NAPĘD XXI WIEKU, NAUKA, WIEDZA

Historia tego napędu zaczęła się w roku 1899, gdy austriacki producent samochodów Ludwig Lohner poszukując jednostki napędowej do nowo projektowanego pojazdu, w jednym z punktów sprzedaży silników i akumulatorów, spotkał młodego inżyniera Ferdynanda Porsche. Po wymianie doświadczeń na temat dostępnych jednostek napędowych, młody inżynier pochwalił się własnym projektem. Zakładał on, że pojazd napędzany będzie silnikami elektrycznymi umieszczonymi w bębnach kół przednich. Jednak odmienność od powszechnie stosowanych wówczas wersji elektrycznych polegała na zamontowaniu „własnej elektrowni”. Pojazd bowiem posiadał generator prądu, a napęd generatora wytwarzał silnik spalinowy zasilany benzyną. Pomysł niecodziennej konstrukcji tak zainteresował Ludwiga Lohnera, że zaproponował inżynierowi Porsche współpracę, a jej efektem był „Lohner Porsche Elektromobil”.

Równolegle ......

Jednak większości ludzi napęd hybrydowy kojarzy się z wyposażeniem pojazdu w dwa rodzaje napędu: termiczny i elektryczny, przy czym energia elektryczna jest dostarczana wyłącznie przez akumulatory znajdujące się w samochodzie (jest to tzw. napęd równoległy). Badania nad tego typu pojazdami trwały w wielu firmach, a typowym przykładem jest konstrukcja General Motors. Ich pojazd posiada 44 baterie akumulatorowe nowej generacji o napięciu 13,2 V każda. Baterie te nie są klasycznymi ciężkimi akumulatorami ołowiowymi, ale lżejszymi o ponad połowę bateriami niklowymi, które już dzisiaj mają zastosowanie w komputerach, telefonach komórkowych czy kamerach wideo. Energia elektryczna, zmagazynowana w akumulatorach, dostarczana jest do silnika elektrycznego o mocy 137 KM, który zamontowany jest z przodu pojazdu i napędza koła przednie.

Z tyłu umieszczono drugi - niezależny - silnik. Jest to wysokoprężna jednostka z wtryskiem bezpośrednim zaprojektowana przez inżynierów Isuzu. Ma ona pojemność 1300 ccm i moc 75 KM. Silnik ten współpracuje z pięciobiegową automatyczną skrzynią przekładniową Opla i napędza koła tylne. Ponadto dzięki połączeniu z generatorem, podczas pracy może on doładowywać akumulatory, a podczas hamowania odzyskuje dodatkową energię (podczas hamowania koła napędzają generator). Połączenie takie umożliwia: podczas jazd miejskich wykorzystanie wyłącznie energii elektrycznej (zasięg na akumulatorach wynosi 56 kilometrów), a w czasie kiedy jest potrzebna większa moc (np. na trasie) włączany jest automatycznie silnik wysokoprężny. „Tankowanie” pojazdu polega na napełnieniu zbiornika olejem napędowym i podłączenie na czas 2 godzin do sieci 220 Volt. Tak zatankowanym pojazdem można podróżować z prędkością do 130 km/h, przyspieszać od 0 do 100 km/h w czasie 8 sekund i pokonywać trasy do 750 km.

Szeregowo...

Odmienną drogę badań wybrali inżynierowie poszukujący idealnej „hybrydy szeregowej”, pracującej jak wspomniany na początku samochód „Lohner Porsche”.

Na początku lat dziewięćdziesiątych XX wieku inżynierowie Peugeot zaprezentowali „czterysta piątkę” posiadającą wyłącznie napęd elektryczny, a energia elektryczna dostarczana była bądź z akumulatorów, bądź przez alternator napędzany silnikiem wysokoprężnym. Kolejnym modelem koncernu był Peugeot 406, w którym silnik wysokoprężny zastąpiono turbiną. Pojazd ten z zewnątrz nie wyróżniał się niczym szczególnym. Posiadał wymiary identyczne jak klasyczny „406” i jedynie bagażnik pomniejszono do 290 litrów wykorzystując jego przestrzeń na ulokowanie akumulatorów elektrycznych. Pod maską zastosowano natomiast turbinę gazową spalającą olej napędowy i zblokowany z nią alternator wytwarzający prąd.

Identyczny system napędu przyjęto także w Renault, gdzie pojazdem badawczym był Espace. Także w nim zastosowano tubroalternator dostarczający energię akumulatorom (niklowo kadmowe chłodzone powietrzem,) lub bezpośrednio dwóm silnikom elektrycznym o mocy 45 kW każdy. Nad rozdziałem mocy i wyborem optymalnej energii czuwała elektronika.

Pomimo dużej masy pojazdu (turboalternator ważył ok. 125 kg, silniki elektryczne ok. 80 kg, a akumulatory 275 kg), miał on dość dobre walory jezdne. Przyspieszenie od 0 do 100 km/h wynosiło 15 sek, a przyrost prędkości od 50 km/h do 80 km/h odbywał się w czasie poniżej 10 sek. Jazda takim samochodem niewiele różniła się od podróżowania samochodem z automatyczną skrzynią przekładniową. Kierowca oprócz normalnej obsługi konsoli pojazdu, miał jedynie jeden dodatkowy przełącznik - wybór programu pracy:

Pierwszy program to „tryb miejski”. Przy takim ustawieniu priorytetem dla modułu sterującego był zerowy poziom emisji spalin, w związku z czym pojazd jechał czerpiąc energię wyłącznie z akumulatorów.

Drugi tryb to „drogowy”. W tym przypadku moduł wykorzystywał obydwa źródła zasilania dążąc do najlepszego stosunku mocy, zużycia paliwa i emisji spalin.

Trzecim trybem było „ładowanie”, włączane przed wjazdem do miasta i mające na celu doładowanie akumulatorów używanych w mieście.

Takie rozwiązanie pozwalało na swobodną jazdę na wszystkich typach tras. W mieście akumulatory dostarczały energię silnikom i pozwalały na płynną jazdę wśród innych pojazdów. Na trasie, tylko przy pracującym turboalternatorze, można było jechać z prędkością 130 km/h. Jednakże gdy nastąpiła potrzeba gwałtownego przyspieszenia, naciskano „gaz do dechy”, dodatkowa energia była zaczerpnięta z akumulatorów i prędkość wzrastała do 165 km/h. Technika była tak zaawansowana, że rozważano możliwość wdrożenia samochodu do produkcji w latach 2003-2005.

Seryjny...

Jednak wszystkich pogodził koncern Toyota. Podczas gdy w wielu firmach trwały dyskusje jaki rodzaj napędu (szeregowy, czy hybrydowy) jest lepszy, japończycy rozpoczęli produkcję Tototy Prius, w której układ: silnik elektryczny- silnik spalinowy - generator połączono w jeden zespół napędzający koła przednie. Wszystkie elementy sprzęgnięto przekładnią planetarną, a jej poprawne działanie sterowne jest komputerem. Dzięki temu silnik elektryczny może bezpośrednio napędzać koła samochodu, lub generator i ładować akumulatory. Kierowca naciska tylko pedał przyspieszenia, a systemy elektroniczne dbają o najlepszy rozdział energii i najbardziej ekonomiczne zużycie paliwa. Ta seryjna „hybryda” pozwala na przyspieszenia rzędu 10,9 sek, a zużycie paliwa wynosi tylko 4,3 l/100 km. Zważywszy na wielkość karoserii samochodu (długość 455 cm, szerokość 173 cm) i jego wagę ponad 1250 kg, spalanie benzyny można uznać za szokująco niskie.

Jednakże rozpowszechnienie pomysłu „hybryd” wymaga spełnienia dwóch warunków. Po pierwsze samochód musi być tańszy, a po drugie musi nastąpić powszechna akceptacja pomysłu przez osoby najważniejsze, czyli ...klientów.