Za pierwszy samochód hybrydowy uznaje się brytyjski model Armstrong Phaeton z roku 1896. Oczywiście, nie była to hybryda w dzisiejszym rozumieniu tego słowa – silnik benzynowy połączono z kołem zamachowym napędzającym tylną oś oraz dynamem, które ładowało akumulatory.

Pierwsza bardziej współczesna hybryda wyszła spod ręki samego Ferdynanda Porsche, pracującego wówczas dla niemieckiej firmy Lohner. Samochód Lohner-Porsche był pojazdem elektrycznym z silnikami w piastach kół, ale w jednej z wersji dołożono silnik spalinowy, służący jako agregat ładujący baterie.

Była to więc hybryda zwana szeregową, w której podstawowym silnikiem trakcyjnym jest elektryczny, jako jedyny połączony z kołami. Jednostka spalinowa pełni funkcję generatora, doładowując baterie zasilające „elektryka”. Ten rodzaj napędu od dawna jest popularny na kolei, stosowany w lokomotywach, używa się go także do napędu okrętów podwodnych. Cichy napęd elektryczny pozwala płynąć bez obawy wykrycia przez sonar, a gdy niebezpieczeństwo minie, akumulatory można naładować włączając potężne diesle.

Jednak w motoryzacji hybrydy szeregowe nie zyskały takiej popularności, jak ich odpowiedniki zwane równoległymi i na masową skalę wytwarza je niewielu producentów. Honda stosuje hybrydę szeregową na przykład w modelu Jazz, ale i tam tkwi haczyk – przy wysokiej prędkości napęd elektryczny jest odłączany specjalnym sprzęgłem, a Jazz staje się samochodem czysto spalinowym. W mieście zatem Jazz jest niezwykle oszczędny, pracując głównie na prądzie – silnik spalinowy uruchamia się tylko, żeby podładować baterie. Na trasie jednak oszczędność znika, samochód trudno więc uznać za uniwersalny.

Większość obecnych na rynku samochodów hybrydowych to hybrydy równoległe. Jeden z pionierów hybrydyzacji, Toyota, dość słusznie nazywa ten typ „hybrydami samoładującymi”. W układzie równoległym część energii wytworzonej przez silnik spalinowy służy do napędzania pojazdu, część zaś – do ładowania akumulatorów. Silniki mogą jednak pracować razem, stąd nazwa – bo pracują równolegle.

Obie jednostki są zatem trakcyjne, a moc wykorzystywana jest zależnie od sposobu jazdy i warunków na drodze. Ładowanie akumulatorów odbywa się głównie wtedy, gdy silnik elektryczny może zmienić tryb pracy z silnikowego na prądnicowy, czyli stać się jednocześnie generatorem. Zatem prąd do akumulatorów popłynie zawsze podczas hamowania silnikiem.

Przy ruszaniu najpierw energię na koła dostarcza silnik elektryczny, a dopiero potem włącza się spalinowy. Z kolei przy jeździe ze stałą, niewysoką prędkością, silnik spalinowy wyłącza się, pozwalając przejechać pewien dystans wyłącznie na prądzie. Gdy baterie zaczną się rozładowywać, włączy się z powrotem, jednocześnie napędzając pojazd i doładowując akumulatory.

Aby w pełni wykorzystać możliwości systemu, coraz częściej stosuje się układ hybrydy mieszanej, łączącej w sobie podstawowe cechy hybrydy szeregowej i równoległej. Silnik spalinowy może więc zarówno napędzać koła, jak w hybrydzie równoległej, jak też działać jako generator kumulujący nadmiar energii w akumulatorach.

Większość układów hybrydowych składa się z dwóch silników, po jednym dla każdego typu napędu. Możliwe jest jednak zastosowanie więcej niż jednego silnika elektrycznego, na przykład dodatkowej jednostki na tylnej osi, co zapewnia tak zwany funkcjonalny napęd na cztery koła. Tylna oś nie jest jednak wtedy połączona z silnikiem spalinowym, o włączeniu jej napędu decyduje elektronika.

W niektórych tego typu konstrukcjach można jednak wymusić stałe działanie napędu AWD. Jednak w każdym przypadku samochód hybrydowy (mieszany) można na jakiś czas przełączyć w tryb napędu wyłącznie elektrycznego. Zasięg nie przekroczy kilku kilometrów, zespół baterii jest zbyt mały dla zapewnienia większego. Kilkadziesiąt kilometrów będzie możliwe dopiero w hybrydach ładowanych z gniazdka, czyli PHEV.

Samochody całkowicie elektryczne nie potrzebują skrzyni biegów. Hybrydy jednak nie mogą się obejść bez przekładni, raz ze względu na obecność silnika spalinowego, dwa, z powodu konieczności przenoszenia napędu z różnych źródeł.

Większość producentów stosuje w hybrydach przekładnie bezstopniowe CVT bądź ich udoskonalone wersje, czyli przekładnie planetarne. Nie ma jednak przeszkód, aby do przeniesienia napędu w hybrydzie nie zastosować skrzyni automatycznej – hydraulicznej bądź dwusprzęgłowej.

Skrzyń manualnych raczej się nie stosuje, choć na przykład Honda wypuściła kiedyś model hybrydowy z klasycznym manualem. Z kolei Renault w swoim układzie zwanym E-Tech zastosowało system trzech zintegrowanych przekładni kłowych.

Zdecydowana większość samochodów z napędem hybrydowym wykorzystuje silniki spalinowe. Nie muszą one wykazywać się dużą mocą, często zatem stosuje się jednostki wolnossące. Ponieważ silnik często włącza się i wyłącza, jednostki z turbodoładowaniem wykorzystuje się rzadziej, żeby nie narażać turbiny na gwałtowne wyłączenie przy rozgrzanym silniku.

W jednostkach wolnossących z kolei problemem jest zapewnienie optymalnej temperatury pracy, stąd częste stosowanie dodatkowych elektrycznych grzałek płynu i oleju. Natomiast hybrydowe układy z zastosowaniem silnika wysokoprężnego to prawdziwa rzadkość, stosowana chyba tylko przez Mercedesa.

Niezależnie jednak od typu, zastosowanego napędu czy przekładni, trudno znaleźć napęd oszczędniejszy od hybrydowego. W ruchu miejskim żaden nie sprawdzi się lepiej. Zanim nastąpi przymusowa całkowita elektryfikacja, doskonalenie napędów hybrydowych wydaje się być najlepszym rozwiązaniem na okres przejściowy.

Polecamy także:

Hybryda – zelektryfikowana, ale nie elektryczna

Miękka hybryda – budowa i zasada działania

Zdjęcia: Toyota