Hybridní moduly

Podle střídmých prognóz se počítá s tím, že do roku 2010 bude na trhu k dispozici kolem padesáti typů hybridních automobilů, přičemž jejich podíl v prodeji by měl dosáhnout asi jednoho procenta. Do roku 2025 ale už má tento podíl vzrůst na pět procent, což odpovídá čtyřem milionům automobilů. Takové počty jsou samozřejmě výzvou, již nelze podceňovat. Automobilky nemají dostatečné možnosti rozsáhlé spektrum hybridní technologie vlastními silami vyvíjet, a tak jsou vděčny za aktivity, jež rozjeli dodavatelé. Ti vycítili velkou šanci a vytvořili takové kooperační svazky, které budou schopny nabízet systémy v kompletní podobě. Již delší dobu existuje aliance Continentalu a ZF Sachs, další pak tvoří kooperace mezi elektrotechnickým koncernem Bosch a výrobcem převodovek Getrag; podle stejného vzoru je nastavena spolupráce firem SiemensVDO a rakouské Magna Steyr. I když mezitím došlo k převzetí automobilové divize SiemensVDO koncernem Continental, nebude jistě důvod již rozjeté spolupráce rušit, a vystačí se pouze s nějakými kosmetickými úpravami. Každá z těchto kooperací chce nabízet flexibilní stavebnicový systém, kde by bylo možné z několika standardních komponentů složit vícero řešení rozličných hybridních koncepcí. Mezi hybridy totiž mohou být značné rozdíly.

Pokud se jedná o nejnižší formu hybridů, tzv. mikrohybridy, tak u nich se využívá většinou řemenem poháněný spouštěč/generátor, který není určen pro vlastní pohon automobilu, nýbrž umožňuje pouze komfortní funkci start/stop při zastavení a opětovném rozjezdu hybridního vozu sešlápnutím spojkového pedálu, což přináší úsporu až 8 % paliva. U hybridů kategorie mild a full se montuje spouštěcí generátor, umístěný mezi spalovacím motorem a převodovkou, který kromě funkce start/stop dovede podpořit svým točivým momentem spalovací motor a přeměnit pohybovou energii vozu v elektrickou pro dobíjení akumulátorů (rekuperace). Tento menší elektromotor, vypomáhající při rozjezdu nebo při předjíždění, má obvykle výkon do 25 kW, úspora paliva se pohybuje do 15 %. U hybridů kategorie full bývá spouštěcí generátor v paralelním módu oddělen spojkou jak od spalovacího motoru, tak od převodovky, což umožňuje absolvovat kratší úseky pouze prostřednictvím elektromotoru a tedy zcela bez emisí. V tomto případě se počítá se silnějším elektromotorem až 75 kW a se sníženou spotřebou asi o 20 %. Společnost Bosch uvádí, že hmotnost takového hybridního vozu se zvýší zhruba o 100 kg proti typu s konvenčním zážehovým motorem. Hybrid v sériovém módu využívá spalovací motor, provozovaný v optimálních otáčkách, jenž pohání generátor a vyrobený elektrický proud slouží k dobíjení akumulátorů a k pohonu elektromotorem, tedy výhradně elektrický provoz automobilu. Všechny tyto alternativy mají samozřejmě specifickou řídicí jednotku s vysokovýkonnou elektronikou a pro ukládání elektrické energie využívají různé druhy akumulátorů. Komponenty většinou pocházejí od dodavatelů, kteří je vyvíjejí ve spolupráci s automobilkami na míru podle jejich zadání.

Novým prvkem hybridních systémů je snaha po integraci elektromotorů do převodovky. Příklady mohou být klasický šestistupňový automat ZF nebo dvouspojková převodovka Getrag, kdy je elektromotor připevněn zvnějšku přírubou a přímo propojen s dílem, určeným pro liché převodové stupně převodovky. Toto schéma by měl mít první Volkswagen Hybrid připravovaný na letošní rok 2008, jenž je zčásti dílem společného projektu s firmami Continental a ZF Sachs. U dvouspojkové převodovky Getrag je naplánována ještě integrace druhého spouštěče/generátoru, takže kromě paralelního módu je možné hybridní automobil provozovat rovněž v módu sériovém. Dosud vyvíjené hybridní pohony byly většinou vázány na upravené konstrukce stávajících typů (s výjimkami jakou je například Toyota Prius). Příští generace automobilů už budou od počátku projektu koncipovány jako hybridní vozy. Např. vývojáři firmy SiemensVDO pracují již delší dobu na projektu, který každému z kol přidává vlastní elektromotor v jeho náboji. Takový hybrid v sériovém uspořádání získává potřebnou elektrickou energii z generátoru poháněného spalovacím motorem. Tato vize má ještě další pokračování, když do prohlubně kola lze vedle vlastního pohonu uložit ještě řízení, brzdy a odpružení (projekt eCorner).

I při nutnosti umístění potřebných akumulátorů ve voze tak zůstává více místa pro posádku i její zavazadla. K velmi důležitým komponentům patří akumulátory, kde největšími dodavateli typů Ni‑MH jsou zatím japonské firmy Sanyo a Panasonic EV Energy, ovšem zálusk na podíl ve slibně se rozvíjejím trhu s nastupujícími akumulátory Li‑Ion už mají také další asijští výrobci. Z aktuální diskuze o změnách klimatu, vyvolaných oxidem uhličitým CO2, vyplývají problémy, jež se zcela jistě dotknou zbytečně velkých vozů kategorie SUV. Zajímavé řešení jejich pohonu přináší prototyp HySUV, postavený společně firmami Magna Steyr a SiemensVDO na základě automobilu Mercedes-Benz ML 350, který disponuje jízdními výkony zážehového osmiválce a přitom má spotřebu třílitrového turbodieselu. Jeho pohon vychází z modulu E4WD, v němž jsou integrovány dva elektromotory spolu se čtyřmi lamelovými spojkami, pracujícími v olejové náplni. Spojky a elektromotory jsou řízeny tak, aby spalovací motor spolu s jedním elektromotorem přes automatizovanou převodovku poháněl kola zadní nápravy (paralelní hybrid), anebo druhým elektromotorem poháněl přes řetězový převod také kola přední nápravy (elektrický pohon). Kromě běžných funkcí jako jsou podpora točivého momentu při rozjezdu, start/stop a rekuperace elektrické energie je možná ještě jízda s elektrickým pohonem kol jedné nebo obou náprav, ale také trvalý pohon všech kol v sériovém módu. Projektů je samozřejmě mnoho, velké aktivity v tomto směru vyvíjí aliance automobilových koncernů General Motors, Daimler (Chrysler) a BMW (viz AR 4/’08) a samozřejmě japonští výrobci v čele s Toyotou, která už prodala přes milion hybridních automobilů různých typů.

 

Continental vyvíjí hybridní moduly s výkonem 20 – 70 kW a přes 70 kW (na kresbě;
1 – hybridní převodovka s jednotkou elektromotor/generátor,
2 – řídicí elektronika pohonné jednotky, 3 – akumulátory elektrické energie s řídicí elektronikou)


zdroj: Automobil 05/08
Autor: Pavel Biskup