Kaip veikia hibridinis variklis, ekonomiško variklio privalumai ir trūkumai
Turinys
Hibridinių transporto priemonių atsiradimas tapo priverstine automobilių gamintojų priemone, pereinant nuo angliavandenilių kurą naudojančių vidaus degimo variklių (ICE) prie švaresnių elektrinių. Technologijos dar neleido iš didelio teoriškai galimų autonominio transporto plėtros krypčių sąrašo sukurti visaverčio elektromobilio, kuro elementų automobilio ar dar kokio kito, o poreikis jau subrendo.
Vyriausybės pradėjo griežtai varžyti automobilių pramonę aplinkosaugos reikalavimais, o vartotojai norėjo matyti kokybinį žingsnį į priekį, o ne dar vieną mikroskopinį variklio, daugiau nei šimtmetį žinomo vieno iš naftos perdirbimo produktų, patobulinimą.
Kuris automobilis vadinamas „hibridiniu“
Tarpinės pakopos jėgos agregatas pradėjo būti jau patikrintos vidaus degimo variklio konstrukcijos ir vieno ar kelių elektros variklių derinys.
Elektrinę traukos dalį maitina generatoriai, mechaniškai sujungti su dujiniu ar dyzeliniu varikliu, akumuliatoriais ir rekuperacinė sistema, kuri grąžina į pavarą transporto priemonės stabdymo metu išsiskiriančią energiją.
Visos daugybės praktinio idėjos įgyvendinimo schemų vadinamos hibridais.
Kartais gamintojai klaidina klientus, vadindami hibridinėmis sistemomis, kur elektrinė pavara naudojama tik pagrindiniam varikliui paleisti start-stop režimu.
Kadangi nėra ryšio tarp elektros variklių ir ratų bei galimybės važiuoti elektrine trauka, tokius automobilius priskirti hibridiniams yra neteisinga.
Hibridinių variklių veikimo principas
Dėl įvairių konstrukcijų tokios mašinos turi bendrų savybių. Tačiau techniniu požiūriu skirtumai yra tokie dideli, kad iš tikrųjų tai yra skirtingi automobiliai, turintys savo privalumų ir trūkumų.
Įrenginys
Kiekvienas hibridas apima:
- vidaus degimo variklis su transmisija, borto žemos įtampos maitinimo tinklu ir degalų baku;
- traukos varikliai;
- akumuliatoriai, dažniausiai gana aukštos įtampos, sudaryti iš nuosekliai ir lygiagrečiai sujungtų baterijų;
- maitinimo laidai su aukštos įtampos perjungimu;
- elektroniniai valdymo blokai ir borto kompiuteriai.
Visų integruotos mechaninės ir elektrinės pavarų dėžės veikimo režimų užtikrinimas dažniausiai vyksta automatiškai, vairuotojui patikėta tik bendra eismo kontrolė.
Darbo schemos
Elektrinius ir mechaninius komponentus tarpusavyje galima sujungti įvairiai, laikui bėgant išryškėjo nusistovėjusios specifinės, dažnai naudojamos schemos.
Tai netaikoma vėlesnei pavaros klasifikacijai pagal specifinę elektros traukos dalį bendrame energijos balanse.
nuoseklus
Pati pirmoji schema, pati logiškiausia, bet dabar automobiliuose mažai naudojama.
Pagrindinė jo užduotis buvo dirbti sunkioje įrangoje, kur kompaktiški elektriniai komponentai sėkmingai pakeitė stambią mechaninę transmisiją, kurią taip pat labai sunku valdyti. Variklis, dažniausiai dyzelinis, apkraunamas tik elektros generatoriumi ir nėra tiesiogiai prijungtas prie ratų.
Generatoriaus generuojama srovė gali būti panaudota traukos akumuliatoriaus įkrovimui, o ten, kur ji neteikiama, siunčiama tiesiai į elektros variklius.
Jų gali būti vienas ar daugiau, iki montavimo ant kiekvieno automobilio rato pagal vadinamųjų motorinių ratų principą. Traukos dydį reguliuoja galios elektros blokas, o vidaus degimo variklis gali nuolat dirbti optimaliausiu režimu.
Lygiagretus
Ši schema dabar yra labiausiai paplitusi. Jame elektros variklis ir vidaus degimo variklis dirba bendrai transmisijai, o elektronika reguliuoja optimalų kiekvienos pavaros energijos suvartojimo santykį. Abu varikliai sujungti su ratais.
Palaikomas atkūrimo režimas, kai stabdymo metu elektros variklis virsta generatoriumi ir įkrauna akumuliatorių. Kurį laiką automobilis gali judėti tik savo įkrovimu, pagrindinis vidaus degimo variklis yra dusinamas.
Kai kuriais atvejais naudojamas nemažos talpos akumuliatorius, turintis išorinio įkrovimo galimybę iš buitinio kintamosios srovės tinklo arba specializuotos įkrovimo stotelės.
Apskritai baterijų vaidmuo čia yra mažas. Bet jų perjungimas supaprastintas, pavojingų aukštos įtampos grandinių čia nereikia, o akumuliatoriaus masė gerokai mažesnė nei elektromobilių.
sumaišytas
Tobulėjant elektrinės pavaros technologijoms ir kaupimo pajėgumams, išaugo elektros variklių vaidmuo kuriant traukos jėgą, todėl atsirado pažangiausios serijinės lygiagrečios sistemos.
Čia startas iš vietos ir judėjimas nedideliu greičiu vykdomas naudojant elektrinę trauką, o vidaus degimo variklis jungiamas tik tada, kai reikia didelės galios ir išsikrovus akumuliatoriams.
Abu varikliai gali veikti pavaros režimu, o gerai apgalvotas elektroninis blokas pasirenka kur ir kaip nukreipti energijos srautus. Vairuotojas gali tai stebėti grafiniame informacijos ekrane.
Naudojamas papildomas generatorius, kaip nuoseklioje grandinėje, kuris gali tiekti energiją elektros varikliams arba įkrauti akumuliatorių. Stabdymo energija atkuriama per traukos variklio atbulinę eigą.
Taip yra išdėstyta daugybė šiuolaikinių hibridų, ypač vienas iš pirmųjų ir gerai žinomų - „Toyota Prius“
Kaip veikia hibridinis variklis Toyota Prius pavyzdžiu
Šis automobilis dabar yra trečios kartos ir pasiekė tam tikrą tobulumo laipsnį, nors konkuruojantys hibridai ir toliau didina dizaino sudėtingumą ir efektyvumą.
Pavaros pagrindas čia yra sinergijos principas, pagal kurį vidaus degimo variklis ir elektros variklis gali dalyvauti bet kokiame derinyje, kuriant sukimo momentą ant ratų. Jų darbo lygiagretumas suteikia sudėtingą planetinio tipo mechanizmą, kuriame galios srautai sumaišomi ir per diferencialą perduodami varomiesiems ratams.
Paleidimas ir paleidimo pagreitis atliekamas elektros varikliu. Jei elektronika nustato, kad jos galimybių nepakanka, prijungiamas ekonomiškas benzininis variklis, veikiantis Atkinsono ciklu.
Įprastuose automobiliuose su Otto varikliais toks terminis ciklas negali būti naudojamas dėl pereinamųjų sąlygų. Tačiau čia juos suteikia elektros variklis.
Tuščiosios eigos režimas neįtraukiamas, jei Toyota Prius automatiškai užveda vidaus degimo variklį, tada jam iškart randamas darbas, padedantis įsibėgėti, įkrauti akumuliatorių ar pasirūpinti oro kondicionavimu.
Nuolat turėdamas apkrovą ir dirbdamas optimaliu greičiu, jis sumažina benzino sąnaudas, būdamas palankiausiame išorinės greičio charakteristikos taške.
Tradicinio starterio nėra, nes tokį variklį galima užvesti tik sukant jį dideliu greičiu, ką daro reversinis generatorius.
Akumuliatoriai turi skirtingą talpą ir įtampą, sudėtingiausioje įkraunamoje PHV versijoje tai jau gana įprasta elektra varomoms transporto priemonėms 350 voltų esant 25 Ah.
Hibridų privalumai ir trūkumai
Kaip ir bet koks kompromisas, hibridai yra prastesni už grynai elektra varomas transporto priemones ir įprastas klasikines alyva varomas transporto priemones.
Tačiau tuo pat metu jie suteikia naudos daugeliui savybių tiems, kurie veikia kaip pagrindiniai:
- kovoti su kenksmingais vidaus degimo variklių išmetimais naudojamų priemonių supaprastinimas;
- pasiekti tam tikrą degalų ekonomiją, kad ir kaip būtų ginčytina;
- galimybė judėti tik elektrine trauka, kai draudžiama naudoti vidaus degimo variklius;
- gana paprastas deklaruojamo pajėgumo padidėjimas;
- neįmanoma, kitaip nei elektromobilyje, likti be energijos toli nuo elektros tinklo.
Visi trūkumai yra susiję su technologijos sudėtingumu:
- kompetentingo personalo, specialiai apmokytų dirbti su hibridais, poreikis;
- transporto priemonės masės padidėjimas, kuris taip pat sunaudoja degalus;
- didesnė automobilio kaina;
- nuostoliai elektromobiliams dėl vidaus degimo variklio ir visko, kas su juo susiję, išsaugojimo;
- vis dar nepakankamai išvystytos technologijos ir vieningo požiūrio į dizainą nebuvimas;
- prastas ekologiškumas gaminant baterijas ir jas šalinant.
Gali būti, kad hibridų gamyba bus tęsiama ir visiškai išnykus klasikiniams automobiliams.
Bet tai įvyks tik tuo atveju, jei bus sukurtas vienas kompaktiškas, ekonomiškas ir gerai valdomas angliavandenilių kuro variklis, kuris bus geras ateities elektromobilio priedas, gerokai padidinantis jo vis dar nepakankamą autonomiją.
