Kisfröccs vagy hosszúlépés?
Erre figyelj, ha hibridautót építesz!
Az elsőre talán triviálisnak tűnő kérdésre a válasz nem is annyira egyértelmű. Az autógyártó, aki évtizedek óta hagyományos hajtásrendszereket fejleszt, két lehetőség közül választhat: vagy új autót tervez új hajtáslánccal és több százmillió dolláros (ojrós) költséggel, vagy megpróbál egy kész modellben helyet találni a hibridalkatrészeknek, körülbelül egy nagyságrenddel kisebb befektetéssel. Míg a Toyota a Priussal vagy a Chevy a Volttal az első lehetőség mellett döntött, addig a legtöbb gyártó a kisebb költséggel és rizikóval megúszható megoldást választotta.
A hagyományos hajtásláncba több ponton is be lehet szuszakolni egy-egy villanymotort, és minden megoldás mellett érvek és ellenérvek sorolhatók fel. Legkézenfekvőbb talán közvetlenül a főtengelyhez kapcsolódóan, akár a lendkerék helyére építeni: ez viszonylag kis beavatkozás a hajtásláncba, így ha a motor-villanymotor egységre mint egyetlen erőforrásra tekintünk, az erőátvitel többi része gyakorlatilag változatlanul hagyható. A dolog szépséghibája, hogy mivel a két motor „össze van nőve”, a tisztán elektromos hajtás nem megoldható (hiszen közben forgatni kéne a dugattyús motort is), és a fékenergia visszanyerésénél is kedvezőbb lenne, ha a két erőforrást szét lehetne választani, és a vezető számára megszokott „motorfék” hatást pusztán a generátorral szimulálni.
Célszerűbbnek tűnik a villanymotort a kuplung és a váltó közé eszkábálni: így nem gond a tisztán elektromos hajtás, a büdös és zajos motor pedig bármikor, akár menet közben is leállítható – feltéve persze, hogy a fék- és kormányszervóról, netán a klimatizálásról más módon gondoskodunk. Elinduláskor és megálláskor, közvetlenül a nulla fordulatszám közelében azonban elég problémás a villanymotor pontos szabályozása, ezért több gyártó egy második kuplungot is beépít, melynek csúsztatásával megoldható a finom átmenet. Ezzel viszont újra hosszabb, bonyolultabb és drágább lett az egész rendszer.
Soros, párhuzamos, elágazó
Az elektromotor méretét és elhelyezését taglalva kimondatlanul is feltételeztük, hogy úgynevezett párhuzamos hibridekről van szó, ahol a két erőforrás élete nagy részét mechanikus kapcsolatban tölti. A villamos gép hol hozzátesz a belső égésű motor teljesítményéhez, hol elvesz belőle: együtt sírnak, együtt nevetnek.
Jó tudni azonban, hogy más elképzelések is léteznek: a soros hibrideket például onnan könnyű felismerni, hogy a főtengely és a hajtott kerekek között nincs közvetlen, mechanikus kapcsolat. Az erőátvitelnek ez a formája a nagyvasúti vontatásban igen elterjedt: a dízel-elektromos mozdonyban a dugattyús motor egy generátort forgat, az azzal termelt áram pedig a kerekekhez kapcsolódó villanymotorokat hajtja. Ez azonban így még nem hibridhajtás (definíció szerint ehhez egy második energiaforrás, pl. akkumulátor is kellene), és nem is a hatékonyság növelése, mint inkább az a kényszer hívta életre, hogy ebben a teljesítmény- és nyomatéktartományban hiába is keresnénk kuplungot és váltót a boltban. A motor→ generátor→ villanymotor elrendezést autókban is kipróbálták, de a kísérletek azt mutatták: az optimális üzemmódban berregő motor hatékonyságjavulását felemészti a többszöri energiaátalakítás és a plusztömeg, a költségekről és az akusztikáról nem is beszélve. Kinek kéne olyan autó, aminek olyan hangja van gyorsításkor, mint a Záhonyból kijáró Szergejnek, ha már a CVT-t is nehezen veszi be az emberek gyomra? Illetve a füle.
A partvonalra szorult soros hibridek azonban sajátos módon élednek újjá a range extenderek vagy más néven plug-in-hibridek megjelenésével. A szó szerint hatótávnövelést jelentő elrendezés a villanyautók felől közelíti meg a mobilitás problémáját, ahol az akkumulátorok korlátozott kapacitása miatt egyelőre elérhetetlennek tűnik az elfogadható, legalább 4–500 km-es hatótáv. Ahhoz, hogy a rendszerint 100–150 km után lemerülő akksikkal is el lehessen jutni a horvát tengerpartra, nem kell más, mint egy aggregátor a barkácsboltból. Ez így egyben pedig akárhogy is nézzük, nem más, mint egy soros hibrid, bármit is mondanak a General Motors marketingesei. Tény viszont, hogy a hangsúly a klasszikus soros hibriddel szemben egyértelműen a villamos hajtáson van, a pici belső égésű „segédmotor” pedig csak végszükség esetén indul be. A Chevy Volt és az Opel Ampera lehetnek az első képviselői a „hatótávnövelt” hibrideknek, de más gyártók is látnak fantáziát az ötletben. Mivel ezek az autók életük jelentős részében tisztán elektromos üzeműek, jobb, ha a szükségáramforrás is észrevétlen marad: finoman kiegyensúlyozott, agyoncsillapított, pici, 2-3 hengeres motorokra gondoljunk. Élénkebb fantáziával pedig akár egy óramű finomságával járó, vibrációmentes, apró Wankelre. Fél liter szóda mellé nagy ritkán egy-egy csepp borocska – a józan életű, káros szenvedélyektől mentes emberek autója lehet a range extender.
Az elágazó (power-split, leistungsverzweigt) hibrid a Toyota különutas megoldása, amit a Prius mellett a héten bemutatkozó Aurisban és a Lexusokban láthatunk viszont. A soros és párhuzamos architektúra bizonyos jegyeit egyszerre magán hordozó elgondolás finomságait rövidesen külön cikkben elemezzük.
Nem kell a kuplungokkal vacakolni, ha a villanymotor a váltó kimenő tengelyére, netán a hátsó differenciál elé kerül. Ennek megvan az a hatalmas előnye is, hogy a váltás közben rövid időre óhatatlanul megszűnő vonóerőt az elektromotor célzott vezérlésével (legalább részben) kompenzálhatjuk, így harmonikus, folyamatos, rángatásmentes gyorsulás érhető el. Óriási hátránya az elrendezésnek ugyanakkor, hogy a kerék és az elektromotor közötti áttétel fix, így elinduláskor a nyomaték nem sokszorozódik, a viszonylag kis villamos géppel elérhető mellbevágó gyorsulás tehát elmarad. Ugyanennek az elgondolásnak érdekes, kissé elfajzott változata a „through-the-road” hibrid, ahol a hátsó kerekeket hajtó elektromotor nincs közvetlen mechanikus kapcsolatban az első tengelyhez kapcsolódó dugattyús motorral: az erőátvitel az úton és a többé-kevésbé együtt forgó kerekeken keresztül történik. E rafinált összkerékhajtásról a Peugeot 3008 bemutatója kapcsán rövidesen részletesen beszámolunk.
Elvi megoldásként felmerülhet még a hajtáslánc legvégére, a kerékagyba integrálni az elektromotort úgy, ahogy azt Porsche az első hibridautójánál tette 1900-ban. Az elmúlt száz évben rendszeresen újra és újra fel-, majd elvetett ötlet legnagyobb hátránya a rugózatlan tömeg drasztikus növekedése, amellyel napjaink autóinak rugózási komfortja és stabilitása elérhetetlen célnak tűnik. További hátrány, hogy az elektromotor nyomatéka többé-kevésbé arányos az átmérőjével, egy izmosabb motor így el sem férne a felni által szűkre szabott helyen. Mindenesetre érdekes látvány lenne egy Toyota iQ méretű agymotoros jármű 18-20 colos kerekeken peres gumikkal. Ezzel szemben egy kukásautó esetében sem a rugózatlan tömeg, sem a kerékméret nem tűnik leküzdhetetlen akadálynak, így az örök túlélő agymotoros koncepciót ma sem írhatjuk le teljesen.
Ön máshová tenné a villanymotort?
Véleményét ossza meg másokkal a cikkhez kapcsolódó blogposzton!
A következő hetekben rendszeresen bukkannak fel hibridautók a Totalcar hasábjain: bemutatjuk a hibrid Aurist, kivesézzük a Prius hajtásláncát és utánanézünk, mire képes a Peugeot „through-the-road” hibridje. Árulja el: Ön miről olvasna még szívesen a hibridek kapcsán?
