كيف تعمل المركبات الهجينة: دمج المحركات الكهربائية ومحركات البنزين

تجمع مركبة كهربائية هجينة (HEV) محرك بنزين بإشعال الشرارة مع محرك كهربائي واحد أو أكثر يستمد الطاقة من بطارية، وفقاً لمركز بيانات الوقود البديل (AFDC) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية. بخلاف المركبات الهجينة القابلة للتوصيل، لا يمكن شحن بطارية السيارة الهجينة التقليدية من مقبس كهربائي؛ يتم شحنها فقط من خلال محرك البنزين وعن طريق الكبح المتجدد.

المكونات الرئيسية

يسرد مركز AFDC الأجزاء الأساسية من نظام نقل القوى في المركبة الهجينة الكهربائية: محرك احتراق داخلي، ومحرك جر كهربائي، ومولد كهربائي، وحزمة بطارية جر، ومتحكم إلكترونيات الطاقة الذي ينظم التيار وسرعة المحرك، ومحول تيار مستمر يخفض الجهد للملحقات على متن الطائرة، وعلبة تروس تنقل الطاقة الميكانيكية من المحرك والمحرك إلى العجلات.

كيفية تقاسم مصدري الطاقة للعمل

وفقاً لموقع fueleconomy.gov، يتم إدارة محرك البنزين والمحرك الكهربائي تلقائياً بواسطة نظام التحكم بالمركبة، الذي يقرر بشكل مستمر مقدار مساهمة كل منهما. عند السرعات المنخفضة والتسارع الخفيف، يمكن للعديد من السيارات الهجينة أن تعمل على المحرك الكهربائي وحده. عند سرعة الركض، عادة ما يقوم محرك الاحتراق بمعظم العمل. أثناء التسارع الشديد أو على المنحدرات، يمكن للمحرك والمحرك دمج إنتاجهما، وعندما تتوقف السيارة، يتوقف المحرك عن العمل حتى لا يتم إهدار الوقود في السكون.

الوصف الرسمي من تويوتا لنظام Hybrid Synergy Drive الخاص بها، المستخدم في جميع أنحاء نطاق هجينها، يعطي مثالاً ملموساً على هذا المنطق: عند السكون أو التوقف، تقول تويوتا إن "كلا المحركين يتم إيقاف تشغيلهما تلقائياً حتى لا تُهدر أي طاقة"، بينما على المنحدرات أو عند تجاوز السيارات، تقول الشركة أن "كلا المحركين يعملان على تشغيل المركبة لتحقيق أقصى أداء". تقول تويوتا أيضاً أن نظامها يتيح للسائقين التسارع حتى 50 كم/س على الطاقة الكهربائية وحدها في وضع EV، دون إنتاج انبعاثات العادم خلال تلك المرحلة.

الكبح المتجدد: استعادة الطاقة التي كانت ستُفقد بخلاف ذلك

الكبح المتجدد هو التكنولوجيا التي تتيح للسيارة الهجينة إعادة شحن بطاريتها دون التوصيل بمقبس. يشرح موقع fueleconomy.gov أن النظام "يستخدم الحركة الأمامية للعجلات لتشغيل المحرك"، الذي يولد الكهرباء أثناء المساعدة أيضاً على إبطاء السيارة، بدلاً من تبديد تلك الطاقة بحتة كحرارة من خلال فرامل الاحتكاك التقليدية. يؤكد مركز AFDC أن مولداً كهربائياً يلتقط الطاقة من عجلات الكبح وينقلها إلى بطارية الجر.

تكوينات السلسلة والمتوازية والقابلة للتوصيل

المركبات الهجينة القابلة للتوصيل لا تتم توصيلها بنفس الطريقة. يميز وصف موقع fueleconomy.gov للمركبات الهجينة الكهربائية القابلة للتوصيل (PHEVs) بين المركبات الهجينة الكهربائية القابلة للتوصيل المتوازية أو "المختلطة"، حيث يتصل محرك الاحتراق والمحرك الكهربائي ميكانيكياً بالعجلات ويمكنهما تشغيلها مباشرة، والمركبات الهجينة الكهربائية القابلة للتوصيل في السلسلة، حيث فقط المحرك الكهربائي يشغل العجلات بينما الوظيفة الوحيدة لمحرك البنزين هي توليد الكهرباء لهذا المحرك. يلاحظ موقع fueleconomy.gov أن المركبات الهجينة الكهربائية القابلة للتوصيل في السلسلة تُعرف أيضاً بالمركبات الكهربائية ذات النطاق الممتد (EREVs).

تضيف المركبات الهجينة الكهربائية القابلة للتوصيل (PHEVs) بطارية أكبر وقابلة للشحن الخارجي إلى نفس المفهوم الأساسي. ينص موقع fueleconomy.gov على أن المركبات الهجينة الكهربائية القابلة للتوصيل "يمكنها تخزين ما يكفي من الكهرباء لتقليل استهلاك البترول بشكل كبير في ظروف القيادة النموذجية"، وأنها، حسب الموديل، تستخدم تقريباً من 30% إلى 60% بترول أقل من المركبات التقليدية. تنص وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) على أن المركبات الهجينة الكهربائية القابلة للتوصيل تحمل بطارية ومحرك كهربائي جنباً إلى جنب مع خزان بنزين ومحرك احتراق داخلي، وأنها "تنتج انبعاثات العادم عندما يتم استخدام البنزين كمصدر وقود"، مما يجعلها أنظف من سيارات البنزين التقليدية لكن ليست خالية من الانبعاثات مثل مركبات البطارية الكهربائية.

لماذا يوفر دمج المصدرين الوقود

يشرح مركز AFDC أن نظام نقل القوى المزدوج يتيح لمصنعي السيارات تركيب محرك بنزين أصغر مما تحتاجه سيارة تقليدية مماثلة، لأن المحرك الكهربائي يمكنه توفير عزم إضافي عند الحاجة، مثل أثناء التسارع أو تسلق الجبال. يقول مركز AFDC أن هذا "يمكن أن يسمح محتملاً بمحرك أصغر"، وأن مزيج الشحن المتجدد وتقديم المحرك والخمول المنخفض ينتج عنه استهلاك وقود أفضل دون التضحية بالأداء. توضح الأرقام الخاصة بتويوتا التأثير على مستوى الموديل: تسرد الشركة استهلاك الوقود في طراز Auris Hybrid Synergy Drive بـ 3.8 لتر لكل 100 كم في القيادة العادية، مع انبعاثات CO2 بمقدار 87 جرام لكل كم.