لماذا؟ القدرة الكُلية للسيارات الهجينة لا تُساوي مجموع قدرات محركاتها

في بحث أجرته نبيلة بروال في الجزائر ونشرته عام 2011، وهو جزء من رسالة درجة الماجستير بعنوان “النقل والبيئة – السيارات الهجينة”، تبيّن أن حوالي 47% من عينة البحث من الجزائريين لا يعرفون ما هي السيارة الهجينة وأن 5.41% فقط من الذين يعرفونها مستعدون لشرائها. أما الآن، وبعد مرور عقد تقريبًا، يكاد لا يخلو شارع من سيارة هجينة، ومع ذلك نرى أن هُناك بعض التفاصيل الغامضة التي لا يعرفها كثيرون منا.

قبل أن نتطرق للسؤال في العنوان، علينا توضيح بعض المفاهيم الأساسية

تعريف السيارات الهجينة

السيارة الهجينة هي أي سيارة تجمع بين مصدرين -أو أكثر- من مصادر الطاقة لتتمكن من الحركة، وعليه فيمكن أن تكون عاملة بمحرك بنزين ومحرك كهربائي، أو محرك ديزل ومحرك كهربائي وألواح طاقة شمسية، أو محرك نفاث ومحرك كهربائي على طريقة تك رولز و اريال و فازيراني شول، أو غيرها.

هجين: المرادف العربي لكلمة هايبرد hybrid المشتقة من الكلمة اليونانية هبريدا، والتي تعني خليط.

أنواع أنظمة الدفع الأكثر رواجًا في السيارات

السيارات العاملة بمحركات الاحتراق الداخلي ICE: تولّد الطاقة بحرق مزيج الهواء والوقود داخل المحرك (احتراق داخلي)، وسواء كان الوقود بنزين أو ديزل أو غاز، فإن التقنية المستخدم تقريباً واحدة، فهناك مكابس يحركها انفجار الوقود داخل المحرك وتنتقل حركتها في النهاية للعجلات… بسيطة!
يمكن التعرف على طريقة عمل هذه المحركات بالروابط التالية: كيف يعمل المحرك؟ الجزء الأول، الجزء الثاني، الجزء الثالث، الجزء الرابع

السيارات الهجينة – هايبرد Hybrid: موضوع اليوم وسنتحدث عنها بالتفصيل أدناه.

السيارات بنظام دفع هجين خفيف MHEV: يُسمّيها البعض “شبه هجينة”، وتستخدم محركًا كهربائيًا صغيرًا يعمل كبادئ حركة ويُساعد محرك الاحتراق الداخلي الأساسي عند التسارع، كما يسترجع بعض الطاقة عند الكبح مثل النظام الهجين الخفيف في أودي A8. يسمح هذا النظام مع بطارية بجهد 48 فولط لمحرك الاحتراق الداخلي بأن يتوقف عن العمل تماماً عند ثبات المركبة أو نزولها منحدر مثلاً، وبذلك توفر الوقود بلا تعقيدات تقنية وتكلفة عالية.
ينتشر هذا النوع بسرعة هائلة، وهناك العديد من الطرازات الحديثة التي أصبحت جميع عروضها متوفرة بهذا النظام. يمكن التعرف على أحدث تقنيات هذا النظام هُنا.

السيارات الهجينة القابلة للشحن بقابس PHEV: تستخدم محركًا كهربائيًا قادرًا على دفع السيارة بمفرده وبطاريات بسعة كبيرة (غالبًا 4-18 كيلوواط) تكفي لتشغيل السيارة بالطاقة الكهربائية الصرفة لمسافة طويلة نسبيًا، حوالي 30-50 كلم.

السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطارية BEV: بلا محرك احتراق داخلي. يتم شحن البطاريات من مصدر خارجي لتشغيل محرك كهربائي واحد أو أكثر. تعرّف على أخبار السيارات الكهربائية بالرابط هُنا

هندسة نظام الدفع في السيارات الهجينة

تستخدم السيارات الهجينة واسعة الانتشار نظام دفع مُكون من محرك احتراق داخلي ومحرك كهربائي وبطاريات (نيكل-هيدرد فلز Nicel-metal سابقًا وليثيوم ايون حاليًا) بسعة تتراوح بين 1.3 و 1.6 كيلوواط. لكن تختلف هذه الأنظمة بطريقة ربط المحركات إلى العجلات الدافعة وبالأشكال الأساسية التالية:

1. نظام الدفع الهجين المُتوازي Parallel Hybrid
2. نظام الدفع الهجين المُتوازي المُنفصل TTR Hybrid
3. نظام الدفع الهجين المُتوالي Series Hybrid
4. نظام الدفع الهجين المتوالي-المتوازي Series-Parallel Hybrid

كل ما سبق واضح ومفهوم وينطبق على الهجينة القابلة للشحن بقابس، لكن لماذا القدرة الكُلية للسيارات الهجينة لا تُساوي مجموع قدرات محركاتها؟ الجواب في الفقرات التالية

نظام الدفع الهجين المُتوازي Parallel Hybrid

في هذا النظام يمكن لمحرك الاحتراق الداخلي والمحرك الكهربائي دفع العجلات في ذات الوقت. غالبًا يعمل المحرك الكهربائي على دفع السيارة عند القيادة ببطء، فيما يعمل محرك الاحتراق الداخلي عند الحاجة لمزيد من القدرة؛ على السرعات العالية. مع ذلك يعمل المحركان معًا عند التسارع الشديد أو في حال وجود عبء إضافي.

من السيارات التي تستخدم هذا النظام هوندا انسايت (الجيلين الأول والثاني) والجيل السابق من هوندا سيفيك وأكورد، وهيونداي سوناتا.

بما سبق، إن كانت قدرة محرك الاحتراق الداخلي 150 حصانًا مثلًا وقدرة المحرك الكهربائي 180 حصانًا، فإن القدرة الكُلية الواصلة للعجلات هي 330 حصان.

نظام الدفع الهجين المُتوالي Series Hybrid

يختلف الأمر في هذا النظام، حيث يقوم محرك الاحتراق الداخلي بإدارة مولد كهربائي يعمل على شحن البطارية، وبهذا لا يرتبط مباشرة بالعجلات الدافعة. أي أن وظيفة محرك الاحتراق الداخلي تنحصر بتوليد الطاقة الكهربائية.

يُلقَّب هذا النظام بـ موسِّع المدى أو Range Extender، حيث أن محرك الاحتراق الداخلي يقوم بشحن البطاريات ويزيد المدى التشغيلي. من الأمثلة على هذا النظام تويوتا بريوس وشيفروليه فولت وفيسكر كارما.

بما سبق، إن كانت قدرة محرك الاحتراق الداخلي 150 حصانًا مثلًا وقدرة المحرك الكهربائي 180 حصانًا، فإن القدرة الفعلية الواصلة للعجلات هي 180 حصان فقط.

نظام الدفع الهجين المُتوازي المُنفصل TTR Hybrid

يُصنّف النظام المُسمّى Through the Road (TTR) hybrid ضمن نظام الدفع الهيجن المتوازي ولكن يرتبط المحرك التقليدي إلى محور والمحرك الكهربائي لمحور آخر، وهناك أمثلة كثيرة على سيارات تستخدم هذا النظام لتُحقق دفعًا رُباعيًا عند الحاجة مثل هوندا NSX وبي ام دبليو الفئة الثانية جراند تورر ومركبات بيجو سيتروين التي تستخدم نظام Hybrid4 مثل بيجو 3008 وبيجو 508 وDS 9 وDS 5 وغيرها.

نظام الدفع المتوالي-المتوازي Series-Parallel Hybrid

محرك عامل بالاحتراق الداخلي ومحرك كهربائي، يُضاف إليهما مولد يعمل لشحن البطاريات. يجمع هذا النظام بين المتوازي والمتوالي في آن واحد، وبحيث يستخدم النظام المتوالي عند القيادة ببطء والنظام المتوازي عند التسارع وعلى السرعات العالية. من الأمثلة عليه سيارات هوندا الهجينة الحديثة مثل أكورد وCRV وكذلك ميتسوبيشي أوتلاندر وغيرها.

بما سبق، إن كانت قدرة محرك الاحتراق الداخلي 150 حصانًا مثلًا وقدرة المحرك الكهربائي 180 حصانًا، فإن القدرة الفعلية الواصلة للعجلات ستكون أكثر من قدرة المحرك الكهربائي، وقد تكون 210 أحصنة مثلًا. إن القدرة الكُلية ليست مجموع قدرة المحركات لأن الأخيرة لا ترتبط بشكل دائم للعجلات.

نهايةً، نشير لوجود العديد من الأنظمة الفرعية الأخرى للسيارات الهجينة، مردُّها التطوير الدائم لهذه التقنية ومحاولة إيجاد التوليفة الأنسب بين بساطة الهندسة وقلة التكلفة وكفاءة النظام. ولجعل الأمور أكثر تشويقًا برزت مؤخرًا فكرة العجلات الكهربائية التي يُمكن ربطها إلى السيارات التقليدية التي لم تُصمم لتكون هجينة بالأصل!

اقرأ أيضًا:

تاريخ حظر بيع السيارات العاملة بالوقود الأحفوري حسب الدولة

النفط ينفذ والأشرار يُصنِّعون وقودًا بديلًا!