כיצד עובדים כלים היברידיים: שילוב מנועים חשמליים ומנועי בנזין

כלי רכב חשמלי היברידי (HEV) משלב מנוע בנזין עם הצתה ניצוצית עם אחד או יותר מנועים חשמליים הממשכים כוח מחבילת סוללה, לפי מרכז נתוני דלקים חלופיים (AFDC) של משרד האנרגיה של ארצות הברית. בניגוד לכלים היברידיים תקעים, לא ניתן לטעון את הסוללה של כלי היברידי קונבנציונלי מתקע חשמלי; היא טעונה רק דרך מנוע הבנזין ודרך בלימה רגנרטיבית.

הרכיבים הראשיים

AFDC מרשימת חלקי הליבה של מערכת הנעה HEV: מנוע בעירה פנימית, מנוע משיכה חשמלי, גנרטור חשמלי, חבילת סוללת משיכה, בקר אלקטרוניקת כוח המווסת זרם ומהירות מנוע, ממיר DC/DC המצמצם מתח למכשירים על גבי הרכב, וקופסת הילוכים המעבירה כוח מכני מהמנוע והמנוע לגלגלים.

כיצד שני מקורות הכוח חולקים את העבודה

לפי fueleconomy.gov, מנוע הבנזין והמנוע החשמלי מנוהלים באופן אוטומטי על ידי מערכת הבקרה של הרכב, המחליטה באופן קבוע כמה כל אחד צריך לתרום. בנסיעות נמוכות ותאוצה קלה, רבים מהכלים ההיברידיים יכולים לרוץ על המנוע החשמלי בלבד. במהירות סיור, מנוע הבעירה בדרך כלל עושה את רוב העבודה. תחת תאוצה קשה או בעליות, המנוע והמנוע יכולים לשלב את הפלט שלהם, וכאשר המכונית עוצרת, המנוע כבה כדי שלא יהיה בזבוז של דלק בזמן סרק.

התיאור הרשמי של טויוטה של מערכת Hybrid Synergy Drive שלה, בשימוש בכל טווח היברידי שלה, נותן דוגמה קונקרטית של הלוגיקה הזאת: בזמן סרק או עצירה, טויוטה אומרת 'שני המנועים כבויים באופן אוטומטי כדי שלא תהיה בזבוז אנרגיה,' בעוד על עליות או בעת התחרות החברה אומרת כי 'שני המנועים מניעים את הרכב להשגת ביצועים מקסימאליים.' טויוטה גם אומרת שהמערכת שלה מאפשרת לנהגים להאיץ עד 50 קמ"ש על כוח חשמלי בלבד במצב EV, בלי להפיק פליטות גלם במהלך השלב הזה.

בלימה רגנרטיבית: התאוששות של אנרגיה שאחרת הייתה הולכת לאיבוד

בלימה רגנרטיבית היא הטכנולוגיה המאפשרת לכלי היברידי לטעון את הסוללה שלו בלי להתחבר. fueleconomy.gov מסביר שהמערכת 'משתמשת בתנועה קדמית של הגלגלים כדי להפוך את המנוע,' המייצר חשמל תוך עזרה גם להאט את המכונית, במקום להפיץ את האנרגיה הזאת בלבד כחום דרך בלימי חיכוך קונבנציונליים. AFDC מאשר כי גנרטור חשמלי לוכד אנרגיה מגלגלי בלימה ומעביר אותה לסוללת משיכה.

תצורות סדרה, מקביל וחיבור חיצוני

כלים היברידיים תקעים לא כולם מחוברים באותו אופן. תיאור fueleconomy.gov של כלי רכב חשמלי היברידי תקע (PHEVs) מבחנה בין PHEVs מקבילים, או 'מעורבים,' בהם מנוע הבעירה והמנוע החשמלי מחוברים באופן מכני לגלגלים ויכולים להניע אותם ישירות, מ-PHEVs בסדרה, בהם רק המנוע החשמלי מסובב את הגלגלים בזמן שהעבודה היחידה של מנוע הבנזין היא ליצור חשמל למנוע הזה. fueleconomy.gov מציין כי PHEVs בסדרה ידועים גם כרכבים חשמליים בטווח מורחב (EREVs).

כלי רכב חשמלי היברידי תקע (PHEVs) מוסיפים סוללה גדולה יותר וניתנת לטעינה חיצונית לאותו קונספט בסיס. fueleconomy.gov קובע כי PHEVs 'יכול לאחסן מספיק חשמל כדי להקטין משמעותית את השימוש שלהם בנפט בתנאי נסיעה טיפוסיים,' וכי, בהתאם לדגם, הם משתמשים בערך 30% עד 60% פחות נפט מאשר רכבים קונבנציונליים. סוכנות הגנה סביבתית של ארצות הברית (EPA) קובעת כי PHEVs נושאים הן סוללה והן מנוע חשמלי לצד טנק בנזין ומנוע בעירה פנימית, וכי הם 'מייצרים פליטות גלם כאשר בנזין משמש כמקור דלק,' מה שהופך אותם לנקיים יותר מאשר מכוניות בנזין קונבנציונליות אך לא פליטות חינם כמו רכבים חשמליים סוללה.

מדוע שילוב שני המקורות חוסך דלק

AFDC מסביר כי מערכת ההנעה הכפולה מאפשרת ליצרני רכבים להתקין מנוע בנזין קטן יותר מאשר מכונית קונבנציונלית דומה תזדקק, כי המנוע החשמלי יכול לספק מומנט נוסף כאשר הוא דרוש, כמו במהלך תאוצה או טיפול בעליות. AFDC מציין כי זה 'יכול להיות בעד מנוע קטן יותר,' וכי הצירוף של טעינה רגנרטיבית, סיוע מנוע והפחתת סרק מביאה לכלכלת דלק טובה יותר בלי להקריב ביצועים. הנתונים שלה של טויוטה מדגימים את ההשפעה ברמת הדגם: החברה מופעת את צריכת הדלק של דגם Auris Hybrid Synergy Drive שלה ב-3.8 ליטר לכל 100 קילומטר בנסיעה רגילה, עם פליטות CO2 של 87 גרם לקילומטר.