Kuidas hübriidmootor töötab, ökonoomse mootori plussid ja miinused
Sisu
Hübriidsõidukite esilekerkimisest on saanud autotootjate sunnitud meede üleminekul süsivesinikkütusel töötavatelt sisepõlemismootoritelt (ICE) puhtamatele elektrijaamadele. Tehnoloogia pole autonoomse transpordi arendamise suurest teoreetiliselt võimalike suundade nimekirjast veel lubanud täisväärtuslikku elektriautot, kütuseelemendiautot ega muud luua ning vajadus on juba küpsenud.
Valitsused hakkasid autotööstust tugevalt piirama keskkonnanõuetega ja tarbijad soovisid näha kvalitatiivset sammu edasi, mitte aga järjekordset mikroskoopilist täiustamist mootoris, mis oli rohkem kui sajand tuntud ühe naftarafineerimistoote puhul.
Millist autot nimetatakse "hübriidiks"
Vaheastme jõuallikas hakkas olema kombinatsioon juba tõestatud sisepõlemismootori konstruktsioonist ja ühest või mitmest elektrimootorist.
Veoüksuse elektrilist osa toidavad gaasi- või diiselmootoriga mehaaniliselt ühendatud generaatorid, akud ja taaskasutussüsteem, mis tagastab sõiduki pidurdamisel vabanenud energia ajamile.
Kõiki arvukaid skeeme idee praktiliseks elluviimiseks nimetatakse hübriidideks.
Mõnikord eksitavad tootjad kliente, nimetades hübriidsüsteemideks, kus elektriajamit kasutatakse ainult põhimootori käivitamiseks start-stopp režiimis.
Kuna elektrimootorite ja rataste vahel puudub seos ning elektrilise veojõuga sõitmise võimalus, on selliseid autosid ebaõige omistada hübriidautodele.
Hübriidmootorite tööpõhimõte
Erinevate disainilahenduste puhul on sellistel masinatel ühised omadused. Kuid tehnilisest küljest on erinevused nii suured, et tegelikult on need erinevad autod, millel on oma eelised ja puudused.
Seade
Iga hübriid sisaldab:
- sisepõlemismootor koos käigukastiga, parda madalpinge toitevõrk ja kütusepaak;
- veomootorid;
- akud, enamasti üsna kõrgepingelised, koosnevad järjestikku ja paralleelselt ühendatud akudest;
- toitejuhtmestik kõrgepinge lülitusega;
- elektroonilised juhtseadmed ja pardaarvutid.
Integreeritud mehaanilise ja elektrilise käigukasti kõigi töörežiimide tagamine toimub tavaliselt automaatselt, juhi õlule on usaldatud ainult üldine liikluskorraldus.
Töö skeemid
Elektrilisi ja mehaanilisi komponente on võimalik omavahel ühendada erineval viisil, aja jooksul on silma paistnud väljakujunenud spetsiifilised, sageli kasutatavad skeemid.
See ei kehti ajami hilisema liigitamise kohta vastavalt elektrilise veojõu eriosakaalule üldises energiabilansis.
järjekindel
Kõige esimene skeem, kõige loogilisem, kuid nüüdseks autodes vähe kasutatud.
Selle põhiülesanne oli töötada rasketes seadmetes, kus kompaktsed elektrikomponendid on edukalt asendanud mahuka mehaanilise jõuülekande, mida on samuti väga raske juhtida. Mootor, tavaliselt diiselmootor, on koormatud eranditult elektrigeneraatorile ega ole otseselt ratastega ühendatud.
Generaatori tekitatud voolu saab kasutada veoaku laadimiseks ja kus seda pole ette nähtud, suunatakse see otse elektrimootoritesse.
Neid võib olla üks või mitu, kuni paigaldamiseni auto igale rattale nn mootorirataste põhimõttel. Tõukejõu suurust reguleerib elektriline jõuseade ja sisepõlemismootor saab pidevalt töötada kõige optimaalsemal režiimil.
Paralleelselt
See skeem on praegu kõige levinum. Selles töötavad elektrimootor ja sisepõlemismootor ühise käigukasti jaoks ning elektroonika reguleerib iga ajami energiatarbimise optimaalset suhet. Mõlemad mootorid on ratastega ühendatud.
Toetatakse taastumisrežiimi, kui pidurdamisel muutub elektrimootor generaatoriks ja laeb akut. Mõnda aega saab auto liikuda ainult oma laenguga, peamine sisepõlemismootor on summutatud.
Mõnel juhul kasutatakse märkimisväärse mahutavusega akut, mis on varustatud välise laadimise võimalusega kodumajapidamises kasutatavast vahelduvvooluvõrgust või spetsiaalsest laadimisjaamast.
Üldiselt on akude roll siin väike. Kuid nende lülitamine on lihtsustatud, ohtlikke kõrgepingeahelaid pole siin vaja ja aku mass on palju väiksem kui elektrisõidukitel.
segatud
Elektriajamite tehnoloogia ja salvestusmahtude arendamise tulemusena on suurenenud elektrimootorite roll veojõu tekitamisel, mis on viinud kõige arenenumate jada-paralleelsüsteemide tekkeni.
Siin toimub paigalt startimine ja madalal kiirusel liikumine elektrilise veojõu abil ning sisepõlemismootor ühendatakse ainult siis, kui on vaja suurt võimsust ja kui akud on tühjad.
Mõlemad mootorid võivad töötada ajamirežiimis ning läbimõeldud elektroonikaplokk valib, kuhu ja kuidas energiavoogusid suunata. Juht saab seda jälgida graafilisel teabeekraanil.
Kasutatakse täiendavat generaatorit, nagu jadaahelas, mis suudab elektrimootoreid energiaga varustada või akut laadida. Pidurdusenergia taastatakse veomootori tagurpidikäigu kaudu.
Nii on paigutatud palju kaasaegseid hübriide, eriti üks esimesi ja tuntumaid - Toyota Prius
Kuidas hübriidmootor Toyota Priuse näitel töötab
Sellel autol on nüüd kolmas põlvkond ja see on saavutanud teatud täiuslikkuse, kuigi konkureerivad hübriidid suurendavad jätkuvalt disainide keerukust ja tõhusust.
Ajami aluseks on siin sünergia põhimõte, mille kohaselt võivad sisepõlemismootor ja elektrimootor osaleda mis tahes kombinatsioonis ratastele pöördemomendi tekitamisel. Nende töö paralleelsus pakub keerukat planetaarset tüüpi mehhanismi, kus jõuvood segatakse ja edastatakse diferentsiaali kaudu veoratastele.
Käivitamist ja käivituskiirendust teostab elektrimootor. Kui elektroonika tuvastab, et selle võimetest ei piisa, ühendatakse ökonoomne Atkinsoni tsüklil töötav bensiinimootor.
Tavalistes Otto mootoritega autodes ei saa sellist termotsüklit kasutada üleminekutingimuste tõttu. Kuid siin pakub neid elektrimootor.
Tühikäik on välistatud, kui Toyota Prius käivitab automaatselt sisepõlemismootori, siis leitakse sellele kohe ka tööd, mis aitab kiirendamisel, aku laadimisel või konditsioneeri pakkumisel.
Pidevalt koormatud ja optimaalse kiirusega töötades minimeerib see bensiinikulu, olles oma välise kiiruskarakteristiku kõige soodsamas punktis.
Traditsioonilist starterit pole, kuna sellist mootorit saab käivitada ainult seda märkimisväärse kiiruseni keerates, mida teeb pöördgeneraator.
Akud on erineva võimsuse ja pingega, PHV kõige keerulisemas taaslaetavas versioonis on need juba üsna tavalised elektrisõidukitel 350 volti 25 Ah juures.
Hübriidide eelised ja puudused
Nagu iga kompromiss, jäävad hübriidid alla puhtalt elektrisõidukitele ja tavalistele klassikalistele õlikütusel töötavatele sõidukitele.
Kuid samal ajal annavad need kasu paljudele omadustele, kui keegi tegutseb peamistena:
- sisepõlemismootorite kahjulike heitkoguste vastu võitlemiseks kasutatavate vahendite lihtsustamine;
- teatava kütusesäästu saavutamine, olgu see vaidlustatud;
- puhtalt elektrilise veojõuga liikumise võimalus, kus sisepõlemismootorite kasutamine on keelatud;
- deklareeritud võimsuse üsna lihtne suurenemine;
- võimatus erinevalt elektriautost jääda ilma energiata elektrivõrgust eemale.
Kõik puudused on seotud tehnoloogia keerukusega:
- vajadus spetsiaalselt hübriididega töötamiseks koolitatud pädevate töötajate järele;
- sõiduki massi suurenemine, mis kulutab ka kütust;
- auto kõrgem hind;
- kaotus elektrisõidukitele sisepõlemismootori ja kõige sellega seonduva säilimise tõttu;
- endiselt ebapiisavalt arenenud tehnoloogiad ja ühtse lähenemise puudumine disainile;
- halb keskkonnasõbralikkus patareide tootmisel ja nende kõrvaldamisel.
Võimalik, et hübriidide tootmine jätkub ka pärast klassikaliste autode täielikku kadumist.
Kuid see juhtub ainult siis, kui luuakse üksainus kompaktne, ökonoomne ja hästi juhitav süsivesinikkütuse mootor, mis on hea täiendus tuleviku elektriautole, suurendades oluliselt selle endiselt ebapiisavat autonoomiat.
