Silnik hybrydowy – co to jest i jak działa?

Silnik hybrydowy to układ napędowy, który łączy silnik spalinowy z elektrycznym. W zależności od zastosowanej technologii jednostka elektryczna wspomaga spalanie, napędza samochód przy niskich obciążeniach albo pozwala na krótką jazdę bez uruchamiania silnika spalinowego. Hybryda nie jest autem w pełni elektrycznym, ponieważ korzysta także z paliwa. Jej zadaniem jest ograniczenie zużycia paliwa i emisji spalin przez lepsze wykorzystanie energii.

Czym jest silnik hybrydowy?

Napęd hybrydowy wykorzystuje dwa źródła mocy: silnik spalinowy oraz silnik elektryczny zasilany z akumulatora trakcyjnego. Elektronika sterująca dobiera sposób pracy do warunków jazdy. Przy ruszaniu i przyspieszaniu silnik elektryczny może odciążać jednostkę spalinową, a w niektórych układach samodzielnie napędzać koła.

Hybryda nie zawsze oznacza możliwość jazdy wyłącznie na prądzie. Taką funkcję oferują pełne hybrydy HEV i hybrydy plug-in PHEV, natomiast mHEV wykorzystuje silnik elektryczny tylko jako wsparcie. Różnice między tymi rozwiązaniami wynikają przede wszystkim z mocy silnika elektrycznego, pojemności akumulatora i sposobu ładowania.

Jak działa napęd hybrydowy?

Podczas spokojnej jazdy samochód może korzystać głównie z silnika spalinowego. Gdy kierowca rusza, przyspiesza lub pokonuje wzniesienie, jednostka elektryczna dostarcza dodatkowy moment obrotowy. Dzięki temu silnik spalinowy nie musi samodzielnie wykonywać całej pracy w momentach, w których zużywa najwięcej paliwa.

W zależności od konstrukcji oba silniki mogą napędzać koła niezależnie, współpracować przez wspólną przekładnię albo działać w układzie, w którym silnik spalinowy zasila generator, a koła napędza wyłącznie silnik elektryczny. W bardziej złożonych konstrukcjach, takich jak układ szeregowo-równoległy, sterownik płynnie zmienia sposób przekazywania energii.

Na czym polega rekuperacja?

Rekuperacja to odzyskiwanie energii podczas zwalniania i hamowania. W klasycznym samochodzie duża część energii kinetycznej zamienia się wtedy w ciepło na tarczach i klockach hamulcowych. W hybrydzie silnik elektryczny pracuje w odwrotnym kierunku, jako generator. Wytwarza prąd, który trafia do akumulatora trakcyjnego.

Odzyskana energia może później zasilać silnik elektryczny podczas ruszania lub przyspieszania. Dlatego klasyczna hybryda HEV zwykle nie wymaga ładowania z gniazdka. Akumulator uzupełnia energię przede wszystkim dzięki rekuperacji oraz pracy układu spalinowego. PHEV również odzyskuje energię w ten sposób, ale jego większą baterię można ładować z zewnętrznego źródła.

Rodzaje hybryd – mHEV, HEV i PHEV

Najczęściej spotkasz trzy podstawowe typy napędów hybrydowych. Tabela pokazuje najważniejszą różnicę między nimi:

mHEV, czyli miękka hybryda, ma niewielki silnik elektryczny i akumulator. Układ odzyskuje energię przy hamowaniu, wspiera ruszanie i przyspieszanie, a także może zasilać niektóre podzespoły. Nie pozwala jednak na samodzielną jazdę wyłącznie na prądzie. W uproszczeniu jest to elektryczne wsparcie silnika spalinowego, a nie niezależny napęd.

HEV, czyli pełna hybryda, ma mocniejszy silnik elektryczny i większy akumulator. Może poruszać się z wykorzystaniem silnika spalinowego, elektrycznego albo obu jednostek jednocześnie. Jazda na prądzie odbywa się zwykle przy ruszaniu, w korku i podczas spokojnego manewrowania. Zasięg zależy od konkretnego układu oraz warunków, dlatego nie należy traktować go jako stałej wartości.

PHEV to hybryda plug-in z większym akumulatorem trakcyjnym. Można ją ładować z gniazdka domowego, wallboxa lub kompatybilnej stacji. Po naładowaniu samochód pokonuje część trasy w trybie elektrycznym, a po spadku poziomu energii nadal może korzystać z silnika spalinowego. Zasięg elektryczny zależy od modelu, temperatury, prędkości i stylu jazdy.

Gdzie hybryda sprawdza się najlepiej?

Napęd hybrydowy najlepiej wykorzystuje swoje zalety tam, gdzie samochód często rusza, zwalnia i zatrzymuje się. Każde hamowanie stwarza wtedy okazję do odzyskania części energii, a silnik elektryczny może wspierać spalinowy przy kolejnych ruszeniach.

Największe znaczenie mają warunki eksploatacji, a nie sama nazwa technologii. Hybryda może być mniej oszczędna na szybkiej trasie, gdy przez długi czas jedzie ze stałą, wysoką prędkością i przewozi ciężki akumulator. W mieście oraz na drogach z częstymi zmianami prędkości przewaga rekuperacji i elektrycznego wspomagania jest zwykle większa.

Hybryda będzie szczególnie korzystna w następujących sytuacjach:

• Codzienna jazda miejska z częstym ruszaniem i hamowaniem.
• Poruszanie się w korkach, gdzie HEV może okresowo korzystać z napędu elektrycznego.
• Jazda z płynnym przyspieszaniem i łagodnym hamowaniem, które sprzyja rekuperacji.
• Użytkowanie PHEV przez osoby mające możliwość regularnego ładowania akumulatora.

Na długich trasach autostradowych korzyści mogą być mniejsze, ponieważ silnik elektryczny ma mniej okazji do odzyskiwania energii, a samochód często porusza się ze stałą prędkością. W takim środowisku wynik zależy między innymi od masy auta, aerodynamiki, rodzaju silnika spalinowego i prędkości przejazdu.

Najważniejsze rozróżnienie jest proste: mHEV tylko wspomaga silnik spalinowy, HEV może przez krótki czas napędzać samochód samodzielnie, a PHEV dodatkowo ładuje większy akumulator z zewnętrznego źródła. Wszystkie te układy korzystają z rekuperacji, lecz oferują różny poziom elektryfikacji i inne możliwości użytkowania.