Zauważyliście może, że w 98 proc. przypadków silnik hybrydowy powstaje z połączenia benzyniaka z agregatem elektrycznym? Oczywiście proporcja nie wynika z głupiego uporu inżynierów, a ma solidne postawy zarówno w inżynierii, jak i ekonomii. Tym samym związek silnika zasilanego bezołowiową oraz prądem jest nie tylko miłością od pierwszego wejrzenia, ale też małżeństwem z rozsądku.
Pierwsze prototypy samochodów hybrydowych z wersją napędu przypominającą współczesną pojawiły się już w latach siedemdziesiątych. Za ojca chrzestnego technologii uważa się Victora Wouka. To on w roku 1972 uzupełnił konstrukcję Buicka Skylara 21-konnym agregatem elektrycznym i przekazał auto do dalszych testów koncernowi General Motors. Później na jakiś czas zapanowała cisza. Dopiero w roku 1989 przed szereg wyrwało się Audi. Niemcy zbudowali model nazwany Duo. W jego przypadku przednie koła napędzał 5-cylindrowy benzyniak o pojemności 2,3 litra oraz mocy 136 koni mechanicznych, podczas gdy tylne 12,8-konny agregat elektryczny.
I choć o napędzie hybrydowym w pełnej formie można mówić już od roku 1972, tak naprawdę rewolucję przyniósł dopiero rok 1997. To wtedy Japończycy zaprezentowali Toyotę Prius pierwszej generacji. Miejski sedan być może nie grzeszył urodą, być może też nie był najbardziej przestronnym modelem w klasie. Jako pierwszy wprowadził jednak na rynek auto o napędzie spalinowo-elektrycznym i pokazał, że technologia rzeczywiście sprawdza się w codziennej eksploatacji. Choć pierwszy Prius sam nie odniósł wielkiego sukcesu sprzedażowego, stanowił preludium do tego, co na rynku dzieje się dziś. A dziś zbyt hybryd jest liczony w milionach.
45 lat historii hybryd, a diesli tyle co na lekarstwo!
Choć historia napędu hybrydowego w prymitywnej formie znana jest tak naprawdę od zarania motoryzacji, a na poważnie funkcjonuje w świadomości inżynierów od 45 lat, nigdy nie była mocniej związana z silnikami wysokoprężnymi. W historii znanych jest dosłownie kilka przypadków, w których motor diesla został sparowany z agregatem elektrycznym. Prawdopodobnie po raz pierwszy dokonało tego Audi. Trzecia wersja modelu Duo pokazana w roku 1997 korzystała z napędu 1,9-litrowej jednostki TDI i 28-konnego elektryka. Auto nie odniosło żadnego sukcesu. Niemcy sprzedali zaledwie… 60 sztuk! Później na podobne połączenie w roku 2011 postawił Peugeot. W jego przypadku cherlawy silnik elektryczny został zestawiony ze świetnie znanym motorem 2,0 HDI.
Silniki wysokoprężne nie bez przyczyny zostały w dużej mierze odrzucone przez inżynierów pracujących nad napędami hybrydowymi. O ile w latach siedemdziesiątych decydowało o tym zacofanie konstrukcyjne diesli – były toporne, hałaśliwe i pozbawione mocy, o tyle teraz jest szereg czynników, który sprawiają że firmy motoryzacyjne wolą postawić na hybrydowego benzyniaka. Motory zasilane olejem napędowym są przede wszystkim cięższe. A w ekologicznym aucie dodatkowa masa jest ostatnim z pożądanych aspektów. Szczególnie że już sam zestaw baterii i agregat elektryczny wystarczająco dociążają samochód. Poza tym charakterystyka pracy diesla nie za bardzo pasuje do charakterystyki pracy hybrydy.
O ekologicznej sile jednostki spalinowo-elektrycznej decyduje fakt, że przy starcie i niskich prędkościach jest ona niemalże w całości wyręczana przez agregat elektrycznych. Dodatkowo ten sam agregat staje się boosterem mocy podczas przyspieszania w trakcie jazdy z wyższymi prędkościami. A te dwie zasady kłócą się ze sposobem pracy silnika wysokoprężnego. Diesle są motorami niskoobrotowymi. A to oznacza, że najlepiej czują się w okolicy 2 tysięcy obrotów i osiągają wysoką sprawność głównie wtedy, gdy mogą być jeszcze wyręczane przez silnik elektryczny. W ten sposób hybrydowy ropniak nigdy nie wykorzysta swojego potencjału w stu procentach.
Hybrydowy diesel vs. hybrydowa benzyna
Całkowicie inna sytuacja dotyczy silnika benzynowego. Ten uzupełnia się swoją charakterystyką pracy z agregatem elektrycznym. Gdy wolnossący benzyniak na niskich obrotach ma wyraźne braki mocy, na scenie pojawia się silnik napędzany prądem. Ten praktycznie od startu dysponuje maksymalnym momentem obrotowym. Wykorzystanie elektrycznej siły odbywa się z korzyścią dla osiągów oraz pozwala mocno ograniczyć apetyt na paliwo motoru benzynowego. Jednostka spalinowa przejmuje inicjatywę przy wyższej prędkości. Najpierw zaczyna pracować w optymalnym zakresie obrotów. Później – w okolicy 5 tysięcy obrotów na minutę – jak powoli dochodzi do maksimum swoich możliwości, ponownie otrzymuje wsparcie elektryka.
Uzupełniająca się charakterystyka pracy silnika benzynowego i zasilanego prądem sprawia, że tak skomponowany napęd hybrydowy może korzystać z niezwykle prostej jednostki spalinowej o ograniczonej pojemności. Ograniczonej pojemności, bowiem elektryczny booster skutecznie zatuszuje jej wady. Prostej jednostki, bowiem skomplikowana technologia nie będzie miała ogromnego wpływu na efektywność pracy systemu czy też wyniki spalania. W tym samym czasie brak zaawansowanych rozwiązań nie ograniczy trwałości układu hybrydowego oraz nie wywinduje ceny gotowego samochodu do poziomu, którego kierowcy nigdy nie zaakceptują.
Przykład z życia wzięty? W czasie, w którym benzyniak montowany przez Toyotę w Priusie trzeciej generacji nie miał sprzęgła, alternatora, rozrusznika czy nawet pasków napędowych, hybrydowy diesel spod maski Peugeotów musiał posiadać pełen zestaw nowoczesnego osprzętu. Bez wtryskiwaczy common rail, turbosprężarki ze zmienną geometrią łopatek i zaawansowanego sprzęgła nie miałby szans na wygenerowanie wystarczającej mocy. Poza tym benzyniak nagrzewa się dużo szybciej od silnika wysokoprężnego. Tym samym dużo szybciej – szczególnie podczas jazdy miejskiej zimą – osiąga optymalną temperaturę do pracy i dużo szybciej staje się oszczędny.