Hybridní pohon

Slovním spojením „hybridní pohon“ se rozumí pohon, který využívá kombinace několika zdrojů energie pro pohon jednoho dopravního prostředku. Může se jednat o různé kombinace, např. o spalovací motor – elektromotor – akumulátor, palivový článek – elektromotor – akumulátor, spalovací motor – setrvačník apod. Nejrozšířenější koncepcí je kombinace spalovací motor – elektromotor – akumulátor. Nyní si lépe popíšeme, jak celé zařízení funguje.

Největším důvodem pro zavádění hybridních pohonů do automobilů je nízká účinnost spalovacích motorů. Účinnost dnešních spalovacích motorů se pohybuje přibližně mezi 30 až 40%. Zážehové (benzínové) motory mají obecně účinnost spíše nižší na spodní hranici pásma, vznětové (dieselové) motory jsou na tom o trochu lépe. Hodnota účinnosti spalovacích motorů je však z větší části dána účinností samotného termodynamického cyklu, ten má jasná fyzikální omezení. V budoucnosti se tedy nedá očekávat výraznější vylepšení účinnosti klasických spalovacích motorů.

Další potíž je v tom, že této účinnosti spalovací motor dosáhne jen v optimálních podmínkách. Samozřejmě při běžném provozu se optimálních podmínek dosáhne pouze výjimečně a to znamená, že celková účinnost je ještě o něco nižší. Extrémním případem je běh motoru na volnoběh. Motor spotřebovává palivo, ale přitom automobil nekoná žádnou práci, protože stojí na místě. Navíc je spalovací motor schopen uspokojivě pracovat pouze v poměrně úzkém pásmu otáček. To je také důvod, proč automobil se spalovacím motorem potřebuje převodovku.

Použití převodovky ovšem přináší další nezanedbatelné ztráty, ostatně jako každý mechanický převod. Navíc má většinou jen omezený počet rychlostních stupňů a to je dalším důvodem, proč nemůže motor pracovat v optimálních podmínkách (samozřejmě existují i převodovky s plynulou změnou převodového poměru, ty ale mají zase o něco horší účinnost).

Naproti tomu současné elektromotory mají účinnost kolem 95%. Navíc této vysoké účinnosti dosahují v širokém rozsahu otáček a zatížení. Elektromobil se tedy jeví jako ideální řešení. Jeho nevýhodou ale je příliš vysoká hmotnost potřebných akumulátorů. S tím souvisí i malý dojezd na jedno nabití baterií. Navíc obtížné a pomalé dobíjení baterií čistokrevný elektromobil vyřazuje ze hry.

Hybridní pohon (HEV – Hybrid Electric Vehicle) umožňuje kombinaci obou výše uvedených typů pohonu, tedy spalovacího motoru a elektromotoru. U hybridního pohonu nemusí být spalovací motor mechanicky spojen s koly. Může tedy existovat pouze jako generátor elektrické energie. Spalovací motor tak může nerušeně pracovat ve svých optimálních otáčkách, pohánět elektromotory nebo dobíjet akumulátory. Stejný koncept je již léta používán u diesel-elektrických lokomotiv.

Výhodou uspořádání bez mechanického spojení elektromotoru s koly je, že není třeba žádná převodovka. Elektrické trakční motory jsou totiž schopné pracovat v širokém rozsahu otáček s vysokou účinností a dostatečným krouticím momentem již prakticky od nulových otáček. Při použití dvou motorů dokonce odpadá i diferenciál, jelikož mezi levým a pravým kolem není mechanická vazba. Nabízí se i možnost použití čtyř menších motorů umístěných přímo u kol a získat tak plnohodnotnou čtyřkolku, bez nutnosti používat složité mezinápravové diferenciály. Když uvážíme, že účinnost každého soukolí se šikmými zuby je 0.98, účinnost ložiska 0.995, pak je každé takové zjednodušení přínosné. Největší výhodou však zůstává ten fakt, že spalovací motor pracuje pouze ve svém optimálním režimu s nejvyšší možnou účinností. Pokud je dost energie v akumulátorech, nebo dochází k deceleraci, motor se úplně vypíná.

Umístěním elektromotoru přímo do kola se zbavíme použití převodovky, rozvodovky. Získáme tak například další prostor pro posádku a zavazadla, snížíme ztráty apod. Na druhou stranu ale výrazně zvýšíme hmotnost neodpružených částí vozidla. To má vliv na životnost součástí podvozku a jízdní pohodlí.

Dnešní koncepty hybridních pohonů stále ještě upřednostňují pevné spojení spalovacího motoru a kol. Elektromotor spíše jen vypomáhá v přechodových stavech, kdy je výhodné spalovací motor zhasnout, např. při popojíždění v zácpě nebo po městě. Hybridní pohon je relativně mladé a perspektivní odvětví vývoje, a proto existuje mnoho různých kombinací a variant. V součastné době každá automobilka vyvíjí vlastní koncepci a filosofii.

Na závěr je ještě třeba připomenout, že hybridní pohony díky své dobré účinnosti mají i dobré emise. Jsou tedy považovány za dobrou ekologickou alternativu současných automobilů se spalovacím motorem. Jejich nevýhodou zůstává jen vyšší cena kvůli nové a komplikovanější technologii. Existuje však mnoho států, které prodej hybridních automobilů legislativně zvýhodňují. Také mnoho velkých měst pouští do centra automobily za vysoké poplatky, ale hybridní automobily zdarma.

Kdo představil první sériový hybridní automobil?
Prvním sériově vyráběným hybridním automobilem na světě je Toyota Prius. Tento vůz získal ocenění „Car of the Year 2005“. Automobil je poháněn kombinovaným systémem spalovacího motoru a elektromotoru.

Jsou hybridní automobily bezpečnější?
Podle studie „Institutu bezpečnosti dopravy amerických pojišťoven“ jsou hybridní automobily bezpečnější než vozidla s tradičním pohonem. Nebezpečí zranění pro v nich cestující osoby je nižší zhruba o 25 %. Důvodem vyšší bezpečnosti hybridních automobilů je podle názoru odborníků především vyšší hmotnost hybridních vozů, protože baterie a dodatečné elektromotory znamenají ve srovnání s konvenčním pohonem zvýšení hmotnosti o více než 10 %. Podle toho jsou hybridy sice bezpečnější pro cestující tímto vozem, ale logicky nebezpečnější pro řidiče ostatních lehkých malých automobilů stejně jako pro chodce. Hybridní vozy by totiž mohly z důvodu nižší ovladatelnosti a delší brzdné dráhy způsobit nehodu až o 20 % častěji.

Text: Jan Sajdl
Foto: www.theautochan­nel.com, www.saab.com, www.evworld.com, www.nrel.gov
Klíčová slova: hybridní pohon, spalovací motor, účinnost, ekologie, hybrid