Come funziona un motore ibrido, i pro ei contro di un motore economico
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L'emergere di veicoli ibridi è diventata una misura forzata delle case automobilistiche nella transizione dai motori a combustione interna (ICE) a combustibili a idrocarburi a centrali elettriche più pulite. La tecnologia non ha ancora consentito la creazione di un'auto elettrica a tutti gli effetti, un'auto a celle a combustibile o qualsiasi altra da un ampio elenco di direzioni teoricamente possibili per lo sviluppo del trasporto autonomo e la necessità è già maturata.
I governi hanno iniziato a reprimere con forza l'industria automobilistica con requisiti ambientali e i consumatori volevano vedere un passo avanti qualitativo e non un altro miglioramento microscopico di un motore noto da più di un secolo su uno dei prodotti di raffinazione del petrolio.
Quale macchina si chiama "ibrida"
L'unità di potenza dello stadio intermedio iniziò ad essere una combinazione di un progetto già collaudato di un motore a combustione interna e uno o più motori elettrici.
La parte elettrica del trattore è alimentata da generatori collegati meccanicamente ad un motore a gas o diesel, batterie e un sistema di recupero che restituisce alla trazione l'energia rilasciata durante la frenata del veicolo.
Tutti i numerosi schemi per l'attuazione pratica dell'idea sono chiamati ibridi.
A volte i produttori ingannano i clienti chiamando sistemi ibridi in cui l'azionamento elettrico viene utilizzato solo per avviare il motore principale in modalità start-stop.
Non essendoci alcun collegamento tra motori elettrici e ruote e la possibilità di guidare su trazione elettrica, non è corretto attribuire tali vetture a quelle ibride.
Il principio di funzionamento dei motori ibridi
Con tutta la varietà di design, tali macchine hanno caratteristiche comuni. Ma le differenze sono così grandi dal punto di vista tecnico che in realtà si tratta di auto diverse con i propri vantaggi e svantaggi.
Dispositivo
Ogni ibrido include:
- motore a combustione interna con relativa trasmissione, rete di alimentazione a bassa tensione di bordo e serbatoio carburante;
- motori di trazione;
- accumulatori, il più delle volte piuttosto ad alta tensione, costituiti da batterie collegate in serie e in parallelo;
- cablaggio di alimentazione con commutazione ad alta tensione;
- centraline elettroniche e computer di bordo.
Affinché tutte le modalità di funzionamento di una trasmissione meccanica ed elettrica integrata avvengano generalmente automaticamente, al conducente è affidato solo il controllo generale del traffico.
Schemi di lavoro
È possibile collegare tra loro i componenti elettrici e meccanici in diversi modi; nel tempo si sono distinti schemi ben consolidati e spesso utilizzati.
Ciò non si applica alla successiva classificazione dell'azionamento in base alla quota specifica della trazione elettrica nel bilancio energetico complessivo.
coerente
Il primissimo schema, il più logico, ma ormai poco utilizzato nelle auto.
Il suo compito principale era quello di lavorare in attrezzature pesanti, dove componenti elettrici compatti hanno sostituito con successo una trasmissione meccanica ingombrante, anch'essa molto difficile da controllare. Il motore, solitamente diesel, è caricato esclusivamente su un generatore elettrico e non è direttamente collegato alle ruote.
La corrente generata dal generatore può essere utilizzata per caricare la batteria di trazione e, ove non prevista, viene inviata direttamente ai motori elettrici.
Possono essercene uno o più, fino all'installazione su ogni ruota di un'auto secondo il principio delle cosiddette moto-ruote. La quantità di spinta è regolata dall'unità elettrica di potenza e il motore a combustione interna può funzionare costantemente nella modalità più ottimale.
parallelo
Questo schema è ora il più comune. In esso, il motore elettrico e il motore a combustione interna lavorano per una trasmissione comune e l'elettronica regola il rapporto ottimale tra il consumo di energia di ciascuna delle unità. Entrambi i motori sono collegati alle ruote.
La modalità di recupero è supportata, quando, durante la frenata, il motore elettrico si trasforma in un generatore e ricarica l'accumulatore. Per qualche tempo, l'auto può muoversi solo con la sua carica, il motore principale a combustione interna è smorzato.
In alcuni casi viene utilizzata una batteria di notevole capacità, dotata della possibilità di ricarica esterna da una rete AC domestica o da una stazione di ricarica specializzata.
In generale, il ruolo delle batterie qui è piccolo. Ma la loro commutazione è semplificata, qui non sono necessari pericolosi circuiti ad alta tensione e la massa della batteria è molto inferiore a quella dei veicoli elettrici.
misto
Come risultato dello sviluppo della tecnologia di azionamento elettrico e della capacità di accumulo, il ruolo dei motori elettrici nella creazione dello sforzo di trazione è aumentato, il che ha portato all'emergere dei più avanzati sistemi serie-parallelo.
Qui, partendo da fermo e muovendosi a basse velocità, vengono effettuati su trazione elettrica, e il motore a combustione interna viene collegato solo quando è richiesta una potenza elevata e quando le batterie sono scariche.
Entrambi i motori possono funzionare in modalità drive e un'unità elettronica ben congegnata sceglie dove e come dirigere i flussi di energia. Il conducente può seguirlo sul display grafico delle informazioni.
Viene utilizzato un generatore aggiuntivo, come in un circuito in serie, che può fornire energia a motori elettrici o caricare una batteria. L'energia frenante viene recuperata attraverso la retromarcia del motore di trazione.
Questo è il numero di ibridi moderni organizzati, in particolare uno dei primissimi e famosi: la Toyota Prius
Come funziona un motore ibrido sull'esempio della Toyota Prius
Questa vettura è ora alla sua terza generazione e ha raggiunto un certo grado di perfezione, sebbene gli ibridi concorrenti continuino ad aumentare la complessità e l'efficienza dei progetti.
La base della trasmissione qui è il principio della sinergia, secondo il quale un motore a combustione interna e un motore elettrico possono partecipare in qualsiasi combinazione alla creazione di coppia sulle ruote. Il parallelismo del loro lavoro fornisce un meccanismo complesso di tipo planetario, in cui i flussi di potenza vengono miscelati e trasmessi attraverso il differenziale alle ruote motrici.
L'avviamento e l'accelerazione di partenza sono eseguiti da un motore elettrico. Se l'elettronica determina che le sue capacità non sono sufficienti, viene collegato un motore a benzina economico che opera sul ciclo Atkinson.
Nelle auto convenzionali con motori Otto, un tale ciclo termico non può essere utilizzato a causa di condizioni transitorie. Ma qui sono forniti da un motore elettrico.
La modalità idle è esclusa, se la Toyota Prius avvia automaticamente il motore a combustione interna, viene immediatamente trovato il lavoro per aiutare in accelerazione, caricare la batteria o fornire l'aria condizionata.
Avendo costantemente un carico e lavorando a velocità ottimale, riduce al minimo il consumo di benzina, trovandosi nel punto più vantaggioso della sua caratteristica di velocità esterna.
Non esiste un avviatore tradizionale, poiché un tale motore può essere avviato solo facendolo girare a una velocità significativa, che è ciò che fa un generatore reversibile.
Le batterie hanno capacità e voltaggi differenti, nella versione ricaricabile più complessa del PHV, queste sono già abbastanza comuni per i veicoli elettrici 350 Volt a 25 Ah.
Vantaggi e svantaggi degli ibridi
Come ogni compromesso, gli ibridi sono inferiori ai veicoli elettrici puri e ai soliti classici a petrolio.
Ma allo stesso tempo danno un guadagno in una serie di proprietà, per qualcuno che agisce come le principali:
- semplificazione dei mezzi di contrasto alle emissioni nocive dei motori a combustione interna;
- il raggiungimento di un certo risparmio di carburante, tuttavia contestato;
- la possibilità di movimento su trazione elettrica pura dove è vietato l'uso di motori a combustione interna;
- un aumento abbastanza semplice della capacità dichiarata;
- l'impossibilità, a differenza di un'auto elettrica, di rimanere senza energia lontano dalla rete elettrica.
Tutti gli svantaggi sono associati alla complicazione della tecnologia:
- la necessità di personale competente appositamente formato per lavorare con gli ibridi;
- un aumento della massa del veicolo, che consuma anche carburante;
- prezzo più alto dell'auto;
- danno ai veicoli elettrici per la conservazione del motore a combustione interna e di tutto ciò ad esso connesso;
- tecnologie ancora poco sviluppate e mancanza di un approccio unitario alla progettazione;
- scarsa compatibilità ambientale nella produzione delle batterie e nel loro smaltimento.
È possibile che la produzione di ibridi continui dopo la completa scomparsa delle auto d'epoca.
Ma questo avverrà solo se si realizzerà un unico motore a idrocarburi compatto, economico e ben controllato, che sarà una buona aggiunta all'auto elettrica del futuro, aumentando notevolmente la sua ancora insufficiente autonomia.
