รถยนต์ไฮบริดคืออะไร? ประเภท รูปแบบ และหลักการทำงาน

รถยนต์ไฮบริดผสมผสานระหว่างเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ICE) กับมอเตอร์ไฟฟ้า ส่งผลให้สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อยลงและปล่อยไอเสียลดลง ยิ่งระบบไฮบริดมีประสิทธิภาพมากเท่าใด ก็ยิ่งต้องการแบตเตอรี่ที่ทรงพลังมากขึ้นเท่านั้น และส่งผลให้ราคาสูงขึ้นตามไปด้วย นี่คือทุกสิ่งที่คุณควรรู้เกี่ยวกับหลักการทำงานของรถยนต์ไฮบริดและสิ่งที่ทำให้มันแตกต่าง

ไฮบริดอ่อน (Mild Hybrid) กับไฮบริดเต็ม (Full Hybrid): แตกต่างกันอย่างไร?

ขึ้นอยู่กับบทบาทของมอเตอร์ไฟฟ้าในระบบส่งกำลัง ไฮบริดแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ ไฮบริดอ่อนและไฮบริดเต็ม

• ไฮบริดอ่อนใช้มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นตัวช่วยสนับสนุนเครื่องยนต์สันดาปภายใน ตัวอย่างที่รู้จักกันดีคือ Honda Insight แบบแฮทช์แบ็ก มอเตอร์ไฟฟ้าช่วยในการเร่งความเร็ว แต่ไม่สามารถขับเคลื่อนรถได้โดยลำพัง
• ไฮบริดเต็มสามารถวิ่งได้ในระยะหนึ่งด้วยพลังไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวโดยไม่ต้องสตาร์ทเครื่องยนต์สันดาปภายในเลย Lexus RX 400h เป็นตัวอย่างคลาสสิกของประเภทนี้

นอกจากนี้ยังมีหมวดหมู่ที่สามซึ่งกำหนดอย่างหลวมๆ บางครั้งเรียกว่า ไมโครไฮบริด ซึ่งเป็นคำทางการตลาดที่ใช้เพื่ออธิบายยานยนต์ที่มีระบบสตาร์ท/หยุด อย่างไรก็ตาม โดยพื้นฐานแล้วนี่เป็นเพียงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขั้นสูงเท่านั้น ไม่ใช่ระบบไฮบริดที่แท้จริง เนื่องจากไม่มีมอเตอร์ไฟฟ้าส่งแรงบิดไปยังล้อ

3 รูปแบบหลักของระบบส่งกำลังไฮบริด

ระบบส่งกำลังไฮบริดมีสามรูปแบบพื้นฐาน ได้แก่ แบบอนุกรม แบบขนาน และแบบอนุกรม-ขนาน แต่ละแบบมีลักษณะเฉพาะ ข้อดี และกรณีการใช้งานทั่วไปที่แตกต่างกัน

1. ไฮบริดแบบอนุกรม

ไฮบริดแบบอนุกรมเป็นรูปแบบที่เก่าแก่ที่สุด ประดิษฐ์ขึ้นในปี พ.ศ. 2442 โดย Ferdinand Porsche ในโครงสร้างนี้:

• ล้อขับเคลื่อนทั้งหมดด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า
• เครื่องยนต์สันดาปภายในขนาดเล็กหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า โดยไม่ขับเคลื่อนล้อโดยตรง
• ไม่ต้องการกระปุกเกียร์แบบดั้งเดิมหรือเครื่องยนต์สันดาปประสิทธิภาพสูง
• ต้องการแบตเตอรี่ความจุสูง (โดยทั่วไปเป็นแบบนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์)

รูปแบบนี้พบได้น้อยในรถยนต์นั่งส่วนบุคคลในปัจจุบัน แต่ใช้กันอย่างแพร่หลายในรถดัมพ์เหมืองหิน รถโดยสาร และหัวรถจักร

2. ไฮบริดแบบขนาน

จดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2448 โดย วิศวกรชาวเยอรมัน Henri Pieper ไฮบริดแบบขนานเป็นรูปแบบที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน เป็นพื้นฐานของยานยนต์ไฮบริดอ่อนเกือบทั้งหมด ลักษณะสำคัญ ได้แก่:

• มอเตอร์ไฟฟ้าที่ทรงพลัง (โดยทั่วไป 10–15 กิโลวัตต์) ช่วยสนับสนุนเครื่องยนต์สันดาปภายในระหว่างการเร่งความเร็ว
• มอเตอร์ไฟฟ้ายังกู้คืนและเก็บพลังงานผ่านการเบรกแบบสร้างพลังงานคืน
• โดยทั่วไปจะใช้ CVT (เกียร์แปรผันต่อเนื่อง) หรือเกียร์ดาวเคราะห์
• แหล่งพลังงานได้แก่ แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนหรือลิเธียมโพลิเมอร์
• ต้องการความจุแบตเตอรี่น้อยกว่าเมื่อเทียบกับไฮบริดแบบอนุกรม ทำให้ต้นทุนต่ำลง

Honda ใช้แนวทางที่เป็นเอกลักษณ์ด้วยการติดตั้งกระปุกเกียร์แบบกลไกหกสปีดให้กับรถคูเป้แก๊ส-ไฟฟ้า CR-Z ผู้ผลิตรถยนต์บางรายกำลังสำรวจการใช้ ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ ซึ่งสามารถให้กำลังสูงมากในช่วงเวลาสั้นๆ เป็นทางเลือกแทนแบตเตอรี่แบบเดิม

3. ไฮบริดแบบอนุกรม-ขนาน

รูปแบบอนุกรม-ขนานผสมผสานองค์ประกอบของทั้งสองโครงสร้าง และเห็นได้ชัดที่สุดในรถ Toyota Prius และรุ่น Lexus ที่มีตัวอักษร «h» ทั้งหมดขับเคลื่อนด้วยระบบ HSD (Hybrid Synergy Drive) ของ Toyota

หลักการทำงาน:

• ระบบส่งกำลังแบบดาวเคราะห์ช่วยให้เครื่องยนต์สันดาปภายในและมอเตอร์ไฟฟ้าทำงานร่วมกันหรือแยกกันได้
• เครื่องยนต์สันดาปภายในขับเคลื่อนล้อพร้อมกับจ่ายไฟให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าในเวลาเดียวกัน
• ไม่จำเป็นต้องใช้กระปุกเกียร์แบบดั้งเดิม แต่ระบบอิเล็กทรอนิกส์ในรถจะควบคุมความเร็วของมอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแทน
• ผลลัพธ์คือ ECVT (เกียร์แปรผันต่อเนื่องแบบไฟฟ้า) ที่มอบการส่งกำลังที่นุ่มนวลและมีประสิทธิภาพ

รถยนต์ไฮบริดใช้เครื่องยนต์ประเภทใด?

รถยนต์ไฮบริดส่วนใหญ่ใช้เครื่องยนต์เบนซิน ซึ่งหลายรุ่นทำงานตามวัฏจักร Atkinson ซึ่งเป็นการออกแบบที่มีจังหวะอัดสั้นกว่า ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพทางความร้อนและลดการปล่อยมลพิษ สิ่งนี้ทำให้ไฮบริดเบนซิน-ไฟฟ้ามีประสิทธิภาพยอดเยี่ยมทั้งในแง่ของการประหยัดเชื้อเพลิงและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

แล้วทำไมไฮบริดดีเซล-ไฟฟ้าจึงไม่แพร่หลายมากกว่านี้? เหตุผลสำคัญบางประการ:

• ตลาดไฮบริดที่ใหญ่ที่สุด ซึ่งก็คืออเมริกาเหนือ มีประวัติการนำรถยนต์นั่งดีเซลมาใช้น้อย
• เครื่องยนต์ดีเซลมีต้นทุนการผลิตสูงกว่าเครื่องยนต์เบนซิน ซึ่งจะยิ่งผลักดันราคาพรีเมียมของรถไฮบริดที่สูงอยู่แล้วให้สูงขึ้นไปอีก
• เครื่องยนต์วัฏจักร Atkinson แบบเบนซินสามารถบรรลุประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมได้อยู่แล้วเมื่อจับคู่กับมอเตอร์ไฟฟ้า

นี่คือบทความที่แปลแล้ว คุณสามารถอ่านต้นฉบับได้ที่: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4df5.html