Čo je to hybridný systém vozidla?

V poslednej dobe si elektrické vozidlá získavajú obľubu. Plnohodnotné elektrické vozidlá však majú značnú nevýhodu - malú rezervu výkonu bez dobíjania. Z tohto dôvodu mnoho popredných výrobcov automobilov vybavuje niektoré zo svojich modelov hybridnými jednotkami.

Hybridné auto je v zásade vozidlo, ktorého hlavným hnacím ústrojenstvom je spaľovací motor, ale poháňa ho elektrický systém s jedným alebo viacerými elektromotormi a prídavnou batériou.

Dnes sa používa niekoľko kategórií hybridov. Niektoré pomáhajú pri štarte iba spaľovaciemu motoru, iné umožňujú jazdu pomocou elektrickej trakcie. Zvážte vlastnosti týchto elektrární: aký je ich rozdiel, ako fungujú, ako aj hlavné klady a zápory hybridov.

História hybridných motorov

Myšlienka vytvorenia hybridného automobilu (alebo kríženia medzi klasickým autom a elektromobilom) je spôsobená rastom cien pohonných hmôt, prísnejšími normami pre emisie z automobilov a poskytnutím väčšieho komfortu pri vedení vozidla.

Rozvoj zmiešanej elektrárne sa najskôr ujala francúzska spoločnosť Parisienne de voitures electriques. Prvým uskutočniteľným hybridným automobilom však bolo vytvorenie Ferdinanda Porsche. V elektrárni Lohner Electric Chaise slúžil ako generátor elektriny spaľovací motor, ktorý poháňal dva predné elektromotory (namontované priamo na kolesách).

Vozidlo bolo predstavené verejnosti v roku 1901. Celkovo sa predalo asi 300 kópií takýchto automobilov. Model sa ukázal ako veľmi praktický, ale jeho výroba bola nákladná, takže bežný motorista si také vozidlo nemohol dovoliť. V tom čase sa navyše objavilo lacnejšie a nemenej praktické auto vyvinuté dizajnérom Henrym Fordom.

Klasické benzínové pohonné jednotky donútili vývojárov upustiť od myšlienky vytvárania hybridov na dlhé desaťročia. Záujem o ekologickú dopravu vzrástol s prijatím amerického zákona o podpore elektrickej dopravy. Prijatý bol v roku 1960.

Zhodou okolností vypukla v roku 1973 svetová ropná kríza. Ak americké zákony nepodnecujú výrobcov, aby uvažovali o vývoji cenovo dostupných ekologických automobilov, potom ich k tomu prinútila kríza.

Prvý plne hybridný systém, ktorého základný princíp sa používa dodnes, vyvinula spoločnosť TRW v roku 1968. Podľa koncepcie bolo možné spolu s elektromotorom použiť aj menší spaľovací motor, ale výkon stroja sa nestratil a práca sa stala plynulejšou.

Príkladom plnohodnotného hybridného vozidla je GM 512 Hybrid. Poháňal ho elektrický motor, ktorý vozidlo akceleroval až na 17 km / h. Pri tejto rýchlosti sa aktivoval spaľovací motor, čím sa zvýšil výkon systému, vďaka čomu sa rýchlosť automobilu zvýšila na 21 km / h. Ak bolo treba ísť rýchlejšie, bol elektromotor vypnutý a automobil bol akcelerovaný už na benzínový motor. Maximálna povolená rýchlosť bola 65 km / h.

V roku 1973 bol verejnosti predstavený ďalší úspešný hybridný automobil VW Taxi Hybrid.

Automobilky sa doteraz snažia dostať hybridné a čisto elektrické systémy na úroveň, ktorá by ich urobila konkurencieschopnými v porovnaní s klasickými spaľovacími motormi. Aj keď sa to ešte nestalo, veľa vývojových trendov oprávnilo miliardy dolárov vynaložených na ich vývoj.

Začiatkom tretieho tisícročia sa ľudstvo dočkalo novinky s názvom Toyota Prius. Nápad japonského výrobcu sa stal synonymom pojmu „hybridné auto“. Z tohto vývoja je požičaných mnoho moderných vývojov. K dnešnému dňu bolo vytvorených veľké množstvo modifikácií kombinovaných inštalácií, čo umožňuje kupujúcemu vybrať si pre seba najlepšiu možnosť.

Ako fungujú hybridné automobily

Hybridný motor by sa nemal zamieňať s plne elektrickým vozidlom. V niektorých prípadoch je zapojená elektrická inštalácia. Napríklad v mestskom režime, keď je auto v dopravnej zápche, vedie použitie spaľovacieho motora k jeho prehriatiu a tiež k zvýšeniu znečistenia ovzdušia. V takýchto situáciách je elektrická inštalácia aktivovaná.

Hybrid sa dizajnovo skladá z:

• Hlavná pohonná jednotka. Ide o benzínový alebo naftový motor.
• Elektrický motor. V závislosti od modifikácie ich môže byť niekoľko. Podľa princípu konania môžu byť tiež odlišné. Niektoré môžu byť napríklad použité ako doplnkový pohon kolies a iné ako asistent motora pri štartovaní vozidla z pokoja.
• Batéria navyše. V niektorých automobiloch má malú kapacitu, ktorej energetická rezerva je dostatočná na to, aby sa na krátky čas aktivovala elektrická inštalácia. V iných má táto batéria veľkú kapacitu, takže vozidlá sa môžu voľne pohybovať od elektriny.
• Elektronický riadiaci systém. Sofistikované snímače monitorujú činnosť spaľovacieho motora a analyzujú chovanie stroja, na základe ktorého sa elektromotor aktivuje / deaktivuje.
• Invertor. Jedná sa o prevodník požadovanej energie prichádzajúcej z batérie na trojfázový elektromotor. Tento prvok tiež distribuuje zaťaženie do rôznych uzlov v závislosti od úpravy inštalácie.
• Generátor. Bez tohto mechanizmu je nemožné dobiť hlavný alebo prídavný akumulátor. Rovnako ako v bežných automobiloch je generátor poháňaný spaľovacím motorom.
• Systémy rekuperácie tepla. Väčšina moderných hybridov je vybavená takýmto systémom. „Zhromažďuje“ dodatočnú energiu z takých komponentov automobilu, ako je brzdový systém a podvozok (keď auto jazdí napríklad z kopca, prevodník zhromažďuje uvoľnenú energiu do batérie).

Hybridné pohonné jednotky je možné prevádzkovať jednotlivo alebo vo dvojiciach.

Schémy práce

Existuje niekoľko úspešných hybridov. Existujú tri hlavné:

• dôsledný;
• paralelne;
• sériovo-paralelné.

Sériový obvod

V tomto prípade sa spaľovací motor používa ako generátor elektrickej energie na prevádzku elektromotorov. Benzínový alebo naftový motor v skutočnosti nemá priame spojenie s prevodovkou automobilu.

Tento systém umožňuje inštaláciu motorov s nízkym výkonom s malým objemom v motorovom priestore. Ich hlavnou úlohou je poháňať generátor napätia.

Tieto vozidlá sú často vybavené rekuperačným systémom, pomocou ktorého sa mechanická a kinetická energia premieňa na elektrický prúd, aby sa dobila batéria. V závislosti od veľkosti batérie dokáže automobil prejsť určitú vzdialenosť výlučne na elektrický pohon bez použitia spaľovacieho motora.

Najslávnejším príkladom tejto kategórie hybridov je Chevrolet Volt. Dá sa nabíjať ako bežné elektrické auto, ale vďaka benzínovému motoru je dojazd výrazne zvýšený.

Paralelný obvod

Pri paralelných inštaláciách pracujú spaľovací motor a elektromotor v tandeme. Úlohou elektromotora je znížiť zaťaženie hlavnej jednotky, čo vedie k výraznej úspore paliva.

Ak je spaľovací motor odpojený od prevodovky, je automobil schopný prejsť určitú vzdialenosť od elektrickej trakcie. Hlavnou úlohou elektrickej časti je ale zabezpečiť plynulé zrýchlenie vozidla. Hlavnou pohonnou jednotkou v takýchto modifikáciách je benzínový (alebo naftový) motor.

Keď auto spomalí alebo sa pohne z činnosti spaľovacieho motora, elektromotor slúži ako generátor na dobíjanie batérie. Vďaka spaľovaciemu motoru tieto vozidlá nevyžadujú vysokonapäťovú batériu.

Na rozdiel od sekvenčných hybridov majú tieto jednotky vyššiu spotrebu paliva, pretože elektromotor nie je používaný ako samostatná pohonná jednotka. V niektorých modeloch, ako napríklad BMW 350E iPerformance, je elektromotor integrovaný do prevodovky.

Charakteristikou tejto schémy práce je vysoký krútiaci moment pri nízkych otáčkach kľukového hriadeľa.

Sériovo-paralelný obvod

Túto schému vyvinuli japonskí inžinieri. Nazýva sa HSD (Hybrid Synergy Drive). V skutočnosti kombinuje funkcie prvých dvoch typov prevádzky elektrárne.

Ak je potrebné vozidlo v dopravnej zápche rozbehnúť alebo sa pomaly pohybovať, je aktivovaný elektromotor. Z dôvodu úspory energie pri vysokej rýchlosti je pripojený benzínový alebo naftový motor (v závislosti od modelu vozidla).

Ak potrebujete prudko akcelerovať (napríklad pri predbiehaní) alebo auto ide do kopca, elektráreň pracuje v paralelnom režime - elektrický motor pomáha spaľovaciemu motoru, ktorý ho znižuje, a tým šetrí spotrebu paliva.

Planetové pripojenie spaľovacieho motora automobilu prenáša časť energie na hlavný prevodový stupeň prevodovky a čiastočne do generátora na dobíjanie batérie alebo elektrického pohonu. V takejto schéme je nainštalovaná zložitá elektronika, ktorá distribuuje energiu podľa situácie.

Najvýraznejším príkladom hybridu so sériovo paralelným pohonným ústrojenstvom je Toyota Prius. Niektoré úpravy známych modelov japonskej výroby však už také inštalácie dostali. Príkladom toho sú Toyota Camry, Toyota Highlander Hybrid, Lexus LS 600h. Túto technológiu kúpili aj niektoré americké koncerny. Vývoj si napríklad našiel cestu do Ford Escape Hybrid.

Hybridné typy agregátov

Všetky hybridné pohonné jednotky sú rozdelené do troch typov:

• mäkký hybrid;
• stredný hybrid;
• plný hybrid.

Každý z nich má svoju vlastnú funkciu, ako aj jedinečné vlastnosti.

Micro hybridné pohonné ústrojenstvo

Takéto elektrárne sú často vybavené rekuperačným systémom, takže kinetická energia sa premieňa na elektrickú energiu a vracia sa do batérie.

Hnacím mechanizmom v nich je štartér (môže pôsobiť aj ako generátor). V takýchto inštaláciách nie je elektrický pohon kolies. Schéma sa používa pri častých štartoch spaľovacieho motora.

Stredne hybridný pohonný agregát

Takéto autá sa tiež nepohybujú kvôli elektrickému motoru. Elektromotor v tomto prípade slúži ako asistent hlavnej pohonnej jednotky pri zvyšovaní zaťaženia.

Takéto systémy sú tiež vybavené rekuperačným systémom, ktorý zhromažďuje voľnú energiu späť do batérie. Stredne hybridné jednotky poskytujú účinnejší tepelný motor.

Plne hybridné pohonné ústrojenstvo

V takýchto zariadeniach je generátor vysokého výkonu, ktorý je poháňaný spaľovacím motorom. Systém sa aktivuje pri nízkych rýchlostiach vozidla.

Účinnosť systému sa prejavuje prítomnosťou funkcie „Štart / Stop“, keď sa auto v zápche pohybuje pomaly, ale na semafore musíte prudko akcelerovať. Funkciou plne hybridnej inštalácie je schopnosť vypnúť spaľovací motor (spojka je vypnutá) a poháňať elektromotor.

Klasifikácia podľa stupňa elektrifikácie

V technickej dokumentácii alebo v mene modelu automobilu môžu byť uvedené nasledujúce výrazy:

• mikrohybrid;
• mierny hybrid;
• úplný hybrid;
• plug-in hybrid.

Mikrohybrid

Tieto vozidlá sú vybavené konvenčným motorom. Nie sú elektricky poháňané. Tieto systémy sú vybavené buď funkciou štart / stop, alebo sú vybavené rekuperačným brzdovým systémom (pri brzdení sa batéria nabíja).

Niektoré modely sú vybavené obidvomi systémami. Niektorí odborníci sa domnievajú, že tieto vozidlá sa nepovažujú za hybridné vozidlá, pretože používajú iba benzínovú alebo naftovú pohonnú jednotku bez integrácie do systému elektrického pohonu.

Mierny hybrid

Takéto autá sa tiež nepohybujú kvôli elektrine. Používajú tiež tepelný motor, ako v predchádzajúcej kategórii. Až na jednu výnimku - spaľovací motor je podporovaný elektrickou inštaláciou.

Tieto modely nemajú zotrvačník. Jeho funkciu vykonáva elektrický štartér-generátor. Elektrický systém zvyšuje spätný ráz motora s nízkym výkonom počas prudkej akcelerácie.

Kompletný hybrid

Ide o vozidlá, ktoré môžu na elektrickú trakciu prejsť určitú vzdialenosť. V takýchto modeloch možno použiť ktorúkoľvek vyššie uvedenú schému pripojenia.

Takéto hybridy nie sú nabíjané z elektrickej siete. Batéria sa nabíja energiou z rekuperačného brzdového systému a generátora. Vzdialenosť, ktorú je možné prejsť na jedno nabitie, závisí od kapacity batérie.

Hybridné doplnky

Takéto autá môžu fungovať ako elektromobil alebo pracovať so spaľovacím motorom. Vďaka kombinácii týchto dvoch elektrární je zaistená slušná spotreba paliva.

Pretože je fyzicky nemožné nainštalovať objemnú batériu (v elektrických vozidlách nahrádza benzínovú nádrž), dokáže taký hybrid na jedno nabitie prejsť bez nabíjania až 50 km.

Výhody a nevýhody hybridných automobilov

V súčasnosti možno hybrid považovať za prechodné spojenie od tepelného motora k ekologickému elektrickému analógu. Aj keď konečný cieľ ešte nebol dosiahnutý, vďaka zavedeniu moderného inovatívneho vývoja existuje pozitívny trend vo vývoji elektrickej dopravy.

Pretože hybridy sú prechodnou možnosťou, majú kladné aj záporné body. Medzi plusy patria:

• Úspora paliva. V závislosti od činnosti výkonového páru sa tento indikátor môže zvýšiť až o 30% alebo viac.
• Dobíjanie bez použitia elektrickej siete. To bolo možné vďaka systému rekuperácie kinetickej energie. K úplnému nabitiu síce nedôjde, ale ak inžinieri dokážu vylepšiť prestavbu, potom nebudú elektrické vozidlá vôbec potrebovať zásuvku.
• Schopnosť inštalovať motor menšieho objemu a výkonu.
• Elektronika je oveľa ekonomickejšia ako mechanika, distribuuje palivo.
• Motor sa menej prehrieva a pri jazde v dopravných zápchach sa spotrebúva palivo.
• Kombinácia benzínových / naftových a elektrických motorov vám umožňuje pokračovať v jazde, ak je batéria s vysokým výkonom vybitá.
• Vďaka činnosti elektromotora môže spaľovací motor pracovať stabilnejšie a s menšou hlučnosťou.

Hybridné inštalácie majú tiež slušný zoznam nevýhod:

• Batéria sa stáva nepoužiteľnou rýchlejšie kvôli veľkému počtu cyklov nabíjania / vybíjania (dokonca aj v prípade mierne hybridných systémov);
• Batéria je často úplne vybitá;
• Diely pre tieto automobily sú dosť drahé;
• Oprava je takmer nemožná, pretože si to vyžaduje zložité elektronické zariadenie;
• V porovnaní s benzínovými alebo naftovými modelmi stoja hybridy o niekoľko tisíc dolárov viac;
• Pravidelná údržba je nákladnejšia;
• Komplexná elektronika vyžaduje starostlivé zaobchádzanie a chyby, ktoré sa môžu vyskytnúť, môžu niekedy prerušiť dlhú cestu;
• Je ťažké nájsť špecialistu, ktorý by mohol správne upraviť chod elektrární. Z tohto dôvodu sa musíte uchýliť k službám drahých profesionálnych ateliérov;
• Batérie netolerujú výrazné výkyvy teploty a sú samy vybité.
• Napriek šetrnosti k životnému prostrediu pri prevádzke elektromotora je výroba a likvidácia batérií veľmi znečisťujúca.

Aby sa hybridy a elektrické vozidlá stali skutočným konkurentom spaľovacích motorov, je potrebné vylepšiť zdroje energie (aby akumulovali viac energie, ale zároveň neboli veľmi objemné), ako aj systémy rýchleho dobíjania bez poškodenia batérie.

Otázky a odpovede:

Čo je to hybridné vozidlo? Ide o vozidlo, v ktorom sa na jeho pohybe podieľa viac ako jedna pohonná jednotka. V podstate ide o zmes elektromobilu a auta s klasickým spaľovacím motorom.

Aký je rozdiel medzi hybridným a konvenčným automobilom? Hybridné auto má výhody elektromobilu (tichý chod motora a jazda bez spotreby paliva), no pri poklese nabitia batérie sa aktivuje hlavná pohonná jednotka (benzín).