Darbinio tūrio mažinimas leido automobilių gamintojams padidinti vidaus degimo variklių našumą, o tam reikalingos aukšto slėgio degalų tiekimo ir turbinų technologijos pasiekė lig tol neregėtą lygį. Vis dėlto greitai buvo pasiekta riba, kai toliau forsuojant variklius buvo rizikuojama jų patikimumu. Išsigelbėjimu šioje situacijoje tapo hibridinės sistemos, o ypač paplito švelnieji hibridai, skelbiama „Velocita“ pranešime žiniasklaidai.
Poreikį mažinti darbinį tūrį itin anksti įsisąmonino „Ford“ įmonė, kurios 1 litro benzininis „EcoBoost“ agregatas jau per 2012-aisiais įvykusį debiutą prestižinių „Internatiol Engine and Powertrain of the Year“ apdovanojimų renginyje buvo išrinktas absoliučiai geriausiu varikliu ir šį titulą iškovojo trejus metus iš eilės. Dėl savo galios, ekonomiškumo ir patikimumo šie jėgos agregatai ilgus metus neturėjo lygių savo darbinio tūrio kategorijoje.
„Ford“ taip pat tapo viena iš pirmųjų bendrovių, varikliams greitai pritaikiusių vadinamojo švelniojo hibrido (angl. „Mild Hybrid“ arba mHEV) technologiją. Ypač plačiai ji naudojama mažiausių 1 litro „EcoBoost“ variklių konstrukcijoje.
Pavyzdžiui, visi „Ford Puma“ krosoverio jėgos agregatai šiuo metu yra su švelniojo hibrido įranga. Ekspertai pažymi, kad tokį pasirinkimą nesunku pagrįsti – technologija ganėtinai nesudėtinga, o jos privalumai – akivaizdūs.
Konstrukcijos nekeičiantis patobulinimas
Kauno technologijos universiteto Elektros ir elektronikos fakulteto dekanas Algimantas Valinevičius atkreipia dėmesį, jog pirmosios švelniojo hibrido sistemos pasirodė dar prieš 20 metų. Serijinėje gamyboje ši technologija, anot mokslininko, plačiai pradėta taikyti po to, kai buvo itin sugriežtinti CO2 emisijos reikalavimai, kurie yra neatsiejami nuo degalų sąnaudų. O tai buvo įmanoma tik mažinant vidaus degimo variklių darbinį tūrį.
„Pritaikius turbokompresorius, esant dideliems sūkiams šie varikliai gali išvysti tokią pat galią kaip ir didesnio darbinio tūrio agregatai, tačiau iškilo problema – mažas sukimo momentas apatinėje sūkių diapazono dalyje. Švelnieji hibridai su montuojamais starteriais-generatoriais leido inžinieriams išspręsti šį klausimą“, – aiškina mokslininkas.
Pavyzdžiui, minėtas „Ford Puma“ modelis su 1 litro darbinio tūrio varikliu ir švelniąja hibridine sistema priklausomai nuo versijos išvysto 125–155 AG galią ir pasiekia 210–220 Nm sukimo momentą.
Vilniaus technologijų ir dizaino kolegijos lektorius Donatas Kriaučiūnas pritaria, kad viena pagrindinių priežasčių, lėmusių spartų švelniųjų hibridų populiarėjimą – didėjantis spaudimas gamintojams mažinti CO2 emisiją. Anot jo, mažiau taršūs automobiliai patrauklesni ir pirkėjams, nes šie vis dažniau atsižvelgia ne tik į degalų sąnaudas, bet ir į taršos mokestį lemiantį emisijos rodiklį.
„Esamas ar naujai pristatomas modelis su gana nedidelėmis modifikacijomis gali virsti švelniuoju hibridu. Toks automobilis įprastai turi nedidelės talpos, neaukštos įtampos bateriją ir ne itin galingą elektros variklį, kuris regeneracinio stabdymo metu papildo energijos atsargas“, – komentuoja pašnekovas.
Apkrova sumažėja – patikimumas padidėja
Tarp variklio ir pavarų dėžės montuojamas papildomas elektros mazgas suteikia papildomą sukimo momentą, kol jo dar negali išvystyti vidaus degimo variklis. A. Valinevičius pastebi, kad tai labai svarbu automobiliui pajudant iš vietos – starteriui-generatoriui veikiant drauge su vidaus degimo varikliu užtikrinama pakankama trauka. Varikliui tenka mažesnė apkrova, o našumas išauga.
„Automobilyje su vidaus degimo varikliu nuspaudus akceleratorių iki dugno, momentinių degalų sąnaudų rodiklis gali siekti ir 20 l/100 km ar dar daugiau, nors važiuojant pastoviu greičiu jis gerokai kuklesnis. Tuo pagreitėjimo momentu įsiterpiantis kad ir nedidelės galios elektros variklis leidžia sumažinti tą galios poreikį. Dėl tos pačios priežasties sumažėja ir CO2 emisija“, – sako profesorius.
Pajudant iš vietos, menkesnė varikliui tenkanti apkrova padidina jo ilgaamžiškumą. Tai svarbu vis labiau populiarėjantiems mažiausiems 1 litro trijų cilindrų agregatams, kurių detalėms tektų itin dideli krūviai.
„Natūralu, kad, siekiant išvystyti didžiausią sukimo momentą, į cilindrus įpurškiamas maksimalus degalų ir oro mišinio kiekis, smarkiai apkraunama švaistiklio-stūmoklio grupė, o tepimo sąlygos – anaiptol ne optimalios. Įterpus elektros variklį, šios apkrovos sumažėja, o vidaus degimo variklio patikimumas išauga“, – konstatuoja A. Valinevičius.
Mokslininkas prognozuoja, kad, toliau griežtėjant emisijos normoms, automobilių gamintojams neliks kitos išeities ir galiausiai visi vidaus degimo varikliai bus komplektuojami kartu su hibridinėmis sistemomis. Juolab kad švelnieji hibridai iš esmės nekeičia automobilio konstrukcijos, o starteris-generatorius drauge atlieka ir vidaus degimo variklio darbą išlyginančio smagračio funkciją.
Paprasta, bet efektyvi technologija
A. Valinevičius priduria, jog greta efektyvumo švelnieji hibridai turi ir kitą privalumą – starteriui-generatoriui nereikalinga didelės talpos baterija, todėl pati sistema yra pastebimai pigesnė nei savaime įsikraunančių arba įkraunamųjų hibridų. Paties elektros variklio galia nedideliuose miesto automobiliuose gali siekti vos keletą kilovatų, tačiau to visiškai pakanka.
Automobiliuose su švelniojo hibrido sistema taip pat gerokai sklandžiau veikia „Start-Stop“ funkcija. Nemaža dalis vairuotojų šios technologijos nemėgsta ir, pasak profesoriaus, juos galima suprasti: sustojus sankryžoje, o ypač įkalnėje, įprastai ji veikia grubokai ir nėra patogi.
Taip pat visas procesas šiek tiek užtrunka, o vairuojant mieste tai nėra patogu. Švelniuosiuose hibriduose viskas kiek kitaip.
„Starteris-generatorius užtikrina švelnesnį ir tolygesnį pajudėjimą iš vietos, nes nereikia laukti, kol užsives variklis ir bus pasiekti reikiami sūkiai“, – apie vieną iš privalumų kalba mokslininkas.
Švelniuosiuose hibriduose taip pat veikia energijos regeneracijos funkcija – kiekvieną kartą lėtėjant starteris-generatorius stabdo transporto priemonę ir užpildo bateriją pagaminta elektra. Automobilių gamintojai nurodo, kad švelniojo hibrido sistema leidžia iki 15 proc. nurėžti degalų sąnaudas.
„Daugiau sutaupyti kažin ar pavyks. Taip pat reikia turėti omenyje, kad švelnieji hibridai efektyviausiai išnaudojami vairuojant mieste. Įveikiant didelius atstumus užmiesčio keliais, tai nesudarys juntamo skirtumo“, – akcentuoja pašnekovas.
Akivaizdi to nauda pastebima kasdien vairuojant automobilį. Štai „Ford Puma“ krosoverio su švelniojo hibrido technologiją turinčiu 1 litro darbinio tūrio 155 AG galios varikliu vidutinės degalų sąnaudos – 5,5 l/100 km. Vieno didžiausių specializuotų Didžiosios Britanijos leidinių „What Car?“ žurnalistai realiomis sąlygomis pasiekė dar geresnį rezultatą – ilgalaikio testo metu vidutinės degalų sąnaudos siekė 5,2 l/100 km.
D. Kriaučiūnas kaip švelniųjų hibridų privalumą įvardija ir aukštesnės įtampos įrangos naudojimą. Inžinierius atkreipia dėmesį, jog dėl aukštesnės įtampos galima pasitelkti didesnės galios elektrinius komponentus. Pavyzdžiui, gali būti montuojamas elektrinis kompresorius, tiekiantis suslėgtą orą į variklio įsiurbimo sistemą, nepriklausomai nuo variklio sūkių ar išmetamųjų dujų srauto.
