Ako funguje hybridný motor, výhody a nevýhody ekonomického motora
Obsah
Vznik hybridných vozidiel sa stal núteným opatrením výrobcov automobilov pri prechode od spaľovacích motorov (ICE) na uhľovodíkové palivá k čistejším elektrárňam. Technológie zatiaľ neumožnili vytvorenie plnohodnotného elektromobilu, auta s palivovými článkami či iného z veľkého zoznamu teoreticky možných smerov rozvoja autonómnej dopravy a potreba už dozrela.
Vlády začali rázne zasahovať do automobilového priemyslu s environmentálnymi požiadavkami a spotrebitelia chceli vidieť kvalitatívny krok vpred a nie ďalšie mikroskopické vylepšenie motora známeho viac ako storočie na jednom z produktov na rafináciu ropy.
Ktoré auto sa nazýva "hybrid"
Pohonná jednotka medzistupňa začala byť kombináciou už osvedčenej konštrukcie spaľovacieho motora a jedného alebo viacerých elektromotorov.
Elektrickú časť hnacieho vozidla poháňajú generátory mechanicky spojené s plynovým alebo naftovým motorom, batérie a rekuperačný systém, ktorý vracia energiu uvoľnenú pri brzdení vozidla do pohonu.
Všetky početné schémy na praktickú realizáciu myšlienky sa nazývajú hybridy.
Výrobcovia niekedy zavádzajú zákazníkov tým, že nazývajú hybridné systémy, kde sa elektrický pohon používa iba na spustenie hlavného motora v režime štart-stop.
Keďže medzi elektromotormi a kolesami neexistuje prepojenie a možnosť jazdy na elektrickú trakciu, je nesprávne pripisovať takéto autá hybridným.
Princíp činnosti hybridných motorov
So všetkými rôznymi dizajnmi majú takéto stroje spoločné črty. Rozdiely sú ale z technického hľadiska také veľké, že v skutočnosti ide o odlišné autá so svojimi výhodami a nevýhodami.
zariadenie
Každý hybrid obsahuje:
- spaľovací motor s prevodovkou, palubnou sieťou nízkonapäťového napájania a palivovou nádržou;
- trakčné motory;
- akumulátorové batérie, najčastejšie vysokonapäťové, pozostávajúce z batérií zapojených do série a paralelne;
- silové vedenie s vysokonapäťovým spínaním;
- elektronické riadiace jednotky a palubné počítače.
Zabezpečenie všetkých režimov činnosti integrovanej mechanickej a elektrickej prevodovky zvyčajne prebieha automaticky, vodičovi je zverené iba všeobecné riadenie dopravy.
Schémy práce
Elektrické a mechanické komponenty je možné navzájom spájať rôznymi spôsobmi, postupom času vynikli osvedčené špecifické, často používané schémy.
To neplatí pre neskoršie zaradenie pohonu podľa konkrétneho podielu elektrickej trakcie na celkovej energetickej bilancii.
konzistentné
Úplne prvá schéma, najlogickejšia, ale teraz málo používaná v autách.
Jeho hlavnou úlohou bola práca v ťažkých zariadeniach, kde kompaktné elektrické komponenty úspešne nahradili objemnú mechanickú prevodovku, ktorá sa navyše veľmi ťažko ovláda. Motor, zvyčajne dieselový, je zaťažený výlučne elektrickým generátorom a nie je priamo spojený s kolesami.
Prúd generovaný generátorom sa môže použiť na nabíjanie trakčnej batérie a tam, kde nie je k dispozícii, sa posiela priamo do elektromotorov.
Môže byť jeden alebo viac z nich, až po inštaláciu na každé koleso automobilu podľa princípu takzvaných motorových kolies. Veľkosť ťahu reguluje výkonová elektrická jednotka a spaľovací motor môže neustále pracovať v najoptimálnejšom režime.
paralelné
Táto schéma je teraz najbežnejšia. Elektromotor a spaľovací motor v ňom pracujú na spoločnú prevodovku a elektronika reguluje optimálny pomer spotreby energie každého z pohonov. Oba motory sú spojené s kolesami.
Podporovaný je režim rekuperácie, kedy sa elektromotor pri brzdení mení na generátor a dobíja akumulátor. Nejaký čas sa auto môže pohybovať len na svoje nabitie, hlavný spaľovací motor je tlmený.
V niektorých prípadoch sa používa batéria značnej kapacity vybavená možnosťou externého nabíjania z domácej AC siete alebo špecializovanej nabíjacej stanice.
Vo všeobecnosti je tu úloha batérií malá. Ich prepínanie je však zjednodušené, nie sú tu potrebné nebezpečné vysokonapäťové obvody a hmotnosť batérie je oveľa menšia ako u elektrických vozidiel.
zmiešané
V dôsledku rozvoja technológie elektrického pohonu a úložnej kapacity sa zvýšila úloha elektromotorov pri vytváraní ťažnej sily, čo viedlo k vzniku najpokročilejších sériovo-paralelných systémov.
Tu sa rozbiehanie z pokoja a pohyb v nízkych rýchlostiach vykonáva na elektrickú trakciu a spaľovací motor sa pripája len pri potrebe vysokého výkonu a pri vybití batérií.
Oba motory dokážu pracovať v režime pohonu a premyslená elektronická jednotka volí, kam a ako nasmerovať toky energie. Vodič to môže sledovať na grafickom informačnom displeji.
Používa sa prídavný generátor, ako v sériovom obvode, ktorý môže dodávať energiu elektromotorom alebo nabíjať batériu. Brzdná energia sa rekuperuje cez spätný chod trakčného motora.
Takto sú usporiadané mnohé moderné hybridy, najmä jeden z úplne prvých a známych - Toyota Prius
Ako funguje hybridný motor na príklade Toyoty Prius
Toto auto je teraz vo svojej tretej generácii a dosiahlo určitý stupeň dokonalosti, hoci konkurenčné hybridy naďalej zvyšujú zložitosť a efektivitu dizajnov.
Základom pohonu je tu princíp synergie, podľa ktorého sa na vytváraní krútiaceho momentu na kolesách môže v ľubovoľnej kombinácii podieľať spaľovací motor a elektromotor. Paralelnosť ich práce poskytuje komplexný mechanizmus planétového typu, kde sa toky energie miešajú a prenášajú cez diferenciál na hnacie kolesá.
Rozjazd a zrýchlenie rozbehu zabezpečuje elektromotor. Ak elektronika zistí, že jej možnosti nestačia, pripojí sa ekonomický benzínový motor pracujúci na Atkinsonovom cykle.
V bežných automobiloch s Ottovým motorom sa takýto tepelný cyklus nedá použiť kvôli prechodným podmienkam. Tu ich ale zabezpečuje elektromotor.
Režim voľnobehu je vylúčený, ak Toyota Prius automaticky naštartuje spaľovací motor, okamžite sa nájde práca, ktorá pomôže pri akcelerácii, dobije batériu alebo zabezpečí klimatizáciu.
Neustále má zaťaženie a pracuje pri optimálnej rýchlosti, minimalizuje spotrebu benzínu, pričom je v najvýhodnejšom bode svojej vonkajšej rýchlostnej charakteristiky.
Neexistuje žiadny tradičný štartér, pretože takýto motor možno spustiť iba jeho roztočením na značnú rýchlosť, čo robí reverzibilný generátor.
Batérie majú rôznu kapacitu a napätie, v najkomplexnejšej nabíjateľnej verzii PHV sú to už úplne bežné pre elektromobily 350 voltov pri 25 Ah.
Výhody a nevýhody hybridov
Ako každý kompromis, aj hybridy sú horšie ako čisto elektrické vozidlá a bežné klasické vozidlá poháňané olejom.
Zároveň však prinášajú zisk v mnohých vlastnostiach, pre niekoho, kto pôsobí ako hlavné:
- zjednodušenie prostriedkov používaných na boj proti škodlivým emisiám spaľovacích motorov;
- dosiahnutie určitej spotreby paliva, avšak sporné;
- možnosť pohybu čisto elektrickou trakciou tam, kde je zakázané používanie spaľovacích motorov;
- pomerne jednoduché zvýšenie deklarovanej kapacity;
- nemožnosť, na rozdiel od elektromobilu, zostať bez energie mimo elektrickej siete.
Všetky nevýhody sú spojené s komplikáciou technológie:
- potreba kompetentného personálu špeciálne vyškoleného na prácu s hybridmi;
- zvýšenie hmotnosti vozidla, ktoré tiež spotrebuje palivo;
- vyššia cena auta;
- strata elektrických vozidiel v dôsledku zachovania spaľovacieho motora a všetkého, čo s ním súvisí;
- stále nedostatočne vyvinuté technológie a chýbajúci jednotný prístup k dizajnu;
- zlá šetrnosť k životnému prostrediu pri výrobe batérií a ich likvidácii.
Je možné, že výroba hybridov bude pokračovať aj po úplnom zániku klasických áut.
Stane sa tak ale iba vtedy, ak vznikne jediný kompaktný, ekonomický a dobre ovládateľný motor na uhľovodíkové palivo, ktorý bude dobrým doplnkom k elektromobilu budúcnosti, výrazne zvýši jeho stále nedostatočnú autonómiu.
