Hibrit Araç İle Yakıt Ekonomisinde İyileştirme
Daha küçük, daha verimli bir motorun yanı sıra, günümüzün hibritleri yakıt verimliliğini artırmak için başka birçok numara kullanıyor . Bu numaralardan bazıları, her tür arabanın daha iyi kilometre yapmasına yardımcı olacak ve bazıları yalnızca bir hibrit için geçerli. Bir galon benzinin her son milini sıkmak için hibrit bir araba şunları yapabilir:
- Enerjiyi geri kazanın ve aküde saklayın – Arabanızda fren pedalına her bastığınızda , arabadan enerji çekiyorsunuz. Bir araba ne kadar hızlı giderse, sahip olduğu kinetik enerji o kadar fazladır. Bir arabanın frenleri bu enerjiyi ortadan kaldırır ve ısı şeklinde dağıtır. Hibrit bir araba bu enerjinin bir kısmını yakalayabilir ve daha sonra kullanmak üzere aküde depolayabilir. Bunu “rejeneratif frenleme” kullanarak yapar. Yani, arabayı durdurmak için sadece frenleri kullanmak yerine, hibriti çalıştıran elektrik motoru da arabayı yavaşlatabilir. Bu modda elektrik motoru bir jeneratör görevi görüyor ve araç yavaşlarken aküleri şarj ediyor.
- Bazen motoru kapatın – Hibrit bir arabanın her zaman benzinli motora ihtiyacı yoktur çünkü alternatif bir güç kaynağı vardır – elektrik motoru ve piller. Yani hibrit araba bazen, örneğin araç kırmızı ışıkta durduğunda benzinli motoru kapatabilir.
- Sürtünmeyi azaltmak için gelişmiş aerodinamiği kullanın – Otobanda sürerken motorunuzun yaptığı işin çoğu, arabayı havada itmek için harcanır. Bu kuvvet aerodinamik sürükleme olarak bilinir . Bu sürükleme kuvveti çeşitli şekillerde azaltılabilir. Kesin bir yol, arabanın ön alanını azaltmaktır. Büyük bir SUV’nin küçük bir spor arabadan çok daha geniş bir alanı havada itmek zorunda olduğunu düşünün.Arabadan dışarı çıkan nesnelerin etrafındaki rahatsızlıkları azaltmak veya tamamen ortadan kaldırmak da aerodinamiği iyileştirmeye yardımcı olabilir. Örneğin tekerlek yuvalarının üzerindeki kapaklar hava akışını yumuşatır ve sürtünmeyi azaltır. Ve bazen aynaların yerini küçük kameralar alır.
- Düşük yuvarlanma dirençli lastikler kullanın – Çoğu arabadaki lastikler, yumuşak bir sürüş sağlamak, gürültüyü en aza indirmek ve çeşitli hava koşullarında iyi çekiş sağlamak için optimize edilmiştir. Ancak verimlilik için nadiren optimize edilirler. Aslında, lastikler sürüş sırasında şaşırtıcı miktarda sürtünmeye neden olur. Hibrit otomobiller, geleneksel lastiklere göre hem daha sert hem de daha yüksek basınca şişirilmiş özel lastikler kullanır. Sonuç olarak, normal lastiklerin sürtünmesinin yaklaşık yarısına neden olurlar.
- Hafif malzemeler kullanın – Bir arabanın toplam ağırlığını azaltmak, kilometreyi artırmanın kolay yollarından biridir. Daha hafif bir araç, her hızlandığınızda veya yokuş yukarı çıktığınızda daha az enerji kullanır. Ağırlığı azaltmak için karbon fiber gibi kompozit malzemeler veya alüminyum ve magnezyum gibi hafif metaller kullanılabilir.
Piyasadaki hibrit arabaların tümü, bu verimlilik hilelerinin bir kısmını veya tamamını kullanır. Honda Insight ve Toyota Prius’un teknolojisine yakından bakacağız.
Bu arabaların her ikisi de değiştirilmiş paralel hibrit olsalar da, aslında karakter olarak oldukça farklılar. Honda Insight ve Toyota Prius’un her ikisi de bir benzinli motora, bir elektrik motoruna ve pillere sahiptir, ancak benzerliklerin bittiği yer burasıdır.
Honda İçgörüsü
2000 yılının başlarında Amerika Birleşik Devletleri’nde tanıtılan Honda Insight, mümkün olan en iyi mesafeyi elde etmek için tasarlandı . Insight artık Honda serisinin bir parçası değil, ancak yine de bir hibrit otomobilin nasıl çalışabileceğinin iyi bir örneği.
Honda, arabayı olabildiğince verimli hale getirmek için kitaptaki her numarayı kullandı. Insight, küçük, yüksek verimliliğe sahip bir gaz motoruna sahip, küçük, hafif, iki koltuklu bir otomobildir. Insight, piyasadaki tüm hibrit otomobiller arasında en iyi EPA kilometre değerlerine sahiptir.
Honda Insight , basitleştirilmiş bir paralel hibrittir . Volanın genellikle gittiği yerde motora bağlı bir elektrik motoru vardır. Honda bu sistemi “Entegre Motor Yardımı” olarak adlandırıyor. Insight’ta ya geleneksel, beş vitesli bir manuel şanzıman ya da otomatik bir CVT (sürekli değişken şanzıman) bulunur.
Insight’taki elektrik motoru çeşitli şekillerde yardımcı olur. Bu olabilir:
- Araba hızlanırken veya yokuş tırmanırken ekstra güç sağlayan benzinli motora yardımcı olun
- Frenleme sırasında enerjiyi yakalamak için bir miktar rejeneratif frenleme sağlayın
- Marş motoru ihtiyacını ortadan kaldırarak motoru çalıştırın
Ancak motor, araca kendi başına güç sağlayamaz; arabanın hareket etmesi için gaz motorunun çalışıyor olması gerekir.
Mümkün olan en iyi mesafeyi elde etmek için Honda, daha önce tartışılan tüm verimlilik numaralarını kullandı. Ancak Insight, esas olarak üç alana dayanır:
- Ağırlığı azaltır – Zaten küçük bir araba olan Insight, ağırlığı daha da azaltmak için hafif bir alüminyum gövde ve yapı kullanır. Arabayı hafif hale getirerek Honda, arabalarımızdan beklediğimiz performans seviyesini hâlâ koruyabilen daha küçük, daha hafif bir motor kullanabiliyor. Insight, en hafif Honda Civic’ten 500 pound (227 kg) daha hafif olan 1.900 pound’dan (862 kg) daha hafiftir.
- Küçük, verimli bir motor kullanır – Aşağıda gösterilen Insight’taki motor yalnızca 124 pound (56 kg) ağırlığındadır ve 5.700 dev/dak’da 67 beygir gücü üreten küçük, 1.0 litrelik, üç silindirlidir. Honda’nın VTEC sistemini içerir ve verimliliği en üst düzeye çıkarmak için yalın yanma teknolojisini kullanır. Insight, 60 mpg/şehir ve 66 mpg/otoyol EPA kilometre derecesine ulaşır. Ayrıca, küçük elektrik motorunun sağladığı ek güçle, bu sistem Insight’ı yaklaşık 11 saniyede 0’dan 100 km/s hıza çıkarabiliyor.
- Elektrik motoru çalışırken Insight, 5.700 devirde 73 beygir güç üretiyor. Bunu yalnızca motor beygir gücüyle karşılaştırırsanız, elektrik motorunun yalnızca 6 beygir gücü kattığı görülüyor. Ancak elektrik motorunun gerçek etkinliği daha düşük motor hızlarında ortaya çıkar . Insight’taki elektrik motoru, 3.000 rpm’de 10 kilovat (yaklaşık 13 beygir gücü) olarak derecelendirilmiştir.Hikayeyi gerçekten anlatan tepe tork sayılarıdır. Elektrik motoru olmadan Insight, 4.800 dev/dak’da 66 pound-feet’lik tepe torkuna ulaşıyor. Elektrik motoruyla 1.500 dev/dak’da 79 pound-feet yapıyor. Böylece motor, motorun daha zayıf olduğu hız aralığının alt ucuna çok fazla tork ekler. Bu, Honda’nın çok küçük bir motora çok daha büyük bir motor hissi vermesini sağlayan hoş bir uzlaşma.
- Gelişmiş aerodinamik kullanır – Honda Insight, klasik gözyaşı şekli kullanılarak tasarlanmıştır: Arabanın arkası önden daha dardır. (Gerçek gözyaşlarının aerodinamik olarak bu şekilde davranmadığına dikkat edin – düşen su damlacıklarının aerodinamiği hakkında ilginç bir makale için burayı tıklayın.) Arka tekerlekler, daha yumuşak bir şekil sağlamak için kısmen kaporta ile kaplanmıştır ve alt tarafın bazı kısımları araba plastik panellerle kapatılmıştır. Bu hileler , onu piyasadaki en aerodinamik arabalardan biri yapan 0,25’lik bir sürtünme katsayısıyla sonuçlanır.
Insight, direksiyona geçtiğinizde aslında geleneksel bir arabadan çok da farklı değil. Hızlandığınızda, gaz motoru işin çoğunu yapar. Hızlı bir şekilde hızlanırsanız, elektrik motoru biraz ekstra güç sağlamak için devreye giriyor.
Otobanda seyir halindeyken, benzin motoru tüm işi yapıyor. Frene basarak veya gazı bırakarak yavaşladığınızda, elektrik motoru aküleri şarj etmek için biraz elektrik üretmek üzere devreye giriyor. Insight’ı asla elektrik prizine takmanız gerekmez; motor, pili şarj etmek için gereken tüm gücü üretir.
Unutulmaması gereken ilginç bir şey, Insight’ta manuel şanzımanın motordan ve motordan debriyaj ile ayrılmasıdır . Bu, durmak için yavaşladığınızda debriyaja basmayı veya aracı boşa almayı seven bir sürücüyseniz, herhangi bir rejeneratif frenleme yapamayacağınız anlamına gelir. Yavaşladığınızda enerjiyi geri kazanmak için arabanın viteste olması gerekir.
Şimdi Toyota Prius’un teknolojisine bir göz atalım. Prius, Insight’tan çok farklı bir şekilde çalışır.
Toyota Prius
1997 yılının sonunda Japonya’da ortaya çıkan Toyota Prius, kentsel alanlardaki emisyonları azaltmak için tasarlandı. Bunu başarmak için Toyota, seri hibritin bazı faydalarını ekleyen Toyota Hibrit Sistemi (THS) adı verilen paralel bir hibrit aktarma organı tasarladı. Prius, Kaliforniya’nın süper ultra düşük emisyonlu araç (SULEV) standardını karşılar. Beş kişilik dört kapılı bir sedandır ve aktarma organı, aracı yalnızca elektrik gücüyle 15 mph (24 kph) hıza kadar hızlandırabilir. Bu, otoyol kilometresinden daha iyi şehir kilometresine katkıda bulunur. Prius, 2004 Kuzey Amerika Yılın Otomobiliydi.
Honda’nın aksine Toyota, emisyon ve kilometre hedeflerine ulaşmak için öncelikle aktarma organlarına odaklandı. Prius 2,900 pound (1,315 kg) ağırlığında ve bir Toyota Corolla kadar çok iç alana ve bagaj alanına sahip. İşte tüm parçaların bir düzeni:
Prius, verimliliği optimize etmek ve emisyonları azaltmak için temel olarak iki özelliğe güvenir:
- Motoru yalnızca verimli bir hız ve yükte çalışır – Emisyonları azaltmak için, Prius benzinli motoru çalıştırmadan önce yaklaşık 15 mph (24 kph) hıza çıkabilir. Motor ancak araç belirli bir hızı geçtikten sonra çalışır. Ve motor çalıştıktan sonra dar bir hız bandında çalışır.
- Eşsiz bir güç ayırma cihazı kullanır – Benzinli motorlar, belirli hız ve yük aralıklarında en verimli şekilde çalışacak şekilde ayarlanabilir. Birazdan bahsedeceğimiz Prius’ta bulunan güç ayırma cihazı , motorun çoğu zaman en verimli yük ve devir aralığında kalmasını sağlıyor.
Toyota, Prius’taki 1.5 litrelik motoru yalnızca 5.000 dev/dak maksimum hızda çalışacak şekilde tasarladı ve burada 76 beygir güç üretiyor. Motorun maksimum hızının düşük tutulması, verimliliği artıran daha hafif bileşenlerin kullanılmasına olanak tanır.
Prius’taki elektrik motoru, 1.200 ila 1.540 rpm arasında 67 beygir gücünde derecelendirilmiştir. 0’dan 1.200 dev/dak’ya kadar 295 pound-feet tork üretiyor, bu da arabayı benzinli motorun yardımı olmadan çalıştırmak için fazlasıyla yeterli.
Bir sonraki bölümde güç ayırma cihazı hakkında daha fazla bilgi edineceğiz.
Güç Bölünmüş Cihaz
Güç ayırma cihazı Toyota Prius’un kalbidir. Bu, benzinli motoru, jeneratörü ve elektrik motorunu birbirine bağlayan akıllı bir dişli kutusudur. Arabanın paralel bir hibrit gibi çalışmasına izin verir – elektrik motoru arabaya kendi başına güç verebilir, gaz motoru arabaya kendi başına güç verebilir veya arabayı birlikte çalıştırabilirler. Güç ayırma cihazı aynı zamanda otomobilin bir seri hibrit gibi çalışmasına da olanak tanıyor ; benzinli motor araç hızından bağımsız olarak çalışarak pilleri şarj edebiliyor veya gerektiğinde tekerleklere güç sağlayabiliyor. Ayrıca sürekli değişken şanzıman ( CVT ) görevi görerek manuel veya otomatik şanzıman ihtiyacını ortadan kaldırır.. Son olarak, güç ayırma cihazı jeneratörün motoru çalıştırmasına izin verdiği için arabanın marş motoruna ihtiyacı yoktur.
Güç ayırma cihazı bir planet dişli takımıdır (altta). Elektrik motoru dişli takımının halka dişlisine bağlıdır. Aynı zamanda tekerlekleri hareket ettiren diferansiyele doğrudan bağlıdır . Yani elektrik motorunun ve çember dişlinin dönüş hızı ne olursa olsun arabanın hızını belirliyor.
Jeneratör dişli takımının güneş dişlisine, motor ise gezegen taşıyıcıya bağlıdır. Çember dişlinin hızı her üç bileşene de bağlıdır, dolayısıyla çıkış hızını kontrol etmek için hepsinin her zaman birlikte çalışması gerekir.
Hızlandığınızda, başlangıçta tüm gücü elektrik motoru ve piller sağlar. Güç ayırma cihazının halka dişlisi elektrik motoruna bağlıdır, böylece motorla birlikte dönmeye başlar. Motora bağlı olan gezegen taşıyıcı, motor çalışmadığı için hareketsizdir. Çevre dişlisi döndüğü için gezegenlerin de dönmesi gerekir, bu da güneş dişlisinin ve jeneratörün dönmesine neden olur. Araba hızlanırken, jeneratör motorun kapalı kalması için ihtiyaç duyduğu hızda döner. Bunların hepsini aşağıda görebilirsiniz:
Yaklaşık 40 mph’ye (64 kph) ulaştığınızda, benzinli motor çalışacaktır. Jeneratör aniden hız değiştirerek gezegen taşıyıcının dönmesine ve motoru çalıştırmasına neden olur. Motor çalıştıktan sonra, jeneratör hızını elektrik motorunun çıkış hızına uyacak şekilde değiştirirken sabit bir hıza geçer. Gerçekten çok hızlı hızlanıyorsanız, motor akülerden ekstra güç çekecektir. Otoyol hızına ulaştığınızda, tüm elektrik jeneratörden gelecek şekilde araç, gaz ve elektrik gücü kombinasyonu altında hareket edecektir.
Insight gibi, Prius’un da hiçbir zaman yeniden şarj edilmesi gerekmez; yerleşik jeneratör, akülerde uygun şarj seviyesini otomatik olarak korur.
Hem Honda hem de Toyota , hibrit bileşenlerinde uzun garantilere sahiptir. Insight, aküler dahil olmak üzere aktarma organlarının çoğu için sekiz yıl/80.000 mil garantisine sahiptir ve Prius, pil ve hibrit sistemler için sekiz yıl/100.000 mil garantisine sahiptir. Bu arabalardaki motorlar ve piller genellikle aracın ömrü boyunca herhangi bir bakım gerektirmez (ancak, garanti sona erdikten sonra pilleri değiştirmek zorunda kalırsanız, muhtemelen size birkaç bin dolara mal olacaktır). Motor, diğer herhangi bir arabadakinden daha fazla bakım gerektirmez ve her iki hibridde de rejeneratif frenleme olduğundan, fren balataları çoğu arabadakinden biraz daha uzun süre dayanabilir.
Hibrit güce ulaşmak, düz benzin gücü veya düz elektrik gücü kullanmaktan kesinlikle daha karmaşıktır. Bir sonraki bölümde hibrit teknolojisinin hem tüketiciler hem de otomobil üreticileri için neden bu kadar arzu edilir olduğunu inceleyeceğiz.