Jak hybrydy oszczędzają paliwo
Samochody ze spalinowo-elektrycznym napędem hybrydowym zyskują coraz większą popularność. Dzieje się tak w dużej mierze dzięki znacznie mniejszemu niż w przypadku pojazdów konwencjonalnych, zużyciu paliwa, a zatem i niższej emisji CO2. W jaki sposób udało się ograniczyć spalanie? Zobaczmy na przykładzie klasycznego układu hybrydowego, stosowanego przez Toyotę i Lexusa.
Najważniejsze źródła oszczędności są w istocie dwa: pierwszym jest wykorzystanie energii odzyskiwanej podczas hamowania, która w konwencjonalnych pojazdach jest tracona w postaci ciepła, zaś drugie to optymalizacja pracy silnika spalinowego.
Idea odzyskiwania energii poprzez tzw. hamowanie rekuperacyjne jest genialnie prosta: podczas zwalniania silnik elektryczny pełni rolę generatora napędzanego przez koła samochodu, a wytwarzany przezeń prąd ładuje akumulator trakcyjny. Zgromadzona w akumulatorze energia jest później wykorzystywana do zasilania silnika elektrycznego, który podczas ruszania lub niezbyt szybkiej jazdy jest często jedynym źródłem napędu pojazdu - silnik spalinowy pozostaje wyłączony, a więc w ogóle nie zużywa paliwa. Szczególnie duże oszczędności daje to podczas jazdy po mieście, gdzie często trzeba się zatrzymywać na światłach, by za chwilę znów ruszać. Dodatkową korzyścią jest mniejsze zużycie klocków i tarcz hamulcowych, bo są wykorzystywane tylko przy silnym hamowaniu.
Optymalizacja pracy silnika spalinowego ma kilka aspektów. Pierwszym jest zasada działania szeregowo-równoległych hybrydowych układów napędowych Toyoty i Lexusa. Silnik spalinowy i generator są w nich sprzęgnięte z kołami pojazdu za pośrednictwem specjalnej przekładni planetarnej, pełniącej rolę bezstopniowej, automatycznej skrzyni biegów. O doborze jej przełożenia decyduje sterujący jej pracą komputer, zapewniając w ten sposób pracę silnika spalinowego w optymalnym zakresie parametrów. Dzięki temu podczas przyspieszania przy małej prędkości silnik spalinowy nie musi działać na małych obrotach, przy których nie działa on optymalnie, bo część prędkości obrotowej jest przekazywana do generatora. Wytworzony w ten sposób prąd zasila silnik elektryczny, który odciąża silnik spalinowy. Zyskuje na tym nie tylko ekonomiczność, ale i dynamika samochodu.
Druga sprawa to stosowanie w napędach hybrydowych Toyoty i Lexusa silników pracujących w oszczędnym cyklu Atkinsona. Odznaczają się one mniejszymi niż w silnikach konwencjonalnych oporami ssania, a jednocześnie lepszym wykorzystaniem energii gazów spalinowych, co przekłada się na mniejsze zużycie paliwa szczególnie w cyklu pozamiejskim.
Warto zauważyć, że oszczędność paliwa i mniejsza emisja dwutlenku węgla to nie jedyna zaleta szeregowo-równoległego napędu hybrydowego. Istotna jest także unikalna dla tego rozwiązania prostota konstrukcji, z której wyeliminowano szereg zawodnych i zużywających się elementów, takich jak sprzęgło i skrzynia biegów, zastąpione przez przekładnię planetarną, czy alternator z napędzającym go paskiem oraz rozrusznik (ich rolę pełni generator). To również wpływa na obniżenie kosztów eksploatacji.
