Miten hybridimoottori toimii, taloudellisen moottorin hyvät ja huonot puolet
Pitoisuus
Hybridiajoneuvojen ilmaantumisesta on tullut pakotettu toimenpide autonvalmistajille siirtyessään hiilivetypolttoaineita käyttävistä polttomoottoreista puhtaampiin voimalaitoksiin. Teknologia ei ole vielä mahdollistanut täysimittaisen sähköauton, polttokennoauton tai minkään muun luomista suuresta listasta teoreettisesti mahdollisista autonomisen liikenteen kehittämisen suuntauksista, ja tarve on jo kypsynyt.
Hallitukset alkoivat tiukentaa autoteollisuutta ympäristövaatimuksilla, ja kuluttajat halusivat nähdä laadullisen askeleen eteenpäin eivätkä toista mikroskooppista parannusta moottoriin, joka oli tunnettu jo yli vuosisadan jossain öljynjalostustuotteessa.
Mitä autoa kutsutaan "hybridiksi"
Välivaiheen voimayksikkö alkoi olla jo todistetun polttomoottorin ja yhden tai useamman sähkömoottorin yhdistelmä.
Vetoyksikön sähköinen osa saa voimansa kaasu- tai dieselmoottoriin mekaanisesti kytketyistä generaattoreista, akuista ja talteenottojärjestelmästä, joka palauttaa ajoneuvon jarrutuksessa vapautuneen energian ajoon.
Kaikkia lukuisia idean käytännön toteutuksen järjestelmiä kutsutaan hybrideiksi.
Joskus valmistajat johtavat asiakkaita harhaan kutsumalla hybridijärjestelmiä, joissa sähkökäyttöä käytetään vain päämoottorin käynnistämiseen start-stop-tilassa.
Koska sähkömoottoreiden ja pyörien välillä ei ole yhteyttä ja mahdollisuus ajaa sähköisellä vetovoimalla, on väärin laskea tällaisia autoja hybrideiksi.
Hybridimoottoreiden toimintaperiaate
Kaikilla eri malleilla tällaisilla koneilla on yhteisiä ominaisuuksia. Mutta erot ovat niin suuria tekniseltä kannalta, että itse asiassa ne ovat erilaisia autoja, joilla on omat etunsa ja haittansa.
laite
Jokainen hybridi sisältää:
- polttomoottori vaihteistoineen, sisäinen pienjänniteverkko ja polttoainesäiliö;
- vetomoottorit;
- varastoakut, useimmiten korkeajänniteakut, jotka koostuvat sarjaan ja rinnan kytketyistä akuista;
- virtajohdot korkeajännitekytkimellä;
- elektroniset ohjausyksiköt ja ajotietokoneet.
Integroidun mekaanisen ja sähköisen voimansiirron kaikkien toimintatapojen varmistaminen tapahtuu yleensä automaattisesti, vain yleinen liikenteenohjaus on uskottu kuljettajalle.
Työsuunnitelmat
Sähköiset ja mekaaniset komponentit on mahdollista kytkeä toisiinsa eri tavoin, ajan mittaan on noussut esiin vakiintuneet erityiset, usein käytetyt kaaviot.
Tämä ei koske voimansiirron myöhempää luokittelua sähköisen vetovoiman ominaisosuuden mukaan kokonaisenergiataseessa.
johdonmukainen
Aivan ensimmäinen järjestelmä, loogisin, mutta nyt vähän käytetty autoissa.
Sen päätehtävänä oli työskennellä raskaissa laitteissa, joissa kompaktit sähkökomponentit ovat onnistuneesti korvanneet tilaa vievän mekaanisen voimansiirron, jota on myös erittäin vaikea hallita. Moottori, yleensä dieselmoottori, kuormitetaan yksinomaan sähkögeneraattorilla, eikä sitä ole kytketty suoraan pyöriin.
Generaattorin tuottamaa virtaa voidaan käyttää ajoakun lataamiseen, ja missä sitä ei ole, se lähetetään suoraan sähkömoottoreihin.
Niitä voi olla yksi tai useampia, aina auton jokaiseen pyörään asennukseen asti niin sanottujen moottoripyörien periaatteen mukaisesti. Työntövoimaa säätelee tehosähköyksikkö, ja polttomoottori voi jatkuvasti toimia optimaalisessa tilassa.
rinnakkainen
Tämä kaava on nyt yleisin. Siinä sähkömoottori ja polttomoottori toimivat yhteisellä vaihteistolla, ja elektroniikka säätelee kunkin käytön optimaalista energiankulutussuhdetta. Molemmat moottorit on kytketty pyöriin.
Palautustilaa tuetaan, kun sähkömoottori muuttuu jarrutuksen aikana generaattoriksi ja lataa akkua. Jonkin aikaa auto voi liikkua vain latauksellaan, pääpolttomoottori on vaimennettu.
Joissakin tapauksissa käytetään huomattavan kapasiteetin akkua, joka on varustettu ulkoisella latauksella kotitalouden vaihtovirtaverkosta tai erikoistuneesta latausasemasta.
Yleensä akkujen rooli tässä on pieni. Mutta niiden kytkentä on yksinkertaistettu, vaarallisia suurjännitepiirejä ei tarvita täällä, ja akun massa on paljon pienempi kuin sähköajoneuvojen.
sekoitettu
Sähkökäyttötekniikan ja varastokapasiteetin kehityksen seurauksena sähkömoottoreiden rooli vetovoiman luomisessa on kasvanut, mikä on johtanut edistyneimpien sarja-rinnakkaisjärjestelmien syntymiseen.
Täällä pysähdyksestä lähtö ja alhaisilla nopeuksilla liikkuminen tapahtuu sähköisellä vetovoimalla, ja polttomoottori kytketään vain silloin, kun tarvitaan suurta tehoa ja kun akut ovat tyhjentyneet.
Molemmat moottorit voivat toimia ajotilassa, ja hyvin harkittu elektroniikkayksikkö valitsee mihin ja miten energiavirrat ohjataan. Kuljettaja voi seurata tätä graafiselta tietonäytöltä.
Käytetään lisägeneraattoria, kuten sarjapiirissä, joka voi toimittaa energiaa sähkömoottoreille tai ladata akkua. Jarrutusenergia otetaan talteen ajomoottorin peruutuksen kautta.
Näin on järjestetty monia moderneja hybridejä, erityisesti yksi ensimmäisistä ja tunnetuimmista - Toyota Prius
Miten hybridimoottori toimii Toyota Priuksen esimerkissä
Tämä auto on nyt kolmannessa sukupolvessaan ja on saavuttanut tietyn tason täydellisyyttä, vaikka kilpailevat hybridit lisäävät edelleen suunnittelun monimutkaisuutta ja tehokkuutta.
Vedon lähtökohtana on tässä synergiaperiaate, jonka mukaan polttomoottori ja sähkömoottori voivat osallistua mihin tahansa yhdistelmään vääntömomentin luomiseen pyörille. Heidän työnsä rinnakkaisuus tarjoaa monimutkaisen planeettatyyppisen mekanismin, jossa tehovirrat sekoitetaan ja välitetään tasauspyörästön kautta vetopyörille.
Käynnistys ja käynnistyskiihdytys suoritetaan sähkömoottorilla. Jos elektroniikka toteaa, että sen ominaisuudet eivät riitä, kytketään Atkinson-syklillä toimiva taloudellinen bensiinimoottori.
Perinteisissä Otto-moottoreilla varustetuissa autoissa tällaista lämpösykliä ei voida käyttää ohimenevien olosuhteiden vuoksi. Mutta täällä niitä tarjoaa sähkömoottori.
Tyhjäkäyntitila on poissuljettu, jos Toyota Prius käynnistää automaattisesti polttomoottorin, niin sille löydetään heti työtä, joka auttaa kiihdyttämisessä, lataa akkua tai tarjoaa ilmastoinnin.
Jatkuvasti kuormitettuna ja optimaalisella nopeudella toimivana se minimoi bensiinin kulutuksen, koska se on ulkoisen nopeusominaisuutensa edullisimmassa kohdassa.
Perinteistä käynnistintä ei ole, koska tällainen moottori voidaan käynnistää vain pyörittämällä sitä merkittävään nopeuteen, kuten käännettävä generaattori tekee.
Akuilla on eri kapasiteetteja ja jännitteitä, PHV:n monimutkaisimmassa ladattavassa versiossa nämä ovat jo melko yleisiä sähköautoissa 350 volttia 25 Ah:lla.
Hybridien edut ja haitat
Kuten kaikki kompromissit, hybridit ovat huonompia kuin puhtaat sähköautot ja tavalliset klassiset öljykäyttöiset ajoneuvot.
Mutta samalla ne antavat voittoa useissa ominaisuuksissa jollekin, joka toimii tärkeimpänä:
- polttomoottoreiden haitallisten päästöjen torjumiseen käytettävien keinojen yksinkertaistaminen;
- saavuttaa jonkin verran polttoainetaloutta, vaikka kiistanalainen tahansa;
- mahdollisuus liikkua puhtaalla sähköllä, kun polttomoottorien käyttö on kielletty;
- melko yksinkertainen lisäys ilmoitetussa kapasiteetissa;
- mahdottomuus, toisin kuin sähköauto, pysyä ilman energiaa poissa sähköverkosta.
Kaikki haitat liittyvät tekniikan monimutkaisuuteen:
- pätevän henkilöstön tarve, joka on erityisesti koulutettu työskentelemään hybridien kanssa;
- ajoneuvon massan kasvu, joka myös kuluttaa polttoainetta;
- auton korkeampi hinta;
- sähköajoneuvojen menetys polttomoottorin ja kaiken siihen liittyvän säilymisen vuoksi;
- edelleen riittämättömästi kehitetty teknologia ja yhtenäisen lähestymistavan puute suunnittelussa;
- huono ympäristöystävällisyys akkujen valmistuksessa ja hävittämisessä.
On mahdollista, että hybridien tuotanto jatkuu klassisten autojen täydellisen katoamisen jälkeen.
Mutta tämä tapahtuu vain, jos luodaan yksi kompakti, taloudellinen ja hyvin hallittu hiilivetypolttoainemoottori, joka on hyvä lisä tulevaisuuden sähköautoon ja lisää merkittävästi sen edelleen riittämätöntä autonomiaa.
