Mercedes-Benz - Hybridné pohony LCV

Systém pohonu motorových vozidiel z dvoch zdrojov nie je novinkou ostatných dvadsiatich rokov. Je známy od vzniku automobilov. Už v roku 1910 automobil so spaľovacím motorom a elektrickými motormi v nábojoch predných kolies navrhol Ferdinand Porsche. Vozidlo zhotovila rakúska firma Lohner. Pre nedostatočnú kapacitu akumulátorových batérií z tých čias nebol oň záujem.

Začiatkom osemdesiatych rokov minulého storočia sa v japonských mestách ovzdušie stalo takmer nedýchateľným. Japonská vláda prijala opatrenia na znižovanie škodlivín z výfukov automobilov. Do praxe vstúpili aj tzv. Kalifornské zákony z USA, ktoré už konkrétne obmedzovali množstvo škodlivín z výfukov motorových vozidiel. V japonských mestách bola situácia ešte horšia než vo veľkomestách USA. Preto sa inžinieri automobilky Hino rozhodli pracovať na zlepšení situácie. V roku 1981 pripravili systém paralelného hybridného pohonu spaľovacieho motora s elektrickým motorom, ktorý potenciálne redukoval výfukové emisie a dosť výrazne znížil spotrebu paliva. Po desaťročnom vývoji v roku 1991 firma Hino ako prvá na svete dala do predaja prakticky použiteľný autobus s takýmto pohonom. Po ňom prišiel stredne ťažký hybridný truck a podstatne väčší mestský hybridný autobus. V novembri 2003 začali predávať sériovo vyrábané ľahké trucky, ktoré zaujali najmä dopravcov rozvážky tovarov v centrách miest. V priebehu ďalších troch rokov sa v Japonsku predalo viac než 3000 takýchto vozidiel.

V októbri 2005 v Japonsku stanovili dlhodobý program predpisov na znižovanie emisií vo výfukových plynoch vznetových motorov. Rozbehli nový vývojový projekt trakčných elektrických motorov a nových trakčných akumulátorových batérií, ktoré tvoria podstatné zložky paralelného hybridného systému a v októbri 2006 uviedli nové hybridné trucky. Ich celková hmotnosť bola 6500 kg, užitočné zaťaženie 3 tony, zdvihový objem motora 4000 cm3, maximálny výkon 100 kW pri otáčkach 3000 za minútu a maximálny krútiaci moment 353 Nm pri otáčkach 1600 za minútu. Výsledkom bolo podstatné zníženie škodlivín z výfukov a až 30-percentná úspora paliva. 

Pomerne jednoduchý systém
Paralelný hybridný systém je v podstate mechanicky pomerne jednoduchý. Vznetový motor pri bežnej jazde poháňa trakčný motor, ktorý pri jazde na voľnobeh či pri brzdení pôsobí ako alternátor. V prípade rozbehu vozidla alebo pri akcelerácii prispieva svojím výkonom na pohyb vozidla. Pri brzdení alebo jazde zotrvačnosťou vznikajúce elektrické napätie ukladá do akumulátorov. Je známe, že dieselové motory majú najväčšiu spotrebu paliva pri rozbehu, teda pri potrebe väčšieho krútiaceho momentu. Ak v takejto situácii prispeje svojím výkonom trakčný motor poháňaný z batérií, tak sa podstatne zníži spotreba paliva dieselového motora a z výfuku odchádza menej spalín do ovzdušia. V truckoch Hino má trakčný motor výkon 36 kW, maximálny krútiaci moment 350 Nm a celý systém váži iba 40 kg. Do sústavy patrí ešte tzv. inverter, ktorý je časťou regulačného modulu. Pracuje s napätím 288 V, má vlastný vodný chladiaci systém s kompaktným chladičom a malým elektrickým čerpadlom.

Lenže japonskí inžinieri automobilky Hino vôbec neboli prví na svete, čo dali do predaja vozidlá s hybridným pohonom. Ak sa pozrieme do histórie, zistíme, že prvé voziodlo s hybridným pohonom vzniklo viac než pred 100 rokmi. Zhotovil ho vynálezca prvého automobilu so spaľovacím motorom. Dokonca sa zachovali dokumenty automobilu rakúskeho výrobcu Lohnera, do ktorého zabudoval hybridný pohon Ferdinand Porsche v roku 1910. A v roku 1969 koncern Daimler dal svetu prvý hybridný autobus! Dnes je Daimler najväčší dodávateľ autobusov s hybridným pohonom na svete. V mnohých krajinách sveta jazdí viac než 2000 truckov a autobusov Mercedes s takýmto pohonom. Ide o najúčinnejší spôsob pohonu v centrách miest, kde sa permanentne jazdí systémom stop and go, teda zastavením a následným rozbiehaním. Po viac než 40-ročnej výskumnej práci je koncern Daimler na unikátnej pozícii použiť hybridnú technológiu pohonu vozidiel na širokej základni vo veľmi krátkom čase. Daimler má svoje vývojové centrá hybridného pohonu nielen v Nemecku, ale aj v Japonsku (Mitsubishi Fuso) a v USA (Freightliner). Technologicky spolupracuje na ďalšom vývoji s viacerými partnermi, napríklad s firmou Eaton. Daimler dosiahol s touto technológiou pohonu výrazné úspechy aj s duálnym hybridným pohonom úžitkových vozidiel, v ktorých sa osvedčil systém sériových i paralelných hybridných modulov.

Paralelný hybridný modul sa osvedčil v ľahkých truckoch Fuso Canter. Tu ide o pohon oboch motorov, teda spaľovacieho a elektrického motora. Sériový systém Daimler použil pri pohone autobusov, ako je Mercedes Citaro, v ktorom sú dva hnacie systémy zapojené v sérii. Spaľovací motor poháňa generátor, ktorý zásobuje energiou elektrický motor.

Hybridný pohon aj pre 26 ton
Hybridný pohon ťažších truckov ako je v amerických vozidlách Freightliner sa používa v 12-tonovom Ategu, v ktorom je zabudovaný štvorvalcový dieselový motor Mercedes skombinovaný s elektrickým pohonom z Freightlinera M2. Atego s celkovou hmotnosťou 7,5 tony používa pohon z japonského Fuso Eco Canter. Atego poskytuje jazdné vlastnosti ako s vidlicovým šesťvalcom, ale jeho hospodárnosť je na úrovni štvorvalcového motora, ak je spriahnutý s hybridným pohonom. Flotila takýchto vozidiel sa dostala do praktického používania v kuriérnej službe DHL už začiatkom roka 2008.Ďalší projekt s veľmi dobrými výsledkami je Mercedes-Benz Econic ešte v štádiu skúšok. Výrobca si od neho sľubuje mimoriadne dobré výsledky aj v trucku s celkovou hmotnosťou 26 ton pri nasadení v komunálnej službe, kde sa vyžaduje systém jazdy stop and go.

V oblasti hybridných pohonov autobusov sú Mercedesy v Európe a na severoamerických trhoch bezkonkurenčné. Napríklad v New Yorku a San Franciscu, ale aj v ďalších amerických mestách jazdí viac než 1000 autobusov Orion VII HybridDrive a ďalších 500 bude nasledovať. Oriony s takýmto pohonom absolvovali viac než 50 tisíc kilometrov, čím potvrdili zdravé skúsenosti s hybridnou technológiou pohonu. Oriony ušetrili v priebehu 12 rokov 75 000 litrov nafty,  235 ton CO2. a zhruba 4 tony dusíka. Čo je však najdôležitejšie, že potvrdili svoju vyššiu spoľahlivosť v každodennom používaní oproti konvenčným súperom! Najmä ich dlhšími servisnými intervalmi a zriedkavou návštevou servisu.V Japonsku sú hybridné pohony ešte ďalej než v USA. Tu používajú lítiovo-iónové akumulátory, ktoré vážia iba pätinu z hmotnosti klasických batérií. Navyše Fuso Aero Star Eco Hybrid používa BlueTec dieselovú technológiu spolu s hybridným systémom pohonu, takže spaľovací motor emituje minimálne množstvo škodlivín vo výfukových plynoch.

Za volantom hybridov
Daimler Group pripravil pre novinárov štyri vozidlá s hybridným pohonom. Dva trucky Mercedes Atego s celkovou hmotnosťou 12 ton a dve vozidlá Fuso Canter EcoHybrid s celkovou hmotnosťou 3,5 tony. Fuso Cantery mali pravostranné riadenie, ale s automatickou prevodovkou, takže sme si rýchlo zvykli na nezvyčajné umiestnenie vodiča na pravej strane kabíny.

Spaľovací motor Fuso po naštartovaní bol nezvyčajne tichý. Pri rozjazde sa automaticky zapojil do pohonu elektrický motor poháňaný lítiovo-iónvou batériou. Odjazd na okruh stuttgartskými ulicami dlhý 28 kilometrov od múzea Mercedes-Benz bol obdivuhodný. Tichý pokojný chod pohonu s veľmi dobrou akceleráciou prídavného krútiaceho momentu elektromotora nás fascinoval. Zapojenie sa elektromotora nebolo vôbec cítiť. Po rozbehu sa elektromotor rýchlo odpojil a ďalej sa vozidlo pohybovalo na pohon spaľovacím motorom. Iba po uvoľnení pedála akcelerácie sme pocítili výraznejšie spomaľovanie, keď sa elektrický motor zmenil na generátor a vyrábal elektrickú energiu, čím brzdil vozidlo. Na to sme si museli zvyknúť pri dojazdoch k červeným svetlám semaforov. Takže spočiatku sme museli ešte trochu pridať spaľovaciemu motoru, aby sme plynulo došli ku križovatkám. Po prejdení troch križovatiek so svetlami už sme nemali problémy a plynulo sme prechádzali mestom. V záverečnej pasáži sme sa dostali do dosť dlhého tunela, kde bola povolená rýchlosť 80 km/h, ktorú Fuso dosiahol veľmi rýchlo s pomocou oboch pohonov a za tunelom sme prešli na diaľnicu, kde sme hravo dosiahli rýchlosť 110 km/h. Po niekoľkých kilometroch nasledoval zjazd do mesta s povolenou päťdesiatkou. Plynulo sme prišli na miesto štartu k múzeu a hneď sme vyrazili na druhé kolo s 12-tonovým Ategom.

Oproti Canteru to bol podstatne väčší truck. V kabíne bolo všetko usporiadané ako v bežnom Ategu. I tu sme mali automatickú prevodovku, takže jazda po meste bola plynulá, nemuseli sme dávať pozor na preraďovanie prevodových stupňov. Zdalo sa nám, že motor je hlučnejší než vo Fuso Canteri, ale vozidlo pochopiteľne lepšie akcelerovalo, pričom jeho elektromotor aj výraznejšie brzdil, takže sme si museli opäť chvíľu zvykať na nové dynamické vlastnosti. Atego nás príjemne prekvapilo pokojnou a hladkou jazdou a na diaľnici akcelerovalo rýchlejšie na rýchlosť 120 km/h, čím nám potvrdilo kvalitu hybridného pohonu aj takto veľkého vozidla. Ani v jednom z týchto vozidiel sme nemali nainštalovaný spotrebomer, takže sme sa museli uspokojiť iba s tvrdením inštruktorov, že spotreba oproti klasickým pohonom v obidvoch typoch je nižšia o 30 percent. Samozrejme, s podstatne menším objemom škodlivín vo výfukových plynoch. Čo je výhoda hybridného pohonu najmä pri rozvážke tovarov v centrách miest.

Zdroj: Trucker 12/09
Autor: Stano Cvengroš

Fotogalerie