איך עובד מנוע היברידי, היתרונות והחסרונות של מנוע חסכוני
תוכן
הופעתם של כלי רכב היברידיים הפכה למדד מאולץ של יצרני רכב במעבר ממנועי בעירה פנימית (ICE) על דלק פחמימני לתחנות כוח נקיות יותר. הטכנולוגיה עדיין לא אפשרה יצירת מכונית חשמלית מן המניין, מכונית תאי דלק או כל אחת אחרת מתוך רשימה גדולה של כיוונים אפשריים תיאורטית לפיתוח תחבורה אוטונומית, והצורך כבר הבשיל.
ממשלות החלו להדביק חזק את תעשיית הרכב עם דרישות סביבתיות, והצרכנים רצו לראות צעד איכותי קדימה, ולא עוד שיפור מיקרוסקופי של מנוע הידוע כבר יותר ממאה שנה באחד ממוצרי זיקוק הנפט.
איזו מכונית נקראת "היברידית"
יחידת הכוח של שלב הביניים החלה להיות שילוב של תכנון מוכח כבר של מנוע בעירה פנימית ומנוע חשמלי אחד או יותר.
החלק החשמלי של יחידת המתיחה מופעל על ידי גנרטורים המחוברים מכנית למנוע גז או דיזל, סוללות ומערכת התאוששות המחזירה אנרגיה המשתחררת במהלך בלימת הרכב אל הכונן.
כל התכניות הרבות ליישום המעשי של הרעיון נקראות כלאיים.
לפעמים יצרנים מטעים לקוחות על ידי קריאה למערכות היברידיות שבהן הכונן החשמלי משמש רק כדי להפעיל את המנוע הראשי במצב התחלה-עצירה.
מכיוון שאין קשר בין מנועים חשמליים וגלגלים לאפשרות לנהוג על מתיחה חשמלית, אין זה נכון לייחס מכוניות מסוג זה למכוניות היברידיות.
עקרון הפעולה של מנועים היברידיים
עם כל מגוון העיצובים, למכונות כאלה יש תכונות משותפות. אבל ההבדלים כל כך גדולים מבחינה טכנית שלמעשה מדובר במכוניות שונות עם יתרונות וחסרונות משלהן.
התקן
כל היברידית כוללת:
- מנוע בעירה פנימית עם תיבת ההילוכים שלו, רשת אספקת חשמל במתח נמוך ומיכל דלק;
- מנועי מתיחה;
- סוללות אחסון, לרוב במתח גבוה למדי, המורכבות מסוללות המחוברות בטור ובמקביל;
- חיווט חשמל עם מיתוג מתח גבוה;
- יחידות בקרה אלקטרוניות ומחשבים על הסיפון.
הבטחת כל אופני הפעולה של תיבת הילוכים מכנית וחשמלית משולבת מתרחשת בדרך כלל אוטומטית, רק בקרת התנועה הכללית מופקדת בידי הנהג.
תוכניות עבודה
אפשר לחבר את הרכיבים החשמליים והמכניים זה לזה בדרכים שונות; לאורך זמן בלטו תוכניות ספציפיות מבוססות, בשימוש לעתים קרובות.
זה לא חל על סיווג מאוחר יותר של הכונן לפי החלק הספציפי של המתיחה החשמלית במאזן האנרגיה הכולל.
עִקבִי
התוכנית הראשונה, ההגיונית ביותר, אך כעת מעט בשימוש במכוניות.
המשימה העיקרית שלו הייתה עבודה בציוד כבד, שבו רכיבים חשמליים קומפקטיים החליפו בהצלחה את תיבת ההילוכים המכנית המסורבלת, שגם קשה מאוד לשלוט בה. המנוע, לרוב מנוע דיזל, מוטען אך ורק על גנרטור חשמלי ואינו מחובר ישירות לגלגלים.
הזרם שנוצר על ידי הגנרטור יכול לשמש לטעינת סוללת המתיחה, ובמקום שהוא אינו מסופק, הוא נשלח ישירות למנועים החשמליים.
יכול להיות אחד או יותר מהם, עד להתקנה על כל גלגל של מכונית לפי העיקרון של מה שנקרא גלגלי מנוע. כמות הדחף מווסתת על ידי היחידה החשמלית, ומנוע הבעירה הפנימית יכול לפעול כל הזמן במצב האופטימלי ביותר.
במקביל
תכנית זו היא כעת הנפוצה ביותר. בו פועלים המנוע החשמלי ומנוע הבעירה הפנימית עבור תיבת הילוכים משותפת, והאלקטרוניקה מווסתת את היחס האופטימלי של צריכת האנרגיה של כל אחד מהכוננים. שני המנועים מחוברים לגלגלים.
מצב ההחלמה נתמך, כאשר בזמן בלימה המנוע החשמלי הופך לגנרטור ומטעין את סוללת האחסון. במשך זמן מה, המכונית יכולה לנוע רק במטען שלה, מנוע הבעירה הפנימית הראשי עמום.
במקרים מסוימים, נעשה שימוש בסוללה בעלת קיבולת ניכרת, המצוידת באפשרות של טעינה חיצונית מרשת AC ביתית או מתחנת טעינה מיוחדת.
באופן כללי, תפקיד הסוללות כאן קטן. אבל המיתוג שלהם פשוט, אין צורך במעגלי מתח גבוה מסוכנים כאן, ומסת הסוללה קטנה בהרבה מזו של כלי רכב חשמליים.
מעורב
כתוצאה מהתפתחות טכנולוגיית ההנעה החשמלית ויכולת האחסון, גדל תפקידם של המנועים החשמליים ביצירת מאמץ משיכה, מה שהוביל להופעתם של המערכות המקבילות-סדרה המתקדמות ביותר.
כאן, החל מעמידה ותנועה במהירויות נמוכות מתבצעות על מתיחה חשמלית, ומנוע הבעירה הפנימית מחובר רק כאשר נדרשת תפוקה גבוהה וכאשר הסוללות נגמרות.
שני המנועים יכולים לפעול במצב הנעה, ויחידה אלקטרונית מחושבת היטב בוחרת לאן וכיצד לכוון את זרימת האנרגיה. הנהג יכול לעקוב אחר זה בצג המידע הגרפי.
נעשה שימוש בגנרטור נוסף, כמו במעגל סדרתי, שיכול לספק אנרגיה למנועים חשמליים או לטעון סוללה. אנרגיית הבלימה מוחזרת דרך הצד האחורי של מנוע המתיחה.
כך מסודרות הרבה היברידיות מודרניות, במיוחד אחת הראשונות והידועות - טויוטה פריוס
איך עובד מנוע היברידי בדוגמה של טויוטה פריוס
מכונית זו נמצאת כעת בדור השלישי שלה והגיעה לדרגה מסוימת של שלמות, למרות שהיברידיות מתחרות ממשיכות להגביר את המורכבות והיעילות של העיצובים.
בסיס ההנעה כאן הוא עקרון הסינרגיה, לפיו מנוע בעירה פנימית ומנוע חשמלי יכולים להשתתף בכל שילוב ביצירת מומנט על הגלגלים. ההקבלה של עבודתם מספקת מנגנון מורכב מהסוג הפלנטרי, שבו זרמי הכוח מעורבבים ומועברים דרך הדיפרנציאל לגלגלי ההינע.
התנעה והתנעה מבוצעת על ידי מנוע חשמלי. אם האלקטרוניקה קובעת שהיכולות שלה אינן מספיקות, מחובר מנוע בנזין חסכוני הפועל במחזור אטקינסון.
במכוניות קונבנציונליות עם מנועי אוטו, לא ניתן להשתמש במחזור תרמי כזה בגלל תנאי חולף. אבל כאן הם מסופקים על ידי מנוע חשמלי.
מצב הסרק אינו נכלל, אם טויוטה פריוס מתניעה אוטומטית את מנוע הבעירה הפנימית, מיד נמצא עבורה עבודה, לעזור בהאצה, לטעון את המצבר או לספק מיזוג אוויר.
עם עומס מתמיד ועובד במהירות אופטימלית, הוא ממזער את צריכת הבנזין, בהיותו בנקודה המועילה ביותר של מאפיין המהירות החיצונית שלו.
אין מתנע מסורתי, שכן מנוע כזה ניתן להתניע רק על ידי סיבובו למהירות משמעותית, וזה מה שעושה גנרטור הפיך.
לסוללות קיבולות ומתחים שונים, בגרסה הנטענת המורכבת ביותר של PHV, אלה כבר די נפוצים לרכבים חשמליים 350 וולט ב-25 Ah.
יתרונות וחסרונות של כלאיים
כמו כל פשרה, היברידיות נחותות מרכבים חשמליים טהורים ומהקלאסיים המונעים בנפט.
אבל במקביל הם נותנים רווח במספר נכסים, למי שמתנהג כעיקריים:
- פישוט האמצעים המשמשים למאבק בפליטות מזיקות של מנועי בעירה פנימית;
- השגת צריכת דלק מסוימת, גם אם היא שנויה במחלוקת;
- אפשרות תנועה על מתיחה חשמלית טהורה כאשר השימוש במנועי בעירה פנימית אסור;
- עלייה פשוטה למדי בקיבולת המוצהרת;
- חוסר האפשרות, בניגוד למכונית חשמלית, להישאר ללא אנרגיה הרחק מרשת החשמל.
כל החסרונות קשורים לסיבוך של הטכנולוגיה:
- הצורך בכוח אדם מוכשר שהוכשר במיוחד לעבודה עם כלאיים;
- עלייה במסה של הרכב, שגם צורך דלק;
- מחיר גבוה יותר של המכונית;
- אובדן לכלי רכב חשמליים עקב שימור מנוע הבעירה הפנימית וכל הקשור אליו;
- עדיין טכנולוגיות לא מפותחות מספיק והעדר גישה מאוחדת לעיצוב;
- ידידותיות לסביבה ירודה בייצור סוללות וסילוקן.
ייתכן שייצור ההיברידיות יימשך לאחר היעלמותן המוחלטת של המכוניות הקלאסיות.
אבל זה יקרה רק אם ייווצר מנוע דלק פחמימני קומפקטי, חסכוני ומבוקר היטב, שיהווה תוספת טובה למכונית החשמלית של העתיד, ויגדיל משמעותית את האוטונומיה הבלתי מספקת שלה.
