Mi az a hibrid autó és hogyan működik?

Mi az a hibrid autó és hogyan működik?
explain.hu
explain.hu

Kategória:Autó

Hibrid autó – Tankoltál mostanában a benzinkúton, és megdöbbentett a benzin magas ára?

Amikor a kút kijelzőjén 10, 20 vagy akár 30 ezer forint fölé kattant az üzemanyag vételára, talán arra gondoltál, hogy lecserélnéd az autód valami olyanra, ami kevesebbet fogyaszt. Vagy talán aggódsz amiatt, hogy autód hozzájárul az üvegházhatáshoz.

Az autóiparnak megvan a technológiája az ilyen aggodalmak kezelésére. Ez a hibrid autó. Manapság rengeteg hibrid modell van a piacon, és a legtöbb autógyártó bejelentette, hogy tervezi saját változatának gyártását.

Hogyan működik egy hibrid autó?

Mi történik a motorháztető alatt, hogy 30 vagy 50-rel több kilométert tudjon megtenni gallononként, mint egy hagyományos autó?
És vajon kevesebbet szennyez-e, csak azért, mert jobb a fogyasztása? Ebben a cikkben segítünk megérteni, hogyan működik ez a technológia, és még néhány tippet is adunk, hogyan vezess hibrid autót a maximális hatékonyság érdekében.

Valószínűleg sok embernek volt már valamikor hibrid járműve. Például a moped (motoros pedálos kerékpár) egyfajta hibrid, mivel egyesíti a benzinmotor erejét a motor pedálos erejével. Valójában hibrid járművek mindenütt ott vannak körülöttünk. A vonatokat vontató mozdonyok többsége dízel-elektromos hibrid. Sok nagyvárosban,  dízel-elektromos buszok közlekednek – ezek a buszok elektromos áramot vesznek a felsővezetékekről, vagy dízelüzeműek, amikor távol vannak a vezetékektől. A hatalmas bányászkamionok gyakran dízel-elektromos hibridek. Tengeralattjárók – némelyikük nukleáris-elektromos, némelyikük dízel-elektromos.
Minden olyan jármű, amely két vagy több olyan energiaforrást kombinál, amelyek közvetlenül vagy közvetve képesek hajtóerőt biztosítani, hibrid járműnek minősül. A jelenleg forgalomban lévő hibrid autók többsége benzin-elektromos hibrid, bár sok autógyártó dízel-elektromos hibrid autóval is rendelkezik. Mivel a benzines hibridek azok, amelyeket a legtöbb autókereskedésben talál, ebben a cikkben ezekre koncentrálunk.

Benzinmotoros és elektromos meghajtás

benzin-elektromos hibrid autó pontosan az, aminek hangzik – egy benzinüzemű és egy elektromos autó keresztezése. 

benzinüzemű autónak van egy üzemanyagtartálya, amely benzinnel látja el a motort . A motor ezután egy sebességváltót hajt, amely a kerekeket – a hajtáslánc többi alkatrésze segítségével – forgatja.

Az elektromos autóban viszont akkumulátorok vannak, amelyek egy elektromos motort látnak el árammal. A motor meghajt egy sebességváltót, a sebességváltó pedig átadja hajtóerőt a kerekeknek.

A hibrid egy kompromisszumos megoldás. Megpróbálja jelentősen növelni a benzinüzemű autó menetteljesítményét és csökkenteni a károsanyag-kibocsátást, miközben kiküszöböli az elektromos autó hiányosságait (hatótáv para).

Ahhoz, hogy egy autó hasznos legyen számodra vagy számomra, bizonyos minimumkövetelményeknek kell megfelelnie. Az autónak képesnek kell lennie:

  • legalább 400-500 km-t megtenni újratankolások között
  • gyorsan és könnyen feltölthető legyen
  • lépést tud tartani a forgalom többi résztvevőjével
  • keveset fogyasszon
  • alacsony legyen a károsanyag kibocsátása.

A benzin-elektromos hibrid autó mindezen kritériumokat egyetlen rendszerben egyesíti, amely a benzin és az elektromos energiát egyaránt kihasználja.


Benzin-elektromos hibrid szerkezet

A benzin-elektromos hibrid autók a következő részegységeket tartalmazzák:

  • Benzinmotor – A hibrid autó benzinmotorral rendelkezik, hasonlóan ahhoz, amely a legtöbb autóban megtalálható. A hibridek motorja azonban kisebb, és fejlett technológiákat használ a károsanyag-kibocsátás csökkentése és a hatékonyság növelése érdekében.
  • Üzemanyagtartály – A hibrid autóban lévő üzemanyagtartály a benzinmotor energiatárolója. A benzinnek sokkal nagyobb az energiasűrűsége, mint az akkumulátoroknak. Például körülbelül 450 kilogrammnyi akkumulátorra van szükség ahhoz, hogy annyi energiát tároljon, mint 4 liter benzin.
  • Elektromos motor – A hibrid autó elektromos motorja nagyon kifinomult. A fejlett elektronika lehetővé teszi, hogy motorként és generátorként is működjön. Például, ha szükséges, képes energiát meríteni az akkumulátorokból, hogy felgyorsítsa az autót. Generátorként működve azonban képes lelassítani az autót, és visszatölteni az energiát az akkumulátorokba.
  • Generátor – A generátor hasonló az elektromos motorhoz, de csak elektromos áram előállítására szolgál. Leginkább a soros hibrideknél használják (lásd alább).
  • Akkumulátorok – A hibrid autóban az akkumulátorok az elektromos motor energiatároló eszközei. Az üzemanyagtartályban lévő benzinnel ellentétben, amely csak a benzinmotort képes működtetni, a hibrid autó elektromos motorja képes energiát betölteni az akkumulátorokba és energiát venni belőlük.
  • Sebességváltó – A hibrid autó sebességváltója ugyanazt az alapvető funkciót látja el, mint a hagyományos autó sebességváltója. Egyes hibridek, mint például a Honda Insight, hagyományos sebességváltóval rendelkeznek. Mások, mint például a Toyota Prius, gyökeresen eltérő váltóval rendelkeznek, amelyről később még beszélünk.

A hibrid kocsiban található két energiaforrást az autó különböző módon kombinálhatja

Az egyik, párhuzamos hibridként ismert módon egy üzemanyagtartály látja el benzinnel a motort, és egy akkumulátor-készlet, amely az elektromos motort látja el energiával. A motor és az elektromos motor egyszerre tudja forgatni a sebességváltót, amely aztán a kerekeket hajtja.

Ezzel szemben a soros hibridben a benzinmotor egy generátort hajt, és a generátor vagy az akkumulátorokat tölti, vagy egy villanymotort hajt, amely a sebességváltót forgatja. Így a benzinmotor soha nem hajtja közvetlenül a járművet.

A hibrid autó szerkezete két erőforrást hasznosít, hogy növelje a hatékonyságot, és olyan teljesítményt nyújtson, amilyet a legtöbben keresnek egy járműben. A következő részben megnézzük, hogyan éri el ezt.

A hibrid autó teljesítménye

A hibrid autó kulcsa az, hogy a benzinmotor sokkal kisebb lehet, mint a hagyományos autókban lévő motor, és ezért hatékonyabb. A legtöbb autónak viszonylag nagy motorra van szüksége ahhoz, hogy elegendő teljesítményt termeljen az autó felgyorsításához. Egy kis motorban azonban kisebb, könnyebb alkatrészek használatával, a hengerek számának csökkentésével és a motor maximális terheléshez közelebbi üzemeltetésével javítható a hatékonyság.

Számos oka van annak, hogy a kisebb motorok hatékonyabbak, mint a nagyobbak:

  • A nagy motor nehezebb, mint a kis motor, így az autó minden egyes gyorsításkor vagy emelkedőn való felhajtáskor többletenergiát használ fel.
  • A dugattyúk és más belső alkatrészek nehezebbek, így több energiára van szükségük minden egyes alkalommal, amikor fel-le járnak a hengerben.
  • A hengerek lökettérfogata nagyobb, így minden egyes henger több üzemanyagot igényel.
  • A nagyobb motorok általában több hengerrel rendelkeznek, és minden egyes henger minden egyes indításkor üzemanyagot használ, még akkor is, ha az autó nem mozog.

Ez megmagyarázza, hogy két azonos modellű, különböző motorral rendelkező autó miért érhet el eltérő menetteljesítményt. Ha mindkét autó azonos sebességgel halad az autópályán, a kisebb motorral rendelkező autó kevesebb energiát használ fel. Mindkét motornak ugyanannyi energiát kell leadnia az autó meghajtásához, de a kisebb motor kevesebb energiát használ fel saját magához. De hogyan tudja ez a kisebb motor biztosítani azt az energiát, amire az autójának szüksége van ahhoz, hogy lépést tartson az úton közlekedő erősebb autókkal?


Összehasonlítás – hibrid vs. V8

Hasonlítsunk össze egy olyan autót, mint a Chevy Camaro, a nagy V8-as motorjával, a mi hibrid autónkkal, a kis benzinmotorral és az elektromos motorral. A Camaro motorja több mint elegendő teljesítményt nyújt bármilyen vezetési helyzethez. A hibrid autó motorja elég erős ahhoz, hogy az autót az autópályán mozgassa, de amikor sietve kell az autót mozgásba hozni, vagy egy meredek emelkedőn kell felfelé haladni, akkor segítségre van szüksége. Ezt a “segítséget” az elektromos motor és az akkumulátor nyújtja – ez a rendszer a szükséges extra teljesítmény biztosításához lép be.

A hagyományos autók benzinmotorja a csúcsteljesítményre van méretezve (arra a néhány alkalomra, amikor a padlógázt ad). Valójában a legtöbb autós az idő kevesebb mint egy százalékában használja a motorok csúcsteljesítményét. A hibrid autó sokkal kisebb motort használ, amely inkább az átlagos teljesítményigényhez, mint a csúcsteljesítményhez van méretezve.

Az üzemanyag-gazdaságosság javítása

A kisebb, hatékonyabb motor mellett a mai hibridek számos más trükköt is alkalmaznak az üzemanyag-hatékonyság növelése érdekében. E trükkök némelyike minden autótípusnak segít a jobb fogyasztásban, némelyik viszont csak a hibridekre vonatkozik. Egy liter benzinből az utolsó kilométert is ki tudja sajtolni a hibrid autó:

  • Energiát nyerhet vissza és tárolhatja az akkumulátorban – Amikor az autóban rálép a fékpedálra, energiát von el az autóból. Minél gyorsabban halad az autó, annál több mozgási energiával rendelkezik. Az autó fékjei ezt az energiát felveszik, és hő formájában eloszlatják. Egy hibrid autó képes ennek az energiának egy részét felfogni és az akkumulátorban tárolni, hogy később felhasználhassa. Ezt “regeneratív fékezéssel” teszi. Ez azt jelenti, hogy ahelyett, hogy csak a fékeket használná az autó megállítására, a hibridet meghajtó villanymotor is képes lelassítani az autót. Ebben az üzemmódban az elektromotor generátorként működik, és az autó lassulása közben tölti az akkumulátorokat.
  • Néha kikapcsolja a motort – A hibrid autónak nem kell mindig a benzinmotorra támaszkodnia, mivel van egy alternatív energiaforrása – az elektromos motor és az akkumulátorok. Így a hibrid autó néha le tudja kapcsolni a benzinmotort, például amikor a jármű megáll a piros lámpánál.
  • Fejlett aerodinamikát használ a légellenállás csökkentése érdekében – Amikor az autópályán halad, a motor munkájának nagy része arra megy el, hogy az autót az úton a levegővel szemben tolja. Ez az erő az aerodinamikai légellenállás. Ez a légellenállás többféleképpen csökkenthető. Az egyik biztos módszer az autó homlokfelületének csökkentése. Gondoljon arra, hogy egy nagy terepjárónak sokkal nagyobb felületet kell a levegőben tolnia, mint egy apró sportautónak.Az autóból kiálló tárgyak körüli zavaró tényezők csökkentése vagy teljes kiküszöbölése szintén segíthet az aerodinamika javításában. Például a kerékházak feletti borítások kisimítják a légáramlást és csökkentik a légellenállást. A tükröket pedig néha kis kamerákkal helyettesítik.
  • Alacsony gördülési ellenállású gumiabroncsok használata – A legtöbb autó gumiabroncsait úgy optimalizálták, hogy sima vezetést biztosítsanak, minimálisra csökkentsék a zajt, és jó tapadást biztosítsanak a különböző időjárási körülmények között. De ritkán vannak hatékonyságra optimalizálva. Valójában a gumiabroncsok meglepően nagy légellenállást okoznak vezetés közben. A hibrid autók speciális gumiabroncsokat használnak, amelyek merevebbek és magasabb nyomásra vannak felfújva, mint a hagyományos abroncsok. Az eredmény az, hogy körülbelül feleannyi légellenállást okoznak, mint a hagyományos abroncsok.
  • Könnyű anyagok használata – Az autó össztömegének csökkentése az egyik egyszerű módja a menetteljesítmény növelésének. Egy könnyebb jármű kevesebb energiát használ fel minden egyes gyorsításkor vagy emelkedőn való felhajtáskor. A súlycsökkentéshez olyan kompozit anyagok, mint a szénszálas anyagok vagy könnyűfémek, mint az alumínium és a magnézium használhatók.

A piacon kapható hibrid autók mindegyike alkalmazza e hatékonysági trükkök valamelyikét vagy mindegyikét.

A hibrid autó előnyei

Elgondolkodhat, hogy miért építene valaki egy ilyen bonyolult gépet, amikor a legtöbb ember tökéletesen elégedett a benzinmotoros autójával. Ennek két oka van: a károsanyag-kibocsátás csökkentése és a menetteljesítmény javítása. Ezek a célok valójában szorosan összefonódnak.

Vegyük példának a kaliforniai károsanyag-kibocsátási normákat, amelyek előírják, hogy az egyes szennyezőanyag-típusokból mennyit szabad egy autónak kibocsátania. A mennyiséget általában gramm/kilométerben adják meg. A lényeg itt az, hogy a megengedett szennyezés mennyisége nem függ az autó menetteljesítményétől. De egy olyan autó, amely kétszer annyi benzint éget el egy kilométer megtételéhez, körülbelül kétszer annyi szennyezést fog okozni. Ezt a szennyezést az autóban lévő kibocsátáscsökkentő berendezéseknek kell eltávolítaniuk. Tehát az autó üzemanyag-fogyasztásának csökkentése az egyik legbiztosabb módja a károsanyag-kibocsátás csökkentésének.

A szén-dioxid (CO2) az autó által termelt szennyezés egy másik típusa. A tudósok gyanítják / tudják, hogy hozzájárul a globális felmelegedés-hez. Egy autó, amely kétszer annyi benzint éget el, kétszer annyi CO2-t juttat a légkörbe.

Valóban tehetünk lépéseket, hogy úgy vezessük az autónkat, hogy csökknetsük a fogyasztását. A következő részben megnézünk néhány tippet a hibrid (vagy csak benzines/dízel) autó hatékonyságának növelésére.

 

Tippek a hibrid autó menetteljesítményének növelésére

Magasabb teljesítmény, alacsonyabb hatékonyság

A sofőrök intenzív gyorsítás iránti vágya miatt autónk sokkal kevésbé hatékony, mint amennyire lehetne. Talán már észrevette, hogy egy kisebb teljesítményű motorral rendelkező autónak jobb a fogyasztása, mint egy ugyanilyen, erősebb motorral rendelkező autónak. Nézze csak meg a márkakereskedésekben az új autókon kihelyezett információs adatlapokat.

Az a meglepő, hogy a legtöbb dologhoz, amit egy autótól elvárunk, a teljesítményének csak kis százalékát használja. Amikor az autópályán 100 km/h-s sebességgel haladunk, az autó motorjának három dologhoz kell teljesítményt biztosítania:

  • Az autó az úton a levegővel szembeni tolása által okozott légellenállás leküzdése
  • legyőzni az autó alkatrészeinek, például a gumiabroncsoknak, a sebességváltónak, a tengelyeknek és a fékeknek a súrlódását.
  • A tartozékok, például a légkondicionáló, a szervokormány és a fényszórók működtetése.

A legtöbb autó esetében mindehhez kb. 20 lóerőre van szükség. Akkor miért van szükség 200 lóerős autóra? Azért, hogy “padlógázt adhasson”, ami az egyetlen alkalom, amikor ezt a sok erőt használja. Az idő többi részében jóval kevesebb teljesítményt használsz, mint amennyi rendelkezésre áll.

Mikor legjobb a menetteljesítmény?

A hibrid autó legjobb menetteljesítményét akkor érheti el, ha ugyanazokat a vezetési szokásokat alkalmazza, amelyekkel a benzinmotoros autóval is jobb menetteljesítményt ér el:

  • Vezessen lassabban – Az autó légellenállása drámaian megnő, minél gyorsabban hajt. Például a légellenállás 113 km/órás sebességnél körülbelül kétszerese a 81 km/óras sebességnél tapasztaltnak. Tehát a sebesség visszafogása jelentősen növelheti a menetteljesítményt.
  • Tartsa állandó sebességen – Minden egyes alkalommal, amikor felgyorsítja az autót, energiát használ fel, amelynek egy része elpazarolódik, amikor ismét lelassítja az autót. Az állandó sebesség fenntartásával a leghatékonyabban használhatja fel az üzemanyagot.
  • Kerülje a hirtelen megállásokat – Amikor megállítja az autót, a hibrid elektromos motorja generátorként működik, és a lassítás során energiát von el az autóból. Ha több időt ad az elektromos motornak a jármű lelassítására, akkor több energiát tud visszanyerni. Ha gyorsan megáll, az autó fékjei végzik el a lassítás nagy részét, és ez az energia kárba vész. Ugyanez az érvelés érvényes a benzinüzemű autókra is: A hirtelen megállás sok energiát pazarol.
Forrás
  • howsuffworks.com

További írások

Mi a sebességváltó és hogyan működik?

Mi a sebességváltó és hogyan működik?

Sebességváltó – Az autó sebességváltója a jármű egyik legfontosabb alkatrésze. Ez az, ami a motortól a kerekekhez továbbítja a hajtóerőt.

Az autó működése – hogyan működik az autó?

Az autó működése – hogyan működik az autó?

Egy autó több tucat különböző technológiát tartalmaz – a motortól a gumiabroncsokig minden a tervezés és a mérnöki munka sajátos univerzuma.