Alternativní paliva a hybridní pohon

Ještě nedávno platil turbodmychadlem přeplňovaný vznětový motor s přímým vstřikem nafty za vrchol šetrného zacházení s palivem. Dnes už ho vystřídal vysokotlakový vstřik technikou společného potrubí (common rail) nebo vstřikovací systém čerpadlo - tryska pracující separátně pro každý z pracovních válců vznětového motoru, do kterého je tato jednotka také integrována. Bohužel žádný z nových technických principů neodstraňuje hrozbu dne, kdy dojde k vyčerpání všech zásob fosilních paliv, pouze ho jenom oddaluje.

Bionafta
Již dnes je zřejmé, že spalovat ropu je značný luxus, protože ta bude jednou chybět chemickému průmyslu, který je na ní závislý. Vznětové motory dnes mohou jezdit na chemicky připravené palivo například z řepky olejné, které známe pod názvem bionafta. Dokonce má při hoření proti klasické naftě přednosti projevující se například v menším množství škodlivin ve výfuku. Bionafta však problém řeší jenom částečně, protože pěstování monokultur na obrovských plochách je možné jenom v odlehlých částech světa.

Elektrický proud
Téměř stejně starý jako automobil se spalovacím motorem je elektromobil. Ten ale dodnes daleko nepokročil a zatím není schopen nahradit značně komfortnější zacházení s automobilovou klasikou reprezentovanou spalovacím motorem. Těžké akumulátory se dobíjejí celé hodiny a akční rádius přesahující jen mimořádně vzdálenost 100 km je naprosto nedostačující. Elektrická energie se sice nechá získávat bez škodlivých emisí z takových zdrojů, jako jsou slunce, vítr nebo voda, ale také sluneční elektrárny nebo větrná pole se realizují jenom s obtížemi.

Zemní plyn
Za perspektivní alternativní palivo, které se nechá dobře využít v jenom lehce upraveném zážehovém motoru, je zemní plyn. Jeho světové zásoby jsou tak obrovské, že k jejich vyčerpání by mohlo dojít teprve asi za více než 150 let. Aplikace je možná ve stlačené formě CNG (Compressed Natural Gas) nebo jako zkapalněné palivo LNG (Liquefied Natural Gas). Ale také zemní plyn je fosilním palivem, při jehož hoření se uvolňují škodliviny, byť v daleko menším množství. Použitím katalyzátoru má však vůz s motorem na zemní plyn šanci splnit kalifornský emisní standard pro automobily s mimořádně nízkými emisemi ULEV (Ultra-Low-Emission-Vehicles). Ten odpovídá elektromobilu s přihlédnutím na vznik emisí při výrobě elektrického proudu.

Vodík
Zkušenosti získané provozem automobilů jezdících na zemní plyn slouží k vývoji perspektivních vozidel s vodíkovým pohonem. Zacházení s vodíkem je ještě problematičtější a má dokonce ještě větší energetické nároky. Při jeho zkapalňování se musí zchladit na teplotu -253 °C. Pro transport a skladování vodíku přichází prakticky v úvahu jenom jeho kapalná forma, nicméně i ta je pro tankování choulostivá, takže musí být prováděno robotem. Bohužel samotná výroba vodíku je náročná na elektrickou energii, ale zato vyrábět ho je možné v neomezeném množství. K přednostem vodíku patří, že jediným produktem jeho hoření je vodní pára.

Propan-butan
V současnosti je nejrozšířenějším alternativním palivem propan-butan (LPG - Liquefied Petroleum Gas). Je to směs uhlovodíků získaná jako vedlejší produkt rafinace ropy. Tento plyn je možné ochlazením nebo stlačením převést do kapalného stavu, ve kterém má malý objem. Přestavba zážehového motoru na pohon LPG je velice jednoduchá. Propan-butan však otázku paliva pro budoucí automobily neřeší.

Palivové články
Perspektivu naopak mají palivové články, což není nic jiného nežli zdroj elektrického proudu přímo ve vozidle poháněném elektromotorem. Zatím omezujícím faktorem tohoto druhu pohonu je hlavně cena palivových článků, v nichž za specifických okolností vzniká elektrochemickou reakcí vodíku s kyslíkem elektrický proud.

Hybridní pohon
Po přechodnou dobu by měly najít uplatnění hybridní poháněcí soustavy. Cílem je takové jejich propojení, aby se využilo co nejvíce z jejich specifických předností. Zatímco dosud se jednalo o studie nebo prototypy ukazující možnosti realizace různě řešených projektů, dnes už si hybridní automobily našly cestu i do výroby.

Audi Duo
V malé sérii začala vyrábět hybridní vůz automobilka Audi v roce 1996. Jedná se o již třetí generaci vozu nazvaného Audi Duo, když první dvě vycházely z pohonu všech kol quattro a poslední dala přednost pohonu kol předních. U karosářsky shodného vozu se sériovým kombíkem je kombinován vznětový motor 1,9 l s přímým vstřikem nafty TDI s elektromotorem 22 kW. Audi Duo je řešen poměrně jednoduše a vlastně záleží jenom na řidiči, jaký ze tří jízdních režimů zvolí. Základem je hybridní pohon řízený podle vyžadovaného výkonu automaticky mezi spalovacím motorem a elektromotorem. Další dva režimy se týkají pohonu čistě elektrického nebo zprostředkovaného spalovacím motorem. Zatímco s plnou nádrží může Audi Duo ujet až 600 km, olověné akumulátory v prohlubni náhradního kola jsou schopné vydat energii na ujetí 50 km. Pak je třeba akumulátory z externího zdroje dobít. V Ingolstadtu, sídle automobilky Audi, dokonce ve stanici získávají elektrickou energii ze solárních panelů. Přechod z jednoho na druhý pohon v hybridním režimu je samočinný, jinak řidič při jízdě používá klasickou manuální převodovku doplněnou o samočinnou funkci spojky. Vzhledem k tomu, že po městě se tento vůz pohybuje pomocí elektromotoru, spotřebu v obvykle udávaných hodnotách továrna neuvádí.

Toyota Prius
Ovšem vůbec prvním sériovým osobním automobilem nabízeným v běžné prodejní síti je japonská Toyota Prius. Jako studie se objevila na tokijském autosalónu už v roce 1995 a o dva roky později už ji měli k dispozici domácí prodejci. Dnes se prodává v Anglii a míří i do dalších evropských zemí. Pro pohon je tady použita kombinace mimořádně technicky vyspělého zážehového čtyřválce s objemem 1,5 l a výkonem 43 kW a 30 kW synchronního elektromotoru. Důmyslná elektronika udržuje čtyřválec neustále v oblasti příznivého točivého momentu, a tedy v oblasti nízké spotřeby. Je-li vozidlo v klidu, spalovací motor se samočinně vypíná. Při plynulém rozjezdu a jízdě ve městě rychlostí do 50 km/h pohání vůz Prius jen elektromotor za předpokladu, že jsou akumulátory dostatečně nabité. Při potřebě většího výkonu (např. při předjíždění) spalovací motor se samočinně rozběhne, ale jeho řídící jednotka ho stále udržuje v oblasti optimálního zatížení, aby se spotřeba nezvyšovala. Výkonem, který není pro pohon vozu zapotřebí, se prostřednictvím generátoru dobíjejí akumulátory typu Ni-MH (nikl - metalhydrid), které využívají i rekuperovanou část kinetické energie vozu při sjíždění svahu. Běžný provoz tedy nevyžaduje externí zdroj elektrické energie. Průměrnou spotřebu udává Toyota 3,6 l/100 km.

Honda Insight
U tohoto vozu byla celá jeho konstrukce podřízena potřebám hybridního pohonu. Ten opět spočívá na kombinaci spalovacího motoru s elektromotorem, přičemž spalovací motor tvoří 1,5litrový technicky vypiplaný tříválec v zážehové verzi s výkonem 50 kW, stejnosměrný elektromotor zůstal u 10 kW. Výkony obou jednotek na společném hřídeli se v tomto případě sdružují a je-li to zapotřebí, akumulátory Ni-MH se dobíjejí interně. Honda Insight vyrobená pro snížení hmotnosti z hliníkových profilů se prodává ve Velké Británii a snad se najdou zájemci i v Německu. Vzhledem k většině dílů vyráběných jako jednotlivé kusy se cena vyšplhala až k 50 tisícům marek. Odměnou je spotřeba vozu kolem 3,6 l/100 km.

Fiat Multipla Hybrid Power
Také u Fiatu, kde v rámci projektu ATENA (Ambiente Traffico Telematica Napoli) zkoušejí již dříve vyrobené studie vozů s alternativními pohony, přišli nyní s modelem Multipla Hybrid Power. Poprvé se tak dostává hybridní pohon tvořený propojením zážehového motoru a elektromotoru do kompaktního sériového vozu typu van. Vyvinut byl paralelní systém umožňující buďto elektrický režim, kdy je zážehový motor vypnut a odpojen od převodovky a pohon zajišťuje 30kW asynchronní třífázový elektromotor, nebo režim hybridní, kdy působí na hnací kola oba motory paralelně, popřípadě režim elektrický s dobíjením. Tady je pohon vozu elektrický a spalovací motor běžící prakticky na volnoběžné otáčky pouze přes alternátor dobíjí akumulátory. Vybraný 1,6l benzínový motor s výkonem 76 kW má při hybridním režimu spotřebu 6,8 l/100 km + 3 kWh/100 km. Škodlivé emise se proti provozu sériového modelu Multipla se zážehovým motorem snížily v průměru o 50 %.

Toyota HV-M4
Technici japonské Toyoty se pustili i do hybridního pohonu všech kol osobního automobilu, který použili u studie HV-M4. V tomto případě došlo ke spolupráci dvou elektromotorů s 2,4l zážehovým čtyřválcem připojeným k převodovce CVT (mění převodový poměr plynule). V podstatě každý z elektromotorů je určen buďto pro pohon předních, nebo zadních kol. Při běžné jízdě se točivý moment zážehového motoru přenáší na přední kola a jeho přebytek je určen pro dobíjení akumulátorů. Potřebou rychlé akcelerace se zapojí příslušný elektromotor, v případě nutnosti zaskočí i druhý elektromotor. Při malé zátěži pohání přední kola pouze bezemisní elektromotor. Jakmile začnou přední kola prokluzovat, změní se silový tok pístového motoru směrem ke kolům zadní nápravy. Také tento hybridní systém dobíjí své akumulátory během jízdy.

Nissan PHPS
Japonská automobilka Nissan pracuje na systému PHPS (Parallel Hybrid Propulsion System - Paralelní hybridní hnací systém) založeném na myšlence kombinování zážehového motoru se dvěma elektromotory při využití převodovky CVT. Ze schématu je vidět, že elektromotor A slouží jako zdroj hnací energie pro energeticky nenáročný pohyb malou rychlostí, při brzdění se chová jako generátor a přeměňuje kinetickou energii vozu na elektrickou. Druhý elektromotor B slouží jako startér vznětového motoru a při poklesu napětí akumulátorů je poháněn spalovacím motorem, aby je ve funkci generátoru dobíjel. Při jízdě po městě a malých jízdních odporech pracuje jenom elektromotor A, protože účinnost spalovacího motoru není v tomto režimu efektivní. Přechodem na vyšší rychlost přebírá funkci pohonu spalovací motor. Prudkou akceleraci pak zvládá společně s elektromotorem A.

Šance pro budoucnost
Hybridní pohon by se měl začít využívat co nejdříve, aby překlenul období, nežli se přejde na vhodný alternativní pohon.
Z hlediska emisí by bylo velice příznivé, kdyby spalovací motor v systému používal jako palivo zemní plyn. Nevýhodou hybridního pohonu je jeho složitost daná dvěma kompletními druhy motorů.
Důsledkem je jak větší pravděpodobnost technické poruchy, tak značné zvýšení celkové hmotnosti vozu a nakonec i cena.