Pojazdy hybrydowe są obecne na światowych drogach od ponad trzech dekad, a ich łączna liczba stale rośnie. Choć na początku nie wiązano z nimi wielkich nadziei, a nawet dziś wielu uważa je za ewolucyjny ślepy zaułek, to wydaje się, że technologia ta będzie z nami przez bardzo długi czas. W dzisiejszym artykule przedstawiamy różne popularne typy pojazdów hybrydowych i sposób ich działania.

Napęd hybrydowy – definicja

Zgodnie z ogólnie przyjętą definicją, samochód hybrydowy to pojazd, który pozyskuje energię potrzebną do jego napędu z kilku źródeł działających na różnych zasadach. Oznacza to więc, że za hybrydy należy uznać nie tylko pojazdy benzynowo-elektryczne i spalinowo-elektryczne, ale wszystkie rozwiązania napędowe, w których energię dostarczają co najmniej dwa źródła o różnych zasadach technologicznych.

Rys historyczny

Może trudno w to uwierzyć, ale pierwszy hybrydowy samochód osobowy pochodzi z XIX w. W 1899 r. Ferdinand Porsche zaprezentował samochód, który wytwarzał energię za pomocą silnika benzynowego do zasilania silnika elektrycznego napędzającego przednie koła. Był to Lohner-Porsche Mixte. Pojazd zyskał niemałą popularność i wyprodukowano go aż 300 sztuk.

Na samym początku XX w. samochody hybrydowe i czysto elektryczne konkurowały z samochodami napędzanymi benzyną, podobnie jak dziś – zwłaszcza w Europie. Nastąpiła jednak zmiana, która przypieczętowała los alternatywnych napędów – przynajmniej tymczasowo.

W 1904 r. Henry Ford uruchomił swoją pierwszą linię montażową i zaczął sprzedawać Model T po bardzo niskiej cenie. Technologia hybrydowa i elektryczna nie były w stanie konkurować z drastycznym spadkiem cen, więc wszyscy zostali zmuszeni do pójścia za przykładem Forda. Na ponad pół wieku samochody hybrydowe zostały całkowicie zapomniane.

Jednak kryzys naftowy w latach 70. uświadomił światu, że benzyna może nie być z nami na zawsze, więc rządy większości głównych mocarstw zachęciły producentów do ponownego odkrycia alternatywnych napędów. Na ulicach pojawiło się kilka zbłąkanych pojazdów elektrycznych, takich jak Toyota RAV 4 EV lub GM EV1, ale aż do 1997 r. nie było żadnych samochodów hybrydowych. W jakim stopniu było to spowodowane lobby naftowym, a w jakim sytuacją technologiczną, ciężko powiedzieć, ale faktem jest, że żaden z producentów samochodów nie widział wielkiego sensu w mieszanych układach napędowych.

W 1997 r. Toyota przełamała lody: zaprezentowała pierwszą generację Priusa z napędem zarówno benzynowym, jak i elektrycznym. Teraz trudno to sobie wyobrazić, ale w tamtym czasie zarówno profesjonaliści, jak i laicy uważali pomysł Japończyków za niedorzeczny i rozczarowująco nieopłacalny, a większość z nich spodziewała się, że model nie przetrwa nawet roku w seryjnej produkcji. Od tego czasu model Prius wchodzi już w piątą generację, a w międzyczasie technologia hybrydowa zyskała na popularności i stała się bardziej rozpowszechniona.

Przeznaczenie napędu, klasyczna konstrukcja

Nie jest tajemnicą, że Toyota dążyła do rozpowszechnienia napędu hybrydowego, ponieważ chciała zaoferować przyjazną dla środowiska alternatywę użytkownikom samochodów osobowych z silnikami benzynowymi i wysokoprężnymi.

Innowacyjny układ napędowy Priusa został opracowany przez Toyotę właśnie po to, aby technologia mogła się jak najszybciej rozprzestrzenić, ale producenci uznali to za tak bezcelowe, że nikt nie był zainteresowany nawet modelem typu open-source.

Jednak w ciągu dekady wszyscy producenci mieli już co najmniej jeden model hybrydowy lub byli w trakcie jego opracowywania. Prius nie tylko działał, ale stał się hitem sprzedaży, zwłaszcza od drugiej generacji.

Rozwiązanie Toyoty naprawdę sprawiło, że samochód zużywał mniej benzyny niż jego odpowiedniki podobnej wielkości i był w stanie pracować wyłącznie z napędem elektrycznym przy niskich prędkościach, co okazało się zbawienne dla ruchu miejskiego.

Napęd obejmuje klasyczny silnik Otta, planetarny układ łączący silnik elektryczny z silnikiem spalinowym oraz większy akumulator, który magazynuje energię dla silnika elektrycznego i może być ładowany podczas jazdy. Pierwsze generacje wykorzystywały niklowo-metalowe akumulatory hybrydowe, po czym Toyota przeszła na akumulatory litowo-jonowe, które od tego czasu stały się standardem branżowym.

Początkowo największym wyzwaniem była optymalna współpraca obu napędów – dziś jest ona już w pełni dojrzała, a dwa różne źródła energii mogą współpracować niezwykle harmonijnie. Przekładnia planetarna w napędzie została później zastąpiona przekładnią CVT przez wszystkich producentów, w tym Toyotę.

Rodzaje napędów hybrydowych

Pod względem sposobu działania, pojazdy hybrydowe można podzielić na kilka grup – dwie najważniejsze z nich to szeregowe i równoległe napędy hybrydowe.

Hybryda szeregowa

Najważniejszą cechą tych samochodów jest to, że chociaż mają silnik spalinowy, nie jest on bezpośrednio połączony z mechanicznym układem napędowym. Można również powiedzieć, że silnik spalinowy nie napędza samochodu, a jedynie generator, który wytwarza energię elektryczną dla silnika elektrycznego, akumulatora i innych odbiorników. Podczas hamowania silnik elektryczny działa jak generator i zasila akumulator, jeśli nie jest on w pełni naładowany.

Szeregowa hybryda jest prostszą konstrukcją, ale ma swoją cenę: tylko 50-60% mocy silnika spalinowego jest wykorzystywane ze względu na dużą ilość konwersji energii. Należy jednak zauważyć, że ponieważ silnik spalinowy nie ma mechanicznego połączenia z napędem, może on stale pracować z optymalną prędkością, a dzięki temu jego wydajność jest nadal lepsza niż w przypadku napędu bezpośredniego.

Hybryda równoległa

W tym bardziej skomplikowanym rozwiązaniu zarówno silnik spalinowy, jak i elektryczny mogą bezpośrednio uczestniczyć w napędzie, nawet osobno. Oba układy mogą wytwarzać energię niezależnie, ale ich wyjścia spotykają się we wspólnej przekładni.

Wymaga to bardzo przemyślanej i precyzyjnej skrzyni biegów, co niekoniecznie jest korzystne dla kosztów produkcji, ale skutkuje znacznie lepszą sterownością – a dzięki temu można uzyskać wyraźne oszczędności paliwa w porównaniu z hybrydą szeregową.

W większości konstrukcji silnik elektryczny i generator tworzą jedną jednostkę i zastępują zarówno tradycyjny rozrusznik, jak i generator. Wiele z tych samochodów nie ma już nawet mechanicznego biegu wstecznego, a jedynie bieg wsteczny w trybie elektrycznym (Toyota, Lexus).