Innowacyjny hybrydowy zespół napędowy E-TECH powstał dzięki imponującemu know-how Renault w zakresie samochodów elektrycznych, doświadczeniu marki w Formule 1 oraz pasji i zaangażowaniu zespołu konstruktorów, pracowników działu badawczo-rozwojowego i działu kontroli. Cały proces projektowania i dopracowywania zespołu, montowanego w wersji pełnej hybrydy w modelu Clio oraz pełnej hybrydy plug-in w nowym Capturze i nowym Mégane, był nietypowy i niezwykle inspirujący. Czwarty i zarazem ostatni odcinek jest poświęcony końcowym wyborom technicznym, w szczególności decyzji o zastosowaniu dwóch silników elektrycznych.
OD LOCODISCOBOX DO E-TECH. Spełniający wyznaczone założenia techniczne, innowacyjny zespół napędowy LocoDiscoBox sprawdził się już w modelu koncepcyjnym EOLAB. Należało go teraz zaadaptować do wersji „produkcyjnej”, aby mógł trafić pod maskę seryjnych modeli Renault. Pierwotnie napęd ten pojawił się w programie „Entry” bazującym na platformie M0 i nadzorowanym przez Gerarda Detourbeta. To właśnie on dał projektowi zielone światło po obejrzeniu makiety wykonanej z klocków LEGO.
Już po pierwszych prezentacjach hybrydowego zespołu napędowego Z.E. on demand przed ścisłym kierownictwem Renault i dyrektorami odpowiedzialnymi za poszczególne produkty, zespół konstruktorów uświadomił sobie, że jest dopiero na początku drogi. Bardzo szybko okazało się, że nie chodzi już o Entry czy o M0, ale o M1, czyli o wszechstronne, kompaktowe modele, w tym o Mégane. I to właśnie na Mégane miały być ustalane wszystkie wartości kalibracyjne pod przyszły zespół napędowy E-TECH. Należało zatem tak zmodyfikować zespół napędowy LocoDiscoBox, aby był kompatybilny z tym modelem i oczekiwanymi parametrami użytkowymi. W tym celu wybrano dwa rozwiązania dla dwóch zakresów pracy zespołu: drugi silnik elektryczny do jazdy z małą prędkością i dodanie czwartego biegu do jazdy z dużą prędkością na silniku spalinowym.
Mieliśmy problem ze spadkiem momentu obrotowego między pierwszym a drugim biegiem, czyli przy małych prędkościach. Rozwiązaniem było, według nas, dodanie małego silnika elektrycznego zastępującego stosowane w standardowych skrzyniach biegów synchronizatory, aby ułatwić zazębianie się kłów i uzyskać równomierne przyspieszanie dzięki natychmiast dostępnemu momentowi obrotowemu. Drugim gorącym tematem było prawidłowe działanie kłów. Sprawa nie była oczywista, ponieważ zamiast kłów „daszkowych” zdecydowaliśmy się na kły płaskie, takie jakie w Formule 1. Kły płaskie lepiej sprawdzają się na dłuższą metę, są z założenia bardziej niezawodne. Ale niestety trudniej się zazębiają. Należało zatem zatwierdzić to rozwiązanie ze specjalistami z działu kontroli – Jean-Marie Vespasien.
HSG – pomysłowy wybór
I tu dużą rolę do odegrania miał Ahmed Ketfi-Cherif, który nadzorował proces dopracowywania pierwszej wersji zespołu napędowego LocoDiscoBox. Nie tylko zatwierdził pomysł zastosowania małego silnika elektrycznego mającego usprawnić działanie mechanizmu kłowego, ale znalazł w nim szereg innych zalet.
Silnik typu HSG (High-voltage Starter Generator, inaczej rozrusznik wysokonapięciowy), który wybraliśmy, umożliwiał na przykład działanie systemu w trybie „szeregowej hybrydy” przy małej prędkości i zapewniał bardziej komfortową, elastyczną jazdę. Nie wymagał też dużego zapasu energii, co pozwoliło zmniejszyć pojemność akumulatora trakcyjnego i wyeliminować gniazdo ładowania. Przyszły zespół napędowy E-TECH, który pierwotnie miał być ładowaną hybrydą, zyskał drugą wersję „zwykłej” hybrydy. Znacznie zwiększyło to możliwości jego wykorzystania w gamie marki! – Ahmed Ketfi-Cherif
Nissan wkracza do gry
Pomysł polegał na zastosowaniu drugiego sinika elektrycznego typu HSG, który rozwiązywał mnóstwo problemów. Na przykład ułatwiał regulację ładowania akumulatora trakcyjnego, zabezpieczając go przed całkowitym rozładowaniem oraz zapewniał bardziej racjonalne zarządzanie energią i usprawniał działanie całego systemu. Mechanizm stał się więc podobny do sposobu działania standardowej automatycznej skrzyni biegów.
Rozwiązanie zyskało pozytywną ocenę Nissana, partnera Renault w ramach Aliansu. Nissan miał istotny głos w pracach nad rozwojem i adaptacją projektu na potrzeby przyszłego napędu E-TECH z uwagi na prawdopodobne wykorzystanie napędu w jego modelach i na jego rynkach zbytu. Japończycy byli szczególnie wyczuleni na przyjemność z jazdy, dlatego pomimo iż docenili pozytywny efekt drugiego silnika elektrycznego, należało pójść jeszcze dalej. Stąd pomysł dodania czwartego biegu do kłowej skrzyni biegów, aby poprawić doznania z jazdy przy dużych prędkościach.
Pierwotnie skrzynia biegów LocoDiscoBox miała trzy biegi do jazdy w trzech dokładnie określonych sytuacjach: miasto, drogi pozamiejskie i autostrady. Dodanie rozruszniko-alternatora HSG pozwoliło poprawić doznania z jazdy i obniżyć zużycie paliwa na biegu „miejskim”. Trzeba było zrobić coś podobnego na drugim końcu układu i stąd wziął się pomysł dodania czwartego biegu. Umożliwia całkowite odłączenie głównego silnika elektrycznego, gdy nie jest on wykorzystywany – zasadniczo na autostradzie. To pozwala zaoszczędzić około 1 kW, a w efekcie obniżyć zużycie paliwa o około 3-4%. Zgodnie z naszym pomysłem z kołami pozostawały połączone tylko elementy niezbędne do zapewnienia napędu. Nie trzeba wykorzystywać dużego silnika elektrycznego do tego, co można załatwić małym silnikiem. Dlatego za generowanie prądu na potrzeby komponentów zespołu napędowego odpowiada rozruszniko-alternator HSG, a nie główny silnik elektryczny. Antoine Vignon
Kolejną oszczędność uzyskano dzięki małym silnikom sterującym pracą skrzyni biegów i umożliwiającym zazębianie kłów przy zmianie przełożeń. Dzięki zastosowaniu płaskich kłów i systemu wspomagania ze sprężynami zamiast synchronizatorów można było użyć małych silników o mocy poniżej 100 W zamiast zwykle stosowanych silników o dwu- lub trzykrotnie większej mocy. W rezultacie udało się również zmniejszyć gabaryty skrzyni biegów.
Od tej chwili cała konstrukcja przyszłego zespołu napędowego E-TECH była jasno określona. Należało jeszcze tylko dokonać wyboru dwóch jego komponentów: głównego silnika elektrycznego i silnika spalinowego.
Technologia Renault i komponenty Aliansu
Do tego momentu w prototypowym napędzie LocoDiscoBox planowano użycie tarczowego silnika elektrycznego – stąd jego nazwa. Ale zdaniem Antoine’a Vignona, nie nadawał się on do wykorzystania w seryjnej produkcji ze względu na komponenty wykonane z materiałów kompozytowych. Należało też dokonać wyboru między silnikiem z uzwojonym wirnikiem (takim jak w modelu ZOE) a silnikiem z magnesami trwałymi. Pomimo iż pierwszy miał tę zaletę, że dawał się dostosować do pracy w każdej sytuacji, nie spełniał kryteriów kompaktowej budowy, kluczowych dla zespołu napędowego E-TECH. Należało zatem znaleźć silnik synchroniczny z magnesami trwałymi. Taki właśnie silnik miał Nissan. Jeśli chodzi o silnik spalinowy, sięgnięto do zasobów Aliansu.
W celu racjonalnego wykorzystania potencjału badawczo-rozwojowego i produkcyjnego Aliansu, postanowiliśmy sięgnąć po części i podzespoły dostępne w ramach Aliansu. To zadecydowało o wyborze głównego silnika elektrycznego, ale także i przede wszystkim silnika spalinowego. Wybrany pierwotnie silnik H4BT nie spełniał kryteriów obniżania zużycia paliwa i zapewnienia zgodności z przyszłą normą czystości spalin Euro 6d-FULL. Dlatego w grę mógł wchodzić tylko silnik HR15Gen3 (4-cylindrowy, benzynowy, wolnossący, wykorzystywany przez Nissana na rynku chińskim i koreańskim), którego pojemność skokowa 1,5 l dokładnie odpowiadała naszym potrzebom. Ta kompaktowa jednostka o niezłych osiągach i zadowalającej efektywności była najlepszym kandydatem w banku części i podzespołów Aliansu. Decyzja została zatwierdzona w 2015 roku – Pascal Caumon – kierownik projektu ds. podzespołów mechanicznych E-TECH
Aby uzyskać więcej niż zgodność z normami czystości spalin i mieć możliwość zastosowania filtra cząstek stałych w silniku spalinowym, w 2016 roku zdecydowano o zastąpieniu silnika HR15 4-cylindrową wolnossącą jednostką HR16 z banku części i podzespołów Aliansu. Wymagało to znacznych prac adaptacyjnych (mapowanie silnika, modyfikacja niektórych części, takich jak tłoki, korbowody i wał korbowy w samochodach testowych), ale szybko uzyskano zadowalające wyniki.
Silnik HR16 nie był idealny, ale stanowił dobry kompromis i pozwalał w pełni wykorzystać możliwości innowacyjnej kłowej skrzyni biegów. Jest to silnik wolnossący, ale przy jeździe na niskich obrotach brak turbosprężarki pozwalają skompensować silniki elektryczne. Jest wykorzystywany głównie w optymalnym zakresie obrotów pod względem efektywności, w szczególności gdy pracuje jako generator prądu do doładowywania akumulatora trakcyjnego. Spełnia także kryteria w zakresie optymalizacji kosztów zespołu napędowego E-TECH, przeznaczonego dla wiodących modeli w gamie. Wraz z jego wyborem wszystkie elementy układanki zostały dopasowane: zespół napędowy E-TECH w wersji, jaką znamy obecnie, ujrzał światło dzienne!
Podsumowanie
Po dziesięciu latach prac rozwojowych hybrydowy zespół napędowy E-TECH jest finalnie dostępny w gamie modeli Renault. To owoc niezwykłej, nieco surrealistycznej przygody, która zaczęła się od makiety z klocków LEGO oraz pomysłowości i wytrwałości zespołu pasjonatów, którzy nigdy nie złożyli broni w obliczu napotykanych trudności. Zespołu, który potrafił skupić wokół siebie grupę entuzjastów i stopniowo zarazić zapałem całą firmę. To było niezbędne, aby sprostać temu ryzykownemu wyzwaniu.
Na początku projektu wiele osób mówiło „to się nigdy nie uda!”. Rzeczywiście, było to bardzo ryzykowne wyzwanie, zwłaszcza jeśli chodzi o zastąpienie synchronizatorów skrzyni biegów silnikiem elektrycznym. Ale stopniowo cała firma dała się przekonać do pomysłu: od zespołu ds. produktów poprzez dział projektowania modeli aż po ścisłe kierownictwo! Wielu pracowników z działu inżynierii oraz spoza niego z entuzjazmem podeszło do projektu i zbudowało bardzo silną samomotywację. To również stanowi o wartości przedsiębiorstwa. Zespół napędowy E-TECH to nieco zwariowany sukces, z którego wszyscy możemy być dumni.
Informacja prasowa: Renault Polska
Najnowsze komentarze