Tíz dolog, amit csak kevesen tudnak a hibridek működéséről

Egyre gyakrabban találkozhatunk hibrid járművekkel az utakon, így ma már közel sem számítanak akkora egzotikumnak, mint egy évtizede. Sokan mégis a mai napig ámulattal vegyes értetlenséggel kezelik a benzin-elektromos üzemű modelleket. Az ő fejükben igyekszünk rendet tenni ezzel az összeállítással.

Sok minden megváltozott azóta, hogy a Toyota Prius révén először gördült ki a közutakra benzin-elektromos üzemű gépkocsi. A technológia jelentősen finomodott és szerteágazott, ma már különböző műfajai léteznek: a mikrohibridekben a villanymotor csupán az indítómotor kiváltására, valamint a fékenergia töredékének elektromos árammá történő átalakítására (rekuperatív fékrendszer) szolgál. A lágy vagy mild hibridekben a villanymotor besegít a belsőégésű motornak a hajtásba, de egyedül nem képes mozgatni az autót. A párhuzamos hibridek villanymotorja elsősorban szintén segédhajtóműként szolgál, de rövid időre képes a tisztán elektromos meghajtásra. Ez utóbbiak kombinált evolúciójának tekinthető a Toyota full hibrid rendszere, amely egyszerű bolygóműves hajtásával minden ismert funkciót képes megvalósítani, a hajtáslánc összes komponense tud önállóan és összehangoltan is működni. Ezt a mechanikát alkalmazza a Toyota és a Lexus valamennyi hibrid típusa.

A full hibrid rendszer tudása túlzás nélkül fenomenális, ugyanakkor valós képességeinek teljes spektrumával gyakran még a tulajdonosok sincsenek tisztában, pedig ezek azok a jellemzők, amelyek a világ legnagyobb számban eladott benzin-elektromos hajtásláncává tették a Toyota rendszerét. Lássuk sorrendben azokat a különlegességeket, amelyek kevésbé ismertek a vásárlók, de még a téma iránt komolyabban érdeklődők előtt is.

1. A full hibrid rendszerben nemcsak indítómotorra, de sebességváltóra és tengelykapcsolóra sincs szükség, az áttételek módosítását, illetve a hajtáslánc elemeinek oldását és összekapcsolását egy darab bolygómű valósítja meg. A hátramenetet a lehető legegyszerűbben oldották meg a japán mérnökök: a Prius (és társai) kizárólag villanymotorral tolatnak, csupán a motor forgási irányát kell megfordítani.

2. A villanymotort tápláló hibrid akkumulátor (más néven hajtó akkumulátor) egyenáramot ad le, ám a motort már háromfázisú váltóáram táplálja, ami a hajtás jóval pontosabb vezérlését teszi lehetővé. A hibrid akkumulátor felelős a hajtás mellet a fedélzeti energiaellátásért, ideértve elektromos klíma működését is.

3. A hibrid akkumulátorfeszültsége 200V, ám ezt 650V-ra alakítják át. A nagyobb feszültség miatt csökken az áramerősség, így a mérnökök kisebb átmérőjű, azaz könnyebb és helytakarékosabb vezetékeket alkalmazhattak.

4. Az egyenáramot háromfázisú váltóárammá átalakító berendezést szabályozó számítógép a hajtás lelke. A frekvencia változtatásával módosítja a villanymotor fordulatszámát, a feszültséget szabályozva a forgatónyomatékot, és végül a fázis felcserélésével megfordítható a villanymotor forgásiránya. Mindezek mellett vezérli az összes elektromos fogyasztó energiaellátását a biztonsági berendezésektől kezdve a kényelmi berendezésekig.

5. A villanymotor megfelelő hatásfokon üzemelő teljesítményszabályozását a szigetelt kapujú bipoláris tranzisztorok (IGBT) feltalálása tette lehetővé. Ezek az elektronikus egységek azonban működésük közben hőt termelnek, ezért folyadékhűtésre van szükségük, pont, mint a belsőégésű motoroknak.

6. A hibrid akkumulátor töltése és kisütése során szintén hő keletkezik, ezért az akkucsomag léghűtést kap. A működési paraméterek (üzemi hőmérséklet, töltés és kisütés) számítógéppel vezérelt optimalizálásának köszönhetően az akkumulátor élettartama meghaladja a tíz évet.

7. A full hibrid hajtásláncban nincs generátor, sem indítómotor, mindkettő szerepét a hibrid villanymotor tölti be. Mégis helyet kapott egy 12 voltos akkumulátor az autóban: ez táplálja az indítás előtt működő berendezéseket (központizár, belső világítás), így azokat nem kellett áttervezni a nagyfeszültségű hálózathoz.

8. Habár a full hibrid gépkocsit elinduláskor és tolatáskor kizárólag a villanymotor hajtja, az ekkor felhasznált energiát vagy visszatáplálásos fékezés biztosítja, vagy végső soron szintén az Atkinson ciklusú motor állítja elő – akár a villanymotort generátor üzemben közvetlenül meghajtva, akár azáltal, hogy biztosítja a járműnek azt a mozgási energiát, amit aztán fékezéskor elektromos energiává alakít át a regeneratív rendszer. Ezért nem szükséges a full hibrid rendszert hálózatra csatlakoztatni.

9. A full hibrid járműveket pontosan az előbb említett képesség teszi kimagaslóan takarékossá. A gyakori leállásra és újraindításra tervezett Atkinson-ciklusú belsőégésű motor, ami mindig optimális terhelésen üzemeltethető, hiszen amennyiben az általa megtermelt energiára nincs teljes mértékben szükség a jármű mozgatásához, a felesleget áramtermelésre fogja a rendszer. Azonnal leáll az Atkinson-ciklusú motor, ha a jármű mozgási energiáját csökkentjük (fékezünk). A lassítás energiája ahelyett, hogy az a fékeken hőként távozna, a villanymotor elektromos áramot állít elő belőle és visszatölti a hibrid akkumulátorba. Az eltárolt tiszta energia később a hajtásban felhasználható, kiiktatva azokat az üzemi fázisokat, ahol a belsőégésű motor csak rossz hatásfokkal tudna üzemelni.

10. Egyenletes sebességű haladás esetén a belsőégésű motornak jóval kisebb teljesítményt kell kifejtenie. Az elektromos hajtás együttműködik az Atkinson-ciklusú motorral, ezáltal a benzinmotor kevesebb üzemanyagot használ, vagyis takarékosabban és tisztábban működik.

Fotók: Toyota, Lexus