Πώς λειτουργεί ένας υβριδικός κινητήρας, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα ενός οικονομικού κινητήρα
περιεχόμενο
Η εμφάνιση υβριδικών αυτοκινήτων έχει γίνει απαραίτητο μέτρο των αυτοκινητοβιομηχανιών κατά τη μεταβατική περίοδο από τους κινητήρες εσωτερικής καύσης (ICE) που χρησιμοποιούν καύσιμα υδρογονανθράκων σε καθαρότερους σταθμούς παραγωγής ενέργειας. Οι τεχνολογίες δεν έχουν ακόμη καταστήσει δυνατή τη δημιουργία ενός πλήρους ηλεκτρικού αυτοκινήτου, ενός αυτοκινήτου κυψελών καυσίμου ή οποιασδήποτε άλλης από τη μεγάλη λίστα των θεωρητικά πιθανών κατευθύνσεων για την ανάπτυξη αυτόνομων μεταφορών, αλλά η ανάγκη έχει ήδη ωριμάσει.
Οι κυβερνήσεις άρχισαν να ασκούν πίεση στην αυτοκινητοβιομηχανία με περιβαλλοντικές απαιτήσεις και οι καταναλωτές ήθελαν να δουν ένα ποιοτικό βήμα προς τα εμπρός και όχι ακόμη μια μικροσκοπική βελτίωση σε έναν κινητήρα που βασίζεται σε ένα από τα προϊόντα πετρελαίου που ήταν γνωστά εδώ και αιώνες.
Τι είδους αυτοκίνητο ονομάζεται "υβριδικό"
Η μονάδα ισχύος του ενδιάμεσου σταδίου άρχισε να είναι ένας συνδυασμός ενός ήδη αποδεδειγμένου σχεδιασμού κινητήρα εσωτερικής καύσης και ενός ή περισσότερων ηλεκτροκινητήρων.
Το ηλεκτρικό τμήμα της μονάδας έλξης λαμβάνει ισχύ από γεννήτριες μηχανικά συνδεδεμένες με κινητήρα βενζίνης ή ντίζελ, μπαταρίες και ένα σύστημα ανάκτησης που επιστρέφει την ενέργεια που απελευθερώνεται όταν το όχημα φρενάρει στη συσκευή αποθήκευσης.
Όλα τα πολυάριθμα σχήματα για την πρακτική εφαρμογή της ιδέας ονομάζονται υβρίδια.
Μερικές φορές οι κατασκευαστές παραπλανούν τους πελάτες καλώντας συστήματα όπου η ηλεκτρική κίνηση χρησιμοποιείται μόνο για την εκκίνηση του κύριου κινητήρα σε υβριδικά τύπου "start-stop".
Δεδομένου ότι δεν υπάρχει σύνδεση μεταξύ των ηλεκτροκινητήρων και των τροχών και της δυνατότητας οδήγησης με ηλεκτρική ισχύ, δεν είναι σωστό να ταξινομούνται τέτοια αυτοκίνητα ως υβριδικά.
Αρχή λειτουργίας υβριδικών κινητήρων
Με όλη την ποικιλία σχεδίων, τέτοια μηχανήματα έχουν επίσης κοινά χαρακτηριστικά. Αλλά οι διαφορές είναι τόσο μεγάλες από τεχνικής άποψης που στην πραγματικότητα είναι διαφορετικά αυτοκίνητα με τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.
Συσκευή
Οποιοδήποτε υβρίδιο περιλαμβάνει:
- κινητήρα εσωτερικής καύσης με το κιβώτιο ταχυτήτων, ενσωματωμένο τροφοδοτικό χαμηλής τάσης και ρεζερβουάρ καυσίμου·
- ηλεκτρικοί κινητήρες έλξης.
- μπαταρίες αποθήκευσης, τις περισσότερες φορές αρκετά υψηλής τάσης, που αποτελούνται από μπαταρίες συνδεδεμένες σε σειρά και παράλληλα.
- καλωδίωση ρεύματος με μεταγωγή υψηλής τάσης.
- ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου και ενσωματωμένους υπολογιστές.
Η παροχή όλων των τρόπων λειτουργίας μιας πολύπλοκης μηχανικής και ηλεκτρικής μετάδοσης γίνεται συνήθως αυτόματα· στον οδηγό ανατίθεται μόνο ο γενικός έλεγχος κίνησης.
Σχέδια εργασίας
Τα ηλεκτρικά και μηχανικά εξαρτήματα μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους με διαφορετικούς τρόπους· με την πάροδο του χρόνου, έχουν προκύψει καθιερωμένα, συγκεκριμένα, συχνά χρησιμοποιούμενα κυκλώματα.
Αυτό δεν ισχύει για την μεταγενέστερη ταξινόμηση της μετάδοσης κίνησης με βάση το ειδικό μερίδιο της ηλεκτρικής έλξης στο συνολικό ενεργειακό ισοζύγιο.
Ακολουθητικός
Το πρώτο σχέδιο, το πιο λογικό, αλλά τώρα ελάχιστα χρησιμοποιείται στα επιβατικά αυτοκίνητα.
Το κύριο καθήκον του ήταν να εργάζεται σε βαρύ εξοπλισμό, όπου συμπαγή ηλεκτρικά εξαρτήματα αντικατέστησαν με επιτυχία το ογκώδες μηχανικό κιβώτιο ταχυτήτων, το οποίο ήταν επίσης πολύ δύσκολο να ελεγχθεί. Ο κινητήρας, συνήθως κινητήρας ντίζελ, φορτώνεται αποκλειστικά σε ηλεκτρική γεννήτρια και δεν συνδέεται απευθείας με τους τροχούς.
Το ρεύμα που παράγεται από τη γεννήτρια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη φόρτιση της μπαταρίας έλξης και όπου δεν παρέχεται, αποστέλλεται απευθείας στους ηλεκτρικούς κινητήρες.
Μπορεί να υπάρχουν ένα ή περισσότερα από αυτά, μέχρι την εγκατάσταση σε κάθε τροχό του αυτοκινήτου σύμφωνα με την αρχή των λεγόμενων τροχών κινητήρα. Η ποσότητα της ώσης ρυθμίζεται από τη μονάδα ηλεκτρικής ισχύος και ο κινητήρας εσωτερικής καύσης μπορεί να λειτουργεί συνεχώς στην πιο βέλτιστη λειτουργία.
Παράλληλα
Αυτό το σχήμα είναι πλέον το πιο κοινό. Σε αυτό, ο ηλεκτροκινητήρας και ο κινητήρας εσωτερικής καύσης λειτουργούν σε ένα κοινό κιβώτιο ταχυτήτων και τα ηλεκτρονικά ρυθμίζουν τη βέλτιστη αναλογία κατανάλωσης ενέργειας για κάθε έναν από τους κινητήρες. Και οι δύο κινητήρες συνδέονται με τους τροχούς.
Η λειτουργία ανάκτησης υποστηρίζεται όταν, κατά το φρενάρισμα, ο ηλεκτροκινητήρας μετατρέπεται σε γεννήτρια και επαναφορτίζει την μπαταρία αποθήκευσης. Για κάποιο χρονικό διάστημα, το αυτοκίνητο μπορεί να κινηθεί μόνο με τη φόρτισή του, ο κύριος κινητήρας εσωτερικής καύσης είναι απενεργοποιημένος.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, χρησιμοποιείται μπαταρία σημαντικής χωρητικότητας, εξοπλισμένης με δυνατότητα εξωτερικής φόρτισης από οικιακό δίκτυο AC ή εξειδικευμένο σταθμό φόρτισης.
Γενικά, ο ρόλος των μπαταριών εδώ είναι μικρός. Αλλά η εναλλαγή τους είναι απλοποιημένη· δεν χρειάζονται επικίνδυνα κυκλώματα υψηλής τάσης και το βάρος της μπαταρίας είναι σημαντικά μικρότερο από αυτό των ηλεκτρικών οχημάτων.
Μικτός
Ως αποτέλεσμα της ανάπτυξης της τεχνολογίας ηλεκτρικής κίνησης και της χωρητικότητας αποθήκευσης, ο ρόλος των ηλεκτροκινητήρων στη δημιουργία ελκτικής δύναμης έχει αυξηθεί, γεγονός που οδήγησε στην εμφάνιση των πιο προηγμένων συστημάτων σειρών-παράλληλων κυκλωμάτων.
Εδώ, η εκκίνηση από στάση και η κίνηση σε χαμηλές ταχύτητες πραγματοποιούνται με χρήση ηλεκτρικής έλξης και ο κινητήρας εσωτερικής καύσης συνδέεται μόνο όταν απαιτείται υψηλή απόδοση και όταν οι μπαταρίες έχουν εξαντληθεί.
Και οι δύο κινητήρες μπορούν να λειτουργήσουν σε λειτουργία μετάδοσης κίνησης και η προηγμένη ηλεκτρονική μονάδα επιλέγει η ίδια πού και πώς θα κατευθύνει τις ροές ενέργειας. Το πρόγραμμα οδήγησης μπορεί να το παρακολουθεί στην οθόνη γραφικών πληροφοριών.
Χρησιμοποιείται μια πρόσθετη γεννήτρια, όπως σε ένα κύκλωμα σειράς, η οποία μπορεί να παρέχει ενέργεια σε ηλεκτρικούς κινητήρες ή να φορτίζει την μπαταρία. Η ενέργεια πέδησης ανακτάται από το πίσω μέρος του κινητήρα έλξης.
Έτσι σχεδιάζονται πολλά σύγχρονα υβριδικά, συγκεκριμένα ένα από τα πρώτα και πιο διάσημα - Toyota Prius
Πώς λειτουργεί ένας υβριδικός κινητήρας χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός Toyota Prius
Αυτό το αυτοκίνητο βρίσκεται τώρα στην τρίτη γενιά του και έχει φτάσει σε έναν βαθμό τελειότητας, αν και τα ανταγωνιστικά υβριδικά συνεχίζουν να αυξάνουν την πολυπλοκότητα και την αποτελεσματικότητα των σχεδίων τους.
Η βάση της κίνησης εδώ είναι η αρχή της συνέργειας, σύμφωνα με την οποία ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης και ένας ηλεκτροκινητήρας μπορούν να συμμετέχουν στη δημιουργία ροπής στους τροχούς σε οποιονδήποτε συνδυασμό. Ο παραλληλισμός της λειτουργίας τους εξασφαλίζεται από έναν πολύπλοκο πλανητικού τύπου μηχανισμό, όπου οι ροές ισχύος αναμιγνύονται και μεταδίδονται μέσω του διαφορικού στους κινητήριους τροχούς.
Η εκκίνηση και η επιτάχυνση εκκίνησης εκτελούνται από έναν ηλεκτροκινητήρα. Εάν τα ηλεκτρονικά προσδιορίσουν ότι οι δυνατότητές του δεν επαρκούν, ενεργοποιείται ένας οικονομικός βενζινοκινητήρας που λειτουργεί στον κύκλο Atkinson.
Σε συνηθισμένα αυτοκίνητα με κινητήρες Otto, ένας τέτοιος θερμικός κύκλος δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί λόγω μεταβατικών συνθηκών. Αλλά εδώ παρέχονται από έναν ηλεκτροκινητήρα.
Η λειτουργία ρελαντί αποκλείεται· εάν το Toyota Prius εκκινήσει αυτόματα τον κινητήρα εσωτερικής καύσης, τότε θα βρεθεί αμέσως δουλειά για αυτό, βοηθώντας στην επιτάχυνση, στη φόρτιση της μπαταρίας ή στην παροχή κλιματισμού.
Έχοντας συνεχώς φορτίο και λειτουργεί σε βέλτιστες στροφές, ελαχιστοποιεί την κατανάλωση βενζίνης, όντας στο πιο πλεονεκτικό σημείο των εξωτερικών χαρακτηριστικών στροφών του.
Δεν υπάρχει παραδοσιακός εκκινητής, αφού ένας τέτοιος κινητήρας μπορεί να εκκινηθεί μόνο περιστρέφοντάς τον σε σημαντικές ταχύτητες, κάτι που κάνει μια αναστρέψιμη γεννήτρια.
Οι μπαταρίες έχουν διαφορετικές χωρητικότητες και τάσεις· στην πιο περίπλοκη επαναφορτιζόμενη έκδοση του PHV, αυτό είναι 350 βολτ στα 25 Ah, αρκετά συνηθισμένο για ηλεκτρικά οχήματα.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των υβριδίων
Όπως κάθε συμβιβασμός, τα υβριδικά είναι κατώτερα από τα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα και τα συνηθισμένα κλασικά που λειτουργούν με καύσιμο πετρελαίου.
Ταυτόχρονα όμως παρέχουν οφέλη σε μια σειρά από ακίνητα, τα οποία για ορισμένα είναι τα κύρια:
- απλοποίηση των μέσων που χρησιμοποιούνται για την καταπολέμηση των επιβλαβών εκπομπών από κινητήρες εσωτερικής καύσης·
- την επίτευξη κάποιας οικονομίας καυσίμου, ανεξάρτητα από το πόσο αμφισβητούμενο μπορεί να είναι αυτό.
- την ικανότητα να ταξιδεύει με καθαρή ηλεκτρική ενέργεια όπου απαγορεύεται η χρήση κινητήρων εσωτερικής καύσης·
- αρκετά απλή αύξηση της δηλωμένης ισχύος.
- η αδυναμία, σε αντίθεση με ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο, να μείνει χωρίς ενέργεια μακριά από το ηλεκτρικό δίκτυο.
Όλα τα μειονεκτήματα συνδέονται με την πολυπλοκότητα της τεχνολογίας:
- την ανάγκη για ικανό προσωπικό ειδικά εκπαιδευμένο για εργασία με υβρίδια·
- αύξηση του βάρους του οχήματος, το οποίο επίσης καταναλώνει καύσιμα.
- υψηλότερη τιμή αυτοκινήτου?
- απώλεια για ηλεκτρικά οχήματα λόγω της διατήρησης των κινητήρων εσωτερικής καύσης και όλων όσων συνδέονται με αυτήν·
- τεχνολογίες που δεν έχουν ακόμη αναπτυχθεί επαρκώς και η έλλειψη ενιαίας προσέγγισης στο σχεδιασμό·
- κακή φιλικότητα προς το περιβάλλον στην παραγωγή και απόρριψη μπαταριών.
Είναι πολύ πιθανό η παραγωγή υβριδικών να συνεχιστεί ακόμη και μετά την πλήρη εξαφάνιση των κλασικών αυτοκινήτων.
Αλλά αυτό θα συμβεί μόνο εάν δημιουργηθεί ένας ενιαίος συμπαγής, οικονομικός και καλά ελεγχόμενος κινητήρας καυσίμου υδρογονανθράκων, ο οποίος θα γίνει μια καλή προσθήκη στο ηλεκτρικό αυτοκίνητο του μέλλοντος, αυξάνοντας σημαντικά την ανεπαρκή επί του παρόντος αυτονομία.
