Značka Audi uvedla 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) pro prémiové vozy poháněné spalovacím motorem. Spalovací motor je u nové technologie podporován mild hybridním systémem s napětím 48 V, v němž probíhá jedinečná souhra generátoru PTG s doplňkovou funkcí elektromotoru, řemenem poháněného alternátoru BAS (Belt Alternator Starter) s funkcí spouštěče a lithium-železo-fosfátového akumulátoru (LiFePO4). MHEV plus přitom snižuje emise CO2 a současně zvyšuje výkony a agilitu. Kompletně připojitelný a odpojitelný modul PTG s integrovanou výkonovou elektronikou a elektromotorem umožňuje za jízdy využívat elektrický pohon, který snižuje spotřebu paliva a přispívá k ještě komfortnější jízdě.
„S novou technologií MHEV plus urychlujeme u našich nových modelů na základě platformy Premium Platform Combustion pro prémiové vozy poháněné spalovacím motorem elektrifikaci, která je přizpůsobena požadavkům našich zákazníků,“ říká Geoffrey Bouquot, člen představenstva společnosti AUDI AG odpovědný za technický vývoj. „Tímto krokem posilujeme naše produktové portfolio složené ze zcela elektrických modelů, plug-in hybridních vozů a vozidel poháněných hospodárnými spalovacími motory.“
MHEV plus umožňuje atraktivní funkce, jakými jsou dílčí elektrický pohon, elektrická podpora spalovacího motoru a zásadní zvýšení hospodárnosti a komfortu. 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.
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).
Předprodej nového Audi A5 zahájen. Cena startuje na 1,157 milionu korun
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 koní. Tento modul umožňuje maximální točivý moment 230 Nm 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.
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 Nm, 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.
Významnou roli při rekuperaci hraje integrovaný systém řízení brzdové soustavy iBRS. U modelů s technologií MHEV plus zajišťuje iBRS beztlakové přibrzdění a požadovaného zpomalení dosahuje prostřednictvím rekuperace bez použití mechanických třecích brzd. Až při výraznějším sešlápnutí brzdového pedálu přicházejí ke slovu mechanické třecí brzdy. Charakteristika brzdového pedálu zůstává přitom beze změn.
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.
V případě technologie MHEV plus vyhodnocuje řídicí software provozní stav vozidla, aby byla zajištěna optimální souhra mezi spalovacím motorem, PTG a BAS. Za tím účelem jsou v řídicí jednotce uloženy charakteristiky pro optimální použití obou elektromotorů a požadované točivé momenty pro pohon nebo rekuperaci. Přitom je zohledňován stav nabití sady akumulátorů. Cílem je stabilní jízdní stav, přičemž řídicí systém volí k jeho dosažení různé cesty v závislosti na situaci. Provozní strategie dodatečných elektrických pohonů je totiž optimalizována pro příslušný spalovací motor. Výsledkem je nejnižší možná spotřeba paliva bez ztráty jízdní dynamiky.
Provozní strategie zohledňuje zvolený režim převodovky a ovládání pedálu plynu. Maximální dodatečný elektrický výkon 18 kW poskytovaný PTG je tak v jízdním režimu D využíván pouze od cca 80% sešlápnutí pedálu plynu nebo při aktivaci funkce „kick-down“ (zařazení nižšího převodového stupně při požadavku maximální akcelerace). V jízdním režimu S je dodatečný výkon 18 kW k dispozici již od menšího sešlápnutí pedálu plynu. V poloze D může být PTG odpojeno již od rychlosti jízdy 85 km/h, aby se při konstantní jízdě se spalovacím motorem na silnicích mimo město a dálnicích zabránilo elektrickým ztrátám v důsledku otáčení elektromotoru PTG naprázdno. V režimu S zůstává PTG naproti tomu připojeno až do jeho nejvyšších přípustných otáček 5550 min-1, aby byly kdykoli zajištěny spontánní reakce.
Provozní strategie rozlišuje s ohledem na jízdní režimy D a S především cílové stavy nabití 48V sady akumulátorů, které je žádoucí dodržovat. V režimu D odpovídá optimální rovnováze střední stav nabití 50 až 55 procent, aby byl na jedné straně dostatek energie pro elektrickou podporu spalovacího motoru až po krátkodobou výhradně elektrickou jízdu. Tento stav nabití na druhé straně poskytuje dostatečnou kapacitu pro ukládání velkého množství energie získávané rekuperací například při pozvolném a delším zpomalování při příjezdu k semaforu nebo začátku obce. Vyšší cílový stav nabití cca 70 procent v režimu S zajišťuje větší dostupné množství energie pro elektrickou podporu spalovacího motoru při sportovnímu stylu jízdy. Podle očekávání jsou při sportovní jízdě také intenzivnější a kratší fáze brzdění, takže systém počítá s ukládáním menšího množství energie.
Použití PTG je výhodné i z hlediska jízdní dynamiky. Vůz díky dodatečnému a bezprostředně působícímu točivému momentu reaguje na změny zatížení spontánněji a na výjezdu ze zatáčky zrychluje agilněji. Změna zatížení je přitom v režimech D a S modulována odlišně, aby bylo v režimu D dosaženo komfortnější jízdy a v režimu S spontánnějšího jízdního projevu.
Modely se systémem MHEV plus mohou jezdit také čistě elektricky, pokud vozidlo například přijíždí setrvačností k začátku obce a poté pomocí PTG udržuje rychlost jízdy. Překročí-li výkon požadovaný řidičem nebo adaptivním tempomatem ACC (Adaptive Cruise Control) určitou hodnotu, spustí se spalovací motor a převezme pohon vozidla. Hranice pro spuštění spalovacího motoru se mění v závislosti na aktuálním stavu nabití 48V sady akumulátorů a na rychlosti jízdy.
Je-li aktuální stav nabití pod cílovým stavem nabití, spalovací motor se připojí dřív. Na jedné straně se tím zabrání spotřebě další energie k elektrické jízdě a ještě většímu poklesu stavu nabití. Na druhé straně může spalovací motor zvýšeným výkonem ve spolupráci s PTG a BAS v případě potřeby stav nabití znovu zvýšit – jinými slovy sadu akumulátorů nabít. Výjimkou je elektrické manévrování, jízda krokem a zaparkování vozu. V těchto případech zůstává elektrický pohon vozidla zachován až do výrazně nižšího stavu nabití.
Pokud aktuální stav nabití převyšuje cílový stav nabití, připojí se spalovací motor později – při vyšším požadavku na výkon. Tímto způsobem dojde k vybití 48V sady akumulátorů na cílový stav nabití, aby bylo možné při budoucím brzdění přijmout dostatečné množství energie získané rekuperací. Hranice požadavku řidiče na výkon pro spuštění spalovacího motoru se s rostoucí rychlostí jízdy snižuje. Zjednodušeně řečeno to znamená, že čím vyšší je rychlost jízdy, o to více podporuje spalovací motor pohon vozidla.
Zvýšená hospodárnost poháněcího ústrojí zajišťuje v kombinaci s příslušným objemem palivové nádrže výrazné prodloužení celkového dojezdu, což zásadním způsobem přispívá k jízdnímu komfortu modelů vybavených technologií MHEV plus a ještě více pozvedává jejich způsobilost k cestování na velké vzdálenosti.