Какво точно е хибрид и как се подобрява икономията на гориво? Всички хибридни автомобили ли са еднакви под капака? Осигуряват ли всички добра икономия на гориво?
Освен, че потребителите да се възползват от по-голямата икономия на гориво, хибридите дават на производителите на автомобили начин да се справят с все по-строгите изисквания за икономическа ефективност на горивата на корпоративно ниво (Corporate Average Fuel Economy – CAFE) и предложените ограничения за емисиите на въглероден диоксид (CO2). Хибридите се появиха на пазара в САЩ и Европа в края на 1999 г. и от тогава насам този хибриден пазар непрекъснато нараства. Te привличат купувачите, които търсят автомобили с нисък горивен разход с все по-добра цена.
Фиг. 1
Определение за хибрид
Превозното средство е хибрид, ако използва повече от една форма на енергия за задвижване. На практика това означава, че хибридът ще има традиционен двигател с вътрешно горене (ДВГ) и резервоар за гориво, както и един или повече електрически двигатели и батерии.
Хибридните автомобили понякога погрешно се бъркат с електрическите автомобили. Хибридите са най-често машини с двигатели с вътрешно горене, които използват електрически допълнения за събиране и повторно използване на енергия, която обикновено се губи в стандартните автомобили. Теоретично, дизелово-електрическите хибриди биха били още по-икономични, но хибридните системи с дизелови двигатели представляват допълнителни разходи. Засега инсталирането им в едно и също превозно средство се оказва твърде скъпо.
Термини, отнасящи се до хибридни превозни средства:
Двигател-генератор: Това е по-точният термин електродвигател. Той осигурява допълнително ускорение, когато работи като двигател, като черпи електричество от батерията. Няколко хибриди имат два, а други използват дори три.
Старт/стоп: При всички хибриди липсва традиционният двигател на стартера, тъй като електродвигателят генерира и тази функция. Софтуерът за хибридно управление изключва двигателя, когато автомобилът спира на светофари и автоматично го рестартира отново с електродвигателя, когато шофьорът освободи педала на спирачката. Елиминирането на разхищаването на гориво от бензинов двигател на празен ход води до цялостно покачване на изминатите километри за единица гориво. Вредните емисии от ауспуха намаляват значително, особено в града.
Регенеративно спиране: Важна функция на двигател-генератора е да генерира електричество, за да зарежда батериите когато поглъща част от инерцията на автомобила при намаляване или спиране. Нормалните автомобили губят всичката тази енергия като топлина в спирачната система. Регенериращото спиране обаче не е достатъчно, за да се спре колата бързо, така че все още са необходими конвенционални хидравлични спирачки.
Електрическо задвижване: Експлоатацията на автомобила само с електрическо захранване е възможна, ако хибридната система има достатъчно електрически капацитет. Максималната скорост и разстоянието, при които може да се поддържа само с електрическа работа, варира от нула до няколко стотин километра и зависи от теглото и аеродинамиката на моторното превозно средство, мощността на електродвигателя и най-вече от капацитета на батерията.
Видове хибриди:
Серийни хибриди:
Това е най-старият хибриден тип. Дизелови електрически локомотиви и кораби, използващи този тип се появиха през миналия век. В серийните хибридни автомобили електрическите двигатели сами задвижват колела, така че двигателите трябва да са големи и мощни. Но серийният хибрид не е “чисто” електрическо превозно средство. Той има специален двигател, който гори гориво и изхвърля емисии. Двигателят захранва генератора, за да произвежда електроенергия на борда на автомобила. BMW 2014 i3 и излезлите от производство Fisker Karma през 2012 г. използват серийни хибридни системи. Но тези автомобили от BMW и Fisker също са и plug-in хибриди. Повече за този тип хибрид малко по-късно.
Паралелни хибриди:
Това са най-простият и най-евтиният тип хибрид, употребяван в автомобилостроенето сега. Тук производителността на ДВГ и електрическия двигател се смесват заедно преди предавателната кутия (трансмисията). ДВГ доминира, без да прави нищо друго, освен да задвижва автомобила. Електрическият двигател осигурява допълнителен тласък, а ако е достатъчно голям, той може да бъде единственият източник на задвижване за кратки разстояния. При конвенционалните паралелни хибриди, като Civic Hybrid от Honda, регенеративното спиране е единственият източник на зареждане на батерията.
Фиг. 2
Серийно-паралелни хибриди:
Както подсказва името, тези автомобили съдържат елементи от двата типа, описани по-горе. Концептуално, ДВГ и електродвигателя захранват трансмисията чрез отделни системи, което дава възможност за напълно независимо задвижване с гориво или електричество. Успоредно с това електродвигателят може да подсили с мощност ДВГ или да осигури зареждане на батериите чрез регенеративно спиране. Серийно-паралелните електро-генератори са значителна големина, така че само електрическата работа (при ниски скорости за няколко километра) е стандартна характеристика. ДВГ може да задвижва колата, но може да бъде преназначен за зареждане на батерията, докато електродвигателят задвижва автомобила: класическата серийна работа.
В серийно-паралелното хибридно превозно средство компютърът следи условията на шофиране и състоянието на батерията, за да реши кой режим е най-ефективен във всеки един момент. Безпроблемното смесване на тези режими се осъществява от уникална непрекъснато променлива скоростна кутия (CVT), която използва планетарна предавка, за разлика от системата от шайби и колани. Серийно-паралелният хардуер е по-скъп, но ефикасността е огромна: досега тези хибриди предлагат най-големите печалби в изминато разстояние за единица гориво, най-високите скорости, както и разстояния, когато са задвижвани само от електродвигател. Хибридите на C-Max и Fusion на Ford, както и всички хибриди Toyota и Lexus използват серийно паралелни системи.
Plug-in хибриди:
Това не е наистина четвърти тип хибрид, защото plug-in може да се основава на някой от видове. Plug-in хибриди (наричани още PHEVs) започнаха да се появяват на пазара с Chevrolet Volt в края на 2010 г. Тяхната отличителна характеристика е значително увеличен капацитет на батерията, която позволява електрическото шофиране да се надуе над два пъти, сравнено с другите хибридни системи. Този тип също така осигурява начин за зареждане на батерията от електрическата мрежа при паркиране. Ползата от plug-in хибрида е неговата способност да пътува в изцяло електрически режим за кратки пътувания, запазвайки бензиновия двигател за по-дълги такива. Това е функция, която може да увеличи икономията на гориво многократно. В допълнение към Chevrolet Volt, plug-in хибриди са и Ford Fusion Energi, Toyota Prius и електрическата версия на Honda Accord.
Фиг. 3
Степенуване на хибриди
Някои хибриди разполагат с повече енергия, отколкото други. Производителите на автомобили са разработили термини, за да опишат различните нива на електрическа мощност и възможности.
“Мини” хибриди: Това е клас, който добавя малка електрическа помощ към системата за старт/стоп. Тъй като тези автомобили не предлагат пълни хибридни възможности, те могат да бъдат изградени с помощта на много малки и относително евтини никел-метални хидридни или литиево-йонни батерии, за да се намалят разходите. General Motors е пионер в системата, наречена eAssist, и първо я предлага в четирицилиндровата версия на Buick LaCrosse за 2013 година. Буик умишлено избягва използването на термина “хибрид” с тази система. Те вярват, че потребителите имат по-големи очаквания за всичко, означено като “хибрид”.
Леки хибриди: Обикновено те са паралелни хибриди, които не разполагат с достатъчна мощност, за да задвижат превозното средство в изцяло електрически режим повече от няколкостотин метра. Бензиновият двигател работи през цялото време и се подсилва от електрическия двигател, когато е необходима повече енергия за ускоряване или изкачване например. 2013 Honda Civic Hybrid е пример за такъв хибрид.
Силни хибриди: Те могат да бъдат паралелни, серийни или серийно-паралелни. Имат достатъчно големи електрически двигатели и достатъчно мощни батерии. Така осигуряват известна степен на движение само в електрически режим, заедно със функцията старт/стоп, регенеративно спиране и подпомагане на ДВГ при нужда. Toyota Prius е първият силен хибрид на пазара и остава най-продавания от всички хибриди.
Автомобили със системи старт/стоп: Това е друг клас автомобили, вдъхновени от хибридите на пазара, като използват системи старт/стоп, усъвършенствани при хибридите. Те не са хибриди, защото нямат две системи за захранване на движението (въпреки че някои в индустрията ги наричат микро-хибриди). Вместо това те използват стартерния двигател и батерията или кондензатора, за да осигурят функцията “стоп-старт”, но нямат електрическа мощност за ускоряване и не притежават други системи от конвенционалния хибрид. Системите за старт/стоп обаче могат да предложат 3-10% увеличение на горивната ефективност. Очаква да станат почти универсални, тъй като производителите на автомобили се стремят да постигнат бързо подобрение на общата горивна ефективност.
Всичко за батериите
Хибридите използват два вида батерии. Никел-метал хибридни батерии се използват все по-рядко в настоящите хибриди, защото не са достатъчно ефективни и компактни. Литиево-йонните батерии, които са достатъчно издръжливи за автомобилна употреба, са все по-широко използвани. Те са по-леки и по-енергийно „плътни“ от никел-метални хибридни батерии. Инженерите на батериите продължават да търсят хибрид или електрическа батерия от следващо поколение, които ще предлагат още по-леко тегло, по-ниска цена и по-голям пробег.
Фиг. 4
Други хибридни системи
Благодарение на многото промени в си задвижваща система, производителите на автомобили трябваше да направят такива и в основното аксесоарно оборудване на хибридния автомобил. Това позволява на двигателя да се изключи, когато се движи само на електродвигател или чака на светофар.
Традиционното хидравлично силово кормилно управление изисква работещ двигател за задвижване на необходимата помпа, затова хибридните инженери използват вместо това електронен волан (EPS). Възможно е да се запази хидравличното управление чрез използване на отдалечена електрическа помпа. Досега обаче само Porsche експериментира с този подход в интерес на поддържането на отлично усещане за кормилно управление.
Климатичните системи също използват компресор, задвижван от двигател. Така хибридите с достатъчен капацитет на акумулатора използват електрически задвижван компресор. Някои хибриди с по-ниска цена запазват своите компресори, задвижвани от двигателя. Техните водачи обаче трябва да включат режим “Eco A/C”, за да ограничат функцията на компресора при спиране. Ако забравят или изберат да не включат този режим, двигателят не може да се изключи при спиране на светофар и те ще изпуснат голяма част от възможното спестяване на гориво.
За въпроси, забележки и запитвания, използвайте формата за връзка по-долу.
Не забравяйте да харесвате и споделяте!
Дата: 12.07.2017г.
Автор: инж. Димитър Цеков
Източник: Интернет проучване
