NAPĘD HYBRYDOWY SPALINOWO ELEKTRYCZNY


W porównaniu do rynku samochodów z napędem spalinowym, rynek samochodów elektrycznych to kropla w morzu. Ostatnio zaczął powoli rozwijać się rynek hybryd spalinowo - elektrycznych. Jest kilka fajnych (i bardzo drogich) aut hybrydowych, w których do napędu auta, zależnie od prędkości i obciążenia, wykorzystywany jest silnik elektryczny bądź spalinowy. Przyznam szczerze, że nawet jakby mnie było stać na takie auto to nie kupiłbym go. Ekologiczność takiego auta pozostawia wiele do życzenia, choćby przez fakt, że całą energię zużywaną podczas jazdy musi wytworzyć duży silnik spalinowy. Owszem oszczędność paliwa występuje, ale w porównaniu z samochodem wyposażonym w nowoczesny silnik diesla jest nieznaczna. Znalazłem ostatnio w sieci nowe rozwiązanie. Jest to samochód, w którym silnik spalinowy nie napędza auta, a jedynie doładowuje akumulatory, zwiększając tym samym o około 40% przejechany dystans, a podczas postoju akumulatory ładowane są z sieci elektrycznej. Eureka! Wreszcie ktoś pomyślał. Zanim jednak rozwiązania takie wejdą do produkcji seryjnej upłynie jeszcze wiele wody.

 

Teraz moje rozwiązanie.

Jest to pomysł na zmianę zasad działania napędów hybrydowych spalinowo-elektrycznych w samochodach osobowych, które już powoli wkraczają do naszego życia.
Zrezygnować z silnika spalinowego łatwo nie jest. W moim pomyśle silnik spalinowy jest wykorzystywany, jednak nie do bezpośredniego napędu auta. Samochód ma być napędzany wyłącznie silnikiem elektrycznym. Akumulatory natomiast mają być ładowane z wielu źródeł. Z odzysku energii podczas hamowania, z sieci elektrycznej, być może z baterii słonecznych umieszczonych w dachu i w masce auta. No i oczywiście mają być ładowane z prądnicy połączonej z silnikiem spalinowym. Silnik ma pracować wyłącznie ze stałą prędkością obrotową, ma być dopasowany do wydajności prądnicy, ma być niewielki i cichy. Myślę, że do małego auta osobowego o masie własnej jednej tony, wystarczyłby silnik o pojemności 250 cm3.
Silnik ma pracować również podczas postoju (oczywiście tylko na otwartej przestrzeni). Jego zadanie polega na tym, aby naładować akumulatory. Dzięki pracy w trakcie jazdy wydłuży się również jej czas. Produkowana energia pozwoli na jazdę gdy akumulatory wyczerpią się zupelnie ale z mocno ograniczoną prędkością. Jeśli więc auto wyczerpie swój zasób energii, to aby kontynuować jazdę w normalnym trybie trzeba będzie zrobić sobie przerwę.


W jaki sposób takie rozwiązanie przyczyni się do zminimalizowania kosztów podróżowania, a przede wszystkim do oszczędności paliwa? Opisze tu przypadek, kiedy doładowujemy akumulatory wyłącznie przy udziale silnika spalinowego. Oszczędność jest tu ukryta w dostosowaniu silnika do stałego obciążenia, jakie mamy na prądnicy. Silnik spalinowy pracujący w stałych warunkach, jest nie tylko dużo oszczędniejszy, ma również znacznie wydłużony resurs i jest dużo mniej awaryjny. Ponad to sterowanie takiego silnika jest prostsze, ponieważ nie wymaga on ciągłych zmian parametrów. Z racji tego, że jest dużo mniejszy, wydziela dużo mniej ciepła, przez co traci mniej energii. Ciepło jakie wytwarza, z powodzeniem wystarczy do ogrzewania samochodu.
Wiadomo, że aby sprawność całego układu była wysoka, należy dostosować wszystkie parametry do posiadanych podzespołów, są to już jednak kwestie techniczne, które nie są trudne do zrealizowania.


Spalanie paliwa w takim aucie zależne jest od zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych, od przeznaczenia oraz masy auta. Z moich obliczeń teoretycznych, uwzględniających minimalne straty i zakładając, że auto waży tonę, można byłoby zmieścić się w 4-5 litrach benzyny na 100 km w jeździe mieszanej (Nie będę opisywał parametrów jakie brałem pod uwagę przy obliczaniu spalania, jest ich bardzo dużo). Mając możliwość ładowania akumulatorów auta na kilka różnych sposobów można znacznie obniżyć koszt jazdy.


Jeszcze kilka zalet tego rozwiązania.
Wyobraźmy sobie, że jeździmy codziennie autem do pracy. Pokonujemy dystans około 15 km w jedną stronę, a że dużo stoimy w korach, to jazda zajmuje nam przeciętnie 40 minut. Posiadając auto z silnikiem spalinowym, jadąc do pracy i stojąc w korku cały czas tracimy energię, bo pracujący silnik zużywa paliwo. Pracując na wolnych obrotach zużywa go niewiele, ale na ciągłe podjeżdżanie już znacznie więcej. Nie trzeba nikomu mówić, jaka jest różnica w spalaniu, kiedy jeździmy cały czas w mieście i często stoimy w korkach, a kiedy jedziemy na trasie.
Wyobraźmy sobie teraz auto z napędem mojego pomysłu. Stoimy w korku, pracuje malutki silnik spalinowy. Tracimy energię? Zdecydowana większość energii wytwarzanej przez silnik ładuje nam akumulatory. Teraz częste ruszanie. Silnik elektryczny nie wymaga do ruszania, ani użycia sprzęgła, ani wysokich obrotów, dzięki czemu potrzeba jest w tej sytuacji kilkakrotnie mniej energii niż jakbyśmy używali silnika spalinowego. Ponad to, jeśli auto odbiera część energii podczas hamowania i doładowuje nią akumulatory, zużycie jej może być mniejsze nawet niż podczas jazdy ze dużą ale stałą prędkością na trasie.
W pierwszym przypadku, jadąc autem z napędem spalinowym spalamy około 1,5 litra paliwa, w drugim przypadku około 0,6 litra, zakładając, że energię elektryczną w aucie wytwarza wyłącznie silnik spalinowy, a także cześć energii odzyskiwana jest podczas hamowania auta. W przypadku gdy doładowujemy akumulatory z sieci oraz innych źródeł koszty jazdy jeszcze się obniżają.

Kolejna zaleta mojego rozwiązania polega na tym, że auto nie musi być zasilane z sieci. Może ale nie musi. Ogromna grupa odbiorców (ludzi mieszkających w blokach) nie ma możliwości ładowania auta z sieci. Ale skoro jazda tym autem, nawet bez ładowania z sieci, przynosi spore oszczędności to czemu mieliby go nie kupić.

 

Teraz wypadało by teorie sprawdzić w praktyce. Na razie nie mam niestety ani czasu ani zasobów żeby zgodnie z moim pomysłem przerobić jakieś małe auto. Niemniej jednak mam to w odległych planach, chyba, że ktoś wcześniej mnie ubiegnie.