Firmy samochodowe reklamują hybrydy jako najnowocześniejsze innowacje w motoryzacji. Przedstawiają je jako futurystyczne rozwiązanie umożliwiające przedostanie się z punktu A do punktu B. Jest to w dużej mierze kłamstwo. Podstawowa architektura nowoczesnej hybrydy ma ponad sto lat.
Mówimy o przełomie XIX i XX wieku. Ameryka, Londyn, Niemcy. Stosowane obecnie systemy niemal dokładnie odtwarzają te wcześniejsze eksperymenty.
Jak działały pierwsze samochody hybrydowe na początku XX wieku?
Hybryda wykorzystuje dwa źródła energii. Dziś oznacza to zwykle hybrydę benzynowo-elektryczną. Dostajesz silnik spalinowy (ICE) i silnik elektryczny zasilany z akumulatora. Tylko.
Wróćmy jednak do końca XIX wieku. Samochody elektryczne były modne. Nie hybrydy. Czyste samochody elektryczne.
W 1897 roku London Electric Cab Company obsługiwała taksówki korzystające z 40-ogniwowych akumulatorów. Posiadały silniki o mocy 3 koni mechanicznych. Rezerwa mocy? 50 mil (80 kilometrów). Żadnych przystanków na benzynę. Tylko prąd.
Dwa lata później firma Pope Manufacturing w Hartford w stanie Connecticut wyprodukowała prawie 500 pojazdów elektrycznych. Były w sprzedaży. Były popularne.
Podczas gdy Pope produkował baterie, Ferdinand Porsche tworzył coś innego.
Porsche pracował dla firmy przewozowej Lohner. Chcieli wejść na rynek powozów bezkonnych. Pierwsze Porsche dla nich? Elektryczny szezlong Lohner. Był to pierwszy na świecie samochód z napędem na przednie koła. Elektryczny.
Jego drugi samochód zmienił wszystko. Była to pierwsza hybryda w historii.
Dlaczego Lohner-Porsche stał się pierwszą hybrydą sekwencyjną?
Porsche nie tylko łączył benzynę i prąd. Stworzył hybrydę seryjną.
To ta sama architektura, którą można zobaczyć w samochodach takich jak Chevy Volt. Główna różnica? Baterie zapewniają napęd. Silnik spalinowy nigdy nie ma kontaktu z kołami.
Oto jak to działało:
- Silnik benzynowy pracował ze stałą optymalną prędkością obrotową.
- Włączał generator.
- Generator ładował akumulatory.
- Akumulatory dostarczały energię elektryczną do silników umieszczonych bezpośrednio w piastach kół.
Po pełnym naładowaniu Lohner-Porsche mógł przejechać prawie 64,3 km.
Wyprzedził swoją epokę. Nie tylko dlatego, że była to hybryda, ale także ze względu na silniki w piaście.
Porsche umieściło silniki w kołach. Eliminowało to potrzebę stosowania skrzyni biegów. Brak półosi napędowych. Żadnych łańcuchów. Brak sprzęgła.
Dlaczego to jest ważne?
Tarcie. Tarcie mechaniczne pochłania energię. Eliminując całe tarcie metal o metal, samochód Porsche zużył 83 procent wyprodukowanej energii. Ten poziom wydajności był niesamowity jak na rok 1900.
Kilka lat później dodał silniki w piastach do wszystkich czterech kół. Napęd na wszystkie koła. Elektryczny. Samochód osiągnął prędkość 70 mil na godzinę (112,6 km/h).
Który z wczesnych projektów hybrydowych stał się dziś standardem?
Sekwencyjna hybryda Porsche była genialna. Ale nie był jedynym graczem na rynku.
Poznaj: Henri Pieperę. Niemiecki wynalazca, który złożył wniosek o patent w USA w 1905 r. Otrzymał go w 1909 r.
Konstrukcja Piepera znacznie bardziej przypominała rozwiązania stosowane obecnie na naszych autostradach.
Pomyśl o Toyocie Prius lub Honda Insight. Są to hybrydy równoległe.
W układzie równoległym zarówno silnik benzynowy, jak i silnik elektryczny mogą bezpośrednio napędzać koła. Pracują razem.
- Rejs? Silnik elektryczny poradzi sobie z tym sam.
- Potrzebujesz wspinaczki pod górę? Obydwa są włączone.
- Hamowanie czy toczenie? Silnik elektryczny działa jak generator, ładując akumulatory.
Pieper zdał sobie z tego sprawę, zanim większość ludzi miała w domu telefony.
Mieliśmy więc seryjną hybrydę Porsche. Mieliśmy równoległą hybrydę Piper. Mieliśmy samochody wyłącznie elektryczne od Pope’a i londyńskich taksówek.
Technologia tam była. Baza inżynieryjna była niezawodna.
Dlaczego więc to się nie przyjęło? Dlaczego samochód napędzany benzyną zwyciężył w kolejnym stuleciu?
Odpowiedź nie leży w technologii. Leży na rynku. I w infrastrukturze.
Długa droga do nowoczesnej hybrydy
Okazuje się, że się myliliśmy. A to było dawno temu.
Podczas Krajowego Salonu Samochodowego 1900 w Nowym Jorku odwiedzający głosowali na preferowany typ pojazdu. Kto wygrał? Samochody elektryczne. Drugie miejsce zajęły samochody parowe. Silniki spalinowe? Ostatnie miejsce.
To ma sens, kiedy się nad tym zastanowić. Wczesne samochody z silnikiem spalinowym były hałaśliwe, śmierdzące i szarpane. Samochody elektryczne były ciche. Czysty. Łatwo było je uruchomić za pomocą przełącznika. Silniki parowe były mocne, ale wolno się nagrzewały. Potem pojawił się Henry Ford.
Nie potrzebował ankiet. Potrzebował objętości.
Linia montażowa Forda produkowała lekkie, niedrogie samochody, na które mógł sobie pozwolić przeciętny człowiek. Model T stał się „zabójczą aplikacją”. Tylko w 1913 roku Ford sprzedał 182 809 tych samochodów. Tymczasem sprzedaż pojazdów innych niż benzyna zaczęła systematycznie spadać. Wygoda i koszt masowych samochodów benzynowych wyeliminowały wczesne alternatywy. Produkcja samochodów hybrydowych, z której wcześniej zjeżdżały tysiące egzemplarzy, zwolniła i rośnie.
Dlaczego hybrydy zniknęły na pięćdziesiąt lat
Dopiero pod koniec lat 60. i na początku 70. producenci samochodów i naukowcy wrócili do deski kreślarskiej. W szczególności do elektrowni alternatywnych.
Katalizatorem było embargo na ropę z początku lat 70. XX wieku. Ceny benzyny poszybowały w górę. Zapasy się wyczerpały. Departament Energii rozpoczął testowanie różnych technologii pojazdów, aby zmniejszyć zależność od importowanej ropy. Jednym uderzającym przykładem była VW Taxi stworzona przez Volkswagena.
To była hybryda równoległa. Oznacza to, że będzie mógł przełączać się między silnikiem spalinowym napędzanym benzyną a napędem elektrycznym. To nie był Prius, ale był to powrót ducha przyszłości.
Od niszowych eksperymentów po rzeczywistość rynku masowego
W ciągu następnych kilku dekad firmy samochodowe eksperymentowały. Próbowali różnych rozwiązań. Ale nic nie przyjęło się w głównym nurcie aż do końca lat 90-tych.
W 1999 r. Honda sprzedała w Stanach Zjednoczonych pierwszą popularną hybrydę: Insight. Był mały. Skuteczny. Udowodnił, że koncepcja może działać na skalę większą niż flota taksówek.
Rok później Toyota wprowadziła Priusa. To był prawdziwy przełom. Prius otrzymał nagrodę Samochodu Roku od magazynu Motor Trend w 2004 roku. To on zdefiniował nowoczesną hybrydę.
Oto kwestia techniczna, która ma znaczenie. Zarówno Insight, jak i Prius korzystają z równoległego układu hybrydowego. Jednak system szeregowo-równoległy Porsche jest nadal stosowany w pojazdach hybrydowych. Technologia nie tylko uległa poprawie; jest zróżnicowane.
Co zmieniło się przez stulecie?
Prawie sto lat zajęło producentom samochodów ponowne masowe wytwarzanie samochodów hybrydowych w Ameryce. Ta luka nie była pusta. Było pełne postępu.
Technologia akumulatorów uległa poprawie. Wydajność silnika wzrosła. Systemy elektryczne stały się inteligentniejsze. Postępy te stworzyły ogromne możliwości dla przyszłych pojazdów hybrydowych. Ciekawostką były hybrydy z początku XX wieku. Nowoczesne hybrydy to ulepszenia inżynieryjne koncepcji, która była popularna przed nadejściem ery benzyny.
Koło jest zamknięte. Napęd elektryczny i hybrydowy nie są nowością. Po prostu znów stali się konkurencyjni.
