Co to jest napęd hybrydowy?

Tajemniczo brzmiące i coraz modniejsze określenie „napęd hybrydowy” oznacza po prostu połączenie więcej niż jednego rodzaju napędu. W motoryzacji jest to wspomaganie tradycyjnego silnika na paliwo ropopochodne innym źródłem, najczęściej elektrycznym. Hybrydy zyskują na popularności z powodu rosnących kosztów „tradycyjnego” paliwa i kurczeniem się jego zasobów. Te dwie sprawy są zresztą ze sobą powiązane, a wpływ na ceny ropy ma rzecz jasna także sytuacja polityczna w wielu regionach świata.

Istotną rolę odgrywa także społeczny wizerunek hybryd, postrzeganych jako nowoczesne i przede wszystkim ekologiczne rozwiązanie. To poważny argument we współczesnym świecie, w którym ochrona środowiska zyskuje na znaczeniu. Oto ogólne założenia napędów hybrydowych oraz zalety i wady takiej technologii.

Energia z hamowania

W przypadku samochodów drogowych napęd hybrydowy jest stosowany głównie po to, by ograniczyć zużycie tradycyjnego paliwa. Z kolei maszyny sportowe – zarówno cywilne, jak i wyczynowe – wykorzystują moc dodatkowego napędu do zwiększenia osiągów. Dzieje się tak chociażby w Formule 1 oraz wyścigach długodystansowych (jak 24h Le Mans).

Ogólna koncepcja opiera się na wykorzystaniu energii, która w zwykłym samochodzie jest po prostu marnowana. Jest ona zamieniana na energię elektryczną, która uzupełnia pracę tradycyjnego silnika spalinowego lub go zastępuje, np. przy jeździe z niskimi prędkościami.

Podstawowym źródłem dodatkowej energii jest hamowanie. Silnik elektryczny, działający także jako generator, zamienia energię kinetyczną na elektryczną. W ten sposób ładowane są baterie, a kiedy pojawia się konieczność wykorzystania zmagazynowanej energii, prądnica z powrotem zaczyna pracować jako silnik i uzupełnia bądź zastępuje jednostkę spalinową.

Zalety napędu hybrydowego

Jednym tchem można wymienić obniżenie zanieczyszczeń czy ograniczenie hałasu, oczywiście w trybie pracy elektrycznej. Dlatego w niektórych miastach, w których ruch samochodów w centrum jest mocno ograniczony, auta hybrydowe mogą liczyć na ulgowe traktowanie. Hybrydy zużywają mniej paliwa, a generator pobierający energię podczas hamowania wspomaga sam proces wytracania prędkości, ograniczając zużycie normalnego układu hamulcowego.

Rządy niektórych państw aktywnie wspierają rozwój napędów alternatywnych i stosują różne ulgi bądź inne zachęty finansowe dla nabywców takich pojazdów. W innych krajach, które nie dostrzegają takiej potrzeby bądź nie mogą sobie pozwolić na preferencyjne traktowanie, wyższa cena samochodów hybrydowych staje się dość istotną wadą.

Wady napędu hybrydowego

Poza wspomnianą już ceną – która, jak podkreślamy, nie na każdym rynku jest wadą – samochody hybrydowe są cięższe i bardziej skomplikowane niż tradycyjne auta. Większa masa zabiera część korzyści wynikających z mniejszego spalania oraz tłumi osiągi. Upakowanie wszystkich elementów układu hybrydowego też nie jest proste, natomiast między bajki należy włożyć teorie o jakichkolwiek niebezpieczeństwach towarzyszących eksploatacji takiego samochodu.

Przeciwnicy napędów hybrydowych przywołują także argument utylizacji zużytych baterii gromadzących energię. Ponadto w niektórych elementach układów hybrydowych wykorzystuje się rzadkie metale, których ceny gwałtownie rosną. W przypadku hybryd, które mogą być ładowane poprzez podłączenie do zewnętrznej sieci elektrycznej, dochodzi jeszcze kwestia pochodzenia prądu. Trudno mówić o ekologicznym podejściu, jeśli nowoczesną hybrydę ładujemy prądem z elektrowni opalanej węglem.

Hybrydy w sporcie

Rozwiązania hybrydowe są stosowane w najważniejszych seriach wyścigowych świata. W Formule 1 w sezonie 2009 oraz 2011-2013 stosowano układ KERS. Energia pozyskiwana z hamowania była dostępna na żądanie kierowcy, na poziomie 80 KM dostępnych przez siedem sekund na okrążeniu. Od 2014 roku układy hybrydowe w F1 są znacznie bardziej zaawansowane. System kinetyczny nadal pobiera energię z hamowania, ale dodano jeszcze system połączony z turbosprężarką. Dozwolone wykorzystanie energii jest równe mocy 160 KM przez 33 sekundy na okrążeniu, a jej dozowanie odbywa się automatycznie.

Z kolei w wyścigach długodystansowych, gdzie obecnie na placu boju pozostała tylko Toyota, kilka lat temu producenci (także Porsche i Audi) stosowali różne rozwiązania hybrydowe. Toyota najpierw stosowała wolnossący silnik benzynowy i energia z hamulców przedniej oraz tylnej osi była magazynowana w kondensatorach, później dodano turbosprężarkę. Porsche odzyskiwało energię tylko z przedniej osi oraz z turbosprężarki, ale w przeciwieństwie do F1, nie można było jej od razu wykorzystywać do wspomagania silnika benzynowego. Z kolei Audi stosowało silnik wysokoprężny z pojedynczym układem hybrydowym przy przedniej osi. Ciekawym rozwiązaniem w przypadku wszystkich producentów było dołączanie elektrycznego przedniego napędu – silniki spalinowe napędzały wyłącznie tylną oś.

A skoro o dieslach mowa… W drogowej motoryzacji niezwykle rzadko próbuje się połączyć napęd elektryczny z silnikiem diesla. Dzieje się tak z dwóch powodów. Silnik wysokoprężny wraz z osprzętem jest sam z siebie dość ciężki, więc dodatkowa masa staje się jeszcze większym problemem. Przede wszystkim chodzi jednak o charakterystykę pracy. Układ hybrydowy wspomaga pracę jednostki spalinowej przy jeździe z niską prędkością lub podczas przyspieszania – a diesle pracują skutecznie przy niskim poziomie obrotów. Tam, gdzie włącza się działanie hybrydy, „ropniak” świetnie radzi sobie sam.

Przeszłość i przyszłość

Pierwsze hybrydowe napędy w samochodach drogowych pojawiały się już w latach 70., ale większe ofensywa rozpoczęła się w 1997 roku, od Toyoty Prius pierwszej generacji. Obecnie na rynku pojawia się coraz więcej aut tego typu, czemu towarzyszy zresztą rozbudowany marketing. Nie da się ukryć, że pojazdom o tradycyjnym napędzie – zwłaszcza dieslom – będzie coraz trudniej spełniać najnowocześniejsze normy emisyjne. Do tego kraje rozwinięte aktywnie sprzyjają rozwojowi technologii hybrydowej, więc musimy pogodzić się z przynajmniej częściowym spadku znaczenia tradycyjnych silników spalinowych.

Posted by Martyna Jędruch

Dodaj odpowiedź