خودروی هیبریدی چگونه کار می کند
هیبریدی
حتما برایتان پیش امده که زمان زیادی را د رپمپ بنزین بگذرانید.شاید به خاطر شلوغی و شاید هم بخاطر کند بودن پمپ،این مشکلات بدلیل بنزینی بودن خودروی شماست.البته نه فقط بنزین بلکه کلیه سوخت های فسیلی مشکلات مخصوص به خود را دارند. یکی از راههایی که خودروسازان به آن رو آورده اند(برای کم شدن مشکلات و آلودگی هوا) ساخت خودروی هیبریدی است.
خودروی هیبریدی چیست و چرا این نام را بر ان نهاده اند؟خودروهای هیبریدی چگونه کار می کنند؟ چرا 20 تا 30 مایل در هر گالون نسبت به خودروهای بنزینی بیشتر می روند؟ و نیز چرا آودگی کمتری نسبت به خودروهای بنزینی یا دیزلی دارند؟
جواب این پرسش ها را در طول این مقاله خدمت شما عرض خواهم کرد .
تعداد زیادی از مردم خودروهای هیبریدی را در مکان هایی دیده اند. مثلا در لوکوموتیو ها . بیشتر لوکوموتیو ها از سیستم هیبریدی دیزل – الکتریکی بهره می برند.و یا در شهرهایی مانند سیاتل اتوبوس هایی با همین سیستم دیزل – الکتریک وجود دارند.
این اتوبوس ها یا بهتر بگوییم تراموا وقتی که به سیم های بر ق بالای سقف خود دسترسی دارند از نیروی پیشرانه الکتریکی خود بهره می برند. و زمانی که به این کابلهای برق دسترسی ندارند با پیشرانه دیزل خود به حرکت ادامه می دهند. زیر دریایی ها نیز نوعی ماشین های هیبریدی هستند که معمولا با یکی از سیستم های هسته ای – الکتریکی و یا دیزل –الکتریکی کار می کنند.
به طور کلی تمامی وسایل نقلیه ای که از ادغام دو و یا چند پیشرانه انتقال نیرو که بطور مستقیم یا غیر مستقیم به سیستم انتقال قدرت وابسته هستند را ماشین های هیبیریدی گوییم .
بیشتر خودروهای هیبریدی تولید شده تاکنون از نوع بنزینی – الکتریکی هستند گرچه بعضی شرکتهای خودروسازی مانند پژو-سیتروئن خودروهای هیبریدی از نوع دیزل- الکتریکی نیز تولید کرده اند.در این مقاله بیشتر به خودروهای بنزینی –الکتریکی می پردازیم.
انرژی الکتریکی و انرژی بنزین
خودروهای بنزینی – الکتریکی از نظر کارکرد بین خودروهای بنزینی و الکتریکی هستند.به کمک شکلهایی که در ادامه نشان داده می شود به تفاوتهای بین این دو نوع خودرو خواهیم پرداخت.
خودروهای بنزینی شامل یک باک بنزین می باشند که منبع ذخیره کننده بنزین موتور است وموتور نیز به وسیله سیستم انتقال قدرت نیروی تولیدی را به چرخ ها می رساند.
در مقابل در خودروهای الکتریکی یک مجموعه از باتری ها وجود دارد که الکتریسیته مورد نیاز موتور الکتریکی را فراهم می کند و موتور الکتریکی نیز به وسیله سیستم انتقال قدرت نیروی تولیدی خود را به چرخ ها می رساند.
برای شما و من یک خودروی مفید خودرویی است که حداقل نیاز های ما را برآورده کند که این نیاز ها می توانند چنین باشند:
1- از یک سوخت گیری اولیه حداقل 300 مایل یا 482 کیلومتر تا یک سوخت گیری مجدد.
2- هر بار سوخت گیری اسان و سریع باشد.
یک موتور بنزینی اکثر این نیازها را برآورده می کند اما در عوض آلودگی زیادی دارد و یک موتور برقی با اینکه آلودگی خیلی کمی (یا اصلا) ایجاد نمی کند اما این موتور حداکثر بین 50 تا 100 مایل(80 تا 161 کیلومتر ) می تواند بین دو شارژ خود برود و مشکل دیگر موتور الکتریکی این است که شارژ شدنش سخت و خیلی زمانبر است.
یک خودروی هیبریدی بنزینی – الکتریکی ترکیبی از دو پیشرانه است که به نوعی می توانند مکمل همدیگر باشند.
هیبرید بنزین – الکتریسیته
سیستم هیبریدی بنزینی – الکتریکی شامل اجزا زیر است:
● موتور بنزینی:موتور بنزینی که در این خودرو وجود دارد شباهت زیادی به موتورهای بنزینی خودروهای بنزینی دارد. ولی این موتور کوچکتر و نیز دارای تکنولوژی بالاتری نسبت به خودروهای معمولی است که باعث کاهش آلودگی و افزایش کارایی می شود.
●باک بنزین : باک بنزین در این نوع خودروها محل ذخیره انرژی برای موتور بنزینی است.بنزین چگالی انرژی بالاتری نسبت به باتری دارد به عنوان مثال 1000 پوند باتری معادل 1 گالون (7 پوند) بنزین انرژی دارد.
● موتور الکتریکی : موتور الکتریکی در خودروهای هیبریدی خیلی پیشرفته هستند این موتور پیشرفته هم به عنوان یک موتور قادر به انجام کار است و هم به عنوان ژنراتور به عنوان مثال زمانی که به این موتور نیاز است موتور با استفاده از باتری ها قادر خواهد بود شتاب مورد نظر را ایجاد کند و زمانی که خودرو نیازی به موتور الکتریکی ندارد مثلا در یک سراشیبی در حال حرکت است این موتور الکتریکی به عنوان یک ژنراتور نیرو را به باتری ها بر می گرداند(با استفاده از سرعت در سراشیبی )
● ژنراتور : ژنراتور بسیار شبیه به موتور الکترکی است با این تفاوت که ژنراتور فقط وظیفه تامین الکتریسیته مورد نیاز موتور را بر عهده دارد نه کار دیگر.ژنراتور بیشتر در خودروهای هیبریدی سری به کار می رود. خودروهای هیبریدی سری در ادامه توضیح داده خواهد شد.
● باتری : باتری ها در خودروی هیبریدی یک وسیله ذخیره انرژی برای موتور الکتریکی هستند. برخلاف بنزین موجود در باک بنزین که میتواند فقط به موتور بنزینی سوخت برساند(یک انتقال یک طرفه از باک بنزین به موتور بنزینی). موتورهای الکتریکی علاوه بر کار فوق می توانند انرژی را به باتری پس دهند. ولی موتور بنزینی نمی تواند چنین کاری را انجام دهد.
●سیستم انتقال قدرت
هیبریدی
The Mercedes-Benz M-Class HyPer -- a hybrid concept vehicle
دو سیستم پیشرانه در خودروهای هیبریدی را می توان با هم به رو شهای مختلفی ترکیب کرد از جمله : سری و موازی
هیبرید موازی : در هیبرید موازی باک بنزین سوخت را به موتور بنزینی می رساند و باتری ها نیز الکتریسیته را به موتور الکتریکی می رساند و هر دو موتور بنزینی و الکتریکی هم زمان و تواما به سیستم انتقال قدرت متصل می شوند و این قدرت به چرخها می رسد. توجه داشته باشید که باک بنزین و موتور بنزینی به سیستم انتقال قدرت متصل هستند و باتری ها و موتور الکتریکی نیز اغلب به طور مستقل و جداگانه به سیستم انتقال قدرت متصل هستند.
در نتیجه در هیبریدهای موازی هر دو موتور بنزینی و الکتریکی نیرو محرکه مورد نیاز را فراهم می کنند.
هیبریدهای سری : در مقابل هیبریدهای موازی , هیبریدهای سری قرار دارند. در این نوع هیبریدها موتور بنزینی ژنراتور را به حرکت در می اورد و ژنراتور می تواند باتری ها را شارژ کند یا به موتور الکتریکی قدرت بدهد که این موتور نیز به سیستم انتقال قدرت متصل است.بنابراین موتور بنزینی در هیبریدهای سری هرگز به طور مستقیم به سیستم انتقال قدرت نیرو نمی دهد.
عملكرد خودروﻯ هيبريدﻯ:
موتور بنزينى در خودروى هيبريدى معمولا كوچكتر از يك خودروى معمولى است و از اين رو بهره ورى بيشترى دارد.بيشتر خودروها براى توليد نيروى كافى براى ايجاد شتاب سريع نياز به يك موتور نسبتا بزرگ دارند.در موتورهاى كوچك بهره ورى و كارايى ميتواند توسط كوچك كردن , سبك كردن قطعات ونيز با كاهش تعداد سيلندرها بهبود پيدا كند.
چندين دليل مبنى بر اينكه چرا موتورهاى كوچكتر كارايى بالاتر و بهره ورى بيشترى نسبت به موتورهاى بزرگتر دارند وجود دارد:
● موتورهاى بزرگتر سنگينتر از موتورهاى سبكتر هستند و انرژى زيادترى در واحد زمان مصرف مى كنند (براى حالت شتاب گرفتن و بالا رفتن از يك سر بالايى)
● پيستون و ديگر اجزاى داخلي سنگين هستند و نيز انرژى زيادترى در واحد زمان نياز دارند تا در سيلندر بالا و پايين بروند.
● تغيير مان و جابه جايى در داخل سيلندرها بزرگتر است در نتيجه سوخت بيشترى براى هر سيلندر مورد نياز است.
● موتورهاى بزرگتر معمولا سيلندرهاى بيشترى دارند و هر سيلندر نيز سوخت زيادى مصرف ميكند. حتى اگر خودرو در حال حركت نباشد.
دلايل فوق توضيح مى دهد كه چرا دو مدل خودروى مشابه با وتورهاى متفاوت در ازمون سنجش نتايج متفاوتي را بدست مى اورند.اگر هر دو خودرو در حال حركت در يك اتوبان باشند و در يك سرعت برابر و معين , خودرويى كه موتور كوچكترى دارد انرژى كمترى مصرف ميكند و هر دو موتور خروجى يكسانى از قدرت را توليد ميكنند.ولي موتور كوچكتر از سوخت كمترى استفده ميكند كه به ان سرعت برسد.
اما چطور اين موتور كوچك ميتواند قدرت مورد نياز خودروى شما را در مقابل خودروهاى پر قدرت در جاده فراهم كند؟
اجازه بدهيد مقايسه اى بين خودروى مانند چوى كامارو با يك موتور v-8 بزرگ با خودروى هيبريدى ما با يك موتور گاز سوز و يك موتور الكتريكى انجام دهيد.
موتور گاز سوز در خودروى هيبريدى قدرت كافى براى حركت ماشين در يك بزرگراه دارد و موتور خودروى كامارو قدرتى بيشتر از قدرت مورد نياز براى وضعيتهاي مختلف دارد.
اما زماني كه خودروى هيبريدى نياز به شتاب داشته باشد و يا نياز به قدرت بيشترى داشته باشد(بسته به شرايط) اين موتور نياز به كمك پيدا ميكند كه اين كمك از يك موتور الكتريكى و باترى تامين مي شود.اين سيستم در صورت نياز نيروى اضافى ضرورى را فراهم ميكند. موتورهاى گاز سوز در خودروهاى معمولى براى حداكثر قدرت ممكن ساخته شده اند.درحالى كه رانندگان اين خودروها در كمتر از 1 درصد از زمان رانندگى از حداكثر قدرت موتور استفاده ميكنند.خودروهاى هيبريدى از موتورهاى كوچكترى استفاده ميكنند كه سايز اين موتورها فقط براى مقدار متوسط" حداكثر قدرت نامى" ساخته شده اند تا ماكزيمم مقدار ممكن.
در كنار كوچك بودن و كارايى بيشتر موتور در خودروهاى هيبريدى امروزه براى خودروهاى هيبريدى يك سرى فوت وفن به كار ميبرند تا بهره ورى سوخت بالا رود.بعضي از اين فوت و فن ها براى همه نوع خودرو اعم از هيبريدى و غير هيبريدى است كه به انها كمك ميكند تا كارايى بهترى داشته باشند.
ولى بعضى از اين فوت وفن ها فقط براى خودروهاى هيبريدى به كار ميرود.
يك خودروى هيبريدى ميتواند:
●انرژى را بازيابى ودر باترى ذخيره نمايد:
هنگاميكه شما پدال ترمز را فشار ميدهيد, شما در حال تلف كردن انرژى در خودرو هستيد.هر چه خودرو سريعتر رود انرژى جنبشى بيشترى دارد.ترمز كردن اين انرژى را هدر ميدهد و به شكل گرما در مى آورد.در خودروهاى هيبريدى مى توان مقدارى از اين انرژى را بازگرداند و در باترى براى استفاده مجدد ذخيره كرد.اين كار با سيستم" ترمز احياء كننده" انجام ميگيرد.در اين حالت موتور الكتريكى به مانند يك ژنراتور رفتار ميكند و ضمن كند شدن حركت ماشين اين انرژى جنبشي را صرف شارژ كردن باترى مى كند.
[HIGHLIGHT=#f8f4ff]منبع : كانون توسعه پژوهش و فناوري مكانيك
