Comment fonctionne un moteur hybride, les avantages et les inconvénients d'un moteur économique
Teneur
L'émergence des véhicules hybrides est devenue une mesure forcée des constructeurs automobiles dans la transition des moteurs à combustion interne (ICE) aux hydrocarbures vers des centrales électriques plus propres. La technologie n'a pas encore permis la création d'une voiture électrique à part entière, d'une voiture à pile à combustible ou de toute autre parmi une longue liste de directions théoriquement possibles pour le développement du transport autonome, et le besoin a déjà mûri.
Les gouvernements ont commencé à réprimer fortement l'industrie automobile avec des exigences environnementales, et les consommateurs voulaient voir un pas en avant qualitatif, et non une autre amélioration microscopique d'un moteur connu depuis plus d'un siècle sur l'un des produits de raffinage du pétrole.
Quelle voiture est appelée "hybride" ?
L'unité de puissance de l'étage intermédiaire a commencé à être une combinaison d'une conception déjà éprouvée d'un moteur à combustion interne et d'un ou plusieurs moteurs électriques.
La partie électrique de l'engin de traction est alimentée par des groupes électrogènes reliés mécaniquement à un moteur essence ou diesel, des batteries et un système de récupération qui restitue à la propulsion l'énergie dégagée lors du freinage du véhicule.
Tous les nombreux schémas de mise en œuvre pratique de l'idée sont appelés hybrides.
Parfois, les fabricants trompent les clients en appelant des systèmes hybrides où l'entraînement électrique n'est utilisé que pour démarrer le moteur principal en mode start-stop.
Puisqu'il n'y a pas de lien entre les moteurs électriques et les roues et la possibilité de rouler en traction électrique, il est incorrect d'attribuer ces voitures aux hybrides.
Le principe de fonctionnement des moteurs hybrides
Avec toute la variété de conceptions, ces machines ont des caractéristiques communes. Mais les différences sont si grandes d'un point de vue technique qu'il s'agit en fait de voitures différentes avec leurs propres avantages et inconvénients.
Appareil
Chaque hybride comprend :
- moteur à combustion interne avec sa transmission, son réseau d'alimentation basse tension de bord et son réservoir de carburant ;
- moteurs de traction;
- les accumulateurs, le plus souvent à haute tension, constitués de batteries connectées en série et en parallèle ;
- câblage électrique avec commutation haute tension ;
- calculateurs électroniques et ordinateurs de bord.
S'assurant que tous les modes de fonctionnement d'une transmission mécanique et électrique intégrée se produisent généralement automatiquement, seul le contrôle général du trafic est confié au conducteur.
Plans de travail
Il est possible de connecter les composants électriques et mécaniques entre eux de différentes manières; au fil du temps, des schémas spécifiques bien établis et souvent utilisés se sont démarqués.
Ceci ne s'applique pas à la classification ultérieure de l'entraînement selon la part spécifique de la traction électrique dans le bilan énergétique global.
cohérent
Le tout premier schéma, le plus logique, mais désormais peu utilisé dans les voitures.
Sa tâche principale était de travailler dans des équipements lourds, où des composants électriques compacts ont remplacé avec succès la transmission mécanique encombrante, qui est également très difficile à contrôler. Le moteur, généralement un moteur diesel, est chargé exclusivement sur un générateur électrique et n'est pas directement relié aux roues.
Le courant généré par le générateur peut être utilisé pour charger la batterie de traction, et là où il n'est pas fourni, il est envoyé directement aux moteurs électriques.
Il peut y en avoir un ou plusieurs, jusqu'à une installation sur chaque roue d'une voiture selon le principe des roues dites motrices. La quantité de poussée est régulée par l'unité électrique de puissance et le moteur à combustion interne peut fonctionner en permanence dans le mode le plus optimal.
Parallèle
Ce schéma est aujourd'hui le plus courant. Dans celui-ci, le moteur électrique et le moteur à combustion interne fonctionnent pour une transmission commune, et l'électronique régule le rapport optimal de consommation d'énergie par chacun des entraînements. Les deux moteurs sont reliés aux roues.
Le mode récupération est pris en charge, lorsque, lors du freinage, le moteur électrique se transforme en générateur et recharge la batterie de stockage. Pendant un certain temps, la voiture ne peut se déplacer que sur sa charge, le moteur à combustion interne principal est étouffé.
Dans certains cas, une batterie d'une capacité considérable est utilisée, équipée de la possibilité de recharge externe à partir d'un réseau alternatif domestique ou d'une borne de recharge spécialisée.
En général, le rôle des batteries ici est faible. Mais leur commutation est simplifiée, les circuits haute tension dangereux ne sont pas nécessaires ici, et la masse de la batterie est bien inférieure à celle des véhicules électriques.
mixte
En raison du développement de la technologie d'entraînement électrique et de la capacité de stockage, le rôle des moteurs électriques dans la création de l'effort de traction a augmenté, ce qui a conduit à l'émergence des systèmes série-parallèle les plus avancés.
Ici, le démarrage à l'arrêt et le déplacement à basse vitesse sont effectués sur traction électrique, et le moteur à combustion interne n'est connecté que lorsqu'une puissance élevée est requise et lorsque les batteries sont épuisées.
Les deux moteurs peuvent fonctionner en mode entraînement, et une unité électronique bien pensée choisit où et comment diriger les flux d'énergie. Le conducteur peut le suivre sur l'écran d'information graphique.
Un générateur supplémentaire est utilisé, comme dans un circuit en série, qui peut fournir de l'énergie à des moteurs électriques ou charger une batterie. L'énergie de freinage est récupérée par l'inverse du moteur de traction.
C'est ainsi que de nombreux hybrides modernes sont disposés, en particulier l'un des tout premiers et bien connus - Toyota Prius
Comment fonctionne un moteur hybride sur l'exemple de la Toyota Prius
Cette voiture en est maintenant à sa troisième génération et a atteint un certain degré de perfection, bien que les hybrides concurrents continuent d'augmenter la complexité et l'efficacité des conceptions.
La base de l'entraînement est ici le principe de synergie, selon lequel un moteur à combustion interne et un moteur électrique peuvent participer dans n'importe quelle combinaison à la création de couple sur les roues. Le parallélisme de leur travail fournit un mécanisme complexe de type planétaire, où les flux de puissance sont mélangés et transmis par le différentiel aux roues motrices.
Le démarrage et l'accélération du démarrage sont assurés par un moteur électrique. Si l'électronique détermine que ses capacités ne sont pas suffisantes, un moteur à essence économique fonctionnant sur le cycle Atkinson est connecté.
Dans les voitures conventionnelles équipées de moteurs Otto, un tel cycle thermique ne peut pas être utilisé en raison des conditions transitoires. Mais ici ils sont assurés par un moteur électrique.
Le mode ralenti est exclu, si la Toyota Prius démarre automatiquement le moteur à combustion interne, alors on lui trouve immédiatement du travail, pour aider à l'accélération, charger la batterie ou assurer la climatisation.
Ayant constamment une charge et travaillant à une vitesse optimale, il minimise la consommation d'essence, étant au point le plus avantageux de sa caractéristique de vitesse externe.
Il n'y a pas de démarreur traditionnel, car un tel moteur ne peut être démarré qu'en le faisant tourner à une vitesse significative, ce que fait un générateur réversible.
Les batteries ont des capacités et des tensions différentes, dans la version rechargeable la plus complexe du PHV, celles-ci sont déjà assez courantes pour les véhicules électriques 350 volts à 25 Ah.
Avantages et inconvénients des hybrides
Comme tout compromis, les hybrides sont inférieurs aux véhicules électriques purs et aux habituels classiques à essence.
Mais en même temps, ils donnent un gain dans un certain nombre de propriétés, pour quelqu'un agissant comme les principaux :
- simplification des moyens de lutte contre les émissions nocives des moteurs à combustion interne ;
- réaliser une certaine économie de carburant, cependant contestée ;
- la possibilité de se déplacer en traction électrique pure lorsque l'utilisation de moteurs à combustion interne est interdite ;
- une augmentation assez simple de la capacité déclarée ;
- l'impossibilité, contrairement à une voiture électrique, de rester sans énergie loin du réseau électrique.
Tous les inconvénients sont associés à la complication de la technologie:
- le besoin de personnel compétent spécialement formé pour travailler avec des hybrides;
- une augmentation de la masse du véhicule, qui consomme également du carburant ;
- prix plus élevé de la voiture;
- perte pour les véhicules électriques due à la préservation du moteur à combustion interne et de tout ce qui s'y rapporte ;
- des technologies encore insuffisamment développées et l'absence d'une approche unifiée du design ;
- mauvais respect de l'environnement dans la production des batteries et leur élimination.
Il est possible que la production d'hybrides se poursuive après la disparition complète des voitures classiques.
Mais cela n'arrivera que si un seul moteur à carburant hydrocarbure compact, économique et bien maîtrisé est créé, ce qui sera un bon complément à la voiture électrique du futur, augmentant considérablement son autonomie encore insuffisante.
