محركات هجين مركبة نقل السلطة إلى عجلات القيادة للمركبات الهجينة. سيارة هجينة لديها أشكال متعددة من القوة المحركة.

الهجينة تأتي في العديد من التكوينات. على سبيل المثال ، قد يستقبل الهجين طاقته عن طريق حرق النفط ، ولكن التبديل بين محرك كهربائي ومحرك الاحتراق.

تتمتع المركبات الكهربائية بتاريخ طويل يجمع بين الاحتراق الداخلي والانتقال الكهربائي – في مجموعة توليد تعمل بالديزل والكهرباء – على الرغم من أنها تستخدم في الغالب لقاطرات السكك الحديدية. تفشل مجموعة توليد الكهرباء من الديزل في تعريف الهجين لأن ناقل الحركة الكهربائي يحل محل الإرسال الميكانيكي مباشرة بدلاً من كونه مصدرًا إضافيًا للقوة المحركة. واحدة من الأشكال المبكرة لمركبة هجينة هي عربة الترولي “التي لا أثر لها” في ثلاثينيات القرن العشرين ، والتي تستخدم عادةً جر السحب الذي يتم تسليمه بواسطة الأسلاك. كان ناقل الحركة مجهز بشكل عام بمحرك احتراق داخلي (ICE) إما لتشغيل الحافلة مباشرة أو لتوليد الكهرباء بشكل مستقل. هذا مكنت المركبة من المناورة حول العوائق وأسلاك الإرسال المكسورة.

تشتمل مجموعة نقل الحركة على جميع المكونات المستخدمة لتحويل الطاقة الكامنة المخزنة. قد تستخدم Powertrains المواد الكيميائية أو الطاقة الشمسية أو النووية أو الحركية وتجعلها مفيدة للدفع. أقدم مثال هو المطبخ الذي يستخدم الأشرعة والمجاذيف. ومن الأمثلة الشائعة الحديثة الدراجة الكهربائية. السيارات الكهربائية الهجينة تجمع بين البطارية أو supercapacitor تكملها ICE التي يمكن إعادة شحن البطاريات أو تشغيل السيارة. تستخدم المحركات المختلطة الأخرى الحذافات لتخزين الطاقة.

من بين الأنواع المختلفة من السيارات الهجينة ، كان النوع الكهربائي / ICE فقط متاحًا تجارياً اعتبارًا من عام 2016. يعمل أحد الأنواع بالتوازي مع توفير الطاقة من كلا المحركين في وقت واحد. وتعمل أخرى في سلسلة مع مصدر واحد لتوفير الطاقة بشكل حصري ، والثاني توفير الكهرباء. قد يوفر أي من المصدرين القوة الدافعة الأساسية ، بينما يقوم الآخر بزيادة المستوى الأساسي.

تقدم مجموعات أخرى مكاسب الكفاءة من إدارة الطاقة المتطورة والتجديد التي يتم تعويضها عن طريق المصاريف والتعقيد وحدود البطارية. تحتوي بطاريات الهجينة الكهربائية (CE) على حزم بطاريات ذات سعة أكبر بكثير من سيارة الاحتراق فقط. يحتوي الهجين الكهربائي – الاحتراق على بطاريات ذات ضوء يوفر كثافة طاقة أعلى تكون أكثر تكلفة بكثير. تتطلب ICEs فقط بطارية كبيرة بما يكفي لتشغيل النظام الكهربائي وإشعال المحرك.

أنواع حسب التصميم

هجين متوازي
تشتمل الأنظمة الهجينة المتوازية على محرك احتراق داخلي ومحرك كهربائي يمكنهما قيادة السيارة بشكل منفرد أو كلاهما مقترنًا بمحرك مشترك. هذا هو النظام الهجين الأكثر شيوعًا اعتبارًا من عام 2016.

إذا كان متصلاً في محور (بالتوازي) ، يجب أن تكون السرعات في هذا المحور متطابقة ويضاف عزم الدوران المرفق معًا. (معظم الدراجات الكهربائية من هذا النوع.) عندما يكون أحد هذين المصدرين فقط قيد الاستخدام ، يجب على الآخر إما أن يدور (خمول) ، أو أن يكون متصلاً بمقبض أحادي الاتجاه أو عجلة حرة.

مع السيارات يمكن تطبيق المصدرين على نفس العمود (على سبيل المثال مع المحرك الكهربائي المتصل بين المحرك وناقل الحركة) ، وتحويله بسرعة متساوية وعزم الدوران مع إضافة محرك كهربائي يضيف أو يطرح عزم الدوران إلى النظام حسب الضرورة. (يستخدم هوندا انسايت هذا النظام.)

يمكن تصنيف السيارات الهجينة الموازية من خلال التوازن بين المحركات المختلفة في توفير الطاقة المحركة: قد تكون ICE مسيطرة (إشراك المحرك الكهربائي في ظروف محددة فقط) أو العكس ؛ بينما في الآخرين يمكن أن يعملوا على النظام الكهربائي لوحده لكن لأن الهجينة الموازية الحالية غير قادرة على توفير وسائل كهربائية فقط أو إحتراق داخلي فقط غالبا ما تصنف على أنها هجن خفيفة (أنظر أدناه).

تعتمد الهجينة الموازية بشكل أكبر على الكبح المتجدد ويمكن أن تعمل ICE أيضًا كمولد لإعادة الشحن الإضافي. وهذا يجعلها أكثر كفاءة في ظروف “التوقف والتوقف” الحضرية. يستخدمون حزمة بطارية أصغر من غيرها من الهجينة. هوندا الهجينة ، سيفيك ، وأكورد هوندا هي أمثلة على إنتاج الهجينة موازية. كما تستخدم جنرال موتورز الهجينة الموازية (PHT) وهجين BAS مثل ساتورن VUE و Aura Greenline وشيفروليه ماليبو الهجينة بنية متوازية مختلطة.

من خلال الطريق (TTR) الهجين
الهجين الموازي البديل هو نوع “من خلال الطريق”. في هذا النظام ، فإن نظام نقل الحركة التقليدي يعمل بمحور واحد ، مع محرك كهربائي أو محركات أخرى. استُخدِم هذا الترتيب من خلال التروليبات الأقدم “على المسار”. في الواقع يوفر كامل قطار الطاقة الاحتياطية. في البطاريات الحديثة يمكن إعادة شحن البطاريات من خلال الكبح المتجدد أو عن طريق تحميل العجلات التي تعمل بالكهرباء خلال الرحلة. هذا يسمح لأسلوب أكثر بساطة لإدارة الطاقة. يتميز هذا التصميم أيضًا بميزة توفير نظام الدفع الرباعي في بعض الظروف. (مثال على هذا المبدأ هو وجود دراجة مزودة بمحرك رئيسي أمامي ، يساعد قوة دواسة الدراج في العجلة الخلفية). تشتمل مركبات هذا النوع على سيارات Audi 100 Duo II و Subaru VIZIV و Peugeot 307 Hybrid HDi ، مجموعة سيارات PSA Peugeot 3008 ، بيجو 508 ، 508 RXH ، Citroen DS5 كلها تستخدم نظام HYbrid4 ، الهجين V60 Plug-in ، BMW الفئة الثانية Active Tourer ، BMW i8 ، والجيل الثاني من هوندا NSX.

سلسلة هجينة
ويشار أيضاً إلى السيارات الهجينة من الفئة “المركبات الكهربائية ذات المدى البعيد” (EREV) أو المركبات الكهربائية ذات المدى الممتد (REEV). (تصنف هجين المسلسلات ذات الخصائص المعينة على أنها مركبة كهربائية – بطارية ممتدة المدى (BEVx) من قبل مجلس موارد الهواء في كاليفورنيا.)

لقد كان ناقل الحركة الكهربائي متاحًا كبديل للإرسال الميكانيكي التقليدي منذ عام 1903. عادةً ما تفرض الإرسالات الميكانيكية العديد من العقوبات ، بما في ذلك الوزن ، والجزء الأكبر ، والضوضاء ، والتكلفة ، والتعقيد واستنزاف طاقة المحرك مع كل تغيير في التروس ، سواء تم إجراؤه يدويًا أو تلقائيًا. على عكس ICEs ، لا تتطلب المحركات الكهربائية إرسالها.

في الواقع ، يتم إزالة ناقل الحركة الكهربائي بالكامل بين ICE والعجلات واستبدالها بمولد كهربائي وبعض الكبلات وأجهزة التحكم ومحركات الجر الكهربائية ، مع الاستفادة من أن ICE لم يعد متصلاً بشكل مباشر بالطلب.

هذا هو الترتيب التسلسلي الهجين وهو شائع في القاطرات والسفن التي تعمل بالديزل والكهرباء (كانت سفينة النهر الروسي فاندال ، التي تم إطلاقها في عام 1903 ، أول سفينة تعمل بالطاقة تعمل بالديزل وطاقة تعمل بالكهرباء والديزل) في العالم ، وقد استخدم فيرديناند بورش بنجاح هذا الترتيب في في أوائل القرن العشرين في سيارات السباق ، بما في ذلك Lohner-Porsche Mixte Hybrid. قامت شركة بورشه بتسمية النظام System Mixte ، الذي كان يحتوي على ترتيب لمحور محور العجلة ، مع محرك في كل من العجلتين الأماميتين ، مما يضع سجلات السرعة.

يتم تحقيق حجج مرونة أكبر وكفاءة أعلى وانبعاثات أقل في نقطة الاستخدام في نظام هجين من سلسلة مركبات الطرق عندما تكون البطارية الكهربائية المتوسطة ، التي تعمل كمخزن طاقة ، بين المولد الكهربائي ومحركات الجر الكهربائية.

يتحول ICE إلى مولد ولا يرتبط ميكانيكياً بعجلات القيادة. هذا يعزل المحرك عن الطلب ، مما يسمح له بالعمل باستمرار بأكثر سرعة فعالة. نظرًا لأن الطاقة الدافعة الأساسية يتم توليدها بواسطة البطارية ، يمكن تركيب مولد / محرك أصغر مقارنة بمحرك دفع مباشر تقليدي. يمكن لمحركات الجر الكهربائية استقبال الكهرباء من البطارية ، أو مباشرة من المحرك / المولد أو كليهما. غالباً ما يتم تشغيل محركات السحب فقط بواسطة البطارية الكهربائية ، والتي يمكن شحنها من مصادر خارجية مثل شبكة الكهرباء.

يسمح ذلك بسيارة مزودة بمحرك / مولد يعمل فقط عند الحاجة ، مثل عندما تكون البطارية مستنفدة ، أو لشحن البطاريات.

محركات الجر الكهربائية
المحركات الكهربائية هي أكثر كفاءة من ICEs ، مع نسب عالية من الطاقة إلى الوزن توفر عزم الدوران على مدى سرعة واسع. ICEs هي الأكثر كفاءة عند تشغيل بسرعة ثابتة.

يمكن تشغيل ICEs على النحو الأمثل عند تشغيل مولد. تقدم الأنظمة الهجينة من السلسلة سلسلة أكثر سلاسة من خلال تجنب تغييرات الترس. سلسلة الهجينة تتضمن:

الجر الكهربائي فقط – فقط باستخدام المحركات الكهربائية لتشغيل العجلات.
ICE – يتحول فقط مولد.
مولد – يحولها ICE لتوليد الكهرباء وبدء تشغيل المحرك.
البطارية – الطاقة العازلة.
الكبح التجديدي – محرك المولد يصبح مولدًا ويستعيد الطاقة عن طريق تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية ، مما يؤدي أيضًا إلى تباطؤ السيارة ومنع الفقد الحراري.

بالاضافة:

قد يتم توصيله بالشبكة لإعادة شحن البطارية.
تساعد المكثفات الفائقة البطارية واستعادة معظم الطاقة من الكبح.

بالتفصيل
يمكن تغذية المحرك الكهربائي كليًا بالكهرباء من البطارية أو من خلال المولد الذي يحوله ICE ، أو كليهما. تشبه هذه السيارة قاطرة ديزل-كهربائية من الناحية النظرية مع إضافة بطارية قد تعمل على تشغيل المركبة دون تشغيل ICE وتعمل كمخزن طاقة يستخدم لتسريع وتحقيق سرعة أكبر ؛ قد يقوم المولد بشحن البطارية في نفس الوقت وتشغيل المحرك الكهربائي الذي يحرك السيارة.

عند إيقاف السيارة ، يتم إيقاف تشغيل ICE دون أي تباطؤ ، بينما توفر البطارية أي طاقة مطلوبة في حالة الراحة. لا تحتاج المركبات الموجودة في إشارات المرور أو حركة المرور البطيئة لبدء الحركة إلى حرق الوقود عند التخزين أو التحرك ببطء ، مما يقلل من الانبعاثات.

يمكن تركيب هجين السلسلة مع supercapacitor أو دولاب الموازنة لتخزين الطاقة الكبح المتجدد ، والتي يمكن أن تحسن الكفاءة عن طريق استعادة الطاقة وإلا فقدت كما الحرارة من خلال نظام الكبح. نظرًا لعدم وجود سلسلة ارتباط هجيني بين ICE والعجلات ، يمكن تشغيل المحرك بمعدل ثابت وفعال بغض النظر عن سرعة السيارة ، وتحقيق كفاءة أعلى (37٪ ، بدلاً من متوسط ​​ICE بنسبة 20٪) وبنسبة منخفضة أو سرعات مختلطة قد يؤدي ذلك إلى زيادة بنسبة 50٪ في الكفاءة الكلية (19٪ مقابل 29٪).

قدمت لوتس تصميم محرك / مجموعة المولدات التي تعمل بسرعتين ، مما يعطي 15 كيلو واط من الطاقة الكهربائية عند 1500 دورة في الدقيقة و 35 كيلوواط عند 3500 دورة في الدقيقة عبر المولد الكهربائي المتكامل ، المستخدم في مفهوم نيسان إنفينيتي Emerg-e.

هذا التشكيل الجانبي التشغيل يتيح مجال أكبر لتصاميم المحرك البديلة ، مثل محرك دوار أتكينسون الدوراني أو محرك دوار أو محرك الاحتراق الخطي.

يتم مطابقة ICE مع المحرك الكهربائي من خلال مقارنة معدلات الإخراج بسرعة الإبحار. بشكل عام ، يتم توفير معدلات الإخراج لمحركات الاحتراق لمعدلات الإنتاج الآنية (الذروة) ، ولكن من الناحية العملية لا يمكن استخدام هذه.)

إن استخدام محرك كهربائي يقود عجلة القيادة يزيل مباشرة عناصر النقل الميكانيكية التقليدية: علبة التروس ، أعمدة النقل والتفاضلية ، ويمكن في بعض الأحيان القضاء على أدوات التوصيل المرنة.

في عام 1997 ، أصدرت شركة تويوتا أول حافلة هجينة سلسلة بيعت في اليابان. شركة ديزاين لاين إنترناشونال من آشبورتون ، نيوزيلندا تنتج حافلات المدينة مع نظام هجين من سلسلة microturbine بالطاقة. تنتج Wrightbus سلسلة من الحافلات الهجينة بما في ذلك Gemini 2 و New Routemaster. وقد تم استخدام Supercapacitors جنبا إلى جنب مع بنك بطارية ليثيوم أيون من قبل AFS الثالوث في سيارة ساتيرن فيو SUV المحولة. باستخدام المكثفات الفائقة يدعون أنها تصل إلى 150 ميلا في الغالون في ترتيب هجين سلسلة.

تتضمن طرازات هجينة من سلسلة السيارات المعروفة طراز BMW i3 الذي تم تجهيزه بمدى موسع. مثال آخر على سلسلة السيارات الهجينة هو Fisker Karma. سيارة شيفروليه فولت هي عبارة عن سلسلة هجين تقريبًا ، ولكنها تتضمن أيضًا رابطًا ميكانيكيًا من المحرك إلى العجلات التي تفوق 70 ميل في الساعة.

وقد اتخذت صناعة الطائرات سلسلة الهجينة. وتقوم طائرة DA36 E-Star ، وهي طائرة صُمّمت من قبل شركة Siemens ، و Diamond Aircraft و EADS ، بتشغيل مجموعة توليد طاقة مهجنة مع محرك الدفع الذي يعمل بمحرك Siemens 70 kW (94 hp). يتم التخلص من وحدة خفض سرعة المروحة. والهدف هو تقليل استهلاك الوقود والانبعاثات بنسبة تصل إلى 25 في المئة. محرك يعمل بالوقود 40 حصاناً (30 كيلوواط) محرك Austro Engine و Wankel الدوّار يوفر الكهرباء.

تم اختيار وانكل بسبب صغر حجمها ووزنها الخفيف وقوتها الكبيرة. (تعمل محركات وانكل بكفاءة عالية بسرعات ثابتة تبلغ حوالي 2000 لفة في الدقيقة ملائمة لتشغيل المولد. ويحافظ الإبقاء على نطاق ثابت / ضيق على العديد من عيوب محرك وانكل في تطبيقات السيارات.)

يستخدم محرك المروحة الكهربائية الكهرباء المخزنة في البطاريات ، مع عدم تشغيل المحركات ، للإقلاع والتسلق للحد من انبعاثات الصوت. تعمل مجموعة نقل الحركة على تقليل وزن الطائرة بمقدار 100 كيلوبايت نسبة إلى سابقها. حلقت طائرة E-Star من طراز DA36 لأول مرة في يونيو 2013 ، مما يجعلها أول رحلة على الإطلاق لمجموعة من المحركات الهجينة. وتذكر شركة دايموند إيركرافت أن التكنولوجيا قابلة للتطوير على متن طائرة ذات 100 مقعد.

المحركات الداخلية
إذا كانت المحركات متصلة بجسم السيارة ، فيجب استخدام أدوات التوصيل المرنة ولكن ليس إذا تم دمج محركات السحب في العجلات. عيب واحد هو أن زيادة الكتلة غير الموقوتة واستجابة التعليق يتناقصان ، مما يؤثر على القيادة والسلامة المحتملة. ومع ذلك ، يجب أن يكون التأثير ضئيلاً حيث أن المحركات الكهربائية في محاور العجلات مثل Hi-Pa Drive قد تكون صغيرة جدًا وخفة الوزن ذات نسب عالية جدًا من الوزن إلى الوزن وآليات الفرملة يمكن أن تكون أخف حيث أن محركات العجلة تعمل على الفرامل.

تشمل مزايا المحركات ذات العجلات الفردية التحكم البسيط في الجر ، والدفع على العجلات إذا لزم الأمر ، والأرضية السفلية (مفيدة للحافلات والمركبات المتخصصة الأخرى (تستخدم المركبات العسكرية ذات الدفع الرباعي 8 × 8 محركات العجلات الفردية) وقد استخدمت قاطرات الديزل الكهربائية هذا المفهوم (المحركات الفردية التي تقود المحاور لكل زوج من العجلات) لمدة 70 عامًا. [بحاجة لمصدر كامل]

وتشمل التدابير الأخرى عجلات الألومنيوم خفيفة الوزن لتقليل الكتلة غير المربوطة لتجميع العجلات ؛ يمكن تحسين تصاميم المركبات لخفض مركز الثقل عن طريق تحديد عناصر أثقل (بما في ذلك البطارية) على مستوى الأرضية ؛ في مركبة الطرق العادية ، يمكن أن يكون إعداد نقل الطاقة أصغر وأخف من إعداد نقل الطاقة الميكانيكية التقليدية المكافئة ، وتحرير المساحة ؛ تتطلب مجموعة مولدات الاحتراق كابلات للمحركات الكهربائية التي تعمل بالقيادة فقط ، مما يزيد من المرونة في تصميم المكونات الرئيسية المنتشرة عبر السيارة مما يوفر توزيعًا فائضًا لوزن السيارة وزيادة مساحة مقصورة السيارة إلى الحد الأقصى ، كما يتيح إمكانية استخدام تصاميم فائقة للمركبات تستغل هذه المرونة.

هجين مقسم إلى شرائح أو سلسلة متوازية
إن الهجينة التي تعمل بتقسيم الطاقة أو الهجينة المتوازية المتوازية هي هجينين متوازيين يشتملان على أجهزة بتقسيم الطاقة ، مما يسمح بمسارات الطاقة من ICE إلى العجلات التي يمكن أن تكون ميكانيكية أو كهربائية. المبدأ الرئيسي هو فصل الطاقة التي يوفرها المصدر الأساسي من الطاقة التي يطلبها السائق.

ويكون عزم دوران ICE ضئيلاً عند مستويات RPM منخفضة ، وتزيد المركبات التقليدية حجم المحرك لتلبية متطلبات السوق للتسارع الأولي المقبول. المحرك الأكبر لديه قوة أكبر من اللازم للمبحرة. تنتج المحركات الكهربائية عزمًا كاملًا عند التوقف التام ، وهي مناسبة تمامًا لتكملة عزم دوران ICE عند مستويات RPM منخفضة. يمكن استخدام محرك أصغر حجمًا وأكثر مرونة وكفاءة في المحرك الهجين القوي. عادة ما يتم تعديل دورة أوتو التقليدية (كثافة طاقة أعلى وعزم دوران منخفض أكثر من RPM وكفاءة أقل للوقود) إلى دورة Atkinson أو دورة Miller (كثافة طاقة أقل وعزم دوران منخفض بالدورة في الدقيقة وكفاءة استهلاك وقود أعلى ؛ أحيانًا تسمى Atkinson-Miller دورة). إن المحرك الأصغر ، الذي يستخدم دورة أكثر كفاءة وكثيراً ما يعمل في المنطقة الملائمة لخريطة استهلاك الوقود الخاصة بالفرامل ، يساهم بشكل كبير في الكفاءة الكلية الأعلى للمركبة.

الاختلافات المثيرة للاهتمام في تصميم بسيط (في الصورة على اليمين) وجدت ، على سبيل المثال ، في تويوتا بريوس المعروفة هي:

مجموعة التروس الكوكبية الثابتة والعتاد الثانية المستخدمة في Lexus RX400h و Toyota Highlander Hybrid. يسمح ذلك بمحرك ذي عزم دوران أقل ولكن بقوة أعلى (وسرعة دورانية قصوى أعلى) ، أي كثافة طاقة أعلى
تروس كوكبي من نوع Ravigneaux (تروس كوكبية مع 4 أعمدة بدلاً من 3) وقابضين كما هو مستخدم في Lexus GS450h. من خلال تبديل القوابض ، يتم تبديل نسبة الترس من MG2 (محرك الجر) إلى عمود العجلة ، إما من أجل عزم دوران أعلى أو سرعة أعلى (حتى 250 كم / س / 155 ميل في الساعة) مع الحفاظ على كفاءة نقل أفضل. ويتم إنجاز هذا بشكل فعال في الجيل الثالث من HSHSs من Prius (Prius v و Prius Plug-in و Prius c) ، على الرغم من أن الجيل الثالث من HSD له مجموعة تروس كوكبية ثانية ثابتة عند 2.5: 1 ، بدلاً من التبديل بين 1: 1 و 2.5: 1 كما يتم عقد “الناقل” ثابتة.
طقمان تروس كوكبيان إضافيان مع أربعة قوابض لتكوين توصيف ثنائي الهجين قادر على العمل في كل كهربائي ، ممزوج كهربائيًا و ICE ، أو ICE بمفرده مع أربعة تروس ثابتة. وتشمل أمثلة السيارات الهجينة ثنائية الوضع الشاحنتين ذات الحجمين الكبيرتين من جنرال موتورز وسيارات الدفع الرباعي ، وسيارات BMW X6 ActiveHybrid ، وسيارة مرسيدس ML 450 الهجينة.

أنواع حسب درجة التهجين

نوع	نظام بدء التشغيل	التجدد الكبح دفعة كهربائية	وضع استنفاد الشحن	القابلة لإعادة الشحن
مايكرو هجين	نعم فعلا	لا	لا	لا
هجين معتدل	نعم فعلا	نعم فعلا	لا	لا
الهجين الكامل	نعم فعلا	نعم فعلا	نعم فعلا	لا
المكونات في الهجين	نعم فعلا	نعم فعلا	نعم فعلا	نعم فعلا

الهجينة الصغيرة
Micro hybrid هو مصطلح عام يتم إعطاؤه للمركبات التي تستخدم نوعًا من نظام بدء التشغيل لإيقاف المحرك تلقائيًا عند التباطؤ. بالمعنى الدقيق للكلمة ، الهجينة الصغرى ليست مركبات هجينة حقيقية ، لأنها لا تعتمد على مصدرين للطاقة مختلفة.

الهجينة خفيفة
الهجينة الخفيفة هي مركبات تقليدية في الأساس مع بعض الأجهزة الهجينة ، ولكن مع ميزات هجينة محدودة. عادة ، فهي هجينة موازية مع بدء التشغيل فقط أو ربما مع مستويات متواضعة من مساعدة المحرك أو الكبح المتجدد. عموما الهجينة خفيفة لا يمكن أن توفر كل الدفع الكهربائي.

تم تجهيز الهجينة الخفيفة مثل جنرال موتورز 2004-07 الشاحنة الهجينة المتوازية (PHT) وهجين هوندا إيكو-أسيست مع محرك كهربائي ثلاثي الطور مركب داخل جرس بين المحرك وناقل الحركة ، مما يسمح بإيقاف تشغيل المحرك كلما كانت الشاحنة تسير ، أو تتوقف ، أو تتوقف ، مع إعادة التشغيل بسرعة لتوفير الطاقة. يمكن أن تستمر الملحقات في التشغيل على الطاقة الكهربائية أثناء توقف المحرك ، وكما هو الحال في التصاميم الهجينة الأخرى ، تستعيد الكبحات المتجددة الطاقة. يقوم المحرك الكهربائي الكبير بتشغيل المحرك لسرعة التشغيل قبل حقن الوقود.

كانت شفروليه سيلفرادو PHT 2004-2007 شاحنة بيك آب كاملة الحجم. تمكنت شيفروليه من الحصول على تحسين كفاءة بنسبة 10٪ عن طريق إيقاف تشغيل المحرك وإعادة تشغيله عند الطلب واستخدام الكبح المتجدد. تم استخدام الطاقة الكهربائية فقط لدفع الملحقات مثل التوجيه المعزز. استخدم نظام جنرال موتورز PHT نظامًا بجهد 42 فولت عبر ثلاث بطاريات حمض رصاصية من نوع 12 فولت موصولة في سلسلة (إجمالي 36 فولت) لتوفير الطاقة اللازمة لمحرك بدء التشغيل ، وكذلك لتشغيل الملحقات الإلكترونية.

ثم قدمت جنرال موتورز نظام BAS Hybrid ، وهو نظام هجين آخر معتدل تم إصداره رسميا على الخط الأخضر Saturn Vue 2007. وتعمل وظيفة “إيقاف التشغيل” بشكل مشابه للسيرلفادو ، على الرغم من اتصالها بالشبكة إلى وحدة المحرك / المولد. ومع ذلك ، فإن نظام GM BAS Hybrid System يمكن أن يوفر أيضًا مساعدة متواضعة تحت التسارع وأثناء القيادة الثابتة ، ويلتقط الطاقة أثناء الكبح المتجدد (المخلوط). عرضت BAS Hybrid بقدر 27٪ من التحسن في كفاءة الوقود المجمعة في اختبار EPA لعام 2009 لـ Saturn VUE. ويمكن أيضا العثور على النظام في 2008/09 ساتورن النسمة وشفروليه ماليبو 2008-2010 هجين.

طريقة أخرى لتقديم بدء / إيقاف هو عن طريق استخدام محرك بدء ثابت. لا يحتاج محرك كهذا إلى محرك بداية ، ولكنه يوظف أجهزة استشعار لتحديد الموقع الدقيق لكل مكبس ، ثم يحدد بدقة توقيت الحقن واشتعال الوقود لتشغيل المحرك.

تسمى الهجينة المعتدلة في بعض الأحيان الهجينة Power Help حيث تستخدم ICE للطاقة الأولية ، مع محرك كهربائي معزّز بعزم الدوران متصل بقطار طاقة تقليدي (إلى حد كبير). المحرك الكهربائي مركب بين المحرك وناقل الحركة. وهو في الأساس محرك بداية كبير يعمل عندما يحتاج المحرك إلى الانقلاب وعندما يتدخل السائق “على الغاز” ويتطلب قوة إضافية. قد يقوم المحرك الكهربائي أيضًا بإعادة تشغيل محرك الاحتراق وإيقاف تشغيل المحرك الرئيسي في وضع الخمول ، في حين يتم استخدام نظام البطارية المحسّن لإكسسوارات الطاقة.

ووصف فورد سيارات هجين الهجينة بأنها “معتدلة” في إعلاناتها لشركة “إسكيب هايبريد” ، قائلاً إن تصميم هجبيل الكامل الهجني أكثر فاعلية.

الهجينة الكاملة
إن الهجين الكامل ، والذي يطلق عليه أحيانًا الهجين القوي ، هو مركبة يمكن تشغيلها على المحرك أو البطاريات أو مجموعة. تويوتا بريوس ، تويوتا كامري هايبرد ، فورد إسكيب هيبرد / ميركوري مارينر هيبرد ، فورد فيوجن هايبرد / لينكولن MKZ Hybrid / ميركوري ميلان هايبرد ، فورد سي-ماكس هايبرد ، كيا أوبتيما هايبرد ، بالإضافة إلى جنرال موتورز 2-وضع الشاحنات الهجينة و سيارات الدفع الرباعي ، هي أمثلة على هذا النوع من التهجين لأنها يمكن أن تعمل على طاقة البطارية وحدها. توفر البطارية الكبيرة ذات السعة العالية تشغيل البطارية فقط. تحتوي هذه السيارات على مسار طاقة منفصل يسمح بمرونة أكبر في نظام نقل الحركة من خلال الطاقة الميكانيكية والكهربائية المتداخلة. لتحقيق التوازن بين القوات من كل جزء ، تستخدم المركبات وصلة نمط تفاضلي بين المحرك والمحرك المتصل بنهاية الرأس من ناقل الحركة.

إن الاسم التجاري لشركة تويوتا لهذه التقنية هو Hybrid Synergy Drive ، الذي يستخدم في Prius ، و Highlander Hybrid SUV و Camry Hybrid. يشرف الكمبيوتر على تشغيل النظام ، ويحدد كيفية مزج مصادر الطاقة. يمكن تقسيم عمليات Prius إلى ستة أنظمة متميزة.

وﺿﻊ اﻟﻣرﮐﺑﺔ اﻟﮐﮭرﺑﺎﺋﯾﺔ – ﯾﺗم إﯾﻘﺎف ﺗﺷﻐﯾل ICE وﺗﻌﻣل اﻟﺑطﺎرﯾﺔ ﻋﻟﯽ ﺗﺷﻐﯾل اﻟﻣﺣرك (أو اﻟﺷﺣن أﺛﻧﺎء اﻟﮐﺑﺢ اﻟﺗﺟدﯾد). تستخدم للتخبط عندما تكون حالة شحن البطارية (SOC) عالية.
وضع كروز – السيارة هي المبحرة (أي لا تتسارع) ، ويمكن لل ICE تلبية الطلب. يتم تقسيم الطاقة من المحرك بين المسار الميكانيكي والمولد. كما تقوم البطارية بتشغيل المحرك الذي يتم تجميع قوته ميكانيكياً مع المحرك. إذا كانت بطارية حالة الشحن منخفضة ، فجزء من الطاقة من المولد يقوم بشحن البطارية.
وضع overdrive – جزء من الطاقة الدورانية تنتج الكهرباء ، لأنه ليس هناك حاجة إلى القوة الكاملة ICE للحفاظ على السرعة. يتم استخدام هذه الطاقة الكهربائية لدفع معدات الشمس في اتجاه مقابل دورانها المعتاد. والنتيجة النهائية هي العجلة الحلزونية التي تدور أسرع من المحرك ، وإن كان ذلك في عزم دوران أقل.
وضع شحن البطارية – يستخدم أيضًا في وضع التباطؤ ، باستثناء أن حالة شحن البطارية منخفضة وتتطلب شحنًا ، والتي يتم توفيرها من قبل المحرك والمولّد.
وضع زيادة الطاقة – يعمل في حالات لا يستطيع فيها المحرك الحفاظ على السرعة المطلوبة. تعمل البطارية على تشغيل المحرك لاستكمال قوة المحرك.
وضع الانقسام السلبي – السيارة تطوف وتكون بطارية حالة الشحن مرتفعة. توفر البطارية الطاقة لكل من المحرك (لتوفير الطاقة الميكانيكية) والمولد. يقوم المولد بتحويل ذلك إلى طاقة ميكانيكية توجهها نحو عمود المحرك ، مما يؤدي إلى إبطائها (على الرغم من عدم تغيير ناتج عزم الدوران). الغرض من هذا المحرك “السحب” هو زيادة الاقتصاد في استهلاك الوقود للسيارة.

المكونات في الهجين
تتميز السيارة الكهربائية الهجينة الموصِّلَة (PHEV) بخاصيتين محددتين. قيل:

يمكن توصيله بمأخذ كهربائي للشحن.
يمكن السفر مدعوم فقط من البطارية.

هم الهجينة الكاملة ، وقادرة على تشغيل على طاقة البطارية. أنها توفر سعة أكبر للبطارية والقدرة على إعادة الشحن من الشبكة. يمكن أن تكون إما تصاميم متوازية أو سلسلة. وتسمى أيضا الغاز اختياري ، أو الهجينة griddable. وتتمثل فائدتهم الرئيسية في أنها يمكن أن تكون مستقلة عن الغازولين لمسافات كبيرة ، مع النطاق الممتد لـ ICE للرحلات الطويلة. توصل بحث معهد بحوث الطاقة الكهربائية إلى انخفاض إجمالي تكلفة الملكية لـ PHEV بسبب انخفاض تكاليف الخدمة وتحسين تكنولوجيا البطاريات بشكل تدريجي. تعتمد كفاءة “من العجلاء” وانبعاثات PHEVs مقارنة بنظائر البنزين الهجينة على مصادر طاقة الشبكة (الشبكة الأمريكية هي 30٪ من الفحم ؛ شبكة كاليفورنيا هي في المقام الأول غاز طبيعي ، طاقة كهرومائية ، وطاقة رياح).
تم بناء نماذج من PHEVs ، مع حزم بطاريات أكبر يمكن إعادة شحنها من شبكة الطاقة الكهربائية ، في الولايات المتحدة ، ولا سيما في مركز Hybrid Andy Frank في جامعة كاليفورنيا ، ديفيس. وقد تم بيع أحد منتجات شركة PHEV ، وهي سيارة رينو كانجو ، في فرنسا في عام 2003. وقد قامت شركة دايملركرايسلر ببناء نظام PHEV على أساس شاحنة مرسيدس بنز Sprinter. يتم تقديم الشاحنات الخفيفة من قبل Micro-Vett SPA ما يسمى Daily Bimodale.

أنواع من مصدر الطاقة

محرك الاحتراق الداخلي الكهربائي الهجين
هناك العديد من الطرق لإنشاء محرك احتراق داخلي للتيار الكهربي (ICE). يمكن تمييز تنوع تصميمات ICE الكهربائية من خلال كيفية توصيل الأجزاء الكهربائية والاحتراق في مجموعة نقل الحركة ، وفي أي الأوقات يكون كل جزء قيد التشغيل ، وما هي نسبة الطاقة التي يوفرها كل مكون هجين. فئتان رئيسيتان هما الهجينة المتسلسلة والهجينة الموازية ، على الرغم من أن التصاميم المتوازية هي الأكثر شيوعًا اليوم.

تستخدم معظم السيارات الهجينة ، بغض النظر عن النوع المحدد ، الفرملة المتجددة لاستعادة الطاقة عند إبطاء السيارة. هذا ينطوي ببساطة على قيادة محرك حيث يعمل كمولد.

كما أن العديد من التصميمات تغلق محرك الاحتراق الداخلي عندما لا تكون هناك حاجة إليه لتوفير الطاقة. هذا المفهوم ليس فريدا للهجين. كانت شركة سوبارو رائدة في هذه الميزة في أوائل الثمانينات من القرن الماضي ، وتعد سيارة فولكس واجن لوبو 3 إل مثالاً على السيارة التقليدية التي تغلق محركها عند التوقف. ومع ذلك ، يجب عمل بعض الملحقات لملحقات مثل تكييف الهواء الذي عادةً ما يتم تشغيله بواسطة المحرك. علاوة على ذلك ، فإن أنظمة التشحيم لمحركات الاحتراق الداخلي أقل تأثيراً بطبيعتها مباشرة بعد بدء المحرك ؛ نظرًا لأن عند بدء التشغيل تحدث غالبية غلق المحرك ، فإن البدء والتوقف المتكرر لمثل هذه الأنظمة يقللان من عمر المحرك بشكل كبير. [مشكوك فيه – يناقش] أيضًا ، قد يؤدي بدء وإيقاف الدورات إلى تقليل قدرة المحرك على العمل عند الحد الأمثل درجة الحرارة ، وبالتالي تقليل كفاءة المحرك.

هجين خلية وقود كهربائي
غالباً ما تكون مركبات خلايا الوقود مزودة ببطارية أو supercapacitor لتوفير طاقة تسريع الذروة ولتقليل حجم وقيود الطاقة على خلية الوقود (وبالتالي تكلفةها) ؛ هذا هو أيضا سلسلة التكوين المختلط بفعالية.

محرك احتراق داخلي هيدروليكي
تستخدم السيارة الهجين الهيدروليكية مكونات ميكانيكية وميكانيكية بدلاً من المكونات الكهربائية. تحل المضخة المتغيرة الإزاحة محل المحرك / المولد الكهربائي. يخزن المركب الهيدروليكي الطاقة. يحمل المركب عادةً مثانة مرنة من غاز النيتروجين المضغوط المضغوطة مسبقًا. يتم ضغط السائل الهيدروليكي المضخ ضد المثانة التي تخزن الطاقة في غاز النيتروجين المضغوط. تحتوي بعض الإصدارات على مكبس في اسطوانة بدلاً من المثانة المضغوطة. قد يكون المركب الهيدروليكي أرخص وأقوى من البطاريات. تم تنفيذ تقنية الهجين الهيدروليكية في الأصل في ألمانيا في 1930s. تستخدم Volvo Flygmotor سيارات هيدروليكية للبترول – هيدروليك تجريبياً في الحافلات من أوائل الثمانينيات.

يتضمن المفهوم الأولي حذافة عملاقة (انظر Gyrobus) للتخزين المتصل بنقل الهيدروستاتي. النظام قيد التطوير من قبل إيتون والعديد من الشركات الأخرى ، في المقام الأول في المركبات الثقيلة مثل الحافلات والشاحنات والمركبات العسكرية. ومن الأمثلة على ذلك شاحنة فورد F-350 Mighty Tonka التي تم عرضها في عام 2002. وهي تتميز بنظام Eaton يمكنه تسريع الشاحنة إلى سرعات الطرق السريعة.

كانت مكونات النظام باهظة الثمن ، مما منع التثبيت في الشاحنات الصغيرة والسيارات. وكان العيب هو أن محركات القوة لم تكن فعالة بما يكفي عند التحميل الجزئي. تحول التركيز إلى المركبات الأصغر. حققت شركة بريطانية انفراجة عن طريق إدخال محرك هيدروليكي / مضخة هيدروليكية متحكم فيها بكفاءة في جميع النطاقات والأحمال ، مما يجعل التطبيقات الصغيرة للهجين الهيدروليكي والبترول ممكنة. قامت الشركة بتحويل سيارة BMW لإثبات الجدوى. أعطى BMW 530i ضعف MPG في قيادة المدينة مقارنة بالسيارة القياسية. استخدم الاختبار محرك 3000 سم مكعب قياسي. تسمح المحركات الهجينة للبترول بتقليل حجم المحرك إلى متوسط ​​استهلاك الطاقة ، وليس ذروة استخدام الطاقة. يتم توفير الطاقة الذروة بواسطة الطاقة المخزنة في المجمع.

معدل استرداد طاقة الكبح الحركي أعلى ، وبالتالي فإن النظام أكثر كفاءة من بطاريات هجينة البطارية في عام 2013 ، مما يدل على زيادة 60 ٪ إلى 70 ٪ في الاقتصاد في اختبار وكالة حماية البيئة. في اختبارات وكالة حماية البيئة ، عاد الهجين الهيدروليكي فورد إكسبيديشن 32 ميلا في الغالبون ‑ الولايات المتحدة (7.4 لتر / 100 كلم) في القيادة في المناطق الحضرية و 22 ميلا في الغالون (الولايات المتحدة 11 (L / 100 كيلومتر) على الطريق السريع.

كان أحد أهداف شركة الأبحاث هو إنشاء تصميم جديد لتحسين تغليف المكونات الهجينة للبنزين – الهيدروليكي. تم دمج جميع المكونات الهيدروليكية الضخمة في الهيكل. وادعى تصميم واحد أن يصل إلى 130mpg في الاختبارات باستخدام تراكم هيدروليكي كبير وهو أيضًا الهيكل الهيكلي. يتم دمج محركات القيادة الهيدروليكية داخل محاور العجلات وعكسها لاستعادة طاقة الكبح. الهدف هو 170 ميلا في الغالون في ظروف القيادة المتوسطة. الطاقة الناتجة عن امتصاص الصدمات والطاقة الكبح الحركية التي عادة ما تهدر ستساعد في شحن البطارية. يقوم ICE بمقاس متوسط ​​لمقدار استعمال الطاقة بتراكم البطارية. يتم ضبط حجم المجمع على تشغيل السيارة لمدة 15 دقيقة عند الشحن الكامل.

محرك الاحتراق الداخلي بالهواء المضغوط
يمكن للهواء المضغوط تشغيل سيارة هجينة مزودة بضاغط بنزين لتوفير الطاقة. شركة تطوير السيارات الدولية في فرنسا تقوم بتطوير السيارات التي تعمل بالهواء. تعاون فريق بقيادة تسو تشين تساو ، وهو أستاذ الهندسة الميكانيكية والفضائية في جامعة كاليفورنيا ، مع مهندسين من فورد للحصول على تكنولوجيا هجينة تعمل بالهواء المضغوط. يتشابه النظام مع السيارة الهجينة الكهربائية في تسخير طاقة الكبح وتخزينها لمساعدة المحرك حسب الحاجة أثناء التسارع.

القوة البشرية-البيئية البيئية
تستخدم العديد من المركبات البرية والمائية قوة بشرية مقترنة بمصدر طاقة إضافي. شائعة هي الهجينة الموازية ، على سبيل المثال المراكب الشراعية مع المجاذيف ، والدراجات الآلية أو السيارات الهجينة البشرية والكهربائية مثل Twike. بعض سلسلة الهجينة موجودة. ويمكن أن تكون هذه المركبات مركبات تالفة ، تجمع بين ثلاثة مصادر للطاقة ، مثل الخلايا الشمسية الموجودة على متن الطائرة ، والبطاريات المشحونة بالشبكة والدواسات.

خيارات ما بعد البيع
يمكن إضافة مجموعة نقل الحركة / السوق ما بعد البيع إلى السيارة.

يتم استخدام حل Conmarket عندما يقوم المستخدم بتسليم الطائرة الشراعية (الهيكل المتداول) والمحرك الهجين (محركان) أو مجموعة كاملة من المحركات الكهربائية (فقط محرك كهربائي) إلى صانع السيارات ويتلقى السيارة مع التكنولوجيا المثبتة. يمكن إضافة مجموعة توليد طاقة (كهربائية أو هجينة) إلى طائرة شراعية بواسطة مثبت ما بعد البيع.

في عام 2013 ، عمل فريق التصميم في جامعة سنترال فلوريدا ، On the Green ، على تطوير مجموعة تحويل هجين مثبتة على شكل محرك لتحويل سيارة طراز قديمة إلى هجين يعمل بالغاز والكهرباء.

تم عرض تحويل من موستانج 1966 من قبل مهندس في ولاية كاليفورنيا. استبدل النظام مولد التيار الكهربائي بمحرك كهربائي بجهد 12 كيلووات (30 كيلو واط). عدد الكيلومترات الغاز والطاقة تحسنت.