Mikä on hybridiauto? Tyypit, kytkentäkaaviot ja toimintaperiaate

Hybridiauto yhdistää polttomoottori (ICE) sähkömoottoriin, minkä seurauksena polttoaineenkulutus pienenee ja pakokaasupäästöt vähenevät. Mitä tehokkaampi hybridijärjestelmä on, sitä tehokkaampia akkuja se vaatii — ja sitä korkeampi on hinta. Tässä on kaikki mitä sinun täytyy tietää hybridiautojen toiminnasta ja siitä, mikä erottaa ne toisistaan.

Mild-hybridit vs. full-hybridit: mikä ero?

Riippuen siitä, mikä rooli sähkömoottorilla on voimansiirrossa, hybridit jaetaan kahteen pääluokkaan: mild- ja full-hybrideihin.

• Mild-hybridit käyttävät sähkömoottoria polttomoottorin avustajana. Tunnettu esimerkki on Honda Insight -hatchback. Sähkömoottori avustaa kiihdytyksen aikana, mutta ei pysty liikuttamaan autoa yksin.
• Full-hybridit pystyvät kulkemaan tietyn matkan pelkällä sähkövoimalla, ilman käynnissä olevaa polttomoottoria. Lexus RX 400h on klassinen esimerkki tästä tyypistä.

On myös kolmas, löyhästi määritelty kategoria, jota joskus kutsutaan mikrohybrideiksi — markkinointitermi ajoneuvoille, joissa on start/stop-järjestelmä. Tämä on kuitenkin käytännössä pelkkä kehittynyt generaattori, ei todellinen hybridijärjestelmä, koska sähkömoottori ei siirrä vääntömomenttia pyörille.

3 pääasiallista hybridivoimansiirtokaavaa

Hybridivoimansiirroissa on kolme perustavanlaatuista konfiguraatiota: sarja-, rinnakkais- ja sarja-rinnakkaiskytkentä. Kullakin on omat ominaispiirteensä, etunsa ja tyypilliset käyttötapauksensa.

1. Sarjahybridi

Sarjahybridi on vanhin konfiguraatio, jonka Ferdinand Porsche keksi vuonna 1899. Tässä kytkentäkaaviossa:

• Pyörät toimivat kokonaan sähkömoottorin käyttäminä.
• Pienen iskutilavuuden polttomoottori pyörittää generaattoria sähkön tuottamiseksi — se ei koskaan suoraan käytä pyöriä.
• Perinteistä vaihteistoa tai suuritehoista polttomoottoria ei tarvita.
• Tarvitaan suurikapasiteettisia akkuja (tyypillisesti nikkeli-metallihydridi).

Tämä kaavio on nykyään harvinaisempi henkilöautoissa, mutta sitä käytetään laajalti louhoskippa-autoissa, linja-autoissa ja veturissa.

2. Rinnakkaishybridi

Saksalaisen insinöörin Henri Pieperin vuonna 1905 patentoima rinnakkaishybridi on ylivoimaisesti eniten käytetty konfiguraatio tänään. Se on lähes kaikkien mild-hybridiajoneuvojen perusta. Tärkeimmät ominaisuudet:

• Tehokas sähkömoottori (tyypillisesti 10–15 kW) avustaa polttomoottoria kiihdytyksen aikana.
• Sähkömoottori myös talteenottaa ja varastoi energiaa regeneratiivisen jarrutuksen avulla.
• Tyypillisesti käytetään CVT:tä (portaattomasti säätyvä vaihteisto) tai planeettavaihteistoa.
• Virtalähteinä ovat litium-ioni- tai litiumpolymeeriakut.
• Sarjahybrideihin verrattuna tarvitaan pienempi akkukapasiteetti, mikä pitää kustannukset alhaisempina.

Honda valitsi ainutlaatuisen lähestymistavan varustamalla CR-Z-bensaelektrisen coupén kuusivaiheisella mekaanisella vaihteistolla. Jotkut autonvalmistajat tutkivat myös superkondensaattoreita, jotka pystyvät tuottamaan erittäin korkean tehon lyhyissä jaksoissa, vaihtoehtona perinteisille akuille.

3. Sarja-rinnakkaishybridi

Sarja-rinnakkaiskonfiguraatio yhdistää molempien kytkentäkaavioiden elementtejä, ja sen paras esimerkki on Toyota Prius ja Lexus-mallit “h”-merkinnällä, jotka kaikki käyttävät Toyotan omaa HSD (Hybrid Synergy Drive) -järjestelmää.

Toimintaperiaate:

• Planeettavaihteisto mahdollistaa polttomoottorin ja sähkömoottorin yhteistoiminnan tai itsenäisen toiminnan.
• Polttomoottori käyttää pyöriä samalla kun se pyörittää generaattoria.
• Perinteistä vaihteistoa ei tarvita — sen sijaan ajoneuvon elektroniikka säätää moottoreiden ja generaattorin nopeutta.
• Tuloksena on ECVT (sähköinen portaattomasti säätyvä vaihteisto), joka tarjoaa tasaisen ja tehokkaan tehonsiirron.

Mitä moottoreita hybridiautoissa käytetään?

Suurin osa hybridiajoneuvoista käyttää bensiinimoottoreita, joista monet toimivat Atkinson-syklin mukaan — rakenne, jossa on lyhyempi puristusliike, mikä parantaa lämpöhyötysuhdetta ja vähentää päästöjä. Tämä tekee bensaelektrisistä hybrideistä erinomaisesti suoriutuvia sekä polttoainetaloudellisuuden että ympäristövaikutusten suhteen.

Miksi diesel-sähköhybridit eivät sitten ole yleisempiä? Muutama keskeinen syy:

• Suurin hybridmarkkina — Pohjois-Amerikka — on historiallisesti käyttänyt vähän dieselhenkilöautoja.
• Dieselmoottorit ovat kalliimpia valmistaa kuin bensiinimoottorit, mikä nostaisi jo ennestään merkittävää hybridin hintapreemiota entisestään.
• Bensiini-Atkinson-syklin moottorit saavuttavat jo nyt erinomaisen hyötysuhteen yhdistettynä sähkömoottoriin.

Tämä on käännös. Voit lukea alkuperäisen täältä: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4df5.html