K ZAČETKOM RENAULT 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. 

Boutonnet, ki je bil v inženiringu Skupine Renault in Zveze vodja projekta bencinskih motorjev družine HR, je delal na štirivaljnem motorju 1,3 TCe, ki so ga razvili v sodelovanju z Daimlerjem in ga je Renault v ponudbo uvedel leta 2018. »Razvoj motorja 1,3 TCe nas je vrnil v tehnično tekmo na področju učinkovitih bencinskih motorjev, vendar smo morali narediti še korak naprej,« se spominja. »Takrat, v letih 2015-2016, smo videli, da bodo zaradi pričakovanih predpisov dizelski motorji izgubili na pomenu. Potrebovali smo nov bencinski motor, ki bo z izjemno energijsko učinkovitostjo postavil nova merila, podobno kot smo leta pred tem dosegli z dizelskimi motorjem 1,5 dCi ter nato še z 1,6 dCi in 2,0 dCi.« 

Ta novi bencinski motor je moral združiti vse najboljše tehnologije za povečanje energijske učinkovitosti. Toda inženirji so morali gledati tudi dlje in upoštevati omejitve, ki naj bi jih prinesli novi predpisi, predvsem norma Euro 7. To razbijanje glave je Francisa Boutonneta prisililo, da je delal na več rešitvah: »Takrat so vsi bencinski motorji na trgu porabljali presežno količino goriva, da so lahko pri visokih vrtljajih ohranili dobro stehiometrično razmerje, to je pravo mešanico goriva in zraka v zgorevalnem prostoru, da bi preprečili pregrevanje. Vendar smo vedeli, da bo slej ko prej to predstavljajo težavo zaradi predpisov. Zato smo potrebovali motor, ki bo pravo stehiometrično razmerje ohranil ne glede na obremenitev. Prav tako smo bili prepričani, da mora za optimalen izkoristek delovati v Millerjevem ciklu in imeti sistem kroženja izpušnih plinov z ventilom EGR .«  

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. 

In kar zadeva število valjev, koliko naj bi jih ta novi, ultra učinkoviti bencinski motor imel? Odgovor Francisa Boutonneta pomaga razumeti povezavo s pogonskim sklopom E-Tech 200: »Ko smo ga razvijali, smo predvidevali, da bo ta motor, ki je bil prvotno zasnovan za "samostojno" uporabo, popolnoma primeren tudi za hibriden pogonski sklop kot je E-Tech. Pod pogojem, da ostane dovolj kompakten za vgradnjo v vse prostore za motor in da ne poveča teže pogonskega sklopa. Tako smo se odločili za zasnovo s tremi valji, še toliko lažje, saj je ob enaki prostornini, v danem primeru 1.200 cm3, zagotavljal boljši energijski izkoristek kot štirivaljnik.« 

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.  

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 V 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. 

Nicolas Fremau nadaljuje: »Morali smo ojačiti sekvenčni menjalnik s pomožnimi zobmi, da lahko prenaša večjo moč in večji navor dveh pogonskih motorjev. Ko smo bili že pri tem, smo vključili še peto prestavo, ki je bila v prvi različici pogonskega sklopa E-Tech sicer vgrajena, a neuporabljena. Za to smo samo malo spremenili prestavna razmerja.« 

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 nared za krstno 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.