Co je to hybridní systém vozidla?

V poslední době si elektrická vozidla získávají na popularitě. Plnohodnotná elektrická vozidla však mají významnou nevýhodu - malou rezervu výkonu bez dobíjení. Z tohoto důvodu mnoho předních výrobců automobilů vybavuje některé ze svých modelů hybridními jednotkami.

Hybridní automobil je v zásadě vozidlo, jehož hlavním hnacím ústrojím je spalovací motor, ale je poháněno elektrickým systémem s jedním nebo více elektromotory a přídavnou baterií.

Dnes se používá několik kategorií hybridů. Některé pomáhají spalovacím motorům pouze při startu, jiné vám umožňují řídit pomocí elektrické trakce. Zvažte vlastnosti těchto elektráren: jaký je jejich rozdíl, jak fungují, stejně jako hlavní výhody a nevýhody hybridů.

Historie hybridních motorů

Myšlenka vytvoření hybridního automobilu (nebo křížení mezi klasickým automobilem a elektromobilem) je motivována vyššími cenami paliv, přísnějšími emisními normami vozidel a vyšším komfortem jízdy.

Na vývoji smíšené elektrárny se poprvé podílela francouzská společnost Parisienne de voitures electriques. Prvním proveditelným hybridním vozem však bylo vytvoření Ferdinanda Porsche. V elektrárně Lohner Electric Chaise sloužil jako generátor elektřiny spalovací motor, který poháněl dva přední elektromotory (namontované přímo na kolech).

Vůz byl veřejnosti představen v roce 1901. Celkem se prodalo asi 300 kopií těchto automobilů. Model se ukázal jako velmi praktický, ale nákladný na výrobu, takže takové vozidlo nemohlo být dostupné pro běžného automobilového nadšence. V té době se navíc objevil levnější a neméně praktický vůz vyvinutý konstruktérem Henrym Fordem.

Klasické benzínové pohonné jednotky přinutily vývojáře opustit myšlenku vytváření hybridů po mnoho desetiletí. Zájem o ekologickou dopravu vzrostl s vydáním amerického zákona o podpoře elektrické dopravy. Bylo přijato v roce 1960.

Shodou okolností vypukla v roce 1973 světová ropná krize. Pokud americké zákony nevyzývají výrobce, aby přemýšleli o vývoji cenově dostupných ekologických automobilů, pak je k tomu donutila krize.

První plně hybridní systém, jehož základní princip se používá dodnes, vyvinula společnost TRW v roce 1968. Podle konceptu bylo možné společně s elektromotorem použít menší spalovací motor, ale výkon stroje se neztratil a práce byla mnohem plynulejší.

Příkladem plnohodnotného hybridního vozidla je GM 512 Hybrid. Byl poháněn elektromotorem, který zrychlil vozidlo na 17 km / h. Při této rychlosti byl aktivován spalovací motor, což zvýšilo výkon systému, díky čemuž se rychlost vozu zvýšila na 21 km / h. Pokud bylo potřeba jet rychleji, byl vypnut elektrický motor a vůz byl zrychlen již na benzínovém motoru. Rychlostní limit byl 65 km / h.

VW Taxi Hybrid, další úspěšný hybridní vůz, byl veřejnosti představen v roce 1973.

Až dosud se automobilky snaží přivést hybridní a plně elektrické systémy na úroveň, která by je zvýšila konkurenceschopností ve srovnání s klasickými spalovacími motory. Ačkoli se tak dosud nestalo, mnoho vývojů ospravedlnilo miliardy dolarů vynaložených na jejich vývoj.

Na začátku třetího tisíciletí se lidstvo dočkalo novinky s názvem Toyota Prius. Duchovní dítě japonského výrobce se stalo synonymem pro koncept „hybridního auta“. Z tohoto vývoje je vypůjčeno mnoho moderních vývojů. K dnešnímu dni bylo vytvořeno velké množství úprav kombinovaných instalací, což umožňuje kupujícímu vybrat si pro sebe nejlepší možnost.

Jak hybridní auta fungují

Nezaměňujte hybridní motor s plně elektrickým vozidlem. V některých případech se jedná o elektrickou instalaci. Například v městském režimu, když je vůz v dopravní zácpě, vede použití spalovacího motoru k přehřátí motoru a ke zvýšení znečištění ovzduší. V takových situacích je elektrická instalace aktivována.

Podle návrhu se hybrid skládá z:

• Hlavní pohonná jednotka. Jedná se o benzínový nebo naftový motor.
• Elektrický motor. V závislosti na úpravě jich může být několik. Podle principu jednání se mohou také lišit. Některé mohou být například použity jako přídavný pohon kol a jiné jako asistent motoru při nastartování vozu z klidu.
• Extra baterie. V některých automobilech má malou kapacitu, jejíž energetická rezerva je dostatečná k tomu, aby na krátkou dobu aktivovala elektrickou instalaci. U jiných má tato baterie velkou kapacitu, takže se vozidla mohou volně pohybovat od elektřiny.
• Elektronický řídicí systém. Sofistikované senzory monitorují provoz spalovacího motoru a analyzují chování stroje, na základě kterého je elektromotor aktivován / deaktivován.
• Střídač. Jedná se o převodník požadované energie přicházející z baterie na třífázový elektromotor. Tento prvek také distribuuje zátěž do různých uzlů v závislosti na úpravě instalace.
• Generátor. Bez tohoto mechanismu je nemožné dobít hlavní nebo přídavnou baterii. Stejně jako v konvenčních automobilech je generátor poháněn spalovacím motorem.
• Systémy rekuperace tepla. Většina moderních hybridů je takovým systémem vybavena. „Sbírá“ dodatečnou energii z takových komponentů automobilu, jako je brzdový systém a podvozek (když vůz dojíždí, například z kopce, měnič shromažďuje uvolněnou energii do baterie).

Hybridní pohonné jednotky lze provozovat jednotlivě nebo ve dvojicích.

Schémata práce

Existuje několik úspěšných hybridů. Existují tři hlavní:

• konzistentní;
• paralelní;
• sériově paralelní.

Sériový obvod

V tomto případě se spalovací motor používá jako generátor elektřiny pro provoz elektromotorů. Benzínový nebo naftový motor ve skutečnosti nemá přímé spojení s převodovkou automobilu.

Tento systém umožňuje instalaci motorů s nízkým výkonem a malým objemem v motorovém prostoru. Jejich hlavním úkolem je pohánět generátor napětí.

Tato vozidla jsou často vybavena rekuperačním systémem, pomocí kterého se mechanická a kinetická energie přeměňuje na elektrický proud k dobití baterie. V závislosti na velikosti baterie může automobil urazit určitou vzdálenost výhradně na elektrický pohon bez použití spalovacího motoru.

Nejslavnějším příkladem této kategorie hybridů je Chevrolet Volt. Dobíjet se dá jako běžný elektromobil, ale díky benzínovému motoru se dojezd výrazně zvýší.

Paralelní obvod

U paralelních instalací pracuje spalovací motor a elektromotor v tandemu. Úkolem elektromotoru je snížit zatížení hlavní jednotky, což vede k výrazné úspoře paliva.

Pokud je spalovací motor odpojen od převodovky, je vůz schopen ujet určitou vzdálenost od elektrické trakce. Hlavním úkolem elektrické části je však zajistit plynulé zrychlení vozidla. Hlavní pohonnou jednotkou v těchto úpravách je benzínový (nebo naftový) motor.

Když vůz zpomalí nebo se přestěhuje z činnosti spalovacího motoru, elektromotor funguje jako generátor pro dobití baterie. Díky spalovacímu motoru tato vozidla nevyžadují vysokonapěťovou baterii.

Na rozdíl od sekvenčních hybridů mají tyto jednotky vyšší spotřebu paliva, protože elektromotor není používán jako samostatná pohonná jednotka. U některých modelů, jako je například BMW 350E iPerformance, je elektromotor integrován do převodovky.

Charakteristickým rysem tohoto pracovního schématu je vysoký točivý moment při nízkých otáčkách klikového hřídele.

Sériový a paralelní obvod

Tento obvod byl vyvinut japonskými inženýry. Nazývá se HSD (Hybrid Synergy Drive). Ve skutečnosti kombinuje funkce prvních dvou typů provozu elektrárny.

Pokud je třeba vozidlo v dopravní zácpě nastartovat nebo se pomalu pohybovat, je aktivován elektromotor. Pro úsporu energie při vysokých rychlostech je připojen benzínový nebo naftový motor (v závislosti na modelu vozidla).

Pokud potřebujete prudce zrychlit (například při předjíždění) nebo auto jede do kopce, elektrárna pracuje v paralelním režimu - elektromotor pomáhá spalovacímu motoru, což snižuje jeho zatížení a v důsledku toho šetří spotřebu paliva.

Planetové připojení automobilu s vnitřním spalováním přenáší část energie na hlavní převodovku převodovky a částečně na generátor pro dobíjení baterie nebo elektrického pohonu. V takovém schématu je instalována složitá elektronika, která distribuuje energii podle situace.

Nejvýraznějším příkladem hybridu se sériově paralelním pohonným ústrojím je Toyota Prius. Některé úpravy známých modelů japonské výroby však již takové instalace obdržely. Příkladem toho jsou Toyota Camry, Toyota Highlander Hybrid, Lexus LS 600h. Tuto technologii koupily i některé americké koncerny. Vývoj si například našel cestu do Ford Escape Hybrid.

Hybridní agregované typy

Všechny hybridní pohonné jednotky jsou rozděleny do tří typů:

• měkký hybrid;
• střední hybrid;
• plný hybrid.

Každý z nich má svou vlastní funkci i jedinečné vlastnosti.

Micro hybridní hnací ústrojí

Takové elektrárny jsou často vybaveny rekuperačním systémem, takže kinetická energie se přeměňuje na elektrickou energii a vrací se zpět do baterie.

Pohonný mechanismus v nich je spouštěč (může také fungovat jako generátor). V takových instalacích není elektrický pohon kol. Schéma se používá při častém spouštění spalovacího motoru.

Střední hybridní hnací ústrojí

Taková auta se také nepohybují kvůli elektromotoru. Elektromotor v tomto případě slouží jako asistent hlavní pohonné jednotky, když se zvyšuje zátěž.

Tyto systémy jsou také vybaveny rekuperačním systémem, který sbírá volnou energii zpět do baterie. Střední hybridní jednotky poskytují účinnější tepelný motor.

Plně hybridní hnací ústrojí

V takových zařízeních je generátor vysokého výkonu, který je poháněn spalovacím motorem. Systém se aktivuje při nízkých rychlostech vozidla.

Účinnost systému se projevuje přítomností funkce „Start / Stop“, kdy se auto pohybuje pomalu v dopravní zácpě, ale musíte na semaforu prudce zrychlit. Funkce plně hybridní instalace je schopnost vypnout spalovací motor (spojka je vypnutá) a pohánět elektromotor.

Klasifikace podle stupně elektrifikace

V technické dokumentaci nebo v názvu modelu automobilu mohou být obsaženy následující výrazy:

• mikrohybridní;
• mírný hybrid;
• kompletní hybrid;
• plug-in hybrid.

Mikrohybridní

V takových automobilech je nainstalován konvenční motor. Nejsou poháněny elektricky. Tyto systémy jsou buď vybaveny funkcí start / stop, nebo jsou vybaveny rekuperačním brzdovým systémem (při brzdění se akumulátor dobíjí).

Některé modely jsou vybaveny oběma systémy. Někteří odborníci se domnívají, že tato vozidla nejsou považována za hybridní vozidla, protože používají pouze benzínovou nebo naftovou pohonnou jednotku bez integrace do systému elektrického pohonu.

Mírný hybrid

Taková auta se také nepohybují kvůli elektřině. Používají také tepelný motor, jako v předchozí kategorii. Až na jednu výjimku - spalovací motor je podporován elektrickou instalací.

Tyto modely nemají setrvačník. Jeho funkci plní elektrický startér-generátor. Elektrický systém zvyšuje zpětný ráz motoru s nízkým výkonem během tvrdé akcelerace.

Kompletní hybrid

Tato vozidla jsou chápána jako vozidla schopná urazit určitou vzdálenost na elektrické trakci. V takových modelech lze použít jakékoli výše uvedené schéma připojení.

Takové hybridy nejsou nabíjeny ze sítě. Akumulátor se dobíjí energií z rekuperačního brzdového systému a generátoru. Vzdálenost, kterou lze ujet na jedno nabití, závisí na kapacitě baterie.

Hybridní pluginy

Taková auta mohou fungovat jako elektromobil nebo pracovat ze spalovacího motoru. Díky kombinaci těchto dvou elektráren je zajištěna slušná spotřeba paliva.

Vzhledem k tomu, že je fyzicky nemožné instalovat objemnou baterii (v elektrických vozidlech nahrazuje palivovou nádrž), může takový hybrid na jedno nabití ujít až 50 km bez dobíjení.

Výhody a nevýhody hybridních automobilů

V tuto chvíli lze hybrid považovat za přechodné spojení od tepelného motoru k ekologickému elektrickému analogu. Přestože konečného cíle dosud nebylo dosaženo, díky zavedení moderního inovativního vývoje existuje pozitivní trend ve vývoji elektrické dopravy.

Vzhledem k tomu, že hybridy představují přechodnou možnost, mají kladné i záporné body. Mezi výhody patří:

• Úspora paliva. V závislosti na provozu výkonového páru se tento indikátor může zvýšit až o 30% nebo více.
• Nabíjení bez použití sítě. To bylo možné díky systému rekuperace kinetické energie. Přestože nedojde k úplnému nabití, pokud mohou inženýři zlepšit převod, pak elektrická vozidla vůbec nebudou potřebovat zásuvku.
• Schopnost instalovat motor menšího objemu a výkonu.
• Elektronika je mnohem ekonomičtější než mechanika, distribuuje palivo.
• Motor se méně přehřívá a při jízdě v dopravní zácpě se spotřebovává palivo.
• Kombinace benzínových / naftových a elektrických motorů vám umožní pokračovat v jízdě, pokud je vybitá baterie s vysokým výkonem.
• Díky provozu elektromotoru může spalovací motor běžet stabilněji a méně hlučně.

Hybridní instalace mají také slušný seznam nevýhod:

• Baterie se stává rychlejší nepoužitelnou díky velkému počtu cyklů nabíjení / vybíjení (dokonce iu hybridních systémů s mírným zatížením);
• Baterie je často zcela vybitá;
• Díly pro tato auta jsou poměrně drahé;
• Oprava je téměř nemožná, protože to vyžaduje sofistikované elektronické zařízení;
• Ve srovnání s benzínovými nebo naftovými modely stojí hybridy o několik tisíc dolarů více;
• Pravidelná údržba je nákladnější;
• Složitá elektronika vyžaduje pečlivé zacházení a chyby, které se mohou objevit, mohou někdy přerušit dlouhou cestu;
• Je těžké najít odborníka, který by mohl správně upravit provoz elektráren. Z tohoto důvodu se musíte uchýlit ke službám drahých profesionálních ateliérů;
• Baterie netolerují výrazné výkyvy teploty a samy se vybíjí.
• I přes šetrnost k životnímu prostředí při provozu elektromotoru je výroba a likvidace baterií vysoce znečišťující.

Aby se hybridy a elektrická vozidla staly skutečným konkurentem spalovacích motorů, je nutné zlepšit zdroje energie (aby uchovávaly více energie, ale zároveň nebyly příliš objemné) a také systémy rychlého dobíjení bez poškození baterie.

Otázky a odpovědi:

Co je to hybridní vozidlo? Jedná se o vozidlo, ve kterém se na jeho pohybu podílí více než jedna pohonná jednotka. V podstatě jde o směs elektromobilu a vozu s klasickým spalovacím motorem.

Jaký je rozdíl mezi hybridním a konvenčním autem? Hybridní vůz má výhody elektromobilu (tichý chod motoru a jízda bez spotřeby paliva), ale při poklesu nabití baterie se aktivuje hlavní pohonná jednotka (benzín).