نحوه عملكرد خودروهاي هيبري

توضیحات

دسته: مجموعه شماره 9

منتشر شده در دوشنبه, 18 دی 1391 22:02

نوشته شده توسط Mehdi Jahanbakhsh

 نحوه عملكرد خودروهاي هيبري

نويسنده : محسن محمدي، عليرضا قرباني

مقدمه‌اي بر عملكرد خودروهاي هيبريد
امروزه تعداد زيادي از مدل‌هاي هيبريد در بازار وجود دارند و اغلب سازندگان خودرو، طرح‌هايي را براي ساخت مدل‌هاي مورد نظر خويش اعلام كرده‌اند.
نحوه كاركرد يك خودرو هيبريد چگونه است؟ چه عاملي باعث مي‌شود كه در اين خودروها به نسبت هر گالن سوخت استفاده شده، مسافتي20 يا30 مايل بيشتر از خودروهاي استاندارد طي شود؟ آيا آلايندگي كمتر اين خودروها به دليل طي مسافت بيشتر با استفاده از سوخت گازي است؟ ما در اين مقاله به شما در درك بهتر عملكرد اين فناوري كمك كرده و نكات مهمي را درخصوص نحوه راندن يك خودروي هيبريد در راستاي كسب حداكثر كارايي بيان خواهيم داشت.
خودروهاي هيبريد مانند هوندا سيويك هيبريد (2007) براي مصرف بهينه سوخت و متصاعد كردن آلاينده‌هاي كمتر طراحي شده‌اند. ممكن است افراد بسياري مالك يك وسيله نقليه هيبريد باشند. به عنوان مثال، يك دو چرخه پدالي موتوري1 نوعي وسيله نقليه هيبريد محسوب مي‌شود زيرا در آن، نيروي يك موتور گازي با قدرت پدال راننده آن، تلفيق شده است. در واقع، اطراف ما پر از وسايل نقليه هيبريدي است. اغلب لكوموتيوهايي كه آنها را در حال كشش قطارها مي‌بينيم، هيبريدهاي ديزل الكتريكي هستند. در شهرهايي مانند سياتل اتوبوس‌هاي ديزل الكتريكي مورد استفاده قرار دارند كه مي‌توانند نيروي برق را از سيم‌هاي بالاسري دريافت كرده و يا وقتي از سيم‌ها دور هستند، با استفاده از ديزل حركت كنند. كاميون‌هاي بزرگ معادن اغلب هيبريدهاي ديزل الكتريكي هستند. زيردريايي‌ها نيز وسائط نقليه هيبريد محسوب مي‌شوند كه بعضي از آنها با استفاده از انرژي هسته‌اي- الكتريكي و بعضي به صورت انرژي ديزل الكتريك كار مي‌كنند.هر نوع وسيله نقليه تلفيق كننده دو يا چند منبع نيرو كه مي‌تواند به‌طور مستقيم يا غيرمستقيم نيروي رانش را فراهم آورد را هيبريد مي‌نامند. در حال حاضر، اغلب خودروهاي هيبريد جاده‌اي، هيبريدهاي بنزيني- الكتريكي هستند، هر چند گروه صنعتي پژو/ سيتروئن PSA فرانسه ساخت دو خودرو هيبريد ديزل- الكتريك را در دستور كار دارد. هيبريدهاي بنزيني انواعي هستند كه شما مي‌توانيد در كنندگي فروش محل خود بيابيد، در اين مقاله بر اين نوع ماشين‌ها تمركز خواهيم كرد.

نيروي بنزيني در مقايسه با نيروي الكتريكي
خودرو هيبريد بنزيني - برقي خودرويي است كه در واقع مابين يك خودرو بنزين‌سوز و يك خودرو برقي قرار دارد. حال بياييد با استفاده از كردارهاي كوچك به تشريح تفاوت‌هاي بين يك خودرو بنزين‌سوز و يك خودرو برقي بپردازيم.
يك خودرو بنزين‌سوز از يك مخزن سوخت برخوردار است كه بنزين را به موتور مي‌رساند. سپس موتور، گيربكس را روشن كرده و گيربكس نيز به نوبه خود چرخ‌ها را به حركت در مي‌آورد.
از سوي ديگر، يك خودروي برقي، داراي يك سري باتري است كه نيروي برق لازم براي يك موتور الكتريكي را فراهم مي‌آورد. موتور گيربكس را به حركت درآورده و گيربكس نيز چرخ‌ها را به حركت در مي‌آورد.
هيبريد در واقع نوعي تطابق يا سازش محسوب مي‌شود. درواقع هدف از هيبريد افزايش قابل توجه مقدار مسافت طي شده و كاهش آلاينده‌هاي يك خودروي بنزيني و رفع كاستي‌هاي يك خودرو برقي است.
براي اينكه يك خودرو بتواند براي من و شما مفيد باشد، مي‌بايستي حداقل ملزومات مورد نياز را براورده كند. لذا خودروي يادشده مي‌بايستي بتواند:
* پيش از سوخت‌گيري مجدد حداقل يك مسافت 300 مايلي (482 كيلومتري) را طي كند
* به سرعت و به آساني سوخت‌گيري شود
* از نظر سرعت با ديگر ترددهاي موجود در جاده منطبق باشد
يك خودروي بنزيني با اين ملزومات تطابق دارد، اما حجم قابل توجهي از آلاينده‌ها را متصاعد مي‌كند و ميزان مسافت طي شونده توسط آن در يك بار سوخت‌گيري كمتر است. يك موتور برقي، هيچ نوعي آلودگي ايجاد نمي‌كند و در فاصله هر بار شارژ شدن، مي‌تواند 50 تا 100 مايل (80 تا 161 كيلومتر) مسافت را طي كند. در اين نوع خودروها، مشكل اين است كه از سرعت پاييني برخوردارند و شارژ مجدد آنها دشوار است.
يك موتور گازي - برقي مي‌تواند اين دو وضعيت را به يك سيستم تبديل كرده و نيروي بنزين و برق را با يكديگر تلفيق و تعديل كند.

شكل 1: خودرو بنزين‌سوز

ساختار هيبريد بنزيني- برقي
خودروهاي هيبريد بنزيني- برقي داراي بخش‌هاي ذيل هستند:
موتور بنزيني: خودرو هيبريد داراي يك موتور بنزيني، مشابه موتورهايي است كه شما در اغلب خودروها مي‌بينيد، ولي موتور يك خودرو هيبريد كوچكتر بوده و در آن از فناوري‌هاي پيشرفته براي كاهش آلاينده‌ها و افزايش كارايي استفاده شده است.
مخزن سوخت: مخزن سوخت يك خودرو هيبريد در واقع دستگاهي براي ذخيره انرژي براي موتور گازي است. بنزين از ظرفيت انرژي بالاتري نسبت به باتري‌ها برخوردار است. به عنوان مثال حدود 1000 پوند باتري براي ذخيره انرژي يك گالن (7 پوند) بنزين لازم است.
موتور برقي: موتور برقي يك خودرو هيبريد، دستگاه بسيار ظريفي است. الكترونيك‌هاي پيشرفته موجبات عملكرد موتور به عنوان يك ژنراتور را فراهم كرده‌اند. به عنوان مثال، در صورت لزوم، امكان كسب انرژي از باتري‌ها به منظور افزايش سرعت خودرو وجود دارد. ولي عمل آن به عنوان يك ژنراتور، مي‌تواند سرعت خودرو را پايين آورده و انرژي را به باتري‌ها با گرداند.
ژنراتور: ژنراتور شبيه يك موتور برقي است ولي فقط براي توليد نيروي برق عمل مي‌كند. از اين نوع ژنراتور بيشتر در هيبريدهاي سري (رجوع به قسمت ذيل) استفاده مي‌شود.
باتري‌ها: باتري‌هاي يك خودرو هيبريد، دستگاهي براي ذخيره انرژي براي موتور برقي است. موتور الكتريكي يك خودرو هيبريد، برخلاف بنزين موجود در مخزن سوخت كه صرفاً مي‌تواند موتور بنزيني را روشن مي‌كند، مي‌تواند انرژي را به داخل باتري‌ها وارد و از آن خارج كند.
گيربكس: گيربكس يك خودرو هيبريد همان وظيفه گيربكس يك خودرو معمولي را انجام مي‌دهد. در بعضي از خودروهاي هيبريد، مانند هوندا اينسايت، از گيربكس‌هاي قديمي استفاده شده است. در ديگر خودروها، مانند تويوتا پريوس، از گيربكس‌هاي متفاوتي استفاده شده است كه در قسمت‌هاي بعدي در مورد آنها صحبت خواهيم كرد.
شما مي‌توانيد دو منبع انرژي يافت شده در يك خودرو هيبريد را به روش‌هاي مختلف با يكديگر تلفيق كنيد. در يك روش كه آن را هيبريد موازي مي‌نامند، يك مخزن سوخت كه بنزين موتور را تأمين كرده و يك‌سري باتري كه نيروي موتور برق را تأمين مي‌كنند وجود دارد. هر دو موتور مي‌توانند گيربكس را در يك زمان بچرخانند و سپس گيربكس چرخ‌ها را به چرخش در مي‌آورند.
شكل 4 نوعي هيبريد موازي است. شما متوجه خواهيد شد كه مخزن سوخت و موتور بنزيني به گيربكس وصل مي‌شوند. باتري‌ها و موتور برقي نيز به‌طور مستقل به گيربكس متصل مي‌شوند. در نتيجه، در يك هيبريد موازي، هر دو موتور برقي و بنزيني مي‌توانند نيروي محركه را ايجاد كنند.
برخلاف آن، در يك خودرو هيبريد سري (شكل 5) موتور بنزيني، يك ژنراتور را چرخانده و ژنراتور نيز به نوبه خود مي‌تواند باتري‌ها را شارژ كرده و يا نيروي موتور الكتريكي به حركت درآورنده گيربكس را تأمين كند. به كردار هيبريد سري كه از مخزن سوخت آغاز مي‌شود نگاهي بيفكنيد. در آنجا مشاهد خواهيد كرد كه تمامي مؤلفه‌هاي آن، خطي را به‌وجود مي‌آورد كه در نهايت به گيربكس متصل مي‌شود.
ساختار يك خودرو هيبريد، از دو منبع نيرو برخوردار است تا به‌اين وسيله كارايي خودرو افزايش يافته و عملكردي ارائه شود كه اغلب ما خواهان دريافت آن از يك وسيله نقليه هستيم. در بخش بعد، نحوه تحقق اين امر را مورد بررسي قرار خواهيم داد.

شكل 2: خودرو برقي

شكل 3: مرسدس بنز- M Class hyper - نوعي وسيله نقليه هيبريد

شكل 4: خودروي هيبريد موازي

شكل 5: خودروي هيبريد سري

عملكرد خودروي هيبريد
بخش كليدي يك خودروي هيبريد اين است كه موتور بنزيني مي‌تواند بسيار كوچكتر از نوع مشابه آن در يك خودرو معمولي باشد و لذا كارايي آن بيشتر است. اغلب خودروها به موتور تقريباً بزرگي نياز دارند تا بتوانند نيروي كافي براي افزايش سرعت خودرو را سريعاً فراهم كنند، اما در يك موتور كوچكتر، كارايي مي‌تواند از طريق كاربرد بخش‌هاي كوچكتر و سبكتر و از طريق كاستن از تعداد سيلندرها و استفاده از موتور با ظرفيت نزديك به حداكثر نيرو و باز خروجي آن فراهم شود.
دلايل متعددي براي علت كارايي بيشتر موتورهاي كوچكتر نسبت به موتورهاي بزرگتر وجود دارد:
* موتور بزرگ سنگين‌تر از موتور كوچك است، لذا در اين نوع خودروها از انرژي بيشتري براي افزايش سرعت و بالا رفتن از سربالايي‌ها استفاده مي‌شود.
* در موتور بزرگ، پيستون‌ها و ديگر بخش‌هاي داخلي سنگين‌تر هستند، لذا در هر بار بالا و پايين رفتن در سيلندر به انرژي بيشتري نياز دارند.
*  در اين نوع خودروها جابه‌جايي سيلندرها در فضاي بزرگتري است، لذا سوخت بيشتري براي هر سيلندر لازم است.
موتورهاي بزرگتر معمولاً سيلندرهاي بيشتري دارند و هر سيلندر در هر بار احتراق موتور از سوخت استفاده مي‌كند حتي اگر خودرو در حال حركت نباشد. اين امر نشانگر علت مصرف كمتر سوخت توسط يكي از خودروها به‌رغم يكسان بودن مدل اما متفاوت بودن موتور آنهاست. اگر هر دو خودرو در طول بزرگراه با يك سرعت حركت كنند، خودرو داراي موتور كوچكتر انرژي كمتري مصرف مي‌كند. نيروي توليد شونده توسط هر دو موتور براي به حركت در آوردن خودرو، مي‌بايستي به يك ميزان باشد، اما موتور كوچكتر از نيروي كمتري براي راندن خود استفاده مي‌كند. از طرفي سؤال مطرح اين است كه موتور كوچكتر، چگونه مي‌تواند نيروي لازم براي تطابق با خودروهاي قوي در جاده را فراهم كند؟
حال بياييد خودروي مانند كامارو Chevy را كه از موتور بزرگ V-8 برخوردار است، با يك خودرو هيبريد كه از موتورگازي و موتور برقي برخوردارست، مقايسه كنيم. موتور موجود در كامارو از قدرت بيش از حد كافي براي راه‌اندازي هر نوع شرايط رانندگي برخوردار است. موتور موجود در خودرو هيبريد براي راندن خودرو در طول يك بزرگراه كافي است ولي وقتي لازم باشد كه خودرو ظرف مدت كوتاه با سرعت بالا حركت كند و يا از سربالايي بالا رود، به كمك نياز دارد. كمك مورد نياز از موتور الكتريكي و باتري تأمين مي‌شود و در واقع در اين سيستم براي فراهم كردن نيروي اضافي، دو مرحله كار لازم است.
موتور گازي قرار گرفته بر روي يك خودرو معمولي با حداكثر قدرت مورد نياز منطبق است (زمان‌هايي كه شما پدال گاز را فشار مي‌دهيد). در واقع اغلب رانندگان از اوج قدرت‌ موتورهاي خويش، به ندرت (كمتر از 1 درصد زمان) استفاده مي‌كنند. در خودرو هيبريد از موتور بسيار كوچكتري استفاده مي‌شود كه اندازه آن بيشتر با متوسط نياز قدرتي منطبق است تا اوج قدرت.

شكل 6: نماي از روبروي پروفيل خودروي كوچك و بزرگ

بهينه‌سازي مصرف سوخت
در خودروهاي هيبريد امروزي، علاوه‌بر موتورهاي كوچكتر و كاراتر از بسياري روش‌هاي ديگر براي افزايش بهره‌وري مصرف سوخت استفاده مي‌شود. بعضي از اين روش‌ها به هر نوع خودرو در افزايش مقدار كيلومتر طي شده (در هر بار سوخت‌گيري) كمك مي‌كنند و بعضي از آنها فقط در يك هيبريد به كار گرفته مي‌شوند. يك خودرو هيبريد براي كاهش مصرف سوخت (افزايش مسافت طي شده در هر بار سوخت‌گيري) مي‌تواند موارد ذيل را به انجام رساند:
انرژي را جمع‌آوري و بازيابي كرده و آن را در باطري ذخيره مي‌كند هر وقت پاي خود را بر روي پدال ترمز خودرو خويش فشار مي‌دهيد انرژي را از خودرو خارج مي‌كنيد. هر چه سرعت يك خودرو بيشتر باشد، انرژي جنبشي آن بيشتر است. ترمزهاي يك خودرو اين انرژي را خارج كرده و به شكل گرما پراكنده مي‌سازد. يك خودرو هيبريد مي‌تواند بعضي از اين انرژي‌ها را جمع كرده و براي استفاده بعدي در باطري‌ها ذخيره كند. خودروهاي يادشده، اين كار را از طريق ترمزگيري احياكننده به انجام مي‌رسانند. يعني به جاي صرف استفاده از ترمزها براي توقف خودرو، موتور الكتريكي پيش برنده خودرو هيبريد نيز مي‌تواند سرعت خودرو را پايين بياورد. در اين روش، موتور الكتريكي به عنوان يك ژنراتور عمل كرده و هنگام پايين آمدن سرعت خودرو باتري‌ها را شارژ مي‌كند.
گاهي موتور را خاموش مي‌كند يك خودرو هيبريد نيازي به تكيه مداوم بر موتور بنزيني ندارد زيرا از منبع قدرت ديگري برخوردار است كه همان موتور الكتريكي و باتري‌ها است. بنابراين خودرو هيبريد مي‌تواند گاهي موتور بنزيني را خاموش كند، مثلاً وقتي وسيله نقليه در مقابل چراغ قرمز متوقف است.
از آئروديناميك‌هاي پيشرفته براي كاهش كشش استفاده مي‌كند. وقتي در حال رانندگي در يك اتوبان هستيد، اغلب كار انجام شده توسط موتور شما صرف شكافتن هوا و حركت دادن خودرو مي‌شود. اين نيرو را كشش آئروديناميك مي‌نامند. نيروي كشش يادشده مي‌تواند با استفاده از روش‌هاي متعدد كاهش يابد. يك راه مطمئن كاستن از ناحيه قدامي خودرو است. ميزان فشار وارده از سوي يك SUV بزرگ به منظور عبور از ميان هوا نسبت به موتورهاي ورزشي كوچك را در ذهن خود مقايسه كنيد.
كاهش اختلالات و مزاحمت‌هاي حول اشياء خارج شده (جلو آمده) از خودرو يا حذف آنها مي‌تواند به بهبود آئروديناميك‌ها كمك كند. مثلا، پوشش‌هاي روي محفظه چرخ‌ها، جريان هوا را روان‌تر ساخته و از نيروي كشش مي‌كاهند. گاهي به جاي آينه دوربين‌هاي كوچك جاسازي مي‌شوند.
از لاستيك‌هاي داراي مقاومت غلطشي اندك استفاده مي‌كند. لاستيك‌هاي اغلب خودروها براي برخورداري از حركت روان، به حداقل رساندن سروصدا و فراهم كردن كشش مناسب در انواع شرايط آب و هوا بهينه‌سازي مي‌شوند، امابهينه‌سازي آنها به‌ندرت براي افزايش كارايي به انجام مي‌رسد. در واقع، لاستيك‌ها در هنگام رانندگي نيروي كششي بسياري را ايجاد مي‌كنند. در خودروهاي هيبريد از لاستيك‌هاي خاص كه نسبت به لاستيك‌هاي قديمي سفت‌تر و پربادتر هستند استفاده مي‌شود. نتيجه اين است كه نيروي كششي ايجاد شونده توسط آنها نصف نيروي كششي ايجاد شونده توسط ديگر لاستيك‌هاست.
از مواد سبك استفاده مي‌كنند. كاهش وزن خودرو يك راه آسان براي افزايش مسافت طي شده توسط خودرو (در هر بار سوخت‌گيري) و در واقع كاهش مصرف سوخت است. در هر بار اقدام شما براي افزايش سرعت در بالا رفتن از يك بلندي، خودرو سبك‌تر از انرژي كمتري استفاده مي‌كند. مواد كامپوزيت مانند الياف كربني يا فلزات سبك مانند آلومينيم و منيزيم مي‌توانند براي كاهش وزن مورد استفاده واقع شوند.
در تمامي خودروهاي هيبريد موجود در بازار از بعضي يا تمامي اين روش‌هاي مخصوص افزايش كارايي استفاده مي‌شود. ما از نزديك فناوري هوندا اينسايت وتويوتا پريوس را مدنظر خواهيم داشت.
اگرچه هر دوي اين خودروها هيبريدهاي موازي اصلاح شده هستند، ولي از نظر ويژگي با يكديگر متفاوتند. هوندا اينسايت و تويوتا پريوس از موتور بنزيني، يك موتور الكتريكي و يك‌سري باتري برخوردارند ولي تنها وجه تشابه آنها همين مواردي بود كه بيان شد. حال بررسي خود را با هوندا اينسايت آغاز مي‌كنيم.

هوندا اينسايت 
هوندا اينسايت كه در اوايل سال 2000 در ايالات متحده به بازار ارائه شد براي كسب بهترين مسافت طي شده در يك بار سوخت‌گيري طراحي گرديد. هر چند اينسايت بخشي از خط توليد هونداست ولي هنوز مثال خوبي براي نحوه عملكرد يك خودرو هيبريد محسوب مي‌شود.
هوندا از تمامي روش‌هاي ارائه شده درا ين كتاب براي بهبود كارايي خودرو استفاده كرده است. اينسايت يك خودرو كوچك و سبك وزن است كه از دو نشيمن و يك موتور گازي كوچك همراه با كارايي بالا برخوردار است. اينسايت از بهترين ميزان مسافت طي شده EPA در هر بار سوخت‌گيري نسبت به ديگر خودروهاي هيبريد موجود در بازار برخوردار است.
هوندا اينسايت در واقع نوعي خودرو هيبريد موازي ساده است. خودرو يادشده از يك موتور الكتريكي برخوردار است كه در نقطه حركت فلايويل به موتور متصل مي‌شود. هوندا اين سيستم را «كمك موتور يكپارچه» مي‌نامد. اينسايت يا داراي گيربكس دستي و يا داراي CVT اتوماتيك (گيربكس متغير متداوم) است.
موتور الكتريكي يك اينسايت به روش‌هاي مختلف كمك مي‌كند. اين خودرو مي‌تواند:
نيروي مضاعفي را در هنگام افزايش سرعت خودرو يا بالا رفتن از يك سربالايي فراهم آورد.ترمز احياكننده را براي جمع‌آوري انرژي در طول ترمزگيري فراهم كند.موتور را روشن كند، پس نيازي به استارتر نيست، اما موتور نمي‌تواند به خودي خود نيروي لازم براي خودرو را فراهم آورد، لازمه حركت خودرو حركت موتور گازي است.
هوندا به منظور كاهش مصرف سوخت و افزايش مسافت طي شده در هر بار سوخت‌گيري، از تمامي روش‌هاي افزايش كارايي كه پيش از اين مورد بحث قرار گرفت استفاده كرده است، اما اينسايت بر3 حوزه ذيل تمركز مي‌كند:
وزن را كاهش مي‌دهد: اينسايت به عنوان يك خودرو كوچك، از يك بدنه و ساختار آلومينيمي سبك وزن براي كاهش وزن استفاده مي‌كند. هوندا با سبك‌تر كردن خودرو، قادر به استفاده از يك موتور كوچك و سبك‌تر كه مي‌تواند انتظارات ما را از خودرو خويش فراهم آورد است. وزن اينسايت كمتر از 1900 پوند (862 كيلوگرم) است كه 500 پوند كمتر از سبك‌ترين هوندا سيويك‌هاست.
از يك موتور كوچك و كارامد استفاده مي‌كند: وزن موتور موجود در اينسايت كه در قسمت ذيل نشان داده شده است، صرفاً 124 پوند است (56 كيلوگرم). اين موتور داراي اندازه كوچك، حجم 0/1 ليتر و سه سيلندر است كه67 اسب بخار در rpm5700 نيرو توليد مي‌كند. در اينجا از سيستم VTEC هوندا استفاده مي‌شود و از فناوري lean burn به ميزان مسافت طي شده (66mpg/highway, 60mpg/city) EPA دست يافته است. همچنين، اين سيستم با استفاده از نيروي مضاعف فراهم شده به وسيله موتور الكتريكي كوچك، مي‌تواند سرعت اينسايت را ظرف 11 ثانيه از صفر تا 60 mph افزايش دهد.

شكل 7: هوندا اينسايت2006 (سمت چپ) و تويوتا پريوس 2006 (سمت راست)

اينسايت همگام با موتور الكتريكي در حال حركت، 73 اسب‌بخار را در 5700rpm توليد مي‌كند. اگر شما اين رقم را به تنهايي با اسب‌بخار موتور مقايسه كنيد، همانند موتور الكتريكي، فقط 6 اسب‌بخار را اضافه مي‌كند. ولي كارايي واقعي موتور الكتريكي در سرعت‌هاي پايين‌تر موتور نشان داده مي‌شود. موتور الكتريكي اينسايت از قدرت 10 كيلووات (حدود 13 اسب‌بخار) در 3000rpm برخوردار است.

در واقع، بالاترين عدد گشتاور است كه اين موضوع را به روشني نشان مي‌دهد. حداكثر نيروي گشتاور اينسايت بدون موتور الكتريكي، 66 pound- feet در 4800rpm است. اما در صورت وجود موتور الكتريكي، نيروي گشتاور آن 79pound-feet در 1500rpm خواهد بود. از اين‌رو موتور، گشتاور بسياري را به حد پايين دامنه سرعت كه در آن موتور ضعيف‌تر است اضافه مي‌كند. اين امر يك سازش مناسب محسوب مي‌شود كه موجب مي‌شود به هونداي برخوردار از موتور كوچك، احساس بزرگتري را ببخشد.
از آئروديناميك‌هاي پيشرفته استفاده مي‌كند - هوندا اينسايت با استفاده از شكل قطره اشك كلاسيك طراحي گرديده است. قسمت پشتي خودرو باريكتر از قسمت قدامي (جلويي) آن است. (توجه داشته باشيد كه قطره اشك واقعي به‌اين گونه به صورت آئروديناميك عمل نمي‌كند. قسمتي از چرخ‌هاي پشتي به وسيله bodywork (بدنه) پوشيده مي‌شود تا به‌اين وسيله شكل روان‌تري به آن بخشيده شود و بعضي بخش‌هاي قسمت زيرين خودرو نيز با پانل‌هاي پلاستيكي پوشيده شده‌اند. اين روش‌ها منجر به ايجاد ضريب كشش 25/0 مي‌شود كه باعث مي‌شود خودرو يادشده به يكي از آئروديناميك‌ترين خودروهاي موجود در بازار بدل شود.
وقتي شما پشت اينسايت قرار مي‌گيرد، متوجه مي‌شويد كه تفاوت چنداني با خودروهاي قديمي ندارد. اما وقتي سرعت خودرو بالاتر مي‌رود، اغلب امور توسط موتور گازي به انجام مي‌رسد. اگر سرعت خودرو سريعاً بالا رود، موتور الكتريكي نيروي مضاعفي را توليد مي‌كند.

شكل 8: طرح‌بندي هوندا اينسايت

هنگام حركت در طول بزرگراه، موتور گازي تمامي امور را به انجام مي‌رسان. وقتي كه با گرفتن ترمز سرعت را پايين مي‌آوريد و يا گاز را خالي مي‌كنيد، موتور الكتريكي به توليد الكتريسيته اندك براي شارژ كردن باتري‌ها مي‌پردازد. شما مجبور نيستيد كه اينسايت را به يك پريز برق وصل كنيد، موتور به تنهايي تمامي نيروي مورد نياز براي شارژ باتري‌ها را تأمين خواهد كرد.
مسئله جالبي كه در اينجا لازم است بيان شود اين است كه در اينسايت، گيربكس دستي از موتور و موتور از كلاج جدا هستند. اين، به‌اين معناست كه اگر شما راننده‌اي هستيد كه در هنگام كاهش سرعت مايل هستيد كه كلاج يا خودرو را در وضعيت خلاص قرار دهيد، در اين صورت ترمز احيا شونده نخواهيد داشت. به منظور بازيابي انرژي در هنگام كاستن از سرعت خودرو، خودرو بايد بر روي دنده قرار داده شود.
حال بياييد نگاهي به فناوري تويوتا پريوس بيافكنيم. پريوس از روش متفاوتي نسبت به اينسايت برخوردار است.

تويوتا پريوس
تويوتا پريوس، كه ساخت كشور ژاپن در اواخر سال 1997 است براي كاهش انتشار آلاينده‌ها در مناطق شهري طراحي شده است. لذا تويوتا براي دستيابي به اين امر، نوعي power train هيبريد موازي به نام سيستم هيبريد تويوتا (THS) را طراحي كردكه بعضي از مزاياي يك هيبريد سري را به خودرو اضافه مي‌كند. پريوس با استاندارد وسائط نقليه داراي آينده‌هاي كمتر SULEV) California super) منطبق است. خودرو يادشده خودرو چهار دري است كه داراي 5 صندلي است و power train آن قادر به افزايش دادن سرعت خودرو تا حد (24kph) 15mph صرفاً با استفاده از نيروي الكتريكي است. اين امر باعث مي‌شود كه ميزان مسافت طي شده توسط خودرو در يك بار سوخت‌گيري در شهر بيش از بزرگراه باشد.

شكل 9: نماي پريوس

تويوتا، برخلاف هوندا براي دستيابي به اهداف مورد نظر در زمينه آلاينده‌ها و ميزان مسافت طي شده در هر بار سوخت‌گيري در وهله اول بر power train تمركز كرده است. وزن پريوس حدود 2900 پوند (1315 كيلوگرم) بوده و از فضاي داخلي كافي به اندازه كورولا برخوردار است. در اينجا آرايش و جانمايي تمامي قطعات ارائه شده است:
پريوس در راستاي بهبود كارايي و كاهش آلاينده‌ها، بيشتر بر دو ويژگي تأكيد دارد.
موتور آن فقط در سرعت و بار مؤثر حركت مي‌كند.
پريوس به منظور كاهش ميزان آلاينده‌ها، مي‌تواند سرعت را بدون دخالت موتور بنزيني تا حد (24kph ) 15mphافزايش دهد. موتور زماني استارت مي‌زند كه وسيله نقليه از سرعت خاص عبور كرده باشد و وقتي موتور استارت مي‌زند، با دامنه سرعت پايين‌تر عمل مي‌كند.
از يك دستگاه تقسيم قدرت، استفاده مي‌كند. موتورهاي بنزيني مي‌توانند در سرعت و بار خاص به‌طور كارا حركت كنند. دستگاه تقسيم قدرت موجود در يك پريوس كه در مورد آن صحبت خواهيم كرد، باعث مي‌شود كه در اغلب اوقاتموتور در كاراترين حالت بار و سرعت قرار داشته باشد.
تويوتا، براي پريوس يك موتور 5/1 ليتري را طراحي كرده كه با حداكثر سرعت 5000rpm تردد كرده و از قدرت 76 اسب‌بخار برخوردار است. حفظ حداكثر سرعت موتور موجبات استفاده از اجزاء سبكتر براي افزايش كارايي را فراهم مي‌كند.
موتور الكتريكي موجود در پريوس داراي قدرت 67 اسب‌بخار و1200 تا 1540 rpm است. اين موتور 295 pound-feet نيروي گشتاور از صفر تا 120rpm را توليد مي‌كند كه بيش از حد كافي براي حركت خودرو بدون كمك موتور بنزيني است.

دستگاه تقسيم قدرت
دستگاه تقسيم قدرت قلب تويوتا پريوس محسوب مي‌شود. اين دستگاه در واقع يك گيربكس هوشمند است كه موتور بنزيني، ژنراتور و موتور الكتريكي را به يكديگر متصل نگاه مي‌دارد. همچنين موجب مي‌شود كه خودرو همانند يك هيبريد موازي عمل كند. موتور الكتريكي مي‌تواند خودرو را روشن كند، موتور گازي نيز مي‌تواند به تنهايي خودرو را روشن كند، همچنين امكان روشن كردن خودرو توسط هر دوي آنها به‌طور همزمان وجود دارد. همچنين دستگاه تقسيم قدرت موجب مي‌شود كه خودرو همانند يك هيبريد سري عمل كند. موتور بنزيني مي‌تواند مستقل از سرعت وسيله نقليه عمل كرده، باتري‌ها را شارژ كرده يا نيرو را در صورت لزوم به چرخ‌ها برساند. همچنين همانند يك گيربكس متغير متدوام (CVT) عمل مي‌كند و نياز نسبت به استفاده از گيربكس دستي يا اتوماتيك را حذف مي‌كند. در نهايت از آنجايي كه دستگاه تقسيم قدرت (نيرو) موجب مي‌شود كه ژنراتور موتور را روشن كند، نيازي به وجود استارتر در خودرو نيست.
دستگاه تقسيم نيرو در واقع يك دستگاه دنده خورشيدي (شكل 10) است. موتور الكتريكي به دنده حلقوي دستگاه دنده متصل مي‌شود. همچنين مستقيماً به ديفرانسيل كه چرخ‌ها را مي‌چرخاند متصل است. از اين‌رو، در هر سرعتي از حركت خودرو، موتور الكتريكي و سوزن دنده حلقوي، سرعت خودرو را تعيين مي‌كنند.

شكل 10: دستگاه دنده خورشيدي پريوس

شكل 11

ژنراتور به دنده خورشيدي متصل بوده و موتور به كارير سياره‌اي متصل است. سرعت دنده حلقوي به هر سه مؤلفه وابسته است، از اين‌رو همه آنها بايد همواره با هم كار كنند تا بتوانند سرعت را كنترل كنند. وقتي سرعت خودرو را افزايش مي‌دهيد، در وهله اول موتور الكتريكي و باتري‌ها كل نيرو را فراهم مي‌كنند. دنده حلقوي دستگاه تقسيم نيرو به موتور الكتريكي متصل است، و به‌اين ترتيب چرخش با موتور آغاز مي‌كند.
كارير سياره‌اي كه به موتور متصل است، ساكن و بي‌حركت است زيرا موتور حركت نمي‌كند. از آنجايي كه دنده حلقه‌اي چرخش مي‌كند، دنده‌هاي خورشيدي نيز مي‌بايستي چرخش كنند. با افزايش سرعت خودرو، ژنراتور نيز با سرعت مورد نياز مي‌چرخد تا به‌اينوسيله موتور خاموش بماند. 
وقتي به سرعت40 مايل در ساعت (64 كيلومتر بر ساعت) رسيديد، موتور بنزيني روشن خواهد شد. ژنراتور ناگهان به تغيير سرعت پرداخته و باعث مي‌شود كه كارير سياره‌اي موتور را روشن و استارت كند. وقتي موتور به حركت در مي‌آيد، در سرعتي ثابت باقي مي‌ماند، در حالي كه ژنراتور سرعت خود را تغيير مي‌دهد تا با سرعت نهايي موتور الكتريكي منطبق باشد. اگر بخواهيد سرعت خودرو را به شدت افزايش دهيد، موتور نيروي مضاعفي را از باتري‌ها خواهد گرفت. وقتي در سرعت مربوط به بزرگراه حركت مي‌كنيد، خودرو تحت تركيبي از نيروي گازي و برقي حركت خواهد كرد كه در آن كل الكتريسيته مورد نياز از ژنراتور كسب مي‌شود.
پريوس نيز همانند اينسايت نيازي به شارژ مجدد ندارد. ژنراتور داخل خودرو به‌طور خودكار شارژ باتري‌ها را در حد منسب حفظ مي‌كند.
هم هوندا و هم تويوتا از تضمين‌هاي بلندمدت در زمينه بخش‌هاي مختلف خودرو هيبريد برخوردارند. در خودرو اينسايت بسياري از قسمت‌ها از جمله باتري‌ها از تضمين 8 ساله/ 80 هزار مايل برخوردارند و در خودروي پريوس نيز تضمين 8 سال/ صد هزار مايل براي باتري و سيستم هيبريد وجود دارد. موتور باتري‌ها در اين خودروها به هيچ نوع نگهداري در طول دوره زندگي وسيله نقليه نياز ندارند (اما اگر لازم باشد كه باتري‌هاي پس از انقضاي دوره ضمان تعويض شوند، چندين هزار دلار براي شما هزينه خواهند داشت). موتور به هيچ نوع نگهداري نياز ندارد و از آنجا كه هر دو نوع خودرو هيبريد، از ترمز احياكننده برخوردارند، پدهاي ترمز اين نوع خودرو بيش از پد ترمزهاي معمولي عمر مي‌كنند.
دستيابي به قدرت يا نيروي هيبريد پيچيده‌تر از استفاده صرف از نيروي بنزين يا نيروي برق است. در بخش بعد، علت تمايل مشتريان و سازندگان خودرو نسبت به فناوري هيبريد را مورد ارزيابي قرار خواهيم داد.

مزاياي خودرو هيبريد
ممكن است براي شما عجيب باشد كه به‌رغم رضايت افراد از خودروهاي بنزيني، باز هم ماشين‌هاي پيچيده هيبريد ساخته مي‌شوند. مي‌توان چنين بيان داشت كه علت آن، يك طرف كاهش آلاينده‌ها و از طرف ديگر بهبود مصرف سوخت (طي مسافت بيشتر در هر بار سوخت‌گيري) است. اهداف يادشده در واقع به‌شدت در هم تنيده هستند.
حال بياييد مثال استانداردهاي آلاينده‌هاي كاليفرنيا كه نشان مي‌دهد چه مقدار از هر آلاينده مجاز است كه توسط خودرو توليد شود را مورد ارزيابي قرار دهيم. ميزان ذيربط معمولاً بر حسب گرم در هر مايل بيان مي‌شود. به عنوان مثال استاندارد وسائط نقليه توليدكننده آلاينده‌هاي كمتر تنها 3/4 g/mi مونواكسيد كربن را مجاز مي‌داند. در اينجا مسئله كليدي اين است كه ميزان توليد آلاينده‌ها در حد مجاز به ميزان مسافت طي شونده توسط خودرو شما در هر بار سوخت‌گيري بستگي ندارد. ولي خودروي كه براي طي مسافت يك مايلي دو برابر گاز مي‌سوزاند تقريباً دو برابر آلاينده توليد مي‌كند. اين آلايندگي مي‌بايستي از طريق تجهيزات كنترل كننده آلاينده‌ها، موجود در خودرو از بين برده شوند. از اين‌رو كاهش مصرف سوخت خودرو يكي از مطمئن‌ترين راه‌هاي كاهش آلاينده‌ها است.
مونواكسيد كربن يكي ديگر از انواع آلاينده‌هاي توليد شده توسط يك خودرو است. دولت آمريكا به تنظيم اين امر نمي‌پردازد ولي دانشمندان معتقدند كه اين گاز باعث گرم شدن زمين مي‌شود. از آنجايي كه اين گاز تنظيم نمي‌شود، خودرو فاقد هر نوع دستگاه براي خارج ساختن دي‌اكسيد كربن از اگزوز است. خودرويي كه دو برابر گاز مي‌سوزاند، دي‌اكسيد كربن را نيز به ميزان دو برابر وارد اتمسفر مي‌كند. خودروسازان ايالات متحده از انگيزه قوي ديگري براي بهبود مصرف سوخت برخوردارند. آنها براساس قانون موظفند استانداردهاي بهينه‌سازي مصرف سوخت متوسط شركت را رعايت كنند. براساس استانداردهاي فعلي لازم است متوسط مسافت طي شده توسط خودروهاي صفر كيلومتر فروخته شده توسط خودروسازان 27.5mpg (8.55 ليتر در هر 100 كيلومتر) باشد. اين امر به‌اين معناست كه اگر خودروساز يك خودروي هيبريدي كه دريافت كننده 60 mpg (39 ليتر در هر صد كيلومتر) است را به فروش برساند، در اين صورت مي‌تواند 4 خودروي لوكس بزرگ كه فقط 20 mpg دريافت مي‌كند را بفروشد.
شما مي‌توانيد گام‌هايي را در راستاي هدايت خودروي خويش به سمت بهينه‌تر كردن مصرف سوخت و طي مسافت بيشتري در هر بار سوخت‌گيري برداريد. در بخش بعد بر بعضي نكات مهم مرتبط با افزايش كارايي خودروي هيبريدي (يا فقط گازسوز) خواهيم پرداخت.

نكات مهم بهينه‌سازي مصرف سوخت
مي‌توانيد با استفاده از همان عادات رانندگي خويش كه موجبات بهينه‌سازي مصرف سوخت در خودرو بنزيني را فراهم مي‌كند، مصرف سوخت خويش را بهبود بخشيد.
آرام رانندگي كنيد: كشش آيروديناميك موجود در خودروها سرعت رانندگي شما را افزايش مي‌دهد. به عنوان مثال نيروي كشش 70 mph (113kph) حدود دو برابر 50mph (81kph) است. لذا با پايين نگه داشتن سرعت مي‌توان در مصرف سوخت در حد قابل توجهي صرفه‌جويي كرد.
يك سرعت ثابت را حفظ كنيد: هر بار كه سرعت خودرو را بالا مي‌بريد، انرژي مصرف مي‌كنيد كه بخشي از آن در هنگام پايين آوردن سرعت خودرو به هدر مي‌رود. شما از طريق حفظ يك سرعت ثابت، مي‌توانيد از سوخت خويش به نحو كاراتر استفاده كنيد.
از توقف‌هاي ناگهاني اجتناب كنيد: زماني كه خودرو را متوقف مي‌كنيد، موتور الكتريكي موجود در خودروي هيبريد مانند يك ژنراتور عمل كرده و در هنگام پايين آوردن سرعت، از خودرو انرژي دريافت مي‌كند. اگر به موتور الكتريكي زمان بيشتري را براي پايين آوردن سرعت خودرو بدهيد، در اين صورت مي‌تواند انرژي بيشتري را بازيابي كند. ولي اگر سريعاً توقف كنيد، كار پايين آوردن سرعت خودرو توسط ترمزها به انجام خواهيد رسيد و لذا انرژي به هدر خواهد رفت. همين استدلال در مورد موتورهاي بنزيني نيز مصداق دارد. ترمز ناگهاني، انرژي بيشتري را به هدر مي‌دهد.

• < قبلی
• بعدی >