Kas yra hibridinė transporto priemonių sistema?

Pastaruoju metu populiarėja elektrinės transporto priemonės. Tačiau pilnavertėms elektrinėms transporto priemonėms būdingas didelis trūkumas - nedidelis galios rezervas be įkrovimo. Dėl šios priežasties daugelis pirmaujančių automobilių gamintojų kai kuriuos savo modelius aprūpina hibridiniais agregatais.

Iš esmės hibridinis automobilis yra transporto priemonė, kurios pagrindinė jėgos pavara yra vidaus degimo variklis, tačiau ją varo elektros sistema su vienu ar keliais elektros varikliais ir papildoma baterija.

Šiandien naudojamos kelios hibridų kategorijos. Vieni padeda vidaus degimo varikliui tik užvedimo metu, kiti leidžia važiuoti naudojant elektrinę trauką. Apsvarstykite tokių elektrinių ypatybes: koks jų skirtumas, kaip jie veikia, taip pat pagrindinius hibridų privalumus ir trūkumus.

Hibridinių variklių istorija

Idėją sukurti hibridinį automobilį (arba klasikinio automobilio ir elektromobilio susikirtimą) lemia aukštesnės degalų kainos, griežtesni transporto priemonių išmetamųjų teršalų standartai ir didesnis vairavimo komfortas.

Mišrią elektrinę pirmiausia pradėjo kurti Prancūzijos bendrovė „Parisienne de voitures electriques“. Tačiau pirmasis veikiantis hibridinis automobilis buvo „Ferdinand Porsche“ sukūrimas. „Lohner Electric Chaise“ jėgainėje vidaus degimo variklis tarnavo kaip elektros generatorius, kuris maitino du priekinius elektrinius variklius (montuojamus tiesiai ant ratų).

Transporto priemonė visuomenei buvo pristatyta 1901 m. Iš viso tokių automobilių buvo parduota apie 300 egzempliorių. Pasirodė, kad modelis yra labai praktiškas, tačiau brangus gaminti, todėl tokia transporto priemonė paprastam vairuotojui negalėjo būti prieinama. Be to, tuo metu pasirodė pigesnis ir ne mažiau praktiškas automobilis, kurį sukūrė dizaineris Henry Fordas.

Klasikinės benzininės jėgainės privertė kūrėjus daugelį dešimtmečių atsisakyti idėjos kurti hibridus. Susidomėjimas ekologišku transportu padidėjo priėmus Jungtinių Valstijų elektrinio transporto skatinimo įstatymo projektą. Jis buvo priimtas 1960 m.

Atsitiktinumo dėka 1973 m. Kilo pasaulinė naftos krizė. Jei JAV įstatymai neskatino gamintojų galvoti apie ekologiškų automobilių prieinamumą, tai krizė privertė tai padaryti.

Pirmąją pilną hibridinę sistemą, kurios pagrindinis principas naudojamas iki šiol, TRW sukūrė 1968 m. Pagal koncepciją kartu su elektriniu varikliu buvo galima naudoti mažesnį vidaus degimo variklį, tačiau mašinos galia nebuvo prarasta, o darbas tapo daug sklandesnis.

Pilnaverčio hibridinio automobilio pavyzdys yra „GM 512 Hybrid“. Jį varė elektrinis variklis, kuris pagreitino transporto priemonę iki 17 km / h. Tokiu greičiu buvo įjungtas vidaus degimo variklis, pagerinantis sistemos veikimą, dėl kurio automobilio greitis padidėjo iki 21 km / h. Jei reikėjo važiuoti greičiau, elektros variklis buvo išjungtas, o automobilis įsibėgėjo jau ant benzininio variklio. Leistinas greitis buvo 65 km / h.

Kitas sėkmingas hibridinis automobilis „VW Taxi Hybrid“ buvo pristatytas visuomenei 1973 m.

Iki šiol automobilių gamintojai stengiasi hibridines ir visiškai elektrines sistemas pasiekti tokiu lygiu, kuris jas padarytų konkurencingas, palyginti su klasikinėmis ICE. Nors tai dar neįvyko, daugelis įvykių pateisino milijardus dolerių, išleistų jų plėtrai.

Prasidėjus trečiajam tūkstantmečiui, žmonija pamatė naujovę, pavadintą „Toyota Prius“. Japonijos gamintojo sumanymas tapo „hibridinio automobilio“ sąvokos sinonimu. Daugelis šiuolaikinių pokyčių yra pasiskolinti iš šios raidos. Iki šiol buvo sukurta daugybė kombinuotų įrenginių modifikacijų, leidžiančių pirkėjui pasirinkti geriausią variantą.

Kaip veikia hibridiniai automobiliai

Nepainiokite hibridinio variklio su pilnai elektrine transporto priemone. Kai kuriais atvejais dalyvauja elektros instaliacija. Pavyzdžiui, miesto režimu, kai automobilis yra spūstyje, naudojant vidaus degimo variklį variklis perkaista, taip pat padidėja oro tarša. Tokioms situacijoms įjungiama elektros instaliacija.

Pagal konstrukciją hibridas susideda iš:

• Pagrindinis maitinimo blokas. Tai benzininis arba dyzelinis variklis.
• Elektrinis variklis. Priklausomai nuo modifikacijos, jų gali būti keli. Veikimo principu jie taip pat gali būti skirtingi. Pavyzdžiui, kai kurie gali būti naudojami kaip papildoma ratų pavara, kiti - kaip variklio padėjėjas, užvedant automobilį iš vietos.
• Papildoma baterija. Kai kuriuose automobiliuose jo talpa yra nedidelė, kurios energijos atsargos pakanka trumpam įjungti elektros instaliaciją. Kitose vietose ši baterija yra didelės talpos, kad transporto priemonės galėtų laisvai judėti nuo elektros.
• Elektroninė valdymo sistema. Pažangūs jutikliai stebi vidaus degimo variklio darbą ir analizuoja mašinos elgesį, kurio pagrindu įjungiamas / išjungiamas elektrinis variklis.
• Inverteris. Tai reikalingos energijos, gaunamos iš akumuliatoriaus į trifazį elektros variklį, keitiklis. Šis elementas taip pat paskirsto apkrovą skirtingiems mazgams, priklausomai nuo diegimo modifikacijos.
• Generatorius. Be šio mechanizmo neįmanoma įkrauti pagrindinės ar papildomos baterijos. Kaip ir įprastuose automobiliuose, generatorių varo vidaus degimo variklis.
• Šilumos atgavimo sistemos. Dauguma šiuolaikinių hibridų yra aprūpinti tokia sistema. Jis „surenka“ papildomą energiją iš tokių automobilio komponentų kaip stabdžių sistema ir važiuoklė (kai automobilis važiuoja, pavyzdžiui, nuo kalvos, keitiklis surenka išsiskyrusią energiją į akumuliatorių).

Hibridiniai jėgainės gali būti valdomos atskirai arba poromis.

Darbo schemos

Yra keletas sėkmingų hibridų. Yra trys pagrindiniai:

• nuoseklus;
• lygiagreti;
• serijinis-lygiagretus.

Serijinė grandinė

Šiuo atveju vidaus degimo variklis naudojamas kaip elektros generatorius elektros varikliams veikti. Tiesą sakant, benzininis ar dyzelinis variklis neturi tiesioginio ryšio su automobilio transmisija.

Ši sistema leidžia variklio skyriuje sumontuoti mažos galios variklius su nedideliu tūriu. Jų pagrindinė užduotis yra valdyti įtampos generatorių.

Šiose transporto priemonėse dažnai įrengta rekuperacinė sistema, per kurią mechaninė ir kinetinė energija paverčiama elektros srove akumuliatoriui įkrauti. Priklausomai nuo akumuliatoriaus dydžio, automobilis gali nuvažiuoti tam tikrą atstumą tik elektrine trauka nenaudodamas vidaus degimo variklio.

Garsiausias šios kategorijos hibridų pavyzdys yra „Chevrolet Volt“. Jį galima įkrauti kaip įprastą elektromobilį, tačiau dėl benzininio variklio diapazonas žymiai padidėja.

Lygiagreti grandinė

Lygiagrečiai montuojant, vidaus degimo variklis ir elektrinis variklis veikia kartu. Elektrinio variklio užduotis yra sumažinti pagrindinio įrenginio apkrovą, o tai leidžia žymiai sutaupyti degalų.

Jei vidaus degimo variklis atjungtas nuo transmisijos, automobilis sugeba įveikti tam tikrą atstumą nuo elektrinės traukos. Tačiau pagrindinė elektrinės dalies užduotis yra užtikrinti sklandų transporto priemonės pagreitį. Pagrindinis tokių modifikacijų maitinimo blokas yra benzininis (arba dyzelinis) variklis.

Kai automobilis lėtina arba juda nuo vidaus degimo variklio veikimo, elektrinis variklis veikia kaip generatorius akumuliatoriui įkrauti. Dėl degimo variklio šioms transporto priemonėms nereikia aukštos įtampos akumuliatoriaus.

Skirtingai nei nuoseklūs hibridai, šie agregatai sunaudoja daugiau degalų, nes elektros variklis nenaudojamas kaip atskiras maitinimo blokas. Kai kuriuose modeliuose, pvz., „BMW 350E iPerformance“, elektrinis variklis yra integruotas į pavarų dėžę.

Šios darbo schemos bruožas yra didelis sukimo momentas esant mažam alkūninio veleno greičiui.

Serijinė-lygiagreti grandinė

Šią schemą sukūrė japonų inžinieriai. Jis vadinamas HSD (Hybrid Synergy Drive). Tiesą sakant, jis sujungia pirmųjų dviejų elektrinės eksploatavimo tipų funkcijas.

Kai automobiliui reikia užvesti arba važiuoti lėtai kamštyje, įsijungia elektrinis variklis. Norint taupyti energiją dideliu greičiu, prijungiamas benzininis arba dyzelinis (priklausomai nuo automobilio modelio) variklis.

Jei reikia staigiai įsibėgėti (pavyzdžiui, lenkiant) arba automobilis važiuoja į kalną, elektrinė veikia lygiagrečiu režimu - elektrinis variklis padeda vidaus degimo varikliui, o tai sumažina jo apkrovą ir dėl to taupo degalų sąnaudas.

Planetinė automobilio vidaus degimo variklio jungtis dalį energijos perduoda pagrindinei transmisijos pavarai, o dalį - generatoriui, kad būtų galima įkrauti akumuliatorių arba elektrinę pavarą. Tokioje schemoje sumontuota sudėtinga elektronika, kuri paskirsto energiją pagal situaciją.

Ryškiausias hibridinio modelio su lygiagrečia jėgaine pavyzdys yra „Toyota Prius“. Tačiau kai kurios žinomų japoniškų modelių modifikacijos jau buvo įdiegtos. To pavyzdys yra „Toyota Camry“, „Toyota Highlander Hybrid“, „Lexus LS 600h“. Šią technologiją taip pat įsigijo kai kurie Amerikos koncernai. Pavyzdžiui, kūrinys pateko į „Ford Escape Hybrid“.

Hibridinių agregatų tipai

Visi hibridiniai agregatai skirstomi į tris tipus:

• minkštas hibridas;
• vidutinis hibridas;
• pilnas hibridas.

Kiekvienas iš jų turi savo funkciją ir unikalias savybes.

Mikro hibridas

Tokiose elektrinėse dažnai įrengta rekuperacinė sistema, kad kinetinė energija būtų paversta elektros energija ir grąžinama į bateriją.

Juose esantis pavaros mechanizmas yra starteris (taip pat gali veikti kaip generatorius). Tokiuose įrenginiuose nėra elektrinių varančiųjų ratų. Schema naudojama dažnai paleidžiant vidaus degimo variklį.

Vidutinė hibridinė jėgainė

Tokie automobiliai taip pat nejuda dėl elektros variklio. Elektrinis variklis šiuo atveju tarnauja kaip pagrindinio maitinimo bloko padėjėjas, kai apkrova padidėja.

Tokiose sistemose taip pat yra rekuperacinė sistema, laisva energija surenkama atgal į akumuliatorių. Vidutiniai hibridiniai agregatai užtikrina efektyvesnį šilumos variklį.

Visas hibridinis jėgos agregatas

Tokiuose įrenginiuose yra didelės galios generatorius, kurį varo vidaus degimo variklis. Sistema įjungiama važiuojant nedideliu greičiu.

Sistemos efektyvumas pasireiškia esant „Start / Stop“ funkcijai, kai automobilis eismo kamštyje juda lėtai, tačiau prie šviesoforo reikia staigiai įsibėgėti. Viso hibridinio įrengimo ypatybė yra galimybė išjungti vidaus degimo variklį (sankaba atjungta) ir varyti elektrinį variklį.

Klasifikavimas pagal elektrifikacijos laipsnį

Techniniuose dokumentuose arba automobilio modelio pavadinime gali būti šie terminai:

• mikrohibridas;
• švelnus hibridas;
• visiškas hibridas;
• papildomas hibridas.

Mikrohibridas

Tokiuose automobiliuose sumontuotas įprastas variklis. Jie nėra varomi elektra. Šiose sistemose yra arba paleidimo / sustabdymo funkcija, arba regeneracinė stabdžių sistema (stabdant akumuliatorius įkraunamas).

Kai kuriuose modeliuose yra abi sistemos. Kai kurie ekspertai mano, kad tokios transporto priemonės nėra laikomos hibridinėmis transporto priemonėmis, nes jose naudojamas tik benzininis ar dyzelinis agregatas be integracijos į elektrinės pavaros sistemą.

Lengvas hibridas

Tokie automobiliai taip pat nejuda dėl elektros. Jie taip pat naudoja šilumos variklį, kaip ir ankstesnėje kategorijoje. Išskyrus vieną išimtį - vidaus degimo variklį palaiko elektros instaliacija.

Šie modeliai neturi smagračio. Jo funkciją atlieka elektrinis starteris-generatorius. Elektros sistema padidina mažos galios variklio atatranką sunkiu pagreičiu.

Visiškas hibridas

Šios transporto priemonės yra transporto priemonės, galinčios tam tikrą atstumą nuvažiuoti elektra. Tokiuose modeliuose gali būti naudojama bet kuri aukščiau paminėta ryšio schema.

Tokie hibridai nėra įkraunami iš elektros tinklo. Akumuliatorius įkraunamas regeneracinės stabdžių sistemos ir generatoriaus energija. Atstumas, kurį galima įveikti vienu įkrovimu, priklauso nuo akumuliatoriaus talpos.

Hibridiniai papildiniai

Tokie automobiliai gali veikti kaip elektrinė transporto priemonė arba dirbti su vidaus degimo varikliu. Dėl dviejų jėgainių derinio užtikrinamas tinkamas degalų taupymas.

Kadangi fiziškai neįmanoma sumontuoti didelės apimties akumuliatoriaus (elektromobiliuose jis užima degalų bako vietą), toks hibridas vienu įkrovimu be įkrovimo gali įveikti iki 50 km.

Hibridinių automobilių privalumai ir trūkumai

Šiuo metu hibridą galima laikyti pereinamuoju ryšiu iš šilumos variklio į aplinką tausojantį elektrinį analogą. Nors galutinis tikslas dar nėra pasiektas, tačiau diegiant šiuolaikinius naujoviškus pokyčius, pastebima teigiama elektros transporto plėtros tendencija.

Kadangi hibridai yra pereinamasis variantas, jie turi ir teigiamų, ir neigiamų taškų. Pliusai apima:

• Kuro ekonomija. Priklausomai nuo maitinimo poros veikimo, šis indikatorius gali padidėti iki 30% ar daugiau.
• Įkraunama nenaudojant elektros tinklo. Tai tapo įmanoma kinetinės energijos atkūrimo sistemos dėka. Nors pilnai neįkraunama, jei inžinieriai gali pagerinti konversiją, elektrinėms transporto priemonėms visiškai nereikės išleidimo angos.
• Galimybė sumontuoti mažesnio tūrio ir galios variklį.
• Elektronika yra daug ekonomiškesnė nei mechanika, jos platina kurą.
• Variklis perkaista mažiau, o važiuojant kamščiuose sunaudojami degalai.
• Benzininių / dyzelinių ir elektrinių variklių derinys leidžia toliau važiuoti, jei išsikrauna didelės galios akumuliatorius.
• Elektrinio variklio veikimo dėka vidaus degimo variklis gali veikti stabiliau ir mažiau triukšmo.

Hibridiniai įrenginiai taip pat turi tinkamą trūkumų sąrašą:

• Baterija tampa greičiau nenaudojama dėl didelio įkrovimo / iškrovimo ciklų skaičiaus (net ir lengvose hibridinėse sistemose);
• Baterija dažnai būna visiškai išsikrovusi;
• Tokių automobilių dalys yra gana brangios;
• Pataisyti beveik neįmanoma, nes tam reikia sudėtingos elektroninės įrangos;
• Palyginti su benzininiais ar dyzeliniais modeliais, hibridai kainuoja keliais tūkstančiais dolerių daugiau;
• Reguliari priežiūra yra brangesnė;
• Sudėtinga elektronika reikalauja kruopštaus valdymo, o įvykusios klaidos kartais gali nutraukti ilgą kelionę;
• Sunku rasti specialistą, kuris galėtų tinkamai sureguliuoti elektrinių darbą. Dėl to jūs turite pasinaudoti brangių profesionalių ateljė paslaugų paslaugomis;
• Baterijos netoleruoja didelių temperatūros svyravimų ir pačios išsikrauna.
• Nepaisant ekologiškumo dirbant elektrinį variklį, baterijų gamyba ir šalinimas labai teršia aplinką.

Kad hibridai ir elektrinės transporto priemonės taptų tikru vidaus degimo variklių konkurentu, būtina patobulinti maitinimo šaltinius (kad jie sukauptų daugiau energijos, tačiau tuo pat metu nebūtų labai dideli), taip pat greitai įkrauti sistemas, nepakenkiant akumuliatoriui.

Klausimai ir atsakymai:

Kas yra hibridinė transporto priemonė? Tai transporto priemonė, kurios judėjime dalyvauja daugiau nei vienas jėgos agregatas. Iš esmės tai elektromobilio ir automobilio su klasikiniu vidaus degimo varikliu mišinys.

Kuo skiriasi hibridas nuo įprasto automobilio? Hibridinis automobilis turi elektromobilio privalumus (tylus variklio veikimas ir važiavimas nenaudojant degalų), tačiau nukritus akumuliatoriaus įkrovimui, įsijungia pagrindinis jėgos agregatas (benzinas).