Teljes gőzzel zajlik a villamosítás az autóiparban, ha szabad ezzel a képzavarral élnem. De a váltás a benzines és dízel technikáról a tisztán elektromos hajtásra nem megy varázsütésre, számos köztes technikai lépcsőfokon halad át az autóipar a hagyományos belső égésű motoroktól a káros anyagot egyáltalán nem kibocsátó tiszta elektromos és a hidrogénautókig.

Ezek a lépcsőfokok pedig a hibrid hajtás különböző szintjei: azok a hajtásláncok, hajtási rendszerek, melyben az elektromos energiát és a benzin vagy gázolaj energiáját együttesen használja fel a jármű a haladáshoz. Ugráljunk hát most mi is végig ezeken a lépcsőfokokon szemeinkkel – hogy egy még szórakoztatóbb képzavart használjak.

Mikrohibrid

Az akkumulátorral és elektromos önindítóval felszerelt benzines vagy dízel autókat nemigen szoktuk hibridnek nevezni, tekintve, hogy mindegyik autó ilyen már csaknem egy évszázada. (A Ford T-modellben 1919-ben jelent meg az önindító.) A hibridség ott kezdődik, amikor ennek a két alkatrésznek a működését a gyártó egy kicsit újragondolja és elkezdi bevonni őket a kézi motorindításon túl egyéb feladatokba is.

Hamarabb asszociálnánk 1:4 méretarányú Toyota Priusra a mikrohibrid szóról, mint stop-start-rendszerre, de a Peugeot és a Citroën egyformán ragaszkodik a megtévesztő névhez

A PSA-csoport autóin az e-HDI jelzi a stop-startos dízeleket, ez a technika a hibridség minimumának tekinthető

A hibridség minimuma a stop-start rendszer, amikor a megállások, várakozások idejére a belső égésű motor leáll, a vezető indulási szándékára pedig automatikusan újraindul. Ma már szinte minden új benzines vagy dízel autó így működik, ezeket a rendszereket nem is elegáns hibridként próbálni eladni a vevőknek. (A “micro hybrid” kifejezést talán a PSA dízelautóival kapcsolatban hallottuk először, de a start-stopos HDi-ket ma már ők is inkább e-HDI-nek nevezik.)

A következő szint, amikor az indítóakkumulátor töltését az elektronika igyekszik úgy megoldani, hogy lehetőleg csak “tolóüzemben”, motorfékezés közben töltsön a generátor. Ez már egy komoly elvi ugrás a hibridizációban, hiszen ilyenkor a benzin vagy gázolaj elégetéséből származó energia teljes egészében az autó mozgatására fordítódhat, az elektromos rendszer csak azt a felesleges mozgási energiát veszi fel, ami eddig fékezéskor a féktárcsán és a betéten hővé alakulva veszendőbe ment.

Az ilyen mikrohibrid autók fejlesztése során logikus lépés volt az önindítót és a generátort egy egységbe összehozni. Ez a kombinált villamos gép, ha kell, képes mozgási energiává alakítani az elektromos energiát, ha pedig úgy hozza a szükség, képes ugyanezt fordítva is megoldani, a lassítás mozgási energiáját elektromos energiává alakítani és eltárolni az akkumulátorban. Innen pedig már jöhet is a következő lépés: legyen nagyobb az akku is, az önindító-generátor is!

Értem én, hogy hibrid, de mi hajtja? 2

Egy mild-hibrid rendszer, kékkel jelölve a hajtás elektromos elemei

Mild hibrid

A mild hibrid (mild: enyhe, gyenge) rendszerekben az elektromos rendszer akkumulátora már elég nagy ahhoz, hogy csaknem az összes lassításkor felszabaduló mozgási energiát el tudja tárolni (már ha a vezető egy kicsit odafigyel, és kiegyensúlyozottan, az erős fékezéseket kerülve vezet), a villanymotor pedig komoly segítséget nyújt a belső égésű motornak azokban a helyzetekben, amikor szegény hatékonytalanul, szenvedve működik: elindulásnál és padlógázas gyorsításnál. Az elektromos rendszer viszont önállóan még nem tudja mozgatni a kocsit.

Egyszerűbb, kis tömegű autók esetében valahol itt van vége a hibridizáció értelmének; ha ugyanis tovább erősítenénk az elektromos hajtást, nagyobb akkumulátort építenénk be, a nagyobb tömeg, bonyolultabb technika indokolatlanul drágábbá tenné a járművet, az üzemeltetési költség további csökkenése nem tudná kompenzálni a szükségszerűen magasabb árat, az egyre növekvő súly pedig szintén csökkentené az elérhető megtakarítást. Nem véletlen, hogy az olyan kisebb autók, mint például a Suzuki Swift vagy Ignis ezen a ponton megállnak: ebben a méretben az ideális egyensúlyt a benzines és elektromos hajtás között a mild hibrid rendszer jelenti. 

Értem én, hogy hibrid, de mi hajtja? 3

Turbó és elektromos rásegítő motor a Suzuki hibridrendszerében

A hibrid hajtás előnye elsősorban városban jelentkezik, ahol a gyakori megállások-elindulások során jól ki lehet használni a hibridség előnyeit. Az 1,2 literes benzinmotorral szerelt Suzuki Swift katalógus szerinti fogyasztása városban 6,09 liter száz kilométerre, míg az alig 6,2 kilogrammos össztömeget képviselő hibridrendszerrel kiegészített változat a picike többletsúly dacára is beéri 5,85 literrel százon.

Full hibrid

Még nagyobb akku, még nagyobb teljesítményű elektromos motor, és hopp: a kocsi egyszerre csak képes lesz tisztán elektromos hajtással elindulni és haladni, legalábbis egy bizonyos sebességhatárig. Ezek az autók a full vagy teljes hibridek. Ami nagyon fontos: ezek az autók még mindig a haladáshoz szükséges összes energiát benzinből vagy gázolajból nyerik, nem lehet őket külső áramforrásról tölteni! A rendszer akkumulátorában tárolt energia vagy a benzinmotor által forgatott generátorból származik, vagy a regeneratív vagy rekuperációs fékezésből. Gázelvételkor vagy enyhe lassításkor, akárcsak a mild hibrideknél, ezeknél a kocsiknál is a villanymotor-generátor “nyeli el”, pontosabban alakítja újra elektromos energiává majd tárolja el az akkuban kémiai energiaként a mozgási energiát, az üzemi fék csak erős fékpedál-nyomásra lép működésbe. A mai fullhibridek tisztán elektromos hatótávolsága teljesen feltöltődött akkumulátorral is legfeljebb 2-3 kilométer városi forgalomban.

A fullhibrideknél a mild-hibridekhez képest további takarékosságra nyílik mód, mely abból fakad, hogy a nagyteljesítményű villanymotor és a nagyobb kapacitású akkumulátor mellé már nem probléma olyan belső égésű motort illeszteni, amelyik csak szűk fordulatszám-tartományban működik hatékonyan, de ott nagyon.  (Ezek jellemzően úgynevezett Atkinson-ciklusú benzinmotorok.) Hiszen a hétköznapi autózás során a motor hiányzó rugalmasságát remekül kompenzálja az extra elektromos erő! Viszont ezek a motorok, ezek a hibridrendszerek annyira másképp viselkednek a klasszikus benzines (vagy dízel) autókhoz képest, hogy sok ember számára megszokhatatlan, megszerethetetlen a működésük.

Értem én, hogy hibrid, de mi hajtja? 4

Egy Subaru full-hibrid akkumulátora a csomagtérpadló alatt és a hozzá vezető kábelek

Plug-in hibrid

Plug-in: bedugható, vagyis konnektorba dugható. Bizony, ezek a hibridek már külső áramforrásról is tölthetők. Nagyobb kapacitású (és persze sajnos nehezebb és nagyobb térfogatú) akkumulátorukat konnektorról is fel lehet tölteni, majd pedig a teljes elérhető rendszerteljesítménynél ugyan visszafogottabban, de tisztán elektromosan is képesek haladni, akár több tucatnyi kilométeren át. Ha pedig az akku lemerül, a kocsi normál fullhibridként kezd viselkedni – illetve a legtöbb ilyen kocsinál a vezető választhat, hogy mondjuk egy hosszú autópályázás során némi extra benzin vagy gázolaj elégetése árán újra feltöltse az akkut, ha esetleg egy olyan nagyváros felé halad, melynek központjában nulla emissziós zónákban szeretne közlekedni és tartalékolna az akkuban tárolt energiával.

A plug-in hibridek tökéletesen ötvözik a benzines (vagy dízel) és elektromos hajtás előnyeit, ugyanakkor komoly hátrányként jelentkezik a komplikált rendszer nagy tömege – és magas ára. 

Értem én, hogy hibrid, de mi hajtja? 5

Hosszmotoros dízel-hibrid technika a Mercedesnél: ha másodlagos szempont a költség és a méret, nagyon komoly belsőégésű-elektromos vegyes rendszereket lehet összehozni

Párhuzamos és soros hibrid

Ezt a két kifejezést is hallhatjuk a hibridek kapcsán. A lényeg: párhuzamos a hibridrendszer, ha a belső égésű motor és az elektromos motor egyaránt képes egymástól függetlenül, közvetlenül hajtani a kerekeket, a kocsi működhet tisztán benzines (vagy dízel) és tisztán elektromos járműként is. A soros hibrideknél viszont a belső égésű motor csak az elektromos rendszeren keresztül tudja hajtani a kerekeket, vagyis igazából generátorként szolgál az akkumulátor vagy a villanymotor számára.

Hogy ne legyen azért egyszerű az élet, a valódi hibrid modellek nem mindig sorolhatók be ezekbe a főkategóriákba. Van pár modell, ahol a belső égésű és az elektromos motor külön tengelyt hajt, akár együtt, akár egyszerre csak egyikük: a párhuzamosság mintapéldája. (Hibrid Volvók.) És van olyan is, ahol a benzinmotor csak generátorként működhet, így közösen csak együtt, sorosan hajthat a villanymotorral. (Fisker Karma.) 

A legismertebb hibrideket, a Toyota bolygóműves hibridjeit viszont már soros-párhuzamos hibridként szokta emlegetni a szakirodalom, mert a két motor egyazon mechanikus szerkezetbe hajt bele. A General Motors pedig története egyik legfeleslegesebb botrányát okozta saját magának, amikor az első Opel Amperát tisztán elektromos autóként emlegette, amit a benzinmotor nem is tud közvetlenül hajtani, majd kiderült, hogy mégis: autópályatempónál egy kuplunggal bizony a benzinmotor mégiscsak direktben hajtja a kerekeket, nagyon helyesen: felesleges energiaátalakítások nélkül.

Hibrid=takarékosságra optimalizált

A hagyományos belső égésű motor “hibridizációjának” fő célja nem más, mint a motor hatékonyságának növelése, a fogyasztás csökkentése – és a környezetvédelmi előírásoknak való megfelelés. És hogy akkor miért nem hibrid minden autó? Egyszerű: mert vannak autóvásárlók, akik más értékeket fontosabbnak tartanak az autóban (legyen nagyon erős, nagyon könnyű, nagyon olcsó, például), a törvényi szabályozás pedig (egyelőre) lehetővé teszi, hogy a takarékosságra, hatékonyságra optimalizált hibridek mellett másra optimalizált autókat is lehessen gyártani és vásárolni.

Kapcsolódó címkék: hibrid technika