بخشی از مقاله
چکیده
خودروهای هیبریدی به وسیله دو منبع انرژی- یک واحد تبدیل انرژی - موتور احتراق داخلی شش زمانه - و یک وسیله ذخیره انرژی - هم چون باتری ها یا فراخازن ها - توان می گیرند. واحد تبدیل انرژی امکان قدرت گرفتن از بنزین، متانول، گاز طبیعی فشرده، هیدروژن یا سوخت های جانشین دیگر را دارد. این خودروها این پتانسیل را دارند که ٍ تا َ برابر راندمان بالاتری نسبت به خودروهای متداول داشته باشند. خودروهای هیبریدی می توانند دارای طراحی موازی ، طراحی سری یا ترکیبی از هر دو باشند. در این مقاله موتور احتراق داخلی شش زمانه را جایگزین موتورهای احتراق داخلی معمولی در خودروی هیبریدی نمودیم. با توجه به طراحی فنی و مکانیکی، موتور شش زمانه همانند موتورهای احتراق داخلی می باشد. اگر چه سیکل ترمودینامیکی و یک سر سیلندر اصلاح شده همراه دو اتاق اضافی ، یک محفظه احتراق و یک محفظه تراکم - گرمکن هوا - که هر دو از سیلندر جدا هستند ، آن را به کلی متمایز می کند. بازده بالا، آلایندگی کم، مسافت قابل پیمایش بالا، ایمنی مطلوب و قیمت قابل رقابت با خودروهای متداول از جمله ویژگی های حائز اهمیت برای خودروهای هیبریدی است.
واژه های کلیدی: خودرو هیبریدی- ژنراتور- موتورالکتریکی- موتور شش زمانه- شارژ
مقدمه
سال نیروی لازم برای مسافرت کردن به وسیله ی چارپایان مهیا می گشت و درشکه های چوبی یا یورتمه ها را تکان می دادند. سپس در حدود ًًٌ سال پیش برخی افراد ایده های درخشانی برای افزودن یک چیز نوظهور به درشکه ها به مغزشان خطور کرد - موتور احتراق داخلی - تا درشکه ی بی اسب را اختراع کنند. بنابراین صنعت اتومبیل زاده شد و به همراه آن خلاقیت ها و نوآوری های شگرفی در حرکت پیستون بدست آمد و تاثیرات شگرف سوخت در جلو راندن وسایل نقلیه مدرن محرز شد.موتورهای بخار، توربین ها، موتورهای چرخشی و موتورهای خورشیدی هیچ کدام از آنها رقیب موتورهای پیستونی احتراق داخلی نمی شدند که به وسیله سوخت های فسیلی تغذیه شده و به گیربکسی برای راندن و به حرکت در آوردن چرخ ها به وسیله میله ها و دنده هایی متصل هستند.
متاسفانه مشکلاتی همچون آلودگی هوا و محدود بودن منابع سوخت های فسیلی ما را ناگزیر به تجدید نظر در تحقیق درباره یافتن منبع انرژی جایگزین برای حمل و نقل شخصی می گرداند.امروزه خودروهای هیبریدی مورد توجه کمپانی های بزرگ جهان قرار گرفته اند. این نوع خودروها معمولا تلفیقی از موتور احتراق داخلی خودروهای متداول با باتری و موتور الکتریکی یک خودرو الکتریکی هستند. با پیشرفت تکنولوژی و ساخت موتورهای احتراق داخلی شش زمانه که دارای بازدهی بالا و مصرف کمتر سوخت نسبت به موتورهای احتراق داخلی چهار زمانه دارند، می توان این موتورها را جایگزین موتورهای چهار زمانه در انواع خودروهای معمولی و هیبریدی کرد.[1,2]
تاریخچه خودروی هیبریدی
یک مهندس آمریکائی به نام اچ.پیپر در ٍَ نوامبر ًٌُِ یک ماشین هیبریدی ساخت که قادر بود در طی ًٌ ثانیه تا ٍِ مایل شتاب بگیرد. موتور این خودرو ترکیبی از موتور بنزینی و موتورالکتریکی بود که امروزه به عنوان موتور هیبریدی شناختهمی شود. پیپر در سه سال و نیم بعد، اختراع خود را ثبت نمود. اما پیشرفت سریع موتورهای احتراق داخلی با قدرت و گشتاور بالا در آن دوره، همچنین قابلیت استارت بدون هندل آنها و از همه مهمتر پایین بودن قیمت سوخت های فسیلی و مطرح نبودن آلودگی محیط زیست، سبب عدم توجه به این نوع خودروها شد. در پی بحران های نفتی سال های ًٌُْ دوباره این خودروها مورد توجه قرار گرفتند ، ولی تا سال ًٌُُ که کار اصولی با مشارکت PNGV در آمریکا آغاز گردید، این خودروها به طور جدی پیگیری نشدند. اما امروزه خودروهای هیبریدی مورد توجه شرکت های بزرگ جهان قرار گرفته اند که از آن جمله میتوان به شرکت هایی مانند: تویوتا، هندا، میتسوبیشی، فورد، فیات، جنرال موتورز، دایملر کرایسلر، نیسان و پژو و ...اشاره نمود. توفیق این محصولات به حدی چشمگیر بوده که از دسامبر سال ٌُُْ تا ابتدای سال ًًًٍ بیش از چهل هزار محصول پریوس کمپانی تویوتا به فروش رسیده است.[3]
هیبرید چیست و خودروی هیبریدی چگونه کار می کند؟
موتور بنزینی در خودروی هیبریدی معمولا کوچکتر از یک خودروی معمولی است و از این رو بهره وری بیشتری دارد. چندین دلیل مبنی بر اینکه چرا موتورهای کوچکتر کارایی بالاتر و بهره وری بیشتری نسبت به موتورهای بزرگتر دارندوجود دارد:موتورهای بزرگتر سنگین تر از موتورهای سبکتر هستند و انرژی زیادتری در واحد زمان مصرف می کنند - برای حالت شتاب گرفتن و بالا رفتن از یک سر بالایی - پیستون و دیگر اجزای داخلی سنگین هستند و نیز انرژی زیادتری در واحد زمان نیاز دارند تا در سیلندر بالا و پایین بروند. تغییر مکان و جابه جایی در داخل سیلندرها بزرگتر است در نتیجه سوخت بیشتری برای هر سیلندر مورد نیاز است. دلایل فوق توضیح می دهد که چرا دو مدل خودروی مشابه با موتورهای متفاوت در آزمون سنجش نتایج متفاوتی را بدستمی آورند.
اگر هر دو خودرو در حال حرکت در یک اتوبان باشند و در یک سرعت برابر و معین خودرویی که موتور کوچکتری دارد انرژی کمتری مصرف می کند و هر دو موتور خروجی یکسانی از قدرت را تولید می کنند. ولی موتور کوچکتر از سوخت کمتری استفاده می کند که به آن سرعت برسد.اما چطور این موتور کوچک می تواند قدرت مورد نیاز خودروی شما را در مقابل خودروهای پر قدرت در جاده فراهم کند؟ یکی از راه هایی که خودرو سازان برای کم کردن مشکلات و آلودگی هوا به آن رو آورده اند ساخت خودروی هیبریدیاست. برای شما و من یک خودروی مفید، خودرویی است که حداقل نیازهای ما را بر آورده کند که این نیازها می توانند چنین باشند: از یک سوخت گیری اولیه حداقل ٍَُ کیلومتر - ًًَ مایل - تا یک سوخت گیری مجدد راه بروند. ٍ- هر بار سوخت گیری آسان و سریع باشد و فاکتورهای دیگر ... .
یک موتور بنزینی اکثر این نیازها را برآورده می کند. خودروهای بنزینی شامل یک باک بنزین می باشند که منبع ذخیره کننده بنزین موتور است و موتور نیز به وسیله سیستم انتقال قدرت نیروی تولیدی را به چرخ ها می رساند اما در عوض آلودگی زیادی دارد در مقابل در خودروهای الکتریکی یک مجموعه از باتری ها وجود دارد که الکتریسیته مورد نیاز موتور الکتریکی را فراهم می کند و موتور الکتریکی نیز به وسیله سیستم انتقال قدرت نیروی تولیدی خود را به چرخ ها می رساند . یک موتور برقی با اینکه آلودگی خیلی کمی - یا اصلا - تولید نمی کند اما این موتور حداکثر بین 80 تا 161 کیلومتر می تواند بین دو شارژ خود برود و مشکل دیگر موتور الکتریکی این است که شارژ شدنش سخت و خیلی زمانبر است.
مدیریت مصرف عبارت است از اعمال روش های مدیریتی از سوی شرکت های بهره برداری برق یا مصرف کنندگان بزرگ برای شکستن قله مصرف و صاف نمودن منحنی بار که موجب افزایش راندمان انرژی الکتریکی و کاهش هزینه مصرف می گردد. این روش ها عموما از طرف شرکت های بهره برداری به خاطر رفع کمبود توان در ساعات پیک و بهبود ضریب بار و از سوی مصرف کنندگان عمده به علت مزایای بی شمار اقتصادی فنی و خدماتی به کار می روند. بنابراین بسیاری از کارخانه ها برای مدیریت مصرف از سال تولید ترکیبی از خودروهای بنزینی و خودرهای الکتریکی - خودروهای هیبریدی - را به صورت انبوه آغاز کرده اند.[4] بطور کلی تمام وسایل نقلیه ای که از ادغام دو و یا چند پیشرانه انتقال نیرو که بطور مستقیم و یا غیر مستقیم به سیستمانتقال قدرت وابسته هستند را ماشین های هیبریدی می گویند.
اجزا خودروهای هیبریدی
خودروهای هیبریدی یک ترکیب بهینه از اجزای مختلف هستند.
·کنترل کننده ها / موتور کشنده الکتریکی
·سیستم های ذخیره کننده انرژی الکتریکی، همچون باتری ها و فراخازن ها
·واحد توان هیبریدی همچون موتور احتراق جرقه ای، موتورهای انژکتور مستقیم احتراق تراکمی - دیزل - ، توربین های گازی و پیل های سوختی
·سیستم های سوخت رسانی برای واحد توان هیبریدی
·جعبه دنده - گیربکس -
برای کمک به گازهای خروجی و بهبود کارایی های خودرو، اجزا و سیستم های زیر بواسطه تحقیق و توسعه اصلاح شدند:
·سیستم های کنترل گازهای خارجی
·مدیریت انرژی و کنترل سیستم ها
·دیریت حرارتی اجزا
·وزن پایین و آیرودینامیک بدنه / شاسی
·مقاومت غلتشی پایین - شامل طراحی بدنه وتایرها -
·کاهش بار لوازم اضافی [1,3]
کنترل کننده ها
وقتی که از موتور درونسوز برای تأمین منبع انرژی اولیه استفاده می شود، یک ریزپردازنده که از قسمت های مختلف خودرو سیگنال دریافت می کند، با توجه به وضعیت شارژ باتری ها و نیز وضعیت حرکتی و سیگنالی که از پدال گاز دریافت می کند، با استفاده از سیستم های کنترلی الکترونیکی به کار رفته در خودرو، نحوه عملکرد سیستم انتقال قدرت و موتور احتراقی را به نحوی تنظیم می کند که موتور در حالتی کار کند که دارای بهترین بازده سوختی ممکن باشد و دور و گشتاور خروجی مورد نیاز را تأمین کند.
باتری ها
باتری ها یک از اجزای ضروری خودروهای هیبریدی هستند. ویژگی های مطلوب باتری های با توان بالا برای کاربردهای خودروهای هیبریدی شامل این موارد است: پیک و توان مخصوص تکانه بالا، انرژی مخصوص بالای توان تکانه، پذیرش شارژ بالا برای بیشینه کردن بهره بری ترمز واکنشی و طول عمر طولانی.
فراخازن ها
فراخازن ها انرژی مخصوص بالاتری دارند و نوع قویتری از خازن های الکترولیتی هستند که انرژی را به عنوان شارژ الکتریسته ساکن ذخیره می کنند. فراخازن ها سیستم های الکتروشیمیایی هستند که انرژی را در لایه ای از مایع قطبیده شده در سطح مشترک مابین یک الکترولیت رسانای یونی و یک الکترود رسانا ذخیره می کنند. ظرفیت ذخیره انرژی با افزایش
