Με τις τιμές του πετρελαίου να οδεύουν ολοταχώς προς τα τριψήφια νούμερα ανά βαρέλι και ολόκληρο τον πλανήτη να κινδυνεύει να μετατραπεί σε ένα απέραντο θερμοκήπιο εξαιτίας των αλόγιστων εκπομπών CO2 οι έννοιες «οικονομία» και «φιλικότητα προς το περιβάλλον» μοιάζουν πιο επίκαιρες από ποτέ. Όπως επίσης κανείς δεν μπορεί ν΄ αρνηθεί ότι η υβριδική αυτοκίνηση εδώ και μιάμιση δεκαετία περίπου φαντάζει ως μια από τις πιο αξιόπιστες και εφαρμόσιμες λύσεις για τα «καθαρά» αυτοκίνητα του μέλλοντος. Τι είναι όμως τα «υβριδικά» οχήματα?

As simple as that
Ως «υβριδικό» θεωρούμε ένα όχημα το οποίο χρησιμοποιεί περισσότερες από μια (συνήθως δύο) πηγές ενέργειας για την κίνησή του, οι οποίες μπορούν να είναι διασυνδεδεμένες παράλληλα ή σειριακά, και να συνεισφέρουν στην κίνηση του οχήματος με οποιοδήποτε ποσοστό. Ανάλογα με τον τύπο του οχήματος και την χρήση για την οποία προορίζεται, έχουν κατά καιρούς παρουσιαστεί υβριδικά οχήματα τα οποία κάνουν χρήση κάθε δυνατού συνδυασμού πηγών ενέργειας για να κινηθούν. Για να δώσουμε ένα παράδειγμα, ένα από τα πιο διαδεδομένα και απλά υβριδικά οχήματα δεν είναι άλλο από τα πασίγνωστά mopeds (δίχρονα μηχανάκια που είχαν και πεταλιέρα). Αυτό το απλούστατο υβριδικό όχημα χρησιμοποιούσε δύο πηγές ισχύος, (το βενζινοκινητήρα και τον...ίδιο τον οδηγό) προκειμένου να κινηθεί..
Περνώντας στα καθ' ημάς τώρα, «υβριδικό», έχει επικρατήσει το αυτοκίνητο που χρησιμοποιεί ένα συνδυασμό κινητήρα εσωτερικής καύσης (βενζίνης, πετρελαίου, φυσικού αερίου κ.ο.κ.) και ηλεκτροκινητήρα. Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης μετατρέπει τη χημική ενέργεια του καυσίμου σε κινητική, ενώ αντίστοιχα ο ηλεκτροκινητήρας μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια που βρίσκεται αποθηκευμένη σε μπαταρίες ή πυκνωτές σε κινητική.
Η ιδέα της υβριδικής αυτοκίνησης δεν είναι εντελώς ξένη στους κατασκευαστές, αφού ήδη πριν από έναν και πλέον αιώνα (1902) ο Ferdinand Porsche είχε παρουσιάσει το πρώτο υβριδικό αυτοκίνητο του κόσμου, το ονομαζόμενο και Lohner - Porsche. Για πολλές δεκαετίες όμως οι κατασκευαστές δεν είχαν δείξει κάποιο ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τα υβριδικά, τουλάχιστον μέχρι να αναγκαστούν από τις συγκυρίες να επανεξετάσουν την κατάσταση. Η συνεισφορά της υβριδικής τεχνολογίας στην επίτευξη χαμηλότερης κατανάλωσης και μειωμένων εκπομπών ρύπων μπορεί να συνοψιστεί σε δύο κύριους άξονες: α) Τη βελτιστοποίηση της λειτουργίας του κινητήρα εσωτερικής καύσης και τη μεγιστοποίηση του βαθμού απόδοσής του και β) Την ανάκτηση μέρους της κινητικής ενέργειας του αυτοκινήτου κατά τη διαδικασία της επιβράδυνσης. Ας τους δούμε με τη σειρά.
Ως γνωστόν, ο κινητήρας εσωτερικής καύσης έχει ένα σχετικά περιορισμένο εύρος στροφών και φορτίων στα οποία δουλεύει με υψηλό βαθμό απόδοσης, ενώ η λειτουργία του σε οποιαδήποτε άλλη περιοχή έξω από αυτή την «βέλτιστη ζώνη» είναι (λιγότερο ή περισσότερο) αντιοικονομική. Σε ένα υβριδικό αυτοκίνητο, ο ηλεκτροκινητήρας αναλαμβάνει να «υποβοηθήσει» τον κινητήρα εσωτερικής καύσης όταν ο τελευταίος δουλεύει σε κάποια από αυτές τις αντιοικονομικές περιοχές. Τυπικά παραδείγματα είναι η κίνηση με μικρές ταχύτητες και μεγάλα φορτία (όπως το σταμάτα - ξεκίνα στην πόλη) και η επιτάχυνση με πλήρες γκάζι. Σε αυτές τις περιπτώσεις η υποβοήθηση του ηλεκτροκινητήρα μπορεί να επιφέρει μείωση της κατανάλωσης και ταυτόχρονη μείωση των εκπομπών καυσαερίων. Επιπλέον, επιτρέπει τη χρήση ενός μικρότερου βενζινοκινητήρα για την ίδια απαιτούμενη ισχύ, κάτι που σημαίνει μείωση του βάρους και των τριβών, άρα επιπλέον οικονομία. Τέλος, ο ηλεκτροκινητήρας σε ένα υβριδικό αυτοκίνητο μπορεί να λειτουργήσει σαν μια μεγάλη και ακούραστη μίζα. Για αυτό το λόγο, η μονάδα ελέγχου μπορεί να σβήνει εντελώς τον κινητήρα όταν το αυτοκίνητο σταματά και να τον θέτει πάλι αυτόματα σε λειτουργία μόλις ο οδηγός πατήσει γκάζι. Με αυτό τον τρόπο εξασφαλίζουμε επιπλέον οικονομία και μείωση των εκπομπών καυσαερίων, αφού ο κινητήρας δεν λειτουργεί όσο το αυτοκίνητο είναι σταματημένο στα φανάρι ή στην κίνηση.
Σε ό,τι αφορά τις δυνατότητες ανάκτησης ενέργειας των υβριδικών αυτοκινήτων, αυτές οφείλονται στη διττή φύση του ηλεκτροκινητήρα, ο οποίος αναλόγως των συνθηκών μπορεί να αντιστρέψει πλήρως τη ροή ισχύος του και να λειτουργήσει ως γεννήτρια. Έτσι, σε περιπτώσεις που το όχημα κινείται με σταθερή ταχύτητα χωρίς φορτίο ή φρενάρει, ο ηλεκτροκινητήρας «μετατρέπεται» σε γεννήτρια, και δεσμεύει μέρος την κινητικής ενέργειας του αυτοκινήτου, τη μετατρέπει σε ηλεκτρική και την αποθηκεύει στις μπαταρίες ή τους πυκνωτές του οχήματος. Με αυτό τον τρόπο έχουμε ανάκτηση ενός ποσοστού ενέργειας η οποία διαφορετικά θα μετατρεπόταν σε θερμική με το φρενάρισμα και θα εκλυόταν στο περιβάλλον, άρα άλλον ένα παράγοντα ο οποίος συμβάλλει στην οικονομία.
Έχοντας εξηγήσει εν τάχει τη φιλοσοφία των υβριδικών αυτοκινήτων, είναι ώρα τώρα να δούμε πως μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ανάλογα με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους.

Series and Parallel
Η βασική διάκριση που γίνεται στα υβριδικά οχήματα αφορά τον τρόπο της διασύνδεσης των πηγών ισχύος μεταξύ τους και μεταξύ των κινητήριων τροχών. Εδώ διακρίνουμε τρεις κύριες κατηγορίες:
α) Τα υβριδικά «σε σειρά» (Series Hybrids). Εδώ, ο κινητήρας εσωτερικής καύσης δεν είναι συνδεδεμένος με τους κινητήριους τροχούς, και δουλεύει μόνο προκειμένου να δώσει ισχύ σε μια γεννήτρια, η οποία με τη σειρά της φορτίζει τις μπαταρίες του οχήματος και εξασφαλίζει την κίνησή του μέσω ηλεκτροκινητήρων. Η γεννήτρια αυτή υποκαθιστά επίσης τόσο τη μίζα όσο και το δυναμό, και έτσι δεν υπάρχει λόγος να χρησιμοποιηθούν ξεχωριστές μονάδες. Έτσι, όταν μιλάμε για ένα υβριδικό "σε σειρά" όχημα, μιλάμε ουσιαστικά για ένα ηλεκτρικό όχημα το οποίο αντλεί την ισχύ του από την μετατροπή της χημικής ενέργειας του καυσίμου σε μηχανική και κατόπιν σε ηλεκτρική στο ζεύγος κινητήρα εσωτερικής καύσης - γεννήτριας
Τα πλεονεκτήματα των υβριδικών οχημάτων σε σειρά είναι δύο. Λόγω του ότι ο κινητήρας εσωτερικής καύσης είναι εντελώς αποσυνδεδεμένος από τους τροχούς, μπορεί να δουλεύει συνεχώς στο σημείο μέγιστου βαθμού απόδοσής του, κάτι που αυτόματα συνεπάγεται οικονομία. Επίσης, λόγω του μεγάλου εύρους λειτουργίας των ηλεκτροκινητήρων, ένα «υβριδικό σε σειρά» δεν χρειάζεται κιβώτιο ταχυτήτων. Στον αντίποδα, το κυριότερο μειονέκτημα των υβριδικών σε σειρά είναι οι απώλειες ισχύος λόγω των πολλών μετατροπών ενέργειας που απαιτούνται.
Αυτή τη στιγμή δεν υπάρχουν σε παραγωγή υβριδικά αυτοκίνητα «σε σειρά» παρά μόνο κάποια concept cars -βέβαια, κατά μία έννοια ως υβριδικά "σε σειρά" μπορούν να θεωρηθούν και τα οχήματα κυψελών καυσίμου. Αυτός ο τύπος υβριδικού powertrain είναι όμως ιδιαίτερα δημοφιλής σε βαριά μηχανήματα όπως φορτηγά και τρένα.
β) Τα «παράλληλα» υβριδικά (Parallel Hybrids). Εδώ, τόσο ο κινητήρας εσωτερικής καύσης όσο και ο ηλεκτροκινητήρας είναι συνδεδεμένοι με τους κινητήριους τροχούς μέσω μια κατάλληλης μετάδοσης. Το ποσοστό συνεισφοράς του κάθε κινητήρα στην κίνηση του οχήματος εξαρτάται από τις συνθήκες που επικρατούν κατά την οδήγηση
γ) Τα «συνδυασμένα» υβριδικά (Combined Hybrids), στην οποία και ανήκει η συντριπτική πλειοψηφία των υβριδικών αυτοκινήτων που κυκλοφορούν σήμερα όπως το Toyota Prius και το Honda Civic IMA. Στην ουσία πρόκειται για μια παραλλαγή των "παράλληλων" υβριδικών, στην οποία όμως υπάρχει ροή ισχύος και ανάμεσα στους δύο κινητήρες. Έτσι, ένα "συνδυασμένο" υβριδικό αυτοκίνητο μπορεί να κινηθεί με το συνδυασμό του ηλεκτροκινητήρα και του κινητήρα εσωτερικής κάυσης του, αλλά επιπλέον, όταν τα επίπεδα φόρτισης της μπαταρίας είναι χαμηλά, ο βενζινοκινητήρας μπορεί να τεθεί σε λειτουργία προκειμένου να φορτίσει τις μπαταρίες μέσω της γεννήτριας. Αυτή η ευελιξία στη διαχείριση της ισχύος είναι που έχει κάνει τα Combined Hybrids τόσο δημοφιλή. Ειδικά όμως για τα "παράλληλα" και τα "συνδυασμένα" υβριδικά αυτοκίνητα ισχύει και μια επιπλέον κατηγοριοποίηση, ανάλογα με το ποσοστό στο οποίο δυνητικά μπορεί να συμμετάσχει κάθε κινητήρας στην κίνηση του αυτοκινήτου.

Σε συνεργασία με το mycar.gr