Hoe een hybride motor werkt, de voor- en nadelen van een zuinige motor
Inhoud
De opkomst van hybride voertuigen is een gedwongen maatregel geworden van autofabrikanten bij de overgang van verbrandingsmotoren (ICE) op koolwaterstofbrandstoffen naar schonere energiecentrales. De technologie heeft de creatie van een volwaardige elektrische auto, een brandstofcelauto of een andere uit een lange lijst van theoretisch mogelijke richtingen voor de ontwikkeling van autonoom vervoer nog niet mogelijk gemaakt, en de behoefte is al volwassen geworden.
Overheden begonnen de auto-industrie streng de kop in te drukken met milieueisen, en consumenten wilden een kwalitatieve stap voorwaarts zien, en niet nog een microscopische verbetering van een motor die al meer dan een eeuw bekend was op een van de olieraffinageproducten.
Welke auto wordt een "hybride" genoemd
De aandrijfeenheid van de tussentrap begon een combinatie te worden van een reeds bewezen ontwerp van een verbrandingsmotor en een of meer elektromotoren.
Het elektrische gedeelte van de tractie-eenheid wordt aangedreven door generatoren die mechanisch zijn verbonden met een gasmotor of dieselmotor, accu's en een terugwinningssysteem dat energie die vrijkomt tijdens het remmen van het voertuig terugvoert naar de aandrijving.
Alle talloze schema's voor de praktische implementatie van het idee worden hybriden genoemd.
Soms misleiden fabrikanten klanten door hybridesystemen te noemen waarbij de elektrische aandrijving alleen wordt gebruikt om de hoofdmotor in start-stopmodus te starten.
Aangezien er geen verband is tussen elektromotoren en wielen en de mogelijkheid om op elektrische tractie te rijden, is het onjuist om dergelijke auto's aan hybride auto's toe te schrijven.
Het werkingsprincipe van hybride motoren
Met alle verschillende ontwerpen hebben dergelijke machines gemeenschappelijke kenmerken. Maar de verschillen zijn technisch zo groot dat het in feite verschillende auto's zijn met hun eigen voor- en nadelen.
Устройство
Elke hybride omvat:
- verbrandingsmotor met transmissie, laagspanningsnet aan boord en brandstoftank;
- tractiemotoren;
- accu's, meestal vrij hoogspanning, bestaande uit in serie en parallel geschakelde batterijen;
- voedingsbedrading met hoogspanningsschakeling;
- elektronische regeleenheden en boordcomputers.
Om ervoor te zorgen dat alle werkingsmodi van een geïntegreerde mechanische en elektrische transmissie meestal automatisch plaatsvinden, wordt alleen de algemene verkeerscontrole aan de bestuurder toevertrouwd.
Regelingen van werk
Het is mogelijk om de elektrische en mechanische componenten op verschillende manieren met elkaar te verbinden; in de loop van de tijd zijn goed ingeburgerde specifieke, vaak gebruikte schema's opgevallen.
Dit geldt niet voor de latere classificatie van de aandrijving volgens het specifieke aandeel van elektrische tractie in de totale energiebalans.
Opeenvolgend
Het allereerste schema, het meest logische, maar nu weinig gebruikt in auto's.
Zijn hoofdtaak was om te werken in zwaar materieel, waar compacte elektrische componenten met succes een omvangrijke mechanische transmissie hebben vervangen, die ook erg moeilijk te bedienen is. De motor, meestal een dieselmotor, wordt uitsluitend op een elektrische generator geladen en is niet direct met de wielen verbonden.
De stroom die door de generator wordt opgewekt, kan worden gebruikt om de tractiebatterij op te laden en als deze niet aanwezig is, wordt deze rechtstreeks naar de elektromotoren gestuurd.
Er kunnen er een of meer zijn, tot aan de installatie op elk wiel van een auto volgens het principe van de zogenaamde motorwielen. De hoeveelheid stuwkracht wordt geregeld door de elektrische vermogenseenheid en de verbrandingsmotor kan constant in de meest optimale modus werken.
parallel
Deze regeling is nu de meest voorkomende. Daarin werken de elektromotor en de verbrandingsmotor voor een gemeenschappelijke transmissie en regelt de elektronica de optimale verhouding van energieverbruik door elk van de aandrijvingen. Beide motoren zijn verbonden met de wielen.
De herstelmodus wordt ondersteund, wanneer tijdens het remmen de elektromotor verandert in een generator en de accu oplaadt. De auto kan enige tijd alleen rijden op zijn lading, de verbrandingsmotor is gedempt.
In sommige gevallen wordt een batterij met een aanzienlijke capaciteit gebruikt, uitgerust met de mogelijkheid om extern op te laden via een huishoudelijk AC-netwerk of een gespecialiseerd laadstation.
Over het algemeen is de rol van batterijen hier klein. Maar hun omschakeling is vereenvoudigd, gevaarlijke hoogspanningscircuits zijn hier niet nodig en de massa van de batterij is veel minder dan die van elektrische voertuigen.
gemengd
Door de ontwikkeling van elektrische aandrijftechnologie en opslagcapaciteit is de rol van elektromotoren bij het creëren van trekkracht toegenomen, wat heeft geleid tot de opkomst van de meest geavanceerde serie-parallelsystemen.
Hier wordt het starten vanuit stilstand en het rijden met lage snelheden uitgevoerd op elektrische tractie en wordt de verbrandingsmotor alleen ingeschakeld wanneer een hoog vermogen vereist is en wanneer de batterijen leeg zijn.
Beide motoren kunnen in aandrijfmodus werken en een goed doordachte elektronische eenheid kiest waar en hoe energiestromen worden gestuurd. De bestuurder kan dit volgen op het grafische informatiedisplay.
Er wordt een extra generator gebruikt, zoals in een serieschakeling, die energie kan leveren aan elektromotoren of een batterij kan opladen. De remenergie wordt gerecupereerd via de omkering van de tractiemotor.
Dit is het aantal moderne hybrides, met name een van de allereerste en bekende - Toyota Prius
Hoe werkt een hybride motor op het voorbeeld van de Toyota Prius
Deze auto is nu in zijn derde generatie en heeft een zekere mate van perfectie bereikt, hoewel concurrerende hybrides de complexiteit en efficiëntie van ontwerpen blijven vergroten.
De basis van de aandrijving hier is het synergieprincipe, volgens hetwelk een verbrandingsmotor en een elektromotor in elke combinatie kunnen deelnemen aan het creëren van koppel op de wielen. Het parallellisme van hun werk zorgt voor een complex mechanisme van het planetaire type, waarbij de krachtstromen worden gemengd en via het differentieel naar de aandrijfwielen worden overgebracht.
Het wegrijden en accelereren gebeurt door een elektromotor. Als de elektronica vaststelt dat de mogelijkheden niet voldoende zijn, wordt een zuinige benzinemotor aangesloten die op de Atkinson-cyclus werkt.
In conventionele auto's met Otto-motoren kan een dergelijke thermische cyclus niet worden gebruikt vanwege tijdelijke omstandigheden. Maar hier worden ze verzorgd door een elektromotor.
De stationaire modus is uitgesloten, als de Toyota Prius automatisch de verbrandingsmotor start, wordt er meteen werk voor gevonden om te helpen bij het accelereren, de batterij op te laden of airconditioning te bieden.
Omdat hij constant belast is en op optimale snelheid werkt, minimaliseert hij het benzineverbruik en bevindt hij zich op het meest voordelige punt van zijn externe snelheidskarakteristiek.
Er is geen traditionele starter, aangezien zo'n motor alleen kan worden gestart door hem met een aanzienlijk toerental te laten draaien, wat een omkeerbare generator doet.
Accu's hebben verschillende capaciteiten en voltages, in de meest complexe oplaadbare versie van de PHV zijn deze al vrij gangbaar voor elektrische voertuigen 350 volt bij 25 Ah.
Voor- en nadelen van hybriden
Zoals elk compromis zijn hybrides inferieur aan puur elektrische voertuigen en de gebruikelijke klassieke oliegestookte voertuigen.
Maar tegelijkertijd geven ze een winst in een aantal eigenschappen, voor iemand die als de belangrijkste fungeert:
- vereenvoudiging van de middelen ter bestrijding van schadelijke emissies van verbrandingsmotoren;
- enig brandstofverbruik bereiken, hoe omstreden ook;
- de mogelijkheid van beweging op puur elektrische tractie waar het gebruik van verbrandingsmotoren verboden is;
- een vrij eenvoudige verhoging van de opgegeven capaciteit;
- de onmogelijkheid om, in tegenstelling tot een elektrische auto, zonder energie buiten het elektriciteitsnet te blijven.
Alle nadelen houden verband met de complicatie van technologie:
- de behoefte aan bekwaam personeel dat speciaal is opgeleid om met hybrides te werken;
- een toename van de massa van het voertuig, dat ook brandstof verbruikt;
- hogere prijs van de auto;
- schade aan elektrische voertuigen door het behoud van de verbrandingsmotor en alles wat daarmee samenhangt;
- nog steeds onvoldoende ontwikkelde technologieën en het ontbreken van een uniforme benadering van ontwerp;
- slechte milieuvriendelijkheid bij de productie van batterijen en hun verwijdering.
Het is mogelijk dat de productie van hybrides doorgaat na het volledig verdwijnen van klassieke auto's.
Maar dit zal alleen gebeuren als er één enkele compacte, zuinige en goed bestuurde koolwaterstofbrandstofmotor wordt gecreëerd, die een goede aanvulling zal zijn op de elektrische auto van de toekomst, waardoor de nog onvoldoende autonomie aanzienlijk wordt vergroot.
