WADY I ZALETY SILNIKA HYBRYDOWEGO – POZNAJ DOSTĘPNE TECHNOLOGIE ORAZ ICH SPECYFIKĘ

Samochody z napędem hybrydowym oraz pojazdy z zeroemisyjnymi, w pełni elektrycznymi układami napędowymi to obecnie dwie grupy, których udział na europejskim rynku systematycznie rośnie. Według najnowszych danych JATO Dynamics, w I półroczu 2022 roku wolumen aut niskoemisyjnych (samochody hybrydowe oraz samochody elektryczne) wzrósł o 9 proc., a pojazdy z napędem hybrydowym już w III kwartale 2021 były po raz pierwszy w historii motoryzacji częściej wybierane niż auta z silnikami wysokoprężnymi. Choć w ogólnym rozrachunku wciąż największy udział w europejskim rynku aut osobowych mają samochody z silnikami benzynowymi, to ich udział – podobnie jak aut z silnikami diesla – maleje. Tymczasem pojazdy hybrydowe i elektryczne cieszą się coraz większym zainteresowaniem konsumentów. W przypadku każdego rozwiązania warto jednak zdać sobie sprawę nie tylko z atutów, ale i potencjalnych jego mankamentów. Niniejszy artykuł rozwieje wszelkie wątpliwości na temat działania silnika hybrydowego, jego zalet oraz wad.

Hybrid Engine

SILNIKI HYBRYDOWE – ZASADA DZIAŁANIA

Nie sposób przejść do analizy wad i zalet konkretnego rozwiązania nie rozumiejąc zasad jego działania. Czym zatem są właściwie silniki hybrydowe? W jaki sposób działają? W przypadku klasycznych pojazdów wyposażonych wyłącznie w spalinową jednostkę napędową, podstawowym źródłem energii, która jest przekazywana na koła auta jest węglowodorowe paliwo: benzyna lub olej napędowy. Samochody hybrydowe również są wyposażone w silnik spalinowy, jednak w układzie hybrydowym jednostka spalinowa jest wspierana przez co najmniej jeden silnik elektryczny. Obecnie na rynku można rozróżnić trzy główne rodzaje napędów hybrydowych: tzw. miękkie hybrydy (MHEV; Mild Hybrid Electric Vehicle), tradycyjne hybrydy (HEV; Hybrid Electric Vehicle) oraz hybrydy plug-in (PHEV; Plug-in Hybrid Electric Vehicle). W każdym z tych rodzajów układów hybrydowych mamy zarówno silnik spalinowy, jak i jednostkę elektryczną, a zasadniczą różnicą pomiędzy tymi rodzajami hybryd jest udział pracy jednostki elektrycznej w ruchu pojazdu. W przypadku miękkich hybryd (przykładem może być model Ford Puma 1.0 EcoBoost Hybrid) jednostka elektryczna odciąża silnik spalinowy podczas ruszania. W klasycznej hybrydzie (np. Ford Kuga Hybrid) silnik elektryczny pomaga zarówno podczas rozruchu jak i&nsp;ruszania, jak też jest w stanie napędzać auto przy niższych prędkościach i w typowym ruchu miejskim. Z kolei w hybrydach plug-in (np. model Ford Explorer Plug-in Hybrid czy Ford Kuga Plug-in Hybrid) auto jest w stanie pokonać nawet kilkudziesięciokilometrowy dystans zupełnie bezemisyjnie, wyłącznie na silniku elektrycznym.

Po co w ogóle buduje się silniki hybrydowe? Podstawowym zadaniem jest zniwelowanie kluczowej wady każdego silnika spalinowego jaką jest nieefektywność przy pewnych prędkościach obrotowych silnika. Co do zasady każdy silnik spalinowy charakteryzuje się jedynie pewnym przedziałem prędkości obrotowych, w której jest on najbardziej efektywny energetycznie. Na przykład podczas ruszania auto spalinowe startuje z niskich prędkości obrotowych. Samochód ma wówczas niski moment obrotowy przekazywany na koła, niemniej do cylindrów i tak musi trafić odpowiednia ilość paliwa. W efekcie oznacza wzrost zużycia paliwa w stosunku do pokonanego dystansu. Silnik hybrydowy pozwala zniwelować ten wzrost dzięki znacznie większej efektywności energetycznej silników elektrycznych, które są w stanie przekazać wysoki moment obrotowy praktycznie przy każdej prędkości obrotowej, co odciąża jednostkę spalinową i zmniejsza zużycie paliwa. W ten sposób odkrywamy największą zaletę silników hybrydowych, ale nie jedyną. Pamiętajmy, że istotną cechą praktycznie wszystkich typów silników hybrydowych jest zdolność do odzyskiwania energii kinetycznej (np. podczas hamowania auta) i jej przekształcania na energię elektryczną doładowującą akumulator wykorzystywany przez jednostkę elektryczną silnika hybrydowego. To również przekłada się na mniejsze zużycie paliwa, bo w klasycznym samochodzie spalinowym energia hamowania jest po prostu marnowana.

Kuga St-Line X Plug-In Hybrid

JAKIE ZALETY MAJĄ SILNIKI HYBRYDOWE?

Zauważalnie niższe zużycie paliwa w stosunku do auta wyłącznie spalinowego o podobnych gabarytach, masie i mocy jednostki napędowej to najważniejsza zaleta silników hybrydowych. Warto jednak zdać sobie sprawę, że poziom tej oszczędności jest zależny od typu napędu hybrydowego. Najmniejsze oszczędności eksploatacyjne wygeneruje układ typu miękka hybryda (MHEV), co wynika po prostu z tego, że udział jednostki elektrycznej w ogólnej pracy napędu jest tu najmniejszy, a przez większość czasu auto zachowuje się jak klasyczny samochód spalinowy. W przypadku większej i mocniejszej jednostki elektrycznej z jaką mamy do czynienia w klasycznej hybrydzie, oszczędności są bardziej zauważalne, dzięki temu, że silnik spalinowy, który musiałby np. w gęstym ruchu miejskim działać w nieoptymalnym dla wydajności zakresie obrotów jest częściej wyręczany przez silnik elektryczny. Klasyczna hybryda jest też optymalnym rozwiązaniem dla osób, które nie mają możliwości ładowania samochodu. Jeżeli jednak mamy taką możliwość, to w codziennej, typowo miejskiej eksploatacji największe oszczędności paliwa wygeneruje układ napędowy typu hybryda plug-in. Ten typ napędu wyróżnia się zdolnością do całkowicie bezemisyjnej jazdy na dystansie kilkudziesięciu kilometrów bez konieczności doładowania auta. W efekcie krótkie przejazdy np. z dziećmi do szkoły, przedszkola, jazda do pracy i z powrotem, czy na zakupy, mogą być realizowane bez zużywania choćby kropli węglowodorowych paliw.

Kolejną zaletą silników hybrydowych jest też to, że oferują one najczęściej zauważalnie większą moc i dynamikę w stosunku do samochodów pozbawionych takiego rozwiązania. Jednocześnie zwiększenie mocy wynikające z obecności i silnika spalinowego i silnika elektrycznego, nie przekłada się na wzrost zużycia paliwa, co wynika z charakteru układu hybrydowego. Doskonale widać to np. w ofercie modeli marki Ford. Np. wyłącznie spalinowy Ford Puma 1.0 EcoBoost dysponował mocą 95 KM, z kolei warianty z silnikiem 1.0 EcoBoost Hybrid, w którym jednostka spalinowa jest połączona z instalacją miękkiej hybrydy, oferowane są już z mocą 125 KM i 155 KM. Jednocześnie to te mocniejsze modele są w stanie zużyć mniej paliwa! Również w przypadku innych typów silników hybrydowych stosowanych przez Forda, widać, że wersje hybrydowe (klasyczne) i hybrydowe plug-in są najmocniejszymi wariantami w gamie konkretnych modeli. Przykład? Ford Kuga Plug-in Hybrid dysponuje mocą 225 KM, co jest najwyższą wartością w aktualnej gamie Forda Kugi. Jeszcze bardziej wyrazistym przykładem jest potężny, luksusowy Ford Explorer, który dzięki układowi napędowemu typu hybryda plug-in oferuje kierowcy potężną moc aż 457 KM. Jednocześnie dzięki specyfice działania silników hybrydowych duża moc tych jednostek nie oznacza dużego zużycia paliwa.

To nie koniec zalet silników hybrydowych. Jak wiemy, układy napędowe tego typu potrafią nie tylko wykorzystywać energię z paliwa i akumulatorów, ale też potrafią odzyskiwać energię kinetyczną np. pochodzącą z hamowania. Ten proces rekuperacji oprócz oczywistej zalety wynikającej z możliwości wytworzenia w procesie hamowania energii elektrycznej doładowującej akumulator trakcyjny, pozwala również znacząco oszczędzić zużycie układu hamulcowego i jego elementów ciernych: klocków i tarcz hamulcowych. Siła hamująca podczas rekuperacji pochodzi z hamowania silnikiem elektrycznym, który w takiej sytuacji pełni rolę generatora energii. W efekcie delikatne korzystanie z hamulców w aucie hybrydowym, oznacza odzysk energii. Właściwy układ hamulcowy jest aktywowany dopiero w sytuacji wymagającej mocniejszego lub awaryjnego hamowania. W praktyce oznacza to znacznie rzadszą wymianę elementów eksploatacyjnych układu hamulcowego, co przekłada się na obniżenie kosztów eksploatacji pojazdu.

Nie można też zapominać, że samochody hybrydowe, ze względu na charakterystykę pracy takiego układu napędowego niejako zachęcają kierowców do oszczędniejszej jazdy. Płynna, łagodna jazda takim autem sprawia, że zysk wynikający z oszczędności paliwa czy układu hamulcowego jest wówczas największy. Jednocześnie taki styl jazdy zdecydowanie sprzyja poprawie bezpieczeństwa na drogach publicznych, a to zaleta, którą naprawdę trudno przecenić.

WADY SILNIKÓW HYBRYDOWYCH

Czy silniki hybrydowe mają w ogóle jakieś wady? Cóż, prawda jest taka, że nie ma rozwiązań idealnych. Hybrydowy układ napędowy jest siłą rzeczy bardziej skomplikowany od prostego układu spalinowego, co wpływa na cenę zakupu auta. Oczywiście z czasem zostaje ona zrekompensowana przez oszczędności eksploatacyjne, nie zmienia to jednak faktu, że większa komplikacja układu hybrydowego może też generować wyższe koszty serwisu, gdy po pokonaniu znacznego przebiegu prace naprawcze staną się niezbędne. Dlatego bardzo istotne jest dopasowanie typu napędu hybrydowego do naszych faktycznych potrzeb oraz możliwości. Na przykład osoby dysponujące własnym, zelektryfikowanym garażem powinny rozważyć samochody typu hybrydy plug-in, bo dzięki ładowaniu akumulatora uzyskają one największą oszczędność na zużyciu paliwa i niższe koszty eksploatacji (energia elektryczna jest tańsza od węglowodorów). Jednocześnie jeżeli zakupu hybrydy plug-in dokonają osoby, które mają dom wyposażony w instalację fotowoltaiczną czy inne, odnawialne źródło energii elektrycznej, wówczas koszt „paliwa” potrzebnego na krótkie, miejskie dojazdy można wręcz zminimalizować do zera. Dodatkowym ułatwieniem jest oferowana przez markę Ford ładowarka Ford Connected Wallbox, dzięki której również we własnym domu możemy dysponować znacznie szybszym ładowaniem niż ze zwykłego gniazdka. Zainteresowanych tym rozwiązaniem odsyłam do naszego wcześniejszego wpisu dotyczącego bezpiecznego i skutecznego ładowania samochodu elektrycznego lub hybrydy plug-in w domu.

Jeżeli jednak nie mamy możliwości ładowania auta niskim kosztem, wówczas lepszym wyborem będzie klasyczna lub miękka hybryda. Wciąż mamy możliwość zaoszczędzenia paliwa, a jednocześnie jesteśmy zwolnieni z obowiązku dostarczania autu energii elektrycznej z zewnętrznego źródła. Nie sposób pominąć też faktu, że auta z miękką hybrydą, czy samochody hybrydowe bez wtyczki są tańsze niż analogiczne modele z instalacją typu hybryda plug-in.

Explorer interior

SILNIKI HYBRYDOWE – JAKA JEST ICH PRZYSZŁOŚĆ?

Lepsze zrozumienie działania układów hybrydowych pozwala dokonać pragmatycznego wyboru typu napędu optymalnie realizującego potrzeby użytkownika. Żyjemy w czasie transformacji energetycznej świata, w okresie zmian klimatycznych, które chcemy powstrzymać. Elektryfikacja transportu to jedna z metod. Dzięki nowoczesnym technologiom i lepszemu zrozumieniu jak działają silniki hybrydowe, a także napędy czysto elektryczne, wszyscy mamy możliwość wpływania na nasza przyszłość, bez konieczności rezygnacji ze swobody przemieszczania się jaką ludzkości przyniosła motoryzacja. Ilość aut hybrydowych i elektrycznych na drogach świata systematycznie rośnie, wypierając starsze, mniej ekologiczne rozwiązania. Transformacja energetyczna nie jest nagłym wydarzeniem, to ciągły proces i wybór napędu hybrydowego to krok w pożądanym kierunku, który przynosi korzyści nie tylko planecie, ale i nam samym.

PRZECZYTAJ TAKŻE: