Coraz więcej producentów decyduje się na zastosowanie systemu miękkiej hybrydy w swoich modelach samochodów. Jest to prostsza odmiana układu hybrydowego, która nie wymaga dużego akumulatora do przechowywania energii. Wstawienie silnika elektrycznego jako podzespołu, ma w założeniu odciążyć silnik spalinowy, który przejmuje rolę np. alternatora, a także pozytywnie wpływać na osiągi silnika i ograniczać apetyt na paliwo. Czy takie rozwiązanie jest przyszłościowe?
Pojazdy wyposażone w klasyczne układy hybrydowe, jak Toyota Prius przez lata swojego istnienia (pierwsze egzemplarze wyjechały z fabryki w 1997 roku) zostały przetestowane pod każdym możliwym kątem. Wiemy, że takie napędy potrafią być trwałe, oszczędne i ekologiczne. W klasycznych rozwiązaniach hybrydowych pojazd może poruszać się przez określony czas bądź do określonej prędkości, w trybie czysto elektrycznym ze względu na dużo mocniejszy silnik, który bezpośrednio napędza daną oś, a także ma odpowiedniej wielkości baterię.
Łagodna hybryda różni się tym od klasycznej, że jest to układ wspomagający silnik spalinowy, a nie silnik mogący tymczasowo pełnić funkcję głównego napędu w określonych warunkach. 48-woltowy układ mild hybrid stosowany jest w pojazdach z systemem start-stop, który poprzez wykorzystanie niewielkiego silnika elektrycznego ma za zadanie przejąć część obowiązków od głównej jednostki napędowej.
Układ mild hybrid pełni funkcję m.in. prądnicy zastępującej alternator, a także rozruchową – podczas działania systemu start/stop. Łagodna hybryda może również służyć jako generator dla innych podzespołów zasilanych elektrycznie jak układ wspomagania kierownicy czy pompa oleju silnikowego.
Ma ona również zastosowanie w określonych momentach pracy silnika spalinowego – podczas przyspieszania. Silnik elektryczny jest w stanie przenosić moment obrotowy na wał napędowy, w momencie pracy silnika spalinowego, w którym jest najbardziej wysilony. Jest to sposób na nieznaczną poprawę osiągów, a także zmniejszenie zużycia paliwa.
Budowa układu mild hybrid
48-woltowa łagodna hybryda składa się z niewielkiej liczby podzespołów: silnika elektrycznego/generatora, elektrycznej turbiny, falownika AC/DC, przetwornicy DC/DC, akumulatora 48 V.
Silnik elektryczny – napędzany przez pasek rozrządu silnik zastępuje klasyczny alternator, pełniąc funkcję generatora prądu i ładując oba akumulatory. W tym trybie odzyskuje również energię podczas hamowania, a także podczas jazdy wybiegiem (z odpuszczonym pedałem gazu). 48 V silnik zastępuje również rozrusznik, uruchamiając silnik przy włączonym systemie start/stop. Tradycyjny rozrusznik służy do pierwszego odpalenia silnika podczas danego cyklu pracy. Chłodzony cieczą, silnik elektryczny pełni również funkcję wspierania silnika spalinowego w celu poprawy osiągów i zmniejszenia obciążenia jednostki, co w założeniu ma zwiększać wydajność paliwową.
Elektryczna turbina – zastępując konwencjonalną turbosprężarkę eliminuje główną wadę klasycznego rozwiązania – turbodziurę. W elektrycznej odmianie to silnik elektryczny początkowo napędza wirnik, tak że początkowo wydajność turbosprężarki nie jest zależna od opóźnienia wynikającego ze stopniowego, zwiększającego się ciśnienia gazów wylotowych napędzających wirnik.
Falownik AC/DC – przekształca prąd stały (DC) z akumulatora 48 V w prąd przemienny (AC), zasilający silnik elektryczny i odwrotnie – zamienia prąd przemienny wytwarzany przez silnik elektryczny w trybie generatora na prąd stały, który ładuje akumulatory 12 i 48 V. Falownik AC/DC może być zintegrowany lub niezintegrowany z 48-woltowym silnikiem elektrycznym/generatorem i ma na celu wykonywanie dwóch funkcji.
Przetwornica DC/DC – Z racji zastosowania w systemie mild hybrid dwóch układów (12 i 48 V) pojazd potrzebuje przetwornicy w celu redukcji napięcia elektrycznego z 48 V do 12 V.
Akumulator 48-woltowy – zazwyczaj umieszczony z tyłu pojazdu, 48-woltowy akumulator litowo-jonowy może wykorzystywać układ chłodzenia do rozpraszania ciepła (podobnie jak silnik elektryczny).
Mild hybrid w niedalekiej przyszłości
Czy to rozwiązanie ma szansę na popularyzację w kolejnych latach czy jest traktowane raczej jako etap przejściowy (nim ceny pełnych hybryd dostosują się do realiów rynku)?
W następnej dekadzie producenci motoryzacyjni będą rozszerzać ofertę o kolejne w pełni elektryczne modele, ale elektryfikacja transportu nadal będzie opierać się głównie na samochodach hybrydowych, a więc również na technologii mild hybrid. Przede wszystkim dlatego, że technologia hybrydowa pozwala obniżać emisję spalin na krótszych trasach i nie martwić się o zasięg pojazdu przy dalszej podróży. Technologia mild hybrid odgrywa kluczową rolę w nowym systemie napędowym ZF 8HP – komentuje Stephana von Schuckmann, Szef działu ds. technologii silników samochodowych ZF Friedrichshafen.
Warto nadmienić, że układ łagodnej hybrydy będąc stosunkowo świeżą konstrukcją, wciąż jest udoskonalany przez koncerny motoryzacyjne pod kątem przyszłych zastosowań. 48-woltowy łagodny układ hybrydowy będzie przystosowywany do obsługi np. sporej części systemów ekologicznych.
Jednym z nich jest technologia wyłączania cylindrów DSF, która miałaby być zintegrowana z systemem mild hybrid. DSF odłącza popychacze wałka rozrządu, rozłączając cylinder. Zamykane są wtedy zarówno zawory wlotowe, jak i wylotowe – w momencie, gdy do jazdy z daną prędkością nie jest potrzebna pełna moc silnika.
Zwiększenie znaczenia układu łagodnej hybrydy byłby szczególnie widoczny dla kierującego przy zastosowaniu go do rozszerzonej technologii start-stop. W podstawowej wersji systemu silnik wyłączany jest w momencie całkowitego zatrzymania pojazdu, w rozszerzonej może on wyłączyć silnik także podczas toczenia się, np. gdy pojazd zbliża się do momentu zatrzymania lub jak w przypadku klasycznych układów hybrydowych – porusza się ze stałą prędkością. Wprowadzenie takiego zastosowania rozszerzy autonomię mild hybrid i tym samym zbliży go pod względem sposobu działania do swojego starszego i większego brata.
Układ mild hybrid można zastosować do usprawnienia pracy układu selektywnej katalizacji spalin SCR. W celu osiągnięcia jak najwyższej wydajności katalizator musi szybko osiągać temperaturę roboczą, co przy układach hybrydowych lub zastosowaniu systemu start-stop jest utrudnione. Silnik w cyklu miejskim często jest rozłączany co ma wpływ na utrzymanie prawidłowej temperatury niezbędnej do przeprowadzenia procesu chemicznego zachodzącego w katalizatorze SCR. W tym celu byłby on podgrzewany elektrycznie za pomocą układu 48V.
Oprócz stricte ekologicznych zastosowań, mild hybrid może być wykorzystany do zasilania pompy wodnej, a także sprężarki układu klimatyzacji. Są to podzespoły, które mogą być zasilane elektrycznie, zmniejszając przy tym obciążenie silnika i wpływając na jego wydajność.
Trzeba wcisnąć przycisk “sprawdzam”
Czy takie rozwiązanie jest przyszłościowe? Na chwilę obecną tak. Głównym celem zastosowania takiego “baby hybrid”, jak z resztą każdego innego układu hybrydowego, jest zwiększenie wydajności paliwowej silnika spalinowego i poprawa osiągów.
Czy poprawa tych parametrów jest odczuwalna? Testy samochodów wyposażonych w układ mild hybrid wykazują nieznaczne zmniejszenie zużycia paliwa na poziomie 0,3 – 0,8l na 100 km w zależności od samochodu, warunków, stylu jazdy, a nawet rodzaju ogumienia. Zmiennych wpływających na wynik zużycia paliwa jest bardzo dużo, natomiast różnice są obecnie na tyle niewielkie, że trudno jednoznacznie wyrokować o “być albo nie być“ systemu miękkiej hybrydy, w jej obecnym stadium rozwoju. W przyszłości jednak może przyczynić się znacząco do obniżenia kosztów przejechanego kilometra. Wszystko zależy od tego, jak bardzo ta technologia będzie ułatwiać pracę klasycznej jednostki spalinowej.
Spotkaliście się już z samochodami wyposażonymi w układ mild hybrid? Co sądzicie na temat jego eksploatacji po okresie gwarancyjnym? Dajcie znać w komentarzach.
Komentarze