loading

Hibrid - A környezetbarát megoldás

 

Hibrid – a környezetbarát megoldás

 

 

 

Mielőtt bemutatnánk a Suzuki új hibrid rendszerét, nézzük meg, mit is jelent a hibrid autó, a hibrid meghajtás kifejezés.

 

A hibrid autó olyan autó, amely a meghajtásához szükséges energiát több, egymástól eltérő elven működő erőforrásból nyeri.

 

E hibrid rendszerben a gyakorlati megvalósítás során legtöbbször a belső égésű motor és a villanymotor kombinációja jelenik meg. A hibrid autó jellemzően kevesebb fosszilis eredetű üzemanyagot fogyaszt, mint a csak belső égésű motorral rendelkező, ezért környezetbarátnak tekintik.

 

A hibrid autók a hajtáslánc vagy a felhasznált energiaforrás viszonylagos jelentősége szerint osztályozhatók.

 

 

 

A működési elv:

 

A hibrid autók akkumulátora menet közben is feltölthető. Egyrészt a belső égésű motor, másrészt az energia-visszatöltő rendszer segítségével. A belső égésű motor generátort hajt, és az termeli az áramot, amely vagy közvetlenül a járművet hajtja, és/vagy az akkumulátor töltésére fordítódik. Az üzemanyag-fogyasztás csökkentését célozza a start-stop funkció is, amely üresjáratban automatikusan leállítja és a szükséges időben újraindítja a belső égésű motort. Az energia-visszatöltő rendszer a fékezés energiájának visszatáplálását teszi lehetővé. A hibrid autó belső égésű motorja kisebb, mint a hagyományos (csak belső égésű motorral rendelkező) autóké. A rövid idejű gyorsításoknál azonban mindkét hajtás üzemelhet, így nincs jelentős fogyasztásbeli különbség a hagyományos hajtású autókhoz képest.

 

A hibrid rendszer egyik fő eleme az akkumulátor.

 

Az akkumulátor leggyakrabban lítiumion-akkumulátor. Emellett vannak még nikkel-fémhidrid, nátrium/nikkel-klorid, esetleg hagyományos ólomakkumulátorok is.

 

A lítiumion-akkumulátor azért gyakoribb választás, mert az ólomakkumulátorhoz képest könnyebb, gyorsabban tölthető, kb. hatszor több feltöltési-kisütési ciklust bír ki, valamint nem tartalmaz nagy mennyiségű (pl. balesetkor veszélyessé váló) savat.

 

 

 

Osztályozás a hibridizáció foka szerint

 

1. Teljesen hibrid

 

A teljesen hibrid (más néven teljes értékű hibrid, full hybrid) bármikor képes akár akkumulátorral, akár belső égésű motorral, akár mindkettővel meghajtva menni. Ilyen például az újabb Toyota Prius. Ahhoz, hogy a jármű csak akkumulátorról is tudjon üzemelni, nagy kapacitású akkumulátorra van szükség. Azért, hogy a mechanikai és az elektromos energiát könnyebben át lehessen alakítani egymásba, a hajtáslánc megosztott – ettől persze bonyolultabb lesz a rendszer. Egy differenciálműre is szükség van ahhoz, hogy szabályozni lehessen az egyes erőforrásokból nyert teljesítmény viszonylagos arányát.

 

A Toyota „hibrid szinergiahajtásnak” nevezi azt a rendszert, amelyet a Priusban és más modelljeiben is alkalmaz. Számítógépes vezérlés határozza meg, hogy mikor melyik erőforrásnak mekkora legyen a részaránya. Ez indítja el és állítja le a motorokat. A harmadik generációs Priusban a vezető választhat a hajtásmódok közül, így például van sportos használatra, dugóban történő araszolásra, illetve üzemanyag-takarékosságra optimalizált üzemmód is.

 

 

 

2. Rásegítő hibrid

 

A rásegítő hibrid járművek (power assist hybrid) elsősorban a belső égésű motorból nyerik az energiát. Szükség esetén a villanymotor rásegít egy kis plusznyomatékkal. A hajtáslánc meglehetősen szokványos. A belső égésű motor és a hajtómű között elhelyezkedő villanymotor lényegében egy nagy indítómotor, amit ilyenkor nemcsak a belső égésű motor indításához használunk, hanem akkor is, amikor a vezető „rálép a gázra”, növelni akarja a forgatónyomatékot. A villanymotor a belső égésű motor újraindításához is használható, vagyis álláskor leállítható a főmotor, miközben az elektromos berendezések az akkumulátorról üzemelnek.

 

Rásegítő hibrid hajtással rendelkeznek például a Honda hibridjei (többek között az Insight), amely a kis, hatékony benzinmotorok tervezéséről is híres. A Honda rendszerét integrált motorrásegítésnek (IMA) hívják. A rásegítő hibridek leginkább abban különböznek a teljesen hibridektől, hogy nem tudnak belső égésű motor nélkül üzemelni. De nem sok elektromos energiára van szükségük, ezért az akkumulátoruk is lehet kisebb.

 

 

 

3. Enyhén hibrid

 

Az enyhén hibrid (lágy hibrid, mild hybrid) autó lényegében egy hagyományos jármű. A kis villanymotor felfogható egy nagy indítómotornak is. Megálláskor, fékezéskor, „guruláskor” leáll a belső égésű motor, de gyorsan és tisztán újraindul. Az elektromos berendezések (pl. klíma) akkor is működhetnek, ha a belső égésű motor áll. Fékezéskor visszanyeri az energiát. A villanymotor még az üzemanyag befecskendezése előtt felpörgeti a belső égésű motort az üzemi fordulatszámra. Hegynek fel vagy előzéskor a villanymotor segít a belső égésű motornak.

 

 

 

4. Mikrohibrid

 

Üresjáratban a start-stop funkció automatikusan leállítja a belső égésű motort, utána pedig (pl. amikor a vezető leveszi a lábát a fékről) a másodperc törtrésze alatt finoman, simán újraindítja. Ezzel is növeli az üzemanyag-felhasználás hatékonyságát. Ez különösen azoknál a járműveknél előnyös, amelyek sok időt töltenek el dugóban vagy a zöld jelzésre várva. Ez a megoldás tisztán belső égésű motorral hajtott autókban is alkalmazható; ilyenkor 5-10% üzemanyagot takaríthat meg a start-stop funkció.

 

A hagyományos autóban a vízszivattyút és a légkondicionálót általában több, tárcsán átvezetett ékszíj hajtja meg a belső égésű motor főtengelyéről. Ennek a hajtásnak a hátránya többek között az, hogy ezek az elektromos gépek csak akkor működhetnek, ha jár a motor. A motort a maximumra kellett tervezni, hogy akkor is százszázalékos forgatónyomatékot tudjon leadni, amikor minden elektromos fogyasztó működik. A motor pedig a maximumon jár akkor is, amikor nincs szükség nagy elektromos teljesítményre. A mikrohibrid autóban villanymotor hajtja meg az elektromos eszközöket, éppen akkor, amikor kell.

 

Az indítómotor-generátor meghajtható szíjjal, vagy rászerelhető a főtengelyre (ISG, ISAD). A start-stop funkció ellátásához jól kell bírnia azt, hogy sűrűn indítja a belső égésű motort. A generátor nincs állandóan bekapcsolva (mint például a hagyományos autóknál), ilyenkor akkumulátorról üzemelnek az elektromos berendezések. A generátor akkor kapcsolódik be, amikor tölteni kell az akkumulátort, vagy fékezéskor (energia-visszatáplálás). A villanymotor rásegíthet a belső égésű motornak a jármű hajtásában, esetleg önállóan is hajthatja.

 

Mikrohibrid hajtással rendelkezik például a Smart Fortwo.

 

 

 

5. Konnektoros hibrid

 

A konnektoros (háztartási hálózatról tölthető) hibrid (plug-in hybrid, PHEV) villanymotort és belső égésű motort tartalmazó párhuzamos, soros vagy vegyes, teljesen hibrid autó. Nagy mennyiségű elektromos energiát képes tárolni (általában lítiumionos akkumulátorukban). Az utazás befejeztével az akkumulátor (pl. otthon a garázsban vagy a munkahelyen a parkolóházban) a közönséges elektromos hálózat konnektorához csatlakoztatva feltölthető, és akkor nem kell a jármű saját belső égésű motorját a töltésre használni.

 

 

 

A hamarosan életbe lépő EU-s kibocsátási normákhoz való igazodás sürgetőleg hat az autógyártókra. Utána komoly pénzbüntetés jár minden egyes legyártott autó után, amely nem felel meg az aktuális szabályozásnak. Még 2018 októberében szavazta meg az Európai Unió, hogy a 2021-es előírásokhoz képest mintegy 37,5%-kal kell csökkenteni a személyautók károsanyag-kibocsátását 2030-ra. Jelenleg az autógyártók 118,5 g/km CO2-értéket képesek tartani a paletták tekintetében, azonban a cél 95 g/km lenne. További nehezítő tényezőként azt a javaslatot is elfogadták, hogy 2025-re már el kell érniük a 15%-os mérséklést.

 

Jól látszik, hogy a jelenleg kínálatban lévő modellekkel ez az érték nem teljesíthető, egyre kisebb károsanyag-kibocsátással rendelkező autók kifejlesztésére lenne szükség, méghozzá meglehetősen gyorsan. A cél nyilván a helyi emisszióval nem rendelkező villanyautók gyártásának ösztönzése. Azonban mindez elképesztő költségeket vonhat maga után a gyártók szempontjából, mi több, az Európai Autógyártók Szövetsége (ACEA) előrejelzése szerint eltűnhetnek a megfizethető modellek a piacokról, és legalább ötmillió forint lehet a friss modellek kezdőára.

 

Európában egyedül a Toyota gondolkodott jóval előre az autógyártók közül, és eladásai java részét már most is a hibrid járművek teszik ki. A többiek csak a 2017/18-as évektől kezdtek rájönni arra, hogy nincs már sok idejük, hamarosan fizetniük kell, hacsak nem kezdenek valamit a belső égésű motorral szerelt autóikkal. Pontosabban azok szén-dioxid-kibocsátásával. A nagy kérdés, hogy akkor mi lesz ezekkel a gyártókkal? A plug-in hibrid verziók tömeges elterjedése nem lehet még végső megoldás, többek között a belső égésű társaikhoz viszonyított jelentős feláruk miatt. A tisztán elektromos autók ára pedig még a plug-in hibrideknél is magasabb.

 

Nem kérdés tehát, hogy a gyártósorok átszervezése és a minél kisebb károsanyag-kibocsátással rendelkező autók rohamtempóban történő kifejlesztése nagy fejtörést okozhat a gyártóknak az elkövetkezendő pár évben, illetve okoz most is az átmeneti időszakban. Azonban lehetnek viszonylag olcsóbb megoldások is. Az egyik ilyen lépcső lehet a plug-in hibridek, illetve a mild hibridek térnyerése, ami már ma is észrevehető a modellpalettákon. Lassan szinte kivétel nélkül létezik konnektorról tölthető változat a legnagyobb prémiummodellekből, és a többi gyártó sem rest új megoldásokért nyúlni, hogy csökkenjen egy adott modell CO2-értéke. Mára szinte alapvető, hogy SCR-katalizátorral szerelik a dízel személyautókat, ami a kipufogórendszerbe ültetett úgynevezett AdBlue folyadék spriccelésével igyekszik semlegesíteni a nitrogén-oxidokat. Ugyanakkor nagy változáson mennek át a benzines erőforrások is, melyekben drasztikus gyorsasággal jelentek meg a részecskeszűrők – ez korábban szintén csak a dízelekre volt jellemző.

 

Minden gyártó célja tehát, hogy minél olcsóbban megoldja modellpalettájának zöldítését, erre lehetnek jó alternatívák a 12 vagy 48 voltos mild hibrid rendszerek, amelyek a motorkonstrukciók jelentős változtatása nélkül kivitelezhetőek. Ráadásul nem is szükséges a házon belüli kifejlesztése, hiszen számtalan külsős autóipari szereplő kínál már hasonló rendszereket. Éppen az egyikük, a francia Valeo tett közzé egy közleményt, melyben Guillaume Devauchelle, a cég innovációs vezetője azt jósolja, hogy 2026-ra a világpiaci eladások 25%-át tehetik ki az ilyen rendszerekkel felszerelt autók. Ez nem kevesebb, mint 27 millió eladott autót jelent globálisan. Devauchelle azt is hozzátette, hogy számításaik szerint nem lesz olyan gyors az emissziómentes villanyautókra való átállás, ahogyan azt sokan gondolják. Szerintük a belső égésű motoroktól csak részlegesen tudnak megszabadulni, főleg a benzines erőforrással szerelt modellek vihetik továbbra is az eladások zömét.

 

 

 

 De mit is jelent a mild hibrid rendszer a Suzuki modelljeiben?

 

Ez a rendszer olyan helytakarékos, egyúttal könnyű súlyú egység, ami mindössze néhány kg-mal növeli az összsúlyt, és magában foglalja a generátorként és indítómotorként egyaránt működő integrált indítógenerátort (más néven ISG). A motorhoz szíjjal kapcsolódó ISG a jármű elindulásakor és gyorsításakor segíti a motor működését, ezenkívül regeneratív fékezéssel áramot is fejleszt, ami hozzájárul az üzemanyag-takarékosság javításához és a szén-dioxid-kibocsátás csökkentéséhez. Az autóinkhoz kifejlesztett hibrid benzin-elektromos motorrendszerünk egy nagy teljesítményű, kompakt lítiumion-akkumulátor segítségével energiatárolásra is képes, emellett az integrált indítógenerátorral működtetett motorleállító funkciót (start-stop) is tartalmaz.

 

A Suzuki hibrid rendszer csak az első hidegindításkor használja a motor hagyományos indítómotorját, minden egyéb körülmény esetén az ISG-egység segítségével teszi lehetővé a motor zökkenőmentes és csendes újraindítását. A regeneratív fékezésnek köszönhetően, amelynek során a kinetikus hőenergia villamos energiává alakul, az ISG a hagyományos generátoroknál nagyobb hatásfokkal termel áramot. Az ISG-egység azonnal érzékeli a fékpedál lenyomását, és egyaránt tölti a lítiumion-akkumulátort és a hagyományos akkumulátort.

 

A Suzuki az ebben a kategóriában legelterjedtebb a 12, illetve 48 voltos rendszereket használja. Az előbbit a kiskategóriás járműveiben, Suzuki Ignis, Suzuki Swift alkalmazzák. Míg a 48 voltos rendszerek 2020 elejétől forgalomba kerülő Suzuki Vitara és Suzuki SX4 S-Cross SHVS rendszere lesz.

 

 

 

A következő kisfilmünkben megtekinthetik a Suzuki fentiekben ismertetett hibrid rendszerének működését.