Jeśli jesteście jeszcze trochę skacowani, bo postanowiliście przedłużyć sobie świętowanie nowego roku do minionego weekendu, to nie głupim rozwiązaniem byłoby przełożenie lektury tego wpisu na jakiś bardziej trzeźwy dzień. A to dlatego, że będzie tutaj trochę fizyki to raz, a dwa – ja będę to tłumaczył.

Jeśli interesujecie się samochodami choć trochę bardziej niż przeciętny obywatel aferą z Trybunałem Konstytucyjnym, to pewnie obiło Wam się o uszy coś w stylu „Te hybrydy to są bez sensu, bo yyy są do dupy”. Jednak z moich obserwacji wynika, że mało osób wie dlaczego. Jedni mówią, że są mało ekologiczne, inni że mało efektywne lub to wszystko to po prostu pic na wodę fotomontaż i środowiskowa propaganda utworzona jeszcze za czasów Związku Radzieckiego i w ogóle to dajcie mi wszyscy święty spokój.

Uwaga, przystępuję do działania wyjaśniającego. A więc bardziej oblatane osoby stwierdzą, że hybrydy są kiepskie dla środowiska bo z tymi akumulatorami jest jakiś szacher macher, że nieekologicznie się je wytwarza, potem słabo jest też z utylizacją i w ogóle niezbyt ciekawy temat dla zielonych. Pewnie tak jest skoro wszyscy tak mówią, ale to nie jedyny problem samochodów hybrydowych. Wyobraźmy sobie nawet dla ułatwienia, że proces powstawania tych akumulatorów jest tak ekologiczny i naturalny jak składanie jaj przez kurę. Bez GMO. Czyli mamy ekologicznie stworzoną hybrydę i patrzymy co jest nie halo.

Zacznę od czegoś co nie powinno nikogo zdziwić, a mianowicie od tego, że pojazd jest tym bardziej eko im większa jest jego sprawność. Ale uwaga, sprawność całkowita. Nie samego silnika lub samych żarówek w podsufitce. Całego samochodu, czyli tak na chłopski rozum chodzi o to ile ten samochód z wszystkimi gratami na pokładzie zużywa dostarczonej mu energii, a ile traci. Im więcej traci tym mniej jest w tym wszystkim zielonego, proste.

No dobrze, to teraz które mechanizmy mają największą sprawność? Te najprostsze, bo najmniej jest miejsc, w których energia może się bezpowrotnie ulatniać. Czyli jeśli zbudujemy sobie prostą przekładnie składającą się z dwóch kół zębatych to będzie ona miała większą sprawność niż taka, w której obraca się powiedzmy dziesięć takich kół. No chyba, że coś spieprzymy z wykonaniem. Dlatego im prostszy mechanizm działania tym lepszy. Do tej pory nie wynaleziono też mechanizmu, który miałby sprawność większą niż 100 procent. Czyli jeśli mamy pewien mechanizm o ustalonej sprawności, to nie da się już tej sprawności poprawić dokładając jeszcze jakieś ustrojstwo (bo wtedy to ustrojstwo musiałoby mieć sprawność ponad 100 procent).

W tym momencie powinna pojawić się już mała lampka w głowie. Bo jeśli mamy samochód z jednym silnikiem i cały układ ma określoną sprawność, to na podstawie tego co już napisałem można się chyba domyśleć, że dołożenie czegokolwiek do tego układu raczej nie spowoduje poprawy sprawności. Wręcz przeciwnie.

W zasadzie mógłbym na tym skończyć, ale

Mamy dwa podstawowe rodzaje hybryd. Równoległe i prostopadłe. Wróć. Równoległe i szeregowe. Jak ktoś lubi obrazki to tak wygląda schemat układu szeregowego
naped-hybrydowy-szeregowy
A tak jego wymarły przedstawiciel Fisker Karma.
fisker_karma
Samochód wyglądem spoko, ale technicznie nie ma racji bytu. Jest to szeregowa hybryda, czyli wszystko zaczyna się z silnika spalinowego, który pracuje jako generator robiący prąd, następnie ten prąd zasila silnik elektryczny z którego moc już trafia na koła. Jeśli by ktoś pytał, to silnik spalinowy nie ma połączenia z kołami i nie może ich napędzać.

Przeanalizujmy to. Wlewamy paliwo do baku, które niesie w sobie jakąś energię. Następnie tym paliwem zajmuje się silnik spalinowy, który jak wiemy jest dość archaiczny i ma sprawność ze 30 procent. Czyli z energii wejściowej mamy już tylko jedną trzecią. Następnie za tą jedną trzecią bierze się ekologiczny silnik na prąd, który ma sprawność powiedzmy 80 procent. A więc to co nam zostało z tych 30 procent mnożymy jeszcze przez te 80, czyli w rezultacie mamy jeszcze mniej – jakieś niecałe 25. A to tak tylko z grubsza licząc, nie uwzględniając innych mechanizmów. I to chyba dlatego Fisker nam się nie ostał.

Bardziej popularne są natomiast hybrydy równoległe o podobnym schemacie
naped_hybrydowy_rownolegly
Ze swoim naczelnym przedstawicielem
toyota-prius

Od razu zaznaczam, że na schemacie powinno być jeszcze połączenie miedzy silnikiem spalinowym i elektrycznym. Układ równoległy działa tak, że wlewamy paliwo do baku, po czym trafia one do silnika spalinowego, który ma dwie funkcje. Może napędzać koła i ładować akumulatory silnika elektrycznego (choć chyba nie jednocześnie). Następnie moc z silnika spalinowego trafia na koła i moc z elektryka również, tyle że bardziej zawiłą drogą. Jednak efekt jest podobny do tego wyżej. Wydłużyła nam się droga transportu energii z paliwa na koła, co jest równoznaczne z utratą sprawności.

Dlatego hybryda w kontekście ekologii nie ma żadnego sensu. Bo prościej (czyli sprawniej) jest wysłać energię na koła z paliwa przez silnik spalinowy niż przez silnik spalinowy i silnik elektryczny. W rezultacie można stwierdzić, że już większy sens ma LaFerrari niż Prius.

2015-Ferrari-Laferrari-Windows-Theme

Czemu? W W LaFerrari nikogo nie obchodzi ekologia, liczy się tylko moc układu. A jeśli wsadzi się do samochodu dwa silniki, które mogą pracować równolegle to moc układu wzrośnie. Spalanie też, ale nikogo to nie obchodzi.

Tak samo jak w Defenderze nikogo nie obchodzą opory powietrza.

Land-Rover-Defender-Black-Wallpapers

Czy są jakieś eko-plusy w hybrydach?

Na pewno jeden całkiem istotny wynikający z właściwości silnika elektrycznego. Taki silnik ma coś czego nie ma motor spalinowy, mianowicie rozchodzi się tutaj o odzyskiwanie energii. Gdy samochód porusza się siłą bezwładności, to koła napędzają silnik a nie na odwrót, a ten robi z tego prąd. Zawsze mnie natomiast zastanawiało ile on tego prądu zrobi, czy jest sens się w to bawić. Jak testowałem Renault ZOE okazało się, że temat przedstawia się następująco


Na zużyte 34 kWh odzyskałem 4 podczas bardzo spokojnej i ekologicznej jazdy (ale w zimę przy mrozach). Jest to niecałe 12 procent. Niby nie wiele, ale zawsze coś. Pytanie jest tylko czy jest to warte zachodu? Czy da się odzyskać więcej energii niż się traci komplikując układ napędowy?

Reasumując ogólna sprawność czyli potocznie efektywność hybrydy zawsze będzie mniejsza bo wydłuża się droga między bakiem z paliwem a kołami o silnik elektryczny i całe jego oprzyrządowanie. Aby miało to sens, dołożone mechanizmy – w stosunku do zwykłego układu napędowego – musiałyby mieć sprawność przekraczającą 100 procent. Dlatego hybrydy są jak ZUS. Jeśli miałby mieć sens, najpierw trzeba by uwierzyć, że wpłacając 100 złotych w wieku 35 lat, mając 70 wyjmiemy co najmniej 120 zł.

 

 

Schematy układów pochodzą z prezentacji p.Mateusza Opalińskiego