مشکل سوخت فقط مخصوص ما نیست؛ مشکل جهانی است. با وجود سهمیه‌بندی، باید بگوییم در ایران، ما هنوز ارزش سوخت را نمی‌دانیم. وقتی مجبور باشی برای هر باک بنزین، 40 هزار تومان پیاده بشوی، آن‌وقت مثل بقیه دنیا به فکر می‌افتی یک کارهایی بکنی. بحث انرژی‌های نو و سوخت‌ها و روش‌های جایگزین امروز در همه‌جا داغ است. یکی از راه‌حل‌های نسبتا جاافتاده، خودروهای هیبریدی (ترکیبی) است.
سال‌هاست که سیستم پیشرانش خودروها را موتورهای احتراقی درون‌سوز تشکیل می‌دهند که انرژی‌شان را از سوزاندن سوخت‌های فسیلی (مثل بنزین) به دست می‌آورند. در خودروی هیبریدی، برای کارایی بیشتر، یک سیستم ذخیره انرژی قابل شارژ را با سیستم بالا ترکیب می‌کنند. این روزها هر جا صحبت از خودروی هیبریدی می‌شود، بیشتر منظور خودروی هیبریدی الکتریکی است.
خودروهای هیبریدی الکتریکی از نظر کارکرد، بین خودروهای احتراقی و برقی هستند و سعی شده در طراحی آنها، مزیت‌های هر دو نوع وجود داشته باشد؛ یک خودروی خوب باید با یک بار سوختگیری اولیه، حداقل حدود 500 کیلومتر راه برود و ضمنا سوختگیری آن هم آسان و سریع باشد. یک موتور بنزینی این نیازها را برآورده میکند اما در عوض آلودگی زیادی دارد.
یک موتور برقی با اینکه آلودگی قابل توجهی درست نمی‌کند اما با یک بار شارژ می‌تواند حداکثر حدود 160 کیلومتر راه برود و در ضمن، شارژ شدن‌اش سخت و خیلی زمان‌بر است. یک خودروی هیبریدی احتراقی – الکتریکی، ترکیبی از 2 نوع سیستم پیشران است تا مکمل همدیگر باشند.
اجزای اصلی خودروهای هیبریدی احتراقی ـ بنزینی، همان اجزای معمول متعارف سیستم‌های احتراقی و برقی هستند، منتها با تفاوت‌هایی:
موتور احتراقی: معمولا بنزینی است. البته انواع دیزل هم دارند. موتور در این خودروها شباهت زیادی به موتور خودروهای معمولی دارد ولی کوچک‌تر و دارای فناوری بالاتری است که باعث کاهش آلودگی و افزایش کارایی می‌شود.
باک سوخت: باک در این نوع خودروها محل ذخیره سوخت برای موتور احتراقی است. از نظر وزنی، سوخت‌های فسیلی چگالی انرژی بالاتری نسبت به باتری دارند. به عنوان مثال، یک باتری250کیلویی معادل 7 کیلو (حدود8 لیتر) بنزین انرژی دارد.
موتور برقی: موتورهای الکتریکی در خودروهای هیبریدی از انواع پیشرفته‌ای هستند که هم به عنوان یک موتور می‌شود از آنها استفاده کرد و هم به عنوان ژنراتور؛ یعنی وقتی که به قدرت این موتور نیاز است، موتور با استفاده از باتری‌ها شتاب موردنظر را ایجاد کرده و زمانی که خودرو نیازی به موتور الکتریکی ندارد (مثلا در یک سراشیبی)، موتور الکتریکی به عنوان یک ژنراتور، باتری‌ها را شارژ میکند.
ژنراتور: ژنراتور بسیار شبیه به موتور الکتریکی است با این فرق که فقط وظیفه تامین برق مورد نیاز موتور را برعهده دارد و کار دیگری نمی‌کند. ژنراتور بیشتر در خودروهای هیبریدی سری به کار می‌رود.
باتری: باتری‌ها یک وسیله ذخیره انرژی برای موتور الکتریکی هستند. برخلاف سوخت موجود در باک که فقط به موتور احتراقی انرژی می ر‌ساند (رابطه یک‌طرفه)، باتری‌ها، هم به موتورهای الکتریکی انرژی می‌دهند و هم از آنها انرژی پس می‌گیرند (رابطه دوطرفه).
انواع خودروهای هیبریدی
درست مثل مدارهای الکتریکی، سیستم‌های پیشرانه احتراقی و برقی را می‌شود به انواع مختلف سرهم کرد:
هیبرید موازی: در این حالت، موتورهای احتراقی و برقی به طور همزمان کار می‌کنند و هر دو هم به سیستم انتقال نیرو وصل هستند. موتور برقی توسط باتری و موتور احتراقی توسط منبع سوخت فسیلی (همان باک بنزین) تغذیه می‌شود.
در این حالت یک ژنراتور (مولد برق) مستقل وجود ندارد و برای شارژ باتری‌ها، موتور برقی به ژنراتور تغییر حالت می‌دهد؛ بنابراین سیستم برقی نمی‌تواند همزمان، هم باتری را شارژ کند و هم باعث رانش چرخ‌ها بشود.
هیبریدهای سری: در این نوع، موتور احتراقی یک ژنراتور را به حرکت درمی‌آورد. این ژنراتور، هم می‌تواند باتری‌ها را شارژ کند و هم به‌طور مستقیم به موتور برقی انرژی بدهد. در هیبریدهای سری، این فقط موتور برقی است که به سیستم انتقال نیرو متصل است و باعث گردش چرخ‌ها می‌شود.
هیبریدهای سری ـ موازی: این طرح به گونه‌ای است که می‌شود از آن در شرایط مختلف به صورت سری یا موازی استفاده کرد. در این حالت، امکان استفاده از سیستم‌های احتراقی و برقی به طور جداگانه یا همزمان وجود دارد؛ به این ترتیب که در داخل شهر و در سرعت‌های پایین، فقط سیستم برقی فعال می‌شود و در سرعت‌های بالاتر یا در خارج از شهر، خودرو می‌تواند به طور مستقل با موتور احتراقی یا ترکیب 2 سیستم حرکت کند.
در مواقعی چون شتاب‌گیری سریع، هر 2 سیستم با هم عمل می‌کنند. با استفاده از سیستم‌های کنترلی پیشرفته، شارژ باتری‌ها همیشه در سطح خوبی باقی می‌ماند. در این حالت، 2 موتور ـ ژنراتور برقی وجود دارد که بسته به شرایط، از ترکیب‌های مختلف آنها استفاده می‌شود.
تاریخچه
ایده ترکیب موتورهای احتراقی و سوختی اصلا جدید نیست و از همان اوایل تاسیس صنعت خودرو مطرح بوده. فردیناند پورشه - طراح بزرگ آلمانی و بنیانگذار کارخانه‌های پورشه و فولکس - در سال1901 یک خودرو هیبریدی سری ساخت که با آن در یک مسابقه رالی هم برنده شد. ماشین او تا 50 کیلومتر در ساعت سرعت می‌گرفت و با یک باک می‌توانست 50 کیلومتر راه برود.
آمریکایی‌ها هم در همان سال‌ها کارهای مشابهی انجام دادند اما پیشرفت سریع موتورهای احتراقی، قدرت بالا و قابلیت استارت زدن بدون هندل آنها، پایین بودن قیمت سوخت‌های فسیلی و جدی نبودن بحث‌های آلودگی محیط‌زیست، باعث شد تا این نوع خودروها از دایره توجه خارج شوند. اما از دهه 60 میلادی، خودروهای هیبریدی دوباره مورد توجه قرار گرفتند؛ ویکتور ووک - که به «پدربزرگ خودروهای هیبریدی» معروف است - در آن سال‌ها تحقیقات زیادی روی این موضوع انجام داد.
بحران‌های نفتی دهه70 میلادی هم کار روی موضوع را سرعت داد. در دهه90 میلادی، تحقیقات به‌تدریج به نتیجه رسیدند، کار وارد فازهای تجاری شد و اولین خودروهای هیبریدی وارد بازار شدند که شاخص‌ترین آنها تا به امروز تویوتا پریوس بوده است.
خودروی محبوب سبزها
تویوتا پریوس - که نخستین مدل آن در سال1997 در ژاپن به بازار آمد - از اولین خودروهای هیبریدی است که به تولید انبوه رسید و از زمان ارائه به بازارهای جهانی در سال 2001، به یکی از محبوب‌ترین خودروهای طرفداران محیط‌زیست تبدیل شد.
جدیدترین مدل این خودرو (NHW20) که از سال 2004 به بازار آمده، یک هاچ‌بک 5 نفره است که موتور بنزینی4سیلندری 5/1 لیتری آن در هر دور موتور 5 هزار، 76 اسب بخار نیرو تولید میکند. موتور الکتریکی قوی 500 ولتی آن هم در حداکثر دور 1200 ، 76 اسب قدرت دارد. پریوس با استفاده از هر 2موتور می‌تواند به سرعت 169 کیلومتر در ساعت برسد.
پریوس چون یک هیبرید سری ـ موازی است، می‌تواند فقط با موتور الکتریکی‌اش و با حداکثر سرعت 69 کیلومتر در ساعت حرکت کند. سیستم تقسیم قدرت پیشرفته و جعبه دنده هوشمندی که تویوتا در پریوس نصب کرده، باعث می‌شود نحوه فعالیت موتورها به نحوی تنظیم شود که در همه سرعت‌ها، خودرو بهترین کارایی را داشته باشد.
راننده می‌تواند میزان مصرف انرژی و نحوه تقسیم بار روی موتورها را از طریق یک صفحه نمایش ببیند. وزن پریوس 1325 کیلوگرم است و از لحاظ کلاس در میان محصولات تویوتا، بین کرولا و کمری قرار می‌گیرد.
گرانی که ارزان است
یک قرن از ساخته شدن اولین خودروها توسط پیشگام‌هایی مثل کارل بنز می‌گذشت و هنوز باوجود تمام تغییرات در ظاهر و بدنه، موتور خودروها فرق چندانی نکرده بودند؛ سوخت پس از ترکیب با هوا، به داخل سیلندر تزریق و در آنجا محترق می‌شد، انرژی آزاد شده از احتراق سوخت، پیستون را به جلو می‌راند و این باعث حرکت خودرو می‌شد. اما اوضاع دگرگون سال‌های آخر قرن بیستم، دیگر زیاد این ثبات طراحی را راحت تحمل نمی‌کرد.
از یک طرف نفت و به تبع آن بنزین و سایر سوخت‌ها روزبه‌روز گران‌تر می‌شدند و از طرف دیگر، مردم عادی، بی‌نیاز از غوغای طرفداران محیط‌زیست، آلودگی هوا و تغییرات محیطی ناشی از سوخت‌های فسیلی را بعینه می‌دیدند. سنگینی فشار افکار و انتظارات عمومی، شرکت‌های خودروسازی را به‌طور جدی به فکر انداخت.
ایده ماشین برقی جواب نداده بود. سرعت و شتاب کم، برد کوتاه و نیاز به شارژ سریع باتری‌ها نواقص بزرگی به شمار می‌آمدند. ایده‌های جدید مثل پیل‌های سوختی یا موتورهای هیدروژنی هم هنوز در مراحل آزمایشی و گران‌تر از آنی بودند که بشود به سرعت آنها را وارد بازار کرد. اما یک ایده قدیمی وجود داشت که احیای سرمایه‌گذاری روی آن در شرایط جدید، مقرون به‌صرفه به نظر می‌رسید؛ خودروهای هیبریدی (ترکیبی).
خودروهای ترکیبی نقاط قوت زیادی دارند؛ مثلا یک خودروی هیبریدى می‌تواند انرژی را بازیابی و در باتری ذخیره کند. وقتی شما ترمز می‌گیرید، در واقع در حال تلف کردن انرژی جنبشی خودرو به صورت گرما در لنت‌‌های ترمز هستید. در خودروهای هیبریدى مى‌شود با سیستمی به نام «ترمز احیاکننده»، بخشی از این انرژی را بازیابی کرده و در باتری برای استفاده مجدد ذخیره کرد. همچنین موتورهاى احتراقی برای حداکثر قدرت ساخته شده‌اند، در حالی که رانندگان در کمتر از یک‌درصد از زمان رانندگی، از حداکثر قدرت موتور استفاده می‌کنند.
خودروهای هیبریدى از موتورهاى احتراقی کوچک‌ترى استفاده می‌کنند که برای یک قدرت متوسط ساخته شده‌اند؛ در صورت نیاز به قدرت بیشتر، موتور الکتریکی به کمک می‌آید.
از ترکیب موتورهای سوختی و موتورهای الکتریکی، قبلا در وسایل نقلیه بزرگی مانند لوکوموتیوها و زیردریایی‌ها استفاده شده بود اما در مورد خودروها، کوچک کردن فناوری، قیمت آن را بالا می‌برد. امروزه، حدود یک دهه از رواج خودروهای هیبریدی می‌گذرد و با وجود بالا رفتن تیراژ تولید و ارزان شدن فناوری این خودروها، قیمت خرید یک خودروی هیبریدی هنوز به طور محسوسی (حدود 40 درصد) از یک خودروی معمولی مشابه گران‌تر است. اما محاسبات نشان می‌دهد با توجه به گرانی روزافزون قیمت جهانی سوخت، صرفه‌جویی خودروهای هیبریدی باعث می‌شود در یک دوره استهلاک 5 ساله، خرید این خودروها مقرون به‌صرفه باشد.