Mi az a hibrid járműrendszer?
Tartalom
Az utóbbi időben egyre népszerűbbek az elektromos járművek. A teljes értékű elektromos járműveknek azonban jelentős hátrányuk van - kis teljesítménytartalék újratöltés nélkül. Emiatt számos vezető autógyártó egyes modelljeit hibrid egységekkel szereli fel.
Alapvetően a hibrid autó olyan jármű, amelynek fő erőátvitele belső égésű motor, de egy vagy több villanymotorral és kiegészítő akkumulátorral ellátott elektromos rendszer hajtja.
Manapság a hibridek több kategóriáját használják. Egyesek csak a kezdetektől segítik a belső égésű motort, mások megengedik, hogy elektromos vontatással közlekedjenek. Vegye figyelembe az ilyen erőművek jellemzőit: mi a különbség, hogyan működnek, valamint a hibridek fő előnyeit és hátrányait.
A hibrid motorok története
A hibrid autó (vagy a klasszikus autó és az elektromos autó kereszteződése) létrehozásának ötletét az üzemanyagárak emelkedése, a járművek szigorúbb kibocsátási normái és a nagyobb vezetési kényelem vezérli.
A vegyes erőmű fejlesztését először a francia Parisienne de voitures electriques cég vállalta. Az első működőképes hibrid autó azonban a Ferdinand Porsche megalkotása volt. A Lohner Electric Chaise erőműben a belső égésű motor szolgált áramfejlesztőként, amely az első két elektromos motort (közvetlenül a kerekekre szerelve) hajtotta.
A járművet 1901-ben mutatták be a nagyközönségnek. Összesen mintegy 300 példányban adtak el ilyen autókat. A modell nagyon praktikusnak bizonyult, de gyártása drága, ezért egy ilyen jármű nem lehet megfizethető egy hétköznapi autórajongó számára. Sőt, abban az időben egy olcsóbb és nem kevésbé praktikus autó jelent meg, amelyet a tervező Henry Ford fejlesztett ki.
A klasszikus benzinmotorok arra kényszerítették a fejlesztőket, hogy hosszú évtizedekig felhagyjanak a hibridek létrehozásának gondolatával. Az Egyesült Államok elektromos közlekedési promóciós törvényének elfogadásával megnőtt az érdeklődés a zöld közlekedés iránt. 1960-ban fogadták el.
Véletlenül, 1973-ban kitört az olaj világválsága. Ha az amerikai törvények nem ösztönzik a gyártókat arra, hogy gondolkodjanak megfizethető, környezetbarát autók fejlesztésén, akkor a válság erre kényszerítette őket.
Az első teljes hibrid rendszert, amelynek alapelvét a mai napig alkalmazzák, a TRW fejlesztette ki 1968-ban. A koncepció szerint az elektromos motorral együtt lehetőség volt kisebb belső égésű motor használatára is, de a gép ereje nem veszett el, és a munka sokkal gördülékenyebbé vált.
A teljes értékű hibrid járműre példa a GM 512 Hybrid. Elektromos motor hajtotta, amely 17 km / h-ra gyorsította a járművet. Ennél a sebességnél aktiválódott a belső égésű motor, fokozva a rendszer teljesítményét, ami miatt az autó sebessége 21 km / h-ra nőtt. Ha szükség volt gyorsabb haladásra, az elektromos motort kikapcsolták, és az autót már a benzinmotoron felgyorsították. A sebességkorlátozás 65 km / h volt.
A VW Taxi Hybrid, egy másik sikeres hibrid autó 1973-ban került a nyilvánosság elé.
Eddig az autógyártók megpróbálják olyan szintre hozni a hibrid és teljesen elektromos rendszereket, amelyek versenyképessé tennék őket a klasszikus belső égésű motorokhoz képest. Bár ez még nem történt meg, sok fejlesztés igazolta a fejlesztésükre költött dollármilliárdokat.
A harmadik évezred kezdetével az emberiség látta a Toyota Prius nevű újdonságot. A japán gyártó ötlete a "hibrid autó" fogalmának szinonimájává vált. Ebből a fejlesztésből sok modern fejlesztés kölcsönözhető. A mai napig a kombinált telepítések nagyszámú módosítását hozták létre, ami lehetővé teszi a vevő számára, hogy kiválassza a legjobb opciót.
Hogyan működnek a hibrid autók
Ne keverje össze a hibrid motort egy teljesen elektromos járművel. Bizonyos esetekben az elektromos szerelésről van szó. Például városi üzemmódban, amikor az autó forgalmi dugóban van, a belső égésű motor használata a motor túlmelegedéséhez, valamint fokozott légszennyezéshez vezet. Ilyen esetekben az elektromos szerelés aktiválódik.
Tervezés szerint a hibrid a következőkből áll:
- A fő tápegység. Ez egy benzin vagy dízelmotor.
- Elektromos motor. A módosítástól függően több is lehet belőlük. A cselekvés elve alapján különbözőek is lehetnek. Például egyesek a kerekek kiegészítő meghajtásaként, mások pedig a motor segédjeként használhatók, amikor az autót álló helyzetből indítják.
- Extra akkumulátor. Egyes autókban kicsi a kapacitása, amelynek energiatartalma elegendő ahhoz, hogy rövid időre aktiválja az elektromos berendezést. Más esetekben ez az akkumulátor nagy kapacitással rendelkezik, így a járművek szabadon mozoghatnak az áramtól.
- Elektronikus vezérlőrendszer. Kifinomult érzékelők figyelik a belső égésű motor működését és elemzik a gép viselkedését, amely alapján az elektromos motort be- / kikapcsolják.
- Inverter. Ez az akkumulátorból egy háromfázisú villanymotorhoz szükséges energia átalakítója. Ez az elem a terhelést különböző csomópontokra is elosztja, a telepítés módosításától függően.
- Generátor. E mechanizmus nélkül lehetetlen feltölteni a fő- vagy kiegészítő akkumulátort. A hagyományos autókhoz hasonlóan a generátort a belső égésű motor hajtja.
- Hővisszanyerő rendszerek. A legtöbb modern hibrid ilyen rendszerrel van felszerelve. További energiát "gyűjt" az autó olyan alkatrészeiről, mint a fékrendszer és az alváz (amikor az autó halad, például egy dombról, az átalakító a felszabadult energiát az akkumulátorba gyűjti).
A hibrid hajtásláncok külön-külön vagy párban működtethetők.
A munka sémái
Számos sikeres hibrid létezik. Három fő van:
- következetes;
- párhuzamos;
- soros-párhuzamos.
Soros áramkör
Ebben az esetben a belső égésű motort áramfejlesztőként használják az elektromos motorok működéséhez. Valójában egy benzin- vagy dízelmotor nincs közvetlen kapcsolatban az autó sebességváltójával.
Ez a rendszer lehetővé teszi kis teljesítményű, kis térfogatú motorok telepítését a motortérben. Fő feladatuk a feszültséggenerátor meghajtása.
Ezeket a járműveket gyakran rekuperációs rendszerrel látják el, amelyen keresztül a mechanikai és mozgási energiát elektromos árammá alakítják az akkumulátor feltöltése érdekében. Az akkumulátor méretétől függően egy autó kizárólag elektromos vontatással képes megtenni egy bizonyos távolságot belső égésű motor használata nélkül.
A hibridek ezen kategóriájának leghíresebb példája a Chevrolet Volt. Tölthető, mint egy normál elektromos autó, de a benzinmotornak köszönhetően a hatótávolság jelentősen megnő.
Párhuzamos áramkör
Ezzel párhuzamosan a belső égésű motor és az elektromos motor párhuzamosan működik. Az elektromos motor feladata a fő egység terhelésének csökkentése, ami jelentős üzemanyag-megtakarításhoz vezet.
Ha a belső égésű motort leválasztják a sebességváltóról, az autó képes megtenni egy bizonyos távolságot az elektromos tapadástól. De az elektromos rész fő feladata a jármű egyenletes gyorsulásának biztosítása. A fő hajtómű ilyen módosítások esetén benzinmotor (vagy dízel) motor.
Amikor az autó lelassul vagy elmozdul a belső égésű motor munkájától, az elektromos motor generátorként működik az akkumulátor újratöltésére. A belső égésű motornak köszönhetően ezekhez a járművekhez nincs szükség nagyfeszültségű akkumulátorra.
A szekvenciális hibridekkel ellentétben ezeknek az egységeknek nagyobb az üzemanyag -fogyasztása, mivel az elektromos motort nem használják önálló tápegységként. Egyes modellekben, mint például a BMW 350E iPerformance, az elektromos motor a sebességváltóba van beépítve.
Ennek a munkaprogramnak a jellemzője a nagy nyomaték alacsony főtengely-fordulatszám mellett.
Soros-párhuzamos áramkör
Ezt a rendszert japán mérnökök fejlesztették ki. HSD-nek (Hybrid Synergy Drive) hívják. Valójában egyesíti az erőmű első két típusának funkcióit.
Amikor az autónak forgalmi dugóban kell elindulnia vagy lassan mozognia, az elektromos motor bekapcsol. A nagy sebességű energia-megtakarítás érdekében benzin- vagy dízelmotort (a jármű modelljétől függően) csatlakoztatnak.
Ha élesen kell gyorsulnia (például előzéskor), vagy ha az autó felfelé halad, az erőmű párhuzamos üzemmódban működik - az elektromos motor segíti a belső égésű motort, ami csökkenti a rá nehezedő terhelést, és ennek eredményeként megtakarítja az üzemanyag-fogyasztást.
Az autó belső égésű motorjának bolygókapcsolata az energia egy részét átadja a sebességváltó fő hajtóművének, részben pedig az akkumulátor vagy az elektromos meghajtó feltöltéséhez szükséges generátornak. Egy ilyen sémában összetett elektronikát telepítenek, amely az adott helyzetnek megfelelően osztja el az energiát.
A sorozat-párhuzamos hajtásláncú hibrid legkiemelkedőbb példája a Toyota Prius. A jól ismert japán gyártású modellek néhány módosítása azonban már kapott ilyen telepítéseket. Példa erre a Toyota Camry, a Toyota Highlander Hybrid, a Lexus LS 600h. Ezt a technológiát néhány amerikai konszern is megvásárolta. Például a fejlesztés utat talált a Ford Escape Hybrid -hez.
Hibrid aggregátumtípusok
Az összes hibrid hajtásláncot három típusba sorolják:
- puha hibrid;
- közepes hibrid;
- teljes hibrid.
Mindegyiknek megvan a maga funkciója, valamint egyedi jellemzői.
Mikro hibrid hajtáslánc
Az ilyen erőművek gyakran rekuperációs rendszerrel vannak felszerelve, így a kinetikus energia elektromos energiává alakul és visszakerül az akkumulátorba.
A bennük lévő hajtómechanizmus indító (generátorként is működhet). Ilyen létesítményekben nincs elektromos kerékmeghajtás. A rendszert a belső égésű motor gyakori indításakor alkalmazzák.
Közepes hibrid hajtáslánc
Az ilyen autók az elektromos motor miatt sem mozognak. Az elektromos motor ebben az esetben a fő áramellátó egység asszisztenseként szolgál, amikor a terhelés növekszik.
Az ilyen rendszerek egy rekuperációs rendszerrel is fel vannak szerelve, amely szabad energiát gyűjt vissza az akkumulátorba. A közepes hibrid egységek hatékonyabb hőmotort biztosítanak.
Teljes hibrid hajtáslánc
Ilyen létesítményekben nagy teljesítményű generátor működik, amelyet belső égésű motor hajt. A rendszert alacsony járműsebességnél aktiválják.
A rendszer hatékonysága a "Start / Stop" funkció jelenlétében nyilvánul meg, amikor az autó lassan halad a forgalmi dugóban, de a lámpánál élesen fel kell gyorsulnia. A teljes hibrid telepítés egyik jellemzője a belső égésű motor kikapcsolásának (a tengelykapcsoló kioldása) és elektromos motor meghajtásának képessége.
Osztályozás a villamosítás mértéke szerint
A műszaki dokumentációban vagy egy autómodell nevében a következő kifejezések lehetnek:
- mikrohibrid;
- enyhe hibrid;
- teljes hibrid;
- plug-in hibrid.
Mikrohibrid
Az ilyen autókban hagyományos motort telepítenek. Nem elektromos meghajtásúak. Ezek a rendszerek vagy start / stop funkcióval vannak ellátva, vagy regeneratív fékrendszerrel vannak felszerelve (fékezéskor az akkumulátor újratöltődik).
Egyes modellek mindkét rendszerrel fel vannak szerelve. Egyes szakértők úgy vélik, hogy az ilyen járművek nem tekinthetők hibrid járműveknek, mert csak benzin vagy dízel erőforrást használnak, anélkül, hogy integrálódnának az elektromos hajtásrendszerbe.
Enyhe hibrid
Az ilyen autók az áram miatt sem mozognak. Hőmotort is használnak, mint az előző kategóriában. Egy kivétellel - a belső égésű motort elektromos szerelvény támogatja.
Ezekben a modellekben nincs lendkerék. Funkcióját elektromos indító-generátor látja el. Az elektromos rendszer fokozza az alacsony fogyasztású motor visszahúzódását kemény gyorsulás során.
Teljes hibrid
Ezeket a járműveket olyan járművekként értjük, amelyek képesek bizonyos távolság megtételére elektromos vonóerővel. Ilyen modellekben a fent említett bármilyen csatlakozási séma alkalmazható.
Az ilyen hibrideket a hálózatról nem töltik fel. Az akkumulátort a regeneratív fékrendszer és a generátor energiájával töltik fel. Az egyetlen feltöltéssel megtehető távolság az akkumulátor kapacitásától függ.
Hibrid bővítmények
Az ilyen autók működhetnek elektromos járműként, vagy belső égésű motorral működhetnek. A két erőmű kombinációjának köszönhetően megfelelő üzemanyag-takarékosság biztosított.
Mivel fizikailag lehetetlen telepíteni egy terjedelmes akkumulátort (elektromos járművekben ez egy gáztartály helyét veszi át), egy ilyen hibrid újratöltés nélkül akár 50 km-t is megtehet egyetlen töltéssel.
A hibrid autók előnyei és hátrányai
Jelenleg a hibrid átmeneti kapcsolatnak tekinthető a hőmotortól a környezetbarát elektromos analógig. Bár a végső cél még nem valósult meg, a modern innovatív fejlesztések bevezetésének köszönhetően pozitív tendencia figyelhető meg az elektromos közlekedés fejlődésében.
Mivel a hibridek átmeneti lehetőségek, pozitív és negatív pontjaik is vannak. A pluszok a következők:
- Üzemanyag gazdaság. Az áramforrás működésétől függően ez a mutató akár 30% -kal vagy annál is nagyobbra nőhet.
- Töltés a hálózat használata nélkül. Ez a kinetikus energia-visszanyerési rendszernek köszönhetően vált lehetővé. Bár teljes feltöltés nem történik meg, ha a mérnökök javítani tudják az átalakítást, akkor az elektromos járműveknek egyáltalán nem lesz szükségük konnektorra.
- Kisebb térfogatú és teljesítményű motor felszerelésének lehetősége.
- Az elektronika sokkal gazdaságosabb, mint a mechanika, forgalmazzák az üzemanyagot.
- A motor kevésbé melegszik túl, és üzemanyag-fogyasztás történik, ha forgalmi dugókban vezetünk.
- A benzin / dízel és az elektromos motorok kombinációja lehetővé teszi a vezetés folytatását, ha a nagy teljesítményű akkumulátor lemerült.
- Az elektromos motor működésének köszönhetően a belső égésű motor stabilabban és kevesebb zajjal képes működni.
A hibrid telepítéseknek is van egy megfelelő listája a hátrányokról:
- Az akkumulátor gyorsabban használhatatlanná válik a nagy töltési / kisütési ciklusok miatt (még enyhe hibrid rendszerekben is);
- Az akkumulátor gyakran teljesen lemerült;
- Az ilyen autók alkatrészei meglehetősen drágák;
- Az önjavítás szinte lehetetlen, mivel ehhez kifinomult elektronikus berendezésekre van szükség;
- A hibridek benzin vagy dízel modellekhez képest több ezer dollárba kerülnek;
- A rendszeres karbantartás költségesebb;
- A komplex elektronika gondos kezelést igényel, és a fellépő hibák néha megszakíthatnak egy hosszú utat;
- Nehéz olyan szakembert találni, aki képes lenne megfelelően beállítani az erőművek működését. Emiatt igénybe kell vennie a drága szakmai előadók szolgáltatásait;
- Az elemek nem tolerálják a jelentős hőmérséklet-ingadozásokat, és maguk is lemerülnek.
- Annak ellenére, hogy az elektromos motor üzem közbeni környezetbarát, az elemek gyártása és ártalmatlanítása erősen szennyező.
Ahhoz, hogy a hibridek és az elektromos járművek a belső égésű motorok valódi versenytársaivá váljanak, javítani kell az áramellátást (hogy több energiát tároljanak, ugyanakkor ne legyenek túl terjedelmesek), valamint a gyors feltöltő rendszereket az akkumulátor károsítása nélkül.
Kérdések és válaszok:
Mi az a hibrid jármű? Ez egy olyan jármű, amelynek mozgásában egynél több erőegység vesz részt. Alapvetően egy elektromos autó és egy klasszikus belső égésű motorral szerelt autó keveréke.
Mi a különbség a hibrid és a hagyományos autó között? A hibrid autónak megvannak az elektromos autó előnyei (csendes motorműködés és üzemanyag-felhasználás nélküli vezetés), de amikor az akkumulátor töltöttsége csökken, a fő hajtómű (benzin) aktiválódik.
