Hybridní automobily

Slovem "hybridní" se rozumí kombinace několika zdrojů energie pro pohon jednoho dopravního prostředku. Může se jednat např. o spalovací motor, elektromotor a akumulátor, palivový článek, elektromotor a akumulátor, spalovací motor a setrvačník apod.

Právě kombinace spalovacího motoru, elektromotoru a akumulátoru je nejrozšířenější koncepcí a je také nejlépe využitelná pro lineární spalovací motor. Proto se na tento typ koncepce zaměříme a popíšeme výhody, které přinese lineární spalovací motor.

Účinnost současných spalovacích motorů se pohybuje přibližně mezi 30-40%. Benzínové motory mají účinnost spíše na spodní hranici pásma, vznětové (naftové) motory jsou na tom o něco lépe. Tato hodnota je z větší části dána účinností samotného termodynamického cyklu, který má jasná fyzikální omezení. Nedá se tedy předpokládat výraznější vylepšení ani v budoucnosti. Problémem je, že tato účinnost je maximální a dosáhne se jí pouze tehdy, pokud motor pracuje v optimálních podmínkách.

Při běžném provozu se jí proto dosáhne pouze výjimečně a celková účinnost je tedy mnohem nižší. Extrémním případem je provoz na volnoběh, kdy je celková účinnost nulová (motor spotřebovává palivo, ale automobil nekoná žádnou práci). Protože spalovací motor je schopen uspokojivě pracovat pouze v poměrně úzkém pásmu otáček, je nutné aby automobil obsahoval převodovku.

Převodovka přináší další nezanedbatelné ztráty a má většinou jen omezený počet rychlostních stupňů a to je dalším důvodem, proč nemůže motor pracovat v optimálních podmínkách (existují i převodovky s plynulou změnou převodového poměru, mají ale zase o něco horší účinnost).

Naproti tomu současné elektromotory mají účinnost kolem 95% a to v širokém rozsahu otáček a zatížení. Ideální řešením by proto byla konstrukce elektromobilů. Bohužel tomu brání příliš veliká hmotnost potřebných akumulátorů a malý dojezd na jedno nabití. Následné dobíjení pak trvá poměrně dlouhou dobu a proto je pro běžný provoz čistý elektromobil téměř nepoužitelný

Ze snahy o kombinaci vlastností obou extrémů pak vznikl automobil s hybridním pohonem (HEV).

Lineární spalovací motor je vhodný pro hybridní automobil sériové koncepce. Spalovací motor zde vůbec není mechanicky spojen s koly, ale za pomoci generátoru pouze dodává elektrickou energii do palubní sítě. K samotnému pohonu se pak používají trakční motory. Je to vlastně koncept, který se již dlouhá léta používá např. u lokomotiv (tzv. diesel-elektrická lokomotiva).

Výhodou je, že není třeba žádná převodovka, neboť trakční motory jsou schopné pracovat v širokém rozsahu otáček s vysokou účinností. Při použití dvou motorů odpadá i diferenciál. Nabízí se i možnost použití čtyř menších motorů umístěných přímo u kol a získat tak plnohodnotnou čtyřkolku, bez nutnosti používat složité mezinápravové diferenciály.

Největší výhodou však je, že spalovací motor pracuje pouze ve svém optimálním režimu. Pokud je dost energie v akumulátorech, motor se úplně vypíná.

Na obrázku je znázorněno schéma hybridního automobilu seriové koncepce.

Schéma hybridního automobilu seriové koncepce

Je zřejmé, že seriová koncepce je ideálním případem pro nasazení lineárního spalovacího motorgenerátoru. Díky němu je možné dále zvýšit účinnost celého automobilu a snížit jeho hmotnost. Kompaktnější konstrukce pak nabízí nové nestandardní umístění celého agregátu např. pod podlahu vozidla.

Tento obrázek znázornuje princip využívání energie v hybridním automobilu.


Princip využívání energie v hybridním automobilu seriové kocepce