السيارة المهجنة " تويوتا- بريوس" (prius)


(المهندس) #1

السيارة المهجنة " تويوتا- بريوس" (prius)

[B][CENTER][SIZE=4][COLOR=green]وفيما يلي استعراض للأجزاء الرئيسية لمكونات السيارة بريوس
المحرك:
محرك مصنع من الألمنيوم, و يستخدم نظام عمود كامة علوي مزدوج (DOHC- double overhead cam) ويتبع المحرك دورة أتكنسون وليس دورة أوتو كما في باقي السيارات التقليدية.

دورة أتكنسون: في هذه الدورة يكون شوط القدرة أكبر من شوط الانضغاط (في دورة أوتو شوط القدرة يساوي شوط الانضغاط) نسبة الانضغاط تساوي 10:1و نسبة التمدد تساوي 20:1, وبهذا يمكن الاستفادة من معظم الطاقة الموجودة في غازات الاحتراق وذلك لطول شوط القدرة. ويمكن تكبير شوط القدرة عن شوط الضغط باستخدام تحكم اليكتروني في توقيت فتح وغلق الصمامات. وفي الحقيقة ليس هناك تغيير في الطول الفعلي للشوط ولكن يتم تغيير الطول الفعال عن طريق أطالت مدة فتح الصمامات (حيث لن يبدأ شوط الانضغاط إلا بعد غلق الصمامات). كما تزيد كفاءة المحرك الذي يعمل حسب دورة أتكنسون نتيجة تقليل الفقد في الانسياب (pumping loss). كما أن التحكم في الحمل للسيارة لا يؤدي إلى زيادة الفقد في التدفق (pumping loss).

ويسمح نظام نقل الحركة (وحدة تقسم القدرة) كما سيأتي ذكرها فيما بعد إلى السماح للمحرك بالبقاء معظم الوقت في المجال الأكثر كفاءة من السرعة والحمل.

كما عدل تصميم الماكينة لتحسين الأداء:

  • ترحيل محور المكبس الطولي عن محور عمود المرفق (offset) بمقدار 12 مم لتقليل الاحتكاك داخل الماكينة,
  • تغير في شكل المكبس,
  • الصمامات لها ساق قصير ونوابض قليلة الكزازة للتقليل الفقد في الطاقة عند فتح الصمامات
  • جعل غرفة مضخة المياه مصبوبة مع جسم المحرك,
  • تغيير شكل مسار المياه داخل جسم الماكينة إلى انسياب مستمر,
  • استخدام نظام الإشعال المباشر,
  • التحكم في التوصيل بين بدال البنزين وفتحة الخانق عن طريق الأسلاك وليس الوصلات الميكانيكية.

كما تم تعديل نظام التحكم في الملوثات عن طريق جهاز يقوم بالاحتفاظ بالهيدروكربون الغير محترق بغازات العادم عندما يكون مادة حفاز الغاز(catalyst) باردة وينتظر حتى أن يتم تسخين المادة عن طريق غازات العادم, يسمى هذا الجهاز جهاز الاحتفاظ بالغاز (adsorber).

كما تم تعديل في نظام التبريد كذلك حيث تم دمج مكثف التكيف والمشع في وحدة واحدة (في السيارات التقليدية يكون المكثف أمام المشع ويفصل بينهما مسافة قصيرة).

وبالإضافة إلى بطاريات إدارة السيارة هناك بطارية 12 فولت لتوفير الطاقة لنظام الإضاءة والملحقات الكهربائية المختلفة.

وحدة (الموتور/ المولد):

للسيارة " بريوس" عدد أثنين وحدة موتور/ مولد. والوحدتين متشابهين في التركيب ولكن مختلفين في الحجم. وكلاهما عبارة عن موتور كهربائي ثلاث فاز توافقي ذو تيار متردد ومجال مغناطيسي دائم. ويتكون الجزء الدوار من مغناطيس قوي ولا يتصل بأي أسلاك كهربائية. أما الجزء الثابت فبه ثلاثة ملفات. عند مرور التيار في أحدى الملفات ف اتجاه معين فيدور الجزء الدوار في اتجاه معين. وعند مرور التيار بالتتابع في الملفات يتم دوران الجزء الدوار. في حالة التأثير بقوة خارجية في إدارة الجزء الدوار يتولد تيار في ملفات الجزء الثابت ويمكن استخدام التيار بشحن البطارية. وبهذا يمكن لهذه الوحدة أن تستخدم كموتور أو كمولد ويمر التيار من وإلى البطارية على الترتيب.

وحدة الموتور/ المولد (1) (MG1-motor/generator 1):

وهي الأصغر بالنسبة للوحدة الأخرى. وهي ذات قدرة 18 كيلووات, وتتصل بالترس الشمسي بوحدة تقسيم القدرة. ووظيفة هذه الوحدة هي القيام ببدء إدارة محرك البنزين والتحكم في سرعة دوران محرك البنزين عن طريق توليد كمية مختلفة من القدرة الكهربائية.
وحدة الموتور/ المولد (2) (MG2- motor/generator 2) :
وهي الوحدة الأكبر حجماً, وتتصل بالترس الحلقي بوحدة تقسيم القدرة المتصلة بتروس التخفيض النهائي ومنها إلى العجلات الأمامية القائدة. و تكون وحدة الموتور/ المولد تلك قادرة على تسير السيارة. وهي ذات قدرة 33 كيلووات. وتسمى هذه الوحدة في بعض الأحيان بموتور الجر. والعمل الأساسي لهذه الوحدة هو أعطاء قدرة للسيارة كموتور كما تعمل كمولد عن طريق استعادة جزء من طاقة فرملة السيارة.

المحولات (inverters):

حيث أن الموتور/ المولد يعمل عن طريق تيار متردد ثلاثة فاز والبطاريات تعمل بتيار مستمر, فلهذا نحتاج إلى دائرة إليكترونية (المحولات) للتحويل بينهما. وتعمل المحولات على توصيل تيار البطارية إلى الملفات ثم فصله مرة أخرى بسرعة عالية كما تقوم بتغير قيمة التيار ومن ثم العزم. ويمكن الاستفادة من الحث الكهربائي في ملفات الموتور لتوليد تيار أعلى من تيار البطارية مما يرفع العزم بدرجة كبيرة ويجعل الوحدة (MG2) قادرة على تسير السيارة بدون الحاجة إلى ترس تخفيض لتكبير العزم.

البطارية(battery) :

تتكون بطارية السيارة “بريوس” العالية الجهد من 228 خلية, وجهد الخلية الواحدة 1.2 فولت بجهد إجمالي للبطارية 273.6 فولت, و تماثل الخلية في الحجم حجم البطارية الجافة مقاس د .(D). وتم وضع الخلاية في 38 وحدة كل وحدة تحتوي على 6 خلايا. تجمع جميع الوحدات في مجمع واحد يوضع خلف المقعد الخلفي. وقيمة التيار القصوى المار بالبطارية هو 80 أمبير في التفريغ و50 أمبير في الشحن. وتخزن البطارية طاقة تقدر بـ 6.4 ميجا جول وتكون الطاقة المستفادة 2.56 ميجا جول. وهذه الطاقة كافية لتسارع السيارة بالسائق وراكب حتى 65 ميل/ ساعة (105 كم/ ساعة) 4 مرات دون الحاجة إلى مساعدة من محرك البنزين. وللحصول على هذه الطاقة من البنزين نحتاج فقط إلى 0.23 لتر بنزين.

وبطارية السيارة معزولة وهي بطارية من النيكل (NiMH – sealed nickel-****l hydride)

ذات جهد 330 فولت وهي تعمل كمخزن لتخزين الطاقة الكهربائية لإدارة السيارة ومساعدة محرك البنزين في عملية التسارع. وبالنسبة لوجود نظام استخلاص الطاقة الفرامل ونظام الموتور/ المولد فلا تحتاج السيارة إلى وصلها بمصدر خارجي للتيار الكهربائي.

كما يوجد بالسيارة بطارية إضافية ذات جهد 12 فولت, وسعة 28 أمبير ساعة. عند إدارة السيارة يوجد محول من تيار متردد إلى تيار مستمر من نظام الجهد العالي يقوم بإمداد الكهرباء إلى دوائر السيارة المختلفة وكذلك شحن البطارية الإضافية.

وحدة تقسيم القدرة (PSD- power split device):

يتم تجميع وتوزيع العزم والقدرة لمحرك البنزين ووحدتي الموتور/ المولد عن طريق مجموعة وحدة تروس كوكبية وأطلق عليها بواسطة تويوتا وحدة تقسيم القدرة (PSD). وهذه الوحدة تسمح للسيارة أن تعمل في كلا الحالتين؛ التهجين المتوازي والتهجين المتوالي في نفس الوقت والحصول على بعض المميزات من كل نوع. فيستطيع محرك البنزين إدارة العجلات مباشرة (ميكانيكياً) عن طريق الوحدة, وفي نفس الوقت يمكن سحب جزء من طاقة محرك البنزين لتحويلها إلى كهرباء. والتي يمكن بها شحن البطارية أو تمرر إلى وحدة الموتور/ مولد (1) للمساعدة في إدارة العجلات. و تمكن المرونة في تقسيم الطاقة الميكانيكية/ الكهربائية في وحدة تقسيم القدرة السيارة “بريوس” أن تحسن من استهلاك الوقود وتتحكم في التلوث بشكل كان لا يمكن الوصول إليه في حالة استخدام اتصال ميكانيكي مباشر بين محرك البنزين والعجلات كما في نظام التهجين المتوازي أو يؤدي إلى فقد في الطاقة الكهربائية كما في نظام التهجين المتوالي.

ووحدة تقسيم القدرة هي مجموعة التروس الكوكبية.تتصل وحدة الموتور/ المولد (1) بالترس الحلقي حيث يتصل الترس بمجموعة التروس الفروقية التي تدير العجلات. ويتصل الموتور/ المولد (2) بالترس الشمسي ويتصل محرك البنزين بحامل التروس الكوكبية. وتعتمد سرعة السيارة على حركة دوران الترس الحلقي الذي يعتمد على حركة جميع الأجزاء (الموتور و المولد , محرك البنزين).

نظام التحكم في المركبة (VSC- vehicle system control):

نظام التحكم في المركبة هو جهاز يضمن انسياب القدرة بسلاسة والتشغيل السليم لمنظومات السيارة. ويساعد النظام في عمليات شحن, ومؤازرة محرك البنزين, وبدأ تشغيل محرك البنزين. وتعمل على غلق المحرك أثناء السرعة الثابتة وتوقف السيارة لتوفير استهلاك الوقود. وكذلك تقوم بتحويل الموتور الكهربائي إلى مولد عند استخدام الفرملة للمساعدة في شحن البطارية من الطاقة المستخلصة من الفرامل.

نظام نقل القدرة (eCVT- electronically controlled, continuously variable transmission):

هذا النظام مركب مع نظام الموتور/ المولد. وتعمل على التحكم في محرك البنزين ومصدر الطاقة الكهربائية في إدارة العجلات

نسبة التخفيض النهائي (final drive ratio):

الغرض من نسبة التخفيض في السيارة هي جعل العجلات تدور بسرعة أقل من سرعة دوران المحرك لتخفيض السرعة وتكبير العزم. وهذه النسبة في السيارة “بريوس” هي 3.905. ويحصل عليها عن طريق التالي:

  • تخفيض في العجلات المسننة المتصلة عن طريق سير عجلة ذات 39 سنّة تعطي الحركة لعجلة ذات 36 سنّة مركبة على العمود المتوسط الأول.
  • ترس ذو 30 سنّة, مركب على العمود المتوسط الأول معشق مع ترس ذو 44 سنّة مركب على العمود المتوسط الثاني.
  • ترس ذو 26 سنّة مركب على العمود المتوسط الثاني معشق مع ترس ذو 75 سنّة مركب على عمود الدخل للتروس الفروقية.
  • عمود الخرج من التروس الفروقية (لا يوجد اختلاف في السرعات إلا في حالة الدوران).
    وبذلك تكون نسبة التخفيض الخلفية هي: (36\39) × (44\30) × (75\26) = 3.905
    ولقد تم استخدام هذه الطريقة حسب ما أعتقد لطول المسافة بين وحدة تقسيم القدرة والتروس الفروقية من ناحية ومن ناحية أخري تقليل الضوضاء والتحميل الجانبي لأعمدة الإدارة.

العجلات والإطارات:

العجلات مصنوعة من سبيكة الألومونيوم الخفيف ومركب عليها إطارات ذات ضغط نفخ عالي لها مقاومة تدحرج منخفضة. وقطر الإطار 28.2 سم.
فرامل استرجاع الطاقة:

يتم استرجاع بعض من الطاقة المفقودة وذلك خلال السير بسرعة ثابتة والتباطؤ وإيقاف السيارة وذلك عن طريق تحويل الموتور إلى مولد.

خواص أخرى للسيارة “بريوس”

· يوجد وسادة هوائية على شكل ستارة أمامية وجانبية وخلفية لمقعد السائق والمقعد الأمامي بجانب السائق.
· نظام منع السرقة.
· نظام أوتوماتيكي لتظليل مرآه النظر للخلف
· شاشة عرض بلورية متعددة المعلومات؛ بيان متابعة مسار الطاقة و استهلاك الوقود و التحكم في المناخ و حالة الصوت داخل السيارة, وبيان درجة الحرارة الخارجية.
· تحكم في تسير ذاتي للسيارة (Cruise control).
· النظام الذكي لفتح باب السيارة وبدأ إدارتها.
· إدارة السيارة عن طريق زر دفع (Push button start)
· نظام منع غلق العجلات (ABS) مع نظام توزيع الفرامل الإليكتروني (EBD) ونظام مساعدة الفرامل (brake assist)
· نظام التحكم في اتزان السيارة (VSC)
· نظام دي في دي للملاحة يعمل عن طريق الصوت (Voice-activated DVD navigation system) , بالإضافة إلى الاتصال التليفوني بدون استخدام اليد عن طريق استخدام تقنية البلو توس (Bluetooth)
· تستخدم مكيف هواء كهربائي يعمل عن طريق المحولات.

جسم السيارة:

تم استخدام شكل انسيابي لتقليل مقاومة الهواء, مع استخدام مواد خفيفة في تصنيعها. [/color][/size]

[/center]
[/b]