Как работи хибридният двигател, плюсовете и минусите на икономичния двигател
Съдържание
Появата на хибридни превозни средства се превърна в принудителна мярка на автомобилните производители при прехода от двигатели с вътрешно горене (ICE) на въглеводородни горива към по-чисти електроцентрали. Технологията все още не е позволила създаването на пълноценна електрическа кола, автомобил с горивни клетки или каквото и да е друго от голям списък от теоретично възможни направления за развитие на автономен транспорт и необходимостта вече е назряла.
Правителствата започнаха силно да натискат автомобилната индустрия с екологични изисквания и потребителите искаха да видят качествена стъпка напред, а не поредното микроскопично подобрение на мотор, известен повече от век на един от продуктите за рафиниране на петрол.
Коя кола се нарича "хибрид"
Силовият агрегат на междинния етап започна да бъде комбинация от вече доказан дизайн на двигател с вътрешно горене и един или повече електродвигатели.
Електрическата част на тяговия агрегат се захранва от генератори, механично свързани към газов двигател или дизелов двигател, акумулатори и система за възстановяване, която връща енергията, освободена по време на спиране на превозното средство, към задвижването.
Всички многобройни схеми за практическо изпълнение на идеята се наричат хибриди.
Понякога производителите подвеждат клиентите, като наричат хибридни системи, при които електрическото задвижване се използва само за стартиране на главния двигател в режим старт-стоп.
Тъй като няма връзка между електрически двигатели и колела и възможност за шофиране на електрическа тяга, е неправилно да се приписват такива автомобили към хибридни.
Принципът на работа на хибридните двигатели
С цялото разнообразие от дизайни, такива машини имат общи характеристики. Но разликите са толкова големи от техническа гледна точка, че всъщност това са различни автомобили със своите предимства и недостатъци.
приспособление
Всеки хибрид включва:
- двигател с вътрешно горене с неговата трансмисия, бордова захранваща мрежа с ниско напрежение и резервоар за гориво;
- тягови двигатели;
- акумулаторни батерии, най-често високоволтови, състоящи се от батерии, свързани последователно и паралелно;
- захранващо окабеляване с превключване на високо напрежение;
- електронни блокове за управление и бордови компютри.
Осигуряването на всички режими на работа на интегрираната механична и електрическа трансмисия обикновено се извършва автоматично, само общият контрол на движението е поверен на водача.
Схеми на работа
Възможно е свързването на електрическите и механичните компоненти един към друг по различни начини; с течение на времето се открояват добре установени специфични, често използвани схеми.
Това не важи за по-късната класификация на задвижването според специфичния дял на електрическата тяга в общия енергиен баланс.
последователен
Първата схема, най-логичната, но сега малко използвана в автомобилите.
Основната му задача беше да работи в тежко оборудване, където компактните електрически компоненти успешно замениха обемиста механична трансмисия, която също е много трудна за управление. Двигателят, обикновено дизелов, се натоварва изключително на електрически генератор и не е свързан директно с колелата.
Токът, генериран от генератора, може да се използва за зареждане на тяговата батерия, а там, където не е осигурен, се изпраща директно към електродвигателите.
Може да има един или повече от тях, до монтиране на всяко колело на автомобил по принципа на т. нар. моторни колела. Размерът на тягата се регулира от силовия електрически блок, а двигателят с вътрешно горене може постоянно да работи в най-оптималния режим.
паралелен
Тази схема сега е най-често срещаната. В него електродвигателят и двигателят с вътрешно горене работят за обща трансмисия, а електрониката регулира оптималното съотношение на консумация на енергия от всяко от задвижванията. И двата двигателя са свързани към колелата.
Поддържа се режимът на рекуперация, когато по време на спиране електродвигателят се превръща в генератор и презарежда акумулаторната батерия. Известно време колата може да се движи само на своя заряд, основният двигател с вътрешно горене е заглушен.
В някои случаи се използва батерия със значителен капацитет, оборудвана с възможност за външно зареждане от битова AC мрежа или специализирана станция за зареждане.
Като цяло ролята на батериите тук е малка. Но тяхното превключване е опростено, опасни вериги с високо напрежение тук не са необходими, а масата на батерията е много по-малка от тази на електрическите превозни средства.
смесени
В резултат на развитието на технологията на електрическото задвижване и капацитета за съхранение ролята на електродвигателите за създаване на теглително усилие се е увеличила, което доведе до появата на най-модерните последователно-паралелни системи.
Тук стартирането от място и придвижването с ниски скорости се извършват на електрическа тяга, а двигателят с вътрешно горене се свързва само когато се изисква висока мощност и когато батериите са изтощени.
И двата двигателя могат да работят в режим на задвижване, а добре обмисленият електронен блок избира къде и как да насочва енергийните потоци. Водачът може да проследи това на графичния информационен дисплей.
Използва се допълнителен генератор, както в последователна верига, който може да доставя енергия на електрически двигатели или да зарежда батерия. Спирачната енергия се рекуперира чрез обратния ход на тяговия двигател.
Така са подредени много съвременни хибриди, по-специално един от първите и добре познати - Toyota Prius
Как работи хибридният двигател на примера на Toyota Prius
Този автомобил вече е в третото си поколение и е достигнал известна степен на съвършенство, въпреки че конкуриращите се хибриди продължават да увеличават сложността и ефективността на дизайна.
В основата на задвижването тук е принципът на синергията, според който двигател с вътрешно горене и електродвигател могат да участват във всяка комбинация в създаването на въртящ момент на колелата. Паралелизмът на тяхната работа осигурява сложен механизъм от планетарен тип, при който силовите потоци се смесват и се предават през диференциала към задвижващите колела.
Стартирането и пусковото ускорение се извършват от електродвигател. Ако електрониката определи, че нейните възможности не са достатъчни, се свързва икономичен бензинов двигател, работещ по цикъла на Аткинсън.
В конвенционалните автомобили с двигатели на Ото такъв термичен цикъл не може да се използва поради преходни условия. Но тук те се осигуряват от електрически двигател.
Режимът на празен ход е изключен, ако Toyota Prius автоматично стартира двигателя с вътрешно горене, веднага се намира работа за него, за да помогне за ускорение, зареждане на батерията или осигуряване на климатик.
Постоянно натоварен и работещ при оптимална скорост, той свежда до минимум разхода на бензин, като е в най-изгодната точка от външната си скоростна характеристика.
Няма традиционен стартер, тъй като такъв двигател може да бъде стартиран само чрез завъртане на значителна скорост, което прави реверсивният генератор.
Батериите са с различен капацитет и напрежения, в най-сложната акумулаторна версия на PHV, те вече са доста често срещани за електрически превозни средства 350 волта при 25 Ah.
Предимства и недостатъци на хибридите
Като всеки компромис, хибридите са по-ниски от чисто електрическите превозни средства и обичайните класически тези, работещи с масло.
Но в същото време те дават печалба в редица имоти, за някой, който действа като основни:
- опростяване на средствата, използвани за борба с вредните емисии на двигателите с вътрешно горене;
- постигане на известна икономия на гориво, колкото и да е оспорвана;
- възможността за движение на чисто електрическа тяга, когато е забранено използването на двигатели с вътрешно горене;
- сравнително просто увеличение на декларирания капацитет;
- невъзможността, за разлика от електрическата кола, да остане без енергия далеч от електрическата мрежа.
Всички недостатъци са свързани с усложняването на технологията:
- необходимостта от компетентен персонал, специално обучен за работа с хибриди;
- увеличаване на масата на превозното средство, което също изразходва гориво;
- по-висока цена на автомобила;
- загуба на електрически превозни средства поради запазване на двигателя с вътрешно горене и всичко свързано с него;
- все още недостатъчно развити технологии и липсата на единен подход към дизайна;
- лоша екологичност при производството на батерии и тяхното изхвърляне.
Възможно е производството на хибриди да продължи и след пълното изчезване на класическите автомобили.
Но това ще се случи само ако се създаде един-единствен компактен, икономичен и добре контролиран двигател на въглеводородно гориво, който ще бъде добро допълнение към електрическия автомобил на бъдещето, значително увеличавайки все още недостатъчната му автономност.
