, batterier och ett återvinningssystem som återför energi som frigörs vid fordonsbromsning till drivningen.
Alla de många scheman för den praktiska implementeringen av idén kallas hybrider.
Ibland vilseleder tillverkare kunder genom att kalla hybridsystem där den elektriska drivningen endast används för att starta huvudmotorn i start-stopp-läge.
Eftersom det inte finns något samband mellan elmotorer och hjul och möjligheten att köra på elektrisk dragkraft är det felaktigt att hänföra sådana bilar till hybridbilar.
Principen för drift av hybridmotorer
Med alla olika konstruktioner har sådana maskiner gemensamma egenskaper. Men skillnaderna är så stora ur teknisk synvinkel att det i själva verket är olika bilar med sina för- och nackdelar.
anordning
Varje hybrid inkluderar:
- förbränningsmotor med dess transmission, ombord lågspänningsnätverk och bränsletank;
- dragmotorer;
- lagringsbatterier, oftast ganska högspänning, bestående av batterier kopplade i serie och parallellt;
- kraftledningar med högspänningsomkoppling;
- elektroniska styrenheter och omborddatorer.
För att säkerställa att alla driftsätt för en integrerad mekanisk och elektrisk transmission sker vanligtvis automatiskt, endast allmän trafikkontroll anförtros föraren.
Arbetsplaner
Det är möjligt att koppla de elektriska och mekaniska komponenterna till varandra på olika sätt, med tiden har väletablerade specifika, ofta använda scheman stuckit ut.
Detta gäller inte den senare klassificeringen av drivningen enligt den specifika andelen elektrisk dragkraft i den totala energibalansen.
konsekvent
Det allra första schemat, det mest logiska, men nu lite använt i bilar.
Dess huvudsakliga uppgift var att arbeta i tung utrustning, där kompakta elektriska komponenter framgångsrikt har ersatt en skrymmande mekanisk transmission, som också är mycket svår att kontrollera. Motorn, vanligtvis en dieselmotor, laddas uteslutande på en elektrisk generator och är inte direkt kopplad till hjulen.
Strömmen som genereras av generatorn kan användas för att ladda traktionsbatteriet, och där den inte tillhandahålls skickas den direkt till elmotorerna.
Det kan finnas en eller flera av dem, upp till installation på varje hjul på en bil enligt principen för de så kallade motorhjulen. Mängden dragkraft regleras av den elektriska enheten, och förbränningsmotorn kan ständigt arbeta i det mest optimala läget.
parallell
Detta schema är nu det vanligaste. I den arbetar elmotorn och förbränningsmotorn för en gemensam transmission, och elektroniken reglerar det optimala förhållandet mellan energiförbrukningen för var och en av drivenheterna. Båda motorerna är kopplade till hjulen.
Återställningsläget stöds när elmotorn under bromsning förvandlas till en generator och laddar ackumulatorbatteriet. Under en tid kan bilen bara röra sig på sin laddning, huvudförbränningsmotorn är dämpad.
I vissa fall används ett batteri med stor kapacitet, utrustat med möjlighet till extern laddning från ett hushållsnätverk eller en specialiserad laddstation.
Generellt sett är batteriernas roll här liten. Men deras omkoppling är förenklad, farliga högspänningskretsar behövs inte här, och batteriets massa är mycket mindre än för elfordon.
blandad
Som ett resultat av utvecklingen av elektrisk drivteknik och lagringskapacitet har elmotorernas roll för att skapa dragkraft ökat, vilket har lett till framväxten av de mest avancerade serieparallella systemen.
Här startar från stillastående och rör sig i låga hastigheter på elektrisk dragkraft, och förbränningsmotorn ansluts endast när hög effekt krävs och när batterierna är slut.
Båda motorerna kan arbeta i körläge och en genomtänkt elektronisk enhet väljer var och hur energiflödena ska riktas. Föraren kan följa detta på den grafiska informationsdisplayen.
En extra generator används, som i en seriekrets, som kan leverera energi till elmotorer eller ladda ett batteri. Bromsenergin återvinns genom baksidan av dragmotorn.
Det är så många moderna hybrider är arrangerade, i synnerhet en av de allra första och välkända - Toyota Prius
Hur fungerar en hybridmotor på exemplet med Toyota Prius
Denna bil är nu inne på sin tredje generation och har nått en viss grad av perfektion, även om konkurrerande hybrider fortsätter att öka komplexiteten och effektiviteten i design.
Grunden för drivningen här är synergiprincipen, enligt vilken en förbränningsmotor och en elmotor kan delta i vilken kombination som helst för att skapa vridmoment på hjulen. Parallellen i deras arbete ger en komplex mekanism av planetarisk typ, där kraftflödena blandas och överförs genom differentialen till drivhjulen.
Start och startacceleration utförs av en elmotor. Om elektroniken avgör att dess kapacitet inte räcker till, är en ekonomisk bensinmotor som arbetar på Atkinson-cykeln ansluten.
I konventionella bilar med Otto-motorer kan en sådan termisk cykel inte användas på grund av övergående förhållanden. Men här tillhandahålls de av en elmotor.
Tomgångsläget är uteslutet, om Toyota Prius automatiskt startar förbränningsmotorn, hittas det omedelbart arbete för den, för att hjälpa till med acceleration, ladda batteriet eller tillhandahålla luftkonditionering.
Genom att ständigt ha en last och arbeta med optimal hastighet, minimerar den bensinförbrukningen, och är på den mest fördelaktiga punkten av dess yttre hastighetskarakteristik.
Det finns ingen traditionell startmotor, eftersom en sådan motor bara kan startas genom att snurra den till en betydande hastighet, vilket är vad en reversibel generator gör.
Batterier har olika kapacitet och spänningar, i den mest komplexa uppladdningsbara versionen av PHV är dessa redan ganska vanliga för elfordon 350 volt vid 25 Ah.
Fördelar och nackdelar med hybrider
Som alla kompromisser är hybrider sämre än rena elfordon och de vanliga klassiska oljedrivna.
Men samtidigt ger de en vinst i ett antal fastigheter, för någon som fungerar som de viktigaste:
- förenkling av de medel som används för att bekämpa skadliga utsläpp från förbränningsmotorer;
- uppnå viss bränsleekonomi, hur ifrågasatt det än är;
- möjligheten till rörelse på ren elektrisk dragkraft där användning av förbränningsmotorer är förbjuden;
- en ganska enkel ökning av den deklarerade kapaciteten;
- omöjligheten att, till skillnad från en elbil, förbli utan energi borta från elnätet.
Alla nackdelar är förknippade med teknikens komplikation:
- behovet av kompetent personal som är speciellt utbildad för att arbeta med hybrider;
- en ökning av fordonets massa, som också förbrukar bränsle;
- högre pris på bilen;
- förlust av elfordon på grund av bevarandet av förbränningsmotorn och allt som är kopplat till den;
- fortfarande otillräckligt utvecklad teknik och avsaknaden av ett enhetligt tillvägagångssätt för design;
- dålig miljövänlighet vid tillverkning av batterier och kassering av dem.
Det är möjligt att produktionen av hybrider kommer att fortsätta efter att klassiska bilar helt försvunnit.
Men detta kommer bara att hända om en enda kompakt, ekonomisk och välkontrollerad kolvätebränslemotor skapas, vilket kommer att vara ett bra komplement till framtidens elbil, vilket avsevärt ökar dess fortfarande otillräckliga autonomi.
