Historie hybridního pohonu v různých dopravních prostředcích

Historie hybridního pohonu v různých dopravních prostředcích
Fotografie: Marek Tomíšek, fDrive.cz
  • Hybridy nejsou ničím novým, jak by se možná mohlo na první pohled zdát
  • Jejich historie sahá více než 100 let zpátky a rozhodně se netýká jen aut
  • Hybridní pohon se používal a stále používá kromě aut ve vlacích nebo lodích

Za prvopočátek hybridů lze považovat plány vlámského jezuity a astronoma Ferdinanda Verbiesta na samohybný vůz pro čínského císaře z let 1665–1680, který měl kombinovat parní pohon s animálním, tedy koňským. Bohužel nevíme, zda ďábelský stroj, který by evropská inkvizice nejspíše ocenila hořící hranicí, opravdu vznikl. A tak se můžeme posunout do osvícenějšího 19. věku, kdy prý bylo vynalezeno všechno podstatné. Hybridní pohon jako kombinaci spalovacího a elektrického motoru si totiž nechal patentovat v roce 1889 jistý William H. Patton, a sice pro kolejová vozidla a později i pro lodě. Postavil také funkční vzorky hybridní tramvaje a lokomotivy, ovšem bez většího ohlasu. Lokomotiva se smíšeným pohonem, kterému se tehdy ještě neříkalo hybridní, pak sloužila od roku 1897 na tramvajové síti v Cedar Falls v Iowě. Její dva trakční motory, poháněné 25koňovým dvouválcem a baterií ze 100 olověných článků, vyvíjely 2× 35 k. Francií se pak v roce 1911 mihly lehké traťové motorové vozy, poháněné systémem Pieper (viz dále).

Historie hybridního pohonu v různých dopravních prostředcích – Hybridy se používají přes 100 let

V roce 1896 pak vznikl vůbec první funkční hybridní silniční samohyb. Americký Armstrong Phaeton byl vlastně klasický kočár, usazený na páteřovém rámu spolu s dvouválcem 6,5 l s protilehlými písty. V obřím setrvačníku, nezbytné součásti tehdejších motorů, se skrýval motorgenerátor, který nabíjel olověné baterie a napájel elektrické osvětlení a zapalování. Vůz se sice kvůli konstrukčním nedostatkům (chronické praskání dřevěných loukoťových kol kvůli příliš vysokému výkonu) neprosadil, přinesl ale několik revolučních prvků. Především elektrický startér (16 let před Cadillakem) a poloautomatickou převodovku.

První prakticky použitelný stroj sestavil legendární Ferdinand Porsche poté, co získal ostruhy na liberecké polytechnice a ve vídeňské strojírně Béla Egger (později Brown Boveri, nyní ABB). U Eggerů poznal tehdejší novinku – elektromotory v nábojích kol. V roce 1898 se nechal zaměstnat v luxusní vídeňské vozovce Jacob Lohner. A dostal za úkol vynalézt pro Lohnerovy přepychové kočáry elektrický pohon. Zhostil se ho takovým způsobem, že systém nízkofrikčních elektromotorů v nábojích kol jej v roce 1898 okamžitě proslavil. Proto hned přišla další výzva, tentokrát z Anglie. Další stavitel kočárů, E. W. Hart, tentokrát z anglického Lutonu, měl trochu akurátnější požadavek. Jeho samohybný kočár měl jezdit nejen na elektřinu, ale i na benzín. A kromě toho měl uvézt čtyři pasažéry a pohánět všechna kola.

A tak se v roce 1899 zrodil první hybrid. Čtyřtunové monstrum si s sebou vozilo 1,8 tuny baterií a říkalo si La Toujours Contente (Stále spokojený) ve zjevné narážce na název belgického rekordního soudobého elektromobilu La Jamais Contente (Vždy nespokojený). Všech 44 olověných článků 80voltové baterie bylo uloženo v odpruženém kontejneru, aby se na špatných cestách nepoškodily, a dohromady dávaly kapacitu 21,6 kWh. Dobíjel je 5,5litrový čtyřválec o mocnosti 18 kW (25 k). Vůz vyvíjel na svou dobu ohromných 56 koní a zúčastnil se řady výstav a závodů. Stál 15 000 tehdejších korun, což byl několikanásobek průměrného ročního platu.

Několik hybridů se vyrábělo, ale ne ve velkém množství

Od té doby až do 30. let 20. století se našlo několik výrobců, kteří to s hybridy zkoušeli. Ti nejúspěšnější dokázali prodat řádově stovky vozidel, všechny projekty však skončily fiaskem. Důvody se pořád opakovaly – vysoká cena, nízká rychlost, složité opravy. Přesto šlo, na rozdíl od Porscheho monstra, o normálně veliké a mnohdy i pohledné automobily. Jména Pieper (1905), Wood Dual-Power (1915) či Lanchester petrol-electric car (1927) už si však dnes vybaví jen opravdoví znalci. Jeden z nich ale stojí za zmínku. V roce 1931 si Erich Graichen nechal patentovat podivné vozidlo, které mělo pomoci před tehdejšími drakonickými daněmi. Dosahovalo totiž oficiálně rychlosti 40 km/h a nepotřebovalo benzin ani naftu. Půlkoňový elektromotor byl napájen z baterie, dobíjené vzduchovým motorgenerátorem, který bral stlačený vzduch ze zásobníku, doplňovaného dmychadly, poháněnými vibracemi stroje a spalováním kyslíkovodíkového plynu (technické detaily tohoto pozoruhodného řešení sám konstruktér úzkostlivě tajil, čili my na tom dnes, po 90 letech, s jejich znalostí nejsme o nic lépe než doboví žurnalisté). Ten přinesl světu jako první rekuperaci, tedy přeměnu kinetické energie zpět na elektrickou při brzdění či jízdě z kopce.

Díky Henrymu Fordovi si daly hybridy pauzu

Pak převzal výhradní vládu díky Henry Fordovi a jeho velkosériové výrobě čím dál výkonnější a lehčí spalovací motor a s hybridy byl na dlouho ámen. Až na občasné excesy typu mamutího polárního vozidla Antarctic Snow Cruiser z roku 1939 o hmotnosti 34 tun, které mělo poskytnout zázemí celé expedici a bylo technicky hybridem se dvěma velkými diesely a čtyřmi elektromotory. Jeho nasazení však skončilo obřím a drahým debaklem a dnes těžko představitelné monstrum, které kvůli hladkým pneumatikám nenabízelo ani zlomek slibovaných trakčních schopností, se při první příležitosti zahrabalo. Vyproštění samo o sobě bylo s dobovou technikou extrémně složité, a když si o něj vůz říkal na každé větší nerovnosti či hlubším sněhu, nakonec zůstalo opuštěné na Antarktidě.


Jenže hybrid ze světa nezmizel. Uvízl v hledáčku Wehrmachtu a SS, snažících se ovládnout svět. Porsche byl pověřen, aby s jeho pomocí vymyslel efektivní pohon pro německé tanky. A skutečně vznikly funkční prototypy středního tanku VK 30.01 (P), neúspěšného těžkého tanku VK 45.01 (P), z nějž pak později vznikl známý Tiger, a také historicky vůbec nejtěžšího dokončeného obrněného vozidla. Panzerkampfwagen Maus vážil téměř 190 tun, svým 128mm kanónem byl schopen zlikvidovat jakékoliv spojenecké obrněné vozidlo na více než 3,5 km. Krupp už toto monstrum, které neunesl žádný standardní most ani ponton, přesto ale bylo v ideálních podmínkách smrtelně nebezpečné, naštěstí nestačil začít vyrábět, protože přišla porážka německých vojsk. Ačkoliv šlo o velkou neznámou, hybridní pohon tanků se osvědčil pro svou jednoduchost a spolehlivost (místo složitých rozvodovek, převodovek a hřídelí stačily elektromotory), jenže jeho vývoj postupně utlumil kritický nedostatek strategické mědi.

V šedesátých letech převzala iniciativu americká vláda

Poznatky z této éry nebyly zapomenuty a v šedesátých letech převzala iniciativu americká vláda. Ta, ve snaze snížit enormní emisní zátěž z aut, schválila legislativu, která odstartovala zájem o elektrický pohon. Všechny významné americké automobilky se pustily do výzkumu. Důležitým impulsem byl i experimentální elektromobil AMC Amitron z roku 1967, který oprášil myšlenku rekuperace a jako první na americkém kontinentu představil regenerativní brzdění. Tímto okamžikem poskočila efektivita elektrického pohonu o desítky procent a podařilo se výrazně zmírnit jeho hlavní problém – krátký dojezd.


Tou dobou už pracoval na svých vynálezech americký vědec a vizionář Victor Wouk. Ten začínal s elektromobily, mj. vylepšil AC/DC měnič a zásadním způsobem se podílel na výzkumu lithiových baterií. Nejdříve byl v 60. letech osloven Russellem Feldmanem (pozdějším spoluzakladatelem Motoroly), aby mu pomohl vylepšit jeho vlastní elektromobil Henney Kilowatt, což byl evropský Renault Dauphine, přestavěný na elektrický pohon. Feldman potřeboval efektivní regulátor rychlosti. Wouk se pustil do práce a po jejím úspěšném dokončení prodal vlastní firmu koncernu Gulton Industries, s níž nadále spolupracoval. Vybrala si jej totiž menší americká automobilka AMC, pro níž pracoval na vývoji lithiových baterií a hospodárného elektromobilu. S pomocí Woukem vynalezené regulační elektroniky se to povedlo a v roce 1969 vznikl velice povedený prototyp přestavby kombi Rambler American z benzinového osmiválce na elektromobil. Vůz, napájený 160 nikl-kadmiovými články skvěle akceleroval, ale nedojel daleko.


Wouka tento problém, při tehdejším stavu poznání a techniky neřešitelný, odklonil od elektromobilů a vědec se pustil do hybridního pohonu. Tou dobou americká Agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) spustila podpůrný program pro vývoj čistých automobilů. Wouk začal konvertovat Buick Skylark a za zhruba 300 000 tehdejších dolarů vytvořil první funkční hybrid nové doby a vůbec první hybridní silniční vozidlo v Americe. Poháněla jej kombinace stejnosměrného elektromotoru s výkonem 20 kW (32 k) a dvourotorového Wankelova motoru z Mazdy RX-2 s výkonem 97 kW (132 k). Výsledky testování v laboratořích EPA byly senzační; vůz vykazoval při srovnatelných výkonech méně než poloviční spotřebu proti původnímu stavu a vypouštěné emise se pohybovaly kolem 9 % tehdy obvyklých hodnot. Wouk obdržel od EPA grant na další vývoj, jenže jediným prototypem práce skončila. Ačkoliv hybrid vzbudil velkou pozornost, do výroby se nedostal. A svět si musel, i přes mezitím vypuknuvší ropnou krizi, počkat na hybridy dalšího čtvrt století.

Další hybrid jezdil na kolejích v Československu

Následující dějství se odehrálo mimo silnice; výhody hybridního pohonu totiž učarovaly konstruktérům kolejových vozidel. A světe, div se, první prakticky použitelná hybridní lokomotiva na světě se zrodila v tehdejším socialistickém Československu. Prototyp středního posunovacího stroje ČKD DA600 z roku 1986 byl výsledkem poznatku, že čistě dieselelektrické konstrukce v provozu využívají maximální výkon zhruba 1 % celkového času. A že časté prostoje s běžícím motorem stojí spoustu paliva. A tak vzniklo posunovadlo s malým dieselovým šestiválcem LIAZ M 637 turbo (známým z dálkového autobusu Karosa LC 735 či těžkého kolového traktoru ŠT 180) o výkonu 189 kW (257 k) a trakční baterií, sestavenou ze 480 olověných článků NSK 300 v pěti kontejnerech o výkonu 360 kW, jmenovitém napětí 576 V a kapacitě 172,8 kWh. I když měl spalovací motor pětinový zdvihový objem proti tehdejšímu standardnímu lokomotivnímu šestiválci ČKD K 6 S 230 DR a výrazně nižší spotřebu, výsledkem byl pro svůj účel zcela dostačující systémový výkon 600 koní neboli 441 kW (těžké traťové stroje už tehdy potřebovaly minimálně trojnásobek a dnes jezdí lokomotivy nezávislé trakce s osminásobným výkonem), maximální tažná síla 161 kN a nejvyšší rychlost 65 km/h.

Tehdejší ČSD převzaly prototyp do provozu pod označením ET 459.0501 (později TA 436.0501) a úspěšně s ním nahrazovaly mnohem výkonnější posunovací lokomotivy o výkonu až 1 250 k při až 90% úsporách paliva. Nicméně politické a hospodářské změny po roce 1989 vedly mj. ke krachu průmyslového gigantu ČKD a plánovaná výroba výkonnějšího stroje ČKD DA700 už se neuskutečnila. Hybridní vlaky si na svou realizaci pak musely počkat až do roku 2007 v Japonsku, tedy do doby, kdy už hybridní technologii znal svět ze silnic celého světa. Tam se zatím nejvíce rozšířily a v současné době brázdí japonské úzké koleje už několik různých typů motorových vozů a lokomotiv.

Unikátní lokálka s motorem na LPG a setrvačníkem

Pozoruhodným hybridním vlakem se může chlubit anglický Stourbridge. Lokálku, dlouhou 1,3 km a spojující nádraží s centrem, obsluhuje dvojice lehkých kolejových autobusů řady 139, poháněná půltunovým setrvačníkem. Ten je uložený horizontálně pod podlahou a kola pohání prostřednictvím hydrostatické převodovky s plynule měnitelným převodem. Opačným směrem je od kol roztáčen při brzdění, výhradně hydrostaticky, bez použití generátoru. Ten je na něm nicméně také nasazen a slouží k napájení palubní sítě během provozu. Nechybí ani malý spalovací motor na LPG, který na počátku setrvačník roztočí a pak naskočí až v případě potřeby dalšího výkonu. Nejvyšší rychlost 32 km/h v tomto případě stačí, po lokálce se stejně rychleji jezdit nesmí. K pohonu 12tunového vozidla tak stačí 64 kW (87 k).

Vývoj elektrických vlaků ale probíhá i jinde. Pracují na něm v Rusku, ve Francii, hned u několika firem v Severní Americe a také na Filipínách, kde hybridní příměstské vlaky už nějakou dobu jezdí. Musejí ale čelit sílící konkurenci vodíkového pohonu, který do komerčního provozu dotáhl například Alstom (Coradia iLint), a především stále dokonalejším bateriovým pohonům.

V současné době se hybridní pohon uplatňuje ve třech hlavních odvětvích. Nejvíce v silniční dopravě, ačkoliv už kvůli zpřísněným emisním limitům aktuálně hledá cesty, jak se obejít bez fosilních paliv. Jednou z možných cest je spalování vodíku, které však zatím není technologicky zvládnuté. Podobná situace vládne ve vlakové dopravě, kde se zatím o masovém rozšíření hovořit nedá, ovšem jde o běžně dostupný způsob, jak přechodně snížit emise ze stále ještě dominantního spalování nafty na neelektrifikovaných tratích. Jenže tady se začínají rychle prosazovat ekologičtější alternativy, především palivové články a baterie, které se mohou s výhodou dobíjet z trolejového vedení na elektrifikovaném úseku a pak dodat dostatek energie na zvládnutí poslední míle na vedlejší, neelektrifikované trati. Případně je lze, podobně jako elektrobusy, dobíjet i ze stacionárního výkonného dobíječe na konečné. A konečně tu máme lodě. Na ty byl vždy vyvíjen menší ekologizační tlak, takže rejdaři nespěchali vzdát se levného pohonu spalováním nekvalitních ropných frakcí, kvůli němuž jedna velká zámořská loď produkuje srovnatelné množství škodlivin jako několik milionů aut dohromady. Situace se začíná měnit teprve v poslední době a hybridní lodě se začínají prosazovat v zeleněji smýšlejících částech světa, byť zatím velmi nesměle. Především ve Skotsku, Kalifornii, Dánsku a Německu začínají jezdit jednotky hybridních trajektů, výsledné úspory jsou však natolik přesvědčivé, že lze brzy očekávat další šíření této technologie.

Související články
Diskuze ke článku
V diskuzi zatím nejsou žádné příspěvky. Přidejte svůj názor jako první.
Přidat názor

Nejživější diskuze