خودروی هيبريدی(Hybrid Vehicles)

خودروی هيبريدی(Hybrid Vehicles)

موتور خودرو هیبریدی، تركيبي از موتور بنزيني و موتور الكتريكي است  و استفاده از آنها در جهت خودرو از سال 1997 به طور جدی توسط کمپانیهای بزرگ خودروسازی مورد توجه قرار گرفته است. شركتهايي مانند تويوتا، هوندا، ميتسوبيشي، فورد، فيات، جنرال موتورز، دايملر كرايسلر، نيسان و پژو و ... دارای خودروهای هیبریدی هستند.

خودروهاي هيبريدي به وسيله دو منبع انرژی، يکی واحد تبديل انرژي (همچون يک موتور احتراق يا پيل سوختي) و دیگری وسيله ذخيره انرژي (هم چون باتریها يا فرا خازن ها)- توان مي گيرند . واحد تبديل انرژي امکان قدرت گرفتن از بنزين ، متانول ، گاز طبيعي فشرده ، هيدروژن يا سوخت هاي جانشين ديگر را دارد. خودروهاي هيبريدي اين پتانسيل را دارند که 2 تا 3 برابر راندمان بالاتري نسبت به خودروهاي متداول داشته باشند.

مقايسه عملكردی خودروهای برقی خالص و خودروهای هايبريد

 خودروهاي برقي گرچه به عنوان اولين راهكار براي كاهش ميزان آلودگي معرفي گرديده اند اما به علت آنكه در سيكلهاي رانشي طولاني با مشكل ر وبرو مي شوند از اينرو حضور موفقي نداشته اند و در حقيقت با شكست مواجه گرديده اند .ايده خودروهاي هايبريد به علت استفاده از دو منبع انرژي در توليد سيستم محركه رانشي نه تنها مشكل آلودگي و مصرف خودروهاي هايبريد به علت استفاده از دو منبع انرژي در توليد سيستم محركه رانشي نه تنها مشكل آلودگي و مصرف سوخت را به حداقل رسانده است بلكه مشكلات ناشي از خودروهاي برقي خالص را حل نموده است و اين مزيت خودروهاي هايبريد برقي نسبت به خودروهاي برقي خالص مي باشد.

ماشين‌‌هاي هيبريدي در زمانه قيمت‌هاي سرسام‌آور بنزين و آلودگي هوا طرفداران بيشتري پيدا کرده‌اند.

موتورهاي بنزيني خودروها يک مشکل اساسي دارند؛ براي اينکه امکان حرکت با حداکثر سرعت در بزرگراه‌ها را به شما بدهند، آنها را طوري طراحي کرده‌اند تا به حداکثر ظرفيت قدرت خود برسند. بنابراين هنگامي که خودروها در ترافيک سنگين به سختي جلو مي‌روند، کارآيي يا راندمان آنها سقوط مي‌کند.

 براي حل اين  مشکل موتورهاي هيبريد (دوگانه) ساخته شده‌اند که از موقعيت‌هاي که به قدرت کم نياز هست، از يک موتور برقي کم قدرت استفاده مي‌کند و در موقعيت‌هاي با نياز به قدرت زياد، موتور بنزيني به کار مي‌افتد. تغيير يافتن موتور محرک ماشين بين اين دو نوع به طور خودکار صورت مي‌گيرد.

موتور بنزيني در در چراغ‌هاي قرمز به سادگي خاموش مي‌شود، و اغلب طوري طراحي شده است که در يک طيف محدود قدرت عمل مي‌کند، و به اين ترتيب کارآيي آن افزايش مي‌يابد. باتري ماشين به وسيله موتور بنزيني مجددا شارژ مي‌شود.

ماشين هاي بنزيني داراي منبع سوخت يا همان باک بنزين مي باشند که رساننده بنزين به موتور مي باشند و موتور از اين طريق مي تواند سيستم انتقال قدرت را براي به حرکت درآوردن خودرو فعال کند.

در ماشين هاي الکتريکي اين باتري ها هستند که به عنوان منبع سوخت مي باشند و انرژي لازم براي موتور الکتريکي خودرو را فراهم مي کنند.

خودروهاي هيبريدي به گونه اي تنظيم شده که بتواند تعداد مايل بيشتري نسبت به ساير خودروها بپيمايد.در اين خودرو وقتي موتور بنزيني در حال غلبه بر موتور الکتريکي باشد خروجي آن کاهش مي يابد.

خودروهاي هيبريدي بايد بتوانند :

حداقل 300 مايل يا 482 کيلومتر را با يک بار سوخت گيري بپيمايند

سوخت گيري مجدد راحت و سريعي داشته باشند

در حقيقت ماشين هاي بنزيني اين نيازها را برآورده مي کنند اما با توليد مقادير زيادي آلودگي.

با اين وجود ماشين هاي الکتريکي هيچ نوع آلودگي توليد نمي کند اما فقط مي تواند 50 تا 100 مايل ( 80 تا 161 کيلومتر )را با هر بار شارژ طي کند.و مشکل ديگر آن اينجاست که شارژ ماشين هاي الکتريکي هم خيلي کند مي باشد و هم سخت.

موتور بنزينی

ماشين هاي هيريدي داراي يک موتور بنزيني مي باشند تقريبا شبيه همان که در اکثر ماشين ها مي باشد.با اين تفاوت که اين موتور در ماشين هاي هيبريدي کوچکتر مي باشند و از تکنولوژي پيشرفته تري براي کاهش مصرف سوخت و افزايش کارآيي استفاده مي کنند 

مخزن سوخت

مخزن سوخت در خودروهاي هيبريدي در حقيقت وسيله ذخيره انرژي براي موتور بنزيني مي باشد.

بنزين حجم بيشتري انرژي نسبت به باتري توليد مي کند.براي مثال 1000 پوند باتري معادل ا گالون يا 7 پوند از بنزين مي باشد. 

موتور الکتريکی

موتور الکتريکي در خودروهاي هيبريدي بسيار پيشرفته مي باشد. در اين موتور سيستم هاي الکتريکي پيشرفته به آن اجازه مي دهد که به خوبي يک ژنراتور کار کند.

به طور مثال موتور هر وقت نياز به سرعت دادن به خودرو باشد مي تواند به راحتي انرژي را از باتري ها دريافت کند.و همچنين با عمل کردن مانند يک ژنراتور مي تواند ماشين را کندتر کرده و انرژي را به باتري ها برگرداند.

ژنراتور

ژنراتور شبيه يک موتور الکتريکي مي باشد اما فقط براي توليد انرژي الکتريکي عمل مي کند. و غالبا براي سري هاي هيبريدي استفاده مي گردد.

باتری ها

باتري ها در ماشين هاي هيبريدي وسيله ذخيره انرژي براي موتور الکتريکي مي باشد.

بر خلاف بنزين در مخزن سوخت که فقط توانايي روشن کردن موتور بنزيني را دارد موتور الکتريکي در خودروهاي هيبريدي مي تواند انرژي را در باتري ها ذخيره کند در عين اينکه از آن انرژي دريافت مي کنيم.

عملکرد خودروهای هيبريدی :

مهمترين قسمتي که در خودروهاي هيبريدي وجود دارد موتور بنزيني مي باشد که بسيار کوچکتر و کارآمدتر از موتور بنزيني مي باشد که در ديگر ماشين ها وجود دارد.در واقع اکثر ماشين ها نياز به موتور بزرگي براي فراهم کردن انرژي مورد نياز براي به حرکت درآوردن خودرو دارند.در موتورهاي کوچکتر متوان با استفاده از قطعات کوچکتر و سبکتر و حتي با کاهش تعداد سيلندرها بازده موتور را بالا برد و آن را به ماکزيمم کارآيي نزديک کرد. 

در موتور بزرگتر پيستون ها و اجزاي داخلي سنگين تر مي باشند و انرژي بيشتري براي بالا و پايين رفتن پيستون نياز است.همچنين فضاي سيلندر بزرگتر است بنابراين سوخت بيشتري براي هر سيلندر نياز است.موتور بزرگتر معمولا تعداد سيلندر بيشتري دارد و موتور سوخت زيادي را در هر بار احتراق مصرف مي کند حتي اگر در حال حرکت نباشد. اگر هر دو نوع خودرو ( يکي با موتور کوچکتر و ديگري با موتور بزرگتر ) در بزرگراه با يک سرعت ثابتي در حال حرکت باشند در حالي که هر دو موتور داراي خروجي يکساني براي راندن خودرو مي باشند خودرو با موتور کوچکتر انرژي کمتري مصرف مي کند.اما چگونه موتور کوچکتر انرژي مورد نياز خودروي شما را فراهم مي کند تا خودروي شما يک خودروي پرقدرت در جاده باشد؟

انتشارات پايين و راندمان بالا

تفاوت در گازهاي خروجي خودروهاي الکتريکي هيبريدي بستگي به خودرو و پيکر بندي اجزا آن دارد. ولي به طور کلي خودروهاي هيبريدي گازهاي خروجي کمتري نسبت به خودروهاي معمولي دارند چرا که در موتور اين خودروها يک موتور الکتريکي به همراه يک موتور احتراق داخلي دارد و موتور الکتريکي در بسياري از مواقع جبران کننده موتور احتراق داخلي است بنابراين مصرف سوخت و گازهاي خروجي کاهش مي يابد ، در ضمن اين خودروها قادرند فقط با موتورالکتريکي کار کنند که باعث کاهش آلودگي مي شود.هيبريدهابه سادگي کار کرد موتور را کنترل مي کنند و اين عمل خورو را داراي راندمان بيشتر و آلودگي کمتر مي کند.

بهبود بخشيدن به صرفه جويي در مصرف سوخت :

 براي اين کار خودروهاي هيبريدي مي توانند :

انرژي را دريافت و ذخيره کنند هرگاه شما پدال ترمز را فشار دهيد شما از خودرو انرژي مي گيريد.هرچه ماشين تندتر حرکت کند انرژي جنبشي بيشتري دارد ترمزهاي ماشين اين انرژي را گرفته و به صورت گرما پراکنده مي کنند.خودروي هيبريدي مي تواند مقداري از اين انرژي را گرفته به وسيله آن باتري ها را شارژ کرده و براي استفاده هاي بعدي آن را ذخيره کند. اين کار را با استفاده از احيا کننده ترمزي انجام مي دهد.که از آن به جاي ترمزها براي نگاه داشت خودرو استفاده مي شود. همچنين موتور الکتريکي مي تواند با آهسته شدن خودرو همانند يک ژنراتور عمل کرده و در زماني که خودرو در حال کند شدن است باترها را شارژ کند.

 بعضى وقتها موتور بنزينى خاموش ميشود:

يك خودروى هيبريدى هميشه نياز به روشن بودن موتور بنزينى ندارد.زيرا يك موتور الكتريكى و باترى نيز دارد.بنابراين بعضى وقتها مى توان موتور بنزينى خودروى هيبريدى را خاموش كرد.براى مثال زمانى كه خودرو در مقابل چراغ قرمز توقف كرده است.

به كار بردن تايرهاى خاص :

 تايرهاي اكثر خودروها بهينه سازى شده اند براى سطوح صاف با كمترين نويز و چسبندگى خوبى نيز در اكثر شرايط محيطى دارند.ولى اين تايرها موجب به وجود آمدن نيروى درگ مى شوند.

خودروهاى هيبريدى از يك تاير مخصوص استفاده مى كنند كه سفت تر و پربادتر و نيز فشار زيادترى نسبت به تايرهاى معمولي دارد.نتيجه اين كار باعث كاهش نيروى درگ به نصف نسبت به تايرهاى معمولى ميشود.  

 به كار بردن مواد سبك وزن: 

كاهش وزن كل خودرو يكي از راه هاى ساده براى افزايش راندمان و كارايى خودرو است.خودروهاى سبكترزمانى كه در حال شتاب گيرى هستند يا در حال بالا رفتن از يك سر بالايى انرژى كمترى نسبت به خودروهاى سنگينترمصرف مى كنند.مواد كامپوزيت مانند فيبر كربن يا فلزات سبك وزن مانند الومينيوم  و منيزيم مى توانند در كاهش وزن خودرو به كار روند.   

نحوه عملكرد خودروهاي هيبريد

خودروي هيبريد، با دو منبع انرژي متفاوت كار مي‌كند. استفاده از چنين سيستمي، در واقع حفظ بازده موتور درونسوز (ICE) و كاهش آلودگي در حد خودروي الكتريكي (EV) است.براي به دست آوردن تركيب خوب ICE و EV، به استفاده از پيل‌هاي سوختي و موتورهاي ديزل يا بنزيني و همراه آنها به باطري و چرخ طيار و ذخيره‌كننده‌هاي با ظرفيت بالا نياز داريم.

 هنگاميكه شما پدال ترمز را فشار ميدهيد, شما در حال تلف  كردن انرژى در خودرو هستيد.هر چه خودرو سريعتر رود انرژى جنبشى بيشترى دارد.ترمز كردن اين انرژى را هدر ميدهد و به شكل گرما در مى آورد.در خودروهاى هيبريدى مى توان مقدارى از اين انرژى را بازگرداند و در باترى براى استفاده مجدد ذخيره كرد.اين كار با سيستم" ترمز احياء كننده" انجام ميگيرد.در اين حالت موتور الكتريكى به مانند يك ژنراتور رفتار ميكند و ضمن كند شدن حركت ماشين اين انرژى جنبشي را صرف شارژ كردن باترى مى كند.

 هم هوندا و هم تويوتا گارانتي هاى طولانى براي قطعات هيبريدى خود  وضع كرده اند.هوندا 8 سال يا 80000 مايل گارانتى بيشتر قسمتهاى انتقال قدرت و موتور  وتجهيزات  هيبريدى  را داراست و تويوتا نيز 8 سال  يا 100000 مايل گارانتى باترى و سيستمهاى  هيبريدى  را دارد.موتور و باترى در اين خودروها  نياز به هيچگونه نگهدارى وبازنگرى ندارد(اگرچه در صورت اتمام گارانتى اگر نياز به تعويض باتري ها گرفتيد چندین هزار دلار خرج بر مى دارد).

روغن موتور مناسب خودروهای هیبریدی در خاورمیانه

مشخصات روغن موتورهای توصیه شده برای خودروهای هیبریدی

·         توصیه معمول برای یک نوع مشخص از خودروهای هیبریدی این است که وزن روغن بایستی کم باشد(Low Weight Oil) استانداردی که کارشناسان به آن اشاره میکنند محدوده یا طیف 0w20 میباشد یعنی مالک خودرو نباید از روغنهای با ویسکوزیته بالاتر از w20 مصرف نماید گرچه در بعضی مناطق از روغن موتور w30 هم استفاده شده است. روغنهایی از قبیل 10w30,5w30,0w30

·         روغن موتور مصرفی در خودروهای هیبریدی بایستی حتما با روغن پایه سنتتیک فرموله شده باشد و استفاده از روغن موتور با پایه معدنی در موتورهای هیبریدی ممنوع است : زیرا روغن سنتتک دارای ملکولهای ریزتری نسبت به روغنهای معمول و معدنی است .به اعتقاد تعدادی این امر سبب افزایش هزینه سرویس خودرو می شود اما بایستی توجه داشت که روغن موتور معمولی تا 3000 مایل و روغن موتور سنتتیک از 5000تا 7000 مایل کارکرد را تحمل دارد.

·         درجات ویسکوزیته توصیه شده جهت مصرف در خودروهای هیبریدی تولید تویوتا در آمریکا شامل 0w20 و 5w20 میباشد که معمولی ترین و توصیه اصلی آن درجه ویسکوزیته 0w20 میباشد

·          روغن موتور توصیه شده جهت مصرف در خودروهای هیبریدی در کشورهای خاورمیانه و استانهای جنوبی ایران با ویسکوزیته 5W30  و 10W30 میباشد و در شرایط دمایی خیلی گرم نیز از روغن موتور تمام سنتتیک 10W40 نیز می توان استفاده نمود. در تهران و همچنین استانهای سردسیر ایران در زمستان توصیه میشود روغن موتور با ویسکوزیته 0w20 یا 0w30 و همچنین 5w30 درخودروهای هیبریدی مصرف شود.بعنوان مثال در دفترچه فتی تویوتا کمری هیبرید مدل 2015 ذکر شده است که از روغن موتور 0w20 با حجم 4.4 لیتر استفاده گردد که یان روغن موتور برای طیف دمایی 35 تا سرمای 36- درجه مناسب است لذا با توجه به میزان دما توصیه میشود روغن موتور 5w30  را مصرف نمایید.

·         روغن موتور های توصیه شده جهت مصرف در خودروهای هیبریدی بایستی سطح کیفیت ACEA A5/B5 را مطابق با استانداردهای اتحادیه اروپا داشته باشند.

·         روغن موتور مصرفی در خودروهای هیبریدی را در کارکرد 5000 تا 6000 مایل تعویض نمود.(8000 تا 9500 کیلومتر )

·         جهت اینکه سیستم کاتالیستی خودرو آسب نبیند در روغن موتورهای جدید میزان دو ادتیو ZINC و فسفر کمتر از میزان آن در روغن موتورهای قبلی است این امر میزان روغنکاری میل سوپاپ (camshafts) و بالابرنده ها (lifters)  را افزایش میدهد.