گروه آموزشی مکانیک خودرو شاخه فنی و حرفه ای شهر تهران
روز کاری گروه : یکشنبهگروه آموزشی مکانیک خودرو شاخه فنی و حرفه ای شهر تهران
روز کاری گروه : یکشنبهخودروهای هیبریدی چگونه کار میکنند
حتما برایتان پیش امده که زمان زیادی را د رپمپ بنزین بگذرانید.شاید به خاطر شلوغی و شاید هم بخاطر کند بودن پمپ،این مشکلات بدلیل بنزینی بودن خودروی شماست.البته نه فقط بنزین بلکه کلیه سوخت های فسیلی مشکلات مخصوص به خود را دارند. یکی از راههایی که خودروسازان به آن رو آورده اند(برای کم شدن مشکلات و آلودگی هوا) ساخت خودروی هیبریدی است.
خودروی هیبریدی چیست و چرا این نام را بر ان نهاده اند؟خودروهای هیبریدی چگونه کار می کنند؟ چرا 20 تا 30 مایل در هر گالون نسبت به خودروهای بنزینی بیشتر می روند؟ و نیز چرا آودگی کمتری نسبت به خودروهای بنزینی یا دیزلی دارند؟
جواب این پرسش ها را در طول این مقاله خدمت شما عرض خواهم کرد .
تعداد زیادی از مردم خودروهای هیبریدی را در مکان هایی دیده اند. مثلا در لوکوموتیو ها . بیشتر لوکوموتیو ها از سیستم هیبریدی دیزل – الکتریکی بهره می برند.و یا در شهرهایی مانند سیاتل اتوبوس هایی با همین سیستم دیزل – الکتریک وجود دارند.
این اتوبوس ها یا بهتر بگوییم تراموا وقتی که به سیم های بر ق بالای سقف خود دسترسی دارند از نیروی پیشرانه الکتریکی خود بهره می برند. و زمانی که به این کابلهای برق دسترسی ندارند با پیشرانه دیزل خود به حرکت ادامه می دهند. زیر دریایی ها نیز نوعی ماشین های هیبریدی هستند که معمولا با یکی از سیستم های هسته ای – الکتریکی و یا دیزل –الکتریکی کار می کنند.
به طور کلی تمامی وسایل نقلیه ای که از ادغام دو و یا چند پیشرانه انتقال نیرو که بطور مستقیم یا غیر مستقیم به سیستم انتقال قدرت وابسته هستند را ماشین های هیبیریدی گوییم .
بیشتر خودروهای هیبریدی تولید شده تاکنون از نوع بنزینی – الکتریکی هستند گرچه بعضی شرکتهای خودروسازی مانند پژو-سیتروئن خودروهای هیبریدی از نوع دیزل- الکتریکی نیز تولید کرده اند.در این مقاله بیشتر به خودروهای بنزینی –الکتریکی می پردازیم.
انرژی الکتریکی و انرژی بنزین
خودروهای بنزینی – الکتریکی از نظر کارکرد بین خودروهای بنزینی و الکتریکی هستند.به کمک شکلهایی که در ادامه نشان داده می شود به تفاوتهای بین این دو نوع خودرو خواهیم پرداخت.
خودروهای بنزینی شامل یک باک بنزین می باشند که منبع ذخیره کننده بنزین موتور است وموتور نیز به وسیله سیستم انتقال قدرت نیروی تولیدی را به چرخ ها می رساند.
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.
برای شما و من یک خودروی مفید خودرویی است که حداقل نیاز های ما را برآورده کند که این نیاز ها می توانند چنین باشند:
1- از یک سوخت گیری اولیه حداقل 300 مایل یا 482 کیلومتر تا یک سوخت گیری مجدد.
2- هر بار سوخت گیری اسان و سریع باشد.
یک موتور بنزینی اکثر این نیازها را برآورده می کند اما در عوض آلودگی زیادی دارد و یک موتور برقی با اینکه آلودگی خیلی کمی (یا اصلا) ایجاد نمی کند اما این موتور حداکثر بین 50 تا 100 مایل(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.
یک خودروی هیبریدی بنزینی – الکتریکی ترکیبی از دو پیشرانه است که به نوعی می توانند مکمل همدیگر باشند.
هیبرید بنزین – الکتریسیته
سیستم هیبریدی بنزینی – الکتریکی شامل اجزا زیر است:
● موتور بنزینی:موتور بنزینی که در این خودرو وجود دارد شباهت زیادی به موتورهای بنزینی خودروهای بنزینی دارد. ولی این موتور کوچکتر و نیز دارای تکنولوژی بالاتری نسبت به خودروهای معمولی است که باعث کاهش آلودگی و افزایش کارایی می شود.
●باک بنزین : باک بنزین در این نوع خودروها محل ذخیره انرژی برای موتور بنزینی است.بنزین چگالی انرژی بالاتری نسبت به باتری دارد به عنوان مثال 1000 پوند باتری معادل 1 گالون (7 پوند) بنزین انرژی دارد.
● موتور الکتریکی : موتور الکتریکی در خودروهای هیبریدی خیلی پیشرفته هستند این موتور پیشرفته هم به عنوان یک موتور قادر به انجام کار است و هم به عنوان ژنراتور به عنوان مثال زمانی که به این موتور نیاز است موتور با استفاده از باتری ها قادر خواهد بود شتاب مورد نظر را ایجاد کند و زمانی که خودرو نیازی به موتور الکتریکی ندارد مثلا در یک سراشیبی در حال حرکت است این موتور الکتریکی به عنوان یک ژنراتور نیرو را به باتری ها بر می گرداند(با استفاده از سرعت در سراشیبی )
● ژنراتور : ژنراتور بسیار شبیه به موتور الکترکی است با این تفاوت که ژنراتور فقط وظیفه تامین الکتریسیته مورد نیاز موتور را بر عهده دارد نه کار دیگر.ژنراتور بیشتر در خودروهای هیبریدی سری به کار می رود. خودروهای هیبریدی سری در ادامه توضیح داده خواهد شد.
● باتری : باتری ها در خودروی هیبریدی یک وسیله ذخیره انرژی برای موتور الکتریکی هستند. برخلاف بنزین موجود در باک بنزین که میتواند فقط به موتور بنزینی سوخت برساند(یک انتقال یک طرفه از باک بنزین به موتور بنزینی). موتورهای الکتریکی علاوه بر کار فوق می توانند انرژی را به باتری پس دهند. ولی موتور بنزینی نمی تواند چنین کاری را انجام دهد.
●سیستم انتقال قدرت
The Mercedes-Benz M-Class HyPer -- a hybrid concept vehicle
دو سیستم پیشرانه در خودروهای هیبریدی را می توان با هم به رو شهای مختلفی ترکیب کرد از جمله : سری و موازی
هیبرید موازی : در هیبرید موازی باک بنزین سوخت را به موتور بنزینی می رساند و باتری ها نیز الکتریسیته را به موتور الکتریکی می رساند و هر دو موتور بنزینی و الکتریکی هم زمان و تواما به سیستم انتقال قدرت متصل می شوند و این قدرت به چرخها می رسد. توجه داشته باشید که باک بنزین و موتور بنزینی به سیستم انتقال قدرت متصل هستند و باتری ها و موتور الکتریکی نیز اغلب به طور مستقل و جداگانه به سیستم انتقال قدرت متصل هستند.
در نتیجه در هیبریدهای موازی هر دو موتور بنزینی و الکتریکی نیرو محرکه مورد نیاز را فراهم می کنند.
هیبریدهای سری : در مقابل هیبریدهای موازی , هیبریدهای سری قرار دارند. در این نوع هیبریدها موتور بنزینی ژنراتور را به حرکت در می اورد و ژنراتور می تواند باتری ها را شارژ کند یا به موتور الکتریکی قدرت بدهد که این موتور نیز به سیستم انتقال قدرت متصل است.بنابراین موتور بنزینی در هیبریدهای سری هرگز به طور مستقیم به سیستم انتقال قدرت نیرو نمی دهد.
عملکرد خودروﻯ هیبریدﻯ:
موتور بنزینى در خودروى هیبریدى معمولا کوچکتر از یک خودروى معمولى است و از این رو بهره ورى بیشترى دارد.بیشتر خودروها براى تولید نیروى کافى براى ایجاد شتاب سریع نیاز به یک موتور نسبتا بزرگ دارند.در موتورهاى کوچک بهره ورى و کارایى میتواند توسط کوچک کردن , سبک کردن قطعات ونیز با کاهش تعداد سیلندرها بهبود پیدا کند.
چندین دلیل مبنى بر اینکه چرا موتورهاى کوچکتر کارایى بالاتر و بهره ورى بیشترى نسبت به موتورهاى بزرگتر دارند وجود دارد:
● موتورهاى بزرگتر سنگینتر از موتورهاى سبکتر هستند و انرژى زیادترى در واحد زمان مصرف مى کنند (براى حالت شتاب گرفتن و بالا رفتن از یک سر بالایى)
● پیستون و دیگر اجزاى داخلی سنگین هستند و نیز انرژى زیادترى در واحد زمان نیاز دارند تا در سیلندر بالا و پایین بروند.
● تغییر مان و جابه جایى در داخل سیلندرها بزرگتر است در نتیجه سوخت بیشترى براى هر سیلندر مورد نیاز است.
● موتورهاى بزرگتر معمولا سیلندرهاى بیشترى دارند و هر سیلندر نیز سوخت زیادى مصرف میکند. حتى اگر خودرو در حال حرکت نباشد.
دلایل فوق توضیح مى دهد که چرا دو مدل خودروى مشابه با وتورهاى متفاوت در ازمون سنجش نتایج متفاوتی را بدست مى اورند.اگر هر دو خودرو در حال حرکت در یک اتوبان باشند و در یک سرعت برابر و معین , خودرویى که موتور کوچکترى دارد انرژى کمترى مصرف میکند و هر دو موتور خروجى یکسانى از قدرت را تولید میکنند.ولی موتور کوچکتر از سوخت کمترى استفده میکند که به ان سرعت برسد.
اما چطور این موتور کوچک میتواند قدرت مورد نیاز خودروى شما را در مقابل خودروهاى پر قدرت در جاده فراهم کند؟
اجازه بدهید مقایسه اى بین خودروى مانند چوى کامارو با یک موتور v-8 بزرگ با خودروى هیبریدى ما با یک موتور گاز سوز و یک موتور الکتریکى انجام دهید.
موتور گاز سوز در خودروى هیبریدى قدرت کافى براى حرکت ماشین در یک بزرگراه دارد و موتور خودروى کامارو قدرتى بیشتر از قدرت مورد نیاز براى وضعیتهای مختلف دارد.
اما زمانی که خودروى هیبریدى نیاز به شتاب داشته باشد و یا نیاز به قدرت بیشترى داشته باشد(بسته به شرایط) این موتور نیاز به کمک پیدا میکند که این کمک از یک موتور الکتریکى و باترى تامین می شود.این سیستم در صورت نیاز نیروى اضافى ضرورى را فراهم میکند. موتورهاى گاز سوز در خودروهاى معمولى براى حداکثر قدرت ممکن ساخته شده اند.درحالى که رانندگان این خودروها در کمتر از 1 درصد از زمان رانندگى از حداکثر قدرت موتور استفاده میکنند.خودروهاى هیبریدى از موتورهاى کوچکترى استفاده میکنند که سایز این موتورها فقط براى مقدار متوسط" حداکثر قدرت نامى" ساخته شده اند تا ماکزیمم مقدار ممکن.
در کنار کوچک بودن و کارایى بیشتر موتور در خودروهاى هیبریدى امروزه براى خودروهاى هیبریدى یک سرى فوت وفن به کار میبرند تا بهره ورى سوخت بالا رود.بعضی از این فوت و فن ها براى همه نوع خودرو اعم از هیبریدى و غیر هیبریدى است که به انها کمک میکند تا کارایى بهترى داشته باشند.
ولى بعضى از این فوت وفن ها فقط براى خودروهاى هیبریدى به کار میرود.
یک خودروى هیبریدى میتواند:
●انرژى را بازیابى ودر باترى ذخیره نماید:
هنگامیکه شما پدال ترمز را فشار میدهید, شما در حال تلف کردن انرژى در خودرو هستید.هر چه خودرو سریعتر رود انرژى جنبشى بیشترى دارد.ترمز کردن این انرژى را هدر میدهد و به شکل گرما در مى آورد.در خودروهاى هیبریدى مى توان مقدارى از این انرژى را بازگرداند و در باترى براى استفاده مجدد ذخیره کرد.این کار با سیستم" ترمز احیاء کننده" انجام میگیرد.در این حالت موتور الکتریکى به مانند یک ژنراتور رفتار میکند و ضمن کند شدن حرکت ماشین این انرژى جنبشی را صرف شارژ کردن باترى مى کند.
● بعضى وقتها موتور بنزینى خاموش میشود:
یک خودروى هیبریدى همیشه نیاز به بودن وتور نزینى ندارد.زیرا یک موتور الکتریکى و باترى نیز دارد.بنابراین بعضى وقتها مى توان موتور بنزینى خودروى هیبریدى را خاموش کرد.براى مثال زمانى که خودرو در مقابل چراغ قرمز توقف کرده است.
● به کار بردن اصول ایرودینامیک براى کاهش نیروى درگ:
وقتى که شما در یک اتوبان رانندگى میکنید بیشترین نیروى موتور شما صرف مقابله با نیروى فشارى هوا میشود.که این نیرو به نیروى درگ ایرودینامیک موسوم است.این نیروى درگ میتواند به چندین روش کاهش یابد.یک راه مطمئن براى کاهش این نیرو, کاهش ناحیه جلوى اتومبیل وبه کار بردن اصول ایرودینامیک در ان است.
همانطور که در شکل زیر مى بینید یک suv چقدر بیشتر از یک خودروى sport فشار هوا را تحمل میکند(ناحیه جلوى خودروى suv بیشتر از یک خودروى sport است).
کاهش اشیاء خارجى روى بدنه خودرو و نیز حذف بعضى از انها میتواند در بهبود ایرودینامیک خودرو موثر باشد.براى مثال بعضى وقت ها جایگزینى ایینه ها با دوربین هاى کوچک میتواند مفید باشد.
● به کار بردن تایرهاى خاص : تایرهای اکثر خودروها بهینه سازى شده اند براى سطوح صاف با کمترین نویز و چسبندگى خوبى نیز در اکثر شرایط محیطى دارند.ولى این تایرها موجب به وجود آمدن نیروى درگ مى شوند.
خودروهاى هیبریدى از یک تایر مخصوص استفاده مى کنند که سفت تر و پربادتر و نیز فشار زیادترى نسبت به تایرهاى معمولی دارد.نتیجه این کار باعث کاهش نیروى درگ به نصف نسبت به تایرهاى معمولى میشود.
● به کار بردن مواد سبک وزن: کاهش وزن کل خودرو یکی از راه هاى ساده براى افزایش راندمان و کارایى خودرو است.خودروهاى سبکترزمانى که در حال شتاب گیرى هستند یا در حال بالا رفتن از یک سر بالایى انرژى کمترى نسبت به خودروهاى سنگینترمصرف مى کنند.مواد کامپوزیت مانند فیبر کربن یا فلزات سبک وزن مانند الومینیوم و منیزیم مى توانند در کاهش وزن خودرو به کار روند.
اکنون به تکنولوژى هیبریدى در دو خودروى هوندا insight و تویوتا پریوس میپردازیم.
اگرچه هر دو این خودروها جزء هیبریدهاى موازى هستند ولى تفاوتهایى با هم دارند.هر دو این خودروها داراى موتور بنزینى و موتور الکتریکى و باترى هستند.
اجازه بدهید از هوندا insight شروع کنیم
هوندا insight:
این خودرو که در اوایل سال 2000 در ایالات متحده معرفی شد.طراحى ان بر اساس بهترین کارکرد ممکن انجام شد.insight کوچک است و کم وزن و جاى 2 سرنشین و یک صندلى کودک دارد.و داراى موتور با بازدهى بالا است.insight داراى برترین رتبه سنجش EPA در میان خودروهاى هیبریدى شد.
هوندا خودروى هیبریدى موازى است .موتور الکتریکى به موتور بنزینى متصل است.هوندا این سیستم را "جمع کننده کمک موتور" مى نامد. Insight به صورت 5 سرعته دستى یا cvt (انتقال قدرت پیوسته اتوماتیک) است.
موتور الکتریکى insight به سه روش به موتور بنزینى کمک مى کند که به قرار زیرند:
● به موتور بنزینى کمک مى کند و نیروى اضافى را در زمان شتابگیرى و یا بالا رفتن از سر بالایى تامین مى کند.
● سیستم"ترمز احیاء کننده" را در زمان کاهش سرعت خودرو به منظور بازیابى انرژى فعال نماید.
● موتور بنزینى را روشن می کند(حذف نیاز به استارتر)
ولى موتور الکتریکى به تنهایى نمى تواند نیروى مورد نیاز براى حرکت خودرو را فراهم نماید و موتور بنزینى نیز باید روشن باشد تا موجب حرکت خودرو شود.(یکی از تفاوتهای insight با پریوس همین است, پریوس تنها با کمک موتور الکتریکی نیز میتواند حرکت کند)
هوندا براى کسب بهترین کارایى کارهایى را انجام داده که مهمترین انها 3 کارى است که در زیر به انها اشاره مى شود.
● کاهش وزن: insight از بدنه و ساختار آلومینیومى سبک وزن ساخته شده است براى هر چه کمتر شدن وزن،وزن این خودرو کمتر از 1900 پوند (862 کیلوگرم) است که این مقدار 500 پوند یا 227 کیلوگرم کمتر از سبکترین هوندا سیویک است.
● استفاده از موتور کوچک و پر بازده:
موتور insight که در شکل زیر مشاهده مى کنید تنها 124 پوند (56 کیلوگرم) وزن دارد.سه سیلندر و 1 لیتر حجم دارد که 67 اسب بخار را ر 5700 rpm تولید مى کند.اگر نیروى اضافى ناشى از موتور الکتریکى را نیز در نظر بگیرید.این خودرو قادر خواهد بود از 0 تا 60 مایل بر ساعت را در 11 ثانیه بپیماید.با در نظر گرفتن موتور الکتریکى نیروى موتورها به 73 اسب بخار مى رسد.(در 5700 rpm) .اگر مقایسه اى بین موتور بنزینى به تنهایى با مجموع موتور بنزینى والکتریکى انجام دهیم.به این نتیجه میرسیم که موتور الکتریکى تنها 6 اسب بخار به قدرت موتور مى افزاید. در حالى که تاثیر واقعى موتور الکتریکى بیش از این مقدار است.موتور الکتریکى در خودروى insight 10 کیلو وات است (13 اسب بخار ) در 3000 rpm .
مقدار تاثیر واقعى موتور الکتریکى را مقدار ماکزیمم گشتاور روشن مى سازد:
بدون موتور الکتریکی , insight به ماکزیمم گشتاور 66 پوند – فوت در 4800 rpm مى رسد.وبا موتور الکتریکى ماکزیمم گشتاور به 79 پوند – فوت در 1500 rpm مى رسد.که 13پوند – فوت نیز که اختلاف این دو گشتاور است همان تاثیر واقعى موتور الکتریکی است.
● به کار بردن ایرودینامیک: هوندا insight به شکل قطره اشک طراحى شده است .پشت خودرو باریکتر از جلوى ان است. چرخ هاى عقب توسط جزیى از بدنه پوشانده شده است تا شکلى صاف را تشکیل دهد و بعضی از قطعات زیرین ماشین توسط پانلهاى پلاستیکى پوشانده شده است.این کارها باعث کاهش ضریب درگ به 0.25 مى شود. و این خودرو جزء ایرودینامیک ترین خودرو در بازار است .زمانی که شما در حال حرکت در اتوبان هستید موتوربنزینى با تمام قدرت کار مى کند .وقتى که سرعت خود را کاهش مى دهید(توسط ترمز کردن یا پدال گاز را شل کردن ) موتور الکتریکى مانند ژنراتور مقدارى الکتریسیته را براىشارژ باترى استفاده مى کند.
نکته دیگر در مورد insight این است که سیستم انتقال قدرت از موتور به وسیله کلاچ جدا شده است (مانند سایر خودروها) و این بدین معنى است که اگر شما در حال کم کردن سرعت خود باشید و کلاچ را نگه دارید و یا با دنده خلاص سرعت خود را کاهش دهید در این صورت موتور الکتریکى و سیستم "ترمز احیاء کننده" نخواهد توانست انرژى الکتریکى ناشى از این کم شدن سرعت را به باترى بدهد.پس زمانى این سیستم مى تواند بازیابى انرژى داشته باشد که کم شدن سرعت خودرو در حالتى صورت گیرد که خودرو در دنده قرار دارد.
اکنون اجازه دهید که نگاهى به تکنولوژى تویوتا پریوس بیندازیم که سیستمى به کلى متفاوت از insight دارد .
مزایاى یک خودروى هیبریدى :
شما ممکن است تعجب کنید که چرا اشخاص به این سیستم پیچیده علاقه دارند علیرغم اینکه بیشتر مردم با خودروهاى بنزینى خیلى راحت هستند.
دلیل این علاقه دو چیز است:
1- کاهش الایندگى
2- بهبود بهره ورى و کارایى
حال اجازه دهید مثالى از استانداردهاى آلودگى کالیفرنیا بزنیم.که تعیین مى کند چه مقدار از هر نوع الودگى در یک خودرو مى تواند وجود داشته باشد.این مقدار معمولابر حسب گرم بر مایل (g/mi) بیان مى شود.براى مثال این استاندارد بیان مى کند که مقدار مونو اکسید کربن در هر مایل نباید از 3.4 گرم بیشتر باشد.
تویوتا پریوس:
تویوتا پریوس در ژاپن در اواخر سال 1997 تولید شد.تویوتا سیستم موتور و انتقال قدرت را به صورت هیبرید موازى طراحى کرده است که تویوتا ان را سیستم هیبریدى تویوتا نامیده است که بعضى از مزایاى هیبریدهاى سرى را نیز داراست.
یک سدان 4 در 5 نفره که موتور و سیستم انتقال قدرت ان طورى است که توانایى رسیدن به سرعت 15 مایل بر ساعت (24 کیلومتر بر ساعت) را فقط با موتور الکتریکى داراست.پریوس در سال 2004 در امریکاى شمالى به عنوان خودروى سال برگزیده شده است.
وزن پریوس 2900 پوند (1315 کیلوگرم) است و فضاى درونى و فضاى صندوق عقب آن از تویوتا کرولا بیشتر است.
تویوتا براى رسیدن به بهره ورى و کاهش الایندگى 2 کار را انجام داد:
● موتور بنزینى فقط زمانى کار مى کند که به یک سرعت مشخص برسد:به عبارت دیگر براى کاهش الودگى پریوس مى تواند به سرعت 15 مایل بر ساعت (24 کیلومتر بر ساعت) بدون استفاده از موتور بنزینى برسد.موتور بنزینى فقط زمانى روشن مى شود که خودرو از یک سرعت معین بگذرد.
● به کار بردن یک دستگاه تقسیم قدرت بى همتا:موتور بنزینى مى تواند طورى تنظیم شود تا در یک سرعت معین بیشترین بهره ورى را داشته باشد ."دستگاه تقسیم قدرت" در پریوس اجازه مى دهد که موتور در همه زمانها در حالت بیشترین کارایى در یک رنج سرعتى خاص باشد.
پریوس داراى موتور 1.5 لیترى است که 76 اسب بخار را در بیشینه دور 5000 دور بر دقیقه بدست مى اورد.موتور الکتریکى در پریوس داراى 67 اسب بار قدرت براى 1200 تا 1540 دور بر دقیقه است. وگشتاور 295 پوند – فوت را از 0 تا 1200 دور بر دقیقه تولید مى کند که نیروى کافی را براى حرکت خودرو بدون دخالت موتور بنزینى فراهم مى کند , موتور الکتریکى در پریوس خیلى قویتر از موتور الکتریکى در هوندا insight است.
دستگاه"تقسیم کننده قدرت" قلب پریوس است.آن یک جعبه دنده هوشمند است که به موتور بنزینى متصل است.این جعبه دنده به خودرو اجازه مى دهد که مانند یک خودروی هیبریدى موازى باشد که در آن موتور الکتریکى مى تواند به تنهایى به سیستم انتقال قدرت نیرو وارد کند و موتوربنزینى نیز مى تواند به تنهایى و یا با متور الکتریکى نیروى مورد نیاز خودرو را تامین کند.
همچنین این دستگاه"تقسیم کننده قدرت" اغلب اجازه مى دهد که خودرو مانند یک خودروى هیبریدى سرى باشد که در آن موتور بنین مى تواند مستلا باترى ها را شارژ کند و یا نیروى مورد نیاز براى چرخ ها را فراهم کند.که اغلب مى تواند به صورت انتقال قدرت پیوسته یا cvt عمل کند که باعث حذف نیاز به انتقال قدرت دستى یا اتومات مى شود. و سرانجام چون دستگاه"تقسیم کننده قدرت" اجازه مى دهد که ژنراتور موتور را روشن کند و این باعث حذف نیاز به استارتر مى شود .
دستگاه تقسیم قدرت یک مجموعه دنده خورشیدى است (شکل زیر) موتور الکتریکى به چرخ دنده حلقه ای از مجموعه دنده متصل است و اغلب به صورت مستقیم به دیفرانسیل متصل مى گردد. بنابراین سرعت موتور الکتریکى و چرخش دنده حلقه ای سرعت خودرو را تعیین مى کند.
ژنراتور به چرخ دنده خورشیدى از مجموعه دنده ها متصل است و موتور بنزینى یا گاز سوز نیز به حامل خورشیدى(planet carrier) متصل است.سرعت چرخ دنده حلقه ای به سه جزء گفته شده بستگى دارد.بنابراین همه این اجزاء با هم در تمام زمانها کار مى کنند تا سرعت خروجى را کنترل کنند.وقتى شما شتاب مى گیرید ابتدا موتور الکتریکى و باترى ها تمام نیروى مورد نیاز را تامین مى کنند.چرخ دنده حلقه ای که متصل به موتور الکتریکى است همزمان با حرکت کردن موتور الکتریکى مى چرخد.حامل خورشیدى که به موتور بنزینى متصل است ثابت است زیرا موتور بنزینى هنوز روشن نشده است.زمانى که چرخ دنده حلقه ای شروع به چرخیدن کند باعث میشود که ژنراتور و چرخ دنده خورشیدى نیز شروع به چرخیدن کنند.زمانى که شتاب بیشترى مى گیرید ژنراتور با سرعتى مى چرخد که بتواند نیروى مورد نیاز براى موتور الکتریکى را فراهم کند.
هنوز موتور بنزینى فعال نشده است. وقتى به سرعت 40 مایل بر ساعت یا 64 کیلومتر بر ساعت مى رسید موتور بنزینى نیز روشن مى شود.در حالى که موتور بنزینى روشن است ژنراتور سرعت موتور الکتریکی را طورى تغییر مى دهد که با سرعت موتور بنزینى تطبیق پیدا کند و در خروجى سرعت با هم برابر باشند.
همانند هوندا insight , تویوتا پریوس هرگز نیاز به شارژ دوباره ندارد.زیرا ژنراتور همیشه و به طور اتوماتیک سطح شارژ در باترى ها را کنترل مى کند و در صورت کم بودن شارژ مى کند.
هم هوندا و هم تویوتا گارانتی هاى طولانى برای قطعات هیبریدى خود وضع کرده اند.هوندا 8 سال یا 80000 مایل گارانتى بیشتر قسمتهاى انتقال قدرت و موتور وتجهیزات هیبریدى را داراست و تویوتا نیز 8 سال یا 100000 مایل گارانتى باترى و سیستمهاى هیبریدى را دارد.موتور و باترى در این خودروها نیاز به هیچگونه نگهدارى وبازنگرى ندارد(اگرچه در صورت اتمام گارانتى اگر نیاز به تعویض باتری ها گرفتید ڇندین هزار دلار خرج بر مى دارد).
کسب نیروى هیبریدى مطمئنا پیچیده تر از تنها نیروى بنزینى و یا تنها نیروى الکتریکى است. در بخش بعدى بررسى خواهیم کرد که چرا تکنولوژى هیبریدى مورد علاقه همه مشتریان و هم خودروسازان قرار گرفته است.
گیربکس اتوماتیک AL4
AL4 گیربکس
اصطلاحات :
شیر دستی ، سوپاپ دستی ،سوپاپ تعویض دنده دستی (Manual valve):شیر ماسوره ای در سیلندر پمپ یک جعبه دنده خودکار که راننده از طریق میله بندی ، با دست آن را به کار می اندازد
سوپاپ راه دهنده ، شیر راه دهنده (Shift valve) : در جعبه دنده خودکار ، شیری که امکان تعویض دنده و تغییر نسبت چرخ دنده را فراهم می آورد
سیلندر پمپ گیربکس ، محفظه سوپاپ ،جعبه سوپاپ (Valve body) : قطعه ریخته گری نصب شده در سینی زیر گیربکس که بیشتر شیر های جعبه دنده خودکار هیدرولیکی در آن قرار دارد .
موقعی که گیربکس را در حالت اوردرایو قرار می دهیم ، بسیاری از قسمت ها باید وصل و قطع شود. حامل سیاره ای به وسیله کلاچ به پوسته تورک کنورتور وصل می شود . دنده خورشیدی کوچک به وسیله یک کلاچ از توربین جدا می شود ( قطع می شود ) بنابراین آن می تواند خلاص بچرخد ، دنده خورشیدی بزرگ توسط باند نگه داشته می شود ( ثابت ) . بنابراین آن نمی تواند بچرخد. هر بار که دسته دنده را فشار می دهیم یک سری از اتفاقات با درگیر شدن و آزاد شدن کلاچ ها و باندها ی مختلف رخ می دهد .
بیاید نگاهی به باندها داشته باشیم .
باند ها
در این گیربکس دو باند وجود دارد . باندها در یک گیربکس معمولاً فولادی هستند ، که به دور بخشی از دستگاه چرخ دنده های انتقال توان (دارم کلاچ ) پیچده می شوند ، و به پوسته متصل شده اند . آنها توسط سیلندر های هیدرولیک در داخل گیربکس به کار انداخته می شوند .
در شکل زیر شما می توانید دو پیستون که باند ها را به کار می اندازند را ببینید . فشار هیدرولیکی که توسط مجموعه از سوپاپ به سیلندر وارد می شود ، عامل حرکت پیستون و وارد کردن فشار به باند است ، که قسمت های از دستگاه چرخ دنده ها را قفل می کند .
کلاچ در این گیربکس اندکی پیچیده تر هستند . در این گیربکس چهار کلاچ وجود دارد . برای درگیر کردن این کلاچ ، فشار روغن به پشت پیستون کلاچ هدایت می شود و در نتیجه پیستون به حرکت در می آید و صفحه ها را به هم می فشارد .
فنر ها اطمینان حاصل می کنند که وقتی فشار کاهش می یابد کلاچ ها آزاد شوند . شما در شکل زیر می توانید پیستون و درام کلاچ را ببینید . به واشر لاستیکی پیستون توجه کنید ، این یکی از قطعاتی است که در موقعی که شما گیربکس را تعمییر می کنید باید تعویض بشوند .
وقتی که شما خودرو را در وضعیت پارک قرار می دهید :
آن ممکن است شبیه یک چیز ساده ای که گیربکس را قفل می کند باشد و آن را از چرخش باز دارد . اما واقعاً نیازمند یک سری مقرارت پیچیده برای این مکانیسم است .
·شما باید قادر باشید آن را آزاد کنید موقعی که ماشین بر روی تپه (سربالای) است .
·شما باید بتوانید این مکانیسم را درگیر کنید حتی اگر اهرم با دنده در یک راستا(تنظیم) نباشد .
وقتی که درگیر است، تا اندازه ای مانع از پریدن اهرم و آزاد شدن آن می شود .
این مکانیسمی است که همه این موارد را نسبتاً مرتب انجام می دهد . اجازه دهید ابتدا به بعضی از قسمت های آن نگاهی داشته باشیم
شفت خروجی گیربکس:
شیارهای مربعی شکل توسط مکانیسم پارک قفل درگیر می شوند و مانع حرکت ماشین می شوند .
مکانیسم قفل دنده پارک ، دندانه های روی شفت خروجی را برای ثابت نگه داشتن خودرو، درگیر می کند . این بخشی از گیربکس است که به میل گاردان وصل شده است . بنابراین با نچرخیدن ( ثابت بودن ) این بخش مانع حرکت خودرو می شود .
در شکل زیر شما برآمدگی مکانیسم پارک قفل را درداخل پوسته می ببینید ، جایی که دنده ها در داخل آن قرار گرفته است . به سمت مخروطی شکل آن توجه کنید . آن به آزاد شدن قفل پارک ، موقعی که شما در سربالایی پارک کرده اید کمک می کند . نیروی حاصل از وزن خودرو به بیرون آمدن ( فشار وارد می کند تا مکانیسم پارک قفل آزاد شود ) مکانیسم پارک قفل کمک می کند . به دلیل زاویه دار بودن مخروطی شکل .
این میله به یک کابل وصل شده که توسط دسته دنده در داخل خودرو شما به کار انداخته می شود
موقعی که دسته دنده در حالت پارک قرار دارد میله بر خلاف فنر بوش مخروطی کوچک را فشار می دهد . وقتی مکانیسم پارک قفل در یک راستا باشد ( تنظیم باشد ) به منظور این که آن بتواند یکی از شیار ها در بخش خروجی دنده متوقف شود . بوش مخروطی شکل ، مکانیسم را به سمت پایین فشار خواهد داد . اگر مکانیسم در یکی از نقاط مهم در خروجی در یک راستا (تنظیم ) باشد . بنابراین فنر بر روی بوش مخروطی فشرده خواهد شد ، اما اهرم در این حالت قفل نخواهد شد تا این که خودرو کمی حرکت کند و دندانه ها به درستی همراستا ( تنظیم ) شود . آن باید کمی حرکت کند تا این که دندانه ها همراستا بشوند تا جایی که مکانیسم قفل پارک بتواند در آن حالت متوقف شود .
به دلیل مذکور در برخی موقع وقتی که ما پایمان را از روی پدال ترمز بر می داریم خودرو اندکی حرکت می کند .
n سیستم هیدرولیک ، پمپ و گاورنر:
سیستم هیدرولیک
گیربکس اتوماتیک در خودرو شما چندین وظیفه دارد . شما ممکن است نفهمید که چطور آن از راههای بسیار متفاوت عمل می کند . برای نمونه برخی ویژگی های که یک گیربکس اتوماتیک دارد :
اگر ماشین در حالت اورداریو (در گیربکس های چهار دنده)باشد.گیربکس دنده ای مبنی بر سرعت وسیله نقلیه و موقیت پدال گاز انتخاب میکند.
·اگر شما به آرامی شتاب بگیرید ، تغیر دنده با سرعت کمتری نسبت به موقعی است که شما با تمام گاز شتاب بگیرید.
·اگر پدال گاز را رها کنیم ،گیربکس به دنده بعدی پائینی تعویض می شود.
·اگر شما اهرم دنده رادر حالت دنده پائین تر قرار دهید ،گیر بکس تغیرمکان خواهد داد(تعویض خواهد شد)مگر اینکه سرعت خودرو سریعتر ازسرعت دنده انتخابی باشد.اگر سرعت خودرو خیلی زیاد باشدباید صبر کنید تا سرعت آن کم شود و بعد از آن دنده تعویض شود(به دنده پایین).
·اگر شما گیربکس را در حالت دنده 2 قرار دهید،افزایش و کاهش سرعت بیش از دنده 2 را نخواهیم داشت و هرگز به طور کامل نخواهد ایستاد مگر اینکه دسته دنده را تغیر دهیم.
شما احتمالا ً پیشتر برخی قسمت های شبیه به آن را دیده اید.این واقعا ً مغز گیربکس های اتوماتیک است. آن تمام وظایف را مدیریت می کند.گذرگاه های مسیر روغن را در قسمت های متفاوت گیربکس می توانید ببینید.گذر گاه ها در داخل فلز قالب ریزی شده اند که راه مناسبی برای افزایش بازده مسیر های روغن هستند.
بدون آنها شیلنگ های زیادی برای وصل کردن قسمت های مختلف گیربکس به همدیگر لازم است. ابتدا ما در مورد قسمت های اصلی سیستم هیدرولیک بحث خواهیم کرد و بعدا ً خواهیم دید که چطور آنها با یکدیگر کار می کنند.
پمپ :
گیربکس های اتوماتیک یک پمپ جالبی دارند که پمپ دنده ای نامیده می شود. پمپ معمولا ً در درپوش گیر بکس قرار دارد. آن روغن را از مخزن (کارتر) پایین گیربکس می کشد و سیستم هیدرولیک را تغذیه می کند. آن هم چنین کولر گیربکس و تورک کنورتور را تغذیه می کند.
دنده داخلی پمپ به پوسته تورک کنورتور متصل شده بنابراین آن با همان سرعت موتور می چرخد. دنده بیرونی توسط دنده داخلی چرخانده می شود و به عنوان دنده چرخان،روغن از مخزن(کارتر) از یک طرف هلالی به بالا کشیده می شود و با فشار بیشتر از سمت دیگر وارد سیستم هیدرولیک می شود.
گاورنر :
گاورنر یک سوپاپ هوشمند است که به گیربکس در خودرو شما می گوید چقدر سریع برود. آن به شفت خروجی گیربکس وصل شده است ، بنابراین موقعی که خودرو سریعتر حرکت می کند، گاورنر سریعتر می چرخد.در داخل گاورنر یک سوپاپ با فنر بار گذاری شده است،که آن را متناسب با اینکه گاورنر چقدر تند می چرخد،باز می کند. بنابراین موقعی که گاورنر تند می چرخد، سوپاپ زیاد باز می شود.پمپ ، روغن برای گاورنر را از طریق شفت خروجی تغذیه می کند.
موقعی که خودرو سریع تر حرکت می کند سوپاپ گاورنر بیشتر باز می شودو به روغن اجازه می دهد که با فشار بیشتر از میان آن عبور کند.
سوپاپ ها و مدولاتور ها:
برای تغییر دنده به طور مناسب در گیربکس های اتوماتیک باید بدانید که موتور با چه قدرتی(گشتاوری) کار می کند. دو راه برای انجام آن وجود دارد.برخی خودرو ها یک کابل اتصال ساده دارند که به سوپاپ دریجه گاز در گیربکس وصل شده است. وقتی که پدال گاز بیشتر فشرده میشود ،فشار بیشتری به سوپاپ دریجه گاز اعمال می شود.در برخی خودرو های دیگر از خلاء مدولاتور برای وارد کردن فشار به سوپاپ دریچه گاز استفاده می شود. مدولاتور فشار منیفولد را حس می کند.(که وقتی موتور زیر بار بیشتری قرار دارد افت می کند)
شیر دستی(سوپاپ تعویض دنده دستی)چیزی است که دسته دنده وصل شده است. آن به دنده ای که انتخاب می شود بستگی دارد، سوپاپ دستی مدارات هیدرولیکی که مانع درگیری دنده های دیگر می شود را تغذیه می کند، برای نمونه، اگر دسته دنده را در دنده 3 قرار دهید،آن مدارات هیدرولیکی که مانع درگیری اور درایو می شود را تغذیه می کند.
سوپاپ راه دهنده (شیر راه دهنده) فشار هیدرولیکی لازم برای باند ها و کلاچ ها را برای در گیری هر دنده تهیه می کند.
سیلندر پمپ گیربکس (محفظه سوپاپ ، جعبه سوپاپ)در گیربکس شامل چند سوپاپ راه دهنده است. سوپاپ راه دهنده ، زمانی که یک دنده به دنده بعدی تغییر کند را معلوم می کند.برای نمونه از دنده 1 به 2 (سوپاپ راه دهنده، زمانی که دنده 1 به دنده 2 تغیر می یابد را معلوم می کند.) سوپاپ راه دهنده از یک طرف تحد فشار،روغنی که از سمت گاورنر می آید و از سمت دیگر تحت فشار سوپاپ دریچه گاز قرار دارد. آنها توسط روغنی که از پمپ فرستاده می شود و تاٌمین می شوند و وارد یکی از دو مدار برای کنترل دنده ای که خودرو با آن در حال حرکت است می شود .
اگر خودرو به سرعت شتاب بگیرد ، سوپاپ تعویض (شیر راه دهنده )، تعویض دنده را به تاخیر خواهد انداخت . اگر خودرو به آرامی شتاب بگیرد ، تعویض دنده در سرعت پایین اتفاق می افتد .
بنابراین وقتی سرعت خودرو افزایش می یابد ،فشارهای از طرف گاورنر ایجاد می شود . فشار اعمالی به سوپاپ تعویض ( شیر راه دهنده ) زیاد می شود تا وقتی که مسیر دنده 1 بسته شود و مسیر دنده 2 باز شود . وقتی خودرو با گاز کم در حال سرعت گرفتن است سوپاپ دریچه گاز فشار زیادی را بر خلاف سوپاپ راه دهنده اعمال نمی کند .
وقتی خودرو به سرعت شتاب می گیرد سوپاپ دریچه گاز فشار بیشتری را بر خلاف شیر راه دهنده اعمال می کند . این به این معنی است فشاری که از گاونرمی آید باید بالا باشد ( بنابراین سرعت وسیله نقلیه باید بیشتر باشد ) قبل از این که سوپاپ راه دهنده به اندازه کافی حرکت کند تا دنده 2 را درگیر کند .
هر سوپاپ تعویض در دامنه مخصوصی از فشار عکس العمل نشان می دهد، بنابراین وقتی که ماشین با سرعت حرکت می کند ، سوپاپ دنده2 را به 3 تغییر می دهد ،زیرا فشاری که از طرف گاورنر اعمال می شود به اندازه کافی زیاد است که سوپاپ را فشار دهد . (حرکت دهد)
گیربکس های کنترل الکترونیکی
گیربکس های کنترل الکترونیکی که در بعضی از خودروهای جدید ظاهر شد ، هنوز از هیدرولیک برای به کار انداختن کلاچ و باندها استفاده می کند ، اما هر مدار هیدرولیک توسط یک سولونوئید الکتریکی کنترل می شود . که باعث ساده شدن لوله کشی در گیربکس می شود و به طرحهای کنترلی بسیار پیشرفته اجازه می دهد .
ما در بخش قبلی بعضی از استراتژی های کنترل را که به صورت مکانیکی فعالیت های گیربکس را کنترل می کنند را دیدیم . گیربکس های کنترل الکترونیکی طرحهای کنترلی بسیار پیچیده ای دارند . که علاو ه بر نشان دادن سرعت وسیله نقلیه و موقعیت دریچه گاز ،کنترل گر های گیربکس سرعت موتور را نیز نشان می دهد ، اگر پدال ترمز فشار داده شده باشد و حتی سیستم ترمز ضد قفل را هم نشان می دهد .
استفاده از این اطلاعات و یک استراتژی کنترل پیشرفته بر اساس یک منطق مبهم است . یعنی روش برنامه ریزی سیستم های کنترل بر مبنای استدلالات انسانی است .گیربکس های کنترل الکترونیکی کارهای مانند زیر را می توانند انجام دهند :
تعویض دنده به طور اتوماتیک ( به دنده پایین ) در سراشیبی برای کنترل سرعت و کاهش سایش لنت های ترمز .
تعویض دنده ( به سمت بالا و افزایش سرعت ) موقعی که در یک سطح لغزنده ترمز می کنید ، برای کاهش گشتاور ترمزی اعمال شده توسط موتور .
جلو گیری از افزایش سرعت موقعی که در جاده های مارپیچ رانندگی می کنید .
بیاید در مورد ویژگی آخر بحث کنیم ، یعنی جلو گیری از افزایش سرعت موقعی که در یک جاده مارپیچی می پیچید . اجازه دهید بگوییم که شما در یک سر بالای که یک جاده کوهستانی مارپیچ است رانندگی می کنید . وقتی شما در قسمت راست جاده رانندگی می کنید گیربکس دنده را به 2 تعویض می کند که به شما شتاب کافی و قدرت بالا روی دهد . وقتی شما وارد یک جاده مارپیچ می شوید ، پدال گاز را رها می کنید و احتمالاً ترمز می کنید . بیشتر گیربکس ها دنده را به 3 تعویض خواهند کرد یا حتی اوردرایو ، موقعی که شما پایتان را از پدال گاز برداشته اید . سپس وقتی در مارپیچ شتابتان را کم می کنید ، آنها دوباره دنده را به سمت پایین تعویض می کنند . اما اگر شما با یک خودرو داری گیربکس دستی رانندگی کنید احتمالا به همان دنده به رانندگی خود ادامه می دهید . بعضی از گیربکس های اتوماتیک با سیستم کنترل پیشرفته می توانند این وضعیت را آشکار سازند ، بعد از این که شما دو تا از پیچ ها را بپیچید ، می فهمند که دنده را به دنده بالا تر تعویض نکند .
ساختمان گیربکس شامل 6 قسمت اصلی می باشد :
n کانورتر
n پمپ هیدرولیک گیربکس
n مکانیزمی که توسط واحد هیدرولیک فعال می شود (مجموعه دنده سیاره ای ها و کلاچ ها وترمزها(
n دیفرانسیل معمولی
n دنده کاهنده که رابط بین دیفرانسیل وگیربکس می باشد (پنیون)
کامپیوتر هیدرولیکی ومدارهای روغن و ECU و سنسورها
کتابهای جدید جهت استفاده همکاران و هنر جویان عزیز
1- مکانیک جامع اتومبیل 1و2 ( 2 جلدی مصور رنگی)
2- مکانیک کامل اتومبیل مهندس ناصری
3- مکانیک کامل اتومبیل ایرج بانی
4- تعمیر اتومبیلهای سواری
5- برق خودرو 1و2
6- سیستم های تزریق سوختECU
7- سیستم های ترمز ABS,EBD در خودرو
8- اصول عملکرد سیستم های سوخت رسانی انژکتوری
9- مهارت برق خودرو
10- راهنمای عیب یابی کامل پراید( 4 جلدی)
11- عیب یابی و تعمیر خودروهای دیزل
12- راهنمای مصور تعمیر موتورهای دیزل
توجه1: کتابها با تخفیف ویژه ارائه می شود.
تبریک سال ۱۳۹۰
باسلام خدمت کلیه همکاران عزیز رشته مکانیک خودرو
گروه آموزشی رشته مکانیک خودرو شهر تهران ضمن تبریک آغاز سال 1390وآرزوی توفیق بهروزی برای کلیه همکاران محترم از کلیه شما عزیزان دعوت به عمل می آورد جهت هر چه پر بار کردن این وبلاگ با ارسال نظرات و پیشنهادهای خود و مقالات آموزشی جدید به نام شخص خود ما را یاری نمایید.
سال نو ، از آغوش مطهر خداوند فرا میرسد
وقلب من نیایش می کند:
خدایا! مرا متبرک کن
تا هر روز که در راه رسیدن به «تو» گام بر میدارم
با تحسین و حیرت
زیبائی را بجویم که همانا سرشت «تو»ست.
خدایا مرا برکت آن بخش
که هر روز وظیفه خویش را به انجام برسانم
به برادران و خواهرانم یاری برسانم
تا بار خود را در فراز و نشیب زندگی بر دوش کشند.
و هر روز نیایش کنم:
در آفتاب و باران بادا که خواست «تو» تحقق پذیرد.
آمین
