Hybryda w samochodzie to połączenie silnika spalinowego, silnika elektrycznego i akumulatora. Elektronika dobiera źródło napędu do warunków jazdy, dzięki czemu auto może zużywać mniej paliwa, szczególnie podczas ruszania, jazdy w korku i częstego hamowania.
Co to jest samochód hybrydowy?
Samochód hybrydowy korzysta z dwóch źródeł napędu. Pierwszym jest zwykle silnik benzynowy, a drugim silnik elektryczny zasilany z akumulatora. Obie jednostki mogą pracować osobno albo jednocześnie. Za ich współpracę odpowiada układ sterujący, który analizuje między innymi prędkość, nacisk na pedał przyspieszenia i poziom naładowania baterii.
Silnik elektryczny pomaga tam, gdzie jednostka spalinowa pracuje mniej efektywnie, na przykład przy ruszaniu i przyspieszaniu z niskiej prędkości. Przy większym obciążeniu lub podczas szybkiej jazdy głównym źródłem napędu najczęściej staje się silnik spalinowy. Celem takiego połączenia jest ograniczenie zużycia paliwa, poprawa płynności jazdy i zmniejszenie emisji spalin. Nie każda hybryda może jednak poruszać się wyłącznie na prądzie.
Jak działa hybryda podczas jazdy?
Praca układu hybrydowego zmienia się wraz z sytuacją na drodze. Przy delikatnym ruszaniu silnik elektryczny może sam napędzać samochód albo wspierać jednostkę spalinową. Podczas mocnego przyspieszania oba silniki dostarczają moment obrotowy, a przy stałej prędkości komputer wybiera rozwiązanie zapewniające możliwie sprawną pracę całego układu.
Ważnym elementem jest rekuperacja, czyli odzyskiwanie energii kinetycznej podczas zwalniania i hamowania. W tradycyjnym samochodzie duża część tej energii zamienia się w ciepło na hamulcach. W hybrydzie silnik elektryczny działa wtedy jak generator. Wytwarza prąd, który trafia do akumulatora i może zostać wykorzystany przy kolejnym ruszaniu lub przyspieszaniu.
Typowy cykl pracy napędu można przedstawić w trzech etapach:
- Ruszanie – silnik elektryczny napędza auto lub pomaga silnikowi spalinowemu, ponieważ właśnie wtedy potrzebny jest wysoki moment obrotowy.
- Jazda ze stałą prędkością – układ sterujący dobiera proporcje pracy obu silników. W zależności od typu hybrydy auto może korzystać głównie z jednostki spalinowej, elektrycznej albo z obu jednocześnie.
- Zwalnianie i hamowanie – silnik elektryczny odzyskuje część energii kinetycznej i przekazuje ją do akumulatora. To właśnie ten proces nazywa się rekuperacją.
Jakie są rodzaje hybryd?
Trzy podstawowe typy to MHEV, HEV i PHEV. Różnią się przede wszystkim wielkością układu elektrycznego, możliwością jazdy na samym prądzie oraz sposobem uzupełniania energii.
| Typ hybrydy | Jazda na prądzie | Ładowanie z gniazdka |
|---|---|---|
| MHEV – Mild Hybrid Electric Vehicle | Nie. Silnik elektryczny wyłącznie wspomaga jednostkę spalinową. | Nie. Akumulator ładuje się podczas hamowania i zwalniania. |
| HEV – Hybrid Electric Vehicle | Tak, zwykle na krótkich odcinkach i przy niewielkim obciążeniu. | Nie. Energia pochodzi głównie z rekuperacji, a w niektórych układach także z silnika spalinowego. |
| PHEV – Plug-in Hybrid Electric Vehicle | Tak, na dłuższym odcinku niż w HEV, ponieważ auto ma większy akumulator. | Tak. Akumulator można ładować z domowego gniazdka, wallboxa lub kompatybilnej stacji. |
MHEV – miękka hybryda
MHEV, czyli Mild Hybrid Electric Vehicle, ma niewielki silnik elektryczny i akumulator. Układ wspiera silnik spalinowy podczas ruszania i przyspieszania, a także może płynniej uruchamiać go po zatrzymaniu. Odzyskana podczas hamowania energia zasila instalację elektryczną i wraca do napędu w formie dodatkowego wsparcia.
Miękka hybryda nie pozwala na samodzielną jazdę wyłącznie na prądzie. Nie wymaga też podłączania do gniazdka. To rozwiązanie zwiększa stopień elektryfikacji samochodu, ale nie zastępuje silnika spalinowego.
HEV – pełna hybryda
HEV, czyli Hybrid Electric Vehicle, ma większy akumulator i mocniejszy silnik elektryczny niż MHEV. Może przez krótki czas poruszać się bez uruchamiania silnika spalinowego, szczególnie przy ruszaniu, manewrowaniu i spokojnej jeździe z niską prędkością.
Akumulator w pełnej hybrydzie jest ładowany podczas rekuperacji, a w zależności od konstrukcji także przez silnik spalinowy. Kierowca nie musi szukać ładowarki ani zmieniać codziennych nawyków. HEV zwykle najlepiej wykorzystuje swoje możliwości w mieście, gdzie często występują zatrzymania, ruszanie i hamowanie.
PHEV – hybryda plug-in
PHEV, czyli Plug-in Hybrid Electric Vehicle, łączy silnik spalinowy z większym akumulatorem. Można go ładować z zewnętrznego źródła energii. Dzięki temu samochód może pokonywać codzienne, krótkie trasy w trybie elektrycznym, a po rozładowaniu baterii nadal korzysta z silnika spalinowego.
W tym przypadku regularne ładowanie ma duże znaczenie dla zużycia paliwa. Bez podłączania auta do gniazdka PHEV nadal działa jak hybryda, ale nie wykorzystuje w pełni swojego potencjału. Większy akumulator oznacza też zwykle większą masę, wyższą cenę i możliwość zajęcia części przestrzeni przeznaczonej na bagaż.
Zalety i wyzwania eksploatacji hybrydy
Napęd hybrydowy przynosi największe korzyści wtedy, gdy warunki jazdy pozwalają często korzystać z silnika elektrycznego i rekuperacji. Najważniejsze zalety to:
- niższe zużycie paliwa w mieście dzięki elektrycznemu wsparciu przy ruszaniu i odzyskiwaniu energii podczas hamowania,
- płynniejsza i cichsza jazda przy małych prędkościach, szczególnie w korkach i podczas manewrowania,
- mniejsze obciążenie silnika spalinowego oraz części hamulców, ponieważ część energii przejmuje układ rekuperacji,
- brak konieczności ładowania zewnętrznego w przypadku MHEV i HEV.
Trzeba jednak uwzględnić także ograniczenia. Hybryda może kosztować więcej niż porównywalny samochód spalinowy, a akumulatory zwiększają masę pojazdu. W niektórych konstrukcjach zajmują również część miejsca w bagażniku. Na długiej trasie, przy stałej wysokiej prędkości, przewaga napędu elektrycznego jest mniejsza, dlatego oszczędność paliwa zależy od typu układu i sposobu jazdy.
Serwis hybrydy wymaga znajomości układów wysokiego napięcia, ale współpraca obu silników może ograniczać obciążenie niektórych elementów napędu spalinowego. Koszty eksploatacji zależą od konkretnej konstrukcji, wieku pojazdu i stanu akumulatora, dlatego nie należy zakładać, że każda hybryda będzie tańsza w każdym zastosowaniu.
Najprościej mówiąc, MHEV tylko wspiera silnik spalinowy, HEV może okresowo jechać na prądzie bez ładowania z gniazdka, a PHEV pozwala regularnie ładować większy akumulator i pokonywać dłuższe odcinki elektrycznie. Wybór typu napędu powinien wynikać przede wszystkim z warunków jazdy oraz dostępu do ładowania.
