W obliczu stale rosnących wymagań dotyczących efektywności energetycznej i redukcji emisji spalin, samochody hybrydowe stają się kluczowym elementem współczesnego przemysłu motoryzacyjnego. Ich historia, sięgająca początków XX wieku, jest świadectwem nieustającej ewolucji i dążenia do doskonałości w dziedzinie inżynierii motoryzacyjnej.

Fot. 1. Toyota Prius – samochód, który wprowadził hybrydy na szeroki rynek w 1997 roku – Wikimedia  Autorstwa OSX

Definicja i rodzaje samochodów hybrydowych

Definicja samochodu hybrydowego sprowadza się do jego zdolności do wykorzystania więcej niż jednego źródła napędu w celu zwiększenia efektywności energetycznej oraz zmniejszenia emisji spalin. W praktyce, oznacza to połączenie silnika spalinowego z jednym lub więcej silnikami elektrycznymi. Kluczowym elementem takiego układu jest system zarządzania energią, który decyduje o tym, kiedy i w jakim stopniu korzystać z poszczególnych silników, aby osiągnąć optymalne parametry jazdy. Podstawowym celem tej architektury jest albo zmniejszenie zużycia paliwa, albo zwiększenie mocy pojazdu. Zastosowania hybrydowe obejmują nie tylko samochody osobowe, ale również ciężarówki, traktory i autobusy.

Klasyfikacja napędów hybrydowych dzieli się na trzy główne kategorie:

• Hybrydy równoległe - tutaj silnik spalinowy i elektryczny są połączone mechanicznie z kołami napędowymi, umożliwiając pracę albo jednego, albo drugiego, albo obu naraz.
• Hybrydy szeregowe - w tym układzie samochód jest napędzany bezpośrednio tylko przez silnik elektryczny, natomiast silnik spalinowy służy do napędzania generatora, który zasila silnik elektryczny i ładuje baterie.
• Hybrydy mieszane (pełna hybryda) - łączą zalety obu systemów, oferując wydajność szeregową przy niskich prędkościach i równoległą przy wyższych.

Innym podziałem, chyba najpopularniejszym w codziennym naszym życiu jest:

• HEV (Hybrid Electric Vehicle): Odnosi się do tradycyjnych hybryd, które automatycznie łączą i wykorzystują zarówno silnik spalinowy, jak i elektryczny w zależności od warunków jazdy. Hybrydy mieszane (pełna hybryda) i hybrydy równoległe najczęściej kwalifikują się jako HEV. Nie wymagają one ładowania z zewnętrznego źródła, ponieważ energia elektryczna jest generowana przez silnik spalinowy i odzyskiwana podczas hamowania.
• FHEV (Full Hybrid Electric Vehicle): Jest to inna nazwa dla hybrydy mieszanej (pełnej hybrydy), która potrafi pracować zarówno w trybie równoległym, jak i szeregowym. Tak jak w przypadku HEV, FHEV nie wymaga zewnętrznego ładowania, ponieważ energia jest odzyskiwana podczas jazdy.
• PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle): Hybrydy plug-in to pojazdy, które mogą być ładowane z zewnętrznych źródeł prądu (np. z gniazdka elektrycznego). Posiadają zwykle większe baterie niż standardowe HEV, co pozwala im na dłuższą jazdę wyłącznie na napędzie elektrycznym przed uruchomieniem silnika spalinowego.
• MHEV (Mild Hybrid Electric Vehicle): MHEV to łagodna forma hybrydy, w której silnik elektryczny wspomaga silnik spalinowy, ale nie jest w stanie napędzać samochodu samodzielnie. Zwykle stosowane są w celu zwiększenia efektywności paliwowej i zmniejszenia emisji, na przykład poprzez umożliwienie start-stop silnika spalinowego czy odzyskiwanie energii podczas hamowania. MHEV nie zostało bezpośrednio wymienione w moim poprzednim opisie, ale mieści się w ogólnej kategorii hybryd równoległych.

Fot. 3. Ładowanie Chevroleta Volta – Wikimedia  Autorstwa The Digitel Myrtle Beach

Zasada działania samochodów hybrydowych

W samochodach hybrydowych, silniki elektryczne i spalinowe współpracują w celu optymalizacji wydajności i minimalizacji emisji spalin. Zaletą takiego rozwiązania jest m.in. możliwość odzyskiwania energii podczas hamowania - zamiast traconej w postaci ciepła, energia jest wykorzystywana do ładowania baterii. W niektórych konstrukcjach, silnik spalinowy pełni dodatkowo rolę generatora prądu dla silnika elektrycznego, co pozwala na lepsze wykorzystanie paliwa i redukcję emisji spalin.

W praktyce, hybryda oferuje znaczące korzyści, zwłaszcza w ruchu miejskim, gdzie częste zatrzymywania i ruszania sprzyjają efektywniejszemu wykorzystaniu silnika elektrycznego. W połączeniu z inteligentnymi systemami zarządzania energią, takie pojazdy potrafią znacząco zmniejszyć zużycie paliwa oraz emisję szkodliwych substancji.

Fot. 3. Zasady działania napędów hybrydowych – Wikimedia  Autorstwa CC BY-SA 3.0,

Ciekawostki ze świata samochodów hybrydowych

Samochody hybrydowe, choć na pierwszy rzut oka mogą wydawać się nowoczesnym wynalazkiem, mają historię sięgającą dalej, niż mogłoby się wydawać. Pierwszy projekt hybrydowego pojazdu spalinowo-elektrycznego, Lohner-Porsche Semper Vivus, a później udoskonalona wersja Lohner-Porsche Mixte, został zaprezentowany przez Ferdynanda Porsche już na przełomie XVIII i XIX w., otwierając nowy rozdział w historii motoryzacji.

Zjawisko odzyskiwania energii podczas hamowania, kluczowe dla dzisiejszych hybryd, zostało po raz pierwszy opracowane w 1967 roku przez American Motors Corporation (AMC) dla modelu Amitron. Warto również wspomnieć, że popularność hybryd nie ogranicza się wyłącznie do drogowych pojazdów osobowych. Istnieją projekty hybrydowe w innych dziedzinach transportu, w tym w lotnictwie i kolejnictwie, gdzie również docenia się ich efektywność energetyczną i mniejszy wpływ na środowisko. Z biegiem czasu, samochody hybrydowe przechodziły ewolucję zarówno pod kątem technicznym, jak i designu, stając się coraz bardziej zaawansowane i dostosowane do potrzeb współczesnych użytkowników.

Wraz z rosnącą świadomością ekologiczną i rozwijającymi się technologiami, samochody hybrydowe stają się coraz bardziej popularnym wyborem, nie tylko ze względów środowiskowych, ale również ekonomicznych. Dla inżynierów i konstruktorów, stanowią one fascynujące wyzwanie projektowe, łączące tradycyjne metody inżynierii mechanicznej z innowacyjnymi rozwiązaniami w dziedzinie elektroniki i zarządzania energią.

Źródło: Wikipedia.