Какво е хибридна система за превозни средства?

Напоследък електрическите превозни средства набират популярност. Въпреки това, пълноценните електрически превозни средства имат съществен недостатък - малък резерв на мощност без презареждане. Поради тази причина много водещи автомобилни производители оборудват някои от своите модели с хибридни агрегати.

По принцип хибридният автомобил е превозно средство, чийто основен задвижващ механизъм е двигател с вътрешно горене, но се задвижва от електрическа система с един или повече електродвигатели и допълнителна батерия.

Днес се използват няколко категории хибриди. Някои помагат само на двигателя с вътрешно горене в началото, други ви позволяват да шофирате с електрическо сцепление. Помислете за характеристиките на такива електроцентрали: каква е разликата им, как работят, както и основните плюсове и минуси на хибридите.

История на хибридните двигатели

Идеята за създаване на хибриден автомобил (или кръстоска между класически автомобил и електрически автомобил) се дължи на покачването на цените на горивата, по-строгите стандарти за емисиите от автомобила и осигуряването на по-голям комфорт при управление на превозно средство.

Разработката на смесена електроцентрала е предприета за първи път от френската компания Parisienne de voitures electriques. Първият работещ хибриден автомобил обаче е създаването на Ferdinand Porsche. В електроцентралата Lohner Electric Chaise двигателят с вътрешно горене служи като генератор за електричество, който захранва предните два електродвигателя (монтирани директно върху колелата).

Превозното средство е представено на обществеността през 1901 година. Общо бяха продадени около 300 копия на такива автомобили. Моделът се оказа много практичен, но скъп за производство, така че обикновен шофьор не можеше да си позволи такова превозно средство. Нещо повече, по това време се появи по-евтина и не по-малко практична кола, разработена от дизайнера Хенри Форд.

Класическите бензинови силови двигатели принудиха разработчиците да се откажат от идеята за създаване на хибриди в продължение на много десетилетия. Интересът към зелените превози нараства с преминаването на законопроекта за насърчаване на електрическите превозни средства в САЩ. Приет е през 1960г.

По стечение на обстоятелствата през 1973 г. избухва световната петролна криза. Ако законите на САЩ не насърчиха производителите да мислят за разработването на достъпни екологични автомобили, тогава кризата ги принуди да го направят.

Първата пълна хибридна система, чийто основен принцип се използва и днес, е разработена от TRW през 1968 година. Според концепцията, заедно с електрическия двигател, беше възможно да се използва по-малък двигател с вътрешно горене, но в същото време мощността на машината не беше загубена и работата стана много по-гладка.

Пример за пълноправен хибриден автомобил е GM 512 Hybrid. Задвижван е от електромотор, който ускорява превозното средство до 17 км / ч. При тази скорост се задейства двигателят с вътрешно горене, повишавайки производителността на системата, поради което скоростта на автомобила се увеличава до 21 км / ч. Ако имаше нужда да се върви по-бързо, електродвигателят беше изключен, а колата беше ускорена вече на бензиновия двигател. Ограничението на скоростта беше 65 км / ч.

VW Taxi Hybrid, друг успешен хибриден автомобил, беше представен на обществеността през 1973 година.

Досега автомобилните производители се опитват да изведат хибридни и изцяло електрически системи до ниво, което би ги направило конкурентоспособни в сравнение с класическите двигатели с вътрешно горене. Въпреки че това все още не се е случило, много разработки оправдаха милиардите долари, изразходвани за тяхното развитие.

В началото на третото хилядолетие човечеството видя новост, наречена Toyota Prius. Децата на японския производител се превърнаха в синоним на концепцията за "хибридна кола". Много съвременни разработки са взаимствани от това развитие. Към днешна дата са създадени голям брой модификации на комбинирани инсталации, което позволява на купувача да избере най -добрия вариант за себе си.

Как работят хибридните превозни средства

Не бъркайте хибриден мотор с напълно електрическо превозно средство. В някои случаи е включена електрическата инсталация. Например в градски режим, когато автомобилът е в задръстване, използването на двигател с вътрешно горене води до прегряване на двигателя, както и до повишено замърсяване на въздуха. За такива ситуации се активира електрическата инсталация.

По дизайн хибридът се състои от:

• Основният захранващ блок. Това е бензинов или дизелов двигател.
• Електрически мотор. Възможно е да има няколко от тях в зависимост от модификацията. По принцип на действие те също могат да бъдат различни. Например, някои могат да се използват като допълнително задвижване на колелата, а други като помощник на двигателя при стартиране на автомобила от застой.
• Допълнителна батерия. В някои автомобили той има малък капацитет, енергийният резерв на който е достатъчен за активиране на електрическата инсталация за кратък период. В други тази батерия има голям капацитет, така че превозните средства да могат да се движат свободно от електричество.
• Електронна система за управление. Сложните сензори наблюдават работата на двигателя с вътрешно горене и анализират поведението на машината, въз основа на което електродвигателят се активира / деактивира.
• Инвертор. Това е преобразувател на необходимата енергия, идваща от акумулатора към трифазен електродвигател. Този елемент също разпределя натоварването към различни възли, в зависимост от модификацията на инсталацията.
• Генератор. Без този механизъм е невъзможно да се презареди основната или допълнителната батерия. Както при конвенционалните автомобили, генераторът се захранва от двигателя с вътрешно горене.
• Системи за рекуперация на топлина. Повечето съвременни хибриди са оборудвани с такава система. Той „събира“ допълнителна енергия от такива компоненти на автомобила като спирачната система и ходовата част (когато колата е на брега, например от хълм, конверторът събира освободената енергия в акумулатора).

Хибридните силови двигатели могат да се управляват поотделно или по двойки.

Схеми на работа

Има няколко успешни хибриди. Има три основни:

• последователен;
• успоредни;
• сериен-паралелен.

Последователна верига

В този случай двигателят с вътрешно горене се използва като генератор на електричество за работа на електродвигатели. Всъщност бензинов или дизелов двигател няма пряка връзка с трансмисията на автомобила.

Тази система позволява инсталирането на двигатели с малка мощност с малък обем в двигателното отделение. Основната им задача е да задвижват генератора на напрежение.

Тези превозни средства често са оборудвани със система за възстановяване, чрез която механичната и кинетична енергия се преобразува в електрически ток за презареждане на батерията. В зависимост от размера на батерията, автомобил може да измине определено разстояние изключително на електрическо сцепление, без да използва двигател с вътрешно горене.

Най -известният пример за тази категория хибриди е Chevrolet Volt. Може да се зарежда като нормален електрически автомобил, но благодарение на бензиновия двигател обхватът е значително увеличен.

Паралелна верига

При паралелни инсталации двигателят с вътрешно горене и електродвигателят работят в тандем. Задачата на електродвигателя е да намали натоварването на основния блок, което води до значителни икономии на гориво.

Ако двигателят с вътрешно горене е изключен от трансмисията, автомобилът е в състояние да измине определено разстояние от електрическата тяга. Но основната задача на електрическата част е да осигури плавно ускорение на автомобила. Основният мощен агрегат в такива модификации е бензинов (или дизелов) двигател.

Когато колата се забави или премине от работата на двигателя с вътрешно горене, електрическият двигател действа като генератор за презареждане на батерията. Благодарение на двигателя с изгаряне тези превозни средства не се нуждаят от акумулатор с високо напрежение.

За разлика от последователните хибриди, тези агрегати имат по -голям разход на гориво, тъй като електродвигателят не се използва като отделен силов агрегат. В някои модели, като BMW 350E iPerformance, електрическият мотор е интегриран в скоростната кутия.

Характеристика на тази схема на работа е висок въртящ момент при ниски скорости на коляновия вал.

Последователно-паралелна верига

Тази схема е разработена от японски инженери. Нарича се HSD (Hybrid Synergy Drive). Всъщност той съчетава функциите на първите два вида експлоатация на електроцентралата.

Когато колата трябва да потегли или да се движи бавно в задръстване, електрическият мотор се активира. За да спестите енергия при висока скорост, е свързан бензинов или дизелов двигател (в зависимост от модела на автомобила).

Ако трябва да ускорите рязко (например при изпреварване) или автомобилът се изкачва нагоре, електроцентралата работи в паралелен режим - електрическият двигател помага на двигателя с вътрешно горене, което намалява натоварването върху него и в резултат спестява разхода на гориво.

Планетарната връзка на автомобилен двигател с вътрешно горене прехвърля част от мощността към основната предавка на трансмисията и отчасти към генератора за презареждане на батерията или електрическото задвижване. В такава схема е инсталирана сложна електроника, която разпределя енергията според ситуацията.

Най-забележителният пример за хибрид със серийно паралелно задвижване е Toyota Prius. Някои модификации на добре познати японски модели обаче вече са получили такива инсталации. Пример за това е Toyota Camry, Toyota Highlander Hybrid, Lexus LS 600h. Тази технология е закупена и от някои американски концерни. Например разработката е намерила своя път във Ford Escape Hybrid.

Хибридни видове агрегати

Всички хибридни силови двигатели са класифицирани в три типа:

• мек хибрид;
• средно хибриден;
• пълен хибрид.

Всеки от тях има своя собствена функция, както и уникални характеристики.

Микро хибриден силов двигател

Такива електроцентрали често са оборудвани със система за възстановяване, така че кинетичната енергия се преобразува в електрическа енергия и се връща в акумулатора.

Задвижващият механизъм в тях е стартер (може да действа и като генератор). В такива инсталации няма електрическо задвижване на колелата. Схемата се използва при чести стартирания на двигателя с вътрешно горене.

Средно хибриден двигател

Такива автомобили също не се движат поради електрическия мотор. Електрическият двигател в този случай служи като помощник на основния силов агрегат, когато натоварването се увеличава.

Такива системи също са оборудвани със система за рекуперация, събираща безплатна енергия обратно в батерията. Средните хибридни агрегати осигуряват по-ефективен топлинен двигател.

Пълно хибридно задвижване

В такива инсталации има генератор с висока мощност, който се задвижва от двигател с вътрешно горене. Системата се активира при ниски скорости на автомобила.

Ефективността на системата се проявява в присъствието на функцията "Старт / Стоп", когато автомобилът се движи бавно в задръстване, но трябва да ускорите рязко на светофарите. Характеристика на пълната хибридна инсталация е възможността за изключване на двигателя с вътрешно горене (съединителят е изключен) и задвижване на електрически двигател.

Класификация по степен на електрификация

В техническата документация или в името на модел автомобил могат да присъстват следните условия:

• микрохибриден;
• мек хибрид;
• пълен хибрид;
• плъгин хибрид.

Микрохибриден

В такива автомобили е инсталиран конвенционален двигател. Те не са задвижвани с електричество. Тези системи са оборудвани или с функция старт / стоп, или са оборудвани с регенеративна спирачна система (при спиране батерията се презарежда).

Някои модели са оборудвани и с двете системи. Някои експерти смятат, че такива превозни средства не се считат за хибридни превозни средства, тъй като те използват само бензинов или дизелов агрегат без интеграция в системата за електрическо задвижване.

Лек хибрид

Такива коли също не се движат поради електричество. Те също използват топлинен двигател, както в предишната категория. С едно изключение - двигателят с вътрешно горене се поддържа от електрическа инсталация.

Тези модели нямат маховик. Функцията му се изпълнява от електрически стартер-генератор. Електрическата система увеличава отката на мотора с ниска мощност по време на силно ускорение.

Пълен хибрид

Тези превозни средства се разбират като превозни средства, способни да изминат известно разстояние при електрическо сцепление. В такива модели може да се използва всяка схема на свързване, спомената по-горе.

Такива хибриди не се зареждат от електрическата мрежа. Батерията се зарежда с енергия от регенеративната спирачна система и генератора. Разстоянието, което може да бъде изминато с едно зареждане, зависи от капацитета на батерията.

Хибридни приставки

Такива автомобили могат да функционират като електрическо превозно средство или да работят с двигател с вътрешно горене. Благодарение на комбинацията от двете електроцентрали се осигурява прилична икономия на гориво.

Тъй като е физически невъзможно да се инсталира обемна батерия (при електрическите превозни средства тя заема мястото на резервоар за газ), такъв хибрид може да измине до 50 км с едно зареждане без презареждане.

Предимства и недостатъци на хибридните автомобили

В момента хибридът може да се счита за преходна връзка от топлинен двигател към екологичен електрически аналог. Въпреки че крайната цел все още не е постигната, благодарение на въвеждането на съвременни иновативни разработки, има положителна тенденция в развитието на електрическия транспорт.

Тъй като хибридите са преходен вариант, те имат както положителни, така и отрицателни точки. Плюсовете включват:

• Икономия на гориво. В зависимост от работата на силовата двойка този индикатор може да се увеличи до 30% или повече.
• Зареждане без използване на електрическата мрежа. Това стана възможно благодарение на системата за възстановяване на кинетичната енергия. Въпреки това, пълното зареждане не се случва, ако инженерите могат да подобрят преобразуването, тогава електрическите автомобили изобщо няма да имат нужда от контакт.
• Възможността за инсталиране на мотор с по-малък обем и мощност.
• Електрониката е много по-икономична от механиката, тя разпределя гориво.
• Двигателят се прегрява по-малко и горивото се изразходва при шофиране в задръствания.
• Комбинацията от бензинови / дизелови и електрически двигатели ви позволява да продължите да шофирате, ако батерията с висока мощност е изтощена.
• Благодарение на работата на електрическия двигател двигателят с вътрешно горене може да работи по-стабилно и по-малко шум.

Хибридните инсталации също имат достоен списък с недостатъци:

• Батерията става неизползваема по-бързо поради големия брой цикли на зареждане / разреждане (дори при меки хибридни системи);
• Батерията често е напълно разредена;
• Частите за такива автомобили са доста скъпи;
• Саморемонтът е почти невъзможен, тъй като това изисква усъвършенствано електронно оборудване;
• В сравнение с бензиновите или дизеловите модели, хибридите струват няколко хиляди долара повече;
• Редовната поддръжка е по-скъпа;
• Сложната електроника изисква внимателно боравене и възникналите грешки понякога могат да прекъснат дълго пътуване;
• Трудно е да се намери специалист, който би могъл правилно да регулира работата на електроцентралите. Поради това трябва да прибегнете до услугите на скъпи професионални ателиета;
• Батериите не понасят значителни температурни колебания и се разреждат сами.
• Въпреки екологичността по време на работа на електрически мотор, производството и изхвърлянето на батерии е силно замърсяващо.

За да се превърнат хибридите и електрическите превозни средства в истински конкурент на двигателите с вътрешно горене, е необходимо да се подобрят захранванията (така че да съхраняват повече енергия, но в същото време да не са много обемни), както и системите за бързо презареждане, без да навредят на батерията.

Въпроси и отговори:

Какво е хибридно превозно средство? Това е превозно средство, в което в движението му участват повече от един силови агрегати. По принцип това е смесица от електрическа кола и кола с класически двигател с вътрешно горене.

Каква е разликата между хибриден и конвенционален автомобил? Хибридната кола има предимствата на електрическата кола (безшумна работа на двигателя и шофиране без използване на гориво), но когато зарядът на батерията спадне, основният захранващ блок (бензин) се активира.