Reklama

Mechanika - Żródła napędu - silniki stosowane obecnie oraz w przyszłości

Po wciśnięciu przycisku system hybrydowy plug-in zmienia model rozwijający 222 km/h w deliktne auto elektryczne

dokument
pobierz +

Rozwijający prędkość 222 km/h Golf GTE ma zasięg około 940 kilometrów, zużywa 1,5 l/100 km i 11,4 kWh/100 km, a przy tym oferuje dynamikę typową dla GT

Pięć ważnych faktów związanych z napędem hybrydowym plug-in:

1. Silnik 1.4 TSI rozwija moc 110 kW/150 KM, silnik elektryczny maksymalnie 75 kW/102 KM. Moc systemowa: 150 kW/204 KM.

2. Silnik elektryczny zintegrowany został z obudową 6-biegowej skrzyni DSG, opracowanej specjalnie dla napędu hybrydowego.

3. Golf GTE ma trzy sprzęgła: dwa sprzęgła wykorzystywane podczas jazdy i sprzęgło łączące TSI i silnik elektryczny.

4. Najważniejsze komponenty systemu hybrydowego: TSI, DSG, silnik elektryczny, bateria, układ elektroniki mocy i moduł ładowania.

5. Pięć trybów pracy: tryb E, tryb GTE, Battery Hold, Battery Charge i Hybrid Auto.

Pod względem technicznych rozwiązań napędu Golf GTE stoi w jednej linii z Golfem GTI i Golfem GTD. Pierwszy GTI z 1976 roku był wzorcem dla wszystkich sportowych Golfów. Dzisiaj jest najpopularniejszym kompaktowym samochodem sportowym na świecie. W 1982 roku idea GT została rozszerzona o GTD – po raz pierwszy pojawił się sportowy Golf z silnikiem wysokoprężnym i tak narodził się drugi bestsellerowy GT. W 2013 roku przedstawione zostały najnowsze wersje obu sportowych Golfów – GTI i GTD. W 2014 roku Volkswagen Golfem GTE po raz pierwszy przeniósł filozofię GTI do modelu napędzanego systemem hybrydowym plug-in.

Napęd hybrydowy plug-in

TSI, silnik elektryczny, DSG, bateria. Jako agregaty napędowe zastosowane zostały w Golfie GTE: silnik benzynowy z bezpośrednim wtryskiem i turbodoładowaniem (1.4 TSI) o mocy 110 kW/150 KM i silnik elektryczny o mocy 75 kW/102 KM. Moc systemowa obu pracujących łącznie silników wynosi 150 kW/204 KM.

Silnik elektryczny zasilany jest energią z chłodzonej cieczą baterii wysokonapięciowej o pojemności 8,7 kWh. Bateria ładowana jest przy użyciu gniazda umieszczonego pod znaczkiem VW w osłonie chłodnicy. Jako przekładnię Volkswagen zastosował automatyczną, 6-biegową skrzynię DSG, opracowaną specjalnie dla hybrydy i posiadającą trzy sprzęgła (podwójne sprzęgło plus sprzęgło między silnikami). Gdy to tylko możliwe, sprzęgło między silnikami odłącza TSI od napędzanej przedniej osi i wyłącza go, na przykład w fazach tak zwanego „żeglowania”. Golf GTE wykorzystuje wtedy energię kinetyczną i porusza się bez siły napędowej. Silnik elektryczny został wbudowany w obudowę skrzyni biegów. Patrząc z przodu na Golfa GTE z lewej strony komory silnika znajduje się TSI, na środku silnik elektryczny (w obudowie DSG), a z prawej strony dwusprzęgłowa przekładnia.

Podobieństwa techniczne między Golfem GTE i e-Golfem. Kolejne podzespoły napędu hybrydowego to – podobnie jak w e-Golfie – moduł elektroniki mocy (zmienia prąd stały baterii w prąd zmienny dla silnika elektrycznego) i moduł ładowania. Elektromechaniczny wzmacniacz siły hamowania oraz elektryczny kompresor klimatyzacji zapewniają także w trybie E, gdy pracuje tylko silnik elektryczny, optymalne wykorzystanie energii i skuteczne działanie układu hamulcowego i klimatyzacji.

Kompaktowe komponenty napędowe. Wszystkie podzespoły są kompaktowe i lekkie. Silnik TSI waży 102,8 kg, silnik elektryczny 34 kg, DSG – 98,4 kg, a elektronika mocy 12 kg. W podłodze przed tylną kanapą znajduje się bateria wysokonapięciowa, która waży 120 kg i w żaden sposób nie ogranicza miejsca we wnętrzu.
Z tymi wszystkimi podzespołami masa własna Golfa GTE wg DIN z seryjnym wyposażeniem wynosi 1524 kg.

Pięć trybów pracy

Golf GTE dysponuje pięcioma trybami, z których korzysta się całkowicie intuicyjnie. Na wyświetlaczu wielofunkcyjnym kierowca zawsze widzi, który tryb jest aktywny. Samochód uruchamiany jest automatycznie w bezemisyjnym trybie elektrycznym, Golf GTE zachowuje się wtedy jak e-Golf (wyłącznie w przypadku niewystarczającego poziomu naładowania baterii lub przy bardzo niskich temperaturach zewnętrznych przy rozruchu Golfa GTE uruchamiany jest silnik TSI). W przypadku osiągnięcia minimalnego stanu naładowania baterii wysokonapięciowej lub przy bardzo dużym zapotrzebowaniu na moc, system napędowy przełącza się automatycznie w tryb Battery Hold, co oznacza, że tryb elektryczny zostaje dezaktywowany i Golf GTE zachowuje się jak klasyczna pełna hybryda, która na przykład ładuje baterię przy hamowaniu i toczeniu się i w zależności od sytuacji automatycznie przełącza system z silnika TSI na elektryczny lub wykorzystuje oba silniki. W tym trybie stan naładowania baterii utrzymywany jest na stałym, średnim poziomie. W menu Car w systemie Infotainment kierowca może w każdej chwili samodzielnie aktywować tryb Battery Hold.

Zmienna rekuperacja . Po przesunięciu przez kierowcę dźwigni DSG do tyłu (zmiana ze stopnia D na B), stopień rekuperacji może ulec zwiększeniu i Golf GTE może zwalniać bez wykorzystywania hamulców, na przykład w górach. Ten spotykany dotychczas tylko w samochodach elektrycznych, jak na przykład w e-Golfie, styl jazdy jest również całkowicie intuicyjny.

Przejście w tryb E . Przyciskiem E (z lewej strony obok dźwigni zmiany biegów) kierowca może manualnie przejść w tryb elektryczny i zmienić Golfa GTE w samochód zero-emisyjny. Z napędem wyłącznie elektrycznym GTE rozwija prędkość do 130 km/h, a maksymalny zasięg bez emisji wynosi 50 km (przy maksymalnie naładowanej baterii i w zależności od temperatury zewnętrznej oraz stylu jazdy). Przy zdefiniowanym w systemie zarządzania pracą samochodu minimalnym poziomie naładowania baterii automatycznie uruchamia się silnik 1.4 TSI.

Przejście w tryb GTE. Przyciskiem GTE (również z lewej strony dźwigni zmiany biegów) kierowca może aktywować tryb GTE i delektować się sportową stroną swojego Golfa. Na wyświetlaczu pojawi się symbol GTE, charakterystyka pedału przyspieszenia, przekładni i układu kierowniczego staje się natychmiast bardziej sportowa, a dostrojenie TSI bardziej nastawione na moc. Również układ automatycznego sterowania reflektorami i opcjonalny automatyczny tempomat ACC odpowiednio się dopasowują. W przypadku wyposażenia w adaptacyjną regulację zawieszenia DCC (wyposażenie dodatkowe), elektronicznie regulowane amortyzatory przechodzą z trybu Normal na tryb Sport.

W trybie GTE silniki TSI i elektryczny mogą pracować razem podczas tak zwanego boostowania, dając maksymalną moc systemową 204 KM i maksymalny moment obrotowy (350 Nm). W trybie GTE hybryda plug-in jest równie dynamiczna, jak Golf GTD: przyspieszenie od 0 do 100 km/h zajmuje 7,6 sekundy i jest prawie identyczne, jak w GTD (7,5 sekundy).

Przez menu w tryb Hybrid Auto i Battery Charge. Korzystając z menu systemu Infotainment można wybrać kolejne tryby: Hybrid Auto (wykorzystujący energię zgromadzoną w baterii wysokonapięciowej do intensywnego wspierania silnika TSI i w ten sposób zmniejszania zużycia paliwa) oraz tryb Battery Charge (ładowanie baterii). Kierowca może w menu wybrać także tryb elektryczny i Battery Hold.

Zestawienie wszystkich pięciu trybów:

  • tryb E
  • tryb GTE
  • Battery Hold
  • Battery Charge
  • Hybrid Auto


Silnik benzynowy TSI

Silnik benzynowy z turbodoładowaniem i bezpośrednim wtryskiem. Silnik 1.4 TSI nowego Golfa rozwija już przy 5000 obr./min maksymalną moc 110 kW/150 KM. Maksymalny moment obrotowy tej czterocylindrowej jednostki wynosi 250 Nm i jest dostępny między 1600 a 3500 obr./min.

Silnik ten należy do nowoczesnej serii silników benzynowych EA211. Dzięki niezwykle sztywnemu korpusowi z aluminiowego odlewu ciśnieniowego i wielu innym technicznym rozwiązaniom, 1.4 TSI Golfa GTE waży tylko 102,8 kg. W związku z faktem, że Golf GTE może przez dłuższy czas poruszać się wyłącznie z silnikiem elektrycznym, możliwe jest, że silnik spalinowy nie będzie używany dość długo. Dlatego został odpowiednio przygotowany także do takiego profilu eksploatacji. Na przykład łożyska główne i łożyska korbowodu są pokryte specjalną powłoką polimerową, a pierścienie tłokowe otrzymały powłokę ze specjalnych twardych materiałów. Również panewki i luzy tłoków zostały odpowiednio dopasowane.

Nowoczesna konstrukcja. Kolektor wylotowy został całkowicie wbudowany w głowicę cylindrów, dzięki czemu silnik po rozruchu szybko uzyskuje optymalną temperaturę pracy. Kolejnym ważnym elementem jest układ sterowania temperaturą. Silnik 1.4 TSI posiada dwuobwodowy układ chłodzący. Napędzany pompą elektryczną i pracujący w zależności od potrzeb obwód niskotemperaturowy odpowiedzialny jest za temperaturę chłodnicy powietrza doładowującego i korpusu turbosprężarki. Kabina pasażerska ogrzewana jest obwodem chłodzącym głowicy cylindrów tak, że silnik rozgrzewa się wyjątkowo szybko. Ponadto dzięki przemyślanej konstrukcji kolektora wylotowego, Volkswagen mógł zastosować kompaktową sprężarkę Single Scroll, co pozwoliło między innymi na obniżenie masy modułu głowica cylindrów-turbosprężarka. Liczne dalsze rozwiązania w samym silniku TSI posiadającym dwa wałki rozrządu w głowicy również spowodowały redukcję spalania.

Regulowany wałek rozrządu zaworów dolotowych . Aby jeszcze bardziej zredukować emisję i zużycie paliwa oraz poprawić dostępność momentu obrotowego w dolnym zakresie prędkości obrotowych, wałek rozrządu zaworów dolotowych jest regulowany.

Regulowany jest także wałek zaworów wylotowych. Dzięki temu silnik już przy niskich prędkościach obrotowych szybko reaguje na wciśniecie pedału przyspieszenia; równocześnie poprawiła się siła ciągu przy wysokich prędkościach obrotowych.

Maksymalne ciśnienie wtrysku silnika 1.4 TSI wynosi 200 barów. Nowoczesne, 5-otworowe dysze wtryskowe i listwa rozdzielacza ze stali nierdzewnej gwarantują, że każdy cylinder zasilany jest precyzyjnie nawet trzema pojedynczymi wtryskami paliwa. Wszystkie te detale techniczne pokazują, że Volkswagen postawił na nowoczesność nie tylko przy elektrycznych podzespołach napędowych systemu hybrydowego plug-in w Golfie GTE, lecz także przy silniku spalinowym.

Silnik elektryczny

Silnik synchroniczny . Rozwijający moc 75 kW/102 KM silnik elektryczny osiąga natychmiast po uruchomieniu maksymalny moment obrotowy aż 330 Nm (stały moment obrotowy: 170 Nm). Podobnie jak w e-Golfie, fascynujące jest zachowanie się Golfa GTE przy ruszaniu. Silnik elektryczny uzyskujący maksymalną prędkość obrotową 7000 obr./min tworzy razem z 6-biegową DSG kompaktowy moduł. Konstrukcja tego silnika – trójfazowa maszyna synchroniczna – jest bardzo oszczędna. Silnik elektryczny jest umieszczony na wałku wejściowym między dwumasowym kołem zamachowym, sprzęgłem łączącym (do odłączania TSI) oraz komponentami 6-biegowej DSG. Układ elektroniki mocy reguluje moment obrotowy i prędkość obrotową silnika elektrycznego.

Made in Germany. Moduł przekładni DSG i silnika elektrycznego został wyprodukowany w niemieckich zakładach podzespołów Volkswagena w Kassel-Baunatal i jest - podobnie jak TSI – „Made in Germany”.

Dwusprzęgłowa przekładnia 6-biegowa (DSG)

DSG ze zintegrowanym silnikiem elektrycznym . Nowa, 6-biegowa przekładnia stanowi kompaktowy moduł składający się z silnika elektrycznego, sprzęgła łączącego i przekładni dwusprzęgłowej DSG. Aby możliwe było całkowite zintegrowanie silnika elektrycznego z przekładnią, inżynierowie przesunęli silnik 1.4 TSI o 57,5 mm w lewo (patrząc z przodu). Z wyjątkiem mechanicznej blokady postojowej, skrzynia DSG jest sterowana przez elektrohydrauliczny moduł. Podobnie jak w 6- i 7-biegowych DSG dla konwencjonalnych napędów, rozdział sił w nowej DSG na dwie części przekładni następuje przez współosiowo dzielony wałek napędowy, którego każda część połączona jest z osobnym sprzęgłem. DSG zmienia przełożenia w ułamku sekundy bez odczuwalnego spadku momentu napędowego. Dwa sprzęgła są przystosowane do wejściowych momentów obrotowych po 400 Nm; maksymalny wejściowy moment obrotowy dla sprzęgła łączącego z TSI wynosi 350 Nm.

Bateria wysokonapięciowa

Akumulator litowo-jonowy w podłodze samochodu. Zamontowana w podłodze samochodu przed tylną osią wysokonapięciowa bateria litowo-jonowa składa się z modułów ogniw, modułu „Batterie Junction Box” (BJB) oraz sterownika baterii (BMC). Dwanaście ogniw wraz z elektroniką ogniw tworzą jeden moduł, takich modułów jest osiem. Łącznie ogniwa dają napięcie, które w zależności od poziomu naładowania wynosi między 250 a 400 V. Pojemność baterii to 8,7 kWh brutto. Na postoju lub podczas zderzenia napięcie jest automatycznie wyłączane. Sterownik baterii BMC jest odpowiedzialny za funkcje bezpieczeństwa, diagnozy i monitoringu oraz reguluje gospodarkę cieplną w „Batterie Junction Box” (układ służący do zasilania silnika). Sama bateria jest chłodzona cieczą, a chłodzeniem zarządza sterownik baterii, który monitoruje w sposób ciągły rozdział temperatur wewnątrz baterii i zgłasza zapotrzebowanie na chłodzenie do układu sterownia temperaturą. Volkswagen udziela gwarancji na baterię wysokonapięciową na osiem lat lub 160 tys. kilometrów.

Układ chłodzenia

Trzy oddzielne obwody chłodzenia. Układ chłodzący Golfa GTE spełnia znacznie wyższe wymagania, niż układy w samochodach z konwencjonalnymi napędami. Powód jest prosty: oprócz silnika elektrycznego, skrzyni biegów i wnętrza, musi utrzymać idealny zakres temperatur także elektrycznych podzespołów systemu hybrydowego. Wymagania są zatem bardzo kompleksowe. Poszczególne podzespoły są tak włączone w obwody chłodzące, że z jednej strony zapewnione jest szybkie osiągnięcie temperatury roboczej, a z drugiej strony nie zostają przekroczone temperatury maksymalne. W różnych trybach pracy Golfa GTE – od napędu czysto elektrycznego w trybie E aż po tryb GTE – obwody chłodzące muszą zagwarantować zawsze optymalny przepływ chłodziwa. Wymaganiom tym udało się sprostać stosując system z trzema oddzielnymi obwodami chłodzącymi.

Układ elektroniki mocy

Zamiana prądu stałego w zmienny . Układ elektroniki mocy zmienia prąd stały (DC) baterii litowo-jonowej, poprzez wysokowydajne tranzystory, w trójfazowy prąd zmienny (AC) dla silnika elektrycznego. Układ ten połączony jest przewodem trakcyjnym z baterią, przewodem 3-fazowym z silnikiem elektrycznym, posiada także wtyk przetwornicy DC/DC do sieci 12V, a także złącze do wysokonapięciowego rozdzielacza sieciowego. Moduł ten jako człon łączący steruje przepływem energii wysokowoltowej między silnikiem elektrycznym a baterią litowo-jonową.

Koncepcja ładowania

„Tankowanie” w domu . Są dwa sposoby zewnętrznego ładowania baterii Golfa GTE. Jedną metodą jest ładowanie przez gniazdo znajdujące się pod znaczkiem VW w osłonie chłodnicy i seryjnie załączony przewód przyłączeniowy do gniazda instalacji elektrycznej 230 V. W tym przypadku pełne naładowanie całkowicie rozładowanej baterii przy mocy ładowania 2,3 kW prądu zmiennego (AC) z sieci trwa trzy godziny i 45 minut. Jako opcję do garażu lub Carportu Volkswagen oferuje tzw. stację Wallbox, ładującą prądem 3,6 kW. Całkowite naładowanie zajmuje wtedy tylko dwie godziny i 15 minut. Można spotkać także publiczne stacje ładowania, „tankujące” prądem 3,6 kW. W Golfie GTE proces ładowania można aktywować bezpośrednio przyciskiem na gniazdku pod znaczkiem VW.

Możliwe jest także opóźnione rozpoczęcie ładowania. Czas ustawia się przez system Infotainment lub korzystając z bezpłatnej aplikacji „Car-Net e-Remote”. Aplikacja ta pozwala także aktywować ładowanie pilotem. Ustawić można nie tylko początek ładowania, lecz także – w zależności od temperatury zewnętrznej – chłodzenie lub ogrzewanie wnętrza samochodu.

Elektromechaniczny wzmacniacz siły hamowania

Zintegrowane funkcje hamowania przy użyciu układu hamulcowego i hamowania silnikiem. Dla elektrycznych Volkswagenów skonstruowany został specjalny elektromechaniczny wzmacniacz siły hamowania (e-BKV). Optymalizuje on siłę hamowania kierowcy, jak wzmacniacze siły hamowania w konwencjonalnych samochodach, lecz w przypadku e-BKV następuje to przez tak zwany „Brake Blending” – proces, w którym przy mniej intensywnym wytracaniu prędkości hamowanie generowane jest tylko przez silnik elektryczny. Odzyskiwana jest przy tym energia, która następnie magazynowana jest w baterii. Mocniejsze hamowanie realizowane jest natomiast wspólnie przez moment hamujący silnika elektrycznego i hydrauliczny układ hamulcowy. Także w tym przypadku energia kinetyczna jest zamieniana na prąd elektryczny przez system rekuperacji.

inf/zdjęcia/film - Volkswagen

Zasoby powiązane


Reklama