Na pozór silnik spalinowy w samochodzie z napędem hybrydowym "ma lepiej" niż w aucie, w którym nie ma on wsparcia ze strony napędu elektrycznego. Z pewnością bywa mniej obciążony mechanicznie, w wielu modelach aut przez znaczną część podróży pozostaje bezczynny. A jednak wcale nie są to warunki optymalne. Okazuje się, że taki "szarpany" sposób eksploatacji generuje dodatkowe problemy i to niemal bez względu na to, z jakim typem "hybrydy" mamy do czynienia. Katalog możliwych rozwiązań w napędach hybrydowych jest przy tym niezwykle szeroki.
Mikrohybryda: silnik spalinowy bez wsparcia, za to ze start-stopem
Najprostsze, najmniejsze tzw. mikrohybrydy to samochody wyposażone w system start-stop, jednak już niekoniecznie w moduł elektryczny wspierający silnik spalinowy. Takie auta najczęściej mają elektroniczny system zarządzania energią, który płynnie zmienia obciążenie generatora prądu. Aby oszczędzać energię, zwiększane jest obciążenie alternatora np. podczas hamowania silnikiem, a zmniejszane podczas przyspieszania. Prąd elektryczny gromadzony w akumulatorze wykorzystywany jest np. podczas postoju na światłach do zasilania świateł, układu wentylacji czy elementów wyposażenia wnętrza. W praktyce auta z takimi systemami nie są w pełni hybrydami, gdyż nie mają silnika elektrycznego, który mógłby pomagać silnikowi spalinowemu. No ale system start-stop oszczędza paliwo. Za darmo? Nie całkiem – pojawiają się bowiem problemy wynikające z częstych rozruchów silnika i rodzą się dodatkowe wymagania w odniesieniu do oleju silnikowego.
Miękka hybryda: istotne wsparcie dla silnika spalinowego
Druga kategoria aut hybrydowych to "miękkie" hybrydy (ang. Mild Hybrid). Przykładowe rozwiązanie opiera się na urządzeniu, które jednocześnie spełnia funkcję wysokowydajnego alternatora, rozrusznika i silnika elektrycznego o mocy kilku-kilkunastu kW. Do układu należy dodatkowa bateria (może być o napięciu 48V), która gromadzi energię produkowaną przez główny moduł systemu, a następnie może być wykorzystana do zasilania głównego modułu, gdy ten pełni rolę silnika wspomagającego. Silnik elektryczny w "miękkiej" hybrydzie ułatwia silnikowi spalinowemu ruszanie, wspiera go podczas przyspieszania i zawsze wtedy, gdy potrzebna jest dodatkowa moc. W rezultacie auto z takim układem płynniej jeździ i zużywa mniej paliwa niż podobny pojazd bazujący wyłącznie na silniku spalinowym. W tym układzie silnik spalinowy również często wyłącza się w ruchu miejskim – zwykle jeszcze przed zatrzymaniem pojazdu. Może być uruchamiany z pewnym opóźnieniem – auto rusza "na prądzie" i dopiero wówczas wkracza silnik spalinowy z większą mocą.
Dalsza część tekstu pod materiałem video
Pełna hybryda: można jechać na prądzie
Pełna hybryda ma większy silnik elektryczny, który nie tylko pracuje równolegle z silnikiem spalinowym, ale też może go – przynajmniej na niewielkich dystansach – w pełni zastąpić. Napęd "pełnohybrydowy" albo sam produkuje prąd, odzyskując energię z hamowania, albo (w przypadku hybryd Plug-in) może być ładowany energią z zewnątrz.
Warto też wspomnieć o hybrydach szeregowych, w których silnik spalinowy nie ma połączenia z kołami, a jedynie wykorzystywany jest do produkcji energii. W takim układzie koła samochodu napędzane są wyłącznie przez silniki elektryczne.
Silnik spalinowy w hybrydzie nie ma lekko
Jak już wiemy, w każdym układzie hybrydowym silnik spalinowy często się wyłącza i włącza, ponadto w większości hybryd uzyskuje on wsparcie ze strony napędu elektrycznego. To z jednej strony dobrze dla niego, bo pod względem mechanicznym może być mniej obciążony. Wiążą się z tym jednak trzy podstawowe problemy:
– to, że w ruchu miejskim każdy silnik spalinowy w układzie hybrydowym jest często wyłączany i włączany, to mniejszy kłopot. Rzecz w tym, że nierzadko niemal natychmiast po uruchomieniu silnik spalinowy wchodzi na wysokie obroty i podlega wysokim obciążeniom;
– silnik spalinowy, który uzyskuje wsparcie ze strony napędu elektrycznego, wolniej się rozgrzewa, a w wielu wypadkach – zwłaszcza w ruchu miejskim – pozostaje ciągle niedogrzany;
– do oleju w silniku, który jest wielokrotnie wyłączany i uruchamiany, dostaje się paliwo, także zawarte w nim szkodliwe dla oleju biododatki.
Olej do napędu hybrydowego, czyli zupełnie nowe wyzwania
Niezależnie od tego, czy nasz samochód jest mikrohybrydą, miękką hybrydą czy pełną hybrydą, silnik spalinowy doświadcza tych samych przeciążeń: gdy to możliwe, jest wyłączany, aby oszczędzać paliwo. Gdy włącza się – czy to podczas ruszania spod świateł, czy wtedy, gdy rozpoczynamy wyprzedzanie i wciskamy mocno gaz, natychmiast po uruchomieniu, bez najmniejszej zwłoki wchodzi na wysokie obroty i poddawany jest obciążeniu. Olej silnikowy o klasie lepkości typowej dla większości aut jeszcze kilkanaście lat temu, np. 5W-40 czy 0W-30, ma na tyle wysoką lepkość, że potrzebuje całkiem sporo czasu na dotarcie do odległych punktów smarowania silnika. To może być pół sekundy, sekunda – niby niedługo, ale w sytuacji, gdy silnik pracuje pod obciążeniem, to niedopuszczalne. Dlatego specjalistyczne oleje do napędów hybrydowych mają klasę lepkości 0W-20, 0W-16, a nawet 0W-8! Dzięki swojej płynności szybciej docierają do punktów smarowania.
W nowoczesnym silniku olej odgrywa rolę taką, jak precyzyjnie dobrana część eksploatacyjna – musi spełniać szereg jasno określonych przez producenta zadań. Dlatego renomowani producenci środków smarnych, jak TotalEnergies, mają w ofercie szereg olejów opracowanych pod kątem napędów hybrydowych, np. TotalEnergies Quartz 9000 XTRA 0W-8, Quartz 9000 XTRA FUTURE XT 0W-16, Quartz Ineo XTRA EC6 0W-20, Quartz 9000 FUTURE GF-6 0W-20, Quartz Ineo XTRA FIRST 0W-20 oraz Quartz Ineo XTRA DYNAMICS 0W-20 itp.
Ważne: w samochodach wymagających tak zaawansowanych olejów jakiekolwiek eksperymenty olejowe polegające na choćby tymczasowym użyciu nieodpowiedniego środka smarnego mogą być niebezpieczne. Ale to działa i w drugą stronę: zastosowanie w silniku oleju o np. zbyt niskiej lepkości może skończyć się jego uszkodzeniem.
Niska temperatura oleju i szkodliwe domieszki
Jeśli chodzi o warunki pracy oleju silnikowego w napędzie hybrydowym, problemem jest też niedogrzanie silnika. Owszem, w czasie dłuższej podróży nie będzie to kłopot, ale w mieście – na pewno. Oleje do hybryd muszą być zatem przystosowane do smarowania silnika także w nieoptymalnej temperaturze.
Z pracą "na zimno" wiąże się też problem substancji, które dostają się do oleju. To głównie paliwo, którego nadmiar – zwłaszcza w fazie rozruchu – może trafiać do oleju. W tym kontekście szczególnie szkodliwe są biododatki, które są wykorzystywane zarówno przy produkcji oleju napędowego, jak i większości benzyn. Nadmiar biododatków w oleju silnikowym rodzi zagrożenie żelowaniem oleju – środki smarne do hybryd takich producentów jak TotalEnergies są na te zagrożenia szczególnie odporne.
A co ze smarowaniem skrzyni biegów?
Jeśli auto wyposażone jest w "normalną" przekładnię (w przypadku hybryd są to najczęściej klasyczne automaty, przekładnie CVT albo eCVT (czyli skrzynie planetarne), można w nich używać takich samych środków smarnych jak w przypadku normalnych aut spalinowych. Wystarczy zadbać o właściwy dobór oleju. Specjaliści firmy TotalEnergies uważają jednak, że przyszłością w napędach hybrydowych są przekładnie zintegrowane z silnikiem elektrycznym. W takim układzie olej pełni jednocześnie rolę środka smarnego i chłodzącego silnik. TotalEnergies opracował tego typu płyny – Quartz EV DHT oraz Quartz EV DCT.
Ciekawostka: płyny te zapewniają nie tylko wydajne smarowanie i ochronę przekładni, lecz także zawierają dodatki dielektryczne. Oznacza to, że płyn nie przewodzi prądu i nie zakłóca pracy silnika elektrycznego, z którym ma kontakt.