الوقت الهجين
محتوى
وفي موقف حيث يصعب تخصيص كل الأموال لشراء سيارات كهربائية بحتة، حتى لو كان ذلك فقط بسبب المدى غير المرضي، وعيوب البطارية، والشحن الطويل المزعج، ومخاوف الضمير البيئي، تصبح الحلول الهجينة وسيلة ذهبية معقولة. ويمكن ملاحظة ذلك في نتائج مبيعات السيارات.
سيارة هجينة هذه مركبة في نظام نموذجي مجهز محرك وواحد أو أكثر (١). يمكن استخدام المحرك الكهربائي ليس فقط لتقليل استهلاك الوقود، ولكن أيضًا لزيادة الطاقة. السيارات الهجينة الحديثة استخدام أساليب إضافية لتحسين كفاءة استخدام الطاقة، مثل. في بعض التطبيقات، يتم استخدام محرك الاحتراق الداخلي لتوليد الكهرباء لتشغيل محرك كهربائي.
1. رسم تخطيطي لسيارة هجينة تعمل بالديزل والكهرباء
في العديد من التصاميم الهجينة انبعاثات العادم ويتم تقليله أيضًا عن طريق إيقاف تشغيل محرك الاحتراق الداخلي عند الوقوف وتشغيله عند الضرورة. يسعى المصممون للتأكد من أن التفاعل مع المحرك الكهربائي يؤدي إلى تحسين أدائه، على سبيل المثال، عندما يعمل محرك الاحتراق الداخلي بسرعات منخفضة، تكون كفاءته منخفضة لأنه يتطلب أكبر قدر من الطاقة للتغلب على مقاومته. وفي النظام الهجين يمكن الاستفادة من هذا الاحتياطي من خلال زيادة سرعة محرك الاحتراق الداخلي إلى مستوى مناسب لشحن البطارية.
تقريبا قديمة قدم السيارات
يبدأ تاريخ السيارات الهجينة عادةً في عام 1900، عندما قدم فرديناند بورش نموذجًا في المعرض العالمي في باريس. الهجين Lohner-Porsche Mixte (2) أول سيارة هجينة تعمل بالديزل والكهرباء في العالم. وفي وقت لاحق، تم بيع عدة مئات من النسخ من هذه السيارة. وبعد ذلك بعامين، قام نايت نيفتال ببناء سيارة سباق هجينة. في عام 1905، قدم هنري بيبر سيارة هجينة يمكن فيها لمحرك كهربائي شحن البطاريات.
في عام 1915، قامت شركة Woods Motor Vehicle Company، وهي شركة مصنعة للسيارات الكهربائية، بإنشاء نموذج مزدوج الطاقة مزود بمحرك احتراق داخلي رباعي الأسطوانات ومحرك كهربائي. أقل من سرعة 4 كم/ساعة تعمل السيارة فقط على المحرك الكهربائي حتى حتى نفاد البطاريةوفوق هذه السرعة تم تشغيل محرك الاحتراق الداخلي، مما أدى إلى تسارع السيارة إلى 56 كم/ساعة. كانت القوة المزدوجة بمثابة فشل تجاري. لقد كانت بطيئة جدًا بالنسبة لسعرها وكان من الصعب جدًا قيادتها.
في عام 1931، اقترح إريك جيشن سيارة يتم شحن بطارياتها أثناء نزول التل. تم توفير الطاقة من اسطوانة الهواء المضغوط، والتي تم ضخها بفضل الطاقة الحركية أجزاء السيارة تنحدر.
Sاستعادة الطاقة أثناء الكبح، وهو اختراع رئيسي للتكنولوجيا الهجينة الحديثة، تم تطويره في عام 1967 بواسطة AMC لشركة American Motors وأطلق عليه اسم مكابح تجديد الطاقة.
في عام 1989، أصدرت أودي السيارة التجريبية أودي ديو. كان بالتوازي هجين على أساس أودي 100 أفانت كواترو. وزودت السيارة بمحرك كهربائي بقوة 12,8 حصانا يقود المحور الخلفي. لقد استمد الطاقة من بطارية النيكل والكادميوم. تم دفع المحور الأمامي بواسطة محرك بنزين خماسي الأسطوانات سعة 2,3 لتر بقوة 136 حصان. كانت نية أودي هي إنشاء سيارة تعمل بمحرك احتراق داخلي خارج المدينة ومحرك كهربائي في المدينة. اختار السائق وضع الاحتراق أو وضع القيادة الكهربائية. أنتجت أودي عشر نسخ فقط من هذا الطراز. يُعزى انخفاض اهتمام العملاء إلى الأداء الأقل من أودي 100 القياسية بسبب عبء العمل الإضافي.
جاء الاختراق من الشرق الأقصى
التاريخ الذي دخلت فيه السيارات الهجينة السوق على نطاق واسع واكتسبت شعبية حقيقية هو عام 1997 فقط، عندما دخلت السوق اليابانية. تويوتا بريوس (3). في البداية، وجدت هذه السيارات المشترين بشكل رئيسي في الدوائر الحساسة بيئيا. تغير الوضع في العقد التالي، عندما بدأت أسعار النفط في الارتفاع بسرعة. منذ النصف الثاني من العقد الماضي، بدأت الشركات المصنعة الأخرى أيضًا في طرحها في السوق نماذج هجينة، غالبًا ما يعتمد على حلول تويوتا الهجينة المرخصة. وفي بولندا، ظهرت سيارة بريوس في صالات العرض في عام 2004. وفي نفس العام، تم إطلاق الجيل الثاني من بريوس، وفي عام 2009 - الجيل الثالث.
لقد تبعت تويوتا هوندا، عملاق سيارات ياباني آخر. بيع النموذج تبصر (4)، وهو هجين متوازي جزئي، أطلقته الشركة في عام 1999 في الولايات المتحدة واليابان. لقد كانت سيارة أكثر كفاءة في استهلاك الوقود من منتج تويوتا. ويستهلك الجيل الأول من سيارة بريوس سيدان 4,5 لتر/100 كيلومتر داخل المدينة و5,2 لتر/100 كيلومتر خارج المدينة. هوندا انسايت ذات البابين الجيل الأول استهلك 3,9 لتر/100 كلم داخل المدينة و 3,5 لتر/100 كلم خارج المدينة.
أصدرت تويوتا إصدارات هجينة جديدة من السيارات. إنتاج تويوتا أوريس الهجين بدأت في مايو 2010. كانت أول سيارة هجينة يتم إنتاجها بكميات كبيرة في أوروبا وتم بيعها بسعر أقل من سيارة بريوس. أوريس هايبرد كان لديها نفس محرك بريوس، لكن عدد الكيلومترات من الغاز كان أقل - 3,8 لتر / 100 كم في الدورة المركبة.
بحلول مايو 2007، باعت شركة تويوتا موتور أول مليون سيارة هجينة. مليونين بحلول أغسطس 2009، و6 ملايين بحلول ديسمبر 2013. وفي يوليو 2015، تجاوز إجمالي عدد سيارات تويوتا الهجينة 8 ملايين سيارة. وفي أكتوبر 2015، تجاوزت مبيعات تويوتا الهجينة في أوروبا وحدها مليون وحدة. وفي الربع الأول من عام 2019، شكلت السيارات الهجينة بالفعل 50 بالمائة. إجمالي مبيعات تويوتا في قارتنا. النماذج الأكثر شهرة ومع ذلك، في هذه الفئة، لا يوجد المزيد من سيارات Priuses، ولكن باستمرار يارس هايبرد, C-HR الهجين أوراز كورولا هايبرد. ومع نهاية عام 2020، تعتزم تويوتا بيع 15 مليون سيارة هجينة، وهو ما تحقق بحسب الشركة في شهر يناير من العام الجاري، أي. في البدايه. بالفعل في عام 2017، وفقا للشركة المصنعة، تم إطلاق 85 مليون طن في الغلاف الجوي. نشبع أقل.
خلال مسيرة مهنية امتدت لأكثر من عقدين من الزمن السيارات الهجينة ظهرت ابتكارات جديدة. الهجين هيونداي النترا LPI (5)، التي تم طرحها للبيع في كوريا الجنوبية في يوليو 2009، كانت أول سيارة هجينة مزودة بمحرك احتراق داخلي يعمل بغاز البترول المسال. ELANTRA هو هجين جزئي يستخدم بطاريات الليثيوم بوليمر لأول مرة أيضًا. تستهلك إلنترا 5,6 لترًا من البنزين لكل 100 كيلومتر، وتنتج 99 جرامًا لكل كيلومتر.2. في عام 2012، توصلت بيجو إلى حل جديد مع إطلاق 3008 Hybrid4 في السوق الأوروبية، وهي أول سيارة هجينة تعمل بالديزل يتم إنتاجها بكميات كبيرة. وفقًا للشركة المصنعة، استهلكت الشاحنة الهجينة 3008 3,8 لتر/100 كيلومتر من وقود الديزل وانبعاث 99 جرام/كم من ثاني أكسيد الكربون.2.
5. هيونداي إلنترا LPI هايبرد
تم تقديم النموذج في معرض نيويورك الدولي للسيارات في عام 2010. لينكولن MKZ الهجين، أول إصدار هجين يتم تسعيره بشكل مماثل للإصدار العادي من نفس الطراز.
بحلول أبريل 2020، منذ العام 1997 التاريخي، تم بيع أكثر من 17 مليون سيارة كهربائية هجينة في جميع أنحاء العالم. رائدة السوق هي اليابان، التي باعت أكثر من 2018 مليون سيارة هجينة بحلول مارس 7,5، تليها الولايات المتحدة، التي باعت ما مجموعه 2019 مليون وحدة بحلول عام 5,4، و2020 ملايين سيارة هجينة تم بيعها في أوروبا بحلول يوليو 3. أشهر الأمثلة على السيارات الهجينة المتاحة على نطاق واسع، بالإضافة إلى بريوس، الإصدارات الهجينة من موديلات تويوتا الأخرى: أوريس، ياريس، كامري وهايلاندر، هوندا إنسايت، لكزس GS450h، شيفروليه فولت، أوبل أمبيرا، نيسان ألتيما هايبرد.
الموازي والتسلسلي والمختلط
يتم حاليًا إخفاء العديد من الأجناس المختلفة تحت الاسم العام "الهجين". أنظمة الدفع وأفكار لتحقيق قدر أكبر من الكفاءة. ويجب أن نتذكر أنه الآن، مع تطور التصميم وتقدمه، تفشل التصنيفات الواضحة أحيانًا بسبب استخدام مجموعات من الحلول المختلفة بالإضافة إلى اختراعات جديدة تنتهك نقاء التعريف. لنبدأ بالقسمة على تكوين محرك الأقراص.
W محرك هجين يتم توصيل محرك الاحتراق الداخلي من النوع المتوازي والمحرك الكهربائي ميكانيكيًا بعجلات القيادة. يمكن تشغيل السيارة بواسطة محرك احتراق داخلي، أو محرك كهربائي، أو كليهما. يتم استخدام هذا المخطط في سيارات هوندا: انسايت، سيفيك، أكورد. مثال آخر على مثل هذا النظام هو مولد/بادئ تشغيل الحزام من جنرال موتورز في شيفروليه ماليبو. في العديد من النماذج، يعمل محرك الاحتراق الداخلي أيضًا مولد طاقة.
تتكون المحركات الموازية المعروفة حاليًا في السوق من محركات احتراق داخلي كاملة الطاقة ومحركات كهربائية أصغر (تصل إلى 20 كيلو واط)، بالإضافة إلى بطاريات صغيرة. في هذه التصاميم، تحتاج المحركات الكهربائية فقط لدعم المحرك الرئيسي وليس أن تكون مصدر الطاقة الرئيسي. تعتبر محركات الأقراص الهجينة الموازية أكثر كفاءة من الأنظمة التي تعتمد فقط على محركات الاحتراق الداخلي من نفس الحجم، خاصة أثناء القيادة في المدينة والطرق السريعة.
في النظام الهجين المتسلسل، يتم قيادة السيارة مباشرة بواسطة المحرك الكهربائي فقط، ويستخدم محرك الاحتراق الداخلي لدفع النظام. مولد تيار كهربائي و. عادة ما تكون مجموعة البطاريات في هذا النظام أكبر بكثير، مما يؤثر على تكاليف الإنتاج. ويعتقد أن هذا الترتيب يزيد من كفاءة محرك الاحتراق الداخلي، خاصة عند القيادة في المدينة. مثال الهجين التسلسلي هذه هي سيارة نيسان إي-باور.
محرك هجين مختلط يجمع بين مزايا كل من الحلين أعلاه - المتوازي والمتسلسل. تعتبر هذه "الهجينة الهجينة" هي الأمثل من حيث الأداء ، مقارنة بالسلسلة ، والتي تعتبر الأكثر كفاءة عند السرعات المنخفضة ، والمتوازية ، والتي تعتبر مثالية عند السرعات العالية. ومع ذلك ، فإن إنتاجها كدوائر أكثر تعقيدًا أغلى من إنتاجها المحركات المتوازية. الشركة المصنعة المهيمنة على المحركات الهجينة المختلطة هي تويوتا. يتم استخدامها في تويوتا ولكزس ونيسان ومازدا (معظمها بموجب ترخيص من تويوتا) وفورد وجنرال موتورز.
يمكن نقل الطاقة من محركي احتراق داخلي ومحرك متوازي إلى الدفع بالعجلات باستخدام جهاز من النوع (موزع الطاقة)، وهو عبارة عن مجموعة بسيطة من التروس الكوكبية. عمود محرك الاحتراق الداخلي متصل بشوكة التروس الكوكبية في علبة التروس ، والمولد الكهربائي - مع تروسه المركزية ، والمحرك الكهربائي من خلال علبة التروس - مع الترس الخارجي ، الذي ينتقل منه عزم الدوران إلى العجلات. هذا يسمح لك بنقل جزء سرعة الدوران وعزم دوران محرك الاحتراق الداخلي على العجلات وجزء منه على المولد. وبذلك محرك ويمكن أن يعمل ضمن نطاق عدد الدورات في الدقيقة الأمثل بغض النظر عن سرعة السيارة، على سبيل المثال عند الانطلاق، ويستخدم التيار الناتج عن المولد لتشغيل المحرك الكهربائي، الذي يحافظ محرك الاحتراق الداخلي على عزم دورانه العالي لدفع العجلات. يقوم الكمبيوتر، الذي ينسق تشغيل النظام بأكمله، بتنظيم الحمل على المولد وإمداد الطاقة للمحرك الكهربائي، وبالتالي التحكم في تشغيل علبة التروس الكوكبية ناقل الحركة الكهروميكانيكي المتغير باستمرار. أثناء التباطؤ والفرملة، يعمل المحرك الكهربائي كمولد لإعادة شحن البطارية، وعند تشغيل محرك الاحتراق الداخلي، يعمل المولد كمولد. بداية.
W محرك هجين كامل يمكن للسيارة الحصول على قوتها إما من المحرك وحده، أو البطارية وحدها، أو كليهما. ومن أمثلة هذا النظام محرك التآزر الهجين تويوتا، نظام هجين معقل, هجين ثنائي الوضع الإنتاج جنرال موتورز / كرايسلرأمثلة على المركبات: Toyota Prius، وToyota Auris Hybrid، وFord Escape Hybrid، وLexus RX400h، وRX450h، وGS450h، وLS600h، وCT200h. تتطلب هذه السيارات بطاريات كبيرة وفعالة. وباستخدام آلية تقاسم السلطة، تكتسب المركبات المزيد من المرونة على حساب زيادة تعقيد النظام.
هجين جزئي من حيث المبدأ، فهي سيارة تقليدية مزودة ببادئ تشغيل ممتد، مما يسمح بإيقاف تشغيل محرك الاحتراق الداخلي في كل مرة تنحدر فيها السيارة، أو الفرامل أو التوقف، وتشغيل المحرك بسرعة إذا لزم الأمر.
بداية يتم تثبيته عادة بين المحرك وناقل الحركة، ليحل محل محول عزم الدوران. يوفر طاقة إضافية عند إشعاله. يمكن تشغيل الملحقات مثل الراديو وتكييف الهواء عندما لا يكون محرك الاحتراق قيد التشغيل. يتم شحن البطاريات عند الكبح. بالمقارنة مع الهجينة الكاملة تحتوي الهجينة الجزئية على بطاريات أصغر ومحرك كهربائي أصغر. ولذلك، فإن وزنها الفارغ وتكلفة إنتاجها أقل. ومن الأمثلة على هذا التصميم سيارة شيفروليه سيلفرادو الهجينة كاملة الحجم، والتي تم إنتاجها في الفترة 2005-2007. لقد أنقذ ما يصل إلى 10 بالمائة. عند إيقاف تشغيل محرك الاحتراق الداخلي وتشغيله واستعادة الطاقة أثناء الكبح.
الهجينة الهجينة والكهربائية
وينبغي منح فئة أخرى من السيارات الهجينة المزيد من الوقت، وهو ما يمثل في بعض النواحي خطوة أخرى نحو "الكهرباء النقية". هذه هي المركبات الهجينة (PHEVs) التي تستخدم فيها البطاريات محرك كهربائي ويمكن أيضًا شحنه من مصدر خارجي (6). وبالتالي، يمكن اعتبار السيارة الكهربائية الهجينة القابلة للتوصيل الهجين (PHEV) هجينًا بين السيارة الهجينة والسيارة الكهربائية. وهي مجهزة قابس الشحن. ونتيجة لذلك، أصبحت البطاريات أيضًا أكبر بعدة مرات، مما يعني أنه من الممكن تركيب محرك كهربائي أكثر قوة.
6. مخطط السيارة الهجينة
ونتيجة لذلك، تستهلك السيارات الهجينة وقودًا أقل من السيارات الهجينة الكلاسيكية، حيث يمكنها عادةً السفر لمسافة حوالي 50-60 كيلومترًا بالتيار دون تشغيل محرك الاحتراق الداخلي، كما تتمتع بأداء أفضل، لأن السيارات الهجينة غالبًا ما تكون أقوى الخيارات. هذا النموذج.
إن نطاق السيارة الكهربائية PHEV أكبر بعدة مرات من نطاق السيارة الهجين التي لا تحتوي على هذه الميزة. هذه العشرات القليلة من الكيلومترات كافية للرحلات حول المدينة أو العمل أو المتجر. على سبيل المثال، في سكودا سوبيرب IV (7) يمكن للبطارية تخزين ما يصل إلى 13 كيلووات في الساعة من الكهرباء، مما يوفر نطاقًا يصل إلى 62 كم في وضع الانبعاثات الصفرية. وبفضل هذا، عندما نقوم بركن سيارتنا الهجين في المنزل ونعود إلى المنزل، يمكننا تحقيق متوسط استهلاك للوقود يبلغ 0 لتر/100 كم. يعمل محرك الاحتراق الداخلي على حماية البطارية من التفريغ في مكان لا يمكن فيه الوصول إلى مصدر الطاقة، وبالطبع يسمح لك بعدم القلق بشأن النطاق في الرحلات الطويلة.
7. سكودا سوبيرب iV هايبرد أثناء الشحن
بنفس القدر من الأهمية نوع الهجينة مجهزة بمحركات كهربائية قوية سكودا سوبيرب IV معلماتها 116 حصان. و 330 نيوتن متر من عزم الدوران. وبفضل هذا، لا تتسارع السيارة على الفور فقط (المحرك الكهربائي يقود السيارة بنفس السرعة، بغض النظر عن السرعة التي تسير بها في الوقت الحالي)، لأن سكودا تفيد بأن سوبرب تتسارع إلى 60 كم / ساعة في 5 ثوان، إنها يمكنه أيضًا تسريع السيارة إلى 140 كم/ساعة - وهذا يسمح لك بالقيادة بدون إجهاد وفي وضع الانبعاثات الصفرية، على سبيل المثال على الطرق الدائرية أو الطرق السريعة.
عند القيادة، يتم تشغيل السيارة عادةً بواسطة كلا المحركين (يتم تشغيل محرك الاحتراق الداخلي بالكهرباء، لذلك فهو يستخدم وقودًا أقل من السيارة التقليدية)، ولكن عند رفع الغاز أو الفرامل أو القيادة بسرعة ثابتة، فإن المحرك الداخلي يقوم محرك الاحتراق بإيقاف تشغيل المحرك وعندها فقط محرك كهربائي يقود العجلات. وبالتالي فإن الآلة تعمل بنفس الطريقة هجين كلاسيكي ويستعيد الطاقة بنفس الطريقة - مع كل فرملة ، يتم استعادة الطاقة وتذهب إلى البطاريات في شكل تيار كهربائي ؛ في المستقبل ، تعمل على وجه التحديد على ضمان إمكانية إيقاف تشغيل محرك الاحتراق الداخلي في كثير من الأحيان.
تم إطلاق أول سيارة هجينة في السوق من قبل الشركة المصنعة الصينية BYD Auto في ديسمبر 2008. كان نموذج F3DM PHEV-62. العرض الأول للنسخة الهجينة من السيارة الكهربائية الأكثر شعبية في العالم، شيفروليه فولتحدث في عام 2010. ت.استيقظ تم عرضه لأول مرة في عام 2012.
على الرغم من أن جميع الطرازات لا تعمل بنفس الطريقة، إلا أن معظمها يمكن أن تعمل في وضعين أو أكثر: "الكهربائية بالكامل"، حيث يوفر المحرك والبطارية كل الطاقة للسيارة، و"الهجينة"، التي تستخدم الكهرباء والبنزين معًا. . تعمل السيارات الكهربائية الهجينة القابلة للشحن (PHEV) عادةً في الوضع الكهربائي بالكامل، حيث تعمل بالكهرباء حتى نفاد البطارية. تتحول بعض الطرازات إلى الوضع الهجين بعد الوصول إلى السرعة المستهدفة على الطريق السريع، والتي عادة ما تكون حوالي 100 كم/ساعة.
بصرف النظر عن Skoda Superb iV الموصوفة أعلاه، فإن النماذج الهجينة الأكثر شهرة وشعبية هي Kia Niro PHEV، وHyundai Ioniq Plug-in، وBMW 530e وX5 xDrive45e، وMercedes E 300 ei E 300 de، وVolvo XC60 Recharge، وFord Kuga PHEV، وAudi. Q5 TFSI e، بورش كايين إي-هايبرد.
هجين من أعماق البحر إلى السماء
يجب أن نتذكر أن محرك هجين يستخدم ليس فقط في قطاع السيارات والسيارات بشكل عام. على سبيل المثال أنظمة القيادة الهجينة استخدم محركات الديزل أو توربيني لتشغيل قاطرات السكك الحديدية والحافلات والشاحنات والآلات الهيدروليكية المتنقلة والسفن.
في الهياكل الكبيرة عادة ما تبدو هكذا محرك ديزل / توربيني يقود مولدًا كهربائيًا أو مضخة مائيةالذي يقود محركًا كهربائيًا / هيدروليكيًا. في المركبات الأكبر حجمًا، يتم تقليل فقد الطاقة النسبي وتصبح فوائد توزيع الطاقة عبر الكابلات أو الأنابيب بدلاً من المكونات الميكانيكية أكثر وضوحًا، خاصة عندما يتم نقل الطاقة إلى أنظمة قيادة متعددة مثل العجلات أو المراوح. حتى وقت قريب، كانت المركبات الثقيلة تتمتع بإمدادات صغيرة من الطاقة الثانوية، مثل المراكم/المراكم الهيدروليكية.
بعض من أقدم التصاميم الهجينة كانت محركات الغواصات غير النوويةتعمل بوقود الديزل الخام والبطاريات البحرية. على سبيل المثال، استخدمت غواصات الحرب العالمية الثانية الأنظمة التسلسلية والمتوازية.
تصاميم أقل شهرة، ولكن ليست أقل إثارة للاهتمام الهجينة الوقود الهيدروليكي. في عام 1978، قام الطلاب في مركز مينيسوتا هينيبين المهني والتقني في مينيابوليس بتحويل سيارة فولكس فاجن بيتل إلى سيارة الهجين البنزين والهيدروليكي مع الأجزاء النهائية. في التسعينيات، قام المهندسون الأمريكيون من مختبر وكالة حماية البيئة (EPA) بتطوير ناقل حركة "بتروهيدروليكي" لسيارة سيدان أمريكية نموذجية.
وصلت السيارة التجريبية إلى سرعة حوالي 130 كم/ساعة في دورات القيادة المختلطة على الطرق السريعة والمدن. التسارع من 0 إلى 100 كم/ساعة يتم في 8 ثواني باستخدام محرك ديزل سعة 1,9 لتر. تقدر وكالة حماية البيئة أن المكونات الهيدروليكية المنتجة بكميات كبيرة أضافت 700 دولار فقط إلى سعر السيارة. اختبرت اختبارات وكالة حماية البيئة التصميم الهجين الذي يعمل بالبنزين والهيدروليكي لسيارة Ford Expedition، والذي يستهلك 7,4 لترًا من الوقود لكل 100 كيلومتر في حركة المرور في المدينة. وتقوم شركة البريد السريع الأمريكية UPS حاليًا بتشغيل شاحنتين باستخدام هذه التقنية (8).
8. الهجين الهيدروليكي في خدمة UPS
أجرى الجيش الأمريكي اختبارات سيارات الدفع الرباعي الهجينة همفي منذ عام 1985. لم تلاحظ التقييمات ديناميكيات أكبر واقتصادًا أكبر في استهلاك الوقود فحسب، بل لاحظت أيضًا، على سبيل المثال، توقيعًا حراريًا أصغر وتشغيلًا أكثر هدوءًا لهذه الآلات، والتي، كما قد تتخيل، يمكن أن تكون ذات أهمية كبيرة في التطبيقات العسكرية.
شكل مبكر نظام الدفع الهجين في النقل البحري كانت هناك سفن ذات أشرعة على الصواري و المحركات البخارية تحت سطح السفينة. وقد سبق ذكر مثال آخر غواصة تعمل بالديزل والكهرباء. تشمل أنظمة الدفع الهجين الأحدث للسفن، على الرغم من أنها قديمة مرة أخرى، من بين أشياء أخرى، طائرات ورقية كبيرة تنتجها شركات مثل SkySails. سحب الطائرات الورقية يمكنهم الطيران على ارتفاعات أعلى عدة مرات من أطول صواري السفن، واعتراض الرياح الأقوى والأكثر استدامة.
لقد وجدت المفاهيم الهجينة أخيرًا طريقها إلى الطيران. على سبيل المثال، تم تجهيز النموذج الأولي للطائرة (9) بنظام غشاء هجين قابل للتبديل (PEM) يصل إلى مصدر طاقة المحركوهو متصل بمروحة تقليدية. توفر خلية الوقود كل القوة اللازمة لمرحلة الرحلة البحرية. أثناء الإقلاع والصعود، وهو الجزء الذي يتطلب أكبر قدر من الطاقة، يستخدم النظام بطاريات ليثيوم أيون خفيفة الوزن. والطائرة التجريبية هي أيضًا طائرة شراعية بمحرك من طراز ديمونة، صنعتها شركة Diamond Aircraft Industries النمساوية، والتي أجرت تعديلات على تصميم الطائرة. ويبلغ طول جناحيها 16,3 مترًا، وستكون الطائرة قادرة على الطيران بسرعة حوالي 100 كيلومتر في الساعة باستخدام الطاقة التي يتم الحصول عليها من خلية الوقود.
9 طائرات بوينغ التي تعمل بخلايا الوقود
ليس كل شيء وردي
ولا يمكن إنكار أنه نظرًا لتعقيد تصميم السيارات الهجينة مقارنة بالسيارات التقليدية، فإن تقليل الانبعاثات أثناء تشغيل السيارة يعوض هذه الانبعاثات بشكل أكبر. يمكن للمركبات الهجينة أن تقلل من انبعاثات الملوثات المسببة للضباب الدخاني بنسبة 90 بالمائة. وخفض انبعاثات الكربون إلى النصف.
على الرغم من أن سيارة هجينة تستهلك وقودًا أقل من السيارات التقليدية، ولا يزال هناك قلق بشأن التأثير البيئي لبطارية السيارة الهجينة. تنقسم معظم بطاريات السيارات الهجينة اليوم إلى نوعين: هيدريد معدن النيكل أو أيون الليثيوم. ومع ذلك، لا يزال كلاهما يعتبر أكثر صداقة للبيئة من بطاريات الرصاص، التي تشكل حاليًا غالبية بطاريات البداية في مركبات البنزين.
وتجدر الإشارة هنا إلى أن البيانات ليست واضحة. السمية العامة ومستويات التعرض البيئي بطاريات هيدريد النيكل تعتبر أقل بكثير مما كانت عليه في هذه الحالة بطاريات الرصاص الحمضية أو باستخدام الكادميوم. وتقول مصادر أخرى أن بطاريات هيدريد معدن النيكل أكثر سمية بكثير من بطاريات الرصاص الحمضية، وأن إعادة التدوير والتخلص الآمن منها أكثر صعوبة بكثير. ثبت أن العديد من مركبات النيكل القابلة للذوبان وغير القابلة للذوبان، مثل كلوريد النيكل وأكسيد النيكل، لها تأثيرات مسرطنة معروفة في التجارب على الحيوانات.
البطاريات ليتوو-جونوي تعتبر الآن بديلاً جذابًا لأنها تتمتع بأعلى كثافة طاقة لأي بطارية ويمكنها إنتاج أكثر من ثلاثة أضعاف جهد خلايا بطارية NiMH مع الحفاظ على كميات كبيرة. الطاقة الكهربائية. وتنتج هذه البطاريات أيضًا طاقة أكبر وأكثر كفاءة، وتتجنب إهدار الطاقة إلى حد كبير وتوفر متانة فائقة، مع عمر بطارية يقترب من عمر السيارة. بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام بطاريات الليثيوم أيون يقلل من الوزن الإجمالي للسيارة، كما يتيح لك الحصول على 30 بالمائة. تحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود مقارنة بالمركبات التي تعمل بالبنزين، مع انخفاض لاحق في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون2.
ومن المؤسف أن التكنولوجيات قيد النظر من المقدر لها أن تعتمد على مواد يصعب العثور عليها وأكثر تكلفة. تحت تصميم المحرك وتحتاج الأجزاء الأخرى من المركبات الهجينة، من بين أمور أخرى، إلى معادن أرضية نادرة. على سبيل المثال الديسبروسيوموهو عنصر أرضي نادر مطلوب لإنتاج أنواع مختلفة من المحركات الكهربائية المتقدمة وأنظمة البطاريات في أنظمة الدفع الهجين. أو النيوديميوم، وهو معدن ترابي نادر آخر يعد مكونًا رئيسيًا للمغناطيس عالي القوة المستخدم في محركات المغناطيس الدائم.
تقريبا كل العناصر الأرضية النادرة في العالم تأتي بشكل رئيسي من الصين. عدة مصادر غير صينية مثل بحيرة هويدس في شمال كندا أو جبل فيلد في أستراليا قيد التطوير حاليًا. وإذا لم نجد حلولاً بديلة سواء على شكل رواسب جديدة أو مواد تحل محل المعادن النادرة، فمن المؤكد أنه سيكون هناك ارتفاع في أسعار المواد. وهذا يمكن أن يعرقل خطط خفض الانبعاثات عن طريق الإلغاء التدريجي للبنزين من السوق.
هناك أيضاً مشاكل، إلى جانب ارتفاع الأسعار، ذات طبيعة أخلاقية. وفي عام 2017، كشف تقرير للأمم المتحدة عن انتهاكات الأطفال في مناجم الكوبالت، وهي مادة خام مهمة للغاية لتقنياتنا الخضراء، بما في ذلك أحدث جيل من المحركات الكهربائية في جمهورية الكونغو الديمقراطية (DCR). لقد عرف العالم عن الأطفال الذين أجبروا على العمل في مناجم الكوبالت القذرة والخطرة والسامة في كثير من الأحيان منذ سن الرابعة. وتشير تقديرات الأمم المتحدة إلى أن حوالي ثمانين طفلاً يموتون في هذه المناجم كل عام. أُجبر ما يصل إلى 40 قاصرًا على العمل يوميًا. في بعض الأحيان يكون هذا هو الثمن القذر لهجينتنا النقية.
ابتكارات أنابيب العادم مشجعة
ومع ذلك، هناك أخبار جيدة ل طرق هجينة ورغبة عامة في الحصول على سيارات أنظف. وقد طور الباحثون مؤخرا واعدة ومثيرة للدهشة تعديل بسيط لمحركات الديزلوالتي يمكن دمجها مع محرك كهربائي في الأنظمة الهجينة. محركات الديزل وهذا قد يجعلها أصغر حجمًا وأرخص وأسهل في الصيانة. والأهم من ذلك أنها ستكون أكثر نظافة.
كان تشارلز مولر وثلاثة من زملائه في مركز أبحاث مختبر سانديا الوطني يعملون على تعديل يُعرف باسم حقن الوقود بالقناة (DFI-). لأنه يقوم على المبدأ البسيط لموقد بنسن. يقول العلماء إن DFI يمكن أن يقلل من انبعاثات العادم وميل DPF إلى انسداد السخام. وفقًا لمولر، يمكن لاختراعه إطالة فترات تغيير الزيت عن طريق تقليل كمية السخام في علبة المرافق.
فكيف يعمل؟ فوهات أما في الديزل التقليدي فينتجون خليطًا غنيًا في مناطق غرفة الاحتراق. ومع ذلك، وفقا للعلماء، تحتوي هذه المناطق على وقود أكثر من مرتين إلى عشر مرات مما هو ضروري لاحتراقها الكامل. مع مثل هذا الفائض من الوقود في درجة حرارة عالية، يجب أن يكون هناك ميل لتشكيل كمية كبيرة من السخام. يتيح تركيب قنوات DFI الاحتراق الفعال لوقود الديزل مع تكوين قليل من السخام أو عدم تكوينه على الإطلاق. "تحتوي مخاليطنا على وقود أقل"، يوضح مولر في منشور حول التكنولوجيا الجديدة.
القنوات التي يتحدث عنها السيد مولر هي عبارة عن أنابيب يتم تركيبها على مسافة قصيرة من مكان خروجها من فتحات فوهة الحاقن. يتم تثبيتها على الجانب السفلي من رأس الأسطوانة بجوار الحاقن. يعتقد مولر أنه سيتم تصنيعها في نهاية المطاف من سبيكة شديدة المقاومة للحرارة لتحمل الطاقة الحرارية للاحتراق. ومع ذلك، ووفقا له، فإن التكاليف الإضافية المرتبطة بتنفيذ الاختراع الذي طوره فريقه ستكون صغيرة.
عندما ينتج نظام الاحتراق كمية أقل من السخام، يمكن استخدامه بكفاءة أكبر. نظام إعادة تدوير غاز العادم (EGR) لتقليل أكاسيد النيتروجين، NOx. ووفقا لمطوري الحل، فإن هذا يمكن أن يقلل من كمية السخام وأكاسيد النيتروجين الخارجة من المحرك إلى عُشر المستوى الحالي. ويشيرون أيضًا إلى أن مفهومهم سيساعد في تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.2 وغيرها من المواد التي تسبب ظاهرة الاحتباس الحراري.
ما ورد أعلاه ليس مجرد إشارة إلى أننا ربما لن نقول وداعًا لمحركات الديزل بهذه السرعة، والتي استسلم الكثيرون لها بالفعل. تعتبر الابتكارات في تكنولوجيا محركات الاحتراق استمرارًا للتفكير وراء الشعبية المتزايدة للسيارات الهجينة. إنها استراتيجية من خطوات صغيرة، تقلل تدريجياً العبء الذي تتحمله المركبات على البيئة. ومن الجميل أن نعرف أن الابتكارات في هذا الاتجاه تظهر ليس فقط في الجزء الكهربائي من السيارة الهجينة، ولكن أيضًا في الوقود.
