Hybridní pohon

Hybridní pohon označuje kombinaci několika zdrojů energie pro pohon jednoho dopravního prostředku či stroje. Nejčastějším typem je kombinace spalovacího a elektrického motoru. Existují i jiné varianty jako parní pohon v kombinaci s elektrickým nebo plynová turbína s elektromotorem. Hybridní pohony mohou využívat také pouze elektrickou energii – kombinace energie z trakčního vedení a z akumulátoru. Za hybrid bychom mohli považovat i jízdní kolo vybavené motorkem – kombinace lidské síly s energií spalovacího motoru. Nejčastěji se však hybridního pohonu využívá v silniční a železniční dopravě.

Proč hybridní pohon?

Cílem je využít výhody jednotlivých zdrojů energie a zároveň eliminovat jejich nevýhody. Výhodou spalovacího motoru je vysoká hustota energie uchované v palivu – na 100 ujetých km spotřebuje běžný osobní automobil 4–10 litrů benzínu či nafty (40 litrová nádrž vydrží na 400–1000 km jízdy). Dále dostupnost infrastruktury – benzínových pump, u kterých je možné během chvilky doplnit energii k ujetí dalších stovek kilometrů. To elektromobily nedokáží – nabíjení akumulátorů trvá řádově hodiny a veřejná infrastruktura pro nabíjení automobilů také v podstatě neexistuje. Navíc akumulátory jsou velmi drahé a dojezd elektromobilů je často výrazně kratší než u konvenčních aut na benzín a naftu. Naproti tomu elektromotor umí využít energii při brzdění, kdy motor funguje jako generátor a vyrábí elektrickou energii, kterou může uložit do akumulátorů, čehož se využije především v městském provozu. Vysoká účinnost elektromotoru (až 90 %) a velký točivý moment při nízkých otáčkách je výhodou při rozjezdech. Nesporné jsou i ekologické přínosy elektrického pohonu, který při svém provozu nevytváří emise a je také tišší než spalovací motory.

Technické řešení

Klasická hybridní vozidla vždy obsahují spalovací motor, elektromotor, nádrž na benzín či naftu, palivo a chemické akumulátory (případně superkapacitory). Liší se však v zapojení jednotlivých motorů a celkovou účinností. Nejjednodušší řešení je tzv. micro-hybrid, kdy elektromotor spojený se spalovacím pomocí řemenu plní funkci startéru a generátoru. Při zastavení je vypnut hlavní motor, který se znovu automaticky spouští při rozjezdu. Tato funkce se nazývá „start and go“ a uspoří asi 6 % paliva. Toto řešení používají některé verze Citroenu C3 nebo Ford Fiesta.

Lepší variantou je tzv. mild-hybrid. Malý elektromotor je přímo v hnací větvi mezi spalovacím motorem a převodovkou. Oproti předchozímu řešení je elektromotor využíván častěji a přináší úsporu cca 20-40 % energie, stále však nemá dostatečný výkon k samostatnému pohonu vozidla. Mezi automobilky využívající tuto technologii patří Honda. Technologii nazývá IMA (Integrated Motor Assist) a setkat se s ní můžeme u vozu Honda Accord se spalovacím motorem o výkonu 176 kW podporovaným 12 kW elektrickým.
Třetí variantou je tzv. full-hybrid. Oproti předchozímu řešení má elektromotor o vyšším výkonu, který je sám schopen dodat automobilu dostatečný výkon po delší dobu. Díky tomu může mít spalovací motor nižší výkon. Akumulátory mají vyšší kapacitu a často se nemusejí spoléhat jen na nabíjení při brzdění (rekuperace), ale dají se nabít přímo z elektrické sítě. Toto řešení přináší ještě vyšší úsporu energie. Příkladem zmiňované varianty je Toyota Prius s 57 kW benzínovým motorem a 50 kW elektrickým.

Elektrický přenos výkonu

Předchozí řešení vždy využívala mechanického přenosu energie. Z motoru se pomocí řemenů, řetězů, hřídelí, spojky a převodovky přenášela mechanická energie na jednotlivá kola hnané nápravy. Existuje však jiné řešení. Spalovací motor pohání elektrický generátor, který vyrábí elektrickou energii, jež je přenášena do dalších elektromotorů (spolu s energií z akumulátorů), které přímo pohánějí danou nápravu nebo dokonce jednotlivá kola. Toto řešení, které neobsahuje převodovku ani spojku, umožňuje, aby spalovací motor pracoval v optimálních otáčkách (nezávisle na rychlosti vozidla) a tím zvyšuje efektivitu motoru i prodlužuje jeho životnost. Energie, která se ztratí mezi elektrickým generátorem a elektromotorem, je kompenzována úsporami mechanických ztrát. Řešení je vhodné zejména pro velké výkony – lokomotivy, lodě, velké nákladní automobily, kde se elektrického přenosu výkonu využívá již desítky let u klasického dieselového pohonu.

Nevýhody hybridů

Mohlo by se zdát, že hybridy jsou optimálním řešením. Mají však také své nevýhody. Předně, nejedná se o technologii, která by nás zbavila závislosti na fosilních palivech nebo byla bezemisní. Jedná se pouze o technické řešení zvyšující efektivitu provozu. Mezi další nevýhody patří vyšší hmotnost vozidla (díky akumulátorům a dvěma motorům), nutnost využití složité řídicí elektroniky, menší zavazadlový prostor, který zabírají akumulátory, a pochopitelně vyšší cena, která ospravedlňuje použití pouze ve specifických podmínkách (především v městském provozu nebo v nákladní dopravě). I přes tyto nevýhody se s hybridy budeme setkávat pravděpodobně čím dál častěji, neboť jiné technologie – vodíkové palivové články či elektromobily – jsou zatím stále v počátcích svého rozvoje.