Silnik hybrydowy łączy jednostkę spalinową z elektryczną i automatycznie dobiera ich udział do warunków jazdy. Energia odzyskana podczas hamowania trafia do akumulatora trakcyjnego, a następnie zasila silnik elektryczny. Dzięki temu układ zużywa mniej paliwa, szczególnie podczas częstego ruszania i zatrzymywania się.
Czym jest napęd hybrydowy?
Samochód hybrydowy korzysta z dwóch źródeł napędu: silnika spalinowego oraz silnika elektrycznego. Nie chodzi więc wyłącznie o zastąpienie paliwa energią z akumulatora. Najważniejsza jest współpraca obu jednostek i takie sterowanie ich pracą, aby każda z nich działała wtedy, gdy może najsprawniej przekazywać energię na koła.
Silnik elektryczny zapewnia natychmiastowy moment obrotowy, dlatego dobrze radzi sobie przy ruszaniu i małych prędkościach. Jednostka spalinowa przejmuje większą część pracy podczas długiej jazdy, wyższych prędkości albo silnego przyspieszania. Elektronika sterująca przełącza tryby automatycznie, bez konieczności ręcznego decydowania, który napęd ma działać.
Jak współpracują silnik spalinowy i elektryczny?
W zależności od konstrukcji napęd może przekazywać moment obrotowy na koła przez wspólną przekładnię albo wykorzystywać silnik spalinowy do napędzania generatora. W niektórych pełnych hybrydach stosuje się przekładnię planetarną, która łączy pracę generatora, silnika spalinowego i elektrycznego. Kierowca nie musi sterować tym podziałem, ponieważ odpowiada za niego układ elektroniczny.
Najważniejszym elementem jest jednak system rekuperacji. Podczas hamowania samochód nie wykorzystuje całej energii kinetycznej wyłącznie do rozgrzania hamulców. Silnik elektryczny zaczyna działać jak generator i zamienia część energii ruchu na energię elektryczną. Ta energia trafia do akumulatora trakcyjnego, a później może zostać wykorzystana do napędzania auta.
Typowy cykl pracy układu wygląda następująco:
- Ruszanie – w pełnej hybrydzie samochód może rozpocząć jazdę przy użyciu silnika elektrycznego. W mHEV jednostka elektryczna tylko wspiera silnik spalinowy.
- Przyspieszanie – silnik elektryczny dostarcza dodatkowego momentu obrotowego, dzięki czemu silnik spalinowy nie musi samodzielnie pokrywać całego zapotrzebowania na moc.
- Jazda ze stałą prędkością – układ wybiera źródło napędu zależnie od obciążenia, prędkości i poziomu energii w akumulatorze.
- Hamowanie – silnik elektryczny pracuje jako generator. Odzyskana energia elektryczna ładuje akumulator trakcyjny.
Właśnie rekuperacja wyjaśnia, dlaczego pełna hybryda HEV nie musi być podłączana do gniazdka. Akumulator jest doładowywany głównie podczas zwalniania i hamowania, a w razie potrzeby energię może uzupełniać także silnik spalinowy. Nie oznacza to, że układ odzyskuje całą energię zużytą wcześniej, ale pozwala wykorzystać część strat, które w zwykłym samochodzie zamieniłyby się w ciepło.
Jakie są rodzaje hybryd?
Oznaczenie hybrydy mówi przede wszystkim o tym, jak dużą rolę odgrywa napęd elektryczny i w jaki sposób ładowany jest akumulator. Najważniejsze różnice między mHEV, HEV i PHEV przedstawia tabela:
| Typ | Ładowanie z sieci | Rola silnika elektrycznego | Jazda na samym prądzie |
|---|---|---|---|
| mHEV | Nie | Wspomaga silnik spalinowy przy ruszaniu i przyspieszaniu | Nie |
| HEV | Nie | Napędza samochód samodzielnie lub współpracuje z jednostką spalinową | Tak, zwykle na krótkich odcinkach i w określonych warunkach |
| PHEV | Tak | Może napędzać samochód samodzielnie, a także wspierać silnik spalinowy | Tak, na dłuższym odcinku niż w HEV |
mHEV – miękka hybryda
W układzie mHEV silnik elektryczny nie jest samodzielnym źródłem napędu. Wspiera jednostkę spalinową podczas ruszania, przyspieszania lub jazdy pod obciążeniem. Zwykle współpracuje też z systemem start-stop i odzyskuje energię przy hamowaniu. Zgromadzony prąd zasila niewielki układ elektryczny oraz pomaga ograniczyć obciążenie silnika spalinowego.
HEV – pełna hybryda
HEV może poruszać się wyłącznie dzięki silnikowi elektrycznemu, pracować z użyciem silnika spalinowego albo korzystać z obu jednostek równocześnie. Kierowca nie musi ładować samochodu z zewnętrznego źródła. Akumulator otrzymuje energię z rekuperacji oraz z pracy silnika spalinowego, gdy sterownik uzna to za potrzebne.
PHEV – hybryda plug-in
PHEV ma większy akumulator trakcyjny, który można ładować z gniazdka, wallboxa lub publicznej stacji. Dzięki temu samochód może pokonywać znacznie dłuższe odcinki bez uruchamiania silnika spalinowego. Po rozładowaniu baterii nadal działa jak hybryda, dlatego na dalszej trasie korzysta z obu źródeł napędu. Ten typ ma sens przede wszystkim wtedy, gdy kierowca może regularnie ładować auto.
Kiedy hybryda jest najbardziej efektywna?
Największe korzyści z działania układu hybrydowego pojawiają się tam, gdzie samochód często zmienia prędkość. Każde hamowanie stwarza możliwość odzyskania części energii, a każdy start pozwala wykorzystać wysoki moment obrotowy silnika elektrycznego.
Najlepsze warunki dla poszczególnych rozwiązań obejmują:
- Jazdę miejską – częste ruszanie i hamowanie zwiększa wykorzystanie rekuperacji, a HEV może regularnie przechodzić w tryb elektryczny.
- Codzienne krótkie trasy – PHEV może pokonywać je głównie na energii z wcześniej naładowanego akumulatora.
- Długie przejazdy – silnik spalinowy zapewnia zasięg i stabilną pracę, a napęd elektryczny wspiera go podczas przyspieszania.
- Jazdę bez dostępu do ładowarki – HEV nie wymaga ładowania z sieci, więc użytkownik korzysta z rekuperacji i paliwa bez planowania postojów przy ładowarce.
W praktyce mHEV będzie zmianą względem klasycznego napędu spalinowego, ale nie zastąpi jazdy elektrycznej. HEV daje możliwość automatycznej jazdy na prądzie bez podłączania samochodu do gniazdka. PHEV zapewnia najdłuższą jazdę elektryczną spośród tych trzech typów, lecz wymaga regularnego ładowania, aby wykorzystać swój potencjał.
Najprościej ująć to tak: HEV odzyskuje energię podczas jazdy, PHEV może ją także pobierać z sieci, a mHEV używa jej głównie do wspierania silnika spalinowego. Dobór napędu zależy więc przede wszystkim od stylu jazdy i dostępu do ładowania, a nie od samej nazwy „hybryda”.
