نحوه عملکرد یک موتور هیبریدی، مزایا و معایب یک موتور اقتصادی
مقدار
ظهور وسایل نقلیه هیبریدی به معیار اجباری خودروسازان در انتقال از موتورهای احتراق داخلی (ICE) با سوخت های هیدروکربنی به نیروگاه های پاک تر تبدیل شده است. فناوری هنوز اجازه ایجاد یک ماشین الکتریکی تمام عیار، یک خودروی پیل سوختی یا هر چیز دیگری را از فهرست بزرگی از جهت‌های تئوری ممکن برای توسعه حمل‌ونقل خودمختار نداده است و نیاز قبلاً بالغ شده است.
دولت‌ها با الزامات زیست‌محیطی به شدت صنایع خودروسازی را تحت فشار قرار دادند و مصرف‌کنندگان می‌خواستند یک گام کیفی رو به جلو ببینند، نه بهبود میکروسکوپی دیگری از موتوری که بیش از یک قرن در یکی از محصولات پالایش نفت شناخته شده بود.
به کدام خودرو «هیبریدی» می گویند
واحد قدرت مرحله میانی شروع به ترکیبی از طراحی قبلاً اثبات شده یک موتور احتراق داخلی و یک یا چند موتور الکتریکی کرد.
بخش الکتریکی واحد کشش توسط ژنراتورهایی که به طور مکانیکی به یک موتور گازی یا موتور دیزلی، باتری‌ها و یک سیستم بازیابی متصل هستند، نیرو می‌گیرد که انرژی آزاد شده در هنگام ترمز خودرو را به درایو باز می‌گرداند.
تمام طرح های متعدد برای اجرای عملی این ایده ترکیبی نامیده می شوند.
گاهی اوقات سازندگان با فراخوانی سیستم‌های هیبریدی که در آن درایو الکتریکی فقط برای راه‌اندازی موتور اصلی در حالت استارت-استاپ استفاده می‌شود، مشتریان را گمراه می‌کنند.
از آنجایی که هیچ ارتباطی بین موتورهای الکتریکی و چرخ ها و امکان رانندگی با کشش الکتریکی وجود ندارد، نسبت دادن چنین خودروهایی به خودروهای هیبریدی نادرست است.
اصل کارکرد موتورهای هیبریدی
با همه طرح های متنوع، چنین ماشین هایی دارای ویژگی های مشترک هستند. اما تفاوت ها از نظر فنی آنقدر زیاد است که در واقع خودروهای متفاوتی هستند که مزایا و معایب خاص خود را دارند.
دستگاه
هر هیبرید شامل:
- موتور احتراق داخلی با گیربکس، شبکه منبع تغذیه کم ولتاژ داخلی و مخزن سوخت.
- موتورهای کششی؛
- باتری های ذخیره سازی، اغلب با ولتاژ بالا، متشکل از باتری هایی که به صورت سری و موازی متصل می شوند.
- سیم کشی برق با سوئیچینگ ولتاژ بالا؛
- واحدهای کنترل الکترونیکی و رایانه های داخلی.
اطمینان از اینکه همه حالت های عملکرد یک انتقال مکانیکی و الکتریکی یکپارچه معمولاً به طور خودکار اتفاق می افتد، فقط کنترل عمومی ترافیک به راننده سپرده می شود.
طرح های کاری
اتصال اجزای الکتریکی و مکانیکی به یکدیگر به روش‌های مختلف امکان‌پذیر است؛ با گذشت زمان، طرح‌های خاص و اغلب مورد استفاده به خوبی تثبیت شده‌اند.
این در طبقه بندی بعدی درایو بر اساس سهم خاص کشش الکتریکی در تراز کلی انرژی اعمال نمی شود.
استوار
اولین طرح، منطقی ترین، اما در حال حاضر کمتر در اتومبیل استفاده می شود.
وظیفه اصلی آن کار در تجهیزات سنگین بود، جایی که اجزای الکتریکی فشرده با موفقیت جایگزین یک گیربکس مکانیکی حجیم شده است، که کنترل آن نیز بسیار دشوار است. این موتور که معمولاً یک موتور دیزلی است، منحصراً روی یک ژنراتور الکتریکی بارگیری می شود و مستقیماً به چرخ ها متصل نیست.
جریان تولید شده توسط ژنراتور می تواند برای شارژ باتری کششی استفاده شود و در جایی که تامین نمی شود مستقیماً به موتورهای الکتریکی ارسال می شود.
می تواند یک یا چند مورد از آنها وجود داشته باشد، تا نصب بر روی هر چرخ خودرو مطابق با اصل به اصطلاح چرخ موتور. میزان رانش توسط واحد الکتریکی قدرت تنظیم می شود و موتور احتراق داخلی می تواند دائماً در بهینه ترین حالت کار کند.
موازی
این طرح در حال حاضر رایج ترین است. در آن، موتور الکتریکی و موتور احتراق داخلی برای یک انتقال مشترک کار می کنند و الکترونیک نسبت بهینه مصرف انرژی را توسط هر یک از درایوها تنظیم می کند. هر دو موتور به چرخ ها متصل هستند.
حالت بازیابی زمانی پشتیبانی می‌شود که در حین ترمز، موتور الکتریکی به ژنراتور تبدیل شده و باتری ذخیره‌سازی را شارژ می‌کند. برای مدتی، ماشین فقط می تواند با شارژ خود حرکت کند، موتور احتراق داخلی اصلی خاموش است.
در برخی موارد، از باتری با ظرفیت قابل توجهی استفاده می شود که مجهز به امکان شارژ خارجی از شبکه AC خانگی یا ایستگاه شارژ تخصصی است.
به طور کلی، نقش باتری در اینجا کم است. اما سوئیچینگ آنها ساده شده است، مدارهای ولتاژ بالا خطرناک در اینجا مورد نیاز نیست، و جرم باتری بسیار کمتر از وسایل نقلیه الکتریکی است.
مخلوط شده
در نتیجه توسعه فناوری محرک الکتریکی و ظرفیت ذخیره سازی، نقش موتورهای الکتریکی در ایجاد تلاش کششی افزایش یافته است که منجر به ظهور پیشرفته ترین سیستم های سری-موازی شده است.
در اینجا، شروع از حالت سکون و حرکت با سرعت های کم با کشش الکتریکی انجام می شود و موتور احتراق داخلی فقط در صورت نیاز به خروجی بالا و زمانی که باتری ها تمام شده اند متصل می شود.
هر دو موتور می توانند در حالت درایو کار کنند و یک واحد الکترونیکی سنجیده انتخاب می کند که کجا و چگونه جریان انرژی را هدایت کند. راننده می تواند این را در صفحه نمایش اطلاعات گرافیکی دنبال کند.
از یک ژنراتور اضافی مانند مدارهای سری استفاده می شود که می تواند انرژی موتورهای الکتریکی را تامین کند یا باتری را شارژ کند. انرژی ترمز از طریق عقب موتور کششی بازیابی می شود.
به این ترتیب بسیاری از هیبریدهای مدرن چیده شده اند، به ویژه یکی از اولین و شناخته شده ها - تویوتا پریوس
چگونه یک موتور هیبریدی در نمونه تویوتا پریوس کار می کند
این خودرو اکنون در نسل سوم خود قرار دارد و به درجه خاصی از کمال رسیده است، اگرچه هیبریدی های رقیب همچنان پیچیدگی و کارایی طراحی ها را افزایش می دهند.
اساس حرکت در اینجا اصل هم افزایی است که بر اساس آن یک موتور احتراق داخلی و یک موتور الکتریکی می توانند در هر ترکیبی در ایجاد گشتاور روی چرخ ها شرکت کنند. موازی کار آنها مکانیسم پیچیده ای از نوع سیاره ای را فراهم می کند، که در آن جریان های قدرت مخلوط شده و از طریق دیفرانسیل به چرخ های محرک منتقل می شوند.
استارت زدن و استارت شتاب توسط یک موتور الکتریکی انجام می شود. اگر الکترونیک تشخیص دهد که قابلیت های آن کافی نیست، یک موتور بنزینی مقرون به صرفه که در چرخه اتکینسون کار می کند وصل می شود.
در خودروهای معمولی با موتور اتو، به دلیل شرایط گذرا نمی توان از چنین سیکل حرارتی استفاده کرد. اما در اینجا آنها توسط یک موتور الکتریکی ارائه می شوند.
حالت بیکار حذف می شود، اگر تویوتا پریوس به طور خودکار موتور احتراق داخلی را راه اندازی کند، بلافاصله برای کمک به شتاب، شارژ باتری یا تامین تهویه مطبوع، کار برای آن پیدا می شود.
با داشتن بار دائمی و کار با سرعت مطلوب، مصرف بنزین را به حداقل می رساند و در بهترین نقطه از ویژگی های سرعت خارجی خود قرار دارد.
هیچ استارت سنتی وجود ندارد، زیرا چنین موتوری فقط با چرخاندن آن به سرعت قابل توجهی قابل راه اندازی است، کاری که یک ژنراتور برگشت پذیر انجام می دهد.
باتری ها دارای ظرفیت ها و ولتاژهای متفاوتی هستند، در پیچیده ترین نسخه قابل شارژ PHV، اینها در حال حاضر برای وسایل نقلیه الکتریکی 350 ولت در 25 Ah بسیار رایج هستند.
مزایا و معایب هیبریدها
مانند هر سازش دیگری، هیبریدی ها نسبت به خودروهای الکتریکی خالص و خودروهای معمولی کلاسیک با سوخت روغن پایین تر هستند.
اما در عین حال آنها در تعدادی از خواص برای کسی که به عنوان اصلی ترین آنها عمل می کند سود می بخشند:
- ساده سازی وسایل مورد استفاده برای مبارزه با انتشارات مضر موتورهای احتراق داخلی؛
- دستیابی به مقداری مصرف سوخت، هر چند مورد بحث؛
- امکان حرکت در کشش الکتریکی خالص در جایی که استفاده از موتورهای احتراق داخلی ممنوع است.
- افزایش نسبتاً ساده در ظرفیت اعلام شده؛
- غیرممکن بودن، بر خلاف خودروهای الکتریکی، بدون انرژی دور از شبکه برق باقی بماند.
تمام معایب با پیچیدگی تکنولوژی همراه است:
- نیاز به پرسنل شایسته و آموزش دیده برای کار با هیبریدها؛
- افزایش جرم وسیله نقلیه که سوخت را نیز مصرف می کند.
- قیمت بالاتر خودرو؛
- ضرر وسایل نقلیه الکتریکی به دلیل حفظ موتور احتراق داخلی و هر چیزی که با آن مرتبط است.
- هنوز فناوری های توسعه ناکافی و فقدان یک رویکرد واحد برای طراحی؛
- سازگاری ضعیف با محیط زیست در تولید باتری ها و دفع آنها.
این احتمال وجود دارد که تولید هیبریدی ها پس از ناپدید شدن کامل خودروهای کلاسیک ادامه یابد.
اما این تنها در صورتی اتفاق می‌افتد که یک موتور سوخت هیدروکربنی فشرده، مقرون‌به‌صرفه و به خوبی کنترل شده ایجاد شود، که افزوده خوبی به خودروی الکتریکی آینده خواهد بود و به میزان قابل توجهی استقلال ناکافی آن را افزایش می‌دهد.
