MHEV plus: Audi představuje novou generaci hybridizace

Audi uvedlo na trh první spalovací motory s novou technologií MHEV plus v rámci nových modelových řad A5 a Q5 zkonstruovaných na základě platformy PPC (Premium Platform Combustion).

Mild hybridní systém v nových modelech Audi A5 a Q5 sestává ze tří zásadních komponentů: nového generátoru (PTG) s kompaktní konstrukcí, integrovanou výkonovou elektronikou a synchronním elektromotorem s permanentními magnety, 48V sady akumulátorů a řemenem poháněného alternátoru (BAS) s funkcí spouštěče. Komponenty 48V systému jsou chlazeny kapalinou, aby bylo dosaženo optimálních provozních podmínek. Konstrukční celek systému MHEV plus lze integrovat do různých modelů s pohonem předních kol nebo pohonem všech kol quattro na základě platformy PPC (Premium Platform Combustion) pro prémiové vozy poháněné spalovacím motorem. Kapalinové chlazení výkonové elektroniky a elektromotoru v závislosti na situaci zajišťuje pro tyto komponenty optimální provozní podmínky, aby bylo možné ve všech provozních stavech uspokojit požadavky na výkon a točivý moment.

Nová technologie MHEV plus umožňuje čistě elektrický provoz a může podporovat spalovací motor. Systém tak zvyšuje výkony a agilitu při současném snížení spotřeby paliva, a tím i emisí CO₂.

Třeba u motoru 2.0 TDI v modelu A5 (150 kW pohon předních kol/quattro) je tak možné snížení až o 10 g/km, resp. 0,38 l/100 km, a u motoru V6 3.0 TFSI (270 kW quattro) dokonce až o 17 g/km, resp. 0,74 l/100 km (podle metodiky WLTP).

Generátor s funkcí elektromotoru jako výkonný modul poskytující dodatečnou hnací sílu

Další zásadní výhoda systému MHEV plus spočívá v tom, že zvyšuje výkony a jízdní komfort. Kompaktním a současně výkonným modulem elektrického pohonu v novém systému MHEV plus je generátor s funkcí elektromotoru (PTG). Tento komponent je také největším rozdílem oproti doposud značkou Audi nabízené technice MHEV, která pracuje výhradně s řemenem poháněným alternátorem s funkcí spouštěče. PTG, uložené v kompaktní jednotce s integrovanou výkonovou elektronikou přímo na výstupním hřídeli z převodovky, může k pohonu přispívat elektrickým výkonem až 18 kW (24 k). Tento modul umožňuje maximální točivý moment 230 N.m na výstupu z převodovky, který je k dispozici k pohonu vozidla již při jeho rozjezdu. Kompaktní převodovka PTG pracuje s převodem 3,6:1. MHEV plus využívá PTG do rychlosti jízdy 140 km/h, aby byla zajištěna maximální hospodárnost. Ve vyšších rychlostech je PTG odpojeno od poháněcí soustavy prostřednictvím integrované zubové spojky.

PTG má hmotnost 21 kilogramů a jeho výstupní hřídel dosahuje maximálně 5550 otáček za minutu. V závislosti na variantě vozidla a pohonu to odpovídá rychlosti jízdy 130 až 140 km/h.

Kam s elektromotorem?

S minimálními úpravami okolních dílů a komponentů byl vytvořen potřebný prostor pro uložení elektromotoru na výstupním hřídeli z převodovky ve stávajícím středovém tunelu vozidla. Umístění přímo za převodovkou nabízí řadu výhod: PTG přenáší svůj nejvyšší výkon 18 kW v režimu pohonu, resp. až 25 kW v režimu rekuperace přímo na výstup pohonu nápravy bez dalších ztrát. Vzhledem k tomuto uspořádání lze PTG používat beze změn a modulárně jak u pohonů předních kol, tak u pohonů všech kol.

Aby systém dokázal uspokojit také vysoké požadavky na komfort, musí být zajištěno precizní řízení točivého momentu, elektrického proudu a otáček elektromotoru. Rozsah provozních teplot sahá od minus 40 do plus 75 stupňů Celsia. Elektromotor je obklopen pláštěm chladicí kapaliny, který ve společném chladicím okruhu chladí také kompaktní a vysoce integrovanou výkonovou elektroniku, jež je prostorově úsporně připevněna přímo k elektromotoru. V montážním celku výkonové elektroniky jsou vysoce výkonné elektronické moduly uspořádány kolem chladicího tělesa. Meziobvodové kondenzátory jsou prostorově úsporně a termicky optimálně obklopeny chladicím tělesem.

Vývoj zaměřený na požadavky zákazníků

Značka Audi vyvinula technologii MHEV plus s ohledem na očekávané požadavky zákazníků. Dosud nabízené konvenční poháněcí ústrojí s funkcí start/stop nebo první generací mild hybridních systémů již sází na hospodárné moduly, které zajišťují například vypnutí motoru u stojícího vozu, při zastavování či setrvačné jízdě nebo rekuperaci 12V, resp. 48V systémem. Mezi zásadní přínosy nové technologie s vyšším stupněm elektrifikace patří zvýšení komfortu jízdy v režimu start/stop, setrvačná jízda s nulovými emisemi, rekuperace, využívání elektrického pohonu například při elektrickém zaparkování vozu nebo manévrování a vyšší výkon díky elektrické podpoře spalovacího motoru.

Vozidlo tak může být poháněno čistě elektricky s déle vypnutým spalovacím motorem při pomalé jízdě ve městě, v plynulém provozu, například na silnicích mimo město, nebo při setrvačné jízdě na úseku před začátkem obce. PTG poskytuje již při nízkých rychlostech točivý moment až 230 N.m, což výrazně vylepšuje jízdní dynamiku a spontánnost vozidla při rozjezdu. Výsledkem jsou výrazně lepší reakce vozu na sešlápnutí pedálu plynu, takže řidič vnímá jasně znatelné zvýšení agility především při rozjezdu, a to již na prvních metrech.

V rozsahu rychlostí od 0 do 140 km/h může PTG podporovat spalovací motor. MHEV plus přitom poskytuje dodatečný elektrický výkon až 18 kW. Spalovací motor může díky tomu pracovat v maximálně hospodárných provozních stavech. PTG dokáže v uvedeném rozsahu rychlostí získávat zpět energii rekuperací výkonem až 25 kW, a to až do okamžiku krátce před zastavením vozidla. Integrovaný systém řízení brzdové soustavy zajišťuje hladké kombinování obou zdrojů brzdné síly, beztlakové přibrzďování a nejlepší možnou rekuperaci, většinou bez použití třecích brzd. MHEV plus navíc umožňuje díky elektrickému kompresoru nepřetržitý provoz klimatizace i při vypnutém spalovacím motoru, například při stání před křižovatkou řízenou semafory.

BAS, sada lithium-iontových akumulátorů a iBRS se vzájemně optimálně doplňují

Řemenem poháněný alternátor BAS s funkcí spouštěče má v rámci technologie MHEV plus za úkol spustit motor a dodávat elektrickou energii do akumulátorové baterie. Pohon řemenem má oproti spouštěči s pastorkem akustickou výhodu a při spouštění roztočí klikový hřídel spalovacího motoru na vyšší otáčky. Z toho vyplývá nižší spotřeba paliva a vyšší komfort spouštění motoru. BAS navíc dokáže získat zpět energii motoru při jeho vypnutí a písty ve válcích postaví do optimální polohy pro opětovné spuštění motoru.

Sada lithium-iontových akumulátorů na základě lithium-železo-fosfátové technologie (LFP) má kapacitu 37 Ah, což odpovídá téměř 1,7 kWh (celková). Její maximální vybíjecí výkon je 24 kW. Akumulátorová baterie je vzhledem k požadavkům na dostupnost, výkon a točivý moment začleněna do nízkoteplotního kapalinového chladicího okruhu, který zajišťuje optimální provozní podmínky s teplotou mezi 25 a 60 stupni Celsia. Audi tak ve svých mild hybridních systémech poprvé používá akumulátorovou baterii LFP.

Důmyslná provozní strategie systému MHEV plus

U hybridního systému platí základní pravidlo, že nejvyšší účinnosti je dosahováno s nabitím sady akumulátorů na 50 až 60 procent, protože v tomto stavu dokáže jak napájet elektromotor vysokými proudy, tak ukládat vysoké nabíjecí proudy při rekuperaci. U hybridního systému není pozornost věnována dojezdu na elektřinu, ale vybíjení sady akumulátorů a jejímu nabíjení v rychlých cyklech. Tímto způsobem lze zpětně získávat maximálně velké množství energie a zanedlouho takto získanou energii znovu efektivně využívat k pohonu.