Start produkcji seryjnej równoległych napędów hybrydowych firmy Bosch
Wraz z modelami hybrydowymi VW Touareg i Porsche Cayenne S do produkcji seryjnej po raz pierwszy na świecie wchodzi równoległy napęd hybrydowy (Parallel Full Hybrid). Bosch stworzył innowacyjną koncepcję hybrydową we współpracy z producentami tych pojazdów. Nowoczesna technika sterowania gwarantuje harmonijne współdziałanie silnika spalinowego i elektrycznego, bez potrzeby stosowania mechanicznych komponentów do przeniesienia mocy.
Niedawno rozpoczęto produkcję seryjną modeli hybrydowych Volkswagen Touareg i
Porsche Cayenne S z technologią firmy Bosch. Obydwa modele pojazdów zostały po
raz pierwszy wyposażone w napęd hybrydowy równoległy (Parallel Full Hybrid).
Oprócz komponentów centralnych, takich jak moduł energoelektroniczny czy silnik
elektryczny, Bosch dostarcza dla tych modeli także sterownik będący „mózgiem”
koncepcji napędowej: Motronic stosowany w pojazdach hybrydowych steruje pracą
silnika elektrycznego i spalinowego, działających oddzielnie bądź razem.
W swoich modelach hybrydowych Volkswagena i Porsche producenci zdecydowali się
na wykorzystanie sześciocylindrowej (V6) jednostki o pojemności 3,0 litra z
turbodoładowaniem, bezpośrednim wtryskiem paliwa oraz 8-biegową, automatyczną
skrzynią biegów. Silnik V6 ma moc 245 kW (333 KM) i przy 3 000 obrotów na minutę
osiąga moment obrotowy 440 Nm. Uzupełnieniem jednostki spalinowej jest
zintegrowany silnik-generator (IMG - Integrated Motor Generator) firmy Bosch.
Chłodzony wodą silnik elektryczny wraz z własnym sprzęgłem jest umieszczony w
module hybrydowym, pomiędzy silnikiem spalinowym a przekładnią. Moduł o średnicy
30 cm i długości zaledwie 145 mm zajmuje wyjątkowo mało przestrzeni montażowej.
Silnik IMG ma moc 34 kW, a jego maksymalny moment obrotowy wynosi 300 Nm. Silnik
elektryczny pozwala modelom Volskwagen i Porsche na jazdę z prędkością
maksymalną 50 – 60 km na godzinę przy napędzie wyłącznie elektrycznym, o ile
pozwala na to stan naładowania akumulatora NiMH. Akumulator ma pojemność 1,7 kWh
przy napięciu 288 V. Podczas hamowania silnik elektryczny działający jako
generator odzyskuje energię kinetyczną, która jest przekazywana do
wysokonapięciowego akumulatora.
Jeżeli kierowca zdejmie nogę z gazu, aktywowana jest tzw. funkcja żeglowania (działa
do prędkości ok. 160 km/h): silnik spalinowy jest automatycznie wyłączany, a
pojazd toczy się bez zużywania paliwa, przy czym funkcje bezpieczeństwa i
komfortu pozostają zachowane. Również podczas hamowania wszystko odbywa się
automatycznie. Sterownik systemu na podstawie zmiany położenia pedału hamulca
oblicza moment obrotowy hamowania, jaki musi wytworzyć silnik IMG. Zmiana napędu
nie ma wpływu na działanie systemów bezpieczeństwa, takich jak ABS czy ESP,
ponieważ działają one z zasady priorytetowo.
Przyspieszenie z silnikiem elektrycznym
Jeśli kierowcy się spieszy, silnik elektryczny może wspomagać działanie silnika
spalinowego. Daje to modelom Volkswagena i Porsche wynik 6,5 sek. do setki.
Funkcja Boost zwiększa moc pojazdu do 279 kW (380 KM), a moment obrotowy do 580
Nm. W porównaniu do silników pierwszej generacji nowe modele hybrydowe zużywają
do 40 proc. mniej paliwa. Według Nowego Europejskiego Cyklu Jazdy (NECJ) zużycie
spada do 8,2 litra benzyny na 100 km, emisja CO2 do 193 gramów na kilometr.
Obydwa nowe modele spełniają normę emisji Euro 5.
Inteligentne sterowanie zapewnia pełen komfort jazdy
Harmonijne, a dzięki temu zapewniające komfort działanie silnika spalinowego i
elektrycznego jest wynikiem współpracy nowoczesnej technologii sterującej i
zoptymalizowanych komponentów hybrydowych. Dzięki pracy włożonej w rozwój
technologii wtrysku paliwa do silników benzynowych firma Bosch może pochwalić
się długoletnim doświadczeniem w tej dziedzinie. Tworząc sterownik systemu
hybrydowego, połączono sprawdzoną technologię z innowacyjnymi rozwiązaniami.
Jako baza konstruktorom posłużył sterownik Motronic, stosowany w pojazdach
benzynowych z wtryskiem bezpośrednim. Dodatkowo zintegrowano w nim funkcje
specyficzne dla napędu hybrydowego, których zakres opracowany został wspólnie z
producentami pojazdów.
Ogromnym wyzwaniem przy opracowywaniu koncepcji napędowej były fazy przejścia
pomiędzy napędem elektrycznym, hybrydowym a spalinowym, ponieważ nie powinny one
w żaden sposób wpływać na komfort jazdy. Aby to zagwarantować, sterownik ma
stały dostęp do danych rejestrowanych przez czujniki silnika spalinowego,
silnika elektrycznego, akumulatora, sprzęgła i innych komponentów. Dzięki temu
sterownik może analizować dane i sterować współpracą napędów w czasie
rzeczywistym. Funkcje wykonawcze pełni sprzęgło adaptacyjne, które zapewnia
płynność przechodzenia z jednego trybu pracy w inny i gwarantuje, że silnik
elektryczny i spalinowy mają w chwili przekazywania mocy taką samą prędkość
obrotową. Zdaniem specjalistów Boscha to właśnie sprzęgło adaptacyjne jest
centralnym elementem równoległego napędu hybrydowego.
Hybryda i wtrysk bezpośredni idealnie się uzupełniają
Istotnym warunkiem optymalnej współpracy napędu i systemu wtryskowego jest
silnik V6 z turbodoładowaniem. Sterownik Motronic steruje każdym pojedynczym
wtryskiem paliwa do silnika spalinowego. Za pomocą dodatkowej magistrali CAN-Bus
sterownik wymienia wszystkie ważne dane z komponentami hybrydowymi, modułem
energoelektronicznym oraz akumulatorem. Oprócz tego efektywny silnik z wtryskiem
bezpośrednim obniża emisję spalin. Silnik spalinowy i elektryczny uzupełniają
się tak dobrze, że równoległe napędy hybrydowe stwarzają całkiem nowe możliwości
w zakresie rozwiązań poprawiających komfort jazdy. Active Damp Control to
koncepcja firmy Bosch, dzięki której silniki sześciocylindrowe sprawiają podczas
jazdy wrażenie mocniejszych jednostek. W przyszłości pomoże to zniwelować
systemowe wady mniejszych silników z turbodoładowaniem, do jakich zalicza się np.
spadek mocy podczas pokonywania wzniesień. Otworzy to rynek dla ekstremalnie
oszczędnych koncepcji silnikowych będących wynikiem downsizingu.
Optymalizacja komponentów otwiera drzwi rynku masowego
W porównaniu do innych koncepcji hybrydowych równoległe napędy hybrydowe są
tańsze w produkcji. Potrzebny jest w zasadzie tylko silnik elektryczny,
stanowiący jednocześnie napęd i generator prądu. Aby proekologiczna technologia
hybrydowa mogła być szerzej stosowana w różnych klasach pojazdów, firma Bosch
bezustannie rozwija systemy na płaszczyźnie komponentów – optymalizując np.
wielkość konstrukcyjną modułu energoelektronicznego. Pomimo konieczności
połączenia tak odległych od siebie cech jak wytrzymałość, maksymalna efektywność
oraz kompaktowość, konstruktorom udało się do tej pory zmniejszyć wielkość
modułu energoelektronicznego bez utraty jego wydajności o jedną trzecią, do 10
litrów, z zamierzeniem, aby w kolejnej generacji osiągnąć próg 5 litrów. Moduł
energoelektroniczny jest kluczowym komponentem pośredniczącym pomiędzy strefą
wysokiego napięcia silnika elektrycznego a siecią pokładową 12 V, którego
przetwornica zamienia prąd stały akumulatora w trójfazowy prąd przemienny
potrzebny silnikowi elektrycznemu – i odwrotnie.
www.bosch.pl
20100909069.9.2010Automotive-