Térkép a hibrid rendszerekhez

Az autózás jelentős átalakulás előtt áll. Hasonlóan a számítástechnikához a járműtechnika is folyamatosan megújul, változik. Sajnos az eddigi technológiák a mai igényeknek már nem felelnek meg, így elkerülhetetlen a változás, a fejlődés. Azt sajnos nem lehet pontosan megjósolni, hogy hány évig lesz még elegendő a Föld kőolajtartaléka ahhoz, hogy ellássa a gazdaságunkat. Abban viszont mindenki egyet ért, hogy egy véges mennyiségű készletről van szó, tehát előbb-utóbb elfogynak a teli hordók, mint az államilag támogatott félévek. A kőolajtartalékok megnyújtására szolgáló számos technológia közül a hibridhajtásokat szeretném lényegre törően bemutatni, megemlíteni azok legfontosabb előnyeit és hátrányait.

A legtöbben a hibrid autót egy rendkívül modern és új dolognak tartják. Pedig már 1900-ban (!) az akkori Lohner-Porsche gyár már gyártott hibridautót. A képen a négykerékhajtású változatot láthatjuk (kerekenként 1-1 kerékagymotor). A „sima” elsőkerékhajtású változat egy töltéssel 50 km utat tudott megtenni és akár 50 km/h-s végsebességgel volt képes közlekedni. Mivel az 50km-es hatótáv már akkoriban is kevésnek és az 1800kg-os akkumulátor pedig túl nehéznek bizonyult, valami megoldást kellett keresni az energiatároló tömegének csökkentésére és menet közbeni töltésére. Így bekerült a kocsiba 2db 2kW-os benzinmotor, mely dinamóval töltötte az akkumulátort (vagy hajtotta a villanymotorokat).

Tehát a hibrid rendszer két egymástól alapjaiban különböző hajtásrendszer előnyeit hivatott egyesíteni. A szóban forgó pozitívumok tehát: nagy hatótávolság, gyors utántöltés, károsanyag-kibocsátás nélküli üzem, fékenergia visszanyerés és a regeneratív hajtóanyagok használata. Tehát messzire eljuthatunk egy gyors tankolással, a városban araszolva be sem indul a belsőégésű motorunk (nincs emisszió, rossz hatásfokú üzem és zaj), fékezéskor elméletileg tölthetőek az akkumulátorok és alternatív, megújuló hajtóanyagokat is alkalmazhatunk a belsőégésű motor rugalmassága miatt. A hibridhajtásokat alapvetően három csoportba sorolhatjuk a szakirodalom szerint. Ezek pedig: párhuzamos, soros, és vegyes hibridek. A lenti ábrán áttekinthetjük a részletesebb csoportosítást.

A párhuzamos rendszerek lényege, hogy mind a két motor (belsőégésű és villany egyaránt) mechanikus kapcsolatban van a hajtott kerekekkel. A kialakítás előnye, hogy a két motor egyesével vagy akár egyszerre is hajthatja az autót, így a teljesítményük összeadódhat, ami azt jelenti, hogy kisebb motorok is elegendőek nagyobb teljesítmények eléréséhez.

A párhuzamos rendszereken belül még a két motor teljesítmények összeadásának módjával tudunk különbséget tenni. A két teljesítmény összeadódhat közvetlenül (ez a nyomatékösszegző hibrid), vagy valamilyen váltómű segítségével (fordulatösszegző hibrid), valamint az útra kifejtve (vonóerő-összegző hibrid). Tehát a fordulatösszegző esetben a két motor együttes erővel hajt egy váltóművet, míg a nyomatékösszegzőnél a belsőégésű motor hajtja a váltóművet, amire a villanymotor rásegíthet egy nyomatékkal, míg a vonóerő-összegző hibrid esetén az első és a hátsó tengelyek hajtását két egymástól elkülönített rendszerben végzi vagy a villany vagy a belsőégésű motor.

Párhuzamos hajtáslánc:

–     Nyomatékösszegző hajtáslánc:

–     Fordulatösszegző hajtáslánc:

–     Vonóerő-összegző hajtáslánc:

A soros hajtáslánc lényege, hogy a párhuzamosokkal ellentétben a belsőégésű motor nincs mechanikus kapcsolatban a kerekekkel. Tehát az mindig egy generátort hajt, amely az akkumulátorokat tölti. Ez a rendszer eddig még nem látott szabadságot enged a járműtervezőknek, ugyanis az eddigi mechanikus kapcsolatok magas száma ez esetben nem korlátozza őket. Szintén ennek köszönhetően a belsőégésű motor már számára optimális fordulatszámon és terhelésen tehát fogyasztással (!) és károsanyag-kibocsátással (!) üzemelhet. A rendszer hátránya a többlépcsős energiaátalakítás (kémiai – mechanikai – elektromos – mechanikai - …) és a nagyobb terhelések esetén megmutatkozó lehetséges teljesítmény hiány. Itt fontos még megemlíteni a hagyományos autókhoz szokottaknak nagyon furcsa lesz, hogy a motor fordulatszáma (tehát a hangja) nincs semmilyen kapcsolatban a jármű sebességével.

Soros hajtáslánc:

A vegyes rendszereknél már egy árnyalattal színesebb a kép, mint a fenti két esetben. Ezen hibridrendszerek közé tartoznak a kombinált és a teljesítményelágazásos hajtásrendszerek. A kombinált megoldás legjobban a soros hajtásrendszerre hasonlít, azzal az egyetlen különbséggel, hogy a belsőégésű motor teljesítménye egy tengelykapcsoló segítségével közvetlenül is eljuttatható a hajtott kerekekig. Így szintén mindkét gép képes hajtani az autót akár egy időben is, tehát javulhat a belsőégésű motor kihasználtsága és a csúcsteljesítménye is. Viszont kicsit drágább a kialakítás a többlet alkatrészek és a bonyolultabb vezérlésnek köszönhetően.

Kombinált hajtáslánc:

A teljesítményelágazásos hibridek jóval bonyolultabbak, mivel a belsőégésű motor által előállított mechanikai energiát egy bolygómű segítségével szétosztják a generátor és a hajtás között. Viszont megspóroljuk a sebességváltót, mivel a bolygómű és a villamos motor együttese képes ellátni annak összes feladatát. Valamint megoldható, hogy a belsőégésű motor jármű sebességétől függetlenül üzemeljen, ami javít a károsanyag-kibocsátáson és a fogyasztáson.

Teljesítményelágazásos hajtáslánc:

Forrásaim:

Alternatív járműhajtások

http://www.hybrid-vehicle.org

http://en.wikipedia.org