Coraz więcej marek motoryzacyjnych wprowadza do swej oferty samochody hybrydowe, wyposażone zarówno w silnik spalinowy, jak i elektryczny. Współpraca tych dwóch źródeł napędu pozwala zmniejszyć zużycie paliwa dzięki odzyskiwaniu energii podczas hamowania i odciążeniu silnika spalinowego przy przyspieszaniu. Jednak nie w każdym przypadku określenie hybryda oznacza to samo.
Istnieją trzy podstawowe układy spalinowo-elektrycznych napędów hybrydowych – historycznie najstarszy szeregowy, równoległy i szeregowo-równoległy. Ten pierwszy, wykorzystywany w lokomotywach spalinowych, w motoryzacji stosowany jest rzadko. Zwykle występuje w samochodach elektrycznych o przedłużonym zasięgu, tzw. EREV – Extended Range Electric Vehicle, jak Chevrolet Volt czy jego europejski odpowiednik, Opel Ampera. Po rozładowaniu akumulatora trakcyjnego uruchamiany jest silnik spalinowy napędzający generator, który dostarcza energii silnikowi elektrycznemu napędzającemu koła.
Hybrydy równoległe
Układ równoległy, stosowany przez wielu producentów, różni się od napędu konwencjonalnego jedynie obecnością dodatkowego silnika elektrycznego, którego zadaniem jest wspomaganie silnika spalinowego przy dużym obciążeniu. Napęd przenoszony jest mechanicznie z silnika spalinowego na koła poprzez wielostopniową skrzynię biegów. Akumulator może być doładowywany podczas pracy silnika spalinowego lub hamowania rekuperacyjnego, kiedy silnik elektryczny pracuje jako generator.
Jeśli silnik elektryczny ma odpowiednio dużą moc, odłączenie silnika spalinowego umożliwia jazdę w trybie elektrycznym przy wykorzystaniu energii z akumulatora. Tak skonstruowany jest np. Audi A3 Sportback e-tron, gdzie silnik elektryczny zainstalowany jest między sprzęgłem a skrzynią biegów. Istnieje również odmiana hybryd równoległych tzw. TTR (Through The Road), gdzie silnik spalinowy napędza koła jednej osi, a elektryczny drugiej – przykładem może być tu Volvo V60 Plug-In Hybrid czy XC90 T8.
Mild hybrid
W przypadku, gdy moc silnika elektrycznego jest znacząco niższa od mocy silnika spalinowego i pełni on wyłącznie rolę wspomagającą, nie umożliwiając jazdy z napędem wyłącznie elektrycznym, używa się określenia mild hybrid – taką jednostką jest np. silnik SHVS, zastosowany w hybrydowym Suzuki Baleno. Dla odróżnienia, hybrydy zdolne do poruszania się w trybie czysto elektrycznym, przy wyłączonym silniku spalinowym, nazywa się pełnymi hybrydami (full hybrid).
Pełna hybryda w układzie szeregowo-równoległym
Pełną hybrydą jest również układ szeregowo-równoległy stosowany w samochodach hybrydowych marek Toyota i Lexus, który na rynek trafił dwadzieścia lat temu wraz z Toyotą Prius i od tej pory został znacznie udoskonalony. Będąca jego sercem specjalna przekładnia planetarna łączy silnik spalinowy, generator i połączony z kołami silnik elektryczny. Dokonuje ona podziału prędkości obrotowej wału silnika spalinowego między koła i generator, a także pozwala sumować momenty obrotowe silnika spalinowego i elektrycznego, pełniąc tym samym rolę sterowanej elektronicznie, bezstopniowej skrzyni biegów. Podczas zwalniania i hamowania silnik elektryczny pracuje jako generator, zapewniając odzyskiwanie energii, zaś generator służy jako rozrusznik przy uruchamianiu silnika spalinowego.
Wyrafinowane algorytmy sterujące pracą obu maszyn elektrycznych umożliwiają hybrydowej jednostce napędowej Toyoty pracę w trybie równoległym, szeregowym, szeregowo-równoległym albo czysto elektrycznym. Pozwala to optymalnie dobrać parametry do potrzeb wynikających z sytuacji – efektem jest oszczędność paliwa przy dobrych osiągach. Jednocześnie cały układ jest bardzo prosty i zawiera mało ruchomych części – nie ma skrzyni biegów, sprzęgła, rozrusznika, alternatora, pasków klinowych, co przekłada się na znakomitą niezawodność.
Układ daje się też łatwo rozbudować do napędu 4x4 przez dodanie jeszcze jednego silnika elektrycznego, napędzającego drugą oś, jak ma to miejsce w hybrydowej Toyocie RAV4 czy Lexusie RX. Pozwala to zrezygnować ze skrzyni rozdzielczej oraz wału napędowego i uniknąć zwiększonych oporów, daje za to możliwość precyzyjnego sterowania podziałem momentu obrotowego między obie osie.
Wszystkie te zalety sprawiają, że na świecie sprzedano już ponad 10 milionów samochodów hybrydowych koncernu Toyota, nieporównanie więcej niż pozostałych producentów hybryd.
Źródło: Toyota/Lexus
