Samochody z napędem hybrydowym przestały już budzić sensację i są dziś na polskich drogach codziennością.
Ich zalety, takie jak oszczędność i niezawodność powodują, że liczba aut hybrydowych szybko rośnie. Dla większości potencjalnych nabywców, a nawet wielu użytkowników wciąż jednak pozostają w pewnym stopniu zagadką. Poznajmy więc kilka ciekawostek technologii hybrydowej.
Spalinowo-elektryczny napęd hybrydowy, którego pionierem 20 lat temu była Toyota Prius, ma kilka odmian, które różnią się rozwiązaniami technicznymi i efektywnością. Najprostsze tzw. mikrohybrydy różnią się od zwykłych samochodów spalinowych jedynie zastąpieniem rozrusznika nieco większym silnikiem elektrycznym, który przy największym obciążeniu wspomaga silnik spalinowy. W hybrydach równoległych silnik elektryczny funkcjonuje równolegle z jednostką spalinową wyposażoną w skrzynię biegów, pełniąc przede wszystkim rolę wspomagającą, choć możliwa jest także jazda tylko na silniku elektrycznym.
Największy sukces odniósł napęd w pełni hybrydowy, który zadebiutował przed dwiema dekadami w Toyocie Prius. Silnik spalinowy jest w nim sprzężony z generatorem i silnikiem elektrycznym przez specjalną przekładnię planetarną, pełniącą rolę elektronicznie sterowanej przekładni bezstopniowej, co pozwala wyeliminować skrzynię biegów i sprzęgło. Napęd ten może pracować zarówno w trybie równoległym, jak i szeregowym, a także czysto elektrycznym. Obecnie rozwiązanie to wykorzystywane jest nie tylko we flagowej Toyocie Prius, ale i popularnych modelach Auris i Yaris. Swego rodzaju rekordzistą jest Lexus, który wszystkie swoje modele – od kompaktowego hatchbacka CT, przez sportowe coupe RC, po superluksusową limuzynę Lexus LS – oferuje w wersjach hybrydowych.
A oto 10 ciekawych faktów, z których nierzadko nie zdają sobie sprawy nawet posiadacze hybryd.
- W pełni hybrydowa jednostka napędowa nie ma skrzyni biegów w tradycyjnym znaczeniu tego określenia, dlatego nie ma też biegu wstecznego – do jazdy wstecz wykorzystywany jest silnik elektryczny po zmianie kierunku jego obrotów.
- Choć akumulator trakcyjny, dostarczający energii podczas jazdy w trybie elektrycznym i przy wspomaganiu silnika spalinowego, jest źródłem prądu stałego, napędowy silnik elektryczny jest trójfazowym silnikiem prądu przemiennego. Takie podejście radykalnie ułatwia sterowanie napędem.
- Akumulator trakcyjny dostarcza prądu o napięciu ponad 200 woltów, które jest podwyższane przez elektroniczną przetwornicę aż do 650 woltów. Użycie wysokiego napięcia pozwala obniżyć natężenie prądu zasilającego silnik elektryczny, a dzięki temu wykorzystać przewody o mniejszej średnicy, a zatem ograniczyć ich masę.
- Za zasilanie silnika trakcyjnego odpowiada sterownik mocy, który przekształca prąd stały w trójfazowy prąd przemienny o parametrach precyzyjnie regulowanych przez komputer. Zmiana częstotliwości prądu pozwala regulować prędkość obrotową silnika, wytwarzany przezeń moment obrotowy zależy od napięcia, a zamiana kolejności faz powoduje zmianę kierunku obrotów silnika elektrycznego.
- Zbudowanie odpowiednio wydajnych sterowników mocy dla silników elektrycznych stało się możliwe dzięki wynalezieniu tranzystorów IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor – tranzystor bipolarny z izolowaną bramką), które trafiły na rynek dopiero w latach 90. ubiegłego wieku. Mimo ich dużej efektywności, układy sterownika mocy wydzielają dużo ciepła i dlatego muszą być chłodzone cieczą, podobnie jak silnik spalinowy.
- Akumulator trakcyjny podczas ładowania i rozładowywania wydziela znaczne ilości ciepła, w związku z tym wyposażony jest w aktywny układ chłodzenia wymuszonym obiegiem powietrza. Utrzymanie optymalnych parametrów pracy, a także precyzyjne sterowanie ładowaniem i rozładowaniem akumulatora przez komputer, pozwala zapewnić mu żywotność przekraczającą nawet 10 lat.
- W pełni hybrydowa jednostka napędowa nie ma alternatora ani rozrusznika – ich funkcję pełni generator, który może także działać jako silnik elektryczny przy uruchamianiu silnika spalinowego. Dodatkowy, klasyczny akumulator o napięciu 12 woltów, służący do zasilania układów elektronicznych i oświetlenia, ładowany jest przez przetwornicę podłączoną do instalacji wysokonapięciowej.
- Choć podczas ruszania i jazdy wstecz samochód hybrydowy korzysta wyłącznie z silnika elektrycznego, sto procent energii zużywanej przez hybrydę do poruszania się pochodzi ze spalania paliwa. Dlatego pojazdu z w pełni hybrydową jednostką napędową nie trzeba ładować z gniazdka.
- Istotną rolę dla zmniejszenia zużycia paliwa przez hybrydy ma hamowanie rekuperacyjne, podczas którego energia ruchu pojazdu zamieniana jest w energię elektryczną i gromadzona w akumulatorze. W ostatecznym rachunku pierwotnym źródłem tej energii jest spalanie paliwa, zużytego do rozpędzenia pojazdu.