हाइब्रिड इंजन कैसे काम करता है, किफायती मोटर के फायदे और नुकसान
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हाइड्रोकार्बन ईंधन का उपयोग करने वाले आंतरिक दहन इंजन (आईसीई) से स्वच्छ बिजली संयंत्रों तक संक्रमण अवधि के दौरान हाइब्रिड कारों का उद्भव वाहन निर्माताओं के लिए एक आवश्यक उपाय बन गया है। प्रौद्योगिकियों ने अभी तक एक पूर्ण इलेक्ट्रिक कार, एक ईंधन सेल कार, या स्वायत्त परिवहन के विकास के लिए सैद्धांतिक रूप से संभावित दिशाओं की किसी अन्य बड़ी सूची को बनाना संभव नहीं बनाया है, लेकिन आवश्यकता पहले ही परिपक्व हो चुकी है।
सरकारों ने पर्यावरणीय आवश्यकताओं के साथ ऑटो उद्योग पर सख्ती से नकेल कसना शुरू कर दिया, और उपभोक्ता एक गुणात्मक कदम आगे देखना चाहते थे, न कि तेल शोधन उत्पादों में से एक पर एक सदी से भी अधिक समय से ज्ञात मोटर का एक और सूक्ष्म सुधार।
किस प्रकार की कार को "हाइब्रिड" कहा जाता है
मध्यवर्ती चरण की बिजली इकाई एक आंतरिक दहन इंजन और एक या अधिक इलेक्ट्रिक मोटर्स के पहले से ही सिद्ध डिजाइन का संयोजन बनने लगी।
ट्रैक्शन यूनिट का विद्युत भाग यांत्रिक रूप से गैस इंजन या डीजल इंजन, बैटरी और एक रिकवरी सिस्टम से जुड़े जेनरेटर द्वारा संचालित होता है जो वाहन ब्रेकिंग के दौरान जारी ऊर्जा को ड्राइव में लौटाता है।
विचार के व्यावहारिक कार्यान्वयन के लिए सभी असंख्य योजनाओं को संकर कहा जाता है।
कभी-कभी निर्माता ऐसे सिस्टम को कॉल करके ग्राहकों को गुमराह करते हैं जहां इलेक्ट्रिक ड्राइव का उपयोग केवल मुख्य इंजन को "स्टार्ट-स्टॉप" मोड हाइब्रिड में शुरू करने के लिए किया जाता है।
चूंकि इलेक्ट्रिक मोटर और पहियों के बीच कोई संबंध नहीं है और इलेक्ट्रिक पावर पर ड्राइविंग की संभावना नहीं है, इसलिए ऐसी कारों को हाइब्रिड के रूप में वर्गीकृत करना गलत है।
हाइब्रिड इंजनों के संचालन का सिद्धांत
सभी प्रकार के डिज़ाइनों के साथ, ऐसी मशीनों में सामान्य विशेषताएं होती हैं। लेकिन तकनीकी दृष्टि से अंतर इतना बड़ा है कि वास्तव में ये अलग-अलग कारें हैं जिनके अपने फायदे और नुकसान हैं।
युक्ति
प्रत्येक संकर में शामिल हैं:
- इसके ट्रांसमिशन के साथ आंतरिक दहन इंजन, ऑन-बोर्ड लो-वोल्टेज बिजली आपूर्ति नेटवर्क और ईंधन टैंक;
- कर्षण मोटरें;
- भंडारण बैटरियां, अक्सर काफी उच्च-वोल्टेज, श्रृंखला में और समानांतर में जुड़ी बैटरियों से युक्त होती हैं;
- हाई-वोल्टेज स्विचिंग के साथ पावर वायरिंग;
- इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण इकाइयाँ और ऑन-बोर्ड कंप्यूटर।
एकीकृत मैकेनिकल और इलेक्ट्रिक ट्रांसमिशन के संचालन के सभी तरीकों को सुनिश्चित करना आमतौर पर स्वचालित रूप से होता है, केवल सामान्य यातायात नियंत्रण ड्राइवर को सौंपा जाता है।
काम की योजनाएँ
विद्युत और यांत्रिक घटकों को अलग-अलग तरीकों से एक-दूसरे से जोड़ना संभव है; समय के साथ, अच्छी तरह से स्थापित विशिष्ट, अक्सर उपयोग की जाने वाली योजनाएं सामने आई हैं।
यह समग्र ऊर्जा संतुलन में विद्युत कर्षण के विशिष्ट हिस्से के अनुसार ड्राइव के बाद के वर्गीकरण पर लागू नहीं होता है।
क्रमबद्ध
सबसे पहली योजना, सबसे तार्किक, लेकिन अब कारों में बहुत कम उपयोग किया जाता है।
इसका मुख्य कार्य भारी उपकरणों में काम करना था, जहां कॉम्पैक्ट विद्युत घटकों ने भारी यांत्रिक ट्रांसमिशन को सफलतापूर्वक बदल दिया है, जिसे नियंत्रित करना भी बहुत मुश्किल है। इंजन, आमतौर पर एक डीजल इंजन, विशेष रूप से एक विद्युत जनरेटर पर लोड किया जाता है और सीधे पहियों से जुड़ा नहीं होता है।
जनरेटर द्वारा उत्पन्न करंट का उपयोग ट्रैक्शन बैटरी को चार्ज करने के लिए किया जा सकता है, और जहां यह प्रदान नहीं किया जाता है, इसे सीधे इलेक्ट्रिक मोटर्स में भेजा जाता है।
उनमें से एक या अधिक हो सकते हैं, तथाकथित मोटर-पहियों के सिद्धांत के अनुसार कार के प्रत्येक पहिये पर स्थापना तक। जोर की मात्रा विद्युत विद्युत इकाई द्वारा नियंत्रित की जाती है, और आंतरिक दहन इंजन लगातार सबसे इष्टतम मोड में काम कर सकता है।
समानांतर
यह योजना अब सबसे आम है। इसमें, इलेक्ट्रिक मोटर और आंतरिक दहन इंजन एक सामान्य ट्रांसमिशन के लिए काम करते हैं, और इलेक्ट्रॉनिक्स प्रत्येक ड्राइव द्वारा ऊर्जा खपत के इष्टतम अनुपात को नियंत्रित करते हैं। दोनों इंजन पहियों से जुड़े हुए हैं।
रिकवरी मोड समर्थित है, जब ब्रेक लगाने के दौरान, इलेक्ट्रिक मोटर जनरेटर में बदल जाती है और स्टोरेज बैटरी को रिचार्ज करती है। कुछ समय के लिए, कार केवल अपने चार्ज पर ही चल सकती है, मुख्य आंतरिक दहन इंजन बंद हो जाता है।
कुछ मामलों में, काफी क्षमता की बैटरी का उपयोग किया जाता है, जो घरेलू एसी नेटवर्क या किसी विशेष चार्जिंग स्टेशन से बाहरी चार्जिंग की संभावना से सुसज्जित होती है।
सामान्य तौर पर, यहां बैटरियों की भूमिका छोटी है। लेकिन उनकी स्विचिंग सरल है, यहां खतरनाक उच्च वोल्टेज सर्किट की आवश्यकता नहीं है, और बैटरी का द्रव्यमान इलेक्ट्रिक वाहनों की तुलना में बहुत कम है।
मिश्रित
इलेक्ट्रिक ड्राइव प्रौद्योगिकी और भंडारण क्षमता के विकास के परिणामस्वरूप, ट्रैक्टिव प्रयास बनाने में इलेक्ट्रिक मोटर्स की भूमिका बढ़ गई है, जिससे सबसे उन्नत श्रृंखला-समानांतर प्रणालियों का उदय हुआ है।
यहां, एक ठहराव से शुरू करना और कम गति पर चलना विद्युत कर्षण पर किया जाता है, और आंतरिक दहन इंजन केवल तभी जुड़ा होता है जब उच्च आउटपुट की आवश्यकता होती है और जब बैटरी समाप्त हो जाती है।
दोनों मोटरें ड्राइव मोड में काम कर सकती हैं, और एक सुविचारित इलेक्ट्रॉनिक इकाई चुनती है कि ऊर्जा प्रवाह को कहां और कैसे निर्देशित किया जाए। ड्राइवर ग्राफ़िकल सूचना डिस्प्ले पर इसकी निगरानी कर सकता है।
एक श्रृंखला सर्किट की तरह, एक अतिरिक्त जनरेटर का उपयोग किया जाता है, जो इलेक्ट्रिक मोटरों को ऊर्जा की आपूर्ति कर सकता है या बैटरी चार्ज कर सकता है। ब्रेकिंग ऊर्जा को ट्रैक्शन मोटर के रिवर्स के माध्यम से पुनः प्राप्त किया जाता है।
इस तरह से कई आधुनिक संकरों की व्यवस्था की जाती है, विशेष रूप से सबसे पहले और प्रसिद्ध में से एक - टोयोटा प्रियस
टोयोटा प्रियस के उदाहरण पर हाइब्रिड इंजन कैसे काम करता है
यह कार अब अपनी तीसरी पीढ़ी में है और कुछ हद तक पूर्णता तक पहुंच गई है, हालांकि प्रतिस्पर्धी हाइब्रिड डिजाइन की जटिलता और दक्षता में वृद्धि जारी रखे हुए हैं।
यहां ड्राइव का आधार तालमेल का सिद्धांत है, जिसके अनुसार एक आंतरिक दहन इंजन और एक इलेक्ट्रिक मोटर पहियों पर टॉर्क बनाने में किसी भी संयोजन में भाग ले सकते हैं। उनके काम की समानता ग्रहीय प्रकार का एक जटिल तंत्र प्रदान करती है, जहां बिजली प्रवाह मिश्रित होता है और अंतर के माध्यम से ड्राइव पहियों तक प्रेषित होता है।
त्वरण प्रारंभ करना और प्रारंभ करना एक इलेक्ट्रिक मोटर द्वारा किया जाता है। यदि इलेक्ट्रॉनिक्स यह निर्धारित करता है कि इसकी क्षमताएं पर्याप्त नहीं हैं, तो एटकिंसन चक्र पर चलने वाला एक किफायती गैसोलीन इंजन जुड़ा हुआ है।
ओटो मोटर्स वाली पारंपरिक कारों में, क्षणिक स्थितियों के कारण ऐसे थर्मल चक्र का उपयोग नहीं किया जा सकता है। लेकिन यहां उन्हें एक इलेक्ट्रिक मोटर द्वारा प्रदान किया जाता है।
निष्क्रिय मोड को बाहर रखा गया है, यदि टोयोटा प्रियस स्वचालित रूप से आंतरिक दहन इंजन शुरू करता है, तो त्वरण में मदद करने, बैटरी चार्ज करने या एयर कंडीशनिंग प्रदान करने के लिए तुरंत काम मिल जाता है।
लगातार लोड रखने और इष्टतम गति पर काम करने से, यह गैसोलीन की खपत को कम करता है, इसकी बाहरी गति विशेषता के सबसे लाभप्रद बिंदु पर होता है।
कोई पारंपरिक स्टार्टर नहीं है, क्योंकि ऐसी मोटर को केवल महत्वपूर्ण गति तक घुमाकर ही शुरू किया जा सकता है, जो कि एक प्रतिवर्ती जनरेटर करता है।
पीएचवी के सबसे जटिल रिचार्जेबल संस्करण में बैटरियों की अलग-अलग क्षमताएं और वोल्टेज होते हैं, ये 350 एएच पर 25 वोल्ट के इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए पहले से ही काफी सामान्य हैं।
संकर के फायदे और नुकसान
किसी भी समझौते की तरह, हाइब्रिड शुद्ध इलेक्ट्रिक वाहनों और सामान्य क्लासिक तेल-ईंधन वाले वाहनों से कमतर हैं।
लेकिन एक ही समय में वे कई संपत्तियों में लाभ देते हैं, मुख्य के रूप में कार्य करने वाले किसी व्यक्ति के लिए:
- आंतरिक दहन इंजनों से हानिकारक उत्सर्जन से निपटने के लिए उपयोग किए जाने वाले साधनों का सरलीकरण;
- हालाँकि, कुछ ईंधन अर्थव्यवस्था हासिल करना चुनौतीपूर्ण था;
- शुद्ध विद्युत कर्षण पर आवाजाही की संभावना जहां आंतरिक दहन इंजन का उपयोग निषिद्ध है;
- घोषित क्षमता में काफी सरल वृद्धि;
- इलेक्ट्रिक कार के विपरीत, विद्युत नेटवर्क से दूर ऊर्जा के बिना रहना असंभव है।
सभी नुकसान प्रौद्योगिकी की जटिलता से जुड़े हैं:
- संकरों के साथ काम करने के लिए विशेष रूप से प्रशिक्षित सक्षम कर्मियों की आवश्यकता;
- वाहन के द्रव्यमान में वृद्धि, जिसमें ईंधन की भी खपत होती है;
- कार की ऊंची कीमत;
- आंतरिक दहन इंजन और उससे जुड़ी हर चीज के संरक्षण के कारण इलेक्ट्रिक वाहनों को होने वाला नुकसान;
- अभी भी अपर्याप्त रूप से विकसित प्रौद्योगिकियां और डिजाइन के लिए एकीकृत दृष्टिकोण की कमी;
- बैटरियों के उत्पादन और उनके निपटान में खराब पर्यावरण मित्रता।
यह संभव है कि क्लासिक कारों के पूरी तरह से गायब होने के बाद भी हाइब्रिड का उत्पादन जारी रहेगा।
लेकिन यह तभी होगा जब एक एकल कॉम्पैक्ट, किफायती और अच्छी तरह से नियंत्रित हाइड्रोकार्बन ईंधन इंजन बनाया जाएगा, जो भविष्य की इलेक्ट्रिक कार के लिए एक अच्छा अतिरिक्त होगा, जिससे इसकी अभी भी अपर्याप्त स्वायत्तता में काफी वृद्धि होगी।
