Ο εναλλάκτης και η μίζα στα υβριδικά οχήματα
Τα αυτοκίνητα με υβριδικά συστήματα μετάδοσης κίνησης εμφανίστηκαν από τις αρχές του 20ού αιώνα. Αυτές οι αξιόλογες προσπάθειες κατασκευής οχημάτων με κίνηση, έδειξαν πως μελλοντικά περιμένει την αυτοκινητοβιομηχανία ένα μεγάλο τεχνολογικό άλμα.
Σήμερα, η προσφορά υβριδικών οχημάτων με διάφορες μονάδες κίνησης είναι ευρεία. Είναι διαφορετική επίσης η προσέγγιση στο θέμα παρουσίας και ύπαρξης τους και ο ρόλος που θα παίξουν στους κινητήρες οι εναλλάκτες και οι μίζες.
Όμως μπορούμε όσον αφορά τους υβριδικούς κινητήρες, να αναφερόμαστε ακόμα σε αυτά τα εξαρτήματα όπως τα γνωρίζαμε στις προηγούμενες γενιές των κινητήρων;
Η αυτοκινητοβιομηχανία αναπτύσσεται πολύ δυναμικά, όσο αφορά τους χρήστες των επιβατικών οχημάτων αλλά και των επαγγελματικών. Επίσης οι μηχανικοί πρέπει να διευρύνουν τις γνώσεις τους και να επενδύουν στον εξοπλισμό των συνεργείων τους, ώστε να μπορούν να εξυπηρετούν όλο και μεγαλύτερο αριθμό αυτοκινήτων με υβριδικά και ηλεκτρικά συστήματα μετάδοσης κίνησης.
Η επιλογή των υβριδικών οχημάτων είναι πολύ μεγάλη. Από τα λιγότερο εξελιγμένα έως στα πιο σύνθετα, ο χρήστης είναι αυτός που αποφασίζει εάν θα επιλέξει ηλεκτροκίνηση ή εσωτερική καύση. Ανάλογα με την επιλογή του κινητήρα, αλλάζει και η λειτουργία του εναλλάκτη και της μίζας.
Ο εναλλάκτης είναι αλλιώς η γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος, που χρησιμεύει στη μεταβολή της μηχανικής ενέργειας σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Σε αυτόν, το ρεύμα παράγεται στις ακίνητες περιελίξεις του στάτορα, από το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στροφέα και εφαρμόζεται βασικά ως η πηγή του ηλεκτρικού ρεύματος στα μηχανοκίνητα οχήματα. Η μίζα είναι ο μηχανισμός που χρησιμεύει στην εκκίνηση του κινητήρα καύσης και οι συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες είναι οι ηλεκτρικές.
Η ηλεκτρική μίζα είναι ο κινητήρας του συνεχούς ρεύματος, που χρησιμεύει στην περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα του κινητήρα και του αποδίδει την κατάλληλη ταχύτητα περιστροφής, κατά την οποία ο κινητήρας μπορεί να ξεκινήσει την ανεξάρτητη λειτουργiα του. Η ηλεκτρική μίζα είναι ο λήπτης που καταναλώνει την περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από τη μπαταρία, αλλά μόνο για μικρά χρονικά διαστήματα, κατά την εκκίνηση του κινητήρα.
Υβριδικά: μικρά, ήπια και πλήρη
Μπορεί να ξεχωρίσουμε μερικά υβριδικά οχήματα από την άποψη της προοδευτικής τάξης μεγέθους.
– Μικρό υβριδικά (Micro Hybrid): Ο ηλεκτρικός κινητήρας λειτουργεί ως μίζα ή εναλλάκτης και δεν τροφοδοτεί άμεσα το αυτοκίνητο.
– Ήπια υβριδικά (Mild Hybrid): Ο ηλεκτρικός κινητήρας υποβοηθά τον κινητήρα καύσης, π.χ. κατά τη διαδικασία της επιτάχυνσης.
– Πλήρη υβριδικά (Full Hybrid): Ο ηλεκτρικός κινητήρας υποβοηθά τον κυρίως κινητήρα, ενώ μπορεί ανεξάρτητα να θέτει σε κίνηση το αυτοκίνητο.
Υβριδικά σειριακά, παράλληλα και μεικτά
Λόγω της σύνδεσης της καύσης και των ηλεκτρικών μονάδων, ξεχωρίζουμε τα υβριδικά σε:
– Σειριακά: Ο κινητήρας καύσης έχει μικρή ισχύ και το καθήκον του είναι αποκλειστικά, η υποστήριξη της γεννήτριας (δηλαδή του συνδυασμού εναλλάκτη με τη μίζα).
– Παράλληλα: Ο ηλεκτρικός κινητήρας βοηθά τον κινητήρα καύσης, ο οποίος συνδέεται μηχανικά με τους τροχούς. Το σύστημα μπορεί να έχει ένα ή δύο συμπλέκτες και διαχωρισμένους άξονες.
– Μεικτά: Ο συνδυασμός των παραπάνω συστημάτων.
Σύστημα μίζας-εναλλάκτη
Τα υβριδικά οχήματα διαθέτουν ολοκληρωμένα κυκλώματα μίζας-εναλλάκτη (Integrated Starter Alternator – ISA). Αυτά μεταξύ άλλων, πραγματοποιούν την ανάκτηση ενέργειας κατά το φρενάρισμα (πέδηση με ανάκτηση), την ενεργοποίηση του συστήματος START/STOP ή υποστήριξη της εργασίας του κύριου κινητήρα κατά την εκκίνηση, την αύξηση της ισχύος και την επιτάχυνση. Επίσης επιτρέπουν την τροφοδότηση πρόσθετων συστημάτων, όπως το ηλεκτρικό τιμόνι και ο κλιματισμός. Οι πιο σύγχρονοι συνδεδεμένοι μίζες-εναλλάκτες και StARS ελέγχονται ψηφιακά με τη βοήθεια των πρωτοκόλλων επικοινωνίας του τύπου LIN ή BSS.
Η εφαρμογή των υβριδικών συστημάτων δείχνει, πόσο μακριά έχουμε φθάσει τεχνολογικά και πόσο λίγο χρειάζεται, ώστε οι κινητήρες εσωτερικής καύσης να αντικατασταθούν πλήρως από τους ηλεκτρικούς.
Βέβαια θα είναι σίγουρα σημαντικό, να αυξηθεί η ποσότητα της αποθηκευμένης ενέργειας (το θέμα των στοιχείων συσσωρευτών) ή η ταχύτητα φόρτισης. Η υποδομή πλούσια σε πηγές ενέργειας με ελεύθερη πρόσβαση είναι επίσης σημαντική. Αναμένεται ότι η χρήση του ενσωματωμένου συστήματος εκκίνησης – εναλλάκτη θα αλλάξει με ένα πιο σύγχρονο σύστημα και θα αντικατασταθεί εντελώς από τους μηχανισμούς μετάδοσης κίνησης που γνωρίζουμε μέχρι τώρα.
