Napędy hybrydowe - historia i najnowsze rozwiązania

person Maciej Pertynski 25/11/2019

Czy napędy hybrydowe to współczesny wynalazek? Jak się rozwijały? Pisze o tym Maciej „Pertyn” Pertyński, bloger, youtuber, polski juror w konkursie na Światowy Samochód Roku (WCA).

Samochody z napędem hybrydowym to dziś codzienność. Dosłownie. Wszędzie. Nic dziwnego – to już 22 lata, od kiedy istnieją takie napędy. Czyżby?!

 

Mało kto pamięta, że już w 1899 r. młody austro-węgierski obywatel czeski narodowości niemieckiej, konstruktor-samouk-geniusz (blacharz-karoseryjnik i elektrotechnik z wykształcenia, ale nie szkolnego, a wyłącznie warsztatowego), niejaki Ferdinand Porsche, pracując w wiedeńskiej firmie elektrotechnicznej zbudował samochód napędzany przez silniki elektryczne piastowe, prąd do zasilania których wytwarzał silnik spalinowy podłączony do generatora.

 

Czyli – była to hybryda tzw. szeregowa. Jest to typ stosowany do dziś we wszystkich maszynach roboczych ciężkich (lokomotywach, maxi-wywrotkach etc.). Jak widać, pomysł młodego Ferdinanda okazał się tak genialnie przyszłościowy, że do dziś nie wymyślono nic lepszego, gdy chodzi o zapewnienie największej możliwej siły napędowej.

 

Ponieważ jednak w codziennym życiu, w codziennych środkach transportu jest to sposób niewygodny i nieprzyjazny, nikt nie sięgał po hybrydowy napęd do zastosowania w normalnych samochodach. Fakt, że próby trwały nieprzerwanie, ale rzeczywiście pierwszą konstrukcję spełniającą wszystkie wymagania (sprawność, szybkość, oszczędność, akceptowalna cena, niezawodność) zaproponowała w roku Konferencji Klimatycznej w Kioto Toyota w zupełnie nowym modelu Prius.

 

Korzystał on z projektu, a właściwie modelu matematyczno-fizycznego łączącego wiele źródeł napędu i opatentowanego jako teoretyczny system napędowy w 1969 r. przez czterech inżynierów ze słynnej wytwórni samolotów bojowych i systemów kosmicznych Northrop Grumman. We wniosku patentowym podali oni nawet wszystkie niezbędne systemy sterowania tym układem, ale musiało upłynąć jeszcze ponad 25 lat, zanim japoński koncern był w stanie zrealizować przerażająco skomplikowaną elektronikę sterującą dla tego synergicznego układu.

 

Już pierwszy Prius był sensacyjnie dobrym autem, choć oczywiście ze względu na dążenie do maksymalizacji wydajności paliwowej stworzono go jako pojazd czysto miejski i raczej dla mało wymagających dynamicznie kierowców. Za to doskonale się wpisywał w treści i wnioski Konferencji w Kyoto – i najwyraźniej w poglądy na życie milionów ludzi na całym świecie, którzy kupili to nieruchawe autko i (w ogromnej większości) używają go do dziś (!!!). Tak, jest totalnie bezawaryjne, nawet nie zanotowano ani jednego przypadku konieczności wymiany baterii trakcyjnych – które wykazują ponoć wciąż sprawność na poziomie przeszło 70%.

 

Bo ta konstrukcja wymagała po prostu precyzji i staranności. A po uzyskaniu odpowiednich umiejętności i parametrów, Toyota okazała się po prostu idealnym producentem takich urządzeń. Niby prostych, ale…

 

Prostych, bo chodzi o połączenie ze sobą silnika spalinowego E1 i elektrycznego M1 za pośrednictwem przekładni planetarnej, której pracą (na drodze obracania jej koła słonecznego) steruje jeszcze jeden silnik elektryczny M2. I to zarządzanie jego działaniem jest największym wyzwaniem, bo w zależności od tego, co i jak on zrobi, pozostałe elementy tej układanki pracują jako hybryda szeregowa (silnik spalinowy wytwarza prąd, który zasila silnik elektryczny, który napędza koła) lub jako hybryda równoległa (silnik elektryczny i spalinowy równolegle służą do napędzania auta, przy czym zakres tej współpracy wymaga starannego reżyserowania), lub jako napęd elektryczny. Co więcej, przekładnia planetarna i sterujący nią silnik elektryczny M2 są także… rozrusznikiem silnika spalinowego E1.

 

W sumie mamy tu zaskakująco niewiele elementów i brzmi zaskakująco łatwo i… tak jest rzeczywiście. Ale, jako się rzekło, tylko jeśli dysponujemy technologią zdolną do ogarnięcia. Inaczej można by skończyć jak Kaczor Donald gdy składał leżak plażowy lub jak inspektor Clouseau, gdy oglądał wysięgnik, którym skradziono „Różową Panterę”… Ale Toyota, gdy raz znalazła sposób, nie popełniła żadnego błędu.

Toyota Prius plug-in

Oczywiście, nie jest to napęd dla każdego. Hybrydowe samochody charakteryzują się bowiem najwyżej przeciętną dynamiką i kulturą pracy, a przy tym działanie mechanizmu spinającego źródła napędu w układzie brzmieniowo bardzo przypomina działanie bezstopniowej skrzyni biegów, czego większość kierowców odruchowo nie lubi – bo brzmienie silnika nie jest zsynchronizowane z przyspieszaniem auta. A dokładnie, przypomina efekt podczas startu samolotu: silnik sobie wyje na maksymalnych obrotach, a przyrost prędkości zdaje się nie mieć z nim nic wspólnego. Czyli – w zwykłym aucie jakby się ślizgało sprzęgło. No, ale do tego się da przyzwyczaić, skoro w zamian dostajemy auto przez sporą część czasu spędzanego w mieście przemieszczające się elektrycznie lub na wolnych obrotach i uzyskujące absurdalnie niskie spalanie.

 

A to właśnie są cechy, które wielbiciele Priusów (oraz ich kuzynostwa zarówno w marce Toyota, jak Scion czy Lexus) cenią sobie najwyżej. Niemniej Toyota nie pogodziła się z tym, że jej sztandarowe produkty kupować będą tylko „przekonani”, tzw. prawdziwi kierowcy na samo brzmienie słowa „hybryda” będą uciekać. Stąd takie próby jak w 2008 Lexus LS 600h, hybryda z pięciolitrowym silnikiem V8, która oferowała kulturę pracy i osiągi modelu z o połowę większym pojemnościowo silnikiem V12 z doładowaniem, ale w codziennym użytkowaniu pozwalająca na przemieszczanie się w zamian za 7-8 l benzyny na 100 km.

 

Jasne, takie auto nie przekona przeciętnego Kowalskiego, bo to nie ten pułap cenowy, ale w dużym stopniu topowy Lexus wstrząsnął światopoglądem niechętnych tej technologii. No ale cóż z tego, skoro oferowane tym bardziej przeciętnym kierowcom hybrydy (Prius, Auris, Corolla, Yaris) wykazywały dokładnie te cechy, które tak bardzo „hejtowano”? Nie było więc mowy, by ktokolwiek poza „uświadomionymi” oraz firmami taksówkowymi (te potrafią docenić zarówno ekonomikę, jak zupełnie absurdalną niezawodność) zainteresował się samochodami tego typu.

 

Rozwiązaniem stały się najnowsze przełomy technologiczne. A konkretnie, kolejna generacja sterowników, kolejna generacja silników elektrycznych oraz baterie o wyższej wydajności, większej gęstości energetycznej. Mając to wszystko do dyspozycji, w najnowszej generacji hybryd (jako pierwszy skorzystał z niej Lexus UX, potem Lexus ES, Toyota Camry i Toyota RAV4) Toyota zastosowała mniejsze, ale znacząco mocniejsze silniki elektryczne i o wiele wydajniejsze systemy sterowania układami hybrydowymi. W efekcie przy nawet niższej mocy niż w dotychczasowych modelach (casus hybrydy 1.8 w Aurisie, C-HR i Corolli, obniżenie mocy ze 136 na 122 KM) nowe auta cechują się o wiele lepszą dynamiką, niezwykłą spontanicznością reakcji i znacząco zredukowanym „efektem ślizgającego się sprzęgła”.

 

Na wyniki takiej rewolucji bez rewolucji nie trzeba było długo czekać – nawet najbardziej niechętni hybrydom Toyoty kierowcy (w tym niżej podpisany, przez lata krytykujący i wyszydzający te samochody) błyskawicznie „przeszli na stronę Mocy”. I nie ma się co dziwić – przy zachowaniu wszystkich zasad konstrukcyjnych uzyskano samochody o dynamice nie tylko dorównującej podobnym autom konwencjonalnym (nawet z potężnymi dieslami), ale często nawet szybsze. A wciąż spalające bardzo małe ilości benzyny. Nawet mniejsze niż dotychczas!

 

To ostatnie jest szczególnie fascynujące, bo przecież jak to? Ano, to proste – poprzednie generacje hybryd tak niechętnie reagowały na próby wymuszenia na nich szybkiej jazdy, że odruchowo kierowca wbijał prawą stopę w podłogę i jej nie cofał. Teraz wystarczy lekkie wciśnięcie gazu, by hybryda skakała w przód z niezwykle mile satysfakcjonującą dynamiką, więc nawet tacy petrolheadzi jak ja nie odczuwają potrzeby brutalnego traktowania auta. A tym samym nawet mnie się udało zejść poniżej 5 l/100 km (średnio!) w Corolli i Lexusie UX, a w większych wcieleniach (RAV4, Camry i Lexus ES) – do niewiele ponad 6 l/100 km.

 

 

Przy czym mówię tu o wartościach średnich, a pamiętajmy, że hybrydy są genialnymi autami na miejskie korki, gdzie (nowe generacje) potrafią przez nawet 60-70% czasu jechać na samym prądzie, a więc nie zużywając paliwa. Wartości, jakie podałem powyżej, dotyczą testów, w których przejeżdżałem także (szybko!) duże, kilkusetkilometrowe odcinki autostradowe. W poprzednich generacjach Auris Hybrid o mocy 136 KM od 100 km/h wzwyż zaczynał palić 10 i więcej (nawet aż po 12) l/100 km. Dziś mowa o 7-7,5 l/100 km przy średniej prędkości na poziomie 130 km/h nawet dla najmocniejszych wariantów hybryd.

 

A tym samym hybrydy Toyoty nagle stały się czymś, obok czego nie powinien obojętnie (ani tym bardziej z obrzydzeniem!) przechodzić żaden kierowca. Inna sprawa, że teraz wypadałoby popracować nad jakością wykończenia. Bo solidność solidnością, ale jeśli brzydsze materiały znajdziemy tylko w najtańszych samochodach na rynku, to to jest po prostu wstyd.

 

Zdjęcia: Toyota

 

 

Zobacz podobne

Szanowny Czytelniku

Zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE (ogólne rozporządzenie o ochronie danych) informujemy Cię o przetwarzaniu Twoich danych.

Administratorem danych jest Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28. Chodzi o dane, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług, w tym stron internetowych, newsletterów i innych funkcjonalności udostępnianych przez Proautomotive Sp. z o.o., głównie zapisanych w plikach cookies i innych identyfikatorach internetowych, które są instalowane na naszych stronach przez nas oraz naszych zaufanych partnerów. Gromadzone dane są wykorzystywane wyłącznie w celach: świadczenia usług drogą elektroniczną wykrywania nadużyć w usługach pomiarów statystycznych i udoskonalenia usług

Osoba, której dane dotyczą, ma prawo dostępu do danych, sprostowania i usunięcia danych, ograniczenia ich przetwarzania. Osoba może też wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych. Wszelkie zgłoszenia dotyczące ochrony danych osobowych prosimy kierować na adres biuro@motofaktor.pl lub pisemnie na adres Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28 z dopiskiem "ochrona danych osobowych".

Więcej o zasadach przetwarzania danych osobowych i przysługujących Użytkownikowi prawach znajduje się w Polityce prywatności.

Zapisz się na newsletter główny

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).

 

To był tydzień!

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).

 

Strefa Ciężka

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).