Hybrydy mild (MHEV), HEV, PHEV i REX – co kryje się za tymi oznaczeniami? Rodzaje napędów hybrydowych, korzyści, przykładowe modele

Silnik spalinowy, niezależnie – diesel czy benzynowy, pracuje skutecznie (czyli zużywa proporcjonalnie najmniej paliwa i emituje mało spalin w odniesieniu do generowanych osiągów) w bardzo wąskim zakresie – w pewnym uproszczeniu przy silnym wciśnięciu gazu i niewielkich obrotach silnika. Sporą korzyścią byłoby sprawienie, aby działo się to jak najczęściej, ale w czasie jazdy w takim trybie jedziemy dość rzadko.

Tu do pomocy przydaje się silnik elektryczny, który można optymalnie wykorzystać do ruszania, przy jeździe z niedużymi prędkościami czy podczas hamowania, gdy może służyć jako generator prądu, odzyskujący marnowaną energię. Są to akurat stany, w których silniki spalinowe są najmniej wydajne. I właśnie dlatego hybrydy, czyli auta wykorzystujące dwa rodzaje napędu – elektryczny i spalinowy – pojawiły się na rynku. Można połączyć ich zalety i ograniczyć wady. 

Hybryda niejedno ma imię

Ale pod ogólną nazwą „hybryda” kryje się wiele różnych systemów, często niemających ze sobą wiele wspólnego. Jeszcze parę lat temu modne było tworzenie tzw. mikrohybryd, które w praktyce ograniczały się do wykorzystywania systemu start-stop.

Mild na początek (MHEV)

Obecnie podstawowym poziomem „hybrydowości” są rozwiązania typu „mild”, czasem nazywane także miękką hybrydą. Tutaj mamy do czynienia z układem, który w gruncie rzeczy jest rozbudowanym systemem start-stop uzupełnionym o możliwość odzyskiwania pewnej części energii marnowanej zwykle podczas hamowania. Jest to jednak system tylko wspomagający silnik tłokowy, bez możliwości napędu przez niego auta gdy główne, spalinowe, źródło napędu jest wyłączone.

Prawdziwe hybrydy (HEV i PHEV)

Przechodzimy do „prawdziwych” hybryd. Wykorzystują one podzespoły, które dają możliwość jazdy w trybie spalinowym, elektrycznym, łączonym, z możliwością doładowywania pokładowych akumulatorów w czasie jazdy, podczas hamowania lub postoju (choć to zależy już od konkretnych rozwiązań).

Kolejnym stadium rozwoju są hybrydy plug-in, które dają możliwość doładowywania baterii z gniazdka, co zwiększa zasięg jazdy z wykorzystaniem wyłącznie silnika elektrycznego. Wszystko, by wykazać się mniejszą emisją dwutlenku węgla w ramach swojej gamy produktów.

REX – czy to też są hybrydy?

Są też auta z tzw. range extenderem, w których silnik spalinowy pełni rolę pokładowego generatora prądu, umożliwiającego doładowanie baterii w czasie jazdy. Znacznie wydłuża to zasięg auta – na pozór podobnie jak w pojazdach typu plug-in. Taki range extender nie jest jednak bezpośrednim źródłem napędu auta – pojazd nie może się poruszać bez udziału silnika elektrycznego – co nieco kłóci się z definicją pojazdu hybrydowego. Zresztą podobnie, tylko na przeciwnym biegunie, jest z hybrydami mild. Więcej o poszczególnych rozwiązaniach piszemy poniżej

Rodzaje napędów hybrydowych

Mild Hybrid (MHEV)

Kilkanaście lat temu pod miano hybrydy „podciągano” nawet auta z systemem start-stop. Obecnie za bazowy poziom uznaje się układy typu „mild” (łagodne, miękkie itp.; mild hybrid vehicle/MHEV), w których klasyczny rozrusznik i alternator zastąpione są jednym urządzeniem, czasami pojawia się niewielki dodatkowy akumulator.

Możliwe jest odzyskiwanie energii podczas hamowania i wykorzystywanie jej do zasilania systemów i akumulatora przy mniejszym obciążeniu silnika. Co do zasady nie ma jednak możliwości jazdy w trybie całkowicie elektrycznym.

• Przykładowe modele:

Audi Q8

Elementy hybrydowe zastosowano choćby w modelu Q8, ale można jest znaleźć także w innych modelach niemieckiej marki. W rozwiązaniu Audi wykorzystano bardziej wydajną od 12-woltowej, 48-woltową instalację odzysku energii, oczywiście z rozrusznikiem i generatorem połączonymi w jedno urządzenie.

Mazda 3 Skyactiv X

Przykład klasycznego układu mild hybrid – Mazda opisuje działanie systemu prosto, bez reklamowania niesamowitych korzyści. Brak osobnego napędu elektrycznego, odzysk energii na potrzeby rozruchu, zasilania elektryki i odciążenia silnika pod obciążeniem. Spalanie ma być (tu akurat optymistycznie) niższe o 5 do 10%.

Smart Fortwo mhd

Zwykły system start-stop budził niezbyt przyjazne skojarzenia, dlatego układ ten w Smarcie na rok modelowy 2009 nazwano micro hybrid drive (mhd). Przez pewien czas na takie rozwiązanie obowiązywało nawet określenie mikrohybryda. Trudno to dziś uznać za hybrydę, ale nazwa to powszechnie funkcjonowała.

Hybrydy (HEV)

Hybrid Electric Vehilce (stąd często pojawiający się skrót HEV, mówi się też czasami w tym przypadku o „pełnych hybrydach”) to krok w stronę większej elektryfikacji. Do napędu auta wykorzystywane są (co najmniej) dwa silniki: spalinowy oraz elektryczny. Łączy to ich zalety i ogranicza wady: auto ma duży zasięg i niezłe osiągi, a ogranicza się straty na postoju, przy wolnej jeździe i w stanach przejściowych (np. po gwałtownym wciśnięciu gazu). 

Układ hybrydowy pozwala na jazdę w trybie całkowicie elektrycznym (choć zwykle ograniczoną do kilku km i niskich prędkości, taki napęd parkingowy), zachowuje także zalety rozwiązania typu mild hybrid. Pionierem była Toyota, teraz większość firm oferuje auta tego typu.

• Przykładowe modele:

Fiat 600 Hybrid

Ciekawy przypadek. Auto z pogranicza napędów typu mild i bardziej zaawansowanych hybryd. Co prawda ma napędzany paskiem rozrusznik, ale też i silnik elektryczny zabudowany przy dwusprzęgłowej skrzyni biegów, oraz dodatkowy akumulator - co teoretycznie daję możliwość jazdy w trybie w 100 proc. elektrycznym. Jednak tylko na dystansie... do 1 km, przy prędkości do 30 km/h. W praktyce jest to więc raczej układ wspomagający konwencjonalny napęd, odciążający pracujący silnik spalinowy, choć konstrukcyjnie nie odbiega już od pełnych hybryd.

Dacia Jogger Hybrid

Hybrydową wersję ma nawet popularna Dacia, opierająca się na systemie przygotowanym przez Renault. Silnik spalinowy generuje 94 KM, 49-konny motor elektryczny zintegrowano ze skrzynią biegów i pozwala na jazdę w trybie EV, jest jeszcze 20-konny rozruszniko-generator. 

Citroen DS5 Hybrid4

Ciekawy przypadek. Silnik spalinowy jest wysokoprężny (2.0 HDi) i napędza przednie koła, część elektryczną stanowi motor zamontowany przy tylnej osi, bez mechanicznego połączenia z przodem (podobne rozwiązanie mamy też w hybrydowych Toyotach i Lexusach z napędem 4x4). Mamy więc napęd na cztery koła i dzięki odpowiedniemu sterowaniu oba napędy mogą pracować osobno lub siebie wspomagać. 

Toyota Prius

Klasyk gatunku. Na rynku obecny jest od 1997 roku, obecnie w piątej odsłonie (ale już jako plug-in; na zdjęciu popularna trzecia generacja). Wykorzystuje oryginalny sposób połączenia silników spalinowego i dwóch elektrycznych (osobny silnik trakcyjny, osobny generator/rozrusznik) za pomocą przekładni planetarnej.

Hybrydy plug-in (PHEV)

Plug-in hybrid vehicles (stąd skrót PHEV) to hybrydy wyposażone w mocniejsze silniki elektryczne oraz bardziej rozbudowane baterie, które umożliwiają przejechanie kilkunastu, czasem kilkudziesięciu kilometrów w trybie „zeroemisyjnym”. Można je ładować w czasie jazdy, ale jest to nieekonomiczne, gdyż zaprojektowano je tak, aby przede wszystkim doładowywać je z gniazdka (wówczas „bilans energetyczny” pojazdu jako całości jest optymalny).

Aby wykorzystać ich zalety, najlepiej jest więc mieć łatwy dostęp do punktu ładowania. Po wyczerpaniu prądu zachowują się jak zwykłe hybrydy, ale ze względu na większą masę są wtedy mniej ekonomiczne.

• Przykładowe modele:

BMW M760e

Zasadniczo hybrydy, w tym typu plug-in, powstały, by ograniczać zużycie paliwa i związane z tym emisje spalin. W tym przypadku trudno mówić o oszczędnościach, ceny flagowej limuzyny tego typu od BMW zaczynają się od 720 500 zł. Ale pod maską raptem silnik 3.0.

Ford Kuga Plug-In Hybrid

Kuga trafiła tutaj jako przykład hybrydy z ładowaniem z gniazdka, ale dostępna jest jeszcze w dwóch wersjach opisanych wcześniej: jako MHEV i HEV. W najbardziej zaawansowanym wydaniu ma moc 225 KM i zasięg na napędzie elektrycznym do 88 km (realnie bliżej 60 km).

Kia XCeed PHEV

Pochodne modelu Ceed należą do najtańszych hybryd PHEV na rynku (w wersji kombi ceny zaczynają się od ok. 147 tys. zł, na zdjęciu XCeed; ok. 150 tys. zł). Pod maską silnik 1.6 GDI, łączna moc systemowa: 141 KM. Zasięg na napędzie elektrycznym to wg. producenta 57 km. 

Auta z range extenderem

Często określa się je skrótem REX, od angielskiego rozwinięcia Range EXtender. Na pozór układ bardzo zbliżony do hybryd plug-in, ale koncepcja jest dokładnie odwrotna. Również mamy silnik spalinowy i rozbudowany moduł elektryczny ładowany przede wszystkim z gniazdka, ale podstawowym źródłem napędu jest tutaj jednostka bezemisyjna. Silnik spalinowy pełni rolę generatora prądu, nie służy do poprawy osiągów itd. – po prostu pozwala kontynuować jazdę po wyczerpaniu akumulatorów. To niszowe i już przez pewien czas zapomniane rozwiązanie, chociaż... właśnie wraca w ciekawym wydaniu.

• Przykładowe modele:

Mazda MX-30 e-Skyactiv R-EV

W pełni elektryczne MX-30 doczekało się uzupełnienia gamy o wersję z pokładowym generatorem prądu napędzanym – jak to u Mazdy – silnikiem Wankla, specjalnie do tej roli skonstruowanym. Zasięg elektryczny to 85 km, ale dalsze ładowanie baterii (i co za tym idzie jazdę) zapewnia właśnie ten generator.

BMW i3 REX

W tym przypadku również mieliśmy do czynienia z wersjami w pełni elektrycznymi i wyposażoną w range extender – dwucylindrowy silnik benzynowy o pojemności 647 cm³. Jego zastosowanie zwiększało zasięg do około 300 km, do dalszej jazdy wystarczało tankowanie.

Opel Ampera

W 2012 r. był to nawet Samochód Roku, a amerykańskim odpowiednikiem był Chevrolet Volt. Do napędu generatora wykorzystywano zwykły oplowski silnik 1.4, ale napęd zapewniał silnik elektryczny o mocy 150 KM. Zasięg: 80 km „na prądzie” plus 500 km z range extenderem.

Audi RS Q e-tron

Z ostatniej chwili: w zakończonym w ostatni piątek, 19 stycznia, rajdzie Dakar zwyciężył Carlos Sainz za kierownicą Audi RS Q e-tron. To także pojazd korzystający z range extendera. Do napędu wykorzystywane są dwa silniki elektryczne pochodzące z samochodu Formuły E opracowanego przez firmę (łączna moc około 390 KM), trzeci pełni rolę generatora prądu i napędzany jest przez czterocylindrowy, dwulitrowy silnik TFSI z wyścigowego auta z serii DTM. Zestaw ten służy do doładowywania pokładowych akumulatorów (o dość skromnej pojemności 52 kWh), ale nie jest w żaden sposób wykorzystywany do wspomagania napędu auta. Pomimo sporej dodatkowej masy (2100 kg), przewagą dakarowego Audi nad konkurencją i tak była dużo większa wydajność, co przekłada się na możliwość jazdy z mniejszą ilością paliwa na pokładzie.

Przepisy, formalności związane z hybrydami

Twórcy przepisów nie dają tak szerokich przywilejów kupującym auta hybrydowe, jak w przypadku tych całkowicie elektrycznych. Jest jednak kilka różnic w stosunku do pojazdów o całkowicie konwencjonalnym napędzie. Pamiętajmy też, że sama koncepcja aut hybrydowych wciąż jest na tyle świeża, że nowoczesne samochody niemal zawsze wypełniają najbardziej wyśrubowane normy ekologiczne.

Strefy Czystego Transportu

W przypadku wprowadzanych w tym roku stref ograniczonego wjazdu do centrów miast decydująca jest norma emisji spalin, powiązana z czasem produkcji auta. Pisząc w skrócie – nie ma tak leciwych hybryd, żeby na wstępie nie spełniały wymogów uprawniających do bezproblemowego wjazdu do strefy. Tym bardziej że miażdżąca większość to wersje bazujące na silnikach benzynowych o mniejszych restrykcjach.

Jazda buspasem, parkowanie

Niestety, nie mamy dobrych wiadomości. Hybrydy, nawet gdy poruszają się w trybie całkowicie elektrycznym, nie mogą wykorzystywać do tego buspasów – ten przywilej zarezerwowany jest tylko dla samochodów z zasilaniem w 100 proc. bezemisyjnym. 

Także brak konieczności opłacania parkowania w mieście nie dotyczy aut hybrydowych. W sumie można to zrozumieć, w wielu przypadkach akumulatory hybryd są puste, co przecież nie eliminuje ich z jazdy.

Preferencyjna akcyza

Wysokość akcyzy odprowadzanej przy zakupie auta zależy od rodzaju hybrydy.

• W przypadku pojazdów typu plug-in (czyli wg przepisów takich, w których energia elektryczna jest akumulowana przez podłączenie do zewnętrznego źródła zasilania), promocyjna stawka akcyzy na auta wykorzystujące silnik o pojemności do 2,0 litra wynosi wynosi 0% (ma ona obowiązywać do 2029 r.). Przy silnikach od 2.0 do 3.5 wynosi ona 9,3%,  maksymalna stawka 18,6% – dla silników powyżej 3,5 litra.
  
  
• Zwykłe hybrydy (wg definicji z przepisów – auta, w których są co najmniej dwa silniki trakcyjne, w tym elektryczny) obciążone są stawką 1,55%, przy pojemności do 2,0 litra. Pozostałe wartości – jak wyżej.
  
  
• Przyjęło się, choć brak ścisłej definicji, że układy mild hybrid opodatkowuje się w ten sam sposób jak hybrydy (rozrusznik/alternator jednak w pewien sposób wspomaga spalinowy, np. nie obciąża go ładowaniem akumulatora przy dużym obciążeniu).

PODSUMOWANIE

Rynek hybryd zmienił się w ogromnym stopniu. Pierwsze Toyoty Prius były praktycznie autami eksperymentalnymi. Eksperyment okazał się jednak całkiem udany, a napęd – wręcz zaskakująco niezawodny i trwały, w dodatku można go było łatwo adaptować do różnych modeli.

Nieśmiało pojazdy tego typu zaczęli wypuszczać inni producenci, aż dziś doszliśmy do momentu, w którym prawie każdy oferuje pewne rozwiązania mogące uchodzić za napęd hybrydowy, wykorzystujący przynajmniej wspomaganie silnikami elektrycznymi.

Na pewno najwięcej nowych hybryd to rozwiązania typu plug-in – zresztą najdroższe i bardziej skomplikowane w produkcji od pojazdów całkowicie elektrycznych. Ale stosowanie dość wydajnych modułów elektrycznych wpływa zbawiennie na wyniki oficjalnych testów paliw (a cały czas chodzi o redukcję emisji CO₂ wyliczanej na ich podstawie). Dodatkowo możliwe jest stosowanie skromnych jak na gabaryty aut jednostek spalinowych.