Como funciona um motor híbrido, os prós e contras de um motor econômico
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O surgimento de veículos híbridos tornou-se uma medida forçada das montadoras na transição de motores de combustão interna (ICE) em combustíveis de hidrocarbonetos para usinas de energia mais limpas. A tecnologia ainda não permitiu a criação de um carro elétrico completo, um carro a célula de combustível ou qualquer outro de uma grande lista de direções teoricamente possíveis para o desenvolvimento do transporte autônomo, e a necessidade já amadureceu.
Os governos começaram a reprimir fortemente a indústria automobilística com exigências ambientais, e os consumidores queriam ver um avanço qualitativo, e não outra melhoria microscópica de um motor conhecido há mais de um século em um dos produtos de refino de petróleo.
Qual carro é chamado de "híbrido"
A unidade de potência do estágio intermediário começou a ser uma combinação de um projeto já comprovado de um motor de combustão interna e um ou mais motores elétricos.
A parte elétrica da unidade de tração é acionada por geradores ligados mecanicamente a um motor a gás ou a diesel, baterias e um sistema de recuperação que devolve ao acionamento a energia liberada durante a frenagem do veículo.
Todos os numerosos esquemas para a implementação prática da ideia são chamados de híbridos.
Às vezes, os fabricantes enganam os clientes chamando sistemas híbridos em que o acionamento elétrico é usado apenas para dar partida no motor principal no modo start-stop.
Como não há conexão entre motores elétricos e rodas e a possibilidade de dirigir com tração elétrica, é incorreto atribuir esses carros aos híbridos.
O princípio de funcionamento dos motores híbridos
Com toda a variedade de designs, essas máquinas têm características comuns. Mas as diferenças são tão grandes do ponto de vista técnico que na verdade são carros diferentes com suas próprias vantagens e desvantagens.
O dispositivo
Cada híbrido inclui:
- motor de combustão interna com transmissão, rede de alimentação de baixa tensão a bordo e tanque de combustível;
- motores de tração;
- baterias de armazenamento, na maioria das vezes de alta tensão, consistindo em baterias conectadas em série e em paralelo;
- fiação de energia com comutação de alta tensão;
- unidades de controle eletrônico e computadores de bordo.
Garantindo que todos os modos de operação de uma transmissão mecânica e elétrica integrada geralmente ocorram automaticamente, apenas o controle geral de tráfego é confiado ao motorista.
Esquemas de trabalho
É possível conectar os componentes elétricos e mecânicos entre si de diferentes maneiras; ao longo do tempo, esquemas específicos bem estabelecidos e frequentemente utilizados se destacaram.
Isso não se aplica à classificação posterior do acionamento de acordo com a participação específica da tração elétrica no balanço energético geral.
consistente
O primeiro esquema, o mais lógico, mas agora pouco usado em carros.
Sua principal tarefa era trabalhar em equipamentos pesados, onde componentes elétricos compactos substituíram com sucesso a volumosa transmissão mecânica, que também é muito difícil de controlar. O motor, geralmente um motor a diesel, é carregado exclusivamente em um gerador elétrico e não está diretamente conectado às rodas.
A corrente gerada pelo gerador pode ser utilizada para carregar a bateria de tração e, quando não fornecida, é enviada diretamente para os motores elétricos.
Pode haver um ou mais deles, até a instalação em cada roda de um carro de acordo com o princípio das chamadas rodas motorizadas. A quantidade de empuxo é regulada pela unidade elétrica de potência, e o motor de combustão interna pode operar constantemente no modo mais ideal.
Paralelo
Este esquema é agora o mais comum. Nele, o motor elétrico e o motor de combustão interna trabalham para uma transmissão comum, e a eletrônica regula a relação ideal de consumo de energia por cada um dos acionamentos. Ambos os motores estão ligados às rodas.
O modo de recuperação é suportado, quando, durante a frenagem, o motor elétrico se transforma em gerador e recarrega a bateria de armazenamento. Por algum tempo, o carro só pode se mover com carga, o principal motor de combustão interna é abafado.
Em alguns casos, é usada uma bateria de capacidade considerável, equipada com a possibilidade de carregamento externo de uma rede doméstica de CA ou de uma estação de carregamento especializada.
Em geral, o papel das baterias aqui é pequeno. Mas sua comutação é simplificada, circuitos perigosos de alta tensão não são necessários aqui e a massa da bateria é muito menor que a dos veículos elétricos.
misturado
Como resultado do desenvolvimento da tecnologia de acionamento elétrico e da capacidade de armazenamento, o papel dos motores elétricos na criação do esforço de tração aumentou, o que levou ao surgimento dos mais avançados sistemas série-paralelo.
Aqui, a partir de uma paralisação e o movimento em baixas velocidades são realizados na tração elétrica, e o motor de combustão interna é conectado apenas quando é necessária alta potência e quando as baterias estão esgotadas.
Ambos os motores podem operar no modo drive, e uma unidade eletrônica bem pensada escolhe onde e como direcionar os fluxos de energia. O motorista pode acompanhar isso no visor gráfico de informações.
Um gerador adicional é usado, como em um circuito em série, que pode fornecer energia para motores elétricos ou carregar uma bateria. A energia de frenagem é recuperada através do reverso do motor de tração.
É assim que muitos híbridos modernos são organizados, em particular um dos primeiros e conhecidos - Toyota Prius
Como funciona um motor híbrido no exemplo do Toyota Prius
Este carro está agora na sua terceira geração e atingiu um certo grau de perfeição, embora os híbridos concorrentes continuem a aumentar a complexidade e a eficiência dos designs.
A base do acionamento aqui é o princípio da sinergia, segundo o qual um motor de combustão interna e um motor elétrico podem participar de qualquer combinação na criação de torque nas rodas. O paralelismo de seu trabalho proporciona um mecanismo complexo do tipo planetário, onde os fluxos de potência são misturados e transmitidos através do diferencial para as rodas motrizes.
A partida e a aceleração de partida são realizadas por um motor elétrico. Se a eletrônica determinar que suas capacidades não são suficientes, um motor a gasolina econômico operando no ciclo Atkinson é conectado.
Em carros convencionais com motores Otto, esse ciclo térmico não pode ser usado devido a condições transitórias. Mas aqui eles são fornecidos por um motor elétrico.
O modo inativo é excluído, se o Toyota Prius iniciar automaticamente o motor de combustão interna, o trabalho será imediatamente encontrado para ele, para ajudar na aceleração, carregar a bateria ou fornecer ar condicionado.
Constantemente com carga e trabalhando na velocidade ideal, minimiza o consumo de gasolina, estando no ponto mais vantajoso de sua característica de velocidade externa.
Não existe uma partida tradicional, pois esse motor só pode ser iniciado girando-o a uma velocidade significativa, que é o que um gerador reversível faz.
As baterias possuem diferentes capacidades e voltagens, na versão recarregável mais complexa do PHV, estas já são bastante comuns para veículos elétricos 350 volts a 25 Ah.
Vantagens e desvantagens dos híbridos
Como qualquer compromisso, os híbridos são inferiores aos veículos elétricos puros e aos usuais clássicos movidos a óleo.
Mas ao mesmo tempo dão um ganho em uma série de propriedades, para quem atua como as principais:
- simplificação dos meios de combate às emissões nocivas dos motores de combustão interna;
- alcançar alguma economia de combustível, ainda que contestada;
- a possibilidade de movimentação em tração elétrica pura onde é proibido o uso de motores de combustão interna;
- um aumento bastante simples da capacidade declarada;
- a impossibilidade, ao contrário de um carro elétrico, de ficar sem energia longe da rede elétrica.
Todas as desvantagens estão associadas à complicação da tecnologia:
- a necessidade de pessoal competente especialmente treinado para trabalhar com híbridos;
- aumento da massa do veículo, que também consome combustível;
- maior preço do carro;
- perda para veículos elétricos devido à preservação do motor de combustão interna e tudo relacionado a ele;
- tecnologias ainda insuficientemente desenvolvidas e a falta de uma abordagem unificada para o design;
- falta de respeito ao meio ambiente na produção de baterias e seu descarte.
É possível que a produção de híbridos continue após o completo desaparecimento dos carros clássicos.
Mas isso só acontecerá se for criado um único motor de combustível de hidrocarboneto compacto, econômico e bem controlado, que será um bom complemento para o carro elétrico do futuro, aumentando significativamente sua autonomia ainda insuficiente.
