Hybridní pohony

Perspektivní pohon palivovými články na bázi vodíku je již sice i po praktické stránce vyřešen, ale realizace všeho, co s ním souvisí, nebude zase tak snadná, jak se předpokládalo. Naštěstí intenzivní vývoj vypracoval spalovací motor na takovou úroveň, že je možné s ním dál počítat například v tzv. hybridním pohonu. Pod pojmem hybridní pohon se v automobilové branži rozumí pohon, na kterém se podílí více než jedna hnací jednotka, bez ohledu na to, jaké druhy energie se využívají.

Účelem je vytvořit takové kombinace, kde by se daly v různých jízdních režimech uplatnit specifické výhody jednotlivých použitých hnacích jednotek. Při dnešním stavu techniky se v zatím předvedených automobilech s hybridní technikou využívá kombinace spalovacího motoru s elektromotorem a dvěma zásobníky energie, tvořenými palivovou nádrží a sadou elektrických akumulátorů.

Podle toho, jak jsou obě hnací jednotky propojeny, se hybridní pohon dělí na sériový a paralelní. V sériovém uspořádání se veškerý výkon spalovacího motoru převádí prostřednictvím generátoru na elektrickou energii a vlastní pohon kol obstarává elektromotor. Sériový hybrid je spíš určen pro užitkové vozy, než pro vozy osobní.

Všechny hybridní automobily z poslední doby, ať již studijní nebo sériové, se přiklonily k paralelnímu uspořádání. U něho jsou obě hnací jednotky propojeny s hnacími koly a podle jejich konkrétního zapojení se buď každá samostatně, či společně starají o pohon vozu. Za smíšený hybridní pohon, tzv. split-hybrid, se považuje uspořádání, kdy spalovací motor může buď pouze pohánět kola, nebo jen vyrábět elektrickou energii, ale zvládne také obě činnosti provozovat současně. Tato varianta našla uplatnění u nejrozšířenějšího sériově vyráběného hybridu na světě, kterým je Toyota Prius (viz AR 2/’04).

Jak a kdy výkon, který je k dispozici, vlastně rozdělit, je v principu záležitost jednoduchá, složitější je to však s její realizací. Aktivaci hnacích jednotek je třeba provádět tak, aby nebyla narušena plynulost jízdy a neutrpěl komfort, na jaký jsou cestující již zvyklí. Budeme-li chtít hybridní pohon hodnotit, musíme vzít v úvahu, že jeho cena je proti konvenční technice zhruba dvojnásobná.

Větší jsou také nároky hybridního uspořádání na prostor, protože se jedná o dva agregáty, z nichž každý potřebuje vlastní zásobník energie; většinou je třeba použít i výkonnější generátor. Náročnější řízení pohonu a pro elektrickou část nutná výkonová řídící elektronika vyžadují také svůj prostor a samozřejmě zvyšují cenu celého zařízení. Dobré šance na uplatnění má proto tzv. mírný hybrid, jehož skladba není tak složitá.

V tomto případě je pro podporu spalovacího motoru použita jednotka pracující ve funkci spouštěče a generátoru, která je integrována do úzkého kotouče. Vzhledem k relativně malému výkonu je jenom sporadicky vhodná pro čistě elektrický pohon, ale zato se nechá jednoduše zabudovat přímo do pohonné větve. Uspořádání tohoto charakteru zvolila Honda u sériového typu Civic Hybrid IMA (Integrated Motor Assist), kde sice není úspora na spotřebě paliva tak výrazná jako u plnohodnotného hybridu, nicméně je výhodná.

Hybridní pohon má v podstatě dva úkoly, z nichž jeden se týká snížení spotřeby paliva, druhý pak redukce provozních emisí. Automobil s kombinovaným pohonem má sice větší hmotnost (např. dva agregáty nebo elektrické akumulátory vážící od 30 do 100 kg), ale může využít některé efekty, které u samostatně pracujícího spalovacího motoru nepřipadají v úvahu.

Během brzdění jak brzdovou soustavou, tak motorem nabíjí generátor akumulátory elektrické energie, takže kinetická energie se nepřeměňuje na teplo, ale tzv. rekuperací na využitelnou energii elektrickou. Další úsporu u hybridního pohonu představuje možnost posunout pracovní oblast spalovacího motoru do oblasti odpovídající jeho charakteristice hospodárného provozu. I když výkon elektromotoru nebývá velký, přesto je možné s ním počítat, a tak spalovací motor může být menší, tudíž s menší spotřebou.

U hybridů lze také výhodně realizovat automatickou funkci vypínání a zapínání pohonné jednotky pro intervaly, kdy vůz zastavuje na křižovatkách (zařízení start-stop). U hybridních automobilů udávaná úspora na spotřebě vzhledem ke konvenčnímu pohonu spalovacím motorem (zážehovým) se pohybuje zhruba mezi 10 až 20 %.

Pokud jde o spotřebu konkrétních už představených typů, tak ta bývá mnohdy až značně optimistická. Bohužel u ní chybí přesná definice nabití akumulátorů před a stupeň vybití po testu. Spotřebu v tom pozitivním smyslu ovlivňují také časté změny jízdního režimu, jak je předepisuje normovaná metodika cyklu EU. Během rovnoměrné jízdy na delší vzdálenosti je totiž rozdíl ve spotřebě minimální.

Hybridní pohon v dnešní době automobilový svět nikterak nesjednocuje. Japonci v něm vidí pádnou odpověď na mohutnou evropskou vlnu vznětových motorů, které nejsou zrovna jejich silnou stránkou, v USA považují hybridy za reálnou šanci stlačit celkovou spotřebu a snížit významně emise (zejména v přísných kalifornských podmínkách), a Evropa se na hybridy dívá jako na příliš drahou epizodu, a tak raději preferuje moderní vznětové motory, a to přesto, že je ještě účinnější eliminace škodlivých emisí ve výfuku dále prodraží.

Pokud se evropské automobilky do hybridní techniky pouštějí, tak samozřejmě pro větší úsporný efekt využívají motor vznětový; jen když se chtějí pochlubit v USA sáhnou po motoru zážehovém. Uvidíme, zda v této oblasti dojde k nějakému kompromisu, či každý půjde vlastní cestou.

text: Pavel Biskup

zdroj: Automobil revue 6/2004