Samochody hybrydowe wyprzedziły klasyczne modele spalinowe
Rok 2023 był pierwszym rokiem w historii motoryzacji w Polsce (wg danych Polskiego Związku Przemysłu Motoryzacyjnego), w którym klienci częściej decydowali się na wybór samochodu z napędem hybrydowym, niż auta z klasycznym napędem spalinowym. I to niezależnie od tego, czy mówimy o silniku wysokoprężnym (diesel), czy też benzynowym. Nie ulega wątpliwości, że samochody hybrydowe cieszą się popularnością, wpływa na to nie tylko większe zainteresowanie klientów, ale też większa podaż modeli z takim napędem na rynku. Sytuację odgórnie wspiera również unijna legislatura, która wprowadzając coraz to nowe ograniczenia emisji spalin, niejako kieruje uwagę konsumentów w stronę zelektryfikowanych napędów. Jakie są rodzaje hybryd? O tym w naszym materiale.
Samochody hybrydowe mogą przynieść swoim użytkownikom realne korzyści. To nie są potencjalne, lecz realne benefity, które wpływają właśnie na zauważalny wzrost popularności aut z tego typu napędem. Układy hybrydowe niemal zawsze pozwalają zmniejszyć zużycie paliwa w sytuacjach trudnych dla klasycznych silników spalinowych (np. jazda miejska, z częstymi postojami), a z drugiej strony ich nabywcy nie muszą martwić się niedostatecznie rozwiniętą infrastrukturą ładowania samochodów elektrycznych, czy też brakiem dostępu do opcji ładowania w miejscu, gdzie auto najczęściej będzie zaparkowane. Z drugiej jednak strony, niektóre typy samochodów hybrydowych pozwalają zmniejszyć zużycie paliwa podczas krótkich, typowo miejskich przejazdów praktycznie do zera, choć w tym przypadku, wymagane jest doładowywanie komponentu elektrycznego z zewnętrznego źródła. Zacznijmy jednak od ogólnego wyjaśnienia czym w ogóle są samochody hybrydowe.
Samochody hybrydowe – na czym to polega?
Zasada działania napędu hybrydowego, bez wchodzenia w techniczne, inżynierskie szczegóły, jest dość prosta. Przede wszystkim każdy samochód hybrydowy wyposażony jest co najmniej w dwa silniki. Najczęściej jednym z nich jest silnik spalinowy, ale oprócz niego auto hybrydowe wyposażone jest również w silnik elektryczny. Takie połączenie pozwala wykorzystać fakt, że silniki spalinowe i elektryczne mają odmienną charakterystykę pracy. Klasyczny silnik cieplny pracuje optymalnie jedynie w pewnym zakresie obrotów. Uzyskanie maksymalnej mocy wymaga odpowiedniej prędkości obrotowej takiej jednostki.
Z kolei optimum energetyczne (czyli stan, w którym największa część energii pochodząca ze spalania mieszanki paliwowo-powietrznej jest zamieniana na pracę) również jest osiągane tylko w pewnym przedziale obrotów, na dodatek przy spełnieniu warunków temperaturowych (silnik musi być odpowiednio rozgrzany). W danych technicznych łatwo możemy to rozpoznać sprawdzając w jakim zakresie obrotów dany silnik uzyskuje maksymalny moment obrotowy. Z kolei silnik elektryczny pracuje inaczej. W tym przypadku nie ma problemu z ciepłem odpadowym, bo silniki elektryczne są znacznie bardziej efektywne energetycznie (co oznacza, że większy odsetek dostarczonej energii jest zamieniany na pracę w każdym zakresie obrotów). Na dodatek potrafią uzyskać niemal maksymalny moment obrotowy praktycznie od startu.
Niestety, problemem jest dostarczenie energii. Najdoskonalsze akumulatory trakcyjne samochodów hybrydowych (a także elektrycznych) zapewniają znacznie niższą gęstość energii niż węglowodorowe paliwo chemiczne: benzyna lub olej napędowy. Można przyjąć w zaokrągleniu, że 1 litr węglowodorowego paliwa to ok. 10 kWh chemicznej energii. Wiemy ile to jest 1 litr, warto też mieć na uwadze, że 1 litr benzyny czy oleju napędowego nie waży nawet kilograma (paliwo jest lżejsze od wody). Z kolei w przypadku akumulatorów trakcyjnych, w 1 kilogramie współczesnych ogniw litowo-jonowych stosowanych w samochodach zelektryfikowanych i elektrycznych jesteśmy w stanie zgromadzić ok. 0,25 – 0,3 kWh energii.
Samochody hybrydowe jako alternatywa dla aut spalinowych
Samochody hybrydowe pozwalają połączyć zalety obu światów: silników spalinowych, niezbyt efektywnych energetycznie, ale zasilanych wyjątkowo efektywnym paliwem chemicznym oraz silników elektrycznych, bardzo efektywnych energetycznie, ale zasilanych wciąż niezbyt gęstymi energetycznie akumulatorami. Poprzez odpowiednie zbalansowanie komponentów spalinowych i elektrycznych w konkretnym modelu uzyskujemy hybrydy różnego typu. Przyjrzyjmy się zatem rodzajom samochodów hybrydowych dostępnych w ofercie marki Volvo.
Samochody hybrydowe Volvo
W aktualnej ofercie marki Volvo, znajdziemy samochody hybrydowe, jak również modele z napędem tylko elektrycznym. Praktycznie wszystkie modele dostępne dziś w gamie Volvo Cars to pojazdy w różnym stopniu zelektryfikowane. Zdecydowanie najbogatszą paletę modeli odnajdziemy poszukując auta z napędem typu Mild-Hybrid, co w języku polskim często jest tłumaczone jako “miękka hybryda” lub “lekka hybryda”. Na czym polega taki napęd? Jakie są jego zalety, jakie ma ograniczenia? Czas to wyjaśnić.
Miękkie hybrydy Volvo
Gama samochodów Volvo z napędem typu Mild-Hybrid obejmuje pełną ofertę. Z takim napędem znajdziemy zarówno modne SUV-y: XC90, XC60 i XC40, zgrabne sedany: S90, S60, rodzinne kombi: V90, V60, jak i lekko uterenowione kombi: V90 Cross Country, V60 Cross Country. Samochody z napędem hybrydowym typu Mild-Hybrid wyposażone są w silnik spalinowy, stanowiący główne źródło mocy napędu oraz niewielki silnik elektryczny wykorzystujący pracujący na instalacji o napięciu 48 V układ elektryczny z akumulatorem trakcyjnym.
To co jest zasadniczą cechą miękkich hybryd, to fakt, że tego typu pojazdy nie mogą jechać na samej energii elektrycznej. To silnik spalinowy zawsze przekazuje moc trafiającą na koła auta, ale dzięki elektrycznemu wsparciu, jednostka zasilana paliwem węglowodorowym może pracować efektywniej i oszczędniej.
Jaką rolę pełni zatem jednostka elektryczna? Po pierwsze odpowiada ona za płynny rozruch auta. Chodzi oczywiście o system Start-Stop, który pozwala zaoszczędzić paliwo podczas częstych w mieście postojów np. na skrzyżowaniach z sygnalizacją świetlną. Ponadto jednostka elektryczna napędu typu Mild-Hybrid wspiera silnik spalinowy podczas ruszania, zapewniając większy moment obrotowy i dodatkową, niewielką moc. Mimo, że moc z silnika elektrycznego nie jest duża, to istotne jest, że wspiera on silnik spalinowy w nieefektywnym zakresie obrotów (podczas ruszania), co wpływa na obniżenie zużycia paliwa. Silnik elektryczny jest również wykorzystywany do rozpędzania sprężarki silnika spalinowego, co również wpływa na zmniejszenie zużycia paliwa.
Rodzi się jednak pytanie, skąd ten niewielki silnik elektryczny miękkohybrydowego układu czerpie energię, skoro akumulator ją dostarczający nie wymaga ładowania z zewnątrz? Ta energia pozyskiwana jest np. podczas hamowania w procesie tzw. rekuperacji. W klasycznym samochodzie spalinowym cała energia kinetyczna podczas hamowania jest po prostu zamieniana w ciepło wydzielane przez okładziny hamulców. To czyste marnotrawstwo. W przypadku, gdy dysponujemy miękkohybrydowym, zelektryfikowanym napędem, część energii powstałej w wyniku hamowania może być przekazywana do akumulatora trakcyjnego zasilającego niewielką jednostkę elektryczną.
Uważny Czytelnik z pewnością dostrzeże jeszcze jedną korzyść: skoro część energii hamowania jest pochłaniania nie przez układ hamulcowy, lecz przetwarzana przez silnik elektryczny (działający wówczas jak prądnica) i przekazywana do akumulatora, oznacza to również mniejsze zużycie elementów eksploatacyjnych układu hamulcowego. W efekcie mamy same korzyści: większą moc, lepszą dynamikę, przy jednocześnie niższym zużyciu paliwa i układu hamulcowego. Oczywistą korzyścią są również mniejsze emisje spalin. Zdecydowanie największe benefity napęd Mild Hybrid oferuje w mieście, gdzie ruch rzadko kiedy jest płynny, co stanowi bardzo wymagające i nieekonomiczne warunki pracy dla klasycznej jednostki spalinowej. Warto jednak wiedzieć, że i podczas jazdy pozamiejskiej, szczególnie gdy jedziemy płynnie i spokojnie, jednostka elektryczna może wspierać silnik spalinowy w procesie tzw. żeglowania, redukując zużycie paliwa podczas jazdy ze stałą prędkością.
Volvo i samochody typu hybryda plug-in
Oprócz modeli z napędem Mild-Hybrid, marka Volvo oferuje również szerokie porftolio modeli z napędem typu hybryda plug-in. Wśród modeli z takim układem napędowym znajdziemy również SUV-y: XC90, XC60, sedany: S90 Recharge, S60 Recharge oraz kombi: V90, V60. Na czym polega napęd typu hybryda plug-in? Również w tym przypadku auto wyposażone jest zarówno w silnik spalinowy, jak i jednostkę elektryczną. Jednak zasadniczą różnicą w stosunku do wcześniej przedstawionych napędów typu Mild-Hybrid jest to, że w tym przypadku silnik elektryczny pełni nie tylko rolę wspomagającą, ale może również samodzielnie odpowiadać za siłę napędową pojazdu. Oznacza to, że sumaryczna moc układu napędowego hybryd plug-in jest zazwyczaj większa, niż jednostek typu Mild-Hybrid. Tak jest w istocie, wystarczy wspomnieć, że np. w modelu Volvo XC60 B5 Mild Hybrid układ napędowy oferuje 250 KM mocy, gdy tymczasem ten sam model w topowej wersji z napędem typu hybryda plug-in (Volvo XC60 T8 eAWD) oferuje aż 455 KM mocy. Jednak nie tylko większa moc stanowi tu różnicę, ale też odmienna charakterystyka pracy napędu typu hybryda plug-in.
Przede wszystkim, dzięki znacznie mocniejszej jednostce elektrycznej i większemu akumulatorowi trakcyjnemu, samochodów hybrydowy typu plug-in jest w stanie pokonać kilkadziesiąt kilometrów dystansu wyłącznie korzystając z energii elektrycznej. Oznacza to nie tylko zerową emisję spalin, ale też zerowe zużycie paliwa. W przypadku aut Volvo z tym napędem, są one wyposażane w akumulator trakcyjny o pojemności 18,8 kWh. Daje to możliwość pokonania pomiędzy ładowaniami trasy o długości nawet 79 km. To w zupełności wystarczy do typowych, codziennych podróży do pracy, na zakupy, z dziećmi do szkoły, itp.
Oczywiście w takim napędzie, choć również silnik elektryczny i akumulator trakcyjny potrafią korzystać z procesu rekuperacji i odzyskiwać energię podczas hamowania, to odzysk nie wystarczy. W hybrydach plug-in energię trzeba dostarczać z zewnątrz. Może to być w praktyce dowolne źródło prądu, nawet zwykłe gniazdko elektryczne 230 V. Nawet przy takim podłączeniu auto zaparkowane i podłączone do zasilania w domowym garażu, będzie gotowe do drogi z pełnym zapasem energii następnego dnia rano. Niemniej warto wspomnieć, że Volvo, jako jedyny z producentów aut ze swoją ofertą w naszym kraju oferuje kompleksową usługę audytu energetycznego i montażu profesjonalnej, domowej stacji ładowania typu wallbox w domu klienta. Obecność takiej stacji, zasilanej np. dwufazowym źródłem energii o mocy 11 kW pozwala zauważalnie skrócić czas uzupełniania energii w hybrydzie plug-in.
Jednocześnie wybierając się samochodem typu hybryda plug-in w dłuższą trasę nie musimy się martwić ewentualnymi brakami w infrastrukturze ładowania na trasie. Samochód przecież jest jeszcze wyposażony w silnik spalinowy, a jednostka elektryczna i tak nigdy nie wyczerpie się do zera. Po prostu gdy akumulator zostaje w znacznej części rozładowany, taki pojazd przechodzi w tryb działania hybrydowego, co oznacza podobne korzyści jak w napędzie Mild-Hybrid, wspomaganie jednostki elektrycznej. Oczywiście tutaj wspomaganie jest znacznie mocniejsze, bo silnik elektryczny zawsze jest w stanie przekazać np. podczas przyspieszania czy manewru wyprzedzania pełną moc.
Samochody hybrydowe – co wybrać?
Samochody hybrydowe Volvo z napędem Mild-Hybrid to propozycja dla tych osób, które mieszkają np. w budynkach wielorodzinnych i nie mają jak regularnie uzupełniać energii w akumulatorze trakcyjnym z zewnętrznego gniazdka. Z kolei hybryda plug-in pozwala cieszyć się całkowicie bezemisyjną jazdą na typowo miejskich dystansach i stanowi rzeczywiste przygotowanie do czekającej nas w przyszłości elektromobilności. Najważniejsze, że mamy wybór i możemy wybrać taki napęd, który lepiej wpisuje się w nasz osobisty scenariusz wykorzystania samochodu. Dodamy tylko, że wygodę, komfort i bezpieczeństwo masz gwarantowane bez względu na wybrany typ napędu hybrydowego. W końcu to Volvo.