گیربکس (انتقال قدرت) هیبرید

سیستم انتقال قدرت وسایل نقلیه هیبریدی نیرو را به چرخ‌های محرک آنها منتقل می‌کند. در یک وسیله نقلیه هیبریدی از اشکال مختلف نیروی محرکه استفاده می‌شود. وسایل نقلیه هیبریدی در اشکال مختلفی عرضه می‌شوند. برای مثال، یک وسیله نقلیه هیبریدی ممکن است انرژی خود را از سوزاندن بنزین بگیرد، اما بین یک موتور الکتریکی و یک موتور احتراقی تغییر وضعیت دهد.

تاریخچه سیستم انتقال قدرت هیبریدی

وسایل نقلیه برقی در ترکیب موتور درون‌سوز و سیستم انتقال قدرت الکتریکی از سابقه طولانی برخوردارند مانند پیشرانه دیزلی-الکتریکی، هرچند اکثرا آنها در لوکوموتیوهای ریلی استفاده شده است. پیشرانه دیزلی-الکتریکی با تعریف هیبریدی سازگار نیست، زیرا سیستم انتقال قدرت درایو الکتریکی به جای آنکه به‌عنوان یک منبع نیروی محرکه مکمل عمل نماید، مستقیماً جایگزین سیستم انتقال قدرت مکانیکی می‌شود. یکی از اولین شکل‌های وسایل نقلیه زمینی هیبریدی، آزمایش واگن برقی «بدون ریل» در ایالات متحده (نیوجرسی) بود که از 1935 تا 1948 به کار گرفته شد، و معمولا از جریان کششی منتقل شده با سیم استفاده می‌کرد. این واگن برقی مجهز به موتور درون‌سوز (ICE) بود تا نیروی محرکه مکانیکی را مستقیماً تأمین کند و برای موتور کششی برق تولید نمی‌کرد. بدین ترتیب این خودرو قادر بود تا در جاهایی که سیم برق وجود نداشت، استفاده شود. از دهه 1990 به بعد، واگن‌های برقی هیبریدی با مولدهای برق کوچک معرفی شد تا در مواقع اضطراری و تعمیر و نگهداری، قابلیت حرکت با سرعت پایین را فراهم سازد، اما این واگن‌ها از خدمات درآمد عمومی پشتیبانی نمی‌کنند.

پیشرانه شامل تمام قطعات مورد استفاده برای تبدیل انرژی پتانسیل ذخیره شده است. پیشرانه‌ها ممکن است از انرژی شیمیایی، خورشیدی، هسته‌ای یا جنبشی استفاده کنند و آنها را برای حرکت قابل استفاده سازند. قدیمی‌ترین نمونه، لوکوموتیو بخار است. یک نمونه متداول مدرن، دوچرخه الکتریکی است. وسایل نقلیه برقی هیبریدی یک باتری یا ابرخازن را که با یک موتور درون‌سوز تکمیل شده، ترکیب می‌کنند که می‌تواند باتری‌ها را دوباره شارژ کند یا انرژی خودرو را تأمین کند. در سایر پیشرانه‌های هیبریدی برای ذخیره انرژی از چرخ طیار (چرخ لنگر یا فلایویل) استفاده می‌شود.

در بین انواع مختلف وسایل نقلیه هیبریدی، در سال 2016 فقط نوع الکتریکی/موتور درون‌سوز به‌صورت تجاری در دسترس بود. یک نوع به صورت موازی کار می‌کرد تا از هر دو موتور به صورت همزمان نیرو تأمین کند. نوع دیگر به صورت سری کار می‌کرد که یک منبع منحصراً تأمین‌کننده توان و منبع دوم تأمین‌کننده برق بود. یکی از این دو منبع می‌تواند نیروی محرک اصلی را تأمین کند؛ منبع دیگر وظیفه تقویت منبع اصلی را بر عهده دارد.

سایر ترکیبات، افزایش راندمان در اثر مدیریت و بازتولید بهتر انرژی را ارائه می‌دهند که با هزینه، پیچیدگی و محدودیت‌های باتری جبران می‌شود. هیبریدهای احتراقی-الکتریکی (CE) باتری‌هایی با ظرفیت بسیار بیشتر از یک خودروی فقط احتراقی دارند. یک هیبرید احتراقی-الکتریکی دارای باتری‌های سبکی است که چگالی انرژی بالاتری ارائه می‌دهند و بسیار گران‌ترند. موتورهای درون‌سوز فقط به یک باتری به حد کافی بزرگ احتیاج دارند که بتواند سیستم الکتریکی را به کار بیندازد و موتور را استارت بزند.

انواع سیستم هیبریدی بر اساس طراحی

هیبرید موازی

ساختار یک خودروی برقی هیبرید موازی. مربع‌های خاکستری دنده‌های دیفرانسیل را نشان می‌دهند.

سیستم‌های هیبرید موازی دارای یک موتور درون‌سوز و یک موتور الکتریکی هستند که هر دو می‌توانند به صورت مجزا یا مشترک خودرو را به حرکت درآورند. این متداول‌ترین سیستم هیبریدی تا سال 2016 است.

اگر آنها در یک محور (به صورت موازی) به هم متصل شوند، سرعت این محور باید یکسان باشد و گشتاورهای تولید شده با هم جمع می‌شوند (اکثر دوچرخه‌های برقی از این نوع هستند). هنگامی که فقط یکی از این دو منبع در حال استفاده است، منبع دیگر باید به کلاچ یک‌طرفه یا کلاچ جغجغه‌ای متصل باشد تا بتواند آزادانه بچرخد.

در خودروها این دو منبع ممکن است به شفت یکسانی (برای مثال با اتصال موتور الکتریکی بین موتور و گیربکس) اعمال شوند؛ با سرعت چرخش برابر و جمع شدن گشتاورها با اضافه شدن یا کم شدن گشتاور موتور الکتریکی در صورت لزوم (در دو نسل اول هوندا اینسایت^[1] از این سیستم استفاده می‌شود.).

هیبریدهای موازی را می‌توان براساس تعادل بین موتورهای مختلف در تأمین نیروی محرکه دسته‌بندی کرد: موتور درون‌سوز ممکن است نقش غالب را داشته باشد (فقط در شرایط خاص با موتور الکتریکی درگیر شود) یا برعکس؛ درحالی‌که انواع دیگر می‌توانند تنها از طریق سیستم الکتریکی کار کنند، اما از آنجا که هیبریدهای موازی فعلی قادر به ارائه حالات فقط موتور درون‌سوز یا موتور الکتریکی نیستند، آنها اغلب به‌عنوان هیبریدهای معتدل دسته‌بندی می‌شوند.

هیبریدهای موازی بیشتر به ترمز بازیاب متکی هستند و موتور درون‌سوز همچنین می‌تواند به‌عنوان ژنراتوری برای شارژ مجدد مکمل عمل کند. این امر باعث راندمان بیشتر آنها در شرایط «توقف و حرکت» شهری می‌شود. آنها از یک باتری کوچک‌تر از سایر هیبریدها استفاده می‌کنند. نسل‌های اولیه خودروهای هیبریدی هوندا اینسایت، سیویک^[2] و آکورد^[3] که از IMA استفاده می‌کنند نمونه‌هایی از هیبریدهای با تولید موازی هستند. کامیون هیبریدی موازی جنرال موتورز (PHT) و هیبریدهای BAS مانند هیبریدهای ساتورن^[4] VUE و آئورا گرین‌لاین^[5] و شورولت مالیبو^[6] نیز از معماری هیبریدی موازی استفاده می‌کنند.

هیبرید موازی مستقل (TTR^[7])

نوع دیگری از هیبرید موازی، «هیبرید موازی مستقل» است. در این سیستم یک پیشرانه معمولی یک محور را به حرکت درمی‌آورد، و یک یا چند موتور الکتریکی محور دیگر را به حرکت در می‌آورند. این آرایش توسط اولین واگن برقی «بدون ریل» مورد استفاده قرار گرفت. در واقع یک نیروی محرکه کامل پشتیبان فراهم می‌سازد. در موتورهای مدرن باتری‌ها را می‌توان از طریق ترمز بازیاب یا با بارگذاری چرخ‌های به حرکت درآمده توسط برق در هنگام سفر شارژ کرد. این روش اجازه اتخاذ رویکردی ساده‌تر برای مدیریت قدرت را می‌دهد. این چیدمان در برخی شرایط از مزیت ارائه چهار چرخ متحرک نیز برخوردار است. (نمونه‌ای از این اصل، دوچرخه‌ای مجهز به موتور توپی جلو است که به قدرت پدال دوچرخه‌سوار در چرخ عقب کمک می‌کند.) وسایل نقلیه از این نوع عبارتند از: خودروهای مفهومی آئودی 100 Duo II و سوبارو VIZIV، خودروهای گروه PSA شامل پژو 3008، پژو 508، 508 RXH، سیتروئن DS5 که همگی از سیستم HYbrid4 استفاده می‌کنند، ولوو V60 پلاگین هیبریدی، ب ام و سری اکتیو تورر^[8] 2، بی ام و i8 و نسل دوم هوندا NSX.

هیبریدی سری

بیشتر بخوانید:گیربکس(انتقال قدرت)هیبرید قسمت دوم

از هیبریدهای سری به‌عنوان وسایل نقلیه برقی با دامنه حرکت طولانی (EREV^[9]) یا (REEV^[10]) یا (EVER^[11]) نیز یاد می‌شود (هیبریدهای سری با مشخصات خاص توسط هیئت منابع هوای کالیفرنیا به‌عنوان خودروی برقی باتری با دامنه حرکت طولانی (BEVx) دسته‌بندی می‌شوند).

انتقال قدرت الکتریکی از سال 1903 به بعد به‌عنوان جایگزینی برای انتقال مکانیکی متداول در دسترس قرار گرفته است. به صورت معمول انتقال قدرت مکانیکی دردسرهای زیادی تحمیل می‌کند از جمله وزن، جاگیر بودن، سر و صدا، هزینه، پیچیدگی و هدر رفتن قدرت موتور در هر بار تغییر دنده، اعم از دستی یا اتوماتیک. برخلاف موتورهای درون‌سوز، موتورهای الکتریکی نیازی به انتقال قدرت ندارند.

در واقع کل سیستم انتقال قدرت مکانیکی بین موتور درون‌سوز و چرخ‌ها حذف شده و با یک ژنراتور الکتریکی، مقداری کابل و کنترل و موتورهای کششی الکتریکی جایگزین می‌شود، با این مزیت که موتور درون‌سوز دیگر مستقیماً به قسمت استفاده کننده نیرو متصل نیست.

این یک آرایش هیبریدی است و در لوکوموتیوها و کشتی‌های دیزلی-الکتریکی رایج است (کشتی رودخانه روسی واندال^[12]، که در سال 1903 راه‌اندازی شد، اولین کشتی مجهز به سیستم قدرت دیزل و دیزل-الکتریکی در جهان بود) و فردیناند پورشه در اوایل قرن بیستم این آرایش را با موفقیت در خودروهای مسابقه‌ای، از جمله هیبرید Lohner-Porsche Mixte به کار برد. پورشه این سیستم را System Mixte نامید که دارای آرایش موتور تعبیه شده در توپی چرخ بود و در هر دو چرخ جلو موتور قرار داشت و رکوردهای سرعت بر جای گذاشت.

بیشتر بخوانید: گیربکس دستی

استدلال‌های انعطاف‌پذیری بیشتر، راندمان بیشتر و انتشار کمتر آلاینده‌ها در زمان استفاده در یک سیستم هیبرید سری برای وسایل نقلیه جاده‌ای زمانی حاصل می‌شود که یک باتری الکتریکی متوسط، به‌عنوان بافر انرژی، بین ژنراتور الکتریکی و موتورهای کششی الکتریکی قرار گیرد.

موتور درون‌سوز ژنراتور را می‌چرخاند و به صورت مکانیکی به چرخ‌های محرک متصل نیست. بدین سان، موتور از تقاضا جدا می‌شود، و این امکان را می‌یابد تا دائما در بهینه‌ترین دور کار کند. از آنجا که نیروی محرکه اصلی توسط باتری تولید می‌شود، می‌توان یک ژنراتور/موتور کوچک‌تر در مقایسه با موتور محرک مستقیم معمولی نصب کرد. موتورهای کششی الکتریکی می‌توانند برق را از باتری یا مستقیماً از موتور/ژنراتور یا هر دو دریافت کنند. موتورهای کششی اغلب فقط توسط باتری الکتریکی کار می‌کنند، که می‌تواند از منابع خارجی مثل شبکه برق شارژ شود.

بدین ترتیب امکان ساخت وسیله نقلیه‌ای مجهز به موتور/ژنراتور فراهم می‌شود که فقط در هنگام نیاز کار می‌کنند، مثل زمان تخلیه باتری، یا برای شارژ باتری‌ها.

موتورهای کششی الکتریکی

موتورهای الکتریکی با نسبت‌های توان به وزن بالا و ارائه گشتاور در یک بازه سرعت گسترده، نسبت به موتورهای درون‌سوز راندمان بیشتری دارند. موتورهای درون‌سوز زمانی بیشترین راندمان را دارند که با دور ثابت بچرخند.

موتورهای درون‌سوز می‌توانند هنگام چرخاندن ژنراتور به صورت بهینه کار کنند. سیستم‌های هیبرید سری با جلوگیری از تعویض دنده شتاب نرم‌تری ارائه می‌دهند. هیبریدهای سری شامل موارد زیر هستند:

انواع هیبریدهای سری

• فقط کشش الکتریکی: استفاده از موتورهای الکتریکی فقط برای چرخاندن چرخ‌ها.
• موتور درون‌سوز: فقط برای چرخاندن ژنراتور.
• ژنراتور: توسط موتور درون‌سوز چرخانده می‌شود تا برق تولید کند و موتور را به راه بیندازد.
• باتری: بافر انرژی.
• ترمز بازیاب: موتور محرک تبدیل به ژنراتور می‌شود و با تبدیل انرژی جنبشی به الکتریکی، سرعت خودرو را نیز کاهش می‌دهد و از تلفات حرارتی جلوگیری می‌کند.

علاوه بر این:

• برای شارژ مجدد باتری می‌تواند به شبکه توزیع برق متصل شود.
• ابرخازن‌ها به باتری کمک می‌کنند و بخش عمده انرژی حاصل از ترمز کردن را بازیابی می‌کنند.

جزئیات موتور های الکتریکی

موتور الکتریکی ممکن است از طریق برق باتری یا از طریق ژنراتور چرخانده شده توسط موتور درون‌سوز یا هر دو تغذیه شود. چنین وسیله نقلیه‌ای به لحاظ مفهومی شبیه لوکوموتیو دیزلی-الکتریکی است که یک باتری به آن اضافه شده است؛ بدین ترتیب می‌تواند بدون راه‌اندازی موتور درون‌سوز، انرژی لازم برای حرکت وسیله نقلیه را تأمین کرده و به‌عنوان یک بافر انرژی عمل کند که برای شتاب گرفتن و دستیابی به سرعت بیشتر استفاده می‌شود؛ ژنراتور ممکن است همزمان هم باتری را شارژ کند و هم برق موتور الکتریکی را که خودرو را به حرکت درمی‌آورد تأمین کند.

هنگامی که وسیله نقلیه متوقف می‌شود، موتور درون‌سوز بدون درجا کار کردن خاموش می‌شود، درحالی‌که باتری همه انرژی موردنیاز در حالت سکون را تأمین می‌کند. وسایل نقلیه پشت چراغ راهنما یا هنگام حرکت آهسته در ترافیک سنگین، هنگام توقف یا حرکت آهسته سوخت نمی‌سوزانند و باعث کاهش انتشار آلاینده می‌شوند.

برای ذخیره انرژی ترمز بازیاب، هیبریدهای سری را می‌توان به یک ابرخازن یا یک فلایویل مجهز کرد، که می‌تواند با بازیابی انرژی از دست رفته در اثر گرما از طریق سیستم ترمز، راندمان را بهبود بخشد. از آنجا که در یک هیبرید سری بین موتور درون‌سوز و چرخ‌ها ارتباط مکانیکی وجود ندارد، موتور می‌تواند فارغ از سرعت وسیله نقلیه با دور ثابت و بهینه کار کند و به راندمان بالاتری دست یابد (37% به جای متوسط 20% در موتور درون‌سوز) و در سرعت‌های کم یا ترکیبی، این امر می‌تواند منجر به افزایش 50 درصدی راندمان کلی شود (19% در مقابل 29%).

لوتوس طرح یک مجموعه موتور/ژنراتور را ارائه داد که با دو سرعت کار می‌کند، از طریق ژنراتور الکتریکی یکپارچه 15 کیلووات توان در 1500 دور در دقیقه و 35 کیلووات در 3500 دور در دقیقه می‌دهد، که در خودروی مفهومی نیسان اینفینیتی^[13] Emerg-e استفاده شد.

این مشخصات عملیاتی چشم‌انداز وسیع‌تری برای طراحی موتورهای جایگزین نظیر میکروتوربین، موتور چرخه اتکینسون^[14] چرخشی یا موتور احتراق خطی فراهم می‌سازد.

موتور درون‌سوز با مقایسه نرخ‌های خروجی در سرعت سفر، با موتور الکتریکی هماهنگ می‌شود. به صورت کلی، نرخ‌های خروجی موتورهای احتراقی برای نرخ‌های خروجی لحظه‌ای (اوج) ارائه شده، اما در عمل قابل استفاده نیستند.

استفاده از موتور الکتریکی که مستقیما چرخ را به حرکت درمی‌آورد باعث حذف قطعات سیستم انتقال قدرت مکانیکی معمولی می‌شود: گیربکس، شافت‌های انتقال قدرت و دیفرانسیل، و گاهی اوقات می‌تواند کوپلینگ‌های انعطاف‌پذیر را حذف کند.

در سال 1997، تویوتا اولین اتوبوس هیبریدی سری فروخته شده در ژاپن را به بازار عرضه کرد. شرکت Designline International of Ashburton در نیوزیلند، اتوبوس‌های شهری با سیستم هیبریدی سری تولید می‌کند که از یک میکروتوربین نیرو می‌گیرند. رایت‌باس^[15] اتوبوس‌های هیبریدی سری از جمله جمینی^[16] 2 و نیو روت‌مستر^[17] را تولید می‌کند. AFS Trinity در یک خودروی SUV Saturn Vue تبدیل شده، از ابرخازن‌ها همراه با یک بانک باتری یون لیتیوم استفاده کرده است. با استفاده از ابرخازن‌ها، آنها در یک آرایش هیبریدی سری ادعای دستیابی به سرعت حداکثر 150 مایل بر ساعت را دارند.

از خودروهای معروف با مدل هیبریدی سری می‌توان به نمونه‌ای از BMW i3 اشاره کرد که مجهز به افزایش‌دهنده دامنه حرکت است. فیسکر کارما^[18] نمونه‌ای دیگر از خودروهای هیبریدی سری است. شورولت ولت تقریباً یک هیبرید سری است، اما در سرعت‌های بالای 70 مایل در ساعت به یک اتصال مکانیکی از موتور به چرخ‌ها نیز مجهز است.

در صنعت هواپیماسازی نیز از هیبریدهای سری استفاده می‌شود. هواپیمای DA36 E-Star، هواپیمایی است که توسط زیمنس، دیاموند ایرکرافت و EADS طراحی شده و از یک پیشرانه هیبریدی سری بهره می‌گیرد که ملخ آن توسط یک موتور الکتریکی 70 کیلووات (94 اسب بخار) به گردش درمی‌آید. واحد کاهنده سرعت ملخ که انرژی را هدر می‌دهد حذف شده است. هدف از این کار، کاهش میزان مصرف سوخت و میزان انتشار آلاینده‌ها تا 25 درصد است. یک موتور دوار و ژنراتور 40 اسب بخار (30 کیلووات) ساخت شرکت Austro Engine Wankel وظیفه تأمین برق را بر عهده دارد.

موتور Wankel به دلیل اندازه کوچک، وزن کم و نسبت بزرگ توان به وزن انتخاب شد. (موتورهای Wanke همچنین با سرعت ثابت تقریباً 2000 دور در دقیقه کار می‌کنند که برای عملکرد ژنراتور مناسب است. ثابت/پایین داشتن باند بسیاری از معایب موتور Wanke در کاربردهای خودرو را جبران می‌کند.

هنگام تیک‌آف و اوج گرفتن، موتور ملخ الکتریکی از برق ذخیره شده در باتری‌ها استفاده می‌کند و در این حالت موتورها کار نمی‌کنند که باعث کاهش میزان آلودگی صوتی می‌شود. این پیشرانه نسبت به مدل قبلی 100 کیلو از وزن هواپیما کم می‌کند. DA36 E-Star اولین بار در ماه ژوئن 2013 به پرواز درآمد و این اولین پرواز یک پیشرانه هیبریدی سری بود. دیاموند ایرکرافت^[19] اظهار داشت که این فناوری برای یک هواپیمای 100 نفره قابل گسترش است.

موتورهای متصل به چرخ

اگر موتورها به بدنه خودرو متصل باشند، به کوپلینگ‌های انعطاف‌پذیر نیاز است اما در صورت تعبیه موتورهای کششی درون چرخ‌ها، این نیاز مرتفع می‌شود. یکی از اشکالات این کار، افزایش جرم فنربندی نشده و کاهش پاسخگویی سیستم تعلیق است، که روی سواری و احتمالا ایمنی خودرو تأثیر می‌گذرد. با این حال، این تأثیر باید اندک می‌باشد زیرا موتورهای الکتریکی در توپی‌های چرخ مانند Hi-Pa Drive می‌توانند بسیار کوچک و سبک بوده و نسبت توان به وزن فوق‌العاده بالایی داشته باشند و مکانیسم‌های ترمز می‌توانند سبک‌تر باشند زیرا موتورهای چرخ کار ترمز را انجام می‌دهند.

مزایای استفاده از موتورهای مجزا در هر چرخ عبارتند از ساده شدن کنترل حرکت، در صورت نیاز تمام چرخ محرک و ارتفاع کمتر از سطح زمین (مفید برای اتوبوس‌ها و سایر وسایل نقلیه ویژه؛ برخی از وسایل نقلیه نظامی تمام چرخ محرک 8x8 از موتورهای مجزا در هر چرخ استفاده می‌کنند) اشاره کرد. لوکوموتیوهای دیزلی-الکتریکی به مدت 70 سال از این مفهوم استفاده کرده‌اند (موتورهای جداگانه محور هر جفت چرخ را به حرکت درمی‌آورد).

اقدامات دیگر عبارتند از به‌کارگیری چرخ‌های سبک آلومینیومی برای کاهش جرم فنربندی نشده مجموعه چرخ؛ بهینه‌سازی طراحی خودرو برای پایین آوردن مرکز ثقل با قرار دادن قطعات سنگین‌تر (از جمله باتری) در سطح کف؛ در یک خودروی جاده‌ای معمولی، سیستم انتقال قدرت می‌تواند کوچک‌تر و سبک‌تر از سیستم انتقال قدرت مکانیکی معمولی باشد، که باعث آزاد شدن فضا می‌شود؛ مجموعه ژنراتور احتراق برای به جرکت درآوردن موتورهای الکتریکی فقط نیاز به کابل دارد، که با افزایش انعطاف‌پذیری در گسترش چیدمان قطعات اصلی در وسایل نقلیه منجر به توزیع بهتر وزن و به حداکثر رساندن فضای کابین خودرو شده و با بهره‌گیری از این انعطاف‌پذیری، امکان طراحی بهتر خودرو را فراهم می‌سازد.

هیبرید تقسیم قدرت یا سری-موازی

ساختار یک وسیله نقلیه برقی هیبرید ترکیبی

هیبرید تقسیم قدرت یا هیبرید سری-موازی، هیبریدهای موازی هستند که به دستگاه‌های تقسیم قدرت مجهزند؛ این دستگاه‌ها امکان ایجاد مسیرهای قدرت از موتور درون‌سوز به چرخ‌ها را می‌دهند که می‌تواند مکانیکی یا الکتریکی باشد. اصل مهم در این سیستم‌ها، تقسیم قدرت تأمین شده توسط منبع اصلی از توان مورد نیاز راننده است.

در دورهای پایین، خروجی گشتاور موتور درون‌سوز کم است؛ در وسایل نقلیه معمولی با افزایش اندازه موتور سعی می‌شود تا به نیازهای بازار برای شتاب اولیه قابل قبول پاسخ داده شود. توان موتور بزرگ‌تر بیش از مقدار مورد نیاز برای سفر است. موتورهای الکتریکی در حالت سکون گشتاور کامل تولید می‌کنند و برای جبران کمبود گشتاور موتور درون‌سوز در دورهای پایین مناسبند. در یک هیبرید تقسیم قدرت، می‌توان از یک موتور کوچک‌تر، با انعطاف‌پذیری کمتر و راندمان بالاتر استفاده کرد. چرخه مرسوم اتو (چگالی توان بالاتر، گشتاور بیشتر در دورهای پایین، راندمان کمتر سوخت) اغلب به چرخه اتکینسون یا چرخه میلر تغییر می‌یابد (چگالی توان کمتر، گشتاور کمتر در دورهای پایین، راندمان بیشتر سوخت؛ گاهی چرخه اتکینسون-میلر نیز نامیده می‌شود). موتور کوچک‌تر، با استفاده از چرخه با راندمان بالاتر و اغلب در منطقه مطلوب نقشه مصرف سوخت ویژه ترمز کار می‌کند، که به راندمان کلی بالاتر خودرو کمک قابل‌توجهی می‌کند.

تغییرات جالب یافت شده در طراحی ساده (در تصویر سمت راست) که برای مثال در تویوتا پریوس معروف عبارتند از:

• مجموعه چرخ‌دنده سیاره‌ای دوم با نسبت ثابت همانطور که در لکسوس RX400h و تویوتا هایلندر^[20] هیبرید استفاده می‌شود. این مجموعه چرخ‌دنده به موتور اجازه می‌دهد تا با گشتاور کمتر، قدرت بالاتر (و حداکثر دور بالاتر)، یعنی چگالی قدرت بالاتر داشته باشد.
• مجموعه چرخ‌دنده سیاره‌ای نوع Ravigneaux (مجموعه چرخ‌دنده سیاره‌ای که به جای 3 شافت، 4 شافت دارد) و دو کلاچ همانطور که در لکسوس GS450h استفاده شده است. با تعویض کلاچ، نسبت دنده از MG2 (موتور کششی) به شافت چرخ، برای گشتاور بالاتر یا سرعت بالاتر (تا 250 کیلومتر در ساعت یا 155 مایل در ساعت) تعویض می‌شود درحالی‌که راندمان بهتر انتقال قدرت حفظ می‌شود. این روش به‌نحوی کارآمد در HSDهای نسل 3 پریوس (Prius v، Prius Plug-in و Prius c) اجرا می‌شود، هرچند HSD نسل 3 مجهز به این مجموعه چرخ‌دنده سیاره‌ای به جای تعویض بین 1:1 و 2.5:1، در 2.5:1 ثابت شده است چرا که «حامل» ثابت نگه داشته شده است.

تویوتا پریوس هیبرید سری تقسیم قدرت

• دو مجموعه چرخ‌دنده سیاره‌ای اضافی با چهار کلاچ ترکیب شده تا یک پیکربندی هیبریدی دوحالته ایجاد شود که می‌تواند در حالت‌های تمام الکتریکی، ترکیب الکتریکی و موتور درون‌سوز یا موتور درون‌سوز به تنهایی با چهار دنده ثابت کار کند. از نمونه‌های هیبریدی دوحالته می‌توان به وانت‌ها و SUVهای بزرگ هیبریدی دوحالته جنرال موتورز، بی ام و X6 اکتیوهیبرید^[21] و مرسدس ML 450 هیبریدی اشاره کرد.

سیستم هیبرید تویوتا THS/هیبرید سینرژی درایو^[22] دارای یک دستگاه تقسیم قدرت (شامل یک مجموعه چرخ‌دنده سیاره‌ای سه شافت) است و می‌تواند به‌عنوان تقسیم ورودی دسته‌بندی شود، زیرا قدرت موتور در ورودی سیستم انتقال قدرت تقسیم می‌شود. این امر به نوبه خود این ساختار را از نظر مکانیکی بسیار ساده می‌سازد، اما ایرادات خاص خود را دارد. برای مثال، در HSDهای نسل 1 و نسل 2 حداکثر سرعت عمدتا توسط سرعت موتور الکتریکی کوچک‌تر (که اغلب به‌عنوان یک ژنراتور عمل می‌کند) محدود می‌شود. در HSD نسل 3 مسیر موتور درون‌سوز-MG1 از مسیر MG2 جدا شده، و هر یک دارای نسبت دنده مخصوص به خود هستند (به ترتیب 1.1:1 و 2.5:1، برای پریوس‌های جدیدتر، از جمله پریوس c). در HSD نسل 4 مجموعه چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای دوم حذف شده و موتورهای الکتریکی در محورهای موازی قرار گرفته است؛ بین این محورها یک چرخ‌دنده ترکیبی قرار گرفته که نتیجه ترکیبی را به دیفرانسیل محرک نهایی منتقل می‌کند. این کاملاً مشابه سیستم هیبریدی آیسین سیکی^[23] وابسته به تویوتا است و باعث صرفه‌جویی زیادی در فضا می‌شود.

هیبرید سینرژی درایو اولیه^[24]. نسل 1/نسل 2 (زنجیردار) دستگاه تقسیم قدرت HSD ICE-MG1-MG2 نشان داده شده است. نسبت MG2 به صورت دائم در 1:1 تنظیم می‌شود.

جنرال موتورز، بی ام و و دایملر کرایسلر به‌عنوان بخشی از همکاری جهانی هیبریدی^[26]، در سیستمی به نام «هیبرید دوحالته» همکاری کردند. این فناوری در پاییز 2007 روی شورولت تاهو^[27] هیبرید به بازار عرضه شد. این سیستم همچنین در خودروی مفهومی GMC Graphite SUV در نمایشگاه بین‌المللی خودرو 2005 آمریکای شمالی در دیترویت به نمایش درآمد. سدان F3DM BYD Auto یک خودروی هیبریدی پلاگین سری موازی است که در سال 2008 در چین به بازار عرضه شد.

هیبرید سینرژی درایو نسل جدید^[25]. نسل 3 (بدون زنجیر) دستگاه تقسیم قدرت ICE-MG1/دستگاه کاهش دور موتور MG2 HSD نشان داده شده است. نسبت MG2 به صورت دائم در 2.5:1 تنظیم می‌شود.

نام هیبرید دوحالته بر توانایی حرکت پیشرانه در حالت کاملاً الکتریکی (حالت 1 یا ورودی-تقسیم) و همچنین هیبریدی (حالت 2 یا ترکیبی-جدا از هم) اشاره دارد. این طرح امکان کار در بیش از دو حالت را می‌دهد. دو حالت تقسیم قدرت همراه با چندین حالت دنده ثابت (در اصل هیبرید موازی) در دسترس است. از این طرحی می‌توان به‌عنوان یک طرح چندحالته یاد کرد. طراحی پیشرانه هیبریدی دوحالته را می‌توان به‌عنوان یک طرح «ترکیبی-جدا از هم» دسته‌بندی کرد، زیرا افزودن چهار کلاچ در سیستم انتقال قدرت، امکان پیکربندی‌های مختلف تقسیم قدرت موتور را فراهم می‌کند. این سیستم انتقال قدرت علاوه بر کلاچ، دارای مجموعه چرخ‌دنده سیاره‌ای دوم است. هدف از این طرح، تغییر درصد قدرت انتقال‌یافته به روش مکانیکی در مقابل قدرت انتقال‌یافته به روش الکتریکی برای مواجهه با شرایط کار با سرعت پایین و سرعت بالاست. این روش، موتورهای کوچک‌تر را قادر می‌سازد تا در مقایسه با سیستم‌های تک‌حالته، کار موتورهای بزرگ‌تر را انجام دهند، زیرا حداکثر قدرت الکتریکی به دست آمده متناسب با عرض دامنه تغییر پیوسته است. چهار چرخ‌دنده ثابت، به هیبرید دوحالته این اجازه را می‌دهد تا در مناطق دارای قدرت پیوسته بالا نظیر سفر با سرعت بالا یا یدک کشیدن تریلر مانند یک هیبرید موازی معمولی عمل کند. در حالت دنده ثابت، تقویت تمام الکتریکی قابل دسترسی است.

برای اطلاع از قیمت لوازم یدکی کیا و لوازم هیوندای میتوانید با کارشناسان ما در ارتباط باشید.

[1] Honda Insight

[2] Civic

[3] Accord

[4] Saturn

[5] Aura Greenline

[6] Chevrolet Malibu

[7] Through The Road

[8] Active Tourer

[9] extended-range electric vehicles

[10] range-extended electric vehicles

[11] electric vehicle with extended range

[12] Vandal

[13] Infiniti

[14] Atkinson

[15] Wrightbus

[16] Gemini

[17] New Routemaster

[18] Fisker Karma

[19] Diamond Aircraft

[20] Highlander

[21] ActiveHybrid

[22] Toyota Hybrid System THS/Hybrid Synergy Drive

[23] Aisin Seiki

[24] Early Hybrid Synergy Drive

[25] Late Hybrid Synergy Drive

[26] Global Hybrid Cooperation

[27] Tahoe