خودروی هیبریدی چیست و چگونه کار می کند؟

 جواب این پرسش 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 آسان 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 دارد 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.  

● 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  

                  

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.

هیبرید های 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.  

عملکرد خودروﻯ هیبریدﻯ:

 موتور بنزینى در خودروى هیبریدى معمولا کوچکتر از یک خودروى معمولى است و از این رو بهره ورى بیشترى دارد.بیشتر خودروها براى تولید نیروى کافى براى ایجاد شتاب سریع نیاز به یک موتور نسبتا بزرگ دارند.در موتورهاى کوچک بهره ورى و کارایى میتواند توسط کوچک کردن , سبک کردن قطعات ونیز با کاهش تعداد سیلندرها  بهبود پیدا کند.

چندین دلیل مبنى بر اینکه چرا موتورهاى کوچکتر کارایى بالاتر و بهره ورى بیشترى نسبت به موتورهاى بزرگتر دارند وجود دارد:

 ● موتورهاى بزرگتر سنگینتر از موتورهاى سبکتر هستند و انرژى زیادترى در واحد زمان مصرف مى کنند (براى حالت شتاب گرفتن و بالا رفتن از یک سر بالایى)

 ● پیستون و دیگر اجزاى داخلی سنگین هستند و نیز انرژى زیادترى در واحد زمان نیاز دارند تا در سیلندر بالا و پایین بروند.

 ● تغییر مکان و جابه جایى در داخل سیلندرها بزرگتر است در نتیجه سوخت بیشترى براى هر سیلندر مورد نیاز است.

 ● موتورهاى بزرگتر معمولا سیلندرهاى بیشترى دارند و هر سیلندر نیز سوخت زیادى مصرف میکند. حتى اگر خودرو در حال حرکت نباشد. 

دلایل فوق توضیح مى دهد که چرا دو مدل خودروى مشابه با موتورهاى متفاوت در ازمون سنجش نتایج متفاوتی را بدست مى اورند.اگر هر دو خودرو در حال حرکت در یک اتوبان باشند و در یک سرعت برابر و معین , خودرویى که موتور کوچکترى دارد انرژى کمترى مصرف میکند و هر دو موتور خروجى یکسانى از قدرت را تولید میکنند.ولی موتور کوچکتر از سوخت کمترى استفده میکند که به ان سرعت برسد.

اما چطور این موتور کوچک میتواند قدرت مورد نیاز خودروى شما را در مقابل خودروهاى پر قدرت در جاده فراهم کند؟

اجازه بدهید مقایسه اى بین خودروى مانند چوى کامارو با یک موتور v-8 بزرگ با خودروى هیبریدى ما با یک موتور گاز سوز و یک موتور الکتریکى انجام دهید.

موتور گاز سوز در خودروى هیبریدى قدرت کافى براى حرکت ماشین در یک بزرگراه دارد و موتور خودروى کامارو قدرتى بیشتر از قدرت مورد نیاز براى وضعیتهای مختلف دارد.

اما زمانی که خودروى هیبریدى نیاز به شتاب داشته باشد و یا نیاز به قدرت بیشترى داشته باشد(بسته به شرایط) این موتور نیاز به کمک پیدا میکند که این کمک از یک موتور الکتریکى و باترى تامین می شود.این سیستم در صورت نیاز نیروى اضافى ضرورى را فراهم میکند.

  موتورهاى گاز سوز در خودروهاى معمولى براى حداکثر قدرت ممکن ساخته شده اند.درحالى که رانندگان این خودروها در کمتر از 1 درصد از زمان رانندگى از حداکثر قدرت موتور استفاده میکنند.خودروهاى هیبریدى از موتورهاى کوچکترى استفاده میکنند که سایز این موتورها فقط براى مقدار متوسط" حداکثر قدرت نامى" ساخته شده اند تا ماکزیمم مقدار ممکن.

در کنار کوچک بودن و کارایى بیشتر موتور در خودروهاى هیبریدى امروزه براى خودروهاى هیبریدى یک سرى فوت وفن به کار میبرند تا بهره ورى سوخت بالا رود.بعضی از این فوت و فن ها براى همه نوع خودرو اعم از هیبریدى و غیر هیبریدى است که به انها کمک میکند تا کارایى بهترى داشته باشند.

ولى بعضى از این فوت وفن ها فقط براى خودروهاى هیبریدى به کار میرود.

 یک خودروى هیبریدى میتواند:

●انرژى را بازیابى ودر باترى ذخیره نماید:    

 هنگامیکه شما پدال ترمز را فشار میدهید, شما در حال تلف  کردن انرژى در خودرو هستید.هر چه خودرو سریعتر رود انرژى جنبشى بیشترى دارد.ترمز کردن این انرژى را هدر میدهد و به شکل گرما در مى آورد.در خودروهاى هیبریدى مى توان مقدارى از این انرژى را بازگرداند و در باترى براى استفاده مجدد ذخیره کرد.این کار با سیستم" ترمز احیاء کننده" انجام میگیرد.در این حالت موتور الکتریکى به مانند یک ژنراتور رفتار میکند و ضمن کند شدن حرکت ماشین این انرژى جنبشی را صرف شارژ کردن باترى مى کند.

 ● بعضى وقتها موتور بنزینى خاموش میشود:

 یک خودروى هیبریدى همیشه نیاز به روشن بودن موتور بنزینى ندارد.زیرا یک موتور الکتریکى و باترى نیز دارد.بنابراین بعضى وقتها مى توان موتور بنزینى خودروى هیبریدى را خاموش کرد.براى مثال زمانى که خودرو در مقابل چراغ قرمز توقف کرده است.