מהי מערכת רכב היברידי?

לאחרונה, רכבים חשמליים צוברים פופולריות. עם זאת, לרכבים חשמליים מן המניין יש חסרון משמעותי - עתודת כוח קטנה ללא טעינה. מסיבה זו, יצרני רכב מובילים רבים מציידים חלק מדגמיהם ביחידות היברידיות.

ביסודו של דבר, מכונית היברידית היא רכב שהמנוע העיקרי שלו הוא מנוע בעירה פנימית, אך הוא מונע על ידי מערכת חשמל עם מנוע חשמלי אחד או יותר וסוללה נוספת.

כיום משתמשים בכמה קטגוריות של כלאיים. חלקם רק עוזרים למנוע הבעירה הפנימית בהתחלה, אחרים מאפשרים לך לנהוג באמצעות מתיחה חשמלית. שקול את התכונות של תחנות כוח כאלה: מה ההבדל ביניהן, איך הן עובדות, כמו גם היתרונות והחסרונות העיקריים של כלאיים.

היסטוריה של מנועים היברידיים

הרעיון ליצור מכונית היברידית (או מעבר בין מכונית קלאסית למכונית חשמלית) מונע מעליית מחירי הדלק, תקני פליטת רכב מחמירים ונוחות נהיגה גדולה יותר.

פיתוח תחנת כוח מעורבת נערך לראשונה על ידי חברת Parisienne de voitures electriques הצרפתית. עם זאת, המכונית ההיברידית הניתנת לביצוע הייתה יצירתו של פרדיננד פורשה. בתחנת הכוח השקטנית לוהנר חשמלית שימש מנוע הבעירה הפנימית כמחולל חשמל, שהניע את שני המנועים החשמליים הקדמיים (המותקנים ישירות על הגלגלים).

הרכב הוצג לציבור בשנת 1901. בסך הכל נמכרו כ -300 עותקים של מכוניות כאלה. הדגם התגלה כפרקטי מאוד, אך יקר לייצורו, כך שרכב כזה לא יכול להיות זול עבור נהג רגיל. יתר על כן, באותה תקופה הופיעה מכונית זולה ולא פחות מעשית, שפותחה על ידי המעצב הנרי פורד.

מנוע בנזין קלאסי אילץ את היזמים לנטוש את רעיון יצירת הכלאות במשך עשורים רבים. העניין בתחבורה ירוקה גדל עם מעבר הצעת החוק לקידום רכב חשמלי בארצות הברית. הוא אומץ בשנת 1960.

במקרה, בשנת 1973 פרץ משבר הנפט העולמי. אם חוקי ארה"ב לא עודדו את היצרנים לחשוב על פיתוח מכוניות ידידותיות לסביבה במחיר סביר, הרי שהמשבר אילץ אותם לעשות זאת.

המערכת ההיברידית המלאה הראשונה, שעקרונה הבסיסי משמש עד היום, פותחה על ידי TRW בשנת 1968. על פי הרעיון, יחד עם המנוע החשמלי, ניתן היה להשתמש במנוע בעירה פנימית קטן יותר, אך כוח המכונה לא אבד, והעבודה נעשתה חלקה בהרבה.

דוגמה לרכב היברידי מן המניין הוא GM 512 היברידי. הוא מונע על ידי מנוע חשמלי, שהאיץ את הרכב ל -17 קמ"ש. במהירות זו הופעל מנוע הבעירה הפנימית, דבר ששיפר את ביצועי המערכת, שבגללה עלתה מהירות המכונית ל -21 קמ"ש. אם היה צורך ללכת מהר יותר, המנוע החשמלי כובה, והמכונית הואצה כבר על מנוע הבנזין. המהירות המותרת הייתה 65 קמ"ש.

VW Taxi Hybrid, מכונית היברידית מצליחה נוספת, הוצגה לציבור בשנת 1973.

עד כה, יצרניות הרכב מנסות להביא מערכות היברידיות וחשמליות לרמה שתגרום להן להיות תחרותיות בהשוואה לכלי ICE קלאסיים. למרות שזה עדיין לא קרה, התפתחויות רבות הצדיקו את מיליארדי הדולרים שהוצאו לפיתוחם.

עם תחילת האלף השלישי, האנושות ראתה חידוש בשם טויוטה פריוס. פרי יצירתו של היצרן היפני הפך לשם נרדף למושג "מכונית היברידית". פיתוחים מודרניים רבים מושאלים מהתפתחות זו. עד כה נוצרו מספר רב של שינויים בהתקנות משולבות, המאפשרות לקונה לבחור את האפשרות הטובה ביותר עבורו.

איך עובדות מכוניות היברידיות

אל תבלבלו בין מנוע היברידי לרכב חשמלי מלא. התקנת החשמל מעורבת בחלק מהמקרים. לדוגמא, במצב עירוני, כאשר המכונית נמצאת בפקק תנועה, השימוש במנוע בעירה פנימית מוביל להתחממות יתר של המנוע, כמו גם לזיהום אוויר מוגבר. במצבים כאלה, ההתקנה החשמלית מופעלת.

לפי תכנון, הכלאה מורכבת מ:

• יחידת הכוח העיקרית. זהו מנוע בנזין או דיזל.
• מנוע חשמלי. יתכנו כמה מהם בהתאם לשינוי. לפי עקרון הפעולה, הם יכולים גם להיות שונים. לדוגמא, חלקם יכולים לשמש כהנעה נוספת לגלגלים, ואחרים כעוזרים למנוע בעת התנעת המכונית מעמידה.
• סוללה נוספת. בחלק מהמכוניות יש קיבולת קטנה, שמאגר האנרגיה שלה מספיק להפעלת המתקן החשמלי לתקופה קצרה. באחרים, לסוללה זו יכולת גדולה כך שרכבים יכולים לנוע בחשמל מחשמל.
• מערכת בקרה אלקטרונית. חיישנים מתוחכמים עוקבים אחר פעולת מנוע הבעירה הפנימית ומנתחים את התנהגות המכונה, על בסיסה מופעל / מנוטרל המנוע החשמלי.
• ממיר מתח. זהו ממיר של האנרגיה הנדרשת המגיעה מהסוללה למנוע חשמלי תלת פאזי. אלמנט זה גם מפיץ את העומס לצמתים שונים, בהתאם לשינוי ההתקנה.
• גֵנֵרָטוֹר. ללא מנגנון זה, אי אפשר להטעין את הסוללה הראשית או הנוספת. כמו במכוניות קונבנציונליות, הגנרטור מופעל על ידי מנוע הבעירה הפנימית.
• מערכות התאוששות חום. רוב ההיברידיות המודרניות מצוידות במערכת כזו. הוא "אוסף" אנרגיה נוספת ממרכיבי המכונית כמו מערכת הבלימה והשלדה (כאשר המכונית עוברת, למשל, מגבעה, הממיר אוסף את האנרגיה המשתחררת לסוללה).

את הרכבות ההיברידיות ההיברידיות ניתן להפעיל בנפרד או בזוגות.

תוכניות עבודה

ישנם כמה כלאיים מוצלחים. ישנם שלושה עיקריים:

• עִקבִי;
• מַקְבִּיל;
• מקבילי סדרתי.

מעגל סדרתי

במקרה זה, מנוע הבעירה הפנימית משמש כמחולל חשמל להפעלת מנועים חשמליים. למעשה, למנוע בנזין או דיזל אין קשר ישיר לתיבת ההילוכים של המכונית.

מערכת זו מאפשרת התקנת מנועים בעלי הספק נמוך עם נפח קטן בתא המנוע. המשימה העיקרית שלהם היא להניע את מחולל המתח.

כלי רכב אלה מצוידים לרוב במערכת התאוששות, באמצעותה ממירים אנרגיה מכנית וקינטית לזרם חשמלי בכדי להטעין את המצבר. תלוי בגודל הסוללה, מכונית יכולה לנסוע מרחק מסוים אך ורק במתיחה חשמלית ללא שימוש במנוע בעירה פנימית.

הדוגמה המפורסמת ביותר לקטגוריה זו של כלאיים היא שברולט וולט. ניתן לטעון אותו כמו מכונית חשמלית רגילה, אך הודות למנוע הבנזין הטווח מוגדל משמעותית.

מעגל מקביל

בהתקנות מקבילות, מנוע הבעירה הפנימית והמנוע החשמלי פועלים במקביל. משימת המנוע החשמלי היא להפחית את העומס על היחידה הראשית, מה שמוביל לחיסכון משמעותי בדלק.

אם מנוע הבעירה הפנימית מנותק מתיבת ההילוכים, המכונית מסוגלת לכסות מרחק מסוים מהמתיחה החשמלית. אך המשימה העיקרית של החלק החשמלי היא להבטיח תאוצה חלקה של הרכב. יחידת הכוח העיקרית בשינויים כאלה היא מנוע בנזין (או דיזל).

כאשר המכונית מאטה או נעה מעבודתו של מנוע הבעירה הפנימית, המנוע החשמלי משמש כגנרטור להטענת הסוללה. בזכות מנוע הבעירה, כלי רכב אלה אינם דורשים סוללה במתח גבוה.

שלא כמו כלאיים רציפים, ליחידות אלו יש צריכת דלק גבוהה יותר, מכיוון שהמנוע החשמלי אינו משמש כיחידת כוח נפרדת. בחלק מהדגמים, כגון BMW 350E iPerformance, המנוע החשמלי משולב בתיבת ההילוכים.

תכונה של תוכנית עבודה זו היא מומנט גבוה במהירות גל ארכובה נמוכה.

מעגל מקביל סדרתי

תוכנית זו פותחה על ידי מהנדסים יפנים. זה נקרא HSD (Hybrid Synergy Drive). למעשה, הוא משלב את הפונקציות של שני הסוגים הראשונים של הפעלת תחנת הכוח.

כאשר המכונית צריכה להתניע או לנוע לאט בפקק, המנוע החשמלי מופעל. כדי לחסוך באנרגיה במהירות גבוהה, מחובר מנוע בנזין או סולר (תלוי בדגם הרכב).

אם עליכם להאיץ בחדות (לדוגמא בעת עקיפה) או שהמכונית עולה בעלייה, תחנת הכוח עובדת במצב מקביל - המנוע החשמלי מסייע למנוע הבעירה הפנימית, המפחית את העומס עליו, וכתוצאה מכך חוסך בצריכת הדלק.

החיבור הפלנטרי של מנוע בעירה פנימית ברכב מעביר חלק מהכוח להילוך הראשי של התמסורת, ובחלקו לגנרטור להטענת הסוללה או הכונן החשמלי. בתכנית כזו מותקנים אלקטרוניקה מורכבת המפיצה אנרגיה בהתאם למצב.

הדוגמה הבולטת ביותר של היברידית עם מערכת הספק מקבילה לסדרה היא טויוטה פריוס. עם זאת, כמה שינויים בדגמים הידועים מתוצרת יפנית כבר קיבלו התקנות כאלה. דוגמה לכך היא טויוטה קאמרי, טויוטה היילנדר היברידית, לקסוס LS 600h. טכנולוגיה זו נקנתה גם על ידי כמה חששות אמריקאים. לדוגמה, הפיתוח מצא את דרכו אל פורד הבריחה היברידית.

סוגי צבירות היברידיים

כל הרכבות ההיברידיות מסווגות לשלושה סוגים:

• היברידי רך;
• היברידי בינוני;
• היברידי מלא.

לכל אחד מהם תפקיד משלו כמו גם מאפיינים ייחודיים.

תחנת כוח מיקרו היברידית

תחנות כוח כאלה מצוידות לרוב במערכת התאוששות כך שאנרגיה קינטית מומרת לאנרגיה חשמלית ומוחזרת לסוללה.

מנגנון ההנעה בהם הוא מתנע (יכול לשמש גם כמחולל). אין הנעה חשמלית בגלגלים במתקנים כאלה. התכנית משמשת עם התנעות תכופות של מנוע הבעירה הפנימית.

תחנת כוח היברידית בינונית

מכוניות כאלה גם לא זזות בגלל המנוע החשמלי. המנוע החשמלי במקרה זה משמש כעוזר ליחידת הכוח הראשית כאשר העומס עולה.

מערכות כאלה מצוידות גם במערכת התאוששות, האוספת אנרגיה חופשית לסוללה. יחידות היברידיות בינוניות מספקות מנוע חום יעיל יותר.

תחנת כוח היברידית מלאה

במתקנים כאלה יש גנרטור בעל הספק גבוה, המונע על ידי מנוע בעירה פנימית. המערכת מופעלת במהירויות רכב נמוכות.

יעילות המערכת מתבטאת בנוכחות פונקציית "התחל / עצור", כאשר המכונית נעה לאט בפקק, אך עליך להאיץ בחדות ברמזורים. מאפיין של ההתקנה ההיברידית המלאה הוא היכולת לכבות את מנוע הבעירה הפנימית (המצמד מנותק) ולהניע מנוע חשמלי.

סיווג לפי דרגת חשמול

בתיעוד הטכני או בשמו של דגם רכב, עשויים להיות המונחים הבאים:

• מיקרו-היברידי;
• הכלאה קלה;
• היברידי שלם;
• תוסף היברידי.

מיקרו-היברידי

במכוניות כאלה מותקן מנוע קונבנציונאלי. הם אינם מונעים חשמל. מערכות אלה מצוידות בפונקציית התחלה / עצירה, או שמא מצוידות במערכת בלימה מתחדשת (בעת בלימה הסוללה נטענת).

דגמים מסוימים מצוידים בשתי המערכות. ישנם מומחים הסבורים כי רכבים כאלה אינם נחשבים לרכבים היברידיים, מכיוון שהם משתמשים ביחידת כוח בנזין או סולר בלבד ללא השתלבות במערכת ההנעה החשמלית.

הכלאה קלה

מכוניות כאלה גם לא זזות בגלל חשמל. הם משתמשים גם במנוע חום, כמו בקטגוריה הקודמת. למעט חריג אחד - מנוע הבעירה הפנימית נתמך על ידי התקנה חשמלית.

לדגמים אלה אין גלגל תנופה. תפקידה מתבצע על ידי גנרטור חשמלי. מערכת החשמל מגבירה את הרתיעה של המנוע בעל הספק נמוך בזמן תאוצה קשה.

הכלאה שלמה

רכבים אלה הם כלי רכב שיכולים לעבור מרחק מסוים על מתיחה חשמלית. במודלים כאלה ניתן להשתמש בכל ערכת חיבורים שהוזכרה לעיל.

היברידיות כאלה אינן טעונות מהחשמל. הסוללה נטענת באנרגיה ממערכת הבלימה המתחדשת ומהגנרטור. המרחק שניתן לכסות בטעינה אחת תלוי בקיבולת הסוללה.

תוספים היברידיים

מכוניות כאלה יכולות לתפקד כרכב חשמלי או לעבוד ממנוע בעירה פנימית. הודות לשילוב בין שתי תחנות הכוח, ניתן צריכת דלק ראויה.

מכיוון שמבחינה פיזית אי אפשר להתקין סוללה גדולה (ברכבים חשמליים היא תופסת את מקומו של מיכל דלק), הכלאה כזו יכולה לכסות עד 50 ק"מ מבלי להיטען בטעינה אחת.

יתרונות וחסרונות של מכוניות היברידיות

כרגע, ההיברידית יכולה להיחשב כקישור מעבר ממנוע חום לאנלוגי חשמלי ידידותי לסביבה. למרות שהמטרה הסופית טרם הושגה, הודות להכנסת פיתוחים חדשניים מודרניים, קיימת מגמה חיובית בפיתוח התחבורה החשמלית.

מאחר שהכלאות הינן אפשרות מעבר, יש להן נקודות חיוביות ושליליות כאחד. הפלוסים כוללים:

• צריכת דלק. בהתאם לפעולה של זוג ההספקים, מחוון זה יכול לעלות עד 30% ומעלה.
• טעינה ללא שימוש ברשת החשמל. זה התאפשר הודות למערכת התאוששות האנרגיה הקינטית. אמנם, טעינה מלאה אינה מתרחשת, אם מהנדסים יכולים לשפר את ההמרה, הרי שרכבים חשמליים כלל לא יזדקקו לשקע.
• היכולת להתקין מנוע בנפח והספק קטן יותר.
• אלקטרוניקה הם חסכוניים בהרבה ממכניקה, הם מפיצים דלק.
• המנוע מתחמם פחות מדי, ודלק נצרך בעת נסיעה בפקקים.
• השילוב של מנועי בנזין / דיזל ומנועים חשמליים מאפשר לך להמשיך בנסיעה אם הסוללה הספקית גבוהה מתה.
• הודות לתפעול המנוע החשמלי, מנוע הבעירה הפנימית יכול לפעול בצורה יציבה יותר ופחות רעש.

להתקנות היברידיות יש גם רשימה חסרונות ראויה:

• הסוללה הופכת לבלתי שמישה מהר יותר בגלל מספר גדול של מחזורי טעינה / פריקה (אפילו במערכות היברידיות קלות);
• הסוללה מרוקנת לרוב לחלוטין;
• חלקים למכוניות כאלה הם יקרים למדי;
• תיקון עצמי כמעט בלתי אפשרי, מכיוון שהדבר מצריך ציוד אלקטרוני מתוחכם;
• בהשוואה לדגמי בנזין או סולר, היברידיות עולות כמה אלפי דולרים יותר;
• תחזוקה שוטפת יקרה יותר;
• אלקטרוניקה מורכבת מצריכה טיפול זהיר, ושגיאות המתרחשות עלולות לפעמים להפריע למסע ארוך;
• קשה למצוא מומחה שיוכל להתאים כראוי את פעולתן של תחנות כוח. מכיוון שכך, עליכם להיעזר בשירותיהם של סניפים מקצועיים יקרים;
• הסוללות אינן סובלות תנודות טמפרטורה משמעותיות והן פרוקות בעצמן.
• למרות הידידות הסביבתית במהלך הפעלת מנוע חשמלי, ייצור וסילוק סוללות מזהם מאוד.

כדי שהכלאות ורכבים חשמליים יהפכו למתחרה אמיתי במנועי הבעירה הפנימית, יש צורך לשפר את ספקי הכוח (כך שהם יאחסנו יותר אנרגיה, אך יחד עם זאת לא יהיו נפחיים במיוחד), כמו גם מערכות טעינה מהירות מבלי לפגוע בסוללה.

שאלות ותשובות:

מהו רכב היברידי? מדובר ברכב שבו מעורבת יותר מיחידת כוח אחת בתנועתו. בעצם מדובר בתערובת של מכונית חשמלית ומכונית עם מנוע בעירה פנימית קלאסי.

מה ההבדל בין מכונית היברידית למכונית רגילה? לרכב היברידית יש את היתרונות של מכונית חשמלית (פעולה שקטה של ​​המנוע ונהיגה ללא שימוש בדלק), אך כאשר טעינת המצבר יורדת, מופעלת יחידת הכוח הראשית (בנזין).