كيف يعمل المحرك الهجين ، إيجابيات وسلبيات المحرك الاقتصادي
محتوى
أصبح ظهور المركبات الهجينة مقياسًا قسريًا لشركات صناعة السيارات في الانتقال من محركات الاحتراق الداخلي (ICE) على الوقود الهيدروكربوني إلى محطات طاقة أنظف. لم تسمح التكنولوجيا بعد بإنشاء سيارة كهربائية كاملة ، أو سيارة تعمل بخلايا الوقود ، أو أي سيارة أخرى من قائمة كبيرة من الاتجاهات الممكنة نظريًا لتطوير النقل المستقل ، وقد نضجت الحاجة بالفعل.
بدأت الحكومات في تضييق الخناق بشدة على صناعة السيارات مع المتطلبات البيئية ، وأراد المستهلكون رؤية خطوة نوعية إلى الأمام ، وليس تحسينًا مجهريًا آخر لمحرك معروف لأكثر من قرن على أحد منتجات تكرير النفط.
أي سيارة تسمى "هجين"
بدأت وحدة الطاقة في المرحلة المتوسطة في أن تكون مزيجًا من تصميم مثبت بالفعل لمحرك احتراق داخلي ومحرك كهربائي واحد أو أكثر.
يتم تشغيل الجزء الكهربائي من وحدة الجر بواسطة مولدات متصلة ميكانيكيًا بمحرك يعمل بالغاز أو محرك ديزل وبطاريات ونظام استرداد يقوم بإرجاع الطاقة المنبعثة أثناء فرملة السيارة إلى محرك الأقراص.
جميع المخططات العديدة للتنفيذ العملي للفكرة تسمى الهجينة.
في بعض الأحيان يقوم المصنعون بتضليل العملاء من خلال استدعاء أنظمة الهجينة حيث يتم استخدام المحرك الكهربائي فقط لبدء تشغيل المحرك الرئيسي في وضع بدء التشغيل.
نظرًا لعدم وجود اتصال بين المحركات الكهربائية والعجلات وإمكانية القيادة على الجر الكهربائي ، فمن غير الصحيح أن تنسب مثل هذه السيارات إلى السيارات الهجينة.
مبدأ تشغيل المحركات الهجينة
مع كل التصميمات المتنوعة ، تتمتع هذه الآلات بسمات مشتركة. لكن الاختلافات كبيرة جدًا من الناحية الفنية لدرجة أنها في الواقع سيارات مختلفة لها مزاياها وعيوبها.
الجهاز
كل هجين يشمل:
- محرك الاحتراق الداخلي مع ناقل الحركة وشبكة إمداد الطاقة ذات الجهد المنخفض وخزان الوقود ؛
- محركات الجر
- بطاريات التخزين ، غالبًا عالية الجهد ، تتكون من بطاريات متصلة في سلسلة ومتوازية ؛
- أسلاك الطاقة مع تبديل الجهد العالي ؛
- وحدات التحكم الإلكترونية وأجهزة الكمبيوتر على متن الطائرة.
عادة ما يتم ضمان جميع أوضاع تشغيل ناقل الحركة الميكانيكي والكهربائي المتكامل تلقائيًا ، ولا يُعهد إلى السائق إلا بالتحكم العام في حركة المرور.
مخططات العمل
من الممكن توصيل المكونات الكهربائية والميكانيكية ببعضها البعض بطرق مختلفة ؛ بمرور الوقت ، برزت المخططات المحددة الراسخة والمستخدمة في كثير من الأحيان.
لا ينطبق هذا على التصنيف اللاحق للمحرك وفقًا للحصة المحددة للجر الكهربائي في توازن الطاقة الكلي.
ثابت
المخطط الأول ، الأكثر منطقية ، ولكنه الآن يستخدم قليلاً في السيارات.
كانت مهمتها الرئيسية هي العمل في المعدات الثقيلة ، حيث نجحت المكونات الكهربائية المدمجة في استبدال ناقل الحركة الميكانيكي الضخم ، والذي يصعب التحكم فيه أيضًا. يتم تحميل المحرك ، عادة ما يكون محرك ديزل ، حصريًا على مولد كهربائي ولا يتم توصيله مباشرة بالعجلات.
يمكن استخدام التيار المتولد عن المولد لشحن بطارية الجر ، وفي حالة عدم توفره ، يتم إرساله مباشرة إلى المحركات الكهربائية.
يمكن أن يكون هناك واحد أو أكثر منهم ، حتى التثبيت على كل عجلة في السيارة وفقًا لمبدأ ما يسمى بالعجلات الحركية. يتم تنظيم مقدار الدفع بواسطة وحدة الطاقة الكهربائية ، ويمكن لمحرك الاحتراق الداخلي أن يعمل باستمرار في الوضع الأمثل.
مواز
هذا المخطط هو الأكثر شيوعًا الآن. في ذلك ، يعمل المحرك الكهربائي ومحرك الاحتراق الداخلي من أجل ناقل حركة مشترك ، وتنظم الإلكترونيات النسبة المثلى لاستهلاك الطاقة بواسطة كل محرك من محركات الأقراص. كلا المحركين متصلان بالعجلات.
يتم دعم وضع الاسترداد ، عندما يتحول المحرك الكهربائي أثناء الكبح إلى مولد ويعيد شحن بطارية التخزين. لبعض الوقت ، يمكن للسيارة أن تتحرك فقط عند شحنها ، ومحرك الاحتراق الداخلي الرئيسي مكتوم.
في بعض الحالات ، يتم استخدام بطارية ذات سعة كبيرة ، ومجهزة بإمكانية الشحن الخارجي من شبكة تيار متردد منزلية أو محطة شحن متخصصة.
بشكل عام ، دور البطاريات هنا صغير. لكن تبديلها مبسط ، فليس هناك حاجة لدوائر عالية الجهد هنا ، وكتلة البطارية أقل بكثير من تلك الموجودة في السيارات الكهربائية.
مختلط
نتيجة لتطور تقنية القيادة الكهربائية وسعة التخزين ، ازداد دور المحركات الكهربائية في خلق جهد الجر ، مما أدى إلى ظهور أكثر الأنظمة المتوازية التسلسلية تقدمًا.
هنا ، يتم البدء من حالة السكون والتحرك بسرعات منخفضة بواسطة الجر الكهربائي ، ويتم توصيل محرك الاحتراق الداخلي فقط عند الحاجة إلى خرج عالٍ وعندما يتم استنفاد البطاريات.
يمكن أن يعمل كلا المحركين في وضع القيادة ، وتختار الوحدة الإلكترونية المدروسة جيدًا مكان وكيفية توجيه تدفقات الطاقة. يمكن للسائق متابعة ذلك على شاشة عرض المعلومات الرسومية.
يتم استخدام مولد إضافي ، كما هو الحال في دائرة متسلسلة ، يمكنه توفير الطاقة للمحركات الكهربائية أو شحن البطارية. يتم استعادة طاقة الكبح من خلال عكس محرك الجر.
هذا هو عدد السيارات الهجينة الحديثة التي يتم ترتيبها ، ولا سيما واحدة من أولى السيارات المعروفة - تويوتا بريوس
كيف يعمل محرك هجين على مثال تويوتا بريوس
هذه السيارة هي الآن في جيلها الثالث وقد وصلت إلى درجة معينة من الكمال ، على الرغم من استمرار الهجينة المنافسة في زيادة تعقيد وكفاءة التصميمات.
أساس المحرك هنا هو مبدأ التآزر ، والذي بموجبه يمكن لمحرك الاحتراق الداخلي والمحرك الكهربائي المشاركة في أي توليفة في خلق عزم دوران على العجلات. يوفر التوازي لعملهم آلية معقدة من النوع الكوكبي ، حيث يتم خلط تدفقات الطاقة وتنتقل عبر التفاضل إلى عجلات القيادة.
يتم بدء التشغيل وبدء التسارع بواسطة محرك كهربائي. إذا حددت الإلكترونيات أن قدراتها غير كافية ، فسيتم توصيل محرك بنزين اقتصادي يعمل على دورة أتكينسون.
في السيارات التقليدية المزودة بمحركات أوتو ، لا يمكن استخدام مثل هذه الدورة الحرارية بسبب الظروف العابرة. ولكن هنا يتم توفيرها بواسطة محرك كهربائي.
يتم استبعاد وضع الخمول ، إذا بدأت Toyota Prius تشغيل محرك الاحتراق الداخلي تلقائيًا ، فسيتم العثور على العمل فورًا للمساعدة في التسريع أو شحن البطارية أو توفير تكييف الهواء.
نظرًا لوجود حمل دائم والعمل بالسرعة المثلى ، فإنه يقلل من استهلاك البنزين ، حيث يكون في أكثر النقاط فائدة لخاصية السرعة الخارجية.
لا يوجد مشغل تقليدي ، حيث لا يمكن تشغيل مثل هذا المحرك إلا من خلال تدويره بسرعة كبيرة ، وهو ما يفعله المولد القابل للانعكاس.
تتميز البطاريات بقدرات وجهد مختلفة ، في أكثر نسخة قابلة لإعادة الشحن تعقيدًا من PHV ، هذه البطاريات شائعة جدًا بالفعل للسيارات الكهربائية 350 فولت عند 25 آه.
مزايا وعيوب الهجينة
مثل أي حل وسط ، تعتبر السيارات الهجينة أدنى من السيارات الكهربائية النقية والمركبات التقليدية التي تعمل بالوقود الزيتي.
لكن في الوقت نفسه ، يحققون مكسبًا في عدد من الخصائص ، لشخص يتصرف على أنه الخصائص الرئيسية:
- تبسيط الوسائل المستخدمة لمكافحة الانبعاثات الضارة لمحركات الاحتراق الداخلي ؛
- تحقيق بعض الاقتصاد في استهلاك الوقود ، مهما كان الجدل ؛
- إمكانية الحركة على الجر الكهربائي النقي حيث يحظر استخدام محركات الاحتراق الداخلي ؛
- زيادة بسيطة إلى حد ما في السعة المعلنة ؛
- استحالة ، على عكس السيارة الكهربائية ، البقاء بدون طاقة بعيدًا عن الشبكة الكهربائية.
ترتبط جميع العيوب بمضاعفات التكنولوجيا:
- الحاجة إلى موظفين أكفاء مدربين تدريباً خاصاً للعمل مع السيارات الهجينة ؛
- زيادة كتلة السيارة التي تستهلك الوقود أيضًا ؛
- سعر أعلى للسيارة
- خسارة السيارات الكهربائية بسبب الحفاظ على محرك الاحتراق الداخلي وكل ما يتعلق به ؛
- لا تزال التقنيات غير متطورة بشكل كافٍ والافتقار إلى نهج موحد للتصميم ؛
- عدم التوافق البيئي في إنتاج البطاريات والتخلص منها.
من الممكن أن يستمر إنتاج السيارات الهجينة بعد الاختفاء التام للسيارات الكلاسيكية.
لكن هذا لن يحدث إلا إذا تم إنشاء محرك وقود هيدروكربوني مدمج واقتصادي وجيد التحكم ، والذي سيكون إضافة جيدة للسيارة الكهربائية في المستقبل ، مما يزيد بشكل كبير من استقلاليتها التي لا تزال غير كافية.
