De benzine-elektrische hybride auto is net dat, een kruising tussen een benzine aangedreven auto en een elektrisch aangedreven auto.

Transcriptie

1 Praktische-opdracht door een scholier 3785 woorden 17 juni ,5 225 keer beoordeeld Vak ANW Inleiding Ben je de laatste tijd nog gaan tanken en ben je geschrokken van de hoge brandstof prijzen? Wanneer de pomp voorbij de 20 of 30 euro kwam heb je misschien gedacht om de SUV te veranderen in een betere kilometer prijs. Of misschien maakte je je zorgen over de bijdrage van je auto aan het broeikaseffect. Of misschien wilde je gewoon de coolste auto van je blok hebben. De auto industrie heeft nu de technologie die op al deze behoeften een antwoord heeft. Het is de hybride auto, en enkele merken verkopen hun auto's al. Je bent mogelijk al op de hoogte van hybride auto's omdat het veel in het nieuws is geweest. De meeste merken hebben al plannen om hun eigen versies te maken, de verwachtingen zijn dat er al enkele dit jaar op de markt komen. Hoe werkt een hybride auto? Wat zit er onder de motorkap dat je zoveel zuiniger dan de gewone auto's rijdt? En vervuild het minder omdat de opbrengst per liter benzine zoveel beter is? In komende tekst vertellen we je hoe deze verbazingwekkende technologie werkt. We laten zien wat er gebeurd in de Toyota en Honda Hybriden, en we geven zelfs adviezen hoe je met maximale efficiëntie kan rijden! Wat maakt het een Hybride? Elk voertuig is een hybride wanneer het gebruik maakt van twee of meer energie bronnen. In feite, hebben veel mensen mogelijk op enig moment een hybride bezeten. Bijvoorbeeld, een snorfiets is een hybride omdat het de kracht van een motor combineert met de pedaalkracht van de berijder. Hybride voertuigen zijn overal om ons heen. Veel diesellocomotieven die treinen voorttrekken zijn dieselelektrische hybriden. In Amerikaanse steden als Seattle zijn al jaren diesel-elektrische bussen in gebruik, deze rijden op de stroom uit een bovenleiding, maar als deze er niet is gaat ze over op een diesel motor. Gigantische mijntrucks zijn over het algemeen ook diesel-elektrische hybriden. En duikboten zijn ook hybriden ofwel diesel-elektrisch ofwel nucleair-elektrisch. Elk voertuig dat twee of meer energiebronnen gebruikt die direct of indirect voor de voorstuwing zorgen is een hybride. De benzine-elektrische hybride auto is net dat, een kruising tussen een benzine aangedreven auto en een elektrisch aangedreven auto. Hybride opbouw Pagina 1 van 8

2 Je kan de twee energiebronnen in de hybride auto op verschillende manieren combineren. Een manier, bekend als de parallelle hybride, heeft een benzine tank, welke benzine levert aan de verbrandingsmotor. Maar het heeft ook een set accu's die energie leveren aan een elektrische motor. Beide motoren kunnen de overbrenging aandrijven, op het zelfde moment, de overbrenging drijft op zijn beurt de wielen weer aan. Daar tegenover staat een serie hybriden waarbij de verbrandingsmotor een generator aandrijft. Deze generator kan zijn energie opslaan in accu's en een elektromotor aandrijven. Deze elektromotor drijft vervolgens de overbrenging aan, en deze drijft de wielen aan. De verbrandingsmotor drijft met dit principe dus nooit rechtstreeks de wielen aan. Laten we nu eens gaan kijken naar de individuele onderdelen van de hybride auto Hybride auto's bestaan uit de volgende onderdelen: Verbrandingsmotor - De hybride auto heeft een verbrandingsmotor die veel lijkt op de motor uit een gewone auto. De motor van een hybride auto is echter kleiner en gebruikt geavanceerde technieken om de uitstoot te verminderen en de efficiency te verbeteren. Brandstoftank de benzine tank is de energie opslag voor de verbrandingsmotor. Benzine heeft een veel hogere energie dichtheid dan dat accu's hebben. Het vergt bijvoorbeeld 1000 Kilo accu's om evenveel energie op te slaan als 4 Kilo benzine. Elektrische motor De elektrische motor van een hybride auto is erg slim. Vergevorderde elektronica zorgen ervoor dat het zowel als een motor en een dynamo kan fungeren. Zo kan het bijvoorbeeld, als dat nodig is, energie uit de accu's halen om te accelereren. Maar wanneer het als een generator gebruikt wordt, kan het de auto vertragen en weer energie opslaan in de accu's. Generator - De generator lijkt op een elektrische motor, maar dient alleen maar om stroom op te wekken. Het wordt bij de meeste hybriden gebruikt. Accu's De accu's van een hybride auto zijn het opslag medium van de elektrische motor. Anders dan de benzine in een brandstoftank, die alleen een ontbrandingsmotor van kracht kan voorzien, kan de elektrische motor in een hybride auto evenals energie in de accu's stoppen er ook energie uit halen. Overbrenging de overbrenging bij een hybride auto werkt op dezelfde manier als de overbrenging in een normale auto. Sommige hybriden, zoals de Honda Insight hebben normalen overbrengingen, andere zoals de Toyota Prius hebben aanzienlijk andere overbrengingen, hier zullen we het later nog over hebben. Waarom zou je zo'n ingewikkelde auto bouwen? Je kunt je misschien afvragen waarom iemand zo'n ingewikkelde machine bouwt wanneer de meeste mensen hartstikke blij zijn met hun brandstof aangedreven auto's. hier zijn twee redenen voor: om de uitstoot van uitlaat gassen te verminderen en om verder te kunnen rijden op minder brandstof. Deze doelen zijn echter sterk met elkaar verbonden. De uitstoot regels leggen op hoeveel uitstoot er van elke uitlaatgas mag zijn. De hoeveelheid is meestal gespecificeerd in gram per kilometer. De hoofdzaak is dat de hoeveelheid toegestane vervuiling niet gebaseerd is op de afstand die je auto aflegt. Maar een auto die twee keer zoveel brandstof verbrand om een kilometer af te leggen zal gemiddeld twee keer zoveel vervuiling uitstoten. Die vervuiling zal door filters in de uitlaat verwijderd Pagina 2 van 8

3 moeten worden. Dus het brandstofverbruik van de auto terugbrengen is een van de duidelijkste manieren om de uitstoot tegen te gaan. Koolstof dioxide (CO2) is een ander type van vervuiling dat een auto produceert. De overheid legt het niet aan banden, maar wetenschappers vermoeden dat het ook bijdraagt aan de opwarming van de aarde. Omdat de overheid het niet aan banden legt, heeft de auto geen filters om de CO2 uit de uitlaatgassen te filteren, dus een auto stoot dubbel zoveel CO2 uit als nodig is. Makers van auto's in de V.S. hebben een ander sterk motief om de auto's verder te kunnen rijden op minder brandstof. De wet verplicht ze dat de gemiddelde uitstoot van alle nieuwe auto's verkocht door de maker van een auto 8,55 liter per 100 km. zijn. Dat betekend dat als ze een hybride auto verkopen die een uitstoot heeft van 3,92 liter per 100 km., ze vier dure luxe auto's met een uitstoot van 11,76 liter per 100 km. mogen verkopen. De evolutie van de Hybriden De hybride is een compromis. Het vergroot het aantal kilometers per liter uitstoot enorm zonder de tekortkomingen van een geheel elektrische auto. De problemen van een benzine aangedreven auto. Om nuttig te zijn voor jou of mij moet een auto aan enkele eisen voldoen: - Hij moet op zijn minst 500 km rijden zonder bijtanken. - hij moet snel en gemakkelijk bijgetankt kunnen worden - het andere wegverkeer bij kunnen houden Een benzineauto voldoet aan al deze eisen maar hij produceert een relatief grote hoeveelheid vervuiling, en het aantal kilometers per liter uitstoot valt ook tegen. De tegenhanger, de elektrische auto, produceert haast geen vervuiling, Maar de nadelen hierbij zijn dat hij om de 80 tot 150 kilometer van nieuwe energie moet worden voorzien, hij redelijk traag is en hij lastig bij te tanken is. De wens van de bestuurder om snel op te trekken maakt onze auto's nog inefficiënter dan mogelijk zou zijn.je hebt misschien gemerkt dat een auto met een minder sterke motor een lager gasverbruik heeft dan eenzelfde auto met een sterkere motor. Kijk naar de raamstickers bij de dealer voor een stads en snelweg benzine-verbruiks-vergelijking. Het verbazingwekkende ding is dat de auto bij gewoon gebruik maar een heel klein deel van zijn paardenkrachten gebruiken. Als je op de snelweg rijd met 100 km/h dan moet je motor zorgen voor de kracht voor drie dingen: - de luchtwrijving veroorzaakt door het rijden overbruggen. - De wrijving van de auto overwinnen (banden, overbrenging, remmen en assen) - Energie opwekken voor accessoires zoals airconditioning, stuurbekrachtiging, radio enz. Voor de meeste auto's is voor het uitvoeren van deze taken maar 20 pk nodig. Dus waarom heeft een auto dan 200 pk nodig? Kleinere motoren zijn efficiënter De meeste auto's hebben een relatief grote motor om genoeg kracht in huis te hebben om snel te kunnen Pagina 3 van 8

4 optrekken. Bij een kleinere motor zou de efficiëntie beter worden benut door lichtere onderdelen te gebruiken en de motor van minder cilinders te voorzien en door de motor beter voor zijn maximale belasting te berekenen. Er zijn enkele redenen waarom kleinere motoren efficiënter zijn dan grote motoren: - de grote motor is in verhouding zwaarder dan de kleine motor - De zuigers en de andere interne onderdelen zijn zwaarder, en vergen dus meer energie om elke keer op en neer te gaan. - De verplaatsing van de zuigers is groter dus er is meer brandstof nodig in elke cilinder. - Grotere motoren hebben over het algemeen meer cilinders,en elke cilinder gebruikt elke keer dat de motor ontsteekt brandstof, zelfs als de auto stilstaat. Dit verklaard waarom twee auto's van hetzelfde model een verschillend verbruik per km hebben. Als de beide auto's over de snelweg rijden met dezelfde snelheid zal de gene met de kleinste motor het minste energie gebruiken. Beide motoren moeten dezelfde kracht leveren om de auto te laten rijden maar de kleinere motor heeft minder kracht nodig om zichzelf voort te bewegen. Hybride prestaties Het belangrijkste van een hybride auto is dat de motor een stuk kleiner kan zijn dan bij een conventionele auto en daardoor een stuk efficiënter is. Maar hoe kan deze kleiner motor de kracht leveren om met de krachtigere auto's te wedijveren? Laten we een auto als de Chevy Camaro, met zijn V-8 motor eens vergelijken, met onze hybride met zijn kleine brandstof motor en zijn elektrische motor. De motor van de Camaro heeft meer dan genoeg kracht om elke situatie aan te kunnen. De motor van de Hybride auto is sterk genoeg om de auto over de snelweg te verplaatsen, maar wanneer men in een file staat of een steile helling op moet heeft de motor hulp nodig. Die hulp komt van de elektrische motor en de accu, dit systeem komt pas in actie als er meer kracht nodig is. De verbrandingsmotor op een conventionele auto is berekend op de maximaal benodigde kracht te kunnen leveren (op die momenten dat je het gas pedaal helemaal intrapt. In feite gebruiken de meeste bestuurders het piek vermogen van hun motor minder dan 1 procent van de tijd. De hybride auto gebruikt een veel kleinere motor, eentje die is berekend op het gemiddelde verbruik en niet op het piek verbruik. Hybride efficientie Behalve een kleinere, efficiëntere motor, gebruiken de huidige hybride auto's vele andere trucks om het brandstof verbruik terug te dringen. Enkele hiervan helpen bij elke auto, andere alleen bij de hybride auto. Om op elke liter benzine te sparen kan een hybride auto: - energie opvangen en het opslaan in zijn accu wanneer je het rempedaal intrapt haal je energie van de auto. Hoe sneller een auto gaat, hoe meer kinetische energie hij heeft. De remmen van een auto verwijderen deze energie en zetten het om in warmte. Een hybride auto kan wat van deze energie opvangen en het opslaan in de accu om het later te gebruiken hij doet dit door "regeneratieve afremming" Pagina 4 van 8

5 Dat is in plaats van enkel de remmen te gebruiken om de auto te stoppen, gebruik maken van de elektrische motor die normaliter de auto aandrijft kan de auto ook afremmen. Op deze manier werkt de motor als een generator die de accu's vult terwijl de auto afremt. - Soms de motor uitzetten Een hybride auto hoeft niet altijd terug te vallen op een verbrandingsmotor omdat het een alternatieve energiebron heeft (de elektrische motor en de accu's). Dus de hybride auto kan soms de verbrandingsmotor uitzetten, bijvoorbeeld bij een rood stoplicht - Gebruik maken van aërodynamica om luchtwrijving te verminderen Als je op de snelweg rijdt, gaat de meeste energie die de motor levert in het duwen van de auto door de lucht zitten. Deze luchtwrijving kan op een aantal manieren vermindert worden. Een manier is om het frontale oppervlak terug te brengen (fig 5). Denk maar eens aan een grote vrachtwagen in vergelijk met een kleine sportauto. Een andere manier is om de luchtwervelingen rond de auto terug te brengen. Dit door uitstekende delen te verwijderen of glad af te werken, bijvoorbeeld bij spiegels. - Gebruik lage rolwrijvings-banden de banden van de meeste auto's zijn geoptimaliseerd om een trilvrij, minimum aan geluid en goede grip te geven in verschillende weersomstandigheden. Maar gek genoeg niet geoptimaliseerd voor efficiëntie. In feite zorgen de banden voor een verbazingwekkende hoeveelheid wrijving tijdens het rijden. Hybride auto's gebruiken speciale banden die stugger zijn en harder worden opgepompt dan een normale band. Het gevolg is dat ze maar de helft van de wrijving als van een normale band. Gebruik maken van lichtgewicht materialen het terugbrengen van het totale gewicht is een simpele manier om de efficiëntie te verbeteren. Een lichtere auto gebruikt minder energie elke keer dat je optrekt of een heuvel oprijdt. Composiet materialen als Koolstof fiber of lichtgewicht metalen als aluminium en magnesium kunnen gebruikt worden om het gewicht terug te brengen. Wat is er nu beschikbaar op de markt. In de VS zijn op dit moment drie verschillende auto s beschikbaar. De Honda Civic Hybrid, de Honda Insight en de Toyota prius. We zullen de laatste twee bespreken, ondanks dat het allebei hybride auto s zijn, zijn ze toch verschillend in karakter. De Honda Insight s prijs begint rond de , en de Toyota Prius rond Beide auto s hebben een benzine motor, en elektrische motor en batterijen, maar daar hou de gelijkenis ook op. De Honda Insight, die in begin 2000 werd geïntroduceerd in de VS, is ontworpen om het best mogelijke verbruik te krijgen. Honda gebruikte elke truc die er maar is om de auto zo efficiënt mogelijk te maken. De Insight is een lichtgewichte tweezitter met een kleine efficiënte gas motor. De Toyota Prius, die uitkwam in Japan op het einde van 1997, is ontworpen om de uitstoot in stedelijke gebieden te verminderen. Het is een vierdeurs sedan met een vijf man capaciteit, en deze super auto kan puur op de elektrische motor een snelheid halen van 24 kilometer per uur. De Prius was geëerd als de auto van het jaar 2004 in de VS. Binnenkort verkrijgbaar. In de laatste vier jaar, zijn meer dan hybride voortuigen verkocht in de VS. (De Toyota en de Honda waren markt leider.) Ook al is dit geen groot percentage van de meer als 17 miljoen nieuwe auto s en trucks die jaarlijks in de VS worden verkocht, is het wel een motivatie voor andere autofabrikanten om een hybride wagen te produceren. Analisten suggereren dat de markt dit jaar alleen de verkopen van de Pagina 5 van 8

6 laatste vier jaar bij elkaar opgeteld kan halen. Hiernaast staat de hybride elektrische versie van de Daimler-Crysler s Dodge Ram pick up. Recentelijk is in het blad contractor special geschreven dat deze pick up truck 15% beter met de brandstof efficiëntie om gaat, Lagere uitstoot heeft en beter presteerd dan de conventionele Ram. Hieronder hebben we nog een aantal fabrikanten staan met jaartallen waarop zij een hybride wagen gaan uitbrengen. Fabrikanten Model Jaar van uitgave Daimler-Chrysler Dodge Ram 2005 Daimler-Chrysler Mercedes S-class 2006 Ford Escape 2005 General Motors Chevy Equinox 2006 General Motors Chevy Silverado 2005 General Motors GMC-Sierra 2005 General Motors Saturn-VUE 2005 Lexus RX Hybrid SUV 2005 Toyota Highlander 2005 Laten we nu gaan kijken hoe de Insight en de Prius werken. De Honda Insight. De eigenschappen van deze auto zijn ook bekend. Onder de motorkap zit een 1.0 drie cilinder motor met een capaciteit van 67 pk. Aan de motor op de plek waar normaal het vliegwiel zit, zit nu een magnetische elektromotor die constant draait en kan zorgen voor een extra 13 pk mocht dat nodig zijn. Normaal met de elektromotor aan komen er 6 pk bij tot de 73. Dit levert een toerental op van toeren per minuut. Samen met de elektromotor kan de Honda optrekken van 0 naar 100 kilometer per uur in iets meer dan elf seconden. Hiernaast zit ook een versnellingsbak met vijf versnellingen. Er is ook een CVT (Continuously Variable Transmission) systeem beschikbaar voor mensen die niet graag schakelen of liever een automaat hebben. Ook zitten er achter in de wagen een grootstel batterijen die tijdens het rijden worden opgeladen. Als die eenmaal vol zitten is dat goed voor een paar fikse acceleraties. Omdat de batterijen constant worden opgeladen door een dynamo blijft dit systeem altijd van toepassingen. De batterijen geven dan de energie door aan de elektromotor die voor de acceleratie zorgt. Omdat de auto zelf zorgt voor de energie voor de batterijen hoef je niet met je auto naar een stopcontact te gaan of iets dergelijks. Maar wat doet die elektromotor eigenlijk. Deze helpt de gewone motor op verschillende manieren. Hij kan de benzine motor helpen, dit zorgt voor extra power bij het accelereren of een heuvel op rijden. Ook vangt de elektromotor een deel van de energie op die bij het remmen vrijkomt. Ook start de elektromotor de gewone motor waardoor er geen starter meer nodig is. Helaas kan de elektromotor de auto niet uit zichzelf voortdrijven. Insight s brandstof efficiëntie Omdat de Insight was ontworpen om het verbruik zo laag mogelijk te krijgen, gebruikte Honda al de truc hierboven beschreven van de elektromotor. Maar er zijn nog meer dingen van toepassing. Het gewicht van Pagina 6 van 8

7 de auto is gereduceerd. Het is al een kleine auto, maar met een lichtgewicht aluminium lichaam wordt de hele auto een stuk lichter. Door de auto lichter te maken kon Honda gebruik maken van een lichtere motor en nog steeds dezelfde prestatie hebben. De Insight weegt namelijk minder dan 860 kg. Dat is 227kg minder dan de normale Honda civic. Doordat de elektromotor aan de krukas is verbonden draait de zuiger in de cilinder van de benzine motor sneller door. De explosie die de zuiger weer naar beneden moet duwen hoeft dus minder krachtig te zijn. Zo kun je de motor goed afstellen op een zo laag mogelijk brandstof verbruik. Ook gebruikt de Honda bij deze auto geavanceerde aërodynamica. De auto is ontworpen volgens de klassieke druppelvorm: de achterkant van de auto is smaller dan de voorkant. De achterbanden zijn bedekt met plaatwerk om het geheel gladder te laten zijn. Ook zitten er om sommige onderdelen onder de auto een plastic paneel om ook bij te dragen aan de verkleining van de luchtweerstand.deze aanpassingen resulteren in een meer gestroomlijnde auto. Op de volgende pagina staat een tabel met vormen met een aantal vormen van figuren met daarbij de Cd waarde die uit de luchtweerstands formule komt. De Honda Insight heeft een Cd waarde van Dit geeft aan dat het stroomlijnen helpt. Het rijden van de Honda Insight. De Insight verschilt niet zo veel van andere auto s als je ze gaat vergelijken op het besturen. Als je accelereert doet de gewone motor het meeste werk. Als je in een keer heel snel optrekt zal de elektromotor gaan werken. Dit zorgt dat de gewone motor een extra push krijgt en dus zorgt voor een beetje extra power. Als je over de snelweg rijd, dan doet de normale motor ook al het werk. Maar als je langzamer gaat rijden bijvoorbeeld in een stedelijk gebied, dan werkt de elektromotor. Wat wel opvalt bijj deze wagen is het geval dat de energie die bij het remmen ontstaat alleen kan worden overgedragen naar de elektromotor als de auto in een versnelling staat. De Toyota Prius Een van de hoofd doelen van de Toyota Prius was het verhogen van de ontwikkeling in het stedelijk rijden. Om dit te bereiken, heeft Toyota een parallel hybride powertrain systeem ontworpen. Dit zorgt voor meer voordelen bij de auto. Niet zoals de Honda, heeft Toyota zich grotendeels gericht op de powertrain om hun verbruik per kilometer te verlagen. De Prius weegt 1255 kilogram en heeft evenveel ruimte en kofferbak grote als de Toyota Corolla. Efficiëntie en verminderde uitstoot. De Prius vertrouwd op twee eigenschappen om de efficiëntie te optimaliseren en de uitstoot te verminderen. De motor draait alleen op een efficiënte snelheid. Om de uitstoot te verminderen, Kan de Prius accelereren tot een snelheid van 24 kilometer per uur voordat de benzine motor wordt ingeschakeld. De motor start alleen als het voortuig een bepaalde snelhei is gepasseerd. En wanneer de motor werkt, werkt deze in een smalle snelheids band. Pagina 7 van 8

8 Het gebruikt een uniek power split device. Omdat benzine motoren afgesteld kunnen worden op een efficiënte snelheid kan het power split device zorgen dat ze op een constante snelheid blijven draaien. Dit zullen we later nog uitleggen.toyota heeft de 1.5 liter motor ontworpen op een maximum snelheid van 4500 toeren per minuut waar het zorgt voor 70 pk. Wanneer je de maximum snelhei van de motor laag houdt, kun je lichtere materialen gebruiken wat samen weer bijdraagt tot en hogere efficiëntie. De elektromotor van de Prius kan 44 pk halen met een toerental tussen de 1040 en 5600 toeren per minuut variërend. Het power split device. Het power split device is het centrum van de Toyota Prius. Dit is een slimme versnellingsbak die de benzine motor, generator en de elektromotor aan elkaar linkt. Dit zorgt ervoor dat de auto kan opereren als een parallelle hybride. De elektromotor kan de auto vanuit zichzelf voortbewegen, de benzine motor kan de auto voortbewegen maar een combinatie van beide is ook mogelijk. Het power split device kan de auto ook laten werken als een serie hybride voertuig. De benzine motor kan onafhankelijk van de snelheid van het voertuig werken, de batterijen opladen of de wielen laten draaien. Het werkt ook als een constante variabele versnelling (CVT), wat ervoor zorgt dat je geen handmatige of automatische versnelling meer nodig hebt. Ook laat het power split device de generator de motor starten. Waardoor je geen starter meer nodig hebt. Het rijden van de Toyota Prius. Wanneer je accelereert, zal in het begin de elektromotor en de batterijen alle power leveren. Zogauw je de juiste snelheid van 24 kilometer per uur hebt bereikt springt de benzine motor bij. Dit allemaal door de uitvinding van het power split device. Wanneer de benzine motor aanslaat en constant draait veranderd de generator de snelheid om die te passen aan de elektromotor. Net als de Honda Insight heeft de Prius geen oplaadpunt nodig. Het onderhoud van de hybride. Beide de Honda en de Toyota hebben lange garanties op hun hybride systemen. De Insight heeft een achtjaar/ kilometer garantie op het meeste van de hardware. Inclusief de batterijen en een drie jaar/58000 kilometer garantie op de rest van de auto. De Prius heeft ook eenzelfde garantie alleen gaat de garantie kilometer meer mee. De motoren en batterijen in deze auto s hebben geen onderhoud nodig in een hele lange tijd. De benzine motor kan gewoon behandeld worden als een gewone benzine motor in een normale auto. Het is wel zo dat als de batterijen kapot gaan na het verloop van de garantie het vele duizenden euro s gaat kosten voor vervanging. Tips voor zuinig rijden. Rijd langzamer. De luchtweerstand is relatief minder bij een lagere snelheid. Houd een constante snelheid. Elke keer al je het gaspedaal induwt gebruik je energie die je beter kunt gebruiken. Vermijd abrupte stoppen. Met snel remmen gaat veel te veel energie in de warmte van de banden op. Pagina 8 van 8