Connect
To Top

Jak działa hybryda?

Termin „samochód hybrydowy” oznacza w motoryzacji praktycznie zawsze auto z napędem spalinowo-elektrycznym. Jednak nie wszystkie pojazdy hybrydowe działają tak samo – współpracę silnika spalinowego i elektrycznego można zrealizować na różne sposoby, co wpływa na cechy użytkowe oraz osiągi pojazdów i stanowi kryterium podziału napędów hybrydowych.

Uważasz, że hybryda to nowość? Mylisz się.

Hybryda… Pierwsze samochody o napędzie spalinowo-elektrycznym skonstruowali Henri Pieper i Ferdynand Porsche już w 1900 roku. Ich koła były poruszane silnikami elektrycznymi, zasilanymi przez generator napędzany silnikiem spalinowym i akumulator, doładowywany prądem z generatora – taki układ nazywa się hybrydą szeregową. Obecnie system ten wykorzystuje się w samochodach elektrycznych, w których głównym źródłem energii jest akumulator, a silnik spalinowy umożliwia zwiększenie zasięgu (tzw. EREV, Extended Range Electric Vehicles), np. Chevrolet Volt. Zaletą tego rozwiązania jest prostota, wadą – spore straty przy dwukrotnej przemianie energii, z mechanicznej na elektryczną i z elektrycznej na mechaniczną.

Chevrolet Volt

Chevrolet Volt

Układ równoległy

Drugim, najpopularniejszym dziś rodzajem napędu hybrydowego są hybrydy równoległe. Jest to w zasadzie układ niewiele odbiegający od konwencjonalnego, ponieważ napęd przenoszony jest w nim z silnika spalinowego na koła mechanicznie poprzez skrzynię biegów. Rola silnika elektrycznego polega na wspomaganiu silnika spalinowego przy dużym obciążeniu, np. podczas przyspieszania. Silnik elektryczny zainstalowany jest zwykle na wale łączącym silnik spalinowy ze skrzynią biegów. Po odłączeniu silnika spalinowego możliwa jest jazda w trybie elektrycznym z wykorzystaniem prądu z akumulatora, który doładowywany jest w czasie pracy silnika spalinowego lub podczas hamowania odzyskowego, kiedy silnik elektryczny pracuje jako generator. Taką budowę mają np. hybrydy koncernu VW, np. Golf GTE czy Audi A3 Sportback e-tron. Istnieje też odmiana hybryd równoległych zwana TTR (Through The Road), w której silnik spalinowy napędza koła jednej osi, a elektryczny drugiej – taki układ wykorzystała np. firma Volvo w modelach V60 Plug-In Hybrid czy XC90 T8. Do hybryd równoległych należą jednostki określane jako mild hybrid, w których silnik elektryczny ma moc dużo niższą od mocy silnika spalinowego i pełni wyłącznie rolę wspomagającą, nie umożliwiając jazdy w trybie elektrycznym – przykładem takiej jednostki jest Suzuki SHVS.

A3 Sportback e-tron - hybryda Audi

A3 Sportback e-tron – hybryda Audi

Wadą hybryd równoległych w stosunku do szeregowych jest znaczna komplikacja i masa układu, który zawiera wszystkie elementy napędu konwencjonalnego, takie jak skrzynia biegów, sprzęgło (a nawet dwa lub trzy) itd., a oprócz tego silnik elektryczny, sterującą nim elektronikę i dodatkowy akumulator.

Rozwiązanie hybrydowe TTR

Rozwiązanie hybrydowe TTR

Układ szeregowo-równoległy

Kolejną możliwością jest układ szeregowo-równoległy. Stworzył go koncern Toyota. Sercem jednostki napędowej jest specjalna przekładnia planetarna, łącząca silnik spalinowy, generator i połączony z kołami silnik elektryczny. Przekładnia ta sumuje momenty obrotowe wytwarzane przez silnik spalinowy i elektryczny oraz dokonuje podziału prędkości obrotowej wału silnika spalinowego między koła i generator pełniąc tym samym rolę sterowanej elektronicznie, bezstopniowej skrzyni biegów. Podczas hamowania odzyskowego silnik elektryczny pełni rolę generatora, zaś przy uruchamianiu silnika spalinowego generator służy jako rozrusznik. Pracą obu maszyn elektrycznych steruje układ elektroniczny z wyrafinowanym oprogramowaniem, dzięki czemu hybrydowa jednostka Toyoty może pracować w trybie równoległym, szeregowym, szeregowo-równoległym albo czysto elektrycznym. Pozwala to dobrać parametry pracy napędu do aktualnych potrzeb wynikających z sytuacji i przekłada się na niskie zużycie paliwa przy dobrych osiągach. W praktyce np. jeżdżąc sporych rozmiarów SUV-em, a mianowicie Lexusem RX, który waży ponad dwie tony i posiada silnik o pojemności 3.5 V6 mogliśmy osiągnąć wynik na poziomie 8 litrów na sto kilometrów! Cały układ napędowy jest przy tym bardzo prosty i zawiera stosunkowo mało ruchomych części – nie ma w nim skrzyni biegów, sprzęgła, rozrusznika, alternatora, pasków klinowych, a dla uzyskania pożądanej dynamiki wystarcza niewysilony silnik wolnossący.

Hybryda w Prius

Hybryda w Prius

System Hybrid Synergy Drive został po raz pierwszy zastosowany w Toyocie Prius, a z czasem w kolejnych modelach marki – dziś już ponad 30, z czego w Polsce dostępne są Prius, Yaris Hybrid, Auris Hybrid, Auris Touring Sports Hybrid i RAV4 Hybrid. Uzupełnieniem Hybrid Synergy Drive jest napęd na cztery koła E-Four, zastosowany np. w Toyocie RAV4 – koła przednie napędzane są jednostką hybrydową, tylne zaś dodatkowym silnikiem elektrycznym.

Lexus LS. Silnik 5.0 i spalanie średnie około 11 litrów dzięki rozwiązaniu hybrydowemu

Lexus LS. Silnik 5.0 i spalanie średnie około 11 litrów dzięki rozwiązaniu hybrydowemu

Analogiczne rozwiązanie, nazwane Lexus Hybrid Drive, stosowane jest w hybrydowych wersjach luksusowej marki japońskiego koncernu. Hatchback Lexus CT 200h ma jednostkę napędową zbliżoną do zastosowanej w hybrydowych kompaktach Toyoty, zaś napęd AWD w crossoverach Lexus RX i mniejszym NX wykorzystuje opisany powyżej system E-Four. Rozwiązania stosowane w Lexusach z napędem na tylne koła, takich jak IS, GS i LS, obejmują modyfikacje umożliwiające przenoszenie napędu na tylną oś za pomocą wału napędowego. W modelach o największej mocy zastosowano dodatkową automatyczną skrzynię biegów, pozwalającą lepiej wykorzystać możliwości jednostki napędowej przy dużych prędkościach i uzyskać większą prędkość maksymalną – w Lexusach GS 450h i LS 600h jest to przekładnia dwubiegowa, a w LC 500h czterobiegowa).

Układ hybrydowy w Lexusie LS

Układ hybrydowy w Lexusie LS

Plug-In

Każdy z wymienionych rodzajów napędu hybrydowego może występować w odmianie Plug-In, wyposażonej w akumulator trakcyjny o znacznie większej pojemności, który można doładowywać z sieci. Zapewnia to większy zasięg w trybie elektrycznym, zwykle rzędu 20-50 kilometrów). Warto zauważyć, że w „zwykłych” hybrydach źródłem całej energii (w tym odzyskiwanej podczas hamowania) jest silnik spalinowy – nie ładuje się ich z sieci. Dotychczas mogliśmy jeździć hybrydą typu Plug-In w modelu Mitsubishi Outlander PHEV. Auto spisywało się świetnie i rzeczywiście rozwiązanie to miało (i ma) sens, aczkolwiek cena samochodu wyposażonego w taką technologię jest znacznie wyższa dlatego aby koszt jej zakupu się zwrócił musielibyśmy bardzo dużo podróżować.

Outlander PHEV - testowana przez nas hybryda Plug-in

Outlander PHEV – testowana przez nas hybryda Plug-in

Hybryda – dobra alternatywa dla silników Diesla.

Skąd pomysł na tego typu artykuł? Wszystko to za sprawą aut marki Lexus, które miałem okazję testować. Zazwyczaj do tego rozwiązania podchodziłem sceptycznie, jednak dzięki pokonaniu kilkunastu tysięcy kilometrów hybrydami mogę już dziś śmiało stwierdzić, że to świetna alternatywa dla (zazwyczaj, chociaż to nie reguła) skomplikowanego i hałaśliwego Diesla lub benzyny, która spala duże ilości paliwa. Jest to pierwszy artykuł z tej serii. Jeśli się Wam spodoba stworzę kolejne – zrobię rozeznanie w tego typu silnikach, zapytam właścicieli tych aut jak sprawują się po pokonaniu np. 50, 100, 200 tys. kilometrów, jakie napotkali problemy i tak dalej. Będę chciał przeprowadzić także wywiad z przedstawicielem marki Lexus, najlepiej specjalistą, który odpowie na różne pytania dotyczące układów hybrydowych oraz oczywiście opiszę także swoje własne wrażenia z jazdy autami z takim silnikiem.

Hybryda - silnik w Toyocie Prius

Hybryda – silnik w Toyocie Prius

More in Nauka