Alternativní pohony – výhody a nevýhody

Vysoká cena ropy mnoha lidem způsobuje značné problémy. U autodopravců nebo jiných firem, které jsou závislé na vysoké spotřebě paliv, může vysoká cena vést k finanční katastrofě. Ale i běžný občan pocítí zdražení. Dneska, kdy každá rodina má minimálně jedno auto, se jedná o výrazný útok na naše peněženky.

Co proti tomu lze dělat? Nejezdit autem? V době obrovského boomu hypermarketů a moderního způsobu života, si život bez auta nebo jiného dopravního prostředku jezdícího na ropné deriváty nedokážeme představit.

Tento problém lze řešit i méně drastický. Budeme jezdit auty, ale auta nemusí jezdit na benzín nebo naftu.

Alternativní pohony automobilů:

· Propan-Butan

· zemní plyn

· bionafta

· elektromobily

· hybridní pohon

· vodíkový pohon

Propan-Butan
Propan-Butan je plyn, který je vedlejším produktem při zpracování ropy. Je na zásoby ropy vázán a předpokládáme, že cena propan-butanu se bude měnit přímo úměrně ceně ropy. Přesto je dnes nejvyužívanějším alternativním pohonem. Pokles provozních nákladů je až třetinový. Přestavba motoru je jednoduchá, ale poměrně drahá. Další nevýhodou je mírný pokles výkonu.

Zemní plyn
Zásoby zemního plynu by měly vydržet okolo 150 let. Provoz automobilu na zemní plyn je nejlevnější, ale vyžaduje přestavbu, která není zanedbatelnou položkou. Nízká cena je způsobena především absencí spotřební daně. Pokud by zájem o tento druh paliva výrazně vzrostl, můžeme očekávat změny v tomto ohledu. Problémem může být dojezdová vzdálenost, která je přibližně 250 km.

Bionafta
Bionafta je směs vyrobená z řepky olejky. Základní nevýhodou je nemožnost pěstování ve velkém množství.

Elektromobily
Elektromobily jsou na trhu už dlouhou dobu. Bohužel zájem o ně není velký. Hlavní příčinnou neúspěchu jsou těžké baterie, pomalé nabíjení a dojezd 100 km.

Hybridní pohon
Automobily s hybridním pohonem mají dva motory, spalovací a elektromotor. Spotřeba bývá nejnižší a většinou jsou schopny si samy dobíjet baterie. Nevýhodou je vysoká cena, vyšší hmotnost a poruchovost.

Vodíkový pohon
Vodík by se dal považovat za palivo budoucnosti. Nalézá se všude a jeho zásoby jsou nevyčerpatelné. Dnešní ceny jsou sice vysoké a výroba je náročná, ale jinak převládají klady. Vlády různých zemí se snaží podporovat programy na rozvoj vodíkového pohonu. Kolem roku 2010 se očekává masová výroba vodíkových aut.
Do této kategorie zařadíme i palivové články. Palivové články převádějí energii, ukrytou v atomech vodíku, přímo na elektrickou energii. Obrovskou výhodou palivových článků, v porovnání s klasickými akumulátory, je to, že je nelze vybít.

Při dnešním stavu techniky se v zatím předvedených automobilech s hybridní technikou využívá kombinace spalovacího motoru s elektromotorem a dvěma zásobníky energie, tvořenými palivovou nádrží a sadou elektrických akumulátorů.

Podle toho, jak jsou obě hnací jednotky propojeny, se hybridní pohon dělí na sériový a paralelní. V sériovém uspořádání se veškerý výkon spalovacího motoru převádí prostřednictvím generátoru na elektrickou energii a vlastní pohon kol obstarává elektromotor. Sériový hybrid je spíš určen pro užitkové vozy, než pro vozy osobní.

Všechny hybridní automobily z poslední doby, ať již studijní nebo sériové, se přiklonily k paralelnímu uspořádání. U něho jsou obě hnací jednotky propojeny s hnacími koly a podle jejich konkrétního zapojení se buď každá samostatně, či společně starají o pohon vozu. Za smíšený hybridní pohon, tzv. split-hybrid, se považuje uspořádání, kdy spalovací motor může buď pouze pohánět kola, nebo jen vyrábět elektrickou energii, ale zvládne také obě činnosti provozovat současně.

Princip hybridního pohonu

V principu se dělí hybridní pohony na paralelní, sériové a kombinované. Sériové hybridní pohony se používají již delší dobu u velkých dopravních prostředků (lokomotivy), kdy spalovací motor udržovaný v optimálních otáčkách pohání generátor a vzniklým elektrickým proudem jsou napájeny trakční motory. Určitou nevýhodou je vznik ztrát při trojnásobné přeměně energie (chemická – mechanická – elektrická – mechanická). Paralelní pohon nevyžaduje akumulování elektrické energie, i když je v principu možné. U sériového hybridního pohonu se na pohonu kol podílí jak energie z elektromotoru, tak i mechanická energie z motoru spalovacího. Pro tento účel jsou tato vozidla vždy vybavena specielním převodovým ústrojím, většinou založeném na principu planetového převodu. Paralelní pohony musí mít zařízení na akumulování elektrické energie. Je tvořeno buď akumulátory či tzv. superkondenzátory. Do nich se ukládá elektrická energie z generátoru při brzdění generátorem a přebytečná energie ze spalovacího motoru. Klasická mechanická převodovka obvykle chybí, její vlastnosti suplují dynamické vlastnosti tohoto soustrojí. Ovládání výkonu jednotlivých částí pohonné jednotky je řízeno elektronicky včetně řízeného nabíjení akumulátoru a řízení výkonu elektromotoru.

Obr.1 Průběhy momentů u hybridního pohonu

Vzhledem k tomu, že paralelní hybridní pohony jsou v současné době předmětem většího zájmu, bude pozornost věnována právě jim. V současné době to je jejich uplatňování v osobních automobilech.

Obr. 2 Uspořádání hybridního pohonu

Obr. 3 Jízda

Při jízdě se výkon spalovacího motoru využívá na pohon kol a dobíjení baterie.

Obr. 4 Předjíždění

Při předjíždění je zapotřebí krátkodobé zvýšení pohonného agregátu. Pro pohon kol se využívá jak výkon spalovacího motoru, tak i výkon elektromotoru napájeného v této chvíli z akumulátoru elektrické energie.

Obr. 5 Brzdění

Při brzdění se pohybová energie převádí na elektrickou pro dobíjení baterie. Kromě toho jsou vozidla vybavena i konvenčními hydraulickými brzdami, které se aktivují při prudkém brzdění.

Obr. 6 Jedno z možných uspořádání paralelního pohonu (Toyota Prius).

Popis: Elektrický motor i generátor mají nepohyblivé statory. Spalovací motor pohání planetová kola planetového převodu, vnitřní prsten pohání generátor, elektromotor pohání vnější prsten a výstupní převod.

Obr. 7. Pohonná jednotka fy Lexus

Schéma pohonné jednotky Lexus

(A – planetová kola, B – vnitřní prsten planetového převodu spojený s rotorem generátoru, C – hřídel od spalovacího motoru k planetovým kolům, D – vnější prstenec planetového převodu spojený s rotorem elektromotoru je výstupem agregátu) Používá metal-hydridové akumulátory.

Hybridní Toyota Prius (dostupná na českém trhu)

Celé vozidlo:

Rozměry a hodnoty
Délka	4450 mm
Šířka	1725 mm
Výška	1490 mm
Rozvor	2700 mm
Objem nádrže	45 l
Spotřeba (l/100 km)
Město	5,0
Mimo město	4,2
Kombinovaná	4,3
Max. rychlost	170 km/hod
zrychlení	10,9 s

kombinovaný systém pohonu Toyota Hybrid Synergy Drive

Pohonný agregát

Technická data
Spalovací motor
Typ	zážehový čtyřválec
Rozvod	DOHC, 16 ventilů s proměnným časováním VVT-i
Objem	1497 ccm
Max. toč. moment	115/4000 Nm/ot.min
Max. výkon	57/5000 kW/ot.min
Elektromotor
Typ	synchronní s permanentními magnety
Napětí	500 V
Max. toč. moment	400/0-1200 Nm/ot.min
Max. výkon	50/1200-1540 kW/ot.min
hmotnost	104 kg

Při rozjezdu je v činnosti pouze elektromotor. Zážehový motor se přidává až po rozjetí automobilu a při akceleraci. Při zpomalování se benzínový motor odmlčí a elektromotor funguje jako generátor elektrické energie a dobíjí akumulátory. Prius je navíc vybaven technologií "Stop and Go", což znamená, že se zážehový motor při zastavení například na křižovatce vypíná a elektromotor přechází do úsporného režimu.

Lexus RX400h

Benzinový motor, 150kW, 3,3Litrů,

Baterie nikl-metalhydrid 288V, el.motor 650V

Akcelerace: 100km/hod < 8 sec.

Schema pohonn0ho mechanizmu vozu Lexus RX400h

Toyota Alessandro Volta

vůz je poháněn hybridní jednotkou Hybrid Synergy Drive známou z dalšího konceptu toyoty RX400h. Zážehový vidlicový šestiválec o objemu 3,3 litru doplňují dva vysoce výkonné elektromotory a dohromady disponují výkonem 300 kW tedy (408 koní).

Klasický spalovací motor je umístěn uprostřed vozu a pohání zadní kola, každý z elektromotorů pak pohání jednu nápravu. Koncept tak má poháněna všechna kola bez potřeby jakéhokoli spojovacího hřídele.

Toyota Alessandro Volta umí zrychlit z nuly na 100 km/h za 4,03 sekundy a její nejvyšší rychlost přesahuje hranici dvousetpadesáti kilometrů za hodinu.

Ford Escape Hybrid SUV

Motor: 2litry objem, 127hp, 5400 ot/min., verse 2005 má mít motor 3 litry, 201hp /5900 ot/min.

Elektromotor 70 kW
baterie: 250 článků

Ujetá vzdálenost na jednotku paliva: město/silnice 18/23 mil na galon,

2005 Honda Accord Hybrid

ENGINE: Gasoline-electric hybrid, 245-hp (est.), 3.0-liter V-6
BOTTOM LINE: Beating the Camry at Toyota's own game.

Další výrobky s hybridním pohonem

Největší světový výrobce motocyklů, japonská Honda, představila historicky první motocykly s alternativním pohonem. Firma dokázala do svých nových skútrů umístit jak vodíkový motor, tak konvenčnější hybridní pohon, který kombinuje elektromotor se spalovacím motorem.
Honda tak v době, kdy svět sleduje prudce rostoucí ceny ropy, získala cenný náskok nad konkurencí. Vývojem co nejúspornějších motorů se přitom nejdéle zabývají právě japonští výrobci.
Firma představila dva typy ekologicky poháněných motocyklů. Silnější s objemem motoru 125 kubických centimetrů pohání vodíkové palivové články. Slabší kubatura používá k jízdě hybridní pohon benzínu a elektřiny. Zástupci Hondy ovšem odmítli sdělit technické i cenové údaje o nových motocyklech.

Literatura:

[1] Toyota Prius (1. díl): Hybrid Synergy Drive dostupné z http://news.auto.cz

[2] Prius - budoucnost již nastala dostupné z http://www.ck-toyota.cz/toyota/index.php

[3] How do Hybrid Elektric Vehicles Work? dostupné z http://www.fueleconomy.gov/feg/hybridtech.shtml

[4] Two power sources for more performance dostupné z http://en.lexus-hybrid.com/how/fuel_efficient.html

[5] Wheel Motor dostupné z

http://www.tech-m4.com/eng/tm4transport/moto_wheelmotor/

[6] Honda vyvinula první motocykly na hybridní pohon dostupné z

http://www.enviweb.cz/?secpart=obecne_archiv_ejiab_ru_