خودروی هیبریدی چیست و انواع مختلف آن کدامند؟

MacTavish · 25/3/20

حدود دو دهه پیش وقتی که نخستین گروه از خودرو‌های هیبریدی راهی نمایشگاه‌ها و نمایندگی‌های فروش شدند، بسیاری آن‌ها را پروژه‌های علمی تصور می‌کردند. با گذشت زمان اکنون پیشرانه‌های هیبریدی فراگیر شده و برای تامین نیروی انواع خودرو‌ها – از تاکسی گرفته تا ابرخودرو‌های رده‌بالا و حتی اتومبیل‌های تجاری – مورد استفاده قرار می‌گیرند.

خودروی هیبریدی چیست و انواع مختلف آن کدامند؟

کونیگزگ Gemera جدیدترین ابرخودروی هیبریدی

با توجه به سخت‌تر شدن قوانین زیست محیطی و الزام خودروسازان به رعایت این قوانین، کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند در سال‌های آینده بر تعداد خودرو‌های هیبریدی افزوده خواهد شد. اما آیا می‌دانید که خودرو‌های هیبریدی چگونه کار کرده و دارای چه انواعی هستند؟ در مطلب حاضر می‌خواهیم نگاهی گذرا به این موضوع داشته باشیم.

خودروی هیبریدی چیست؟

هیبرید یا به قول خارجی‌ها هایبرید، در لغت‌نامه به معنای موجودی است که از ترکیب دو عنصر متفاوت به‌وجود آمده باشد. در صنعت خودرو هم اتومبیل هیبریدی به مدلی گفته می‌شود که نیروی خود را هم از موتور درون‌سوز و هم از موتور الکتریکی دریافت می‌کند؛ به عبارت دیگر می‌توان چنین مدلی را حاصل ترکیب یک خودروی بنزینی با خودروی برقی تعریف کرد.

در خودرو‌های هیبریدی دو موتور درون‌سوز و برقی با همکاری هم چرخ‌ها را به حرکت وادار می‌کنند. تویوتا پریوس به عنوان اولین مدل هیبریدی مدرن و تولید انبوه جهان شناخته می‌شود. این خودروی دوستدار محیط زیست در سال ۱۹۹۷ در ژاپن معرفی شده و سمبل هیبریدی‌ها به شمار می‌رود. از آن تاریخ تاکنون، تویوتا چهار نسل از پریوس را راهی بازار کرده است.

خودروسازان با هدف بهبود مصرف سوخت محصولات خود به سمت پیشرانه‌های هیبریدی می‌روند. اما در سال‌های اخیر مشخص شده که پیشرانه‌های هیبریدی به لحاظ عملکرد نیز می‌توانند در وضعیت بهتری قرار داشته باشند. حتما می‌دانید که موتور برقی برای کار کردن به انرژی الکتریسیته وابسته است، به همین منظور در خودروی هیبریدی پک باتری نیز کار گذاشته می‌شود. این پک معمولا در پشت صندلی‌های عقب یا کف اتاق نصب می‌شود تا با پایین آمدن مرکز ثقل هندلینگ خودرو نیز ارتقا پیدا کند.

در خودرو‌های هیبریدی، در برخی شرایط معینی مثل رانندگی با سرعت پایین یا توقف‌های کوتاه، موتور درون‌سوز از مدار خارج شده و وظیفه تامین نیرو را موتور برقی بر عهده می‌گیرد. طبیعتا در این شرایط و با خاموش شدن موتور بنزینی یا دیزلی، در مصرف سوخت صرفه‌جویی می‌شود. هر موقع هم که سطح شارژ باتری از حد معینی پایین‌تر برود و یا راننده با فشردن ناگهانی پدال گاز نیاز به شتابگیری و قدرت بیشتر داشته باشد، موتور درون‌سوز به طور خودکار روشن شده و به مدار باز می‌گردد.

خودرو‌های هیبریدی چگونه کار می‌کنند؟

در حالت کلی می‌توان گفت که تمامی اتومبیل‌های هیبریدی ساختار و کارکردی مشابه داشته و همگی دارای موتور درون‌سوز و الکتریکی هستند. اما اگر بخواهیم دقیق‌تر باشیم، باید گفت این دسته از خودرو‌ها از لحاظ طراحی و چینش اجزای پیشرانه تفاوت‌هایی را با هم دارند؛ همچنین این خودرو‌ها دارای انواع مختلفی هستند.

در هیبریدی‌های سنتی، مثل تویوتا پریوس و یا نسخه‌های هیبریدی مدل‌های دیگری مثل تویوتا هایلندر، هوندا آکورد، هیوندای سوناتا و فورد فیوژن، موتور درون‌سوز بار اصلی را به دوش کشیده و منبع اصلی تامین نیرو محسوب می‌شود. در این خودرو‌ها موتور درون‌سوز وظیفه شارژ پک باتری را نیز بر عهده دارد، هر چند بخشی از الکتریسیته مورد نیاز با تبدیل انرژی جنبشی و بازیابی انرژی ترمز، به دست می‌آید. در صورت حذف موتور درون‌سوز از پیشرانه این مدل‌ها با یک خودروی برقی که برد حرکتی و قدرت بسیار کمی دارد، روبرو خواهیم شد.

در اکثر خودرو‌هایی که یاد کردیم، موتور الکتریکی با گیربکس یکپارچه شده و نقش اولیه را در پیش راندن ایفا می‌کند. با وجود این در سیستم معروف Hybrid Synergy Drive شرکت تویوتا، دو موتور برقی در جای گیربکس‌های متداول قرار دارند. یکی از این موتور‌ها از طریق گیربکس با چرخ‌ها در ارتباط بوده و در زمان‌هایی که فشار بر روی پدال گاز کم است، خودرو را به پیش می‌راند؛ دیگری هم نقش ژنراتور را ایفا کرده و پک باتری را شارژ می‌کند.

در هیبریدی‌هایی مثل تویوتا پریوس یا شورولت ولت، موتور برقی صرفا برای به حرکت در آوردن خودرو از حالت سکون مورد استفاده قرار می‌گیرد. این خودرو‌ها به گونه‌ای تنظیم شده‌اند که پس از رسیدن به سرعتی معین یا فشرده شدن پدال گاز تا اندازه‌ای مشخص، موتور درون‌سوز فعال شده و به کمک موتور برقی می‌آید. ناگفته پیداست این امر با تکیه بر مجموعه‌ای از سنسور‌ها و کامپیوتر‌ها که همواره پارامتر‌های متعددی را پایش می‌کنند، میسر می‌شود. به دلیل اینکه در این مدل‌ها هدف اصلی کاهش مصرف سوخت است، کامپیوتر‌ها همیشه حرکت با موتور برقی را در اولویت قرار می‌دهند.

همانطور که اشاره کردیم، خودروسازان اخیرا متوجه شده‌اند که بهره‌گیری از پیشرانه‌های هیبریدی باعث بهبود عملکرد و هندلینگ خودرو‌ها می‌شود؛ به همین خاطر آن‌ها به گسترش فناوری هیبریدی و تنوع بخشیدن به مدل‌های هیبریدی رو آورده‌اند. یکی از علل این گرایش با ذات موتور‌های الکتریکی و ارائه حداکثر خروجی از همان ابتدا در ارتباط است. شاید بدانید موتور‌های درون‌سوز به منظور رسیدن به اوج قدرت و گشتاور باید کمی دور بگیرند که آن هم مستلزم گذشت چند ثانیه زمان است.

اگر بخواهیم از سوپر اتومبیل‌های هیبریدی یاد کنیم، باید از مدل‌هایی مثل پورشه ۹۱۸، مکلارن P۱ و فراری لافراری نام ببریم. هر سه این خودرو‌ها از ترکیب یک موتور بنزینی با موتور الکتریکی سود می‌برند. البته ذکر این نکته ضروری است که سیستم‌های هیبریدی به کار برده شده در مدل‌های مذکور تفاوت‌هایی با هم و به ویژه با اتومبیل‌های تولید انبوه دارند.

به عنوان مثال موتور V۸ پورشه ۹۱۸ که در قسمت میانی شاسی نصب شده، چرخ‌های محور عقب را به حرکت وادار می‌کند؛ موتور‌های الکتریکی این سوپر اتومبیل آلمانی در جلو قرار داشته و چرخ‎‌های این محور از نیروی تولیدی آن‌ها بهره‌مند می‌شوند. با چنین آرایشی ۹۱۸ در واقع یک خودروی تمام چرخ محرک به حساب می‌آید.

در مکلارن P۱ موتور برقی با موتور بنزینی یکپارچه شده و به گیربکس دو کلاچه متصل است. اما در فراری لافراری سیستم هیبریدی ساختار پیچیده‌تری داشته و از موتور برقی به همراه فناوری KERS (سیستم بازیابی انرژی ترمز) که برای خودرو‌های فرمول ۱ توسعه یافته، استفاده شده است. در هر صورت و با وجود تفاوت‌ها، این سه خودرو نیز برای حرکت به الکتریسیته و بنزین وابسته بوده و جزو هیبریدی‌ها طبقه‌بندی می‌شوند.

در سال‌های اخیرتر نوع جدیدی به نام هیبرید نرم پایه‌گذاری شده است. این اصطلاح برای توصیف یکی از آخرین فناوری‌های صنعت خودرو یعنی سیستم الکتریکی ۴۸ ولتی کاربرد دارد و همانگونه که از نامش پیداست، در حقیقت یک منبع تغذیه الکتریکی است. این سیستم ضمن همکاری با منبع ۱۲ ولتی حاضر در خودروها، انرژی مورد نیاز ماژولی مرکب از یک موتور و ژنراتور را تامین می‌کند. ماژول مورد بحث با عنوان اختصاری EMG شناخته شده و از طریق یک تسمه مقاوم به میل‌لنگ موتور متصل است.

ماژول EMG همانند یک موتور کوچک عمل نموده و مکمل نقش استارتر و دینام است. این ماژول در سرعت‌های پایین میل‌لنگ را به حرکت درآورده و خودرو را به پیش می‌راند. هر لحظه که راننده نیاز به قدرت یا شتابگیری آنی نیاز داشته باشد، کامپیوتر این موضوع را تشخیص داده و موتور بنزینی را روشن می‌کند. استفاده از این فناوری مزایایی مشابه با همان پیشرانه‌های هیبریدی را بدون اتصال مستقیم موتور برقی به گیربکس یا اکسل به ارمغان می‌آورد؛ همچنین به لطف آن دیگر از عملکرد با تاخیر که در قابلیت خاموش و روشن شدن موتور دیده می‌شود، خبری نیست.

نوع سوم خودرو‌های هیبریدی را مدل‌های پلاگین (Plug-in) یا شارژی تشکیل می‌دهند. این دسته که به اختصار با عنوان PHEV شناخته می‌شوند، دارای سوکت اختصاصی برای شارژ باتری بوده و قابلیت اتصال به پریز برق را دارند. در مدل‌های هیبریدی پلاگین از باطری پرظرفیت‌تر و موتور الکتریکی قدرتمندتری استفاده می‌شود. از این رو چنین خودرو‌هایی قادر هستند بدون نیاز به روشن شدن موتور درون‌سوز مسافت بیشتری را با سرعت بالاتری طی کنند.

اکثر اتومبیل‌های هیبریدی شارژی در حالت تمام الکتریکی توانایی پیمایش مسافتی در حدود ۵۰ کیلومتر را دارند که برای جابجایی‌های شهری کافی به نظر می‎رسد. در حال حاضر بسیاری از خودروسازان به تولید مدل‌های هیبریدی شارژی مشغول هستند. ب‌ام‌و i۸ را می‌توان یکی از معروف‌ترین اتومبیل‌های این دسته نامید؛ میتسوبیشی اوتلندر PHEV هم عضوی از این دسته است که به تعداد اندک در ایران حضور دارد.

فرقی نمی‌کند که یک خودروی هیبریدی از کدام نوع باشد، آنچه مسلم است اینست که این مدل‌ها با مصرف سوخت کمتر نقش مثبتی در کاهش هزینه‌ها و البته کاهش آلودگی هوا ایفا کرده‌اند. ولی با وجود این شاید در آینده نه‌چندان دور برخی بپرسند که چرا خودروسازان با کنار گذاشتن موتور‌های درون‌سوز مستقیما به سراغ پیشرانه‌های الکتریکی نرفتند، سوالی که می‌تواند پاسخ‌های فنی و غیرفنی زیادی داشته باشد.

انجمن رمان نویسی