- W zależności od systemu hybrydowego silnik spalinowy napędza albo koła pojazdu, albo tylko generator energii elektrycznej. To oznacza, że hybryda jest albo równoległa, albo szeregowa
- Są też napędy hybrydowe, w których silniki spalinowe i elektryczne pracują w zależności od warunków we wszelkich możliwych konfiguracjach
- Hybrydy, jeśli chodzi o zużycie paliwa, są dość wrażliwe na warunki użytkowania, ale jeden rodzaj szczególnie
- Niektóre napędy hybrydowe są oszczędne tylko przy niewielkim i umiarkowanym obciążeniu
- Dużo czytania, a mało czasu? Sprawdź skrót artykułu
W zależności od tego, jakim kierowcą jesteś, inny rodzaj hybrydy będzie dla ciebie optymalny: czy chcesz oszczędzać paliwo za wszelką cenę, czy jednak zależy ci też na osiągach samochodu? Tymczasem sprawy się komplikują, bo i w salonach, i na rynku aut używanych, pojawia się coraz więcej samochodów hybrydowych, które wyposażone są w układy hybrydowe o bardzo różnych konstrukcjach, mających też całkiem różne zalety i wady. Niektóre zastosowane w nich rozwiązania są bardzo ciekawe, ale zdecydowanie nie dla każdego kierowcy optymalne.
Co to jest napęd hybrydowy?
W największym skrócie: napęd, który składa się z silnika spalinowego oraz silnika (lub silników) elektrycznych, które współpracują ze sobą. Moc silnika elektrycznego oraz pojemność dodatkowej baterii trakcyjnej, ewentualnie także możliwość ładowania tej baterii z zewnętrznego źródła energii decyduje o tym, czy mamy do czynienia z „miękką” hybrydą (mHEV od "mild hybrid electric vehicle"), pelną hybrydą (HEV – od hybrid electric vehicle) czy też PHEV (Plug-in hybrid electric vehicle). Stopień elektryfikacji napędu nie przesądza jednak o tym, czy mamy do czynienia z hybrydą równoległą czy szeregową – o tym dalej.
- mHEV – najprostsza forma napędu hybrydowego, w którym silnik elektryczny (najczęściej będący jednocześnie alternatorem) ma na tyle niewielką moc, że jedynie wspomaga silnik spalinowy podczas ruszania i przyspieszania, ale nie jest w stanie napędzać pojazdu samodzielnie. Dodatkowa bateria (jeśli jest) najczęściej pracuje pod napięciem od 12 do 48 V. Niewielki silnik elektryczny "wygładza" pracę silnika spalinowego, usprawnia działanie układu start-stop, o kilka procent obniża zużycie paliwa – a wszystko to stosunkowo niewielkim kosztem. Przykładowy napęd mHEV to silnik 1.5 eTSI montowany w różnych samochodach Grupy VW. Napędy mHEV zachowują się mniej więcej tak jak zwykłe napędy spalinowe z zastrzeżeniem, że podczas spokojnej jazdy i w ruchu miejskim są nieco bardziej wydajne.
- HEV – pełna hybryda, w której silnik elektryczny jest w stanie napędzać pojazd samodzielnie; często przyjmuje się, że pełna hybryda to taka, w której napęd elektryczny w pojeździe mam moc nie mniejszą niż 20 kW w przeliczeniu na tonę masy pojazdu. Niektóre hybrydy pozwalają kierowcy na wymuszenie jazdy w trybie wyłącznie elektrycznym – o ile pozwala na to poziom naładowania akumulatora trakcyjnego. Akumulator trakcyjny ma najczęściej pojemność 1-2 kWh i może być zbudowany z ogniw litowo-jonowych (Li-ion) albo niklowo-metalowo-wodorkowych (NiMH).
- PHEV – inaczej hybryda Plug-in, czyli „z wtyczką”: podstawową cechą tego rodzaju napędu jest możliwość ładowania baterii trakcyjnej z zewnętrznego źródła energii. Bateria ma znacznie większą pojemność niż w przypadku zwykłej hybrydy, w aktualnie sprzedawanych modelach aut jest to ok. 20 kWh, jednak w miarę zmieniających się norm emisyjnych pojemność baterii hybryd Plug-in rośnie. Współczesne PHEV-y potrafią przejechać w trybie wyłącznie elektrycznym od kilkudziesięciu do ponad 100 km. Moc silników elektrycznych w napędach PHEV może być wyższa niż moc silnika spalinowego. Pewną wadą hybryd Plug-in jest wysoka masa, co jest odczuwalne podczas jazdy, ma wpływ na parametry trakcyjne samochodu.
Dobrze, ale mamy też podział na hybrydy równoległe i szeregowe. O co chodzi?
O ile miękkie hybrydy (mHEV) to zawsze układy równolegle, to zarówno pełne hybrydy (HEV) jak i Plug-iny (PHEV) mogą być i równoległe, i szeregowe.
W Polsce (podobnie w całej Europie) najbardziej rozpowszechnione są hybrydy równoległe. To taki napęd, w którym zarówno silnik spalinowy, jak i elektryczny mają bezpośrednie mechaniczne połączenie z kołami samochodu. Dzięki temu auto może być napędzane albo silnikiem elektrycznym, albo silnikiem spalinowym, albo oboma silnikami jednocześnie. W taki rodzaj hybrydy wyposażone są Toyoty, Lexusy, Hondy, BMW, Fordy i samochody wielu innych marek.
W hybrydzie szeregowej silnik spalinowy nie ma mechanicznego połączenia z kołami. W tym układzie silnik spalinowy napędza jedynie generator prądu, pracując w dość wąskim, komfortowym dla siebie zakresie obrotów.
Hybryd szeregowych jest coraz więcej. W Europie to wciąż jednak "dziwny" napęd
Hybrydy szeregowe w Europie jeszcze kilka lat temu stanowiły absolutny margines rynku. Taki rodzaj napędu zastosowano m.in. w BMW i3 z range extenderem („przedłużaczem zasięgu”) czy w pierwszej generacji Chevroleta Volta. Tymczasem w Azji jest to bardzo rozpowszechniony rodzaj napędu hybrydowego, coraz częściej trafia on także do samochodów oferowanych w Europie. W Polsce najpopularniejsze modele aut wyposażonych hybrydę szeregową to Nissan Qashqai e-Power oraz Nissan X-Trail e-Power. Ostatnio pojawił się też chiński Leapmotor C10 REEV – to też hybryda szeregowa, tyle że Plug-in.
To rozwiązanie jest podobne do tego, które stosowane jest w lokomotywach spalinowych: jako że lokomotywa to pojazd bardzo ciężki, w którym skrzynia biegów byłaby bardzo obciążona i narażona na usterki, rozwiązaniem jest właśnie hybryda szeregowa: silnik spalinowy (w przypadku lokomotywy jest to silnik Diesla) napędza generator prądu. Koła poruszane są przez silniki elektryczne. W ten sposób wyeliminowana jest konieczność zastosowania skomplikowanej i narażonej na uszkodzenie mechanicznej przekładni. To rozwiązanie proste i bezawaryjne, w samochodach jednak ma ono nie tylko same zalety. Do tego wrócimy.
Autem z hybrydą równoległą jeździ się po mieście taniej i przyjemniej niż zwykłym „spaliniakiem”. Zazwyczaj
Napęd hybrydowy równoległy najczęściej współpracuje albo ze skrzynią automatyczną (np. dwusprzęgłową), albo przekładnią e-CVT. W starszych modelach czyniło to potężną różnicę, ponieważ te wyposażone w skrzynię dwusprzęgłową jezdżą jak normalne automaty; te z przekładnią e-CVT (chodzi głównie o Toyoty) jeszcze parę lat temu strasznie drażniły ucho wchodzeniem silnika na wysokie obroty: wciskasz gaz, silnik wchodzi na 3-4-tys. obrotów i tak trzyma, a samochód rozpędza się niczym ciągnięty na gumce od majtek. Drażnił brak powiązania obrotów silnika z prędkością jazdy, a jedynie z poziomem wciśnięcia pedału gazu i przyspieszeniem (to samo dotyczy zresztą samochodów niehybrydowych z przekładnią CVT). W nowszych modelach mocno to dopracowano: choć zasada działania przekładni e-CVT się nie zmieniła, to silniki spalinowe takich hybryd rzadziej wchodzą na wysokie obroty, silniki elektryczne mają znacznie większy udział w napędzaniu pojazdu; w ruchu miejskim, zwłaszcza gdy jedziemy spokojnie, w ogóle nie można mówić o dyskomforcie;
Typowe jest dla współczesnych hybryd równoległych to, że samochód najczęściej rusza napędzany wyłącznie silnikiem elektrycznym, w ruchu miejskim po odjęciu gazu silnik spalinowy jest wygaszany nawet przy prędkości 80 km na godz. Jazda jest dużo bardziej płynna niż w przypadku napędu spalinowego, a jednocześnie o wiele bardziej ekonomiczna: średniej wielkości SUV z napędem hybrydowym w ruchu miejskim może spalać 5,5-6 l/100 km. Przełączanie pomiędzy napędami elektrycznym i spalinowym jest tak płynne, że – zwłaszcza przy spokojnej jeździe – niemal niezauważalne. "Niemal" nie znaczy jednak, że wcale.
Jazda hybrydą nieco traci swój urok przy prędkościach autostradowych. Spalanie bywa wtedy nieco niższe niż w przypadku benzynowych napędów spalinowych o zbliżonej mocy, ale różnica nie jest tu duża i maleje wraz ze wzrostem prędkości. Gdybyśmy mieli taki samochód hybrydowy kupić po to, by jeździć nim głównie po autostradach, nie byłby to rozsądny wybór. Lepszy byłby diesel, który może spalać mniej paliwa i wytwarzać mniej hałasu przy dużym obciążeniu; dla odmiany w mieście płynność jazdy hybrydą równoległą jest nie do pobicia (także w przypadku przekładni dwusprzęgłowej). No, prawie nie do pobicia. Lepsze pod tym względem są samochody elektryczne i... hybrydy szeregowe, w których koła napędzane są przez silniki elektryczne.
Hybryda szeregowa to taki... elektryk, tylko że nie ładuje się go z zewnętrznego źrodła energii, ewentualnie ładowany akumulator zapewnia niewielki zasięg. Prąd wytwarza się "na miejscu" – w samochodzie podczas jazdy.
A jak zachowuje się hybryda szeregowa? Ma to i zalety, i wady
Przypomnijmy: w hybrydzie szeregowej silnik spalinowy nie ma bezpośredniego połączenia z kołami, służy on jedynie wytwarzaniu na bieżąco energii elektrycznej, której chwilowy nadmiar przechowywany jest w akumulatorze.
Hybryda szeregowa, podobnie jak równoległa, w ruchu miejskim pokonuje część dystansu z wyłączonym silnikiem spalinowym. Jako że w hybrydzie szeregowej silniki elektryczne mają zazwyczaj wyższą moc niż w hybrydzie równoległej, „pod gazem” mamy dostępny wysoki moment obrotowy od samego startu; odczucia z jazdy – gdyby nie dźwięk silnika spalinowego i jego wibracje – byłyby identyczne jak w przypadku auta elektrycznego.
Niestety, typową wadą hybryd szeregowych jest to, że w chwili, gdy silnik spalinowy włącza się, by produkować energię, od razu zaczyna on pracę na dość wysokich obrotach, a praca generatora prądu wiąże się z wyraźnie odczuwalnymi wibracjami. Im ostrzej jeździmy, tym częściej uruchamia się silnik spalinowy i tym głośniej pracuje, a przy większych prędkościach pracuje on bez przerwy i z reguły zawsze na dość wysokich obrotach.
Dla wielu kierowców największym problemem w tego rodzaju napędzie jest kompletny brak powiązania prędkości obrotowej silnika spalinowego z prędkością jazdy. Jest to znacznie mniej dokuczliwe, gdy jeździmy wolno i zachowawczo, bo wtedy po prostu napęd jest raczej cichy. Niektórzy się więc do tego łatwo przyzwyczajają, ale jeśli kierowca ma "ciężką nogę", to będzie cierpiał.
Jest jeszcze jedna istotna wada hybryd szeregowych: przy większych prędkościach (co wcale nie znaczy, że bardzo wysokich), samochody z takim napędem przestają być oszczędne.
W przypadku hybryd szeregowych na zużycie paliwa istotny wpływ ma także temperatura otoczenia: im jest zimniej, tym spalanie wyższe – tak samo jak w elektrykach...
Ciekawostka: Jako że maksymalna moc silnika spalinowego w hybrydach szeregowych może być znacząco niższa niż maksymalna moc silników elektrycznych, przy długotrwałym mocnym obciążeniu system jest często zmuszony do obniżania swoich osiągów – ponieważ silnik spalinowy nie jest w stanie na bieżąco wyprodukować odpowiedniej ilości energii elektrycznej.
Te cechy hybryd szeregowych zupełnie nie przeszkadzają użytkownikom w krajach azjatyckich, gdzie co do zasady jeździ się wolno, bo albo nie ma miejsca na szybką jazdę, albo dlatego, że piraci drogowi są skutecznie eliminowani przez automatyczne systemy pomiaru prędkości o wiele bardziej rozbudowane niż w Europie. Jeśli ktoś nie ma "żyłki sportowca", pewnie problemu nie zauważy. Jeśli ktoś lubi jeździć szybko i dynamicznie, przed kupnem hybrydy szeregowej powinien taki samochód przetestować.
Zarówno hybryda równoległa, jak i szeregowa może być w wersji Plug-in
Oba typy hybryd mogą będzie wyposażone w powiększoną baterię trakcyjną z możliwością ładowania jej z zewnętrznego źródła energii. O ile jednak równoległe hybrydy Plug-in są bardzo popularne, to szeregowe hybrydy Plug-in są w Europie rzadkością. Reprezentuje je np. Leapmotor C10 REEV.
A co to jest hybryda szeregowo-równoległa?
Hybryda szeregowo-równoległa to taki układ, w którym koła samochodu mogą być napędzane wyłącznie przez silnik spalinowy, wyłącznie przez silnik elektryczny, równocześnie przez silnik spalinowy i elektryczny, ale też jednostka spalinowa może być wykorzystywana wyłącznie do napędzania generatora prądu, będąc "odcięta" od mechanicznego połączenia z kołami samochodu. Taki typ hybrydy montowany jest obecnie w wielu modelach samochodów Renault i Dacii (Renault Symbioz, Austral, Espace, Rafale, Dacia Bigster Hybrid i in.). Łączy on zalety (i część wad) systemów równoległych i szeregowych, ale ma też jedną unikalną, pożądaną cechę eksploatacyjną.
Tuż po wprowadzeniu tych hybryd na rynek były one mocno krytykowane za niespójną pracę układu napędowego: wprawdzie samochody rozpędzały się bardzo płynnie, ale odzywający się w zaskakujących momentach silnik spalinowy działający w trybie „szeregowym” (czyli, gdy wyłącznie ładował akumulator) był niezwykle irytujący. Kolejne aktualizacje tych systemów znacząco "wygładziły" ich pracę i obecnie nawet w momencie, gdy silnik spalinowy pracuje na podwyższonych obrotach, napędzając generator prądu, jest to mało uciążliwe.
Szeregowo-równoległe hybrydy nie działają tak płynnie jak nowoczesne hybrydy równoległe, ale są bardziej wydajne – zwłaszcza w ruchu miejskim. Średniej wielkości SUV z takim napędem potrafi spalić poniżej 5 l na 100 km w ruchu miejskim, nie trzeba być też mistrzem jazdy "o kropelce", by zejść poniżej 4 l na 100 km. Ma się rozumieć, wystarczy wyjechać na autostradę, by spalanie istotnie wzrosło, ale znów: zmiana warunków nie wpływa na zużycie paliwa i osiągi tak bardzo, jak w hybrydach szeregowych.
Hybrydy równoległe, szeregowe i szeregowo równoległe – co lepsze i dla kogo?
- Za najbardziej „zelektryfikowane” można uznać hybrydy szeregowe, w których silnik spalinowy nie ma mechanicznego połączenia z kołami (Nissan Qashqai, Nissan X-Trail, Leapmotor C10 i in.). Te napędy oferują najbardziej płynne przyspieszenie wśród wszystkich rodzajów hybryd. To rozsądne rozwiązanie dla kierowców jeżdżących spokojnie i głównie po mieście. Dynamiczna jazda wiąże się jednak z pogorszeniem komfortu akustycznego, szybka jazda autostradowa oznacza też dość wysokie zużycie paliwa.
- Hybrydy równoległe (Toyota, Lexus, Honda, BMW, Volkswagen i in.) oferują niezłe osiągi przy niskim zużyciu paliwa, a jednocześnie aktualne modele zapewniają doświadczenia z jazdy zbliżone do jazdy zwykłymi samochodami spalinowymi w kontekście powiązania obrotów i wibracji silnika spalinowego z przyspieszeniem i prędkością jazdy. Spalanie rośnie znacząco w ruchu autostradowym, ale (zazwyczaj) w mniejszym stopniu niż w przypadku hybryd szeregowych. Niektóre tego typu napędy słyną z długowieczności i bezawaryjności.
- Hybrydy szeregowo-równolegle to dość nowe rozwiązanie na rynku, o którym niewiele można powiedzieć w kontekście trwałości długoterminowej. Ich budowa wydaje się dość skomplikowana. Aktualne modele zapewniają jednak bardzo przyjemne doświadczenia z jazdy w różnych warunkach i, choć akustycznie są mnie spójne niż dłużej dopracowywane hybrydy równolegle, są jednak bardziej wydajne. W ruchu miejskim napędy hybrydowo-równolegle oferują unikalną efektywność paliwową, są pod tym względem właściwie nie do pobicia.
- A jeśli chcesz połączyć dobre osiągi autostradowe z rozsądnym spalaniem, powinieneś wybrać hybrydę równoległą współpracującą z dieslem (taki napęd Plug-in ma m.in. Mercedes), ewentualnie duży silnik benzynowy wspierany przez układ mikrohybrydowy. Nie są to, niestety, tanie rzeczy.
