Тунинг БГ Новини
Преди 10 години мнозина твърдяха че манията на Renault по електрическата мобилност ще е пагубна за фирмата. Пътят през все още мътните води в които навлизаше с модели като Fluance Z.E. бе абсолютно непредвидим. От Renault обаче не спряха да лансират изцяло електрически модели като Zoe, Twizzy, Twingo или Kangoo Z.E. Сега всички автомобилни компании които проектират и произвеждат електрически автомобили могат да разчитат на изключително интензивната развойна дейност в областта на литиево-йонните клетки. Когато Renault и неговият побратим Nissan представяха първите си автомобили с батерии с всичко на всичко 22 кВтч търсенето на доверен производител на литиево-йонни клетки, подходящи за работа в електромобили бе трудна работа в неблагоприятна среда. В случая най-добри се оказаха контактите на Nissan с японската компания NEC и топлата връзка на автомобилната компания Samsung (откъдето произхождаше моделът Fluance) с LG Chem.
Както при по-голямата част от производителите хибридните технологии не бяха сред приоритети на френско-японската компания. Не е нужно да повтаряме отново че дизеловите двигатели на Renault вършеха (и продължават да вършат) чудесна работа когато става дума за задвижване с ефективни машини и това едва ли щеше да се промени особено, ако събитията с дизеловия скандал не бяха насочили в друга посока вектора на развитие и за тази компания.
Безспорен факт е че днес делът на дизелови автомобили намаля от над 50 до под 25 процента. Същевременно с това изискванията към емисиите на въглероден двуокис стават все по-драстични и в краткосрочен план решението естествено е в увеличаване на дела на електрическите и хибридните модели. Заради естеството си на работа с ниска ефективност при частично натоварване от хибридна система се нуждае именно бензиновият мотор. Модерните бензинови агрегати могат да достигнат коефициент на полезно действие от 41 процента с което се доближават значително до дизеловите, но за съжаление при частично натоварване, като движение в града средният им коефициент на полезно действие може да се снижи до под 10 процента. Именно резките флуктуации в ефективността на бензиновия мотор в голяма степен се компенсират от хибридната система и това в най-голяма степен е валидно за пълнохибридните системи. Типични примери за подобна архитектура е системата на Honda i-MMD, която на практика е последователна (серийна) и HSD на Toyota, която е паралелно-последователна – и двете с две електрически машини, всяко от които в ролята съответно на мотор и генератор. В същността и на двете системи се крие фактът че благодарение на буферната роля на хибридната система (в това число на акумулаторната батерия) двигателят с вътрешно горене получава значителна степен на независимост в работата си и възможност за функциониране в зони с висока ефективност – в средни оборотни диапазони и почти максимално натоварване (с широко отворена дроселова клапа), близо нивото на максималния въртящ момент. Проблем на този вид системи е значителното намаляване на ефективността при увеличаване на скоростта на автомобила поради което от Honda прибягват към добавяне на директна механична връзка на ДВГ с трансмисията, а в Toyota до добавяне на допълнителни механизми за ограничаване на тези ефекти. Mercedes и BMW имаха кратка авантюра със сложната Two Mode хибридна система от която се отказаха в полза на паралелни хибридна технология, която след няколко стъпки на развитие в момента се реализира само в plug-in версии. За по-голямата част от германските производители включително VW и Porsche това е окончателното хибридно решение. Тези системи позволяват изминаване на пробег от около 50-60 км само на електричество, а значителната електрическа компонента компенсира факта че единствената електрическа машина работи само като мотор или генератор, в резултат от което гореспоменатият ефект за постигане на максимално ефективна работа не е толкова изразен. Разбира се и в двата случая съществува възможността за изключване на двигателя при престой и рекуперация на енергия – фактори от особена важност за икономията на гориво. Американският производител GM разчита на свои собствени разработки, част от които базирани на архитектурата на Two Mode, Ford използва технологията на Toyota, корейските производители предлагат паралелни хибридни системи в стандартна и plug-in версия, а plug-in хибридните решения на PSA, включително Opel са от така наречената split-axle система, която на практика е паралелна с допълнителен електрически мотор на задния мост. Дори колегите на Renault от Infiniti използваха система с паралелна архитектура и допълнителен съединител зад трансмисията.
Автентичната система на Renault
Renault се появи съвсем наскоро на тази сцена, но за това пък със своето напълно автентично решение, което няма нищо общо с нито едно от гореспоменатите решения. Във версията за Clio тя е хибридна, а в тази на Captur plug-in хибридна. Наречена от маркетинга на компанията E-Tech Hybrid тя успява да комбинира най-добрите качества от двата свята при това с изключително интелигентно решение без сложни и тежки механизми. Както при пълнохибридните системи на Toyota и Honda хибридната архитектура E-Tech включва две електрически машини. Към тях се добавя класическа механична трансмисия, която функционира по подобие на автоматизирана трансмисия. За разлика от нея обаче свързването на зъбните колела към валовете не става със синхронизатори, а с помощта на прости зацепващи зъбни механизми известни като “dog claw” или “dog clutch”, използващи се обикновено при зацепване на първоначално стационарни валове. Възможността на активирането на предавки става с помощта на електрически активиращи механизми и прецизно синхронизиране на оборотите на валовете чрез намеса на електрическите машини, поради което отпада и нуждата от съединител. Мощният тягов двигател е разположен в края на механичната трансмисия и директно към силовия тракт, а към двигателя с вътрешно горене е директно зацепен с предавка генераторът. За хибридната и plug-in хибридната версия на системата се използват едни и същи електрически агрегати с мощност от съответно 36 кВт/49 кВт за тяговия мотор и 15 кВт/25 кВт за генератора. Разликата в мощността между двете версии произтича от факта че съответните компановки използват батерии с различен капацитет и различно изходно напрежение (съответно 150-230 и 345 волта). Интересен е фактът двете батерии, с капацитет съответно от 1,2 кВтч за хибрида на Clio и Captur и 9,8 кВтч за plug-in хибрида Captur имат по еднакъв брой (68) клетки, но с различен размер и капацитет при различните системи. Респективно различна е и изходна мощност. Различното напрежение се постига чрез различно конфигуриране на клетките/модулите. При версията с хибридно задвижване батерията се охлажда въздушно, а голямата батерия с капацитет от 9,8 кВтч се охлажда с допълнителен нискотемпературен кръг с топлообменник интегриран с общия пакет радиатори пред двигателя.
Изключително леки компоненти
В общия алуминиев корпус на изключително леката трансмисия са комбинирани четирите механични предавки свързани с двигателя с вътрешно горене и две отделни за електродвигателя което също е предимство пред останалите решения. Така електрическият агрегат може да работи в по-ефективни режими. Благодарение на гореописаната компановка системата може да функционира в различни режими – в чисто електрически, в режим на последователен хибрид, на паралелен хибрид, на паралелно-последователен или със задвижване само от двигателя с вътрешно горене. Последният е разновидност на агрегата HR16DE, постига стандарта за емисии Euro 6d работи с два инжектора за впръскване във всмукателните колектори, благодарение на които постига работа с частично бедни смеси и е настроен за работа в Аткинсън цикъл. Вътрешното му триене е намалено с помощта на диамантено-подобно покритие и т.нар Bore Spray Coating на различни триещи се компоненти. Всеки един от електрическите агрегати пък има собствен конвертор, налице е и един общ за трансформиране DC/DC.
Автомобилът потегля само с помощта на електрическия тягов мотор използвайки първа предавка EV1 на електромотора. В хибриден режим в зависимост от желанията на водача, респективно натискането на педала за газта, управляващата електроника изчислява необходимата мощност и в зависимост от параметрите на движение и състоянието на батерията включва съответната предавка на механичната трансмисия – на базата на логиката по която се превключват предавките в конвенционален автомобил и в зависимост от скоростта и възможността за подпомагане от електромотора. Предавателното число на четвърта е приблизително такова като на шеста нормална предавка. Същевременно електрониката решава и коя от двете предавки на електрическия мотор да активира.
В чисто електрически режим скоростта на движение е до 30 км/ч (с изключение на чисто електрическия режим на plug-in хибрида Captur когато батерията е заредена над определено ниво). В режим на сериен хибрид задвижването става от електромотора, а ДВГ не предава въртящ момент към колелата, но работи за да зарежда батерията и на практика по този начин заедно с нея също осигурява електричество за задвижването. В този режим топлинната машина функционира в максимално ефективни зони, в оборотен диапазон от 1200 до 2000 об./мин. Тъй като на практика това е електрически режим той може да се активира още от скорост от 0 км/ч. Все пак трябва да се има предвид че максималната мощност на стартер-генератора (който стартира и ДВГ) e 15 кВт при E-Tech Hybrid и 25 кВт при E-TECH plug-in Hybrid.
При по-високи скорости на движение автомобилът преминава в режим на паралелен хибрид с почти всички възможни комбинации от предавки на електромотора EV1 и EV2 и на двигателя (ICE1-4). Освен всичко това съществува и режим на паралелно-последователен хибрид, който е подобен на паралелния, но са активирани ДВГ и генераторът, който зарежда батерията. При режим на по-висока скорост електрическият тягов двигател се изключва, а задвижването се поверява само на двигателя с вътрешно горене и механичната трансмисия, поради по-високата ефективност на тази комбинация от електрическата. В режим на рекуперация тяговият електромотор се превръща в генератор, а при нужда от още по-голямо ниво на регенеративна енергия (като например активиран режим B) през двигателя с вътрешно и свързаният с него генератор.
Какво се случва на практика?
Удивителното в цялата тази компановка е хармонията с която агрегатите работят. Една от причините Toyota да избере система с обединяващ планетарен механизъм за своята HSD когато започва разработките на хибриди са плавните преходи между отделните режими на работа. Системата на Renault използва механична трансмисия, но модерните системи за електронен контрол позволяват прецизното превключване на предавки с използване на синхронизация от електрическите машини. Водачът разпознава преминаването от една на друга предавка, но това става плавно и без тласъци. В режими на малко натоварване се разпознава работата като последователен хибрид с нехарактерно равномерния режим на работа на двигателя с вътрешно горене. При ускоряване от различни скорости и равномерно движение електрониката анализира нуждите от въртящ момент и взима решение за натоварването на агрегатите и пропорцията, а със своите 205 Нм електрическият мотор в голяма степен компенсира дефицита на въртящ момент (144 Нм) на двигателя. Вероятно решението за използване на атмосферен агрегат от арсенала на Renault е продиктуван както от възможността за използване на цикъл на Аткинсън така и от ценови съображения и възможност за хармонизация на преходите.
Както Clio така и plug-in хибридният Captur предлагат балансирано задвижване, с комфортно действаща система, която не натоварва водача дори когато от нея бъдат извикани повече мощност (максимум 145 и 158 к.с.). В комбиниран цикъл по разходът на гориво по WLTP се приближава до този на дизеловите модели и е около 4,3-4,5 л/100 км (1,4 л при протокола с чисто електрическо за Captur и Megane).
Текст: Георги Колев
Всичко започва от един модел Lego
Всъщност създаването на E-Tech има доста драматична инженерна история и започва с един модел на Lego, създаден от екипа на специалиста по задвижвания и хибриди Никола Фремо преди 10 години. В него той използва концепция с електрически мотор и трансмисия без съединител и с зъбно зацепване, така наречените “dog clutches”, каквато вече на практика е реализирана от Renault Typ A през 1898 г. Системата предизвиква интереса и в разработките на реален прототип се включват екипите на няколко негови колеги, с цел адаптиране на трансмисията с електрическите агрегати и подходящата синхронизацията. Малко по-късно Renault започва навлизането не само в своята електрическа ера, но и в ерата на хибридните системи във Формула 1. Междувременно екипите работещи по хибридната система „наследник“ на Lego разработката на Фремо представят прототипа Eolab на Парижкото автомобилно изложение през 2014 г. Той е базиран на Clio, използва трицилиндров мотор и 3-степенна трансмисия без съединител, от които само една се използва за ДВГ. С развитието на технологията към нея се включват все повече специалисти от различни отдели, впрягайки наученото за енергийния мениджмънт на колегите от Формула 1. В хода на еволюцията на системата е добавен втори електрически мотор, а трансмисията става с четири предавки за ДВГ и две за електромотора. Втората електрическа машина дава възможност за работа в режими на сериен хибрид и заради генераторните му функции намалява нуждата от батерия с по-голям капацитет. С нейното добавяне в проекта се включва и Nissan, който поема голяма част от работата по интеграцията на електрическите и топлинни машини, както и управлението на токовете. Ефективното синхронизиране на механичните агрегати позволява използването не само на зъбното зацепване, но и на маломощни активиращи предавките устройства, а електромоторите вече не са с допълнително възбуждане, а с постоянни магнити. В ролята на топлинна машина влиза преработеният двигател HR16. Десет години след началото на разработките иновативната теория вече се предлага серийно.
Tuning-BG.com
