Комбинация двух или более источников энергии известна как гибрид. Автомобиль, созданный по гибридной технологии, известен как гибридный автомобиль. Гибридный электромобиль (HEV) входит в число самых известных в мире транспортных средств. Гибридный электромобиль имеет два источника энергии: двигатель I.C. и электродвигатель. Двигатель I.C. и электродвигатель используются в гибридном автомобиле для увеличения мощности автомобиля и снижения уровня выбросов. Двигатель известен как сердце автомобиля. Именно он преобразует энергию топлива в движение автомобиля.
Что такое гибридный автомобиль?
Любое транспортное средство, которое может работать от двух или более источников энергии, называется гибридным автомобилем. Гибридный автомобиль — это тип автомобиля, в котором в качестве источника энергии используется как электродвигатель, так и двигатель внутреннего сгорания.
Гибридный электромобиль невозможно подключить к зарядке аккумулятора. Вместо этого батарея заряжается за счет рекуперативного торможения и двигателя внутреннего сгорания. Дополнительная мощность, обеспечиваемая электродвигателем, потенциально может позволить использовать более компактные двигатели.
Аккумулятор также питает вспомогательную нагрузку и уменьшает холостой ход двигателя при остановке. Эти два источника энергии (электромотор и двигатель внутреннего сгорания) улучшают экономию топлива без снижения производительности.
В отличие от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, гибридный электромобиль имеет аккумуляторы, которые обеспечивают и приводят в действие электродвигатели в дополнение к топливному баку, который обеспечивает питание двигателя внутреннего сгорания. Существует несколько способов комплектации и зарядки аккумулятора. Основное преимущество гибридного электромобиля (HEV) заключается в экономии топлива.
Автомобили этого типа имеют более низкий уровень выбросов, большую мощность и лучшую топливную эффективность, чем обычные автомобили. Гибридный двигатель обеспечивает лучшую топливную эффективность и мощность, чем другие типы двигателей.
Когда гибридный автомобиль едет или тормозит, он создает избыточную энергию для зарядки аккумулятора двигателя. Таким образом, вам не нужен внешний источник для ручной зарядки аккумулятора. Во-вторых, этот процесс также помогает увеличить запас хода или эффективность использования топлива.
Обычный гибридный автомобиль — это полностью электрический автомобиль. Он включает в себя электродвигатель, который приводит в движение колеса, и аккумулятор, который питает электродвигатель. Затем есть совершенно отдельный бензиновый двигатель, который питает генератор. Обычные гибридные автомобили имеют очень маленькие двигатели.
Обычные гибридные автомобили имеют большой вес. Эти автомобили должны выдерживать вес батарей, бензиновых двигателей, генераторов и электромоторов.
Обычному гибридному автомобилю не требуется столько энергии от аккумулятора, как чистому электромобилю, поэтому можно сэкономить вес, но полноразмерный электромотор и 10-киловаттный генератор весят сотни фунтов.
Теперь мы изучим, как работает гибридный автомобиль?
Принцип работы гибридного автомобиля
Основная цель создания гибридного автомобиля — уменьшить сжигание топлива и снизить уровень выброса вредных газов. Гибридные автомобили работают как минимум от двух типов источников энергии.
Старый гибридный автомобиль имел стационарный газовый двигатель для питания генератора. Этот генератор передавал электрическую энергию на электродвигатель, установленный на ступице переднего колеса.
Новейший гибридный автомобиль использует комбинацию электрической и топливной (бензиновой или дизельной) энергии. Этот тип автомобиля имеет различное количество электродвигателей.
Гибридный автомобиль работает следующим образом:
- Прежде всего, карбюратор автомобильного двигателя всасывает воздух из окружающей среды и производит смешение топливно-воздушной смеси.
- Воздушно-топливная смесь направляется в цилиндр сжатия двигателя внутреннего сгорания.
- В цилиндре сжатия находится поршень, совершающий возвратно-поступательное движение.
- Этот поршень сжимает воздушно-топливную смесь. Благодаря высокой степени сжатия топливно-воздушная смесь воспламеняется, и вырабатывается энергия.
- Вырабатываемая двигателем мощность направляется в генератор для выработки электроэнергии.
- Выработанное электричество используется для зарядки аккумулятора автомобиля или для работы двигателя.
- По мере передачи энергии в аккумулятор, аккумулятор накапливает ее. Эта накопленная энергия используется для работы автомобиля, когда двигатель не работает.
Как гибридный автомобиль заряжает аккумулятор?
Это зависит от типа гибрида. Большинство продуктов, включая подключаемые и серийные гибриды, используют бензиновый двигатель для выработки электроэнергии и зарядки аккумулятора. Подключаемые гибриды также могут работать от электросети.
Параллельные гибриды отличаются тем, что они заряжают аккумулятор только за счет поглощения дополнительной энергии и преобразования ее в электричество. Дополнительная энергия, обычно расходуемая на холостом ходу или при замедлении автомобиля, накапливается в аккумуляторе для последующего использования (например, при рекуперативном торможении).
Такая «рекуперативная» зарядка используется в бензиновых двигателях и других гибридных автомобилях.
Что такое рекуперативное торможение?
Рекуперативное торможение — это метод рекуперации энергии, потерянной при торможении, и сохранения ее в виде электрической энергии в аккумуляторе.
При нажатии на тормоза автомобиля выделяется кинетическая энергия, которая используется для движения автомобиля вперед. Обычно при этом выделяется тепло тормозных колодок. Однако технология рекуперативного торможения гибридных автомобилей позволяет преобразовывать это рассеянное тепло в электричество.
Когда вы нажимаете на педаль газа, аккумулятор подает энергию на двигатель. Получая энергию, двигатель приводит в движение колеса.
Когда вы убираете ногу с педали газа или нажимаете на тормоз, происходит обратный процесс. Питание электромотора отключается, и колеса передают кинетическую энергию электромотору, превращая его, по сути, в генератор и возвращая энергию в аккумулятор.
Все гибриды также оснащаются стандартными фрикционными тормозными дисками для резких остановок, поскольку рекуперативное торможение не подходит для резких остановок.
Типы гибридных автомобилей
- Параллельный гибрид
- Последовательный гибрид
- Подключаемый гибрид
- 2-режимный гибрид
- Мягкий гибрид
1) Параллельный гибрид
Параллельный гибрид входит в самые известные типы гибридных электромобилей. Эта конструкция очень известна.
Параллельные гибриды используют как двигатель внутреннего сгорания, так и электромотор для производства энергии и работы автомобиля. В параллельном гибридном автомобиле и электродвигатель, и двигатель внутреннего сгорания подключены параллельно к трансмиссии или коробке передач.
Параллельный гибрид использует микроконтроллер для управления процессом передачи энергии. Этот микроконтроллер определяет, работают ли двигатель и мотор отдельно или вместе.
Блок аккумуляторов используется для питания электродвигателя, а топливный бак — для подачи топлива в двигатель. Электромотор также выполняет функцию пускового механизма двигателя. Валы электродвигателя соединены непосредственно с трансмиссией без сцепления.
Поэтому, когда автомобиль приводится в движение только двигателем, вал продолжает вращаться. Это позволяет двигателю работать в качестве генератора. Выработанное электричество используется для зарядки аккумулятора.
Примерами параллельных гибридных автомобилей являются Hyundai Sonata, Toyota Prius, Honda Accord, Toyota Camry и т.д.
В настоящее время почти все гибридные автомобили являются параллельными гибридами, а не серийными гибридными автомобилями. Силовой агрегат гибридного автомобиля Toyota оснащен двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и двумя электродвигателями, которые также могут использоваться в качестве генератора. Эти электромоторы заряжают аккумуляторы двигателя. В противном случае энергия будет расходоваться впустую, например, при поломке автомобиля.
Энергии, запасенной в относительно небольшой батарее, достаточно для питания трансмиссии или движения автомобиля на расстояние около мили по мере необходимости. Поэтому гибридные автомобили Toyota могут работать только от электричества; они также могут работать от двигателей внутреннего сгорания или от обоих источников. Однако единственным источником энергии для автомобилей является топливо.
2) Серийный гибрид
Процесс, в котором энергия одного источника преобразуется в энергию другого, и эта энергия приводит в движение автомобиль, известен как серийный гибрид. Автомобиль, работающий по принципу «серийного гибрида», известен как серийный гибридный автомобиль.
В серийном гибридном автомобиле генератор и двигатель соединены последовательно. Генератор использует электричество, вырабатываемое двигателем, для выработки электрической энергии. Эта энергия используется для работы двигателя или зарядки аккумулятора.
Когда двигатель не работает, электроэнергия, накопленная в батареях, может использоваться для движения автомобиля. Эти автомобили похожи на электромобили тем, что конечная передача обеспечивается исключительно электродвигателем.
Скорость двигателя может быть изменена простым изменением источника питания, что устраняет необходимость в сложной системе трансмиссии.
Эта система повышает эффективность двигателя и позволяет двигателю работать на наиболее эффективных оборотах независимо от скорости автомобиля.
Энергия, вырабатываемая во время холостого хода, сохраняется в аккумуляторе для последующего использования. Серийные гибридные автомобили более эффективны, но требуют большого количества преобразований энергии. При каждом таком преобразовании теряется мощность, что снижает общую эффективность системы. Еще одним недостатком последовательной системы является то, что она требует больше деталей, чем параллельные системы. Это увеличивает общую массу автомобиля.
Последовательные гибридные системы передачи энергии очень популярны на кораблях и локомотивах. Атомная подводная лодка является примером серийной гибридной машины. Ядерные реакторы вырабатывают тепло, которое приводит в действие паровые турбины, которые далее приводят в действие генераторы. Дизельный локомотив — это гибридное транспортное средство.
В настоящее время этот метод используется потому, что гораздо проще перемещать транспортное средство на электрической энергии, чем получать сырую энергию от ядерного реактора или большого двигателя Дизеля. Кроме того, поезда весят сотни тонн, и для движения поезда обязательно наличие трансмиссии без сцепления.
3) Подключаемый гибридный автомобиль
Подключаемый гибридный автомобиль позволяет традиционным гибридным автомобилям иметь более емкие батареи, которые необходимо заряжать. Как правило, эти гибридные автомобили используют розетку 110 В для зарядки аккумулятора, как и в случае с электромобилем.
Подключаемые гибридные автомобили полагаются на двигатели внутреннего сгорания и могут работать после полной зарядки, что значительно повышает топливную экономичность автомобиля. Volvo XC40 Recharge Plug-in Hybrid, Hyundai Ioniq Plug-in Hybrid и BMW 330e являются примерами подключаемого гибридного электромобиля.
4) Двухрежимные гибридные автомобили
Эти типы гибридной конструкции работают в двух различных режимах. В первом режиме он работает как обычный гибридный автомобиль. Во 2-м режиме можно адаптировать конструкцию к различным требованиям двигателя для точного выполнения задачи автомобиля.
5) Умеренно-гибридный автомобиль
В последние годы стоимость производства гибридных автомобилей с высокой эффективностью стала очень высокой. Автомобильные компании разрабатывают новые планы, чтобы донести гибридные технологии до обычного человека.
Автомобильные компании приняли мягкий гибридный дизайн, чтобы соответствовать стандартам выбросов и немного повысить эффективность использования топлива без значительного увеличения затрат.
В автомобиле с мягким гибридом электродвигатель помогает бензиновому или газовому двигателю улучшить производительность, повысить эффективность использования топлива или и то, и другое. Он также используется в качестве стартера для функций автоматической остановки или запуска, которые снижают расход топлива, выключая двигатель, когда автомобиль неподвижен, и уменьшая расход топлива. Baleno, Ciaz и Maruti Suzuki Ertiga являются примерами гибридных автомобилей.
Части гибридного автомобиля
- Трансмиссия
- Тяговый аккумулятор
- Тепловая (охлаждающая) система
- Контроллер силовой электроники
- Двигатель внутреннего сгорания
- Топливный бак
- Топливный фильтр
- Выхлопная система
- Электрический тяговый двигатель
- Генератор
- Преобразователь постоянного тока / постоянного тока
- Аккумулятор
1) Трансмиссия
Этот компонент гибридного автомобиля приводит в движение колеса, передавая механическую энергию от тягового двигателя или электродвигателя.
2) Тяговый аккумулятор
Это устройство сохраняет энергию для использования тяговыми электродвигателями.
3) Тепловая (охлаждающая) система
Эта система может поддерживать подходящий диапазон рабочих температур для силовой электроники, электромоторов, гибридных двигателей и других деталей.
4) Контроллер силовой электроники
Это устройство обеспечивает поток электрической энергии, поступающей от тяговой батареи, и управляет скоростью тягового двигателя и его крутящим моментом.
5) Двигатель внутреннего сгорания
В двигателе внутреннего сгорания топливо впрыскивается в камеру сгорания или впускной коллектор, где оно смешивается с воздухом. Эта воздушно-топливная смесь воспламеняется от искры, которую вырабатывает свеча зажигания.
6) Топливный бак
Топливный бак хранит бензин в автомобиле до тех пор, пока он не понадобится двигателю. Для подачи бензина из топливного бака в карбюратор двигателя используется топливный насос.
7) Топливный фильтр
Топливная форсунка подсоединяется к баку автомобиля для заполнения топливного бака.
8) Выхлопная система
Эта часть гибридного автомобиля отводит выхлопные газы двигателя из выхлопной трубы через выхлопную трубу. Спроектируйте трехходовой каталитический преобразователь для снижения выбросов двигателя в выхлопной системе.
9) Электрический тяговый двигатель
Эта часть автомобиля с гибридным двигателем использует энергию блока тяговых батарей, и этот двигатель приводит в движение колеса автомобилей. В некоторых автомобилях используется мотор-генератор, выполняющий одновременно функции рекуперации и привода.
10) Генератор
Это устройство вырабатывает электрическую энергию из колес, которые вращаются при торможении, и возвращает эту энергию в тяговую батарею. В некоторых автомобилях используются мотор-генераторы, которые выполняют как привод, так и рекуперацию.
11) Преобразователь постоянного тока / постоянного тока
Этот компонент гибридного электромобиля преобразует высоковольтный источник постоянного тока от тяговой аккумуляторной батареи в низковольтный источник постоянного тока, необходимый для питания дополнительного оборудования автомобиля и зарядки вспомогательных батарей.
12) Аккумулятор (вспомогательная батарея)
В электромобилях вспомогательная батарея обеспечивает питание для запуска автомобиля перед активацией тяговой батареи и обеспечивает питание аксессуаров автомобиля.
Топливоэффективная конструкция системы
- Мягкий гибрид: Эта конструкция также известна как микрогибрид. В ней используются батареи и электромоторы для приведения автомобиля в движение и отключения двигателя при остановке (например, на светофоре или в прерывистом движении). Мидл-гибридный автомобиль потребляет мало топлива. Эти гибридные системы не могут приводить автомобиль в движение только за счет электроэнергии. Такие автомобили обычно дешевле полных гибридов, но имеют преимущества в экономии топлива по сравнению с полными гибридами.
- Полные гибриды: Эти автомобили оснащены более емкими батареями и более мощными электродвигателями для приведения автомобиля в движение на короткие расстояния и на низких скоростях. Эти гибридные автомобили имеют более высокую стоимость, чем легкие гибриды, но обладают большей топливной экономичностью.
Преимущества и недостатки гибридных автомобилей
Ниже приведены преимущества и недостатки гибридного электромобиля:
