E-Tech izziv za novo generacijo
Renault je svoj inovativen hibridni pogonski sklop E-Tech razvil na podlagi strokovnega znanja s področja električnih vozil in izkušenj iz Formule 1 ter s prizadevnim delom zagnanih hišnih ekip inženiringa, razvoja in kontrole. Renault je prvo generacijo tega hibridnega pogonskega sklopa z močjo 104 kW (140 KM) uvedel leta 2020, druga, z močjo 150 kW (200 KM), pa je na trg prišla leta 2022 oziroma 2023 v modelih Austral, Espace. Ta nadgradnja vključuje številne optimizacije in predvsem uporabo povsem novega ultra učinkovitega trivaljnega motorja z notranjim zgorevanjem. Razvoj tega hibridnega pogonskega sklopa E-Tech full hybrid 200 sega v leto 2018.
Odzivi novinarjev po prvih preskusnih vožnjah modelov Clio in Captur E-Tech full hybrid leta 2020 so bili več kot opogumljajoči. Očitno je bilo, da je ta inovativni pogonski sklop uspel. Zaradi učinkovitosti omogoča resnične prihranke pri gorivu za zmerno višjo ceno od ustreznega bencinskega motorja. Dobre obete je potrdil leta 2021 uvedeni model višjega razreda Megane Conquest, v katerem je hibridni pogonski sklop zelo hitro presegel delež bencinskih motorjev in že v letu 2022 dosegel skoraj 60-odstoten delež vse prodaje modela. Za to so najmanj trije dobri razlogi: avtomobil vedno spelje samo na električni pogon, ki ga je v mestni vožnji možno uporabljati kar 80 odstotkov časa, ob tem pa je možno prihraniti do 40 odstotkov goriva.
Toda Renault je načrtoval tudi uvedbo bolj impozantnih vozil višjega razreda – modela Austral v letu 2022, Espace (2023) in Rafale (2024). Za te je bilo jasno, da pogonski sklop z močjo 104 kW (140 KM) ali 105kW (145 KM) ne bo dovolj in bo treba ponuditi več. Vsekakor je bila ambicija, ki jo je postavil in potrdil Luca de Meo, glavni izvršni direktor Renault, nedvoumna: »Hočemo izdelati najboljši hibridni pogonski sklop na svetu.« Ta nalogo sta dobila Gilles le Borgne, direktor Renaultovega inženiringa in Philippe Brunet, Renault direktor za pogonske sklope, cilj pa naj bi dosegli na temelju tehnologije prve generacije.
Seveda sta se obrnila na ekipe, ki so razvijale pogonski sklop E-Tech in že dolgo pričakovale take potrebe, zato so že razmišljali, kako jim ustreči. »Imeli smo že nov motor z notranjim zgorevanjem, s katerim bi zamenjali 1,6-litrski atmosferski motor hibrida prve generacije s 104 kW (140 KM), in poznali smo tudi vzvode, s katerimi bi še bolje optimizirali moč, prijetnost uporabe in učinkovitost pogonskega sklopa. Pred seboj smo imeli na trgu že uveljavljene tekmece in številne nove akterje, zato smo si vzeli leto dni časa za optimizacijo zmogljivosti električnega dela, uglaševanje celotnega sistema, za izboljšanje porabe goriva, naglosti zagona motorja in uglajenosti prestavljanja, ter še drugih zadev,« pojasnjuje Nicolas Fremau, strokovnjak za hibridne pogonske sklope, ki je s sodelavcema Ahmedom Ketfi-Cherifom in Antoinom Vignonom postavil osnove sistema E-Tech.
Novi motor z notranjim zgorevanjem je zasnovan posebej za hibridne pogonske sklope
Najpomembnejši sklop, ki so ga morali zamenjati z modernejšim, močnejšim in učinkovitejšim, je bil motor z notranjim zgorevanjem. Namesto atmosferskega štirivaljnika iz prve generacije, ki je sicer dobro opravil svojo nalogo, čeprav je bil leta 2016 izbran kot najboljši možen kompromis, je bil izbran motor, ki so ga ocenili kot »popolnega za dano nalogo«, pojasni Francis Boutonnet.
Nissan je ventil EGR, ki z vračanjem dela izpušnih plinov nazaj v zgorevalni proces v motorju zagotavlja zmanjšanje izpusta dušikovih oksidov (NOx) in boljši izkoristek, takrat že vgradil v bencinski motor. Toda Boutonnet in njegove ekipe so želeli iti dlje od japonskih kolegov. »Za cilj smo si določili 20-odstoten delež vrnjenih izpušnih plinov. Za to smo morali skrajšati tok med turbo polnilnikom in sesalnim kolektorjem ter dodati vmesni hladilnik vrste voda-zrak (CAC), ki takrat pri bencinskih motorjih ni bil običajen.«
Prav tako je snovanje motorja za Millerjev cikel pomenilo spremembo številnih delov, saj njegova posebnost – zapiranje ventilov še preden bat doseže najnižjo točko zaradi boljšega izkoristka – povzroča, da je mešanica goriva in zraka v zgorevalnem prostoru dlje časa preden jo iskra zaneti. Tako je bilo treba, na primer, predelati aerodinamiko sesalnih vodov in zgorevalnega prostora, »zaradi česar je bilo potrebnih veliko simulacij, nato množica preskusov interno in pri partnerjih, sprva z enovaljnim in kasneje v večvaljnim motorjem,« se spominja Francis Boutonnet.
Treba je bilo tudi znižati višino glave valja, da bi ohranili dolg hod bata, ki je ugoden za energijsko učinkovitost motorja, vgraditi optimiziran sistem vbrizgavanja goriva s tlakom 350 barov, predelati zasnovo katalizatorja, da bolj učinkovito očisti izpuh, in skrbno prilagoditi vse, kar je bilo mogoče za zmanjšanje trenja in s tem porabe goriva. Toda ta motor 1,2 TCe je bil resnično pravi za novo generacijo hibridnega pogonskega sklopa E-Tech.
Več zamisli, več patentov
Zamenjava ostalih delov hibridnega pogonskega sklopa E-Tech ni prišla v poštev, a ne glede na to so hišni strokovnjaki pregledali in premislili vsakega od njih, še zlasti s ciljem povečati zmogljivost elektromotorja in s tem celotnega pogonskega sklopa, ob hkratnem povečanju učinkovitosti. »Začeli smo tako, da smo v tem ‘enostavnem’ hibridu uporabili 400-voltno električno arhitekturo priključnega hibrida, ki je bil vgrajen v modela Captur in Megane. Prva generacija E-TECH je imela le 230-voltno arhitekturo. In akumulator z zmogljivostjo 1,2 kWh smo zamenjali z zmogljivejšim z 2 kWh. S slednjim in z višjo napetostjo je moč glavnega elektromotorja zrasla s 35 na 50 kW (z 48 na 68 KM),« pojasni Ahmed Ketfi-Cherif, strokovnjak za upravljanje tega hibridnega pogonskega sklopa E-Tech.
Ti domiselni in enostavni rešitvi sta se dobro izkazali v danih okoliščinah, saj so imeli omejene tako čas kot tudi sredstva. Ekipa se je že izkazala š številnimi domiselnimi rešitvami, a jih je imela še nekaj v rokavu. Zlasti tisto, ki jo je predlagal in tudi dal patentirati Antoine Vignon, za ta inovativni menjalnik odgovorni inženir: odstranitev enega od zobnikov, ki je gnal drugi elektromotor (visokonapetostni zaganjalnik generator oz. HSG). To je izboljšalo celoten izkoristek mehanizma in izpust CO2 zmanjšalo za 0,5 grama na kilometer. Tovrstne majhne pridobitve v skupnem seštevku pomenijo veliko razliko.
Ne nazadnje je novi hibridni pogonski sklop E-Tech 200 pridobil s posodobitvami programske opreme in elektronskimi izboljšavami, ki so bile tekom uporabe že uvedene na izvirniku z močjo 104 kW (140 KM). Tako, na primer, za zagon motorja z notranjim zgorevanjem poskrbi visokonapetostni zaganjalnik in generator HSG in ne vžig v enem od valjev. To pomeni zlasti večjo učinkovitost zagona v mrzlih jutrih. Druga znatna izboljšava je prilagajanje navora s pomočjo HSG, da bi se med prestavljanjem izognili ugašanju in ponovnemu zaganjanju motorja z notranjim zgorevanjem. »Vse to prispeva k zmanjšanju porabe goriva in tudi izpusta CO2 za 2,7 grama na kilometer!« doda Nicolas Fremau.
Nova različica hibridnega pogonskega sklopa Renault E-Tech 200 je bila sprva narejena za vgradnjo v Austral leta 2022 in potem še v Espace leta 2023. So si Nicolas Fremau, Ahmed Ketfi-Cherif, Antoine Vignon in njihovi sodelavci lahko oddahnili? Ne še, saj že delajo na novi različici z še večjo močjo in drugačno arhitekturo.
