ΥΒΡΙΔΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ...

Η υβριδική τεχνολογία περιλαμβάνει τις συσκευές που αξιοποιούν δύο ή περισσότερες πηγές ενέργειας ώστε να πραγματοποιήσουν το έργο και το σκοπό για τον οποίο εφευρέθηκαν.

Το σύστημα συσκευών που χρησιμοποιεί το υβριδικό αυτοκίνητο, αξιοποιεί δύο πηγές ενέργειας για την εξαγωγή της κίνησης στους τροχούς.

Την θερμοδυναμική που παράγεται από την καύση του καυσίμου στον κινητήρα και την ηλεκτρική η οποία παράγεται από το σύστημα του ηλεκτροκινητήρα.
Ένα υβριδικό όχημα μπορεί να κινείται μόνο με τον βενζινοκινητήρα ή μόνο με τον ηλεκτροκινητήρα ή και τους δύο ταυτόχρονα.
Παρά το γεγονός ότι τα παρόντα υβριδικά οχήματα  δεν φορτίζονται με εξωτερικά μέσα,
τα επόμενα χρόνια αναμένεται να κατασκευαστούν εξωτερικά φορτιζόμενα υβριδικά οχήματα.

ΚΥΡΙΑ ΜΕΡΗ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ

Τα κύρια μέρη του υβριδικού συστήματος του αυτοκινήτου είναι o ηλεκτροκινητήρας,
ο κινητήρας εσωτερικής καύσεως, η γεννήτρια, η συστοιχία συσσωρευτών (μπαταρία) και ο μετασχηματιστής ρεύματος.

Ο ηλεκτροκινητήρας αναλαμβάνει εξ ολοκλήρου την κίνηση του αυτοκινήτου σε σταθερή, ομαλή πορεία και μη κεκλιμένο επίπεδο. Παρέχει επιπλέον ισχύ στο βενζινοκινητήρα μόνο στις υπόλοιπες περιπτώσεις όπως κατά την επιτάχυνση ή στο κεκλιμένο επίπεδο (ανηφόρα). Είναι μόνιμα συνδεδεμένος με το πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων τύπου CVT όπου ρυθμίζεται
η κατανομή ισχύος ανάμεσα στις δύο μονάδες (ηλεκτροκινητήρας - βενζινοκινητήρας) για τη μετάδοση της κίνησης στους τροχούς. Φυσικά o ηλεκτροκινητήρας επικοινωνεί με τη γεννήτρια και τις μπαταρίες όπου δέχεται ενέργεια. Η μεγάλη επανάσταση στο συγκεκριμένο μέρος του οχήματος είναι ότι κατά το φρενάρισμα μετατρέπεται σε γεννήτρια η οποία επαναφορτίζει τις μπαταρίες.

Ο κινητήρας εσωτερικής καύσεως (βενζινοκινητήρας) καταναλώνει αμόλυβδη βενζίνη, όπως και οι συμβατικοί κινητήρες. Το μπλοκ, όπως και η κυλινδροκεφαλή, είναι κατασκευασμένα από κράμα αλουμινίου, ενώ η εξαγωγή αποτελείται από ανοξείδωτο χάλυβα χαμηλής μάζας μειώνοντας το συνολικό βάρος κατασκευής. Αρχικά φαίνεται ότι η απόδοση του είναι μικρή αλλά είναι κατάλληλη για την αντιστάθμιση του φορτίου, προκειμένου να υπάρξει ομαλή συνεργασία με τον ηλεκτροκινητήρα. Το γκάζι είναι ηλεκτρονικό για ακριβέστερη "πληροφόρηση" προς το σύστημα ψεκασμού, ενώ την ποιότητα των καυσαερίων "επιβλέπει" ένας τριοδικός καταλυτικός μετατροπέας.

Η γεννήτρια λειτουργεί μέσω του βενζινοκινητήρα και χρησιμεύει για να  επαναφορτίζει την συστοιχία των μπαταριών και να ενισχύει τον ηλεκτροκινητήρα. Ως δευτερεύουσες λειτουργίες, η γεννήτρια, εκκινεί τον βενζινοκινητήρα (αφού δεν υπάρχει μίζα), και λειτουργεί όπως και μια απλή γεννήτρια στους συμβατικούς κινητήρες.

Ο μετασχηματιστής αναλαμβάνει να μετατρέψει το συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα (DC) της μπαταρίας σε εναλλασσόμενο. Με αμφίδρομο όμως τρόπο μπορεί να μετατρέψει το εναλλασσόμενο σε συνεχές κατά τη διαδικασία επαναφόρτισης της μπαταρίας. Επίσης, μετατρέπει την υψηλή τάση σε συμβατική, 12V, για την τροφοδότηση των επιμέρους λειτουργιών του αυτοκινήτου (ηχοσύστημα, φώτα, κλιματισμός).

ΥΒΡΙΔΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ  

1.     Όταν οδηγούμε υπό κανονικές συνθήκες, ο βενζινοκινητήρας κινεί το αυτοκίνητο και παράλληλα τροφοδοτεί με ενέργεια τη γεννήτρια, η οποία με τη σειρά της φορτίζει τον ηλεκτροκινητήρα. Η κατανομή αυτής της ενέργειας ελέγχεται ηλεκτρονικά, ώστε να υπάρχει η μέγιστη απόδοση ανά πάσα στιγμή. Σχήμα.1

 

2. Η πρόσθετη δύναμη που απαιτείται για απότομη επιτάχυνση αποδίδεται από τη μπαταρία υψηλής τάσης, ενώ ο βενζινοκινητήρας ενισχύει την απόδοση του ηλεκτροκινητήρα μέσω του ιδιαίτερα αποτελεσματικού συστήματος μετάδοσης. Το αποτέλεσμα είναι υψηλό επίπεδο απόκρισης των δυο κινητήρων, ομαλή οδήγηση και εξαιρετική επιτάχυνση. Σχήμα.2 

3. Όταν επιβραδύνουμε ή όταν πατάμε φρένο, ο ηλεκτροκινητήρας λειτουργεί ως μια μεγάλη γεννήτρια και ελέγχει την κατανομή ισχύος στους τροχούς. Το αναγεννητικό σύστημα πέδησης μετατρέπει την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια και την αποθηκεύει στη μπαταρία υψηλής τάσης με αποτέλεσμα να την επαναφορτίζει. Σχήμα. 3

4. Η ισχύς της μπαταρίας υψηλής τάσης διατηρείται συνεχώς σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο. Εάν ελαττωθεί η ισχύς της μπαταρίας ενεργοποιείται αυτόματα η γεννήτρια για να την επαναφορτίσει. Σχήμα. 4

 

5. Όταν επιταχύνουμε από στάση και ταξιδεύουμε με χαμηλή ή μέση ταχύτητα, το όχημα κινείται αποκλειστικά με τον ηλεκτροκινητήρα παρέχοντας έτσι αθόρυβη οδήγηση. Σχήμα. 5 

 

TOYOTA PRIUS – ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ – ΡΕΑΛΙΣΤΙΚΕΣ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ

Τα εξαρτήματα του υβριδικού είναι ο κινητήρας εσωτερικής καύσης, δύο γεννήτριες G1 και G2. Οι γεννήτριες φαίνονται στις παρακάτω φωτογραφίες.

Επίσης υπάρχει ο αναστροφέας (Inverter) και η μπαταρία υψηλής τάσης.  Και τα δύο εξαρτήματα φαίνονται στις παρακάτω φωτογραφίες.

Αναστροφέας (Inverter): Ανάμεσα στις δύο γεννήτριες και στην μπαταρία υψηλής τάσης υπάρχει ο αναστροφέας. Ο αναστροφέας μετατρέπει την συνεχή τάση της μπαταρίας σε εναλλασσόμενη και αντίστροφα, δηλαδή μετατρέπει την εναλλασσόμενη τάση από τις  δύο γεννήτριες σε συνεχής για να φορτίσει την μπαταρία.

 

Μ.Ε.Κ. ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ

Η μηχανή εσωτερικής καύσης ενός υβριδικού αυτοκινήτου δεν διαφέρει πολύ από αυτή των συμβατικών αυτοκινήτων. Η κύρια διαφορά είναι ο θερμοδυναμικός κύκλος λειτουργιάς.

Βενζινοκίνητα αυτοκίνητα: Κύκλος Otto

Πετρελαιοκίνητα αυτοκίνητα: Κύκλος Diesel

Υβριδικά αυτοκίνητα: Κύκλος Atkinson (όχι όλα τα υβριδικά)

Ο κύκλος Atkinson βασίζεται στην περιστροφική κίνηση του διωστήρα. Δηλαδή η κινητήρας που χρησιμοποιείται είναι περιστροφικός και όχι παλινδρομικός(Otto).

Διάταξη Atkinson

Θεωρητικά επιτρέπει σε ένα κύκλο Otto να γίνουν όλοι οι χρόνοι σε μία περιστροφή του -ειδικής σχεδίασης- στροφαλοφόρου. Όταν όμως μιλάμε για κύκλο Atkinson σε ένα πραγματικό τετράχρονο κινητήρα τότε το κύριο χαρακτηριστικό του εντοπίζεται, στο καθυστερημένο άνοιγμα των βαλβίδων εισαγωγής. Συγκεκριμένα, έχουμε μικρότερη συμπίεση (επειδή στην εισαγωγή επιστρέφει περισσότερος αέρας) αλλά μεγαλύτερη εκτόνωση προς όφελος της κατανάλωσης και εις βάρος της ισχύος.

Για αυτό και τον κύκλο Atkinson τον συναντάμε κυρίως στους ΜΕΚ των υβριδικών όπου ο ηλεκτροκινητήρας έρχεται να βγάλει καθαρό τον θερμικό κινητήρα αναπληρώνοντας την χαμένη απόδοση του τελευταίου. Ο κύκλος Atkinson εφαρμόζεται στους κινητήρες των υβριδικών Toyota Prius (2^ης γενιάς) & Camry, Ford Escape,  Chevrolet Tahoe και Lexus RX 450h ενώ μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στους περιστροφικής διάταξης κινητήρες (Wankel).

ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΝΑΚΤΗΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΕΠΙΒΡΑΔΥΝΣΗ (ΑΝΑΓΕΝΝΗΤΙΚΗ ΠΕΔΗ)  

Σύμφωνα με την αρχή της διατήρησης ενέργειας, η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί από το μηδέν ούτε και μπορεί να καταστραφεί ή να χαθεί. Η ενέργεια απλά πάντα μετατρέπεται σε άλλες μορφές ενέργειας. Πχ: η ηλιακή ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια(φωτοβολτάϊκα). Στα οχήματα και συγκεκριμένα στα φρένα, εμείς σαν οδηγοί, ασκώντας δύναμη  στο πετάλι του φρένου, δημιουργούμε κινητική ενέργεια η οποία μέσω του υδραυλικού συστήματος των φρένων, καταλήγει στα τακάκια ή στα ταμπούρα, δημιουργεί τριβή και μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια καταλήγοντας στο περιβάλλον. 
Εάν τώρα ένα ποσοστό αυτής της ενέργειας το εκμεταλλευτούμε και δεν επιτρέψουμε όλη την ενέργεια να χαθεί στο περιβάλλον με μορφή θερμότητας αλλά φορτίσουμε μια μπαταρία μέσω μιας γεννήτριας τότε έχουμε ανάκτηση ενέργειας. Στα οχήματα και κυρίως στα υβριδικά, όταν πατάμε φρένο, μέρος της ενέργειας επιστρέφει στην μπαταρία υψηλής τάσης και την φορτίζει.  Το παρακάτω λειτουργικό διάγραμμα μας δείχνει την ροή της αναγεννητικής πέδης στο υβριδικό του Toyota Prius.  

 

ABS Function area: Περιοχή λειτουργίας του ABS
MG1: Γεννήτρια 1
MG2: Γεννήτρια 2
Inverter: Αναστροφέας
HV Battery: Μπαταρία υψηλής τάσης
Engine: Κινητήρας

Στο παραπάνω διάγραμμα ροής παρατηρούμε ότι η γεννήτρια MG1 είναι συνδεδεμένη μηχανικά με τον εμπρόσθιο άξονα του οχήματος. Όταν πατάμε φρένο, η γεννήτρια 1 στέλνει πίσω στην μπαταρία υψηλής τάσης ένα ποσοστό ενέργειας. Ο αναστροφέας(inverter), μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα σε συνεχές για να φορτιστεί η μπαταρία.

Αν σας  αρέσουν  τα άρθρα του vehiclestech.blogspot.gr στηρίξτε μας με μια δωρεά στο παρακάτω Donate Button.