Com funciona un motor híbrid, els pros i els contres d'un motor econòmic
Contingut
L'aparició de vehicles híbrids s'ha convertit en una mesura forçada dels fabricants d'automòbils en la transició dels motors de combustió interna (ICE) amb combustibles d'hidrocarburs a centrals elèctriques més netes. La tecnologia encara no ha permès la creació d'un cotxe elèctric de ple dret, un cotxe de pila de combustible o qualsevol altre d'una gran llista de direccions teòricament possibles per al desenvolupament del transport autònom, i la necessitat ja ha madurat.
Els governs van començar a reprimir enèrgicament la indústria de l'automòbil amb els requisits mediambientals, i els consumidors volien veure un pas endavant qualitatiu, i no una millora microscòpica d'un motor conegut des de fa més d'un segle en un dels productes de refinació del petroli.
Quin cotxe s'anomena "híbrid"
La unitat de potència de l'etapa intermèdia va començar a ser una combinació d'un disseny ja provat d'un motor de combustió interna i un o més motors elèctrics.
La part elèctrica de la unitat de tracció està alimentada per generadors connectats mecànicament a un motor de gas o dièsel, bateries i un sistema de recuperació que retorna l'energia alliberada durant la frenada del vehicle a la unitat.
Tots els nombrosos esquemes per a la implementació pràctica de la idea s'anomenen híbrids.
De vegades, els fabricants enganyen els clients trucant a sistemes híbrids on l'accionament elèctric només s'utilitza per engegar el motor principal en mode d'arrencada i parada.
Com que no hi ha connexió entre els motors elèctrics i les rodes i la possibilitat de circular amb tracció elèctrica, és incorrecte atribuir aquests cotxes a híbrids.
Principi de funcionament dels motors híbrids
Amb tota la varietat de dissenys, aquestes màquines tenen característiques comunes. Però les diferències són tan grans des del punt de vista tècnic que de fet són cotxes diferents amb els seus propis avantatges i inconvenients.
Dispositiu
Cada híbrid inclou:
- motor de combustió interna amb la seva transmissió, xarxa d'alimentació de baixa tensió a bord i dipòsit de combustible;
- motors de tracció;
- bateries d'emmagatzematge, la majoria de vegades d'alta tensió, consistents en bateries connectades en sèrie i en paral·lel;
- cablejat d'alimentació amb commutació d'alta tensió;
- unitats de control electrònic i ordinadors de bord.
Assegurant-se que tots els modes de funcionament d'una transmissió mecànica i elèctrica integrada solen produir-se automàticament, només es confia al conductor el control general del trànsit.
Esquemes de treball
És possible connectar els components elèctrics i mecànics entre si de diferents maneres; amb el pas del temps, han destacat esquemes específics ben establerts i sovint utilitzats.
Això no s'aplica a la classificació posterior de l'accionament segons la quota específica de tracció elèctrica en el balanç energètic global.
consistent
El primer esquema, el més lògic, però ara poc utilitzat als cotxes.
La seva tasca principal era treballar en equips pesats, on els components elèctrics compactes han substituït amb èxit una transmissió mecànica voluminosa, que també és molt difícil de controlar. El motor, normalment un motor dièsel, es carrega exclusivament en un generador elèctric i no està connectat directament a les rodes.
El corrent generat pel generador es pot utilitzar per carregar la bateria de tracció, i quan no es proporciona, s'envia directament als motors elèctrics.
N'hi pot haver un o més, fins a la instal·lació a cada roda d'un cotxe segons el principi de les anomenades rodes de motor. La quantitat d'empenta està regulada per la unitat elèctrica de potència i el motor de combustió interna pot funcionar constantment de la manera més òptima.
Paral·lel
Aquest esquema és ara el més comú. En ell, el motor elèctric i el motor de combustió interna funcionen per a una transmissió comuna, i l'electrònica regula la relació òptima de consum d'energia de cadascuna de les unitats. Tots dos motors estan connectats a les rodes.
S'admet el mode de recuperació quan, durant la frenada, el motor elèctric es converteix en un generador i recarrega la bateria d'emmagatzematge. Durant un temps, el cotxe només es pot moure amb la seva càrrega, el motor principal de combustió interna està apagat.
En alguns casos, s'utilitza una bateria de capacitat considerable, equipada amb la possibilitat de càrrega externa des d'una xarxa de CA domèstica o una estació de càrrega especialitzada.
En general, el paper de les bateries aquí és petit. Però el seu canvi es simplifica, aquí no es necessiten circuits perillosos d'alta tensió i la massa de la bateria és molt menor que la dels vehicles elèctrics.
barrejat
Com a resultat del desenvolupament de la tecnologia d'accionament elèctric i la capacitat d'emmagatzematge, el paper dels motors elèctrics en la creació d'un esforç de tracció ha augmentat, fet que ha portat a l'aparició dels sistemes sèrie-paral·lel més avançats.
Aquí, partir d'aturada i moure's a baixes velocitats es duu a terme amb tracció elèctrica, i el motor de combustió interna només es connecta quan es requereix una gran potència i quan les bateries s'esgoten.
Tots dos motors poden funcionar en mode de conducció i una unitat electrònica ben pensada tria on i com dirigir els fluxos d'energia. El conductor pot seguir-ho a la pantalla d'informació gràfica.
S'utilitza un generador addicional, com en un circuit en sèrie, que pot subministrar energia als motors elèctrics o carregar una bateria. L'energia de frenada es recupera a través del revés del motor de tracció.
Així es disposen molts híbrids moderns, en particular un dels primers i coneguts: Toyota Prius
Com funciona un motor híbrid a l'exemple del Toyota Prius
Aquest cotxe arriba ara a la seva tercera generació i ha assolit un cert grau de perfecció, tot i que els híbrids competidors continuen augmentant la complexitat i l'eficiència dels dissenys.
La base de l'accionament aquí és el principi de sinergia, segons el qual un motor de combustió interna i un motor elèctric poden participar en qualsevol combinació per crear parell a les rodes. El paral·lelisme del seu treball proporciona un mecanisme complex de tipus planetari, on els fluxos de potència es barregen i es transmeten a través del diferencial a les rodes motrius.
L'arrencada i l'acceleració es realitza mitjançant un motor elèctric. Si l'electrònica determina que les seves capacitats no són suficients, es connecta un motor de gasolina econòmic que funciona en el cicle Atkinson.
En els cotxes convencionals amb motors Otto, aquest cicle tèrmic no es pot utilitzar a causa de condicions transitòries. Però aquí els proporciona un motor elèctric.
S'exclou el mode de ralentí, si el Toyota Prius engega automàticament el motor de combustió interna, immediatament es troba treball per ajudar-lo a accelerar, carregar la bateria o proporcionar aire condicionat.
Tenint una càrrega constant i treballant a una velocitat òptima, minimitza el consum de gasolina, trobant-se en el punt més avantatjós de la seva característica de velocitat externa.
No hi ha un motor d'arrencada tradicional, ja que aquest motor només es pot engegar fent girar-lo a una velocitat significativa, que és el que fa un generador reversible.
Les bateries tenen diferents capacitats i voltatges, en la versió recarregable més complexa del PHV, aquestes ja són força habituals per als vehicles elèctrics de 350 volts a 25 Ah.
Avantatges i desavantatges dels híbrids
Com qualsevol compromís, els híbrids són inferiors als vehicles elèctrics purs i als habituals clàssics de gasoil.
Però al mateix temps donen un guany en una sèrie de propietats, per a algú que actua com a principals:
- simplificació dels mitjans utilitzats per combatre les emissions nocives dels motors de combustió interna;
- aconseguir una certa economia de combustible, encara que sigui controvertida;
- la possibilitat de moviment per tracció elèctrica pura on està prohibit l'ús de motors de combustió interna;
- un augment bastant senzill de la capacitat declarada;
- la impossibilitat, a diferència d'un cotxe elèctric, de romandre sense energia lluny de la xarxa elèctrica.
Tots els inconvenients estan associats a la complicació de la tecnologia:
- la necessitat de personal competent especialment format per treballar amb híbrids;
- un augment de la massa del vehicle, que també consumeix combustible;
- preu més elevat del cotxe;
- pèrdua de vehicles elèctrics a causa de la conservació del motor de combustió interna i tot allò relacionat amb aquest;
- tecnologies encara poc desenvolupades i la manca d'un enfocament unificat del disseny;
- poc respectuós amb el medi ambient en la producció de bateries i la seva eliminació.
És possible que la producció d'híbrids continuï després de la desaparició total dels cotxes clàssics.
Però això només passarà si es crea un únic motor de combustible d'hidrocarburs compacte, econòmic i ben controlat, que serà una bona incorporació al cotxe elèctric del futur, augmentant significativament la seva encara insuficient autonomia.
