عندما قارنّا أربعة رواد هجينة، ترك واحد منهم الآخرين وراءه

قبل أن تصبح السيارات الهجينة هي القاعدة، أظهرت هذه السيارات الأربع مدى سرعة تطور التكنولوجيا.

[ظهرت هذه القصة في الأصل في عدد مايو 2004 من MotorTrend بعنوان "حالة الاتحاد الهجين."] كانت أول سيارتين هجينتين تعملان بالغاز والكهرباء متاحة في الولايات المتحدة بمثابة قفزات تكنولوجية، حيث كانت بعيدة جداً عن النماذج التقليدية لبناء السيارات. لقد أدهشنا شكل هوندا إنسايت الانسيابي، وبنيتها الغريبة من الألمنيوم، وأرقام وكالة حماية البيئة المذهلة.

ثم أُعجبنا بالعديد من المحركات الكهربائية في تويوتا بريوس وشاشات تدفق الطاقة التي تشبه ألعاب الفيديو. ولكن بمجرد أن تلاشى الإعجاب الأولي، لم نستطع إلا أن نلاحظ أن هذه السيارات لم تكن مرضية للغاية للقيادة يومًا بعد يوم.

كانت إنسايت ذات المقعدين هي الأولى في السوق في أواخر عام 1999، ووصلت سيارة بريوس السيدان بعد فترة وجيزة. كانت كل منهما تتسارع مثل سيارة اقتصادية من عقد سابق. كلاهما كانت تسير على إطارات عالية الكفاءة صلبة للغاية تقدم قبضة ضئيلة وتتابع أخاديد الطريق بحماس متطرف. كانت كلتا السيارتين تتسارعان وتكبحان في كثير من الأحيان بطريقة غير سلسة وغير خطية حيث كانت مساعدة المحرك الكهربائي تتداخل وتخرج.

كانت تعليقاتها أيضًا مضبوطة من أجل الكفاءة العالية. زاوية الكاستر الأمامية الدنيا ومساعدة التوجيه الكهربائية اجتمعت لتقليل ردود الفعل من التوجيه، وكانت السيارات تتطلب تصحيحًا مستمرًا للبقاء في حارة الطريق السريع. والأسوأ من ذلك، أن البشر العاديين، وليس فقط المختبرين الثقيلين من المجلات، لم يحققوا أرقام كفاءة الوقود العالية التي سجلتها وكالة حماية البيئة.

أخيرًا، اتفق معظم المحللين الموضوعيين في صناعة السيارات على أنه حتى محاسبي إنرون لم يتمكنوا من استحضار الأرقام الإيجابية من تكاليف التصميم والتطوير والتصنيع المستثمرة في هذه السيارات التي تقل عن 21,000 دولار. حتى في hindsight، يبدو أن شعورنا بالملل الأولي كان مبررًا.

تقدم سريعًا خمس سنوات نموذجية - وأصبح المشهد الهجين على وشك التغيير بشكل كبير. نحن نتجاوز فئة "تجربة علمية" هنا. لم تعد هذه التكنولوجيا محصورة في سيارات اقتصادية صغيرة وغريبة الشكل تتطلب من المالكين التضحية بالقدرة على القيادة أو الراحة على مذبح الاقتصاد والبيئة. بدلاً من ذلك، على وشك أن تأخذ المساعدة الكهربائية مكانها جنبًا إلى جنب مع الشحن الفائق والتوربو كوسيلة لتعزيز أداء السيارات العادية عالية الحجم بكفاءة بينما ترفع بهدوء إحصاءات متوسط كفاءة الوقود للشركات (CAFE).

لذا بدا أن الوقت مناسب للنظر في مدى تقدم الهجينة وأين تتجه.

الحالة الحالية لفن كفاءة الوقود

لم يظهر المشترون الرئيسيون للسيارات والشاحنات أي حماس حقيقي للسيارات ذات الكفاءة في استهلاك الوقود، لكن حكومتنا تعتقد أننا بحاجة إليها، لذا فهي ترفع معايير كفاءة الوقود المتوسطة للشاحنات الخفيفة من 20.7 ميل لكل جالون إلى 21.0 ميل لكل جالون لعام 2005، و21.6 ميل لكل جالون لعام 2006، و22.2 ميل لكل جالون لعام 2007. ستبقى كفاءة الوقود للسيارات عند 27.5 ميل لكل جالون، على الأقل في الوقت الحالي. المركبات ذات الكفاءة العالية قادمة سواء أردنا ذلك أم لا.

إذا تحدثت مع مهندس سيارات عن كفاءة الوقود، سيعترف معظمهم أنه عند تصميم مركبة لتلبية أهداف معينة من الحجم والوزن والأداء، فإن الانتقال من محرك البنزين التقليدي إلى محرك أصغر مدعوم بمحرك كهربائي وبطارية مع إعادة شحن متجددة سيوفر توفيرًا في الوقود يبلغ حوالي 25 في المئة. كما أن التحول من ذلك المحرك الأصلي الذي يعمل بالغاز إلى محرك ديزل بنفس القوة سيوفر أيضًا حوالي 25 في المئة. في أغسطس 2002، اختبرنا هذه الادعاءات حول تكافؤ الديزل والهجين من خلال إرسال سيارة فولكس فاجن جيتا ديزل في حلقة قيادة مختلطة بطول 402 كيلومتر مع تويوتا بريوس وهوندا سيفيك هايبرد بحجم مماثل. تراوحت كفاءة الوقود المتوسطة في الحلقة من 39.4 ميل لكل جالون (هوندا) إلى 42.3 ميل لكل جالون (فولكس فاجن)، وتفاوتت التسارع إلى 96 كيلومتر في الساعة من 12.7 ثانية (تويوتا) إلى 13.8 ثانية (فولكس فاجن).

بالطبع، ستوفر الهجينة التي تعمل بالديزل اقتصادًا أفضل في استهلاك الوقود، لكن مستقبل محركات الديزل في هذا البلد غير مؤكد. تهدد اللوائح الجديدة الصارمة بشأن الانبعاثات بحظر محركات الديزل في المركبات الخفيفة، ما لم يحدث تقدم تكنولوجي يقلل بشكل كبير من انبعاثات الجسيمات (السخام) وأكاسيد النيتروجين (NOx). دخلت هذه اللوائح حيز التنفيذ هذا العام في الولايات التي تتبع معايير كاليفورنيا، وستبدأ في التوسع على مستوى البلاد بحلول عام 2008، وهو ما يفسر لماذا تبحث المزيد من شركات صناعة السيارات عن الهجينة التي تعمل بالبنزين لتعزيز أرقام CAFE الخاصة بها.

لقد سلكت تويوتا وهوندا طرقًا مختلفة بشكل ملحوظ في هذا المجال الهجين. نظام المساعدة المتكاملة للمحرك (IMA) من هوندا في إنسايت وهوندا سيفيك هايبرد بسيط وأنيق في تشغيله - حيث يتم وضع محرك كهربائي بين المحرك التقليدي وناقل الحركة، إما يدوي بخمس سرعات أو ناقل حركة متغير باستمرار (CVT).

يتم توفير الوقود عن طريق إيقاف تشغيل المحرك عند التوقف أو الانزلاق، وتقليل حجم المحرك والاعتماد على المحرك الكهربائي للمساعدة في التسارع. يتم تشغيل المحرك بواسطة الطاقة المخزنة أثناء التباطؤ والفرملة عندما يعمل المحرك كمولد، مما يعيد شحن بطارية على متن السيارة. (الهجينة اليوم لا يتم توصيلها لإعادة الشحن.) لا يمكن لهجينة هوندا التسارع بالطاقة الكهربائية وحدها.

نظام تويوتا للدفع الهجين (HSD) أكثر تعقيدًا. المحرك الغازي فريد من نوعه، حيث يستخدم مكونات داخلية خفيفة الوزن ومنخفضة الاحتكاك مصممة للعمل بسرعة قصوى تبلغ 5000 دورة في الدقيقة فقط. يعزز نسبة الضغط الميكانيكية البالغة 13.0:1 الكفاءة، لكن صمامات السحب تغلق في وقت متأخر جدًا مما يجعل خليط الهواء والوقود يتعرض لضغط 9.5:1 فقط، مما يسمح للمحرك بالعمل على الوقود العادي. يسمح ناقل الحركة الأوتوماتيكي الكوكبي الفريد للسيارة بالتسارع من السكون حتى أكثر من 48 كم/ساعة بالطاقة الكهربائية فقط إذا تسارع السائق برفق، مما يضيف بشكل كبير إلى توفير الوقود مقارنة بما تحققه الهجينة المعتدلة من هوندا. إذا ضغطت بعمق، فإن المحرك الغازي يدخل في العمل. إذا ضغطت على دواسة الوقود بالكامل، يتحول المولد المنفصل للعمل كمحرك إضافي لمزيد من المساعدة. تكون وفورات الوقود أقل بكثير عند سرعات الطرق السريعة، حيث يجب أن يعمل المحرك باستمرار، مما يفسر لماذا تكون نتائج EPA لسيارة بريوس هي الأعلى في اختبار المدينة.

تظهر تقنيات توفير الوقود الأخرى مثل ناقلات الحركة المتغيرة باستمرار وناقلات الحركة ذات الست أو السبع سرعات، وتعطيل الأسطوانات، وحقن البنزين المباشر، ومحركات نسبة الضغط المتغيرة، وحتى محركات البنزين ذات الاشتعال بالضغط، في السوق أو قيد التطوير، لكن القليل منها يعد بتجاوز تحسين الهجينة بنسبة 25%.

هل أصبحت الهجينة سيارات حقيقية بعد؟

قد يكون تصميم سيارة بريوس 2004 جذابًا بما يكفي لجذب الأشخاص الذين لا يهتمون بالتكنولوجيا أو اقتصاد الوقود لتجربة القيادة.

سوف يكتشف هؤلاء الأشخاص سيارة فسيحة ومريحة تتسارع بشكل معقول (حيث تستغرق 10.2 ثانية للوصول إلى 96 كم/ساعة مع شحن البطاريات، وهي أسرع بـ 2.2 ثانية من بريوس 2003 التي تم اختبارها في نفس اليوم) وتتحرك على الطريق بشكل أكثر سلاسة وهدوءً مع حاجة أقل للتوجيه. تمنح الإطارات الأكبر (P185/65R15 مقابل P175/65R14) سيارة بريوس الجديدة معالجة ديناميكية أكثر تأكيدًا، على الرغم من أن نظام التحكم في الثبات الاختياري (والعدواني) في سيارتنا الاختبارية منعنا من قياس التحسن في اختبارات الانزلاق والانزلاق الجانبي.

من خلال إدخال تقنية الفرامل بالأسلاك وتحسين الحواسيب التي تدير المحركات المختلفة والمولدات والفرامل الاحتكاكية أثناء التسارع والفرملة، تعمل بريوس الجديدة بشكل أكثر سلاسة، مما يجعل السائق أقل وعيًا بالتبادلات المختلفة التي تحدث بين الأجهزة الكهربائية والميكانيكية. يشعر نظام التوجيه الكهربائي بأنه أكثر طبيعية، على الرغم من أنه لا يتطابق تمامًا مع أفضل الأنظمة الهيدروليكية.

هندسة هوندا سيفيك هايبرد هي أيضًا جهاز أكثر تنقيحًا وسهولة في الاستخدام مقارنةً بـ Insight الذي يزن 853 كجم. تجعل الإطارات الصلبة للسيارة ذات المقعدين والفارق البالغ 10.9 سم في عرض المسار الأمامي والخلفي قيادتها صعبة على الطرق المموجة أو المتعرجة، وتُشعر المطبات بالتفاصيل الدقيقة. الزجاج الجانبي الرقيق والعزل الصوتي المحدود لا يفلتران الضوضاء الناتجة عن الرياح والطرق، ويشعر السائق بالضعف إلى حد ما عند مشاركة الطريق مع سيارات الدفع الرباعي الكبيرة. بينما كانت سيارة Insight الأسرع في اجتياز اختبار السلم (101.4 كم/ساعة مقابل 100.4 كم/ساعة لأفضل سيفيك)، فإن ردود الفعل على التحكم نادرًا ما تغري السائق لتجربة مناورات قيادة بطولية.

بالمقابل، تبدو سيفيك وتقود مثل سيارة عادية، حيث تسير بشكل مستقيم على معظم الطرق مع الحد الأدنى من التوجيه. تمتص المطبات بشكل أفضل مما يمكن أن تفعله Insight، لكنها لا تصل إلى جودة ركوب تويوتا بريوس الجديدة. مع ناقل الحركة المتغير باستمرار، تتسارع هوندا بسلاسة تقريبًا مثل تويوتا، على الرغم من أنها أبطأ قليلاً في الوصول إلى 100 كم/ساعة (في 12.1 ثانية). عند الضغط على المكابح، تتباطأ سيفيك بتلك الحركة الهجينة المعروفة حيث يأتي ويذهب تجديد البطارية.

يجب أن تلاحظ أي مناقشة حول أرقام التسارع الطبيعة الزائلة للطاقة الهجينة. عند صعود جبل بايكس، ستستنفد البطارية تحت خط الأشجار، وتستمر مع محرك البنزين الصغير الذي يلهث للحصول على الهواء. قمنا باختبار كل من هذه السيارات مع استنفاد بطاريتها قدر الإمكان ورأينا أوقات التسارع من 0 إلى 100 كم/ساعة تنخفض بمقدار 1.3 و1.5 ثانية لسيارات هوندا و3.3 و4.7 ثانية لسيارات بريوس.

لا تتطلب تويوتا ولا هوندا أي صيانة دورية للبطارية أو مكونات الدفع الهجين، ويتوقع كل منهما أن تدوم حزمة البطارية لأكثر من 160,000 كم.

أما بالنسبة للاقتصاد في استهلاك الوقود في العالم الحقيقي، فلا يزال هناك فجوة كبيرة بين أرقام وكالة حماية البيئة والواقع (انظر الشريط الجانبي). وما زلنا نشك في أن أيًا من هذه السيارات تُباع وفقًا لمفهوم الربحية التقليدي. في الواقع، نعتقد أن بريوس الجديدة، التي تبدأ بسعر 20,510 دولارًا، هي السيارة الأكثر دعمًا في السوق اليوم.

النظرة طويلة المدى حقًا

عند سؤال التنفيذيين في صناعة السيارات للنظر في كراتهم البلورية، سيقول الكثيرون إنهم يرون العالم يتحرك نحو اقتصاد الهيدروجين، مع خلايا الوقود كهدف نهائي. ستكون هذه المركبات التي تعمل بخلايا الوقود هجينة، تجمع بين الهيدروجين والهواء كوسيلة أساسية لتوليد الكهرباء، ولكنها تعتمد على نوع من جهاز تخزين الطاقة على متنها كاحتياطي. ستسمح هذه البطارية أو المكثف أو العجلة الطائرة أو أي شيء آخر للمركبة بالانطلاق بينما تسخن خلايا الوقود الباردة وتبدأ في العمل، وستوفر تسارعًا فوريًا عند الطلب (لا يمكن لخلايا الوقود توفير دفعات كبيرة من الطاقة بالسرعة التي اعتاد عليها السائقون من محركات البنزين الخاصة بهم). بالطبع، ستخزن أيضًا الطاقة المستردة أثناء الكبح.

من المنطقي أن تكون الشركة التي لديها أكبر خبرة في ضبط ودمج الهجينة الغازية/الكهربائية في أفضل وضع لتصميم وتطوير مركبات خلايا الوقود التي تقود مثل السيارات والشاحنات العادية بمجرد نضوج التكنولوجيا وبدء البنية التحتية. إذا كان ذلك المستقبل على بعد خمس سنوات، سنراهن على تويوتا. ربما يكون على بعد 25 عامًا على الأقل، لكن بقية الصناعة لا تزال بحاجة إلى اللحاق بالركب. في هذه الأثناء، استمتع بالأداء المتزايد والاقتصاد في سيارتك الهجينة أو شاحنتك أو "يوتي".

ماذا بعد للهجينة؟

نظرًا لضغوط CAFE على الشاحنات والإمكانات الربحية الكامنة في هذا القطاع، ليس من المستغرب أن معظم النشاط الهجين في السنوات القادمة سيكون في قطاع الشاحنات. هذا الخريف، ستقوم تويوتا بتعزيز نظام HSD الخاص بها للاستخدام في لكزس RX 400h، تليها تويوتا هايلاندر هايبرد في أوائل عام 2005. التكنولوجيا متطابقة مع تلك الموجودة في بريوس، ولكن ناتج البطارية والمحرك الكهربائي سيتم مضاعفته، وسيتم استبدال المحرك رباعي الأسطوانات سعة 1.5 لتر بمحرك V-6 سعة 3.3 لتر. يُقال إن الناتج المشترك يتجاوز 270 حصانًا مع كفاءة وقود أفضل من متوسط 27.6 ميل لكل جالون للسيارات المدمجة الحالية، مما يعادل مدى يصل إلى 965 كيلومترًا. ستتلقى الطرازات ذات الدفع الرباعي محركًا كهربائيًا إضافيًا لتزويد العجلات الخلفية بالطاقة لتحسين الجر وتسريع أسرع (توقع أوقات منخفضة تصل إلى سبع ثوانٍ للوصول إلى 96 كم/ساعة)؛ فقط لا تتوقع تسلق مسار روبكون. قد تقوم تويوتا أيضًا بتكييف HSD للاستخدام في شاحنتها البديلة القادمة Tundra.

هذا الصيف، ستبدأ فورد إنتاج Escape Hybrid، والتي ستجمع بين محرك رباعي الأسطوانات سعة 2.3 لتر وناقل حركة CVT كوكبي يستخدم محركين كهربائيين تمامًا كما تفعل تويوتا HSD، باستثناء أن خيار الدفع الرباعي سيكون ميكانيكيًا، وليس كهربائيًا. تضيف الأجهزة الهجينة 90 كيلوجرامًا، لكنها توفر أداءً مشابهًا لـ V-6 مع كفاءة وقود في المدينة تقدر بـ 35 إلى 40 ميل لكل جالون. سيكون سحب المقطورات محدودًا إلى 454 كيلوجرامًا. لم يتم تحديد الأسعار بعد، لكن فورد تعترف بأنها ستدعمها إلى حد ما.

هذا الخريف، ستقوم هوندا بدمج نظام IMA الخاص بها مع محرك V-6 في أكورد، وسيكون المحرك قادرًا على العمل بثلاث أسطوانات عندما لا تكون هناك حاجة إلى الستة. يُقال إن هذه المجموعة توفر كفاءة وقود مشابهة لتلك الموجودة في سيفيك مع أداء يتفوق على أداء أكورد V-6 العادي.

تقوم جنرال موتورز حاليًا بإنتاج نظام هجين خفيف لعملاء شاحنات الفليت (ستبدأ المبيعات بالتجزئة في وقت لاحق من هذا العام). يعمل النظام مثل IMA الخاص بهوندا، حيث يدمج محركًا بقوة 19 حصانًا في محول العزم لناقل الحركة 4L60E المتصل بمحرك V-8 سعة 5.3 لتر. من خلال إيقاف المحرك أثناء الخمول والتباطؤ، واستخدام المحرك لتسهيل قفل محول العزم عند السرعات المنخفضة، يوفر النظام فائدة في كفاءة الوقود تتراوح بين 10-12 بالمائة. لكن الجاذبية الرئيسية للجمهور المستهدف - المقاولون - هي مولد 120 فولت بقوة 14,000 واط المدمج في النظام. سيضيف النظام حوالي 2500 دولار إلى سعر شيفروليه سيلفرادو أو جي إم سي سييرا.

سيكون مشروع جنرال موتورز التالي للهجين الخفيف هو استبدال بدء التشغيل والمولد في ساتورن فيو 2006 وشيفروليه ماليبو 2007 بمحرك كهربائي مدفوع بالحزام بقوة تسعة حصان. تتوقع جنرال موتورز رؤية توفير في الوقود يتراوح بين 12 إلى 15 بالمائة من هذا النظام، بالاقتران مع CVT.

ستظهر الهجينة الكاملة في سيارات جنرال موتورز الكبيرة الحجم لعام 2007 وفي الشاحنات الكبيرة بعد عام. لم يتم الكشف عن تفاصيل تقنية كثيرة بعد، لكننا نعلم أن النظام يتضمن حزمة ضمن مساحة ناقل حركة أوتوماتيكي تقليدي ويشمل مجموعتين من التروس الكوكبية، كل منها يحتوي على محرك كهربائي بقوة 25-30 حصانًا داخل أو متصل بتروسها الشمسية.

معًا، يوفرون نطاق تروس غير محدود يمتد من 4.0:1 إلى 0.6:1. بالعمل بالتعاون مع محرك V-8 يمكنه إيقاف أربعة أسطوانات، يُقدر إجمالي توفير الوقود بنسبة تتراوح بين 25 إلى 35 بالمائة.

في معرض ديترويت في يناير، عرضت مرسيدس-بنز مفهوم S-Class مزودًا بمحرك V-6 ونظام هجين ذو محركين قادر على السير بسرعة 80 كم/ساعة فقط باستخدام الطاقة الكهربائية. كان الناتج الإجمالي يُزعم أنه 309 حصان، وهو كافٍ للوصول إلى 96 كم/ساعة في 7.5 ثوانٍ والوصول إلى سرعة قصوى تبلغ 250 كم/ساعة، مع استخدام وقود أقل بنسبة 20 بالمائة من S-Class V-8. كما كشفت ميتسوبيشي عن مفهوم Eclipse الخاص بها مع مجموعة نقل حركة E-Boost، تتكون من محرك V-6 سعة 3.8 لتر بقوة 269 حصانًا يدفع العجلات الأمامية ومحرك كهربائي بقوة 201 حصان يدفع العجلات الخلفية. نشك في أن هذا النوع من الهجين "عبر الطريق" (حيث يرتبط المحرك والمحرك الكهربائي فقط عبر الطريق) سيكون أكثر صعوبة في الضبط للعمل بسلاسة وقد يكون أقل احتمالًا للإنتاج.