Evaluarea celor mai bune și mai ieftine mașini hibride din Rusia. Motorul hibrid: cum funcționează, caracteristici și beneficii Ce este o mașină hibridă

Mașina hibridă nu este o invenție nouă. Primul pas către vehiculele hibride a fost făcut în 1665, când Ferdinand Verbiest, un preot iezuit, a început să lucreze la planurile de construire a unor vehicule simple cu patru roți, care să poată fi cu aburi sau trase de cai. Primele mașini cu motor hibrid au apărut la începutul secolelor XIX și XX. Mai mult, unii dezvoltatori au reușit să treacă de la proiecte la producție la scară mică. Începând din 1897 și în următorii 10 ani, Compagnie Parisienne des Voitures Electriques franceză a lansat un lot de vehicule electrice și mașini cu motoare hibride. În 1900, General Electric a proiectat o mașină hibridă cu un motor pe benzină cu 4 cilindri. Și din linia de asamblare Walker Vehicle Company din Chicago camioanele „hibride” au plecat până în 1940.
Desigur, toate acestea erau doar prototipuri și mașini la scară mică. Cu toate acestea, acum o lipsă acută de petrol și criza economică au stimulat dezvoltarea motoarelor hibride. Acum să aruncăm o privire mai atentă la ce este un motor hibrid și la ce folosește acesta? Un motor hibrid este un sistem de două motoare - un motor electric și unul pe benzină. În funcție de modurile de funcționare, atât benzina, cât și cea electrică pot fi pornite simultan sau separat. Acest proces este controlat de un computer puternic, care decide ce ar trebui să funcționeze chiar acum. Prin urmare, atunci când se deplasează de-a lungul șinelor, motorul pe benzină pornește, deoarece bateria de pe șină nu va dura mult timp. Dacă mașina se deplasează în modul oraș, atunci este deja utilizat un motor electric, ambele funcționând în timpul accelerării sau al sarcinilor grele. Bateria este încărcată în timp ce motorul pe benzină funcționează. Un astfel de motor, chiar ținând cont de faptul că sistemul folosește un motor pe benzină, poate reduce emisiile nocive în atmosferă cu 90% și, în același timp, reduce semnificativ consumul de benzină în oraș (doar un motor pe benzină funcționează pe autostradă, deci nu există economii acolo).

Să începem cu modul în care mașina începe să se miște. La pornirea mișcării și la viteze mici, sunt implicate doar bateria și motoarele electrice. Energia stocată în baterie este trimisă la centrul de energie, care, la rândul său, o direcționează către motoarele electrice, care fac ca mașina să se deplaseze lin și silențios din loc. După ce a câștigat viteza, motorul cu ardere internă este conectat la lucru, iar momentul de pe roțile motoare este furnizat simultan de la motoarele electrice și de la motorul cu ardere internă. În acest caz, o parte din energia motorului cu ardere internă se îndreaptă către generator și acum alimentează deja motoarele electrice și dă excesul de energie bateriei, care a pierdut o parte din alimentarea cu energie la începutul mișcării. Când conduceți în regim normal, se utilizează automat numai tracțiunea față, în toate celelalte - complet. În modul de accelerare, momentul roților vine în principal de la motorul pe benzină, iar motoarele electrice, dacă este necesar pentru a crește dinamica, completează motorul cu ardere internă. Unul dintre cele mai interesante puncte este frânarea. „Creierele” electronice ale mașinii decid singure când să utilizeze sistemul de frânare hidraulică și când să folosească frânarea regenerativă, acordând preferință acestuia din urmă. Adică, în momentul apăsării pedalei de frână, acestea transferă motoarele electrice în modul de funcționare „generator” și creează un cuplu de frânare pe roți, generând electricitate și alimentând bateria prin centrul de energie. Aceasta este pofta „hibridului”.

La mașinile clasice, energia de frânare este complet pierdută, lăsând ca căldură prin discurile de frână și alte piese. Utilizarea energiei de frânare este deosebit de eficientă în condiții urbane, atunci când trebuie să frânezi adesea la semafoare. Managementul integrat al dinamicii vehiculelor (VDIM) integrează și gestionează toate sistemele active de siguranță.
Una dintre primele mașini de succes echipate cu un motor hibrid, care a mers la masă, a fost „Toyota Prius” dezvoltată de Toyota, care consumă 3,2 litri de benzină la 100 km (în oraș). De asemenea, Toyota a lansat un SUV hibrid, Lexus RX400h, care costă între 68.000 și 77.000 de dolari, în funcție de configurație. Trebuie remarcat faptul că primele versiuni ale Toyota Prius erau inferioare mașinilor din aceeași clasă atât în \u200b\u200bceea ce privește viteza, cât și puterea, dar Lexus RX400h nu mai este inferior colegilor de clasă, nici în viteză, nici în putere.

Cele mai importante preocupări auto din lume și-au îndreptat atenția asupra motoarelor hibride ca soluție la problema economiei de combustibil și a poluării mediului. Acesta este modul în care Grupul Volvo a anunțat crearea unui motor hibrid pentru camioane, tractoare, semiremorci și autobuze. Dezvoltatorii companiei se bazează pe faptul că ideea lor va oferi economii de combustibil de 35%.
Cu toate acestea, trebuie spus că mașinile hibride „cu bang”, până acum, mergeau doar în America de Nord (Canada și SUA). Și în America, cererea pentru ele crește din ce în ce mai mult, deoarece mașinile care consumă mult combustibil au fost populare acolo până în ultimii ani și, din moment ce combustibilul a început să crească brusc și abrupt, americanii s-au gândit brusc la economisirea acestuia și la modul în care mașinile cu motoare hibride. În Europa, au reacționat calm la apariția motoarelor hibride, deoarece acolo sunt conduse de un motor economic și mai ecologic decât un motor pe benzină, diesel vechi bun. Spre deosebire de SUA, peste 50% din mașinile din Europa sunt echipate cu motoare diesel. În plus, mașinile diesel sunt mai ieftine decât cele hibride, mai simple și mai fiabile. La urma urmei, toată lumea știe că cu cât sistemul este mai complex, cu atât este mai puțin fiabil! Și tocmai datorită complexității și capriciosității sale, practic nu există mașini hibride în spațiul post-sovietic. Dealerii oficiali nu îi aduc aici. Și orice proprietar al unei astfel de mașini la noi se va confrunta inevitabil cu problema stației de service. Nu avem o stație de service care să se ocupe de mașini hibride. Și nu poți repara singur o astfel de mașină!

Ideea de a crea o mașină hibridă utilizând un motor electric a apărut acum peste 100 de ani. Vehiculele hibride îndeplinesc mai multe funcții de bază:

• Economisirea benzinei scumpe prin înlocuirea acesteia cu un motor electric.
• Vehiculele hibride sunt mai ecologice decât vehiculele clasice pe benzină.
• Măriți distanța parcursă de un motor hibrid folosind două surse de energie.

Mașinile hibride și dispozitivul lor

Există mașini hibride moderate și complete. Proiectarea hibrizilor blândi folosește un motor pe benzină ca motor principal și conectează o sursă de energie electrică ca plasă de siguranță în cazuri rare. Hibrizii complet implică posibilitatea utilizării unei surse alternative de energie ca motor principal.

Structuri de vehicule hibride

Există mai multe tipuri de modele hibride, care se disting prin modul în care este conectat motorul:

• Mașini cu conexiune serială. Schema folosește un motor cu ardere internă de mică putere conectat la un generator electric. Motorul electric conduce mașina și este principalul mecanism de propulsie. Modelele de mașini hibride cu această schemă sunt Chevrolet Volt, precum și Opel Ampera. Aceste vehicule folosesc baterii electrice de mare capacitate.

Diagrama conexiunii seriale a nodurilor

• Diagrama conexiunii paralele. În cadrul acestei scheme, atât motoarele pe benzină, cât și cele electrice pot funcționa împreună și separat. În principal se folosește un motor electric de 20 W, care crește odată cu creșterea vitezei vehiculului.

Conexiune paralelă a nodurilor

• Circuit mixt, serial-paralel. Principiul construcției unui astfel de motor este similar cu un motor cu circuit paralel, dar a fost adăugat un generator la circuitul mixt, din care este alimentat motorul electric.

Conexiune serial-paralelă a nodurilor

Cum funcționează un motor hibrid?

Când mașina începe să se miște, stocul motorului electric și al bateriei sunt consumate. La viteză mare, un motor pe benzină este conectat la funcționarea surselor de energie electrică. Ca urmare a funcționării motorului pe benzină, se formează un anumit surplus de energie, care reîncarcă generatorul. Un motor electric este alimentat de la generator și, la rândul său, reîncarcă bateria.

La frânare, se utilizează principiul frânării regenerative - motorul electric acționează în acest caz ca un generator, alimentând bateria. În acest fel, energia generată de frânare este utilizată în beneficiul vehiculului.

Dispozitiv vehicul hibrid

O mașină hibridă constă din următoarele componente principale:

1. Motor pe gaz (motor cu combustie interna). Dar la mașinile hibride, spre deosebire de cele clasice, motorul cu ardere internă este de mică putere, deoarece este utilizat în tandem cu un motor electric.
2. Motor electric. Sursă alternativă de energie pentru mașină. Adesea, astfel de motoare folosesc tehnologia de recuperare - motorul electric funcționează nu numai ca o centrală electrică care pune mașina în mișcare. De asemenea, acționează ca un generator, stocând energie în timpul frânării și coborârii dealurilor.
3. Generator destinate producției de energie electrică.
4. Baterii reîncărcabile stocați o sursă de energie electrică pentru motorul electric.
5. Rezervor de combustibil folosit pentru depozitarea benzinei pentru motoarele cu ardere internă.
6. Transmitere vă permite să controlați atât motorul cu ardere internă, cât și motorul electric.

Dispozitiv auto hibrid pe exemplul Toyota Prius

O mașină hibridă este concepută în primul rând pentru utilizarea eficientă a resurselor energetice. Pentru a obține acest efect sunt utilizate mai multe tehnici:

1. Energia de frânare este utilizată datorită tehnologiei de recuperare.
2. Benzina se economisește prin comutarea mecanismului la funcționarea unui motor electric.
3. Mașina hibridă folosește materiale ușoare care facilitează construcția, reducând astfel consumul de resurse.
4. Proprietățile aerodinamice ale materialelor și structurilor sunt utilizate în mod eficient.

Industria automobilelor hibride se dezvoltă activ, deoarece până acum nu putem vorbi despre perfecțiunea acestor structuri și disponibilitatea lor. Să aruncăm o privire mai atentă asupra câtorva dintre avantajele și dezavantajele proiectelor de vehicule hibride:

• Economii la consumul de combustibil și energie. Plusul fără îndoială al hibrizilor este reducerea costurilor, pe lângă faptul că motorul electric poate produce energie independent.
• Ecologie. Hibrizii sunt semnificativ mai puțin nocivi pentru mediu decât mașinile clasice.
• Gama de rulare. Vehiculele hibride sunt alimentate mult mai rar decât vehiculele convenționale pe benzină.
• Bateriile hibride sunt mult mai ușoare și mai convenabile de utilizat decât bateriile auto electrice.
• Motorul electric funcționează aproape în tăcere.
• O mașină hibridă se poate descurca fără un motor cu ardere internă pe străzile orașului.

Dar există și unele dezavantaje asociate mașinilor hibride:

• Bateriile motoarelor electrice trebuie să funcționeze constant, în caz contrar durata lor de viață va fi redusă. În plus, sunt capabili de auto-descărcare și nu tolerează schimbări bruște de temperatură. Infrastructura întreprinderilor care pot elimina în mod corespunzător aceste elemente nu a fost încă dezvoltată.
• Designul complex al motorului face reparația dificilă și costisitoare. Adesea, piesele nu pot fi reparate și trebuie să comandați noi de la producători, ceea ce întârzie procesul de reparații.
• Motoarele hibride funcționează în primul rând cu vehiculele pe benzină, deși motorina este mai economică.
• Costul vehiculelor hibride este mult mai mare decât media pieței. Nu toată lumea își poate permite o achiziție atât de scumpă.

În ciuda unor neajunsuri, industria vehiculelor hibride se dezvoltă și se îmbunătățește dinamic. Cu fiecare nou sezon, producătorii introduc cele mai bune vehicule hibride cu o gamă mai largă de caracteristici și mai accesibile pentru șoferi.

Creșterea numărului de vehicule din lume și o serie de probleme de mediu cu care s-a confruntat omenirea în ultimele decenii au dus la schimbări majore în industria auto.

Acestea sunt dictate, în primul rând, de standardele de mediu înrăutățite semnificativ și de un preț crescut al combustibilului, în legătură cu care producătorii de automobile sunt obligați să caute modalități de a reduce cantitatea de emisii toxice și consumul total de combustibil în mașini.

În același timp, în ciuda apariției vehiculelor electrice, a dezvoltării vehiculelor cu celule de combustibil, singura modalitate eficientă de astăzi este crearea de mașini cu motoare hibride - cel mai simplu mod de a se „încadra” în economie și de a oferi consumatorului un produs convenabil de utilizat.

Vom încerca să povestim în acest articol despre care este piața mașinilor „hibrizi” astăzi, deoarece astăzi mulți potențiali cumpărători habar nu au ce înseamnă o mașină hibridă și ce avantaje oferă.

Mașini hibride - ce sunt acestea?

Principiul unui vehicul hibrid este foarte simplu. Se bazează pe principiul unui generator de gaz convențional, atunci când unitatea de putere a vehiculului rotește generatorul și încarcă bateria de tracțiune.

Video - cum funcționează o mașină hibridă:

La rândul său, energia bateriei permite mașinii să se deplaseze o perioadă de timp numai pe tracțiune electrică cu cantități „zero” de emisii toxice. După ce energia din baterii se epuizează, motorul pe benzină este pornit din nou, ceea ce vă permite să continuați să conduceți și, în același timp, completați încărcarea bateriilor.

Trebuie să spun că, împreună cu această schemă, există o altă denumită plug-in hybrid. În ea, bateria se încarcă nu numai de la motor, ci și de la o sursă de alimentare obișnuită, iar capacitatea sa este suficientă pentru deplasări pe distanțe scurte (de regulă, aproximativ 30-40 de kilometri). De fapt, acest lucru înseamnă că puteți conduce la și de la locul de muncă fără a utiliza deloc un motor pe benzină (și, în consecință, fără a pierde combustibil).

Avantajele mașinilor hibride

Cu siguranță mulți își vor pune întrebarea, de ce să se deranjeze să „îngrădească o grădină” cu baterii, motoare electrice, baterii și un motor cu ardere internă? Ce oferă schema de propulsie hibridă?

Înainte de a răspunde la această întrebare, merită să ne amintim când o mașină „tradițională” folosește cel mai mult combustibil. Se știe că consumul maxim (și, în consecință, toxicitatea emisiilor) cade pe etapa de accelerație până la viteza de croazieră, precum și în condusul urban cu accelerație și decelerare frecvente.

Video - cum puteți îmbunătăți o mașină hibridă:

Astfel, acționarea electrică a vehiculelor cu o centrală hibridă intră în vigoare în aceste moduri. Când bateria este complet încărcată, „hibridul” începe să se miște cu tracțiune electrică, iar când se atinge un anumit prag de viteză (în funcție de model, acesta variază de la 20 la 40 de kilometri pe oră), motorul cu ardere internă intră în acțiune.

În același timp, cea mai largă gamă de „hibrizi” de la Toyota este prezentată direct în Japonia și SUA. Pe piața internă japoneză, mașinile sunt vândute sub marca Toyota, iar în America, prin tradiție, Lexus este cea mai populară (în Rusia, trebuie să spun, majoritatea mașinilor hibride sunt vândute și sub acest nume de marcă).

Cea mai saturată din punct de vedere al numărului de mașini hibride de la Toyota este piața japoneză. Compania afișează pe ea toate cele mai noi modele, pe care „folosește” tehnologii care ar trebui să intre în serie pe modele „globale”.

În special, modelele emblematice precum Toyota Avalon și altele oferă astăzi o serie de inovații tehnice legate de fiabilitatea sporită a „hibrizilor”, precum și o rezervă mare de putere de la o singură încărcare a bateriei.

O mașină prototip cu motor hibrid a apărut la sfârșitul secolului al XIX-lea. Astăzi, este un vehicul capabil să nu folosească combustibil la viteză mică, ci să conducă folosind energie electrică.

Un motor hibrid este un sistem format din motoare electrice și cu combustibil. În același timp, în perioada de funcționare, fiecare poate fi implicat atât separat, cât și ambele în cicluri independente.

Dispozitivul și principiul de funcționare

Cel mai obișnuit mod de funcționare al unui motor hibrid este acela că atunci când mașina se deplasează cu viteză mică, de exemplu, în oraș, se folosește unitatea sa electrică. Când mașina se deplasează de-a lungul autostrăzii, motorul cu ardere internă (ICE) este pornit. În cazul unei sarcini grele, de exemplu, în timpul urcărilor puternice în sus, ambele motoare sunt pornite.

Desigur, avantajele unui astfel de dispozitiv pot fi atribuite faptului că, atunci când utilizați un motor electric, consumul de combustibil este redus semnificativ, deoarece funcționează cu energie alimentată în mod constant de baterie.

Capacitatea, cel puțin parțial, de a reduce cantitatea de substanțe nocive emise în aer este un alt plus al sistemului hibrid al mașinii.

Hibrizii se caracterizează prin putere redusă, care ajută la compensarea motorului cu ardere internă.

Motoarele din hibrizi pot fi fie benzină, fie motorină. Mai mult, producătorii de echipamente pe gaz (GPL) au dezvoltat sisteme care pot funcționa pe aceste mașini.

Un exemplu de design hibrid

Dispozitivul hibrid include:

Designul și dimensiunile sale sunt proiectate astfel încât să reducă greutatea, emisiile dăunătoare și consumul de combustibil.

Motorul electric este proiectat având în vedere hibridul. A fost realizat nu numai generat prin lucrul cu un bloc de combustibil, dar a acordat o atenție specială indicatorilor de putere. În paralel, generează energie pentru a reîncărca bateria vehiculului. Poate fi construit în centrală sau plasat separat de acesta, în unele modele ambele opțiuni sunt utilizate simultan.

Transmitere. Funcționarea transmisiei hibride este practic aceeași ca la mașinile convenționale. Dar, în funcție de tipul de motor hibrid, acestea pot diferi. Transmisiile în ele sunt ambele hibride cu un motor electric integrat și versiuni convenționale mecanice și automate. De exemplu, transmisia unui autoturism Toyota este proiectată cu forțare a fluxului de putere. Un motor de acest tip funcționează într-un mod de încărcare lină, ceea ce ajută la economisirea semnificativă a consumului de combustibil.

Rezervor de combustibil. Necesar pentru alimentarea cu combustibil a motorului cu ardere internă. Pentru claritatea a ceea ce are o serie de avantaje, aș dori să citez un fapt în favoarea acestui lucru: energia obținută în timpul arderii a 1 litru de benzină este comparabilă cu energia generată de o baterie care cântărește aproximativ 450 kg.

Baterie. Funcția sa principală este de a genera suficientă energie pentru a porni motorul electric. Mașina folosește două baterii, una de înaltă tensiune și una normală de 12 (V) pentru a alimenta rețeaua de la bord. Inițial, înainte de pornirea tuturor sistemelor, alimentarea este furnizată numai din standard, deoarece răcirea constantă este necesară pentru funcționarea bateriei de înaltă tensiune și a invertorului.

Invertorul convertește curentul continuu al bateriei de înaltă tensiune în curent alternativ trifazat pentru motorul electric și invers. De asemenea, reglează distribuția puterii și controlează motorul electric.

Generator. Principiul său de funcționare este același cu cel al unui motor electric, dar vizează generarea de energie electrică.

3 tipuri de unități hibride

După cum sa menționat mai devreme, un sistem auto hibrid este o combinație de motoare, un fel de două tehnologii încrucișate diferite. Tehnologia de acționare hibridă este caracterizată în două moduri - este un sistem de propulsie cu combustibil dual sau bivalent și hibrid.

Această împărțire în două combinații de unități de putere este definită pentru clasificarea lor în conformitate cu diferite principii de funcționare.

Designul hibrid al grupului propulsor include un motor cu ardere internă și un generator de motor electric. Astfel, un motor electric este atât un generator de energie, cât și un motor de tracțiune, și un demaror pentru pornirea unui motor cu ardere internă.

Există trei tipuri de propulsie hibridă. Principalul criteriu de clasificare este performanța structurii de bază. Prin urmare, există: propulsie micro-hibridă, propulsie hibridă medie și propulsie hibridă completă.

Grup de propulsie micro hibrid

Caracteristica conceptuală a acestui tip de acționare constă în partea sa electrică, care este necesară doar pentru efectuarea funcției „start-stop”. În acest caz, o parte din energia cinetică generată este reutilizată ca electricitate (proces de recuperare).

Nu este posibilă o acționare numai prin acționarea tracțiunii electrice. Performanța bateriei hibride de 12 volți cu fibră de sticlă este adaptată pentru porniri frecvente ale motorului. De asemenea, un dispozitiv de stocare sub formă de condensator electrochimic poate fi utilizat pentru a stoca energia din recuperare.

Microhibrid de la Mazda

Grup de propulsie hibrid mediu

Transmisia electrică ajută motorul cu combustie. În același timp, mișcarea hibridului numai datorită tracțiunii electrice nu se realizează. Cu acest tip de motor hibrid, energia electrică este regenerată în timpul frânării și apoi stocată în bateria de înaltă tensiune.

Dispozitivul bateriei de înaltă tensiune a hibridului și a tuturor componentelor sale electrice îndeplinește nivelul de tensiune necesar, ceea ce face posibilă generarea unei puteri suficient de mari. Drept urmare, datorită sprijinului motorului cu ardere internă de către un motor electric, activitatea sa se caracterizează printr-o eficiență maximă.

Grup de propulsie hibrid complet

Funcționarea a două motoare: un motor electric și un motor cu ardere internă, în acest tip sunt combinate între ele. Tipul hibrid complet permite mașinii să se deplaseze numai prin tracțiune electrică și o distanță suficient de mare. În anumite condiții, sistemul de propulsie funcționează ca un hibrid mediu.

Aceste mașini sunt echipate cu un motor electric suficient de puternic și baterii de înaltă tensiune cu un volum mai mare, care le permite să producă astfel de caracteristici. Baza pentru reîncărcarea bateriei este, de asemenea, procesul de recuperare a energiei.

Funcția start-stop este implementată pentru un motor cu ardere internă care pornește numai atunci când este necesar. Iar separarea motorului cu ardere internă de motorul electric se realizează datorită ambreiajului instalat între ele, astfel încât acestea să poată funcționa independent una de cealaltă.

Scheme de interacțiune între funcționarea motorului electric și motorul cu ardere internă

Mașinile hibride sunt proiectate în conformitate cu trei scheme de interacțiune cu motorul. Să luăm în considerare fiecare dintre ele.

Schema de comunicare secvențială

Acest principiu al dispozitivului este cea mai simplă versiune a unui motor de automobile hibrid. Schema sa de lucru este după cum urmează: cuplul de la motorul cu ardere internă merge la generator. Generatorul generează apoi energia electrică necesară funcționării și o transferă la baterie. În plus, bateria este reîncărcată prin procesul de recuperare a energiei cinetice. În această schemă, mișcarea mașinii se efectuează numai prin tracțiune electrică.

Acest circuit este caracterizat prin conversie secvențială a energiei, adică energia provenită din combustibilul combustibil din motorul cu ardere internă este transformată în energie mecanică, apoi transformată în energie electrică datorată generatorului și apoi din nou convertită în energie mecanică.

Aspecte pozitive ale unei scheme secvențiale:

1. Motorul cu ardere internă funcționează la o viteză constantă.
2. Nu este nevoie de un motor cu putere mare și consum de combustibil.
3. Cutia de viteze, precum și ambreiajul, nu sunt necesare aici.
4. Energia electrică a bateriei hibride de înaltă tensiune permite vehiculului să se deplaseze cu motorul oprit.

Dezavantaje ale unei scheme secvențiale:

1. În etapele de conversie a energiei, are loc pierderea acesteia.
2. Dimensiunile și costul bateriei sunt destul de mari.

Cel mai strălucit exemplu de mașină hibridă cu o schemă secvențială de interacțiune Chevrolet Volt

Dacă vorbim despre cea mai potrivită opțiune pentru o mașină cu o schemă de interacțiune secvențială, atunci acesta este traficul orașului cu opriri frecvente, atunci când sistemul de recuperare a energiei este pornit constant.

Schema de interacțiune paralelă

Această schemă a primit acest nume deoarece motoarele auto funcționează constant împreună. Principiul de funcționare a acestui tip de interacțiune a două module apare datorită electronicii mașinii, a motorului electric și a motorului cu ardere internă. Ambele motoare sunt conectate la cutia de viteze prin intermediul unei transmisii planetare.

Pur și simplu pe energie electrică, astfel de hibrizi sunt capabili să circule pentru o perioadă scurtă de timp, în timp ce motorul cu ardere internă este deconectat de la transmisie de către ambreiaj.

Unitatea de comandă distribuie cuplul de la ambele motoare în funcție de modul de conducere al vehiculului. Motorului cu ardere internă i se conferă un rol mai important, iar motorul electric este pornit atunci când este necesară o tracțiune suplimentară, de exemplu, atunci când mașina accelerează brusc. Când frânează sau se mișcă lin, motorul electric funcționează ca un generator de energie electrică.

Motor electric integrat în transmisia BMW 530E iPerformance

Există modificări cu un motor electric separat de motorul cu ardere internă, sunt un sistem complex, dar în același timp eficient. Acest modul este format din două motoare electrice, tracțiune conectată printr-un angrenaj planetar cu cel de-al doilea, care servește ca generator și starter.

Într-o astfel de schemă, motorul cu ardere internă nu este conectat direct la roți, ceea ce vă permite să transferați în mod constant o parte din moment la generator și să reîncărcați bateria.

Centrală electrică hibridă paralelă cu motoare electrice independente

Aspecte pozitive ale unui circuit paralel:

Deoarece lucrarea principală este alocată motorului cu ardere internă, nu este nevoie să instalați o baterie puternică de înaltă tensiune. Motorul cu ardere este conectat direct la roțile motoare, deci pierderea de energie este semnificativ mai mică.

Laturile negative ale unui circuit paralel:

Principalul dezavantaj al acestei scheme este consumul mai mare de combustibil în comparație cu alte scheme de interacțiune cu motorul. Se pare că nu veți putea economisi bani pe traficul orașului, cea mai reușită opțiune ar fi să vă deplasați de-a lungul autostrăzii.

Schema de comunicare serial-paralelă

Chiar numele acestui circuit indică faptul că acest tip este o variantă a combinării celor două circuite considerate anterior: secvențial și paralel. Mișcarea mașinii la viteză redusă și pornirea ei de la un punct mort se realizează numai de puterea piesei electrice. Motorul cu ardere internă acceptă funcționarea generatorului automat, ca și în cazul unei scheme de interacțiune secvențială. Transmiterea cuplului de la motorul cu ardere internă la roți are loc atunci când se circulă cu viteză mare.

La sarcini mari care necesită o putere crescută, este posibil ca generatorul vehiculului să nu furnizeze cantitatea necesară de energie și, în acest caz, motorul electric este alimentat suplimentar de baterie, ca într-o schemă de interacțiune paralelă.

Acest circuit oferă un generator suplimentar, reîncarcă bateria. Motorul electric este necesar doar pentru a conduce roțile motoare și pentru a asigura o frânare regenerativă.

O parte din cuplul transferat de la motorul cu ardere internă se îndreaptă spre roțile motoare, iar o parte din acesta se îndreaptă către generator, care la rândul său alimentează motorul electric și încarcă bateria.

Pentru direcția cuplului față de roți, generator sau motorul electric și raportul acestuia, este responsabil cu angrenajul planetar - distribuitorul de putere. Alimentarea de la generator și baterie este controlată de unitatea de control electronic a vehiculului.

Această tehnologie este utilizată și la mașinile hibride cu tracțiune integrală. Pe puntea față, un motor cu ardere internă cu un motor electric este instalat într-o schemă paralelă, iar pe puntea spate, doar un motor electric este conectat la motorul cu ardere internă conform unei scheme secvențiale.

Hibrid cu tracțiune integrală de la Mitsubishi

Partile pozitive ale unui circuit serial-paralel:

Nu este greu de ghicit că avantajul incontestabil al acestei scheme hibride este eficiența ridicată a combustibilului combinată cu caracteristici de putere bune. Iubitorii de natură îi vor aprecia prietenia cu mediul.

Dezavantaje ale circuitului serial-paralel:

Pe partea negativă, acesta este un design mai complex în comparație cu schemele anterioare și, ca rezultat, un preț mai mare. Deoarece este nevoie de un generator suplimentar, o baterie mare și un circuit electronic complex de control.

Concluzie

Am luat în considerare toate tipurile de hibrizi și scheme pentru interacțiunea lor, dar, în general, există multe tipuri care sunt greu de atribuit uneia dintre ele, deoarece în timp tehnologiile sunt din ce în ce mai amestecate și rafinate.

La unele, cuplajele de fluid cu cutie de viteze sunt utilizate în locul unui angrenaj planetar, la altele experimentează aranjarea din spate a motorului cu ardere internă sau chiar răspândesc motorul cu ardere internă și motorul electric de-a lungul a două axe. Designerii nu se opresc aici și dezvoltă din ce în ce mai mult această direcție.

Cum funcționează, luați în considerare exemplul Touareg, cu un sistem de propulsie hibrid.

Ce înseamnă tehnologia hibridă?

Termenul „hibrid” provine din cuvântul latin hybrida și înseamnă ceva încrucișat sau amestecat. În inginerie, un hibrid este un sistem în care două tehnologii diferite sunt combinate între ele. În legătură cu conceptele de acționare, termenul de tehnologie de acționare hibridă este utilizat pentru a se referi la două domenii: propulsie hibridă cu combustibil dual (sau cu dublu combustibil)

Tehnologia de acționare hibridă este o combinație de două sisteme de propulsie diferite, care funcționează pe principii de funcționare diferite. Tehnologia de acționare hibridă se referă în prezent la combinația dintre un motor cu ardere internă și un motor electric / generator (mașină electrică). Această mașină electrică poate fi utilizată ca generator pentru a genera energie electrică, un motor de tracțiune pentru a conduce o mașină și un demaror pentru a porni un motor cu ardere internă. În funcție de designul structurii de bază, se disting trei tipuri de unități de putere hibride: așa-numitele. Unitate de putere „micro-hibridă”, așa-numita. Unitate de putere „hibridă medie”, așa-numita. Unitate de putere "complet hibrid".

Grup de propulsie „micro hibrid”

În acest concept de acționare, componenta electrică (starter / alternator) servește exclusiv pentru funcția start-stop. O parte din energia cinetică poate fi reutilizată ca energie electrică (recuperare). Tracțiunea electrică singură nu este furnizată. Parametrii bateriei din fibră de sticlă de 12 volți sunt adaptați pentru pornirea frecventă a motorului.

Unitate „hibridă medie”

Acționarea electrică menține motorul cu ardere în funcțiune. Mișcarea mașinii numai pe tracțiune electrică este imposibilă. Într-o unitate „mid-hybrid”, cea mai mare parte a energiei cinetice este recuperată în timpul frânării și stocată ca energie electrică în bateria de înaltă tensiune. Bateria de înaltă tensiune, precum și componentele electrice sunt proiectate pentru tensiuni electrice mai mari și, astfel, pentru puteri mai mari. Datorită suportului motorului generator, modul de funcționare al motorului termic poate fi mutat în zona de eficiență maximă. Aceasta este denumită deplasarea punctului de încărcare.

Grup de propulsie „complet hibrid”

Motorul / generatorul electric puternic este combinat cu un motor cu ardere internă. Este posibilă doar conducerea electrică. Motorul electric / generatorul, dacă condițiile o permit, susține funcționarea motorului cu ardere internă. Mișcarea cu viteză redusă se efectuează numai la tracțiunea electrică. Implementarea funcției Start-stop pentru un motor cu ardere internă. Regenerarea este utilizată pentru a încărca bateria de înaltă tensiune. Ambreiajul de decuplare între motorul cu ardere și motorul / generatorul electric permite decuplarea celor două sisteme. Motorul cu ardere internă este pornit numai atunci când este necesar.

Noțiuni de bază hibride

Sistemele de propulsie hibride complete sunt împărțite în trei subgrupuri: propulsie hibridă paralelă, propulsie divizată (cu fluxuri de putere divizate) și propulsie hibridă secvențială.

Grup de propulsie hibrid paralel

Proiectarea paralelă a sistemului de propulsie hibrid este simplă. Se utilizează atunci când este necesar să „hibridizăm” un vehicul existent. Motorul cu ardere internă, generatorul electric și cutia de viteze sunt situate pe aceeași axă. De obicei, un sistem de propulsie hibrid paralel utilizează un singur motor electric / generator. Suma puterii unitare a motorului cu ardere internă și a puterii motorului electric al generatorului corespunde puterii totale. Acest concept oferă un grad ridicat de împrumut de la vehiculul anterior. Pentru vehiculele cu tracțiune integrală cu un sistem de propulsie hibrid paralel, toate tracțiunile integrale sunt realizate utilizând un diferențial Torsen și o carcasă de transfer.

Unitate hibridă separată

Sistemul hibrid divizat are un motor electric / generator în plus față de motorul cu ardere. Ambele motoare sunt amplasate sub capotă. Cuplul motorului cu ardere internă, precum și de la motorul electric al generatorului, este transmis prin transmisia planetară către cutia de viteze a vehiculului. Spre deosebire de tracțiunea hibridă paralelă, suma puterilor individuale pentru tracțiunea pe roți nu poate fi derivată în acest fel. Puterea generată este parțial cheltuită la conducerea mașinii, parțial, sub formă de energie electrică, se acumulează în bateria de înaltă tensiune.

Grup de propulsie hibrid secvențial

Vehiculul este echipat cu un motor cu ardere internă, generator și motor electric / generator. Cu toate acestea, spre deosebire de ambele concepte descrise anterior, motorul cu ardere internă nu are capacitatea de a propulsa independent vehiculul cu un arbore sau printr-o cutie de viteze. Puterea de la motorul cu ardere nu este transferată pe roți. Unitatea principală a mașinii este efectuată de un generator de motor electric. Dacă capacitatea bateriei de înaltă tensiune este prea mică, motorul cu ardere internă pornește. Motorul cu combustie încarcă bateria de înaltă tensiune printr-un generator. Motor-generatorul poate fi alimentat din nou de la bateria de înaltă tensiune.

Grup de propulsie hibrid în serie separat

Grupul de propulsie hibrid secvențial divizat este o formă mixtă a celor două unități hibride descrise mai sus. Mașina este echipată cu un motor cu ardere internă și două motoare electrice și generatoare. Motorul cu ardere internă și primul generator electric sunt situate sub capotă. Al doilea motor electric este situat pe puntea spate. Acest concept este utilizat pentru vehiculele cu tracțiune integrală. Motorul cu ardere internă și primul motor electric generator pot conduce cutia de viteze a vehiculului prin angrenajul planetar. Și, în acest caz, se aplică regula în funcție de care puterile de acționare unică nu pot fi luate pentru tracțiunea cu roți sub forma puterii totale. Un al doilea motor electric / generator pe puntea spate este activat atunci când este necesar. Datorită acestui design al unității, bateria de înaltă tensiune este situată între ambele axe ale vehiculului.

Alți termeni și definiții Alți termeni și definiții utilizate în mod obișnuit în legătură cu tehnologia hibridă vor fi explicate pe scurt aici.

Recuperare. În general, acest termen din tehnologie înseamnă o metodă de returnare a energiei. Odată cu recuperarea, energia disponibilă a unui tip este convertită în alta, care este utilizată în forma ulterioară de energie. Energia chimică potențială a combustibilului este transformată în energie cinetică în transmisie. Dacă vehiculul este frânat cu o frână convențională, excesul de energie cinetică este transformat în energie termică prin fricția frânelor. Căldura rezultată este disipată în spațiul înconjurător și, prin urmare, nu poate fi utilizată în viitor.

Dacă, dimpotrivă, la fel ca în cazul tehnologiei de acționare hibridă, pe lângă frânele clasice, generatorul este utilizat ca frână cu motor, atunci o parte din energia cinetică este transformată în energie electrică și astfel devine disponibilă pentru utilizarea ulterioară. Echilibrul energetic al vehiculului este îmbunătățit. Acest tip de frânare regenerativă se numește frânare regenerativă.

De îndată ce în modul de mers în gol forțat, viteza vehiculului este redusă prin frânare prin apăsarea pedalei de frână sau vehiculul coboară sau vehiculul se deplasează în jos c sistemul hibrid pornește motorul / generatorul electric și îl folosește în modul generator.

În acest caz, acesta încarcă bateria de înaltă tensiune. Astfel, în modul de repaus forțat
deplasare, devine posibilă „alimentarea cu combustibil” a vehiculelor cu o acționare hibridă electrică cu electricitate.
Când vehiculul se deplasează, generatorul de motor electric, funcționând în modul generator,
convertește din energia mișcării în energie electrică doar o astfel de cantitate de energie încât
necesare pentru funcționarea unei rețele de bord de 12 volți.

Motor electric-generator (mașină electrică)

Termenul electromotor-generator, sau mașină electrică, este folosit în locul termenilor generator, motor electric și demaror. În principiu, orice motor electric poate fi folosit și ca generator. Dacă arborele motorului electric este acționat de la o acționare externă, atunci motorul electric, ca un generator, generează energie electrică. Dacă energia electrică este furnizată unei mașini electrice, atunci funcționează ca un motor electric. Astfel, motorul-generator electric al vehiculelor electrice hibride înlocuiește motorul de pornire convențional al motorului cu ardere internă, precum și generatorul convențional (generator de iluminat).

Accelerator electric (E-boost)

Similar funcției kickdown a motoarelor cu ardere internă, care pune la dispoziție puterea maximă a motorului, unitatea hibridă are un accelerator electric, E-Boost. Atunci când se utilizează funcția, generatorul de motor electric și motorul cu ardere furnizează puterile individuale maxime, care se adaugă la valoarea mai mare a puterii totale. Suma puterilor individuale ale ambelor tipuri de motoare corespunde puterii totale a transmisiei.

Datorită pierderilor de putere în motor-generator electric, puterea acestuia în modul generator este mai mică decât în \u200b\u200bmodul motor de tracțiune. Puterea motorului-generator electric în modul motor este de 34 kW. Puterea motorului-generator electric în modul generator este de 31 kW. Hibridul Touareg are un motor cu ardere de 245 kW și un motor electric-generator de 31 kW. În modul cu motor de tracțiune, motorul electric generează 34 kW. Împreună, motorul cu ardere internă și motorul electric-generator în modul motor electric de tracțiune dezvoltă o putere totală de 279 kW.

Funcția Start-Stop

Argumente în favoarea tehnologiei hibride

De ce combinăm un generator de motor electric cu un motor cu ardere internă? Pentru a scoate cuplul, turația motorului cu ardere internă nu trebuie să fie mai mică decât turația de ralanti. Când este oprit, motorul nu poate livra cuplu. Pe măsură ce turația motorului cu ardere internă crește, cuplul său crește. Generatorul de motor electric cu primele rotații produce cuplul maxim. Nu există viteză de ralanti pentru aceasta. Cu o creștere a vitezei de rotație, cuplul său scade. Datorită funcționării motorului-generator electric, este exclus cel mai dificil mod de funcționare al motorului cu ardere internă: în intervalul sub turația de ralanti. Datorită suportului generatorului de motor electric, motorul cu ardere poate fi acționat în moduri mai eficiente. Această schimbare a punctului de încărcare îmbunătățește eficiența trenului de propulsie.

De ce se folosește un propulsor hibrid complet (unitate)?

Grupul propulsor hibrid complet, spre deosebire de alte variante hibride, combină start-stop integrat, E-Boost, recuperare și capacitatea de a conduce doar un motor electric (modul de tracțiune electrică).

Generator de motor electric

Generatorul de motor electric este situat între motorul cu ardere și cutia de viteze automată. Este un motor sincron trifazat de curent. Tensiunea de 288 V CC este transformată într-o tensiune alternativă trifazată prin intermediul unui modul de electronică de putere. Tensiunea trifazată creează un câmp electromagnetic trifazat în motorul-generator electric.

Baterie de înaltă tensiune

Bateria de înaltă tensiune este accesată prin pardoseala din portbagaj. Este proiectat ca un modul și conține diferitele componente ale sistemului de înaltă tensiune Touareg. Modulul bateriei de înaltă tensiune cântărește 85 kg și poate fi înlocuit doar ca unitate completă.

Bateria HV nu poate fi comparată cu o baterie convențională de 12 V. În funcționare normală, bateria HV funcționează într-un interval liber între 20% și 85% nivel de încărcare. O baterie obișnuită de 12 volți nu poate rezista astfel de sarcini pentru o lungă perioadă de timp. Prin urmare, bateria de înaltă tensiune trebuie considerată ca un dispozitiv de stocare a energiei on-line pentru o unitate electrică. Ca un condensator, poate stoca și elibera din nou energie electrică. În principiu, recuperarea, recuperarea energiei, poate fi privită ca posibilitatea de a realimenta o mașină cu energie în timp ce conduceți. Utilizarea unei baterii de înaltă tensiune într-un vehicul hibrid se caracterizează prin alternarea ciclurilor de încărcare (regenerare) și descărcare (acționată electric) ale bateriei de înaltă tensiune.

Exemplu: Dacă comparați energia unei baterii de înaltă tensiune cu energia generată prin arderea combustibilului, atunci cantitatea de energie pe care o poate genera bateria corespunde cu aproximativ 200 ml de combustibil. Acest exemplu demonstrează că pe drumul către crearea vehiculelor electrice, bateriile de stocare, în ceea ce privește capacitatea lor de a stoca energie, trebuie îmbunătățite semnificativ.