السيارة الهجينة (Hybrid Car)
متطلبات تشغيل السيارة
لكي تصبح السيارة سهلة الاستعمال ويمكن الاعتماد عليها يجب أن يتوفر فيها الآتي:
- تسير على الأقل 300 ميل (482كم) بين التعبئة الكاملة لخزان الوقود.
- يمكن تعبئة السيارة بالوقود بطريقة سهلة وسريعة.
- تكون قادرة على مسايرة باقي السيارات على الطريق.
– السيارة التي تسير بالبنزين يتوفر فيها ما سبق ذكره، ولكن المشكلة تكمن في أنها تنتج كمية عالية من الملوثات، وفي الغالب يكون لها استهلاك وقود عالي.
– السيارة الكهربائية في الناحية الأخرى لا تنتج ملوثات بالمرة، ولكن يمكنها أن تسير ما بين 50 إلى 100 ميل (80 إلى 161 كم) بين عملية التعبئة الكاملة للسيارة، والمشكلة في أنها تحتاج أيضاً إلى وقت كبير في عملية شحن البطارية.
-أما بالنسبة للسيارة الهجينة فيمكنها استخدام محرك بنزين أصغر من المركب بالسيارات التقليدية المسيرة بالبنزين، ويكون المحرك أكثر كفاءة من ناحية استهلاك الوقود ومن ناحية التلوث.
تصنيف السيارات:
تصنف السيارات كالتالي:
- ذات محرك احتراق داخلي (سيارة تقليدية)
- ذات موتور كهربائي (سيارة كهربائية)
- ذات محرك + موتور (تهجين على التوالي)
- ذات محرك + موتور (تهجين على التوازي)
- محرك الاحتراق الداخلي يعمل (بالبنزين أو الديزل)
تعريف السيارة الهجينة (Hybrid Car):
يطلق على أي سيارة أسم سيارة مهجنة عندما تجمع بين مصدرين أو أكثر للطاقة، ويمكن تجميع مصدري الطاقة الموجودين بالسيارة المهجنة بعدة طرق:
- التهجين المتوالي.
- التهجين المتوازي.
- كما يمكن للسيارة المهجنة أن تجمع بين النوعين من التهجين في آن واحد.
التهجين المتوالي:
في هذا النوع من التهجين فإن محرك البنزين يقوم بإدارة مولد كهربائي، بحيث يمكن للمولد أن يقوم بشحن البطارية، أو إعطاء طاقة لموتور كهربائي يقوم بإدارة مجموعة نقل الحركة.
لا يقوم محرك البنزين بإدارة السيارة مباشرة، انما يتولى الموتور الكهربائي ذلك.
التهجين المتوازي:
يكون هناك خزان للوقود الذي يمد المحرك بالبنزين، كما يوجد هناك أيضاً مجموعة من البطاريات التي تمد موتور كهربائي بالتيار المطلوب، حيث يمكن لمحرك البنزين والموتور الكهربائي إدارة مجموعة نقل الحركة في نفس الوقت، ثم تدير مجموعة نقل الحركة العجلات، ويعمل محرك الكهرباء في إدارة السيارة داخل المدينة، وعند السرعات البطيئة، ويعمل محرك البنزين في الطرق السريعة، والسرعات العالية، ويضاف عمل المحرك الكهربائي إليه في حالة صعود مرتفع أو التسارع.
أجزاء ومكونات السيارة الهجينة (Hybrid Car):
- محرك البنزين
- خزان البنزين
- الموتور الكهربائي
- المولد الكهربائي
- نقل الحركة
محرك البنزين:
- تستخدم السيارة المهجنة محرك بنزين مشابه للمحركات الأخرى الموجودة بمعظم السيارات، ولكن المحرك في السيارة المهجنة يكون أصغر، ويستخدم تقنيات متقدمة لتقليل التلوث وزيادة الكفاءة.
- يمكن زيادة كفاءة المحركات الصغيرة باستخدام أجزاء داخلية صغيرة وخفيفة الوزن، ويساعد تقليل السرعة القصوى لدوران المحرك (حوالي 4500 لفة/ دقيقة) في استخدام تلك الأجزاء الصغيرة، وكذلك يؤدي تقليل عدد الأسطوانات وتشغيل المحرك بالقرب من الحد الأقصى للحمل إلى زيادة كفاءة المحرك.
الموتور الكهربائي:
-
- المحرك الكهربائي في السيارات المهجنة معقد للغاية، فإن التقنية الإلكترونية الحديثة تسمح له بأن يعمل كموتور كهربائي وفي نفس الوقت كمولد كهربائي، فعند الحاجة يمكن استخدام تيار من البطارية لعمل تسارع للسيارة، ولكن أثناء عمله كمولد فيمكنه من أن يخفض من سرعة السيارة، ويشحن البطارية بالطاقة الكهربائية.
- الموتور يكون كافي لتسير السيارة بدون الحاجة إلى محرك البنزين.
- المولد الكهربائي يشبه الموتور الكهربائي في التركيب، ولكنه يعمل لتوليد الكهرباء، ويستخدم في الغالب في السيارات المهجنة ذات التهجين المتوالي.
نقل الحركة:
- يعمل نظام نقل الحركة في السيارات المهجنة نفس عمله في السيارات التقليدية.
- في بعض السيارات المهجنة يستخدم نفس نظام نقل الحركة التقليدي كما في سيارات “هوندا إنسيت” (Honda Insight).
- والبعض الأخر كما في سيارات ” تويوتا بريوس” (Toyota Prius) تستخدم نظام مختلف جذرياً.
السيارة الهجينة ” تويوتا– بريوس“Prius
السيارة الهجينة
- تم تصميم السيارة “تويوتا- بريوس” من البداية لتكون كسيارة مهجنة وليس كما في حالة السيارة “هوندا – أينسيت” حيث تم تركيب مكونات السيارة المهجنة على شاسية (جسم) السيارة هوندا- أيكورد.
- وتتميز السيارة “بريوس” بعدم وجود العديد من الأجزاء الموجودة في السيارة التقليدية، وكذلك بوجود أجزاء تمت إضافتها للسيارة، وأجزاء تم تعديلها.
الأجزاء التي تمت إضافتها:
- عدد 2 وحدة (الموتور/ المولد)
- وحدة تقسيم القدرة
- بطارية الجر
الأجزاء التي تم تعديلها:
- المحرك
- مجموعة تروس التخفيض النهائي
تصميم المحرك في السيارة الهجينة
- محرك مصنع من الألمنيوم، ويستخدم نظام عمود كامة علوي مزدوج (DOHC- double overhead cam) ويتبع المحرك دورة أتكنسون وليس دورة أوتو كما في باقي السيارات التقليدية.
- دورة أتكنسون: في هذه الدورة يكون شوط القدرة أكبر من شوط الانضغاط (في دورة أوتو شوط القدرة يساوي شوط الانضغاط)، نسبة الانضغاط تساوي 10:1، ونسبة التمدد تساوي 20:1، وبهذا يمكن الاستفادة من معظم الطاقة الموجودة في غازات الاحتراق، وذلك لطول شوط القدرة، ويمكن تكبير شوط القدرة عن شوط الضغط باستخدام تحكم الكتروني في توقيت فتح وغلق الصمّامات، وفي الحقيقة ليس هناك تغيير في الطول الفعلي للشوط، ولكن يتم تغيير الطول الفعال عن طريق اطالة مدة فتح الصمامات (حيث لن يبدأ شوط الانضغاط إلا بعد غلق الصمامات)، كما تزيد كفاءة المحرك الذي يعمل حسب دورة أتكنسون نتيجة تقليل الفقد في الانسياب (pumping loss).
- ويسمح نظام نقل الحركة (وحدة تقسم القدرة) إلى السماح للمحرك بالبقاء معظم الوقت في المجال الأكثر كفاءة من السرعة والحمل.
كما عدل تصميم الماكينة لتحسين الأداء:
- ترحيل محور المكبس الطولي عن محور عمود المرفق (offset) بمقدار 12 مم لتقليل الاحتكاك داخل الماكينة.
- تغير في شكل المكبس.
- الصمّامات لها ساق قصير ونوابض قليلة الكزازة لتقليل الفقد في الطاقة عند فتح الصمامات.
- جعل غرفة مضخة المياه مصبوبة مع جسم المحرك.
- تغيير شكل مسار المياه داخل جسم الماكينة إلى انسياب مستمر.
- استخدام نظام الإشعال المباشر.
- التحكم في التوصيل بين بدال البنزين وفتحة الخانق عن طريق الأسلاك وليس الوصلات الميكانيكية.
- كما تم تعديل نظام التحكم في الملوثات، عن طريق جهاز يقوم بالاحتفاظ بالهيدروكربون الغير محترق بغازات العادم، عندما يكون مادة محفز الغاز(catalyst) باردة، وينتظر حتى أن يتم تسخين المادة عن طريق غازات العادم، يسمى هذا الجهاز جهاز الاحتفاظ بالغاز (adsorber).
- كما تم تعديل في نظام التبريد كذلك، حيث تم دمج مكثف التكيف والمشع في وحدة واحدة (في السيارات التقليدية يكون المكثف أمام المشع ويفصل بينهما مسافة قصيرة).
- وبالإضافة إلى بطاريات إدارة السيارة، هناك بطارية 12 فولت لتوفير الطاقة لنظام الإضاءة والملحقات الكهربائية المختلفة.
وحدة الموتور في السيارة الهجينة
التركيب:
- للسيارة ” بريوس” عدد أثنين وحدة موتور/ مولد، والوحدتين متشابهين في التركيب، ولكن مختلفين في الحجم. وكلاهما عبارة عن موتور كهربائي ثلاث فاز توافقي ذو تيار متردد ومجال مغناطيسي دائم، ويتكون الجزء الدوار من مغناطيس قوي ولا يتصل بأي أسلاك كهربائية، أما الجزء الثابت فله ثلاثة ملفات، عند مرور التيار في احدى الملفات في اتجاه معين فيدور الجزء الدوار في اتجاه معين، وعند مرور التيار بالتتابع في الملفات يتم دوران الجزء الدوار، في حالة التأثير بقوة خارجية في إدارة الجزء الدوار يتولد تيار في ملفات الجزء الثابت، ويمكن استخدام التيار بشحن البطارية، وبهذا يمكن لهذه الوحدة أن تستخدم كموتور أو كمولد ويمر التيار من وإلى البطارية على الترتيب.
- وحدة الموتور/ المولد (1) (MG1-motor/generator 1):
وهي الأصغر بالنسبة للوحدة الأخرى، وهي ذات قدرة 18 كيلوواط، وتتصل بالترس الشمسي بوحدة تقسيم القدرة، ووظيفة هذه الوحدة هي القيام ببدء إدارة محرك البنزين، والتحكم في سرعة دوران محرك البنزين عن طريق توليد كمية مختلفة من القدرة الكهربائية.
- وحدة الموتور/ المولد (2) (MG2- motor/generator 2) :
وهي الوحدة الأكبر حجماً، وتتصل بالترس الحلقي بوحدة تقسيم القدرة المتصلة بتروس التخفيض النهائي، ومنها إلى العجلات الأمامية القائدة، وتكون وحدة الموتور/ المولد تلك قادرة على تسير السيارة، وهي ذات قدرة 33 كيلوواط، وتسمى هذه الوحدة في بعض الأحيان بموتور الجر، والعمل الأساسي لهذه الوحدة هو اعطاء قدرة للسيارة كموتور، كما تعمل كمولد عن طريق استعادة جزء من طاقة فرملة السيارة.
- سيارة بريوس (البطارية)
- وبطارية السيارة معزولة وهي بطارية من النيكل (NiMH – sealed nickel-metal hydride) ذات جهد 330 فولت، وهي تعمل كمخزن لتخزين الطاقة الكهربائية لإدارة السيارة، ومساعدة محرك البنزين في عملية التسارع، وبالنسبة لوجود نظام استخلاص الطاقة الفرامل ونظام الموتور/ المولد فلا تحتاج السيارة إلى وصلها بمصدر خارجي للتيار الكهربائي.
- كما يوجد بالسيارة بطارية إضافية ذات جهد 12 فولت، وسعة 28 أمبير ساعة، عند إدارة السيارة يوجد محول من تيار متردد إلى تيار مستمر من نظام الجهد العالي، وهو يقوم بإمداد الكهرباء إلى دوائر السيارة المختلفة، وكذلك شحن البطارية الإضافية.
أ- السيارة”برويس“ (وحدة تقسيم القدرة (PSD- (power split device)
يتم تجميع وتوزيع العزم والقدرة لمحرك البنزين، ووحدتي الموتور/ المولد عن طريق مجموعة وحدة تروس كوكبية، وأطلق عليها بواسطة تويوتا وحدة تقسيم القدرة (PSD)، وهذه الوحدة تسمح للسيارة أن تعمل في كلا الحالتين، التهجين المتوازي والتهجين المتوالي في نفس الوقت والحصول على بعض المميزات من كل نوع، فيستطيع محرك البنزين إدارة العجلات مباشرة (ميكانيكياً) عن طريق الوحدة، وفي نفس الوقت يمكن سحب جزء من طاقة محرك البنزين لتحويلها إلى كهرباء، والتي يمكن بها شحن البطارية أو تمرر إلى وحدة الموتور/ مولد (1) للمساعدة في إدارة العجلات، و تمكن المرونة في تقسيم الطاقة الميكانيكية/ الكهربائية في وحدة تقسيم القدرة لسيارة “بريوس” من تحسين من استهلاك الوقود، وتتحكم في التلوث “بشكل كان لا يمكن الوصول إليه في حالة استخدام اتصال ميكانيكي مباشر بين محرك البنزين والعجلات كما في نظام التهجين المتوازي أو يؤدي إلى فقد في الطاقة الكهربائية كما في نظام التهجين المتوالي”.
ب- السيارة”برويس“ (وحدة تقسيم القدرة PSD- (power split device)
السيارة الهجينة
ووحدة تقسيم القدرة هي مجموعة التروس الكوكبية، تتصل وحدة الموتور/ المولد (1) بالترس الحلقي حيث يتصل الترس بمجموعة التروس الفروقية التي تدير العجلات، ويتصل الموتور/ المولد (2) بالترس الشمسي، ويتصل محرك البنزين بحامل التروس الكوكبية، وتعتمد سرعة السيارة على حركة دوران الترس الحلقي الذي يعتمد على حركة جميع الأجزاء (الموتور والمولد، محرك البنزين).
السيارة “برويس” نظام التحكم في المركبة VSC Vehicle System Control
نظام التحكم في المركبة: هو جهاز يضمن انسياب القدرة بسلاسة، والتشغيل السليم لمنظومات السيارة، ويساعد النظام في عمليات شحن، ومؤازرة محرك البنزين، وبدء تشغيل محرك البنزين، وتعمل على غلق المحرك أثناء السرعة الثابتة، وتوقف السيارة لتوفير استهلاك الوقود، وكذلك تقوم بتحويل الموتور الكهربائي إلى مولد عند استخدام الفرملة، للمساعدة في شحن البطارية من الطاقة المستخلصة من الفرامل.
السيارة “برويس” فرامل استرجاع الطاقة
يتم استرجاع بعض من الطاقة المفقودة، وذلك خلال السير بسرعة ثابتة والتباطؤ وإيقاف السيارة، وذلك عن طريق تحويل الموتور إلى مولد.
السيارة “برويس” خواص أخرى:
- يوجد وسادة هوائية على شكل ستارة أمامية وجانبية وخلفية لمقعد السائق والمقعد الأمامي بجانب السائق.
- نظام منع السرقة.
- نظام أوتوماتيكي لتظليل مرآه النظر للخلف.
- شاشة عرض بلورية متعددة المعلومات، بيان متابعة مسار الطاقة واستهلاك الوقود والتحكم في المناخ، وحالة الصوت داخل السيارة، وبيان درجة الحرارة الخارجية.
- تحكم في تسير ذاتي للسيارة (Cruise control).
- النظام الذكي لفتح باب السيارة وبدأ إدارتها.
- إدارة السيارة عن طريق زر دفع (Push button start)
- نظام منع غلق العجلات(ABS) ، مع نظام توزيع الفرامل الإلكتروني (EBD)، ونظام مساعدة الفرامل (brake assist).
- نظام التحكم في اتزان السيارة (VSC).
- نظام دي في دي للملاحة يعمل عن طريق الصوت (Voice-activated DVD navigation system) ، بالإضافة إلى الاتصال التليفوني بدون استخدام اليد عن طريق استخدام تقنية البلوتوث (Bluetooth).
- تستخدم مكيف هواء كهربائي يعمل عن طريق المحولات.
مميزات السيارة الهجينة (Hybrid Car):
- توفير للوقود
- تلوث أقل
- لا يحتاج الموتور الكهربائي أو البطارية إلى أي عملية صيانة خلال العمر التشغيلي للسيارة.
- وصيانة محرك البنزين يحتاج إلى نفس الصيانة المطلوبة لمحرك السيارات التقليدية، حيث أن المحرك يعمل بسرعات أقل، فإنه يحتاج إلى فترات أطول بين الصيانة الدورية.
- كما أن الفرامل تعمل بنظام استرجاع الطاقة، فإن ذلك سوف يؤدي إلى زيادة عمر بطانات الاحتكاك.
عيوب السيارة الهجينة (Hybrid Car):
- ماذا سيكون عليه سعر السيارة المهجنة كسيارة مستعملة، هذا سؤال صعب حيث أن ثمن البطارية هو 3000 دولار أو أكثر، حيث أن صانعي السيارة يضمنون البطارية حتى 160.00 كيلومتر.
- الزيادة في سعر السيارة يحتاج إلى تشغيل السيارة 160.000 كيلومتر لتوفير في سعر الوقود ليعوض الزيادة في سعر الشراء (3500 دولار).
اعداد فريق مجلة الكراج للسيارات.
اذا أعجبتك المعلومات هنا لا تنسى مشاركتها مع أصدقاءك من خلال أزرار مواقع التواصل الاجتماعي في الأسفل