Az Audi az MHEV plus technológiával ellátott első belsőégésű motorjait mutatta be az új, Premium Platform Combustion (PPC) alapú A5 és Q5 modellekben. A 48 voltos mild hibrid rendszer az egyedülállóan összehangolt hajtáslánc-generátor (PTG), a szíjhajtású indítógenerátor (BAS) és a lítium-vas-foszfát akkumulátor kombinációja révén támogatja belsőégésű motort, csökkenti a károsanyag-kibocsátást, és fokozza a dinamikát és az agilitást. A PTG, amely teljesen összekapcsolható vagy lekapcsolható, integrált teljesítményelektronikát és egy elektromos motort tartalmaz, amely lehetővé teszi a részben elektromos vezetést. Ez csökkenti a fogyasztást és még simább vezetési élményt biztosít.
"Az MHEV plus technológia segítségével a Premium Platform Combustion alapra épített új belsőégésű motoros járműveinkben az ügyfelek igényeit szem előtt tartva haladunk az elektromosítás útján." – mondja Geoffrey Bouquot, az AUDI AG igazgatótanácsának műszaki fejlesztésért felelős tagja. „Ez erősíti termékportfóliónkat a teljesen elektromos modellek, a hálózatról tölthető hibrid és hatékony belsőégésű motorral rendelkező járművek terén.” Az MHEV plus olyan vonzó funkciókat kínál, mint a részben elektromos hajtás, az elektromos rásegítés, valamint a hatékonyság és a kényelem jelentős növelése. Az új Audi A5 és Q5 mild hibrid rendszere három fő összetevőből épül fel: egy kompakt kialakítású, új hajtáslánc-generátorból (PTG), amely integrált teljesítményelektronikával és állandó gerjesztésű mágneses szinkronmotorral (PSM) rendelkezik, egy 48 voltos akkumulátorból, valamint egy szíjhajtású indítógenerátorból (BAS). A 48 voltos rendszer alkatrészei folyadékhűtéssel rendelkeznek az optimális működési feltételek biztosítása érdekében. Az MHEV plus rendszer architektúrája a Premium Platform Combustion (PPC) első és quattro hajtáslánccal rendelkező különböző modelljeibe integrálható. A teljesítményelektronika és az elektromos motor helyzetfüggő folyadékhűtése biztosítja, hogy ezek az alkatrészek optimális körülmények között működjenek, és minden üzemállapotban biztosítsák a teljesítményre és nyomatékra vonatkozó feltételeket. Az új MHEV plus technológia lehetővé teszi a tisztán elektromos üzemmódot, és képes támogatni a belsőégésű motort is. A rendszer ezáltal növeli a teljesítményt és az agilitást, miközben csökkenti az üzemanyag-fogyasztást és a szén-dioxid-kibocsátást.
Például az A5 2.0 TDI (150 kW elsőkerék/quattro) modellnél (kombinált üzemanyag-fogyasztás l/100 km: 5,7–4,8; kombinált CO2-kibocsátás g/km: 150–125; CO2-osztály: E–D) akár 10 g/km vagy 0,38 l/100 km megtakarítás érhető el, míg a 3.0 TFSI V6 motorral (270 kW quattro) (kombinált üzemanyag-fogyasztás l/100 km: 8,0–7,4; kombinált CO2-kibocsátás: 182–169 g/km; CO2-osztály: G–F) akár 17 g/km vagy 0,74 l/100 km (WLTP szerint) megtakarítás is elérhető.
A hajtáslánc-generátor mint kiegészítő, nagy teljesítményű hajtásmodul
Az MHEV plus rendszer további előnye, hogy javítja a teljesítményt és a vezetési kényelmet. Az új MHEV plus rendszer kompakt, mégis erőteljes elektromos hajtásmodulja a hajtáslánc-generátor (PTG). Ez az alkatrész jelenti a legnagyobb különbséget az Audi által korábban kínált MHEV technológiához képest, amely kizárólag szíjhajtású indítógenerátorral működik. A PTG, amely egy kompakt egységben, integrált teljesítményelektronikával közvetlenül a sebességváltó kihajtótengelyére van szerelve, akár 18 kW (24 lóerő) elektromos teljesítménnyel is hozzájárulhat a hajtáshoz. A modul lehetővé teszi a maximális 230 Nm nyomaték elérését a sebességváltó kimenetén, amely már a jármű indításakor rendelkezésre áll hajtónyomatékként. A PTG kompakt sebességváltója 3,6:1 áttétellel működik. Az MHEV plus a PTG-t legfeljebb 140 km/h sebességig használja a maximális hatékonyság érdekében. Nagyobb sebességeknél a PTG egy beépített fogaskapcsoló segítségével leválik a hajtásláncról.
A PTG súlya körülbelül 21 kilogramm, és a kimeneti tengelyen percenként legfeljebb 5550 fordulatot tesz lehetővé. A jármű és a hajtásváltozat függvényében ez 130 és 140 km/h sebességnek felel meg.
A környező alkatrészek és komponensek minimális módosításával sikerült megteremteni a szükséges helyet ahhoz, hogy a sebességváltó kimeneténél elhelyezzenek egy villanymotort a jármű meglévő alagútján belül. A közvetlenül a sebességváltó mögötti elhelyezés számos előnnyel jár: a PTG által biztosított 18 kW hajtási teljesítmény vagy akár 25 kW regeneratív fékezésből származó teljesítmény közvetlenül az tengelykimeneten áll rendelkezésre további veszteségek nélkül. Ennek a konfigurációnak köszönhetően a PTG mindenféle módosítás nélkül és modulárisan használható mind az elsőkerék-, mind az összkerékhajtású járművekben.
A rendszer magas szintű kényelmi követelményeinek teljesítéséhez biztosítani kell az elektromos motor nyomatékának, áramának és fordulatszámának precíz szabályozását. Az üzemi hőmérséklet-tartomány mínusz 40 és plusz 75 Celsius-fok között mozog. Az elektromos motort egy vízköpeny veszi körül, amely a közös hűtőkörben hűti a kompakt és magas fokon integrált teljesítményelektronikát is, amely a helytakarékosság érdekében közvetlenül az elektromos motorra van szerelve. A teljesítménymodulok a hűtőborda körül helyezkednek el a teljesítményelektronikán belül. A közbenső kör kondenzátorait helytakarékosság és a hőteljesítmény szempontjából optimális módon veszi körül a hűtőborda.
Ügyféligényekre összpontosító fejlesztés
Az Audi az MHEV plus technológiát az ügyfelek várható igényeit szem előtt tartva fejlesztette ki. Az első generációs start-stop vagy mild hibrid technológiával rendelkező hagyományos hajtásláncok olyan kulcsfontosságú hatékonysági megoldásokra támaszkodnak, mint a motorleállítás álló helyzetben, a kímélő gurulás, a szabadonfutás kikapcsolt motorral, valamint a 12 vagy 48 voltos energia-visszanyerés. A fokozott elektromosítás az új technológiával olyan előnyöket nyújt, mint a start-stop rendszer kényelmesebb működése, a károsanyag-kibocsátásmentes kímélő gurulás, az energia-visszanyerés, a részlegesen elektromos hajtás – például parkoláshoz vagy manőverezéshez –, és a belsőégésű motor teljesítményének növelése elektromos rásegítéssel.
Ezáltal a jármű tisztán elektromos üzemmódban is vezethető, így a belsőégésű motor hosszabb ideig kikapcsolt állapotban maradhat, például, ha városban vagy városon kívül lassan halad a forgalom, vagy amikor egy település határához érünk. Az indulás dinamikája érezhetően jobb és spontánabb, mivel a PTG alacsony sebességeknél akár 230 Nm nyomatékot is biztosít. Ez jelentősen javítja a jármű reakciókészségét, ami különösen a gyorsítás első méterein érezhetően növeli a mozgékonyságot.
A PTG 0 és 140 km/h közötti sebességtartományban képes támogatni a belsőégésű motort. Így az MHEV plus akár 18 kW kiegészítő elektromos teljesítményt biztosíthat, ami lehetővé teszi a belsőégésű motor lehető leghatékonyabb működését. A PTG ebben a sebességtartományban regeneratív fékezéssel akár 25 kW energiát is visszanyerhet egészen addig, amíg a jármű majdnem teljesen meg nem áll. Integrált, fékmódkeverésre képes rendszer biztosítja a nyomásmentes és optimális regeneratív fékezést, a legtöbb esetben a hagyományos fékek alkalmazása nélkül. Az elektromos klímakompresszornak köszönhetően az MHEV plus lehetővé teszi a légkondicionáló rendszer folyamatos működését akkor is, amikor a belsőégésű motor áll, például piros lámpánál várakozva.
BAS, lítiumion-akkumulátor és iBRS: ideális kombináció
Az MHEV plus technológia részeként a szíjhajtású indítógenerátor (BAS) fő feladata a motor beindítása és az akkumulátor elektromos energiával való ellátása. A szíjhajtás halkabban működik, mint a fogaskerekes indítómotor, és magasabb indítási sebességet biztosít a belsőégésű motornak. Ennek eredménye a kedvezőbb fogyasztás és a kényelmesebb indítás. A szíjhajtású indítógenerátor kikapcsolt motor mellett is vissza tudja nyerni az energiát, és a hengereket az optimális újraindítási helyzetbe állítja.
A lítium-vas-foszfátból (LFP) készült lítiumion-akkumulátor tárolókapacitása 37 amperóra, ami alig (bruttó) 1,7 kWh-nak felel meg. Maximális kisütési teljesítménye 24 kW. Az akkumulátort az alacsony hőmérsékletű vízhűtő rendszerbe integrálták az ideális működési feltételek (25–60 Celsius) biztosítása érdekében, így kielégítve a rendelkezésre állásra, teljesítményre és nyomatékra vonatkozó elvárásokat. Ez az első alkalom, hogy az Audi LFP akkumulátort használ mild hibrid rendszereihez.
Az integrált fékvezérlő rendszer (iBRS) fontos szerepet játszik az energia-visszanyerésben. Az MHEV plus technológiával felszerelt modellekben az iBRS nyomásmentes fékezést biztosít, és a szükséges lassulást regeneratív fékezéssel, a mechanikus kerékfék használata nélkül éri el. A mechanikus fékek csak akkor lépnek működésbe, ha a járművezető erőteljesebben lép a fékpedálra. Ez nincs hatással a fékezési érzetre.
Kifinomult MHEV plus működési stratégia
Egy hibrid rendszerben az ökölszabály szerint az 50-60 százalékos töltöttségű akkumulátor működik a leghatékonyabban, mivel képes nagyobb mennyiségű áramot szolgáltatni az elektromos motornak, és nagy töltési áramot tárolni az energia-visszanyerés során. A hibrid rendszer középpontjában nem az elektromos hatótávolság áll, hanem az akkumulátor gyors ciklusokban történő kisütése és feltöltése. Ez a technológia biztosítja, hogy az energia lehető legnagyobb része visszanyerhető legyen, és hatékonyan, gyorsan újra fel lehessen használni a rendszer hajtásához.
Az MHEV plus technológia esetében egy vezérlőszoftver értékeli a jármű üzemi állapotát a belsőégésű motor, a PTG és a BAS optimális együttműködése érdekében. A két villanymotor optimális használatára vonatkozó jellemző értékek és a meghajtáshoz vagy az energia-visszanyeréshez szükséges nyomaték kívánt szintjei e célból tárolásra kerülnek. A rendszer az akkumulátor töltöttségi állapotát is figyelembe veszi. A rendszer célja a stabil működés, amely során a vezérlés helyzettől függően eltérő eredményeket nyújthat. Ennek oka, hogy a kiegészítő elektromos hajtások működési stratégiáját minden egyes belsőégésű motorhoz külön optimalizálják. Az eredmény a lehető legalacsonyabb fogyasztás a menetdinamika romlása nélkül.
A működési stratégia figyelembe veszi a kiválasztott vezetési módot és a gázpedál modulációját. Például D vezetési módban a teljes, maximum 18 kW-os extra elektromos teljesítményt a hajtáslánc-generátor csak körülbelül 80 százalékos gázpedálállásnál vagy gázfröccsnél használja. S vezetési módban a 18 kW kiegészítő teljesítmény már alacsonyabb gázpedálértékeknél is rendelkezésre áll. D módban a PTG 85 km/h-tól leválasztható, hogy elkerülhető legyen az elektromos veszteség a PTG villanymotorjában, amikor a belsőégésű motorral egyenletes sebességgel haladunk autópályán vagy városon kívül. S módban azonban a PTG a maximálisan megengedett 5550 fordulat/perc motorfordulatszámig kapcsolva marad, hogy bármikor lehetővé tegye a gyors reagálást.
A D és S vezetési módok tekintetében a működési stratégia különösen a 48 voltos akkumulátor célzott töltöttségi szintjénél mutat eltéréseket. Az 50-55 százalék közötti átlagos töltöttségi szint D módban ideális egyensúlyt teremt ahhoz, hogy megfelelő mennyiségű energia álljon rendelkezésre a belsőégésű motor elektromos támogatására és a részleges elektromos hajtáshoz. Ez a töltöttségi szint lehetővé teszi, hogy a közlekedési lámpák előtti lassításkor, illetve a városba való behajtáskor a hosszabb és gyengébb fékezési szakaszokból származó nagy mennyiségű visszanyert energia is tárolásra kerüljön. S-módban a magasabb, 70 százalék körüli töltöttségi szint célérték nagyobb mennyiségű rendelkezésre álló energiát biztosít a belsőégésű motor elektromos támogatásához a sportosabb vezetés érdekében. Sportos vezetés esetén természetesen a fékezési szakaszok rövidebbek és intenzívebbek, emiatt kevesebb energia nyerhető vissza.
A hajtáslánc-generátor használata a vezetési dinamika szempontjából is előnyös, mivel az azonnal rendelkezésre álló extra nyomaték lehetővé teszi, hogy a jármű spontánabban reagáljon a terhelésváltozásokra és agilisabban gyorsuljon ki a kanyarokból. D és S vezetési módok esetében a terhelésváltozás szabályozása is eltérően történik, hogy D módban komfortosabb, S módban pedig gyorsabb és sportosabb kezelhetőséget biztosítson.
Az MHEV plus technológiával rendelkező modellek tisztán elektromosan is közlekedhetnek, például amikor a jármű településhatárhoz közeledik. Ekkor a PTG segít fenntartani a sebességet. Ha a járművezető vagy az adaptív sebességtartó automatika (ACC) által igényelt teljesítmény meghalad egy bizonyos értéket, a belsőégésű motor beindul és átveszi a meghajtást. Az indítási küszöbérték a 48 voltos akkumulátor aktuális töltöttségi szintjétől és a jármű sebességétől függ.
Ha az aktuális töltöttségi szint a célérték alatt van, a belsőégésű motor hamarabb bekapcsol. Egyrészt azért, hogy az elektromos hajtás ne használjon fel többletenergiát, és így ne csökkenjen tovább a töltöttségi szint, másrészt a belsőégésű motor a szíjhajtású indító-generátorral és a PTG-vel együtt a megnövelt teljesítmény révén szükség szerint ismét tudja tölteni az akkumulátort. Az elektromos üzemmódban történő manőverezésre, a lassú forgalomban haladásra, és a parkolásra ez nem érvényes, mivel ezek alacsonyabb töltöttségi szinten is fenntarthatók.
Ha az aktuális töltöttségi szint a célérték felett van, a belsőégésű motor később kapcsol be - így valamivel nagyobb az energiaigény. Ily módon a 48 voltos akkumulátor a célérték felé haladva csökkenti a töltöttségi szintjét, hogy a jövőbeni energia-visszanyerési fázisok során elegendő energiát tudjon tárolni. A jármű sebességének növekedésével csökken a belsőégésű motor teljesítményigényének küszöbértéke. Ez egyszerűen azt jelenti, hogy minél nagyobb a sebesség, annál inkább a belsőégésű motor hajtja a járművet.
A hajtáslánc hatékonyságnak növekedése üzemanyagtól függetlenül észrevehetően javítja a jármű teljes hatótávolságát. Ez azt jelenti, hogy az MHEV plus technológiával felszerelt járművek sokkal alkalmasabbak hosszú utazásokra, és jóval kényelmesebbé teszik ezeket az utakat.