Ocena najlepszych i najtańszych samochodów hybrydowych w Rosji. Silnik hybrydowy: jak to działa, cechy i zalety Czym jest samochód hybrydowy

Samochód hybrydowy nie jest nowym wynalazkiem. Pierwszy krok w kierunku pojazdów hybrydowych poczyniono w 1665 r., Kiedy jezuita Ferdynand Verbiest rozpoczął prace nad planami budowy prostych pojazdów czterokołowych, które mogłyby być parowe lub konne. Pierwsze samochody z silnikiem hybrydowym pojawiły się na przełomie XIX i XX wieku. Ponadto niektórym deweloperom udało się przejść od projektów do produkcji na małą skalę. Począwszy od 1897 roku i przez następne 10 lat francuska firma Compagnie Parisienne des Voitures Electriques wypuściła partię samochodów elektrycznych i hybrydowych. W 1900 roku General Electric zaprojektował samochód hybrydowy z 4-cylindrowym silnikiem benzynowym. Z linii montażowej Walker Vehicle Company z Chicago „hybrydowe” ciężarówki wyjeżdżały do \u200b\u200b1940 roku.
Oczywiście były to tylko prototypy i małe samochody. Jednak obecnie dotkliwy niedobór ropy i kryzys gospodarczy spowodowały rozwój silników hybrydowych. Przyjrzyjmy się teraz bliżej, czym jest silnik hybrydowy i jakie jest jego zastosowanie? Silnik hybrydowy to układ dwóch silników - elektrycznego i benzynowego. W zależności od trybu pracy, zarówno benzyna, jak i elektryczny mogą być włączone jednocześnie lub osobno. Procesem tym steruje potężny komputer, który decyduje, co ma teraz działać, więc podczas poruszania się po torach włącza się silnik benzynowy, ponieważ akumulator na torze nie wytrzyma zbyt długo. Jeśli samochód porusza się w trybie miejskim, to jest już tutaj używany silnik elektryczny, oba pracują podczas przyspieszania lub dużych obciążeń. Podczas pracy silnika benzynowego akumulator jest ładowany. Taki silnik, nawet biorąc pod uwagę fakt, że system wykorzystuje silnik benzynowy, pozwala zredukować szkodliwe emisje do atmosfery o 90% i jednocześnie znacznie zmniejsza zużycie benzyny w mieście (na autostradzie pracuje tylko silnik benzynowy, więc nie ma oszczędności).

Zacznijmy od tego, jak samochód zaczyna się poruszać. Podczas ruszania i przy niskich prędkościach zaangażowany jest tylko akumulator i silniki elektryczne. Energia zmagazynowana w akumulatorze trafia do centrum energetycznego, które z kolei kieruje ją do silników elektrycznych, dzięki którym samochód porusza się płynnie i cicho. Po uzyskaniu prędkości silnik spalinowy jest włączany do pracy, a moment na koła napędowe jest zasilany jednocześnie z silników elektrycznych i silnika spalinowego. W tym przypadku część energii silnika spalinowego trafia do generatora, a teraz zasila on silniki elektryczne, a nadwyżka jego energii trafia do akumulatora, który na początku ruchu stracił część zapasu energii. Podczas jazdy w trybie normalnym automatycznie włączany jest tylko napęd na przednie koła, we wszystkich pozostałych - pełny. W trybie przyspieszania moment na koła pochodzi głównie z silnika benzynowego, a silniki elektryczne w razie potrzeby dla zwiększenia dynamiki uzupełniają silnik spalinowy. Jednym z najbardziej interesujących punktów jest hamowanie. Elektroniczne mózgi samochodu decydują, kiedy użyć hydraulicznego układu hamulcowego, a kiedy hamowania regeneracyjnego, dając pierwszeństwo temu drugiemu. Oznacza to, że w momencie naciśnięcia pedału hamulca przenoszą silniki elektryczne w tryb pracy „generator” i wytwarzają moment hamowania na kołach, wytwarzając energię elektryczną i zasilając akumulator przez centrum energetyczne. To jest radość z „hybrydy”.

W klasycznych samochodach energia hamowania jest całkowicie tracona, a ciepło przechodzi przez tarcze hamulcowe i inne części. Wykorzystanie energii hamowania jest szczególnie skuteczne w warunkach miejskich, kiedy trzeba często hamować na światłach. Zintegrowane zarządzanie dynamiką pojazdu (VDIM) integruje i zarządza wszystkimi aktywnymi systemami bezpieczeństwa.
Jednym z pierwszych udanych samochodów wyposażonych w silnik hybrydowy, który trafił na masę, była Toyota Prius, która spala 3,2 litra benzyny na 100 km (w mieście). Toyota wypuściła również SUV-a z hybrydowym silnikiem Lexus RX400h, który kosztuje od 68 000 do 77 000 dolarów, w zależności od konfiguracji. Należy zauważyć, że pierwsze wersje Toyoty Prius były gorsze od samochodów tej samej klasy zarówno pod względem prędkości, jak i mocy, ale Lexus RX400h nie jest już gorszy od swoich kolegów z klasy ani pod względem prędkości, ani mocy.

Największe światowe koncerny samochodowe również zwróciły uwagę na silniki hybrydowe jako rozwiązanie problemu oszczędności paliwa i zanieczyszczenia środowiska. W ten sposób Grupa Volvo ogłosiła opracowanie silnika hybrydowego do samochodów ciężarowych, traktorów, naczep i autobusów. Twórcy firmy liczą na to, że ich dzieło zapewni 35% oszczędności paliwa.
Przy tym wszystkim trzeba powiedzieć, że samochody hybrydowe „z hukiem” jeździły dotąd tylko w Ameryce Północnej (Kanada i Stany Zjednoczone). A w Ameryce popyt na nie rośnie coraz bardziej, ponieważ samochody, które zużywały dużo paliwa, były tam popularne do ostatnich lat, a ponieważ paliwo zaczęło gwałtownie i gwałtownie rosnąć, Amerykanie ostro myśleli o tym, jak je ratować i jak samochody z silniki hybrydowe. W Europie spokojnie zareagowali na pojawienie się silników hybrydowych, bo tam napędza ich ekonomiczny i bardziej przyjazny dla środowiska niż silnik benzynowy, dobry stary silnik Diesla. W przeciwieństwie do USA ponad 50% samochodów w Europie jest wyposażonych w silniki wysokoprężne. Poza tym samochody z silnikiem Diesla są tańsze od hybrydowych, prostsze i bardziej niezawodne. W końcu wszyscy wiedzą, że im bardziej złożony system, tym mniej niezawodny! I właśnie ze względu na jego złożoność i kapryśność praktycznie nie ma samochodów hybrydowych w przestrzeni poradzieckiej. Oficjalni sprzedawcy nie przynoszą ich tutaj. A każdy właściciel takiego samochodu z nami nieuchronnie stanie przed problemem stacji paliw. Nie mamy stacji obsługi, która zajmowałaby się samochodami hybrydowymi. A takiej maszyny nie naprawisz sam!

Pomysł stworzenia samochodu hybrydowego z silnikiem elektrycznym pojawił się ponad 100 lat temu. Pojazdy hybrydowe pełnią kilka podstawowych funkcji:

• Oszczędność drogiej benzyny poprzez zastąpienie jej silnikiem elektrycznym.
• Pojazdy hybrydowe są bardziej przyjazne dla środowiska niż klasyczne pojazdy benzynowe.
• Zwiększ dystans pokonywany przez silnik hybrydowy, korzystając z dwóch źródeł energii.

Samochody hybrydowe i ich urządzenia

Istnieją umiarkowane i pełne pojazdy hybrydowe. Konstrukcja łagodnych hybryd wykorzystuje silnik benzynowy jako główny silnik, aw rzadkich przypadkach łączy źródło energii elektrycznej jako siatkę bezpieczeństwa. Pełne hybrydy oznaczają możliwość wykorzystania alternatywnego źródła zasilania jako głównego silnika.

Hybrydowe konstrukcje pojazdów

Istnieje kilka rodzajów konstrukcji hybrydowych, różniących się sposobem podłączenia silnika:

• Samochody z połączeniem szeregowym. Schemat wykorzystuje silnik spalinowy o małej mocy podłączony do generatora elektrycznego. Silnik elektryczny napędza samochód i jest głównym mechanizmem napędowym. Modele samochodów hybrydowych z tym schematem to Chevrolet Volt, a także Opel Ampera. Pojazdy te korzystają z akumulatorów elektrycznych o dużej pojemności.

Schemat połączeń szeregowych węzłów

• Schemat połączeń równoległych. W ramach tego schematu zarówno silniki benzynowe, jak i elektryczne mogą pracować razem i osobno. Stosowany jest głównie silnik elektryczny o mocy 20 W, który zwiększa się wraz ze wzrostem prędkości pojazdu.

Równoległe połączenie węzłów

• Mieszany obwód szeregowo-równoległy. Zasada budowy takiego silnika jest podobna do silnika z obwodem równoległym, ale do obwodu mieszanego, z którego zasilany jest silnik elektryczny, dodano generator.

Szeregowo-równoległe połączenie węzłów

Jak działa silnik hybrydowy?

Kiedy samochód rusza, silnik elektryczny i akumulator są zużywane. Przy dużej prędkości silnik benzynowy jest podłączony do działania źródeł energii elektrycznej. W wyniku pracy silnika benzynowego powstaje pewna nadwyżka energii, która doładowuje generator. Silnik elektryczny jest zasilany z generatora, który z kolei ładuje akumulator.

Podczas hamowania wykorzystuje się zasadę hamowania odzyskowego - silnik elektryczny w tym przypadku działa jak generator, zasilając akumulator. W ten sposób energia wytworzona podczas hamowania jest wykorzystywana na korzyść pojazdu.

Urządzenie pojazdu hybrydowego

Samochód hybrydowy składa się z następujących głównych elementów:

1. Silnik gazowy (silnik spalinowy). Ale w samochodach hybrydowych, w przeciwieństwie do klasycznych, silnik spalinowy ma małą moc, ponieważ jest używany w połączeniu z silnikiem elektrycznym.
2. Silnik elektryczny. Alternatywne źródło energii dla samochodu. Często w takich silnikach stosuje się technologię rekuperacji - silnik elektryczny działa nie tylko jako siłownia wprawiająca maszynę w ruch. Działa również jako generator, magazynując energię podczas hamowania i zjeżdżania ze wzniesień.
3. Generator przeznaczone do produkcji energii elektrycznej.
4. Akumulatory przechowywać zapas energii elektrycznej do silnika elektrycznego.
5. Zbiornik paliwa służy do przechowywania benzyny do silników spalinowych.
6. Przenoszenie pozwala na sterowanie zarówno silnikiem spalinowym jak i elektrycznym.

Urządzenie samochodu hybrydowego na przykładzie Toyoty Prius

Samochód hybrydowy przeznaczony jest przede wszystkim do efektywnego wykorzystania zasobów energii. Aby osiągnąć ten efekt, stosuje się kilka technik:

1. Energia hamowania wykorzystywana jest dzięki technologii rekuperacji.
2. Benzynę oszczędza się, przełączając mechanizm na pracę silnika elektrycznego.
3. Maszyna hybrydowa wykorzystuje lekkie materiały, które ułatwiają budowę, zmniejszając tym samym zużycie zasobów.
4. Efektywnie wykorzystuje się właściwości aerodynamiczne materiałów i konstrukcji.

Branża samochodów hybrydowych aktywnie się rozwija, ponieważ na razie nie możemy mówić o doskonałości tych konstrukcji i ich dostępności. Przyjrzyjmy się bliżej niektórym zaletom i wadom konstrukcji pojazdów hybrydowych:

• Oszczędności w zużyciu paliwa i energii. Niewątpliwym plusem hybryd jest redukcja kosztów, poza tym silnik elektryczny może samodzielnie wytwarzać energię.
• Ekologia. Hybrydy są znacznie mniej szkodliwe dla środowiska niż klasyczne samochody.
• Zasięg działania. Pojazdy hybrydowe są tankowane znacznie rzadziej niż konwencjonalne pojazdy benzynowe.
• Akumulatory hybrydowe są dużo lżejsze i wygodniejsze w użyciu niż akumulatory samochodów elektrycznych.
• Silnik elektryczny pracuje prawie bezgłośnie.
• Samochód hybrydowy może obejść się bez silnika spalinowego na ulicach miast.

Ale są też wady związane z samochodami hybrydowymi:

• Akumulatory silników elektrycznych muszą być stale eksploatowane, w przeciwnym razie ich żywotność ulegnie skróceniu. Ponadto są w stanie samodzielnie rozładować, nie tolerują nagłych zmian temperatury. Nie powstała jeszcze infrastruktura przedsiębiorstw, które potrafią odpowiednio pozbywać się tych elementów.
• Złożona konstrukcja silnika sprawia, że \u200b\u200bnaprawa jest trudna i kosztowna. Często części nie da się naprawić i trzeba zamówić nowe u producentów, co opóźnia proces naprawy.
• Silniki hybrydowe działają głównie w pojazdach benzynowych, chociaż olej napędowy jest bardziej ekonomiczny w użyciu.
• Koszt pojazdów hybrydowych jest znacznie wyższy niż średnia rynkowa. Nie każdy może sobie pozwolić na tak drogi zakup.

Pomimo pewnych niedociągnięć branża pojazdów hybrydowych dynamicznie się rozwija i poprawia. Z każdym nowym sezonem producenci wprowadzają najlepsze pojazdy hybrydowe z szerszą gamą funkcji i tańszymi dla kierowców.

Wzrost liczby pojazdów na świecie i szereg problemów środowiskowych, z jakimi ludzkość borykała się w ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci, doprowadziły do \u200b\u200bznaczących zmian w przemyśle motoryzacyjnym.

Podyktowane są one przede wszystkim znacznie zaostrzonymi normami środowiskowymi oraz podwyższoną ceną paliwa, w związku z czym producenci samochodów zmuszeni są szukać sposobów na zmniejszenie ilości toksycznych emisji i całkowitego zużycia paliwa w samochodach.

Jednocześnie, pomimo pojawienia się pojazdów elektrycznych, rozwoju pojazdów z ogniwami paliwowymi, jedyną skuteczną dziś drogą jest tworzenie samochodów z silnikami hybrydowymi - najłatwiejszy sposób na „wpisanie się” w gospodarkę i zaoferowanie konsumentowi produktu wygodnego w użyciu.

W tym artykule postaramy się opowiedzieć, czym jest dziś rynek samochodów „hybrydowych”, ponieważ dziś wielu potencjalnych nabywców nie wie, co oznacza samochód hybrydowy i jakie ma zalety.

Samochody hybrydowe - czym one są?

Zasada działania pojazdu hybrydowego jest bardzo prosta. Opiera się na zasadzie konwencjonalnego generatora gazu, gdy jednostka napędowa pojazdu obraca prądnicę i ładuje akumulator trakcyjny.

Wideo - jak działa samochód hybrydowy:

Z kolei energia akumulatora pozwala samochodowi przez pewien czas poruszać się wyłącznie na trakcji elektrycznej przy „zerowej” ilości toksycznych emisji. Po wyczerpaniu się energii w akumulatorach ponownie włącza się silnik benzynowy, co pozwala na kontynuowanie jazdy i jednocześnie uzupełnia ładunek w akumulatorach.

Muszę powiedzieć, że wraz z tym schematem istnieje inny, zwany hybrydą plug-in. W nim akumulator jest ładowany nie tylko z silnika, ale także ze zwykłego domowego źródła zasilania, a jego pojemność wystarcza na wycieczki na krótkie odległości (z reguły około 30-40 kilometrów). W rzeczywistości oznacza to, że możesz jechać do pracy i wracać z pracy bez korzystania z silnika benzynowego w ogóle (i odpowiednio bez marnowania paliwa).

Zalety samochodów hybrydowych

Z pewnością wielu zada sobie pytanie, po co „ogrodzić ogród” bateriami, silnikami elektrycznymi, akumulatorami i silnikiem spalinowym? Co daje hybrydowy układ napędowy?

Przed udzieleniem odpowiedzi na to pytanie warto pamiętać, kiedy „tradycyjny” samochód zużywa najwięcej paliwa. Wiadomo, że maksymalne zużycie (a tym samym toksyczność emisji) przypada na etap przyspieszania do prędkości przelotowej, a także podczas jazdy miejskiej z częstym przyspieszaniem i zwalnianiem.

Wideo - jak ulepszyć samochód hybrydowy:

W ten sposób napęd elektryczny w pojazdach z elektrownią hybrydową działa w tych trybach. Gdy akumulator jest w pełni naładowany, „hybryda” zaczyna jechać na trakcji elektrycznej, a po osiągnięciu określonego progu prędkości (w zależności od modelu waha się on od 20 do 40 kilometrów na godzinę), do akcji wkracza silnik spalinowy.

Najszersza gama hybryd Toyoty jest prezentowana bezpośrednio w Japonii i USA. Na krajowym rynku japońskim samochody są sprzedawane pod marką Toyota, aw Ameryce zgodnie z tradycją najpopularniejszy jest Lexus (w Rosji, muszę powiedzieć, większość samochodów hybrydowych jest również sprzedawana pod tą marką).

Najbardziej nasycony pod względem liczby samochodów hybrydowych Toyoty jest rynek japoński. Firma wyświetla na niej wszystkie najnowsze modele, na których „uruchamia” technologie, które powinny wejść w serie na „globalnych” modelach.

W szczególności flagowe modele, takie jak Toyota Avalon i inne, już teraz oferują szereg innowacji technicznych związanych ze zwiększoną niezawodnością „hybryd”, a także dużą rezerwą mocy z jednego ładowania akumulatora.

Prototyp samochodu z silnikiem hybrydowym pojawił się pod koniec XIX wieku. Dziś jest to pojazd zdolny nie zużywać paliwa przy niskich prędkościach, ale jeździć z wykorzystaniem energii elektrycznej.

Silnik hybrydowy to system składający się z silników elektrycznych i paliwowych. Jednocześnie w okresie pracy każdy może być zaangażowany zarówno oddzielnie, jak i oba w niezależnych cyklach.

Urządzenie i zasada działania

Najczęstszym trybem pracy silnika hybrydowego jest to, że gdy samochód porusza się z małą prędkością, na przykład w mieście, używany jest jego zespół elektryczny. Kiedy samochód porusza się po autostradzie, włączany jest silnik spalinowy (ICE). W przypadku dużego obciążenia, na przykład podczas ostrych podjazdów pod górę, włączane są oba silniki.

Oczywiście zalety takiego urządzenia można przypisać temu, że podczas korzystania z silnika elektrycznego zużycie paliwa jest znacznie zmniejszone, ponieważ działa on na stale uzupełnianej energii akumulatora.

Możliwość przynajmniej częściowego zmniejszenia ilości szkodliwych substancji emitowanych do powietrza to kolejny plus systemu hybrydowego samochodu.

Hybrydy charakteryzują się niską mocą, co pomaga skompensować pracę silnika spalinowego.

Silniki w hybrydach mogą być silnikami benzynowymi lub wysokoprężnymi. Ponadto producenci urządzeń gazowych (LPG) opracowali systemy, które mogą pracować na tych pojazdach.

Przykład projektu hybrydowego

Urządzenie hybrydowe zawiera:

Jego konstrukcja i wymiary są zaprojektowane w taki sposób, aby zmniejszyć wagę, szkodliwe emisje i zużycie paliwa.

Silnik elektryczny został zaprojektowany z myślą o hybrydzie. Powstał nie tylko dzięki pracy z blokiem paliwowym, ale także zwrócił szczególną uwagę na wskaźniki mocy. Równolegle generuje energię do ładowania akumulatora pojazdu. Może być wbudowany w elektrownię lub umieszczony oddzielnie od niej, w niektórych modelach obie opcje są używane jednocześnie.

Przenoszenie. Działanie przekładni hybrydowej jest praktycznie takie samo jak w konwencjonalnych samochodach. Ale w zależności od rodzaju silnika hybrydowego mogą się różnić. Przekładnie w nich są zarówno hybrydowe ze zintegrowanym silnikiem elektrycznym, jak i konwencjonalne wersje mechaniczne i automatyczne. Na przykład skrzynia biegów samochodu Toyota jest zaprojektowana z widelcem mocy. Silnik tego typu pracuje w trybie płynnego obciążenia, co pozwala znacznie zmniejszyć zużycie paliwa.

Zbiornik paliwa. Wymagany do dostarczania paliwa do silnika spalinowego. Dla jasności tego, co ma wiele zalet, chciałbym przytoczyć jeden fakt przemawiający za tym: energia uzyskana podczas spalania 1 litra benzyny jest porównywalna z energią generowaną przez akumulator o masie około 450 kg.

Bateria. Jego główną funkcją jest wytwarzanie energii wystarczającej do uruchomienia silnika elektrycznego. Samochód korzysta z dwóch akumulatorów, wysokiego napięcia i zwykłego 12 (V) do zasilania sieci pokładowej. Początkowo, przed uruchomieniem wszystkich systemów, zasilanie jest dostarczane tylko ze standardu, ponieważ do działania akumulatora wysokiego napięcia i falownika wymagane jest ciągłe chłodzenie.

Falownik przekształca prąd stały akumulatora wysokonapięciowego na trójfazowy prąd przemienny dla silnika elektrycznego i odwrotnie. Reguluje również rozdział mocy i steruje silnikiem elektrycznym.

Generator. Zasada działania jest taka sama jak w przypadku silnika elektrycznego, ale ma na celu wytwarzanie energii elektrycznej.

3 rodzaje jednostek hybrydowych

Jak wspomniano wcześniej, system samochodu hybrydowego to połączenie silników, rodzaj dwóch różnych skrzyżowanych technologii. Technologia napędu hybrydowego charakteryzuje się dwojako - jest to napęd dwupaliwowy lub biwalentno-hybrydowy.

Ten podział na dwie kombinacje bloków energetycznych jest określony w celu ich klasyfikacji według różnych zasad działania.

Hybrydowy układ napędowy obejmuje silnik spalinowy i generator z silnikiem elektrycznym. W ten sposób silnik elektryczny jest zarówno generatorem energii, jak i silnikiem trakcyjnym oraz rozrusznikiem do uruchamiania silnika spalinowego.

Istnieją trzy rodzaje hybrydowych układów napędowych. Głównym kryterium klasyfikacji jest wykonanie podstawowej konstrukcji. Dlatego istnieją: mikrohybrydowy układ napędowy, średnio-hybrydowy układ napędowy i w pełni hybrydowy układ napędowy.

Mikrohybrydowy układ napędowy

Koncepcyjna cecha tego typu napędu polega na jego części elektrycznej, która jest niezbędna tylko do funkcji start-stop. W tym przypadku część wytworzonej energii kinetycznej jest ponownie wykorzystywana jako energia elektryczna (proces rekuperacji).

Nie jest możliwy napęd wyłącznie za pomocą trakcji elektrycznej. Charakterystyka pracy akumulatora hybrydowego 12 wolt wypełnionego włóknem szklanym jest dostosowana do częstego uruchamiania silnika. Do magazynowania energii z rekuperacji można również zastosować urządzenie magazynujące w postaci kondensatora elektrochemicznego.

Mikrohybrydowa Mazda

Napęd hybrydowy mid-hybrid

Napęd elektryczny wspomaga silnik spalinowy. W takim przypadku ruch hybrydy tylko z powodu trakcji elektrycznej nie jest wykonywany. W przypadku tego typu silnika hybrydowego energia elektryczna jest odzyskiwana podczas hamowania, a następnie magazynowana w akumulatorze wysokonapięciowym.

Urządzenie akumulatora wysokonapięciowego hybrydy i wszystkich jej części elektrycznych spełnia wymagany poziom napięcia, co umożliwia wygenerowanie odpowiednio dużej mocy. W efekcie dzięki wsparciu silnika spalinowego silnikiem elektrycznym jego praca charakteryzuje się maksymalną wydajnością.

W pełni hybrydowy układ napędowy

Praca dwóch silników: silnika elektrycznego i silnika spalinowego, w tym typie jest połączona ze sobą. W pełni hybrydowy typ pozwala maszynie poruszać się wyłącznie dzięki napędowi elektrycznemu i dostatecznie dużej odległości. W pewnych warunkach układ napędowy działa jak średnia hybryda.

Samochody te są wyposażone w wystarczająco mocny silnik elektryczny i akumulatory wysokiego napięcia o większej pojemności, co pozwala im uzyskać takie właściwości. Podstawą doładowania baterii jest również proces odzyskiwania energii.

Funkcja start-stop jest realizowana dla silnika spalinowego, który uruchamia się tylko wtedy, gdy jest to konieczne. A oddzielenie silnika spalinowego od silnika elektrycznego odbywa się dzięki zainstalowanemu między nimi sprzęgłowi, dzięki czemu mogą one działać niezależnie od siebie.

Schematy interakcji między pracą silnika elektrycznego i silnika spalinowego

Samochody hybrydowe są projektowane według trzech schematów interakcji silnika. Rozważmy każdy z nich.

Schemat komunikacji sekwencyjnej

Ta zasada działania urządzenia to najprostsza wersja hybrydowego silnika samochodowego. Jego schemat działania jest następujący: moment obrotowy z silnika spalinowego trafia do generatora. Generator następnie wytwarza energię elektryczną potrzebną do działania i przekazuje ją do akumulatora. Ponadto akumulator jest ładowany w procesie odzyskiwania energii kinetycznej. W tym schemacie ruch samochodu odbywa się wyłącznie za pomocą trakcji elektrycznej.

Obwód ten charakteryzuje się sekwencyjną konwersją energii, tj. energia pochodząca z paliwa palnego w silniku spalinowym jest zamieniana na energię mechaniczną, następnie zamieniana na energię elektryczną przez generator, a następnie ponownie zamieniana na energię mechaniczną.

Pozytywne aspekty schematu sekwencyjnego:

1. Silnik spalinowy pracuje ze stałą prędkością.
2. Nie ma potrzeby stosowania silnika o dużej mocy i zużyciu paliwa.
3. Skrzynia biegów, podobnie jak sprzęgło, nie są tutaj potrzebne.
4. Energia elektryczna hybrydowego akumulatora wysokonapięciowego pozwala pojazdowi poruszać się z wyłączonym silnikiem.

Wady schematu sekwencyjnego:

1. Na etapach konwersji energii jest tracona.
2. Wymiary i koszt baterii są dość wysokie.

Najjaśniejszy przedstawiciel samochodu hybrydowego z sekwencyjnym schematem Chevrolet Volt

Jeśli mówimy o najbardziej odpowiedniej opcji dla samochodu z sekwencyjnym schematem interakcji, to jest to ruch miejski z częstymi przystankami, gdy system odzyskiwania energii jest stale włączony.

Schemat interakcji równoległej

Ten schemat otrzymał tę nazwę, ponieważ silniki samochodów stale współpracują. Zasada działania tego typu interakcji dwóch modułów wynika z elektroniki samochodu, silnika elektrycznego i silnika spalinowego. Oba silniki są połączone ze skrzynią biegów za pośrednictwem przekładni planetarnej.

Tylko na energii elektrycznej takie hybrydy są w stanie jeździć przez krótki czas, podczas gdy silnik spalinowy jest odłączany od skrzyni biegów przez sprzęgło.

Jednostka sterująca rozdziela moment obrotowy z obu silników w zależności od trybu jazdy pojazdu. Ważniejszą rolę odgrywa silnik spalinowy, a silnik elektryczny uruchamia się, gdy potrzebny jest dodatkowy ciąg, na przykład, gdy samochód gwałtownie przyspiesza. Podczas hamowania lub płynnego poruszania się silnik elektryczny działa jak generator prądu.

Silnik elektryczny zintegrowany ze skrzynią biegów BMW 530E iPerformance

Istnieją modyfikacje z silnikiem elektrycznym oddzielonym od silnika spalinowego, są złożonym systemem, ale jednocześnie skutecznym. Moduł ten składa się z dwóch silników elektrycznych, trakcyjnych połączonych przez przekładnię planetarną z drugą, która służy jako generator i rozrusznik.

W takim schemacie silnik spalinowy nie jest bezpośrednio połączony z kołami, co pozwala na ciągłe przenoszenie części chwili do generatora i doładowywanie akumulatora.

Równoległa elektrownia hybrydowa z niezależnymi silnikami elektrycznymi

Pozytywne aspekty obwodu równoległego:

Ponieważ główna praca jest przypisana do silnika spalinowego, nie ma potrzeby instalowania potężnego akumulatora wysokiego napięcia. Silnik spalinowy jest bezpośrednio połączony z kołami napędowymi, dzięki czemu straty energii są znacznie mniejsze.

Wady obwodu równoległego:

Główną wadą tego schematu jest większe zużycie paliwa w porównaniu z innymi schematami interakcji silnika. Okazuje się, że nie będziesz w stanie zaoszczędzić na ruchu miejskim, najbardziej udaną opcją byłoby poruszanie się autostradą.

Schemat komunikacji szeregowo-równoległej

Już sama nazwa tego obwodu wskazuje, że ten typ jest wariantem połączenia dwóch wcześniej rozważanych obwodów: sekwencyjnego i równoległego. Ruch samochodu z małą prędkością i jego start z postoju odbywa się tylko dzięki mocy części elektrycznej. Silnik spalinowy wspiera działanie automatycznego generatora, podobnie jak w przypadku schematu interakcji sekwencyjnej. Przenoszenie momentu obrotowego z silnika spalinowego na koła następuje podczas jazdy z dużą prędkością.

Przy dużych obciążeniach, które wymagają zwiększonej mocy, generator pojazdu może nie dostarczyć wymaganej ilości energii iw tym przypadku silnik elektryczny jest dodatkowo zasilany z akumulatora, jak w schemacie współpracy równoległej.

Ten schemat zapewnia dodatkowy generator, ładuje akumulator. Silnik elektryczny jest potrzebny tylko do napędzania kół napędowych i zapewnienia hamowania regeneracyjnego.

Część momentu obrotowego przenoszonego z silnika spalinowego trafia na koła napędowe, a część trafia do generatora, który z kolei zasila silnik elektryczny i ładuje akumulator.

Za kierunek momentu obrotowego na koła, generator lub silnik elektryczny i jego przełożenie odpowiada mechanizm planetarny - dystrybutor mocy. Zasilanie z prądnicy i akumulatora jest kontrolowane przez elektroniczną jednostkę sterującą pojazdu.

Ta technologia jest również stosowana w hybrydowych pojazdach z napędem na cztery koła. Na przedniej osi silnik spalinowy z silnikiem elektrycznym jest zainstalowany w obwodzie równoległym, a na tylnej osi tylko silnik elektryczny jest połączony z silnikiem spalinowym zgodnie z obwodem sekwencyjnym.

Hybryda z napędem na wszystkie koła Mitsubishi

Pozytywne strony obwodu szeregowo-równoległego:

Nietrudno zgadnąć, że niezaprzeczalną zaletą tego układu hybrydowego jest jego duża oszczędność paliwa w połączeniu z dobrymi parametrami mocy. Miłośnicy przyrody z pewnością docenią jego przyjazność dla środowiska.

Ujemne strony obwodu szeregowo-równoległego:

Z drugiej strony jest to bardziej złożony projekt w porównaniu z poprzednimi schematami, a co za tym idzie, wyższa cena. Ponieważ potrzebny jest dodatkowy generator, duża bateria i złożony elektroniczny obwód sterujący.

Wniosek

Rozważaliśmy wszystkie typy hybryd i schematy ich interakcji, ale ogólnie istnieje wiele typów, które trudno jest zaklasyfikować jako jedne z nich, ponieważ z biegiem czasu technologie są coraz bardziej mieszane i udoskonalane.

Na niektórych zamiast przekładni planetarnej stosowane są sprzęgła hydrauliczne ze skrzynią biegów, na innych eksperymentują z tylnym układem silnika spalinowego lub nawet rozprowadzają silnik spalinowy i silnik elektryczny wzdłuż dwóch osi. Projektanci nie poprzestają na tym i coraz bardziej rozwijają ten kierunek.

Jak to działa, rozważ przykład Touarega z napędem hybrydowym.

Co oznacza technologia hybrydowa?

Termin „hybryda” pochodzi od łacińskiego słowa hybrida i oznacza coś skrzyżowanego lub mieszanego. W inżynierii hybryda to system, w którym dwie różne technologie są ze sobą połączone. W związku z koncepcjami napędu termin technologia napędu hybrydowego jest używany w odniesieniu do dwóch obszarów: hybrydowy układ napędowy z podwójnym paliwem (lub podwójnym paliwem)

Technologia napędu hybrydowego to połączenie dwóch różnych układów napędowych, które działają na różnych zasadach działania. Technologia napędu hybrydowego odnosi się obecnie do połączenia silnika spalinowego i silnika elektrycznego / generatora (maszyny elektrycznej). Ta maszyna elektryczna może być używana jako generator do generowania energii elektrycznej, silnik trakcyjny do napędzania samochodu oraz rozrusznik do uruchamiania silnika spalinowego. W zależności od wersji podstawowej konstrukcji wyróżnia się trzy typy hybrydowych bloków napędowych: tzw. Zespół napędowy „mikrohybrydowy”, tzw. Zespół napędowy „średniej hybrydy”, tzw. Jednostka napędowa „w pełni hybrydowa”.

Napęd „mikrohybrydowy”

W tej koncepcji napędu element elektryczny (rozrusznik / alternator) służy wyłącznie do funkcji start-stop. Część energii kinetycznej może zostać ponownie wykorzystana jako energia elektryczna (rekuperacja). Sama trakcja elektryczna nie jest zapewniona. Parametry akumulatora z włókna szklanego 12 V są przystosowane do częstego uruchamiania silnika.

Napęd „Medium hybrid”

Napęd elektryczny zapewnia pracę silnika spalinowego. Ruch samochodu tylko na trakcji elektrycznej jest niemożliwy. W napędzie „mid-hybrid” większość energii kinetycznej jest odzyskiwana podczas hamowania i przechowywana w akumulatorze wysokonapięciowym jako energia elektryczna. Akumulator wysokonapięciowy, a także komponenty elektryczne są zaprojektowane dla wyższego napięcia elektrycznego, a tym samym większej mocy. Dzięki wsparciu silnika generatora tryb pracy silnika cieplnego można przesunąć do obszaru maksymalnej wydajności. Nazywa się to przesunięciem punktu obciążenia.

„W pełni hybrydowy” układ napędowy

Potężny silnik elektryczny / generator jest połączony z silnikiem spalinowym. Ruch jest możliwy tylko na trakcji elektrycznej. Silnik elektryczny / prądnica, jeśli pozwalają na to warunki, wspomaga działanie silnika spalinowego. Ruch z małą prędkością odbywa się tylko na trakcji elektrycznej. Wdrożył funkcję Start-Stop dla silnika spalinowego. Regeneracja służy do ładowania akumulatora wysokiego napięcia. Sprzęgło odsprzęgające między silnikiem spalinowym a silnikiem elektrycznym / generatorem umożliwia rozłączenie obu systemów. Silnik spalinowy jest włączany tylko wtedy, gdy jest to konieczne.

Podstawy hybrydy

W pełni hybrydowe układy napędowe są podzielone na trzy podgrupy: równoległy hybrydowy układ napędowy, dzielony układ napędowy (z rozdzielonymi strumieniami mocy) i sekwencyjny hybrydowy układ napędowy.

Równoległy napęd hybrydowy

Równoległa konstrukcja hybrydowego układu napędowego jest prosta. Stosuje się go, gdy zachodzi konieczność „hybrydyzacji” istniejącego pojazdu. Silnik spalinowy, generator silnika elektrycznego i skrzynia biegów znajdują się na tej samej osi. Zazwyczaj równoległy hybrydowy układ napędowy wykorzystuje pojedynczy silnik elektryczny / generator. Suma mocy jednostkowej silnika spalinowego i mocy silnika elektrycznego generatora odpowiada całkowitej mocy. Ta koncepcja zapewnia wysoki stopień pożyczki z poprzedniego pojazdu. W pojazdach z napędem na wszystkie koła i równoległym hybrydowym układem napędowym, cały napęd na cztery koła jest realizowany za pomocą mechanizmu różnicowego Torsen i skrzynki rozdzielczej.

Oddzielny napęd hybrydowy

Dzielony system hybrydowy oprócz silnika spalinowego posiada silnik elektryczny / generator. Oba silniki znajdują się pod maską. Moment obrotowy silnika spalinowego, a także silnika elektrycznego generatora, jest przenoszony przez przekładnię planetarną na skrzynię biegów pojazdu. W przeciwieństwie do równoległego napędu hybrydowego nie można w ten sposób wyliczyć sumy poszczególnych mocy na napęd kół. Wytworzona moc jest częściowo zużywana na napędzanie samochodu, częściowo w postaci energii elektrycznej gromadzona jest w akumulatorze wysokonapięciowym.

Sekwencyjny napęd hybrydowy

Pojazd wyposażony jest w silnik spalinowy, prądnicę i silnik elektryczny / prądnicę. Jednak w przeciwieństwie do obu wcześniej opisanych koncepcji, silnik spalinowy nie ma możliwości samodzielnego napędzania pojazdu za pomocą wału lub skrzyni biegów. Moc silnika spalinowego nie jest przenoszona na koła. Główny napęd samochodu odbywa się za pomocą generatora z silnikiem elektrycznym. Jeśli pojemność akumulatora wysokonapięciowego jest zbyt niska, uruchamia się silnik spalinowy. Silnik spalinowy ładuje akumulator wysokiego napięcia za pośrednictwem generatora. Silnik-generator może być ponownie zasilany z akumulatora wysokiego napięcia.

Oddzielny seryjny hybrydowy układ napędowy

Podzielony sekwencyjny hybrydowy układ napędowy jest mieszaną formą dwóch napędów hybrydowych opisanych powyżej. Samochód wyposażony jest w jeden silnik spalinowy oraz dwa silniki elektryczne i prądnice. Silnik spalinowy i pierwszy silnik elektryczny / prądnica znajdują się pod maską. Drugi silnik elektryczny znajduje się na tylnej osi. Ta koncepcja jest stosowana w pojazdach z napędem na wszystkie koła. Silnik spalinowy i pierwszy generator elektryczny mogą napędzać skrzynię biegów pojazdu poprzez przekładnię planetarną. I w tym przypadku obowiązuje zasada, zgodnie z którą pojedynczych mocy napędowych nie można oddawać na napęd kół w postaci mocy całkowitej. W razie potrzeby włącza się drugi silnik elektryczny / generator na tylnej osi. Dzięki takiej konstrukcji napędu akumulator wysokonapięciowy znajduje się między obiema osiami pojazdu.

Inne terminy i definicje W tym miejscu zostaną pokrótce wyjaśnione inne terminy i definicje często używane w związku z technologią hybrydową.

Regeneracja. Ogólnie termin ten w technologii oznacza metodę zwrotu energii. Przy rekuperacji dostępna energia jednego rodzaju jest zamieniana na inną, która jest wykorzystywana w kolejnej postaci energii. Potencjalna energia chemiczna paliwa jest zamieniana na energię kinetyczną w przekładni. Jeśli pojazd jest hamowany tradycyjnym hamulcem, nadwyżka energii kinetycznej jest zamieniana na energię cieplną poprzez tarcie hamulców. Powstałe w ten sposób ciepło jest rozpraszane w otaczającej przestrzeni, dlatego nie można go wykorzystać w przyszłości.

Jeśli przeciwnie, jak w przypadku technologii napędu hybrydowego, oprócz klasycznych hamulców, generator zostanie użyty jako hamulec silnika, wówczas część energii kinetycznej zostanie zamieniona na energię elektryczną, a tym samym stanie się dostępna do późniejszego wykorzystania. Poprawiono bilans energetyczny pojazdu. Ten rodzaj hamowania odzyskowego nazywany jest hamowaniem regeneracyjnym.

Gdy tylko w trybie wymuszonego biegu jałowego prędkość pojazdu jest zmniejszana przez hamowanie przez naciśnięcie pedału hamulca lub pojazd jedzie z wybiegiem lub zjeżdża ze wzniesienia c system hybrydowy włącza silnik elektryczny / generator i używa go w trybie generatora.

W takim przypadku ładuje akumulator wysokiego napięcia. Tak więc w wymuszonym trybie bezczynności
ruchu, możliwe staje się „tankowanie” pojazdów z elektrycznym napędem hybrydowym energią elektryczną.
Gdy pojazd jedzie z wybiegiem, prądnica pracująca w trybie prądnicy
konwertuje z energii ruchu na energię elektryczną tylko taką ilość energii
wymagane do działania sieci pokładowej 12 V.

Silnik elektryczny-generator (maszyna elektryczna)

Termin silnik-generator lub maszyna elektryczna jest używany zamiast terminów generator, silnik elektryczny i rozrusznik. Zasadniczo każdy silnik elektryczny może być również używany jako generator. Jeśli wał silnika elektrycznego jest napędzany z zewnętrznego napędu, wówczas silnik elektryczny, podobnie jak generator, wytwarza energię elektryczną. Jeśli energia elektryczna jest dostarczana do maszyny elektrycznej, działa ona jak silnik elektryczny. W ten sposób silnik elektryczny / prądnica pojazdów hybrydowych z napędem elektrycznym zastępuje konwencjonalny rozrusznik silnika spalinowego, a także konwencjonalny generator (generator oświetlenia).

Akcelerator elektryczny (E-boost)

Podobnie jak funkcja kickdown silników spalinowych, która udostępnia maksymalną moc silnika, napęd hybrydowy wyposażony jest w elektryczny akcelerator o nazwie E-Boost. Podczas korzystania z tej funkcji silnik elektryczny i silnik spalinowy dostarczają maksymalne indywidualne moce, które są dodawane do wyższej wartości mocy całkowitej. Suma indywidualnych mocy obu typów silników odpowiada całkowitej mocy przekładni.

Ze względu na straty mocy w elektro-prądnicy jego moc w trybie generatora jest mniejsza niż w trybie silnika trakcyjnego. Moc silnika elektrycznego w trybie silnika wynosi 34 kW. Moc silnika elektrycznego w trybie generatora wynosi 31 kW. Touareg z napędem hybrydowym posiada silnik spalinowy o mocy 245 kW oraz silnik elektryczny-generator o mocy 31 kW. W trybie silnika trakcyjnego generator silnika elektrycznego wytwarza 34 kW. Silnik spalinowy i prądnica w trybie trakcyjnym generują łącznie moc 279 kW.

Funkcja start-stop

Przypadek technologii hybrydowej

Dlaczego łączymy generator z silnikiem elektrycznym z silnikiem spalinowym? Aby zdjąć moment obrotowy, prędkość silnika spalinowego nie może być mniejsza niż prędkość biegu jałowego. Po zatrzymaniu silnik nie może dostarczyć momentu obrotowego. Wraz ze wzrostem prędkości silnika spalinowego rośnie jego moment obrotowy. Generator silnika elektrycznego przy pierwszych obrotach wytwarza maksymalny moment obrotowy. Nie ma dla niego biegu jałowego. Wraz ze wzrostem prędkości maleje moment obrotowy. Dzięki pracy silnika elektrycznego-generatora wykluczony jest najtrudniejszy tryb pracy silnika spalinowego: w zakresie poniżej obrotów biegu jałowego. Dzięki wsparciu silnika elektrycznego / generatora, silnik spalinowy może pracować w bardziej wydajnych trybach. To przesunięcie punktu obciążenia zwiększa sprawność układu napędowego.

Dlaczego używany jest w pełni hybrydowy układ napędowy (napęd)?

Kompletny hybrydowy układ napędowy, w przeciwieństwie do innych wariantów hybrydowych, łączy w sobie zintegrowany start-stop, E-Boost, rekuperację i możliwość napędzania tylko silnika elektrycznego (tryb trakcji elektrycznej).

Generator silnika elektrycznego

Generator silnika elektrycznego znajduje się między silnikiem spalinowym a automatyczną skrzynią biegów. Jest to silnik synchroniczny na prąd trójfazowy. Napięcie 288 V DC jest przekształcane na 3-fazowe napięcie AC za pomocą modułu elektroniki mocy. Napięcie trójfazowe wytwarza trójfazowe pole elektromagnetyczne w silniku elektrycznym.

Akumulator wysokiego napięcia

Dostęp do akumulatora wysokonapięciowego uzyskuje się przez wykładzinę podłogi bagażnika. Został zaprojektowany jako moduł i zawiera różne elementy systemu wysokiego napięcia Touareg. Moduł akumulatora wysokonapięciowego waży 85 kg i może być wymieniany tylko jako kompletna jednostka.

Akumulatora HV nie można porównać z konwencjonalnym akumulatorem 12 V. Podczas normalnej pracy akumulator HV działa w swobodnym zakresie od 20% do 85% poziomu naładowania. Konwencjonalny akumulator 12 V nie jest w stanie przenosić takich obciążeń przez długi czas. Dlatego akumulator wysokonapięciowy należy traktować jako urządzenie magazynujące energię on-line do napędu elektrycznego. Podobnie jak kondensator, może magazynować i ponownie uwalniać energię elektryczną. W zasadzie rekuperację, odzyskiwanie energii, można postrzegać jako możliwość zatankowania samochodu energią podczas jazdy. Zastosowanie akumulatora wysokonapięciowego w pojeździe hybrydowym charakteryzuje się przemiennością cykli ładowania (regeneracji) i rozładowywania (napędzanego elektrycznie) akumulatora wysokonapięciowego.

Przykład: Jeśli porównamy energię akumulatora wysokonapięciowego z energią wytwarzaną przez spalanie paliwa, to ilość energii, jaką akumulator może wytworzyć, odpowiada około 200 ml paliwa. Ten przykład pokazuje, że na drodze do tworzenia pojazdów elektrycznych akumulatory pod względem zdolności do magazynowania energii muszą zostać znacznie zmodernizowane.