H διάταξη ενός υβριδικού συστήματος εξαρτάται από την θέση του κινητήρα εσωτερικής καύσης καθώς και από την ροή της ηλεκτρικής ενέργειας. Συγκεκριμένα, υπάρχουν τρεις υβριδικές διατάξεις, η παράλληλη, σε σειρά και ο συνδυασμός των δύο παραπάνω. Ας δούμε κάθε μία ξεχωριστά καθώς και τον τρόπο λειτουργίας τους…

Εν σειρά…

• Στα εν σειρά υβριδικά συστήματα η ΜΕΚ δίνει κίνηση σε μία γεννήτρια η οποία παράγει ηλεκτρική ενέργεια που αποθηκεύεται στις μπαταρίες. Ουσιαστικά, η ΜΕΚ το μόνο που κάνει είναι να δίνει κίνηση στην γεννήτρια χωρίς να εμπλέκεται στην κίνηση του αυτοκινήτου. Την κίνηση των τροχών αναλαμβάνει ένας ή παραπάνω ηλεκτροκινητήρες (στην περίπτωση τετρακίνησης) που αντλεί ή αντλούν ενέργεια από τις μπαταρίες. Το βασικότερο μειονέκτημα της εν λόγω διάταξης έγκειται στον σχετικά χαμηλότερο βαθμό απόδοσης καθώς η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική και κατόπιν σε μηχανική/κινητική. Το θετικό είναι πως ο κινητήρας μπορεί να λειτουργεί σε ιδανικές στροφές, χωρίς αυξομειώσεις φορτίου και κατ’ επέκταση χωρίς να επιβαρύνεται ο τομέας της κατανάλωσης. Αν το σύστημα συνδυάζεται με προηγμένες μπαταρίες υψηλής χωρητικότητας και ταχείας επαναφόρτισης, τότε η λειτουργία της ΜΕΚ μπορεί να απενεργοποιείται εντελώς-και το αυτοκίνητο να κινείται αθόρυβα σαν ένα κανονικό EV- και να ενεργοποιεπίται όταν οι μπαταρίες τείνουν να αδειάσουν. Παρόμοια υβριδική διάταξη συναντάμε στα Chevrolet Volt/Opel Ampera τα οποία έχουν αμιγώς ηλεκτρική αυτονομία περίπου 70-80 km.

Παράλληλη διάταξη…

• Το στοιχείο που χαρακτηρίζει τα παράλληλης διάταξης συστήματα είναι ο ηλεκτροκινητήρας που αναλαμβάνει πολλαπλούς ρόλους, όπως της γεννήτριας, του συστήματος εκκίνησης και φυσικά ως υποβοήθηση στο έργο της ΜΕΚ. Βρίσκεται συνδεδεμένος απευθείας με τον στροφαλοφόρο της ΜΕΚ και ο ρότοράς του κινείται συνεχώς μαζί με τον άξονα συνδράμοντας και οι δύο στην κίνηση του αυτοκινήτου μεταφέροντας την ροπή σε ένα κιβώτιο συνεχώς μεταβαλλόμενων σχέσεων. Το παράλληλο σύστημα είναι απλούστερο και ελαφρύτερο σαν διάταξη αφού απουσιάζει η γεννήτρια. Ωστόσο, το σύστημα δεν μπορεί ταυτόχρονα να υποβοηθά τη ΜΕΚ και να φορτίζει τις μπαταρίες, όπως συμβαίνει σε ένα σε σειρά/παράλληλο σύστημα. Χαρακτηριστικός εκπρόσωπος της παράλληλης υβριδικής διάταξης είναι το σύστημα IMA της Honda. Θεωρητικά, οι άξονες του ηλεκτροκινητήρα και του ΜΕΚ περιστρέφονται πάντοτε μαζί αλλά στο τελευταίας γενιάς ΙΜΑ του Insight οι βαλβίδες τη ΜΕΚ σφραγίζουν (υπάρχει ηλεκτροϋδραυλικός μηχανισμός στο VTEC που επιτρέπει την “ελεύθερη” κίνηση του εκκεντροφόρου δίχως τα έκκεντρα να χτυπούν τα “κοκοράκια”), ο ψεκασμός διακόπτεται και ουσιαστικά ο κινητήρας απενεργοποιείται. Μα, οι άξονες τους δεν εξακολουθούν να γυρίζουν μαζι; Φυσικά, αλλά ο αέρας που βρίσκεται στους θαλάμου συμπιέζεται. Όταν το έμβολο αρχίζει να κατεβαίνει η ενέργεια που συσσωρεύεται είναι ωφέλιμη και σπρώχνει το έμβολο προς τα κάτω. Θεωρητικά η συνισταμένη των τεσσάρων κυλίνδρων εξισσοροπείται χωρίς να επηρέαζει τη λειτουργία του συστήματος και να αφήνει για μερικά χρονικά διαστήματα και σε συνθήκες χαμηλού φορτίου τον ηλεκτροκινητήρα να κινεί το Insight. Στο Civic IMA σφραγίζουν όλοι οι κινητήρες πλην ενός. Σε άλλα συστήματα, όπως σε αυτό του VW Touareg Hybrid, ένας συμπλέκτης αποδεσμεύει τον ΜΕΚ ώστε το αυτοκίνητο να κινείται αποκλειστικά με ηλεκτρική ενέργεια για μικρή απόσταση.

“Μεικτή” διάταξη…

• Είναι το αποδοτικότερο αλλά βαρύτερο και πολυπλοκότερο σύστημα. Λογικό, μιας και συνδυάζει τις διατάξεις ενός παράλληλου και ενός εν σειρά υβριδικού συστήματος. Χάρη σε ένα κατανομέα ροπής, το μεγάλο πλεονέκτημα της μικτής διάταξης έχει να κάνει με το γεγονός πως η ΜΕΚ και ο ηλεκτροκινητήρας λειτουργούν στις περιοχές που αποδίδουν καλύτερα. Με άλλα λόγια, όταν ένα υβριδικό αυτοκίνητο μεικτής διάταξης κινείται με χαμηλή ταχύτητα η διάταξη του λειτουργεί σαν σειραϊκή ενώ στις υψηλότερες ταχύτητες σαν παράλληλη. Την εναλλαγή, από την μία φάση στην άλλη, αναλαμβάνει ο κατανομέας, ένα πλανητικό σύστημα που μοιράζει ανάλογα την ισχύ και παντρεύει την λειτουργία του ηλεκτροκινητήρα και της γεννήτριας. Στα μικτά υβριδικά συστήματα επιτρέπεται η ταυτόχρονη ή ανεξάρτητη λειτουργία της ΜΕΚ και του ηλεκτροκινητήρα επιτρέποντας στο αυτοκίνητο να κινηθεί για μερικά χιλιόμετρα σαν αμιγώς ηλεκτροκίνητο. Γνήσιοι εκπρόσωποι της μικτής διάταξης είναι οι Toyota/Lexus.