Svět mobility se mění

Pro splnění dvoustupňového cíle Pařížské klimatické dohody je nezbytné využít kombinaci čistě elektrických, hybridních a ekologicky šetrných spalovacích pohonů. Společnost Schaeffler předpovídá, že spalovací motory budou hrát i v budoucnu důležitou roli. Přibližně 70 % vozidel vyrobených v roce 2030 bude ještě stále vybaveno spalovacím motorem, přičemž 30 % bude připadat na čistě spalovací motory a 40 % na hybridní pohony. Proto je nezbytné věnovat se i postupnému dalšímu vývoji konvenčních pohonů. Řešení, která společnost představila na letošním veletrhu IAA ve Frankfurtu, umožňují v závislosti na třídě vozidla, resp. motoru dosáhnout až 15% snížení spotřeby.

Schaeffler na veletrhu IAA představil nejnovější verzi plně variabilního systému ventilového rozvodu UniAir. Tento systém je kompaktnější a o 30 % lehčí než předchozí verze. Umožňuje rozsáhlou optimalizaci vedení vzduchu v motoru a také dosažení maximální dynamiky při změně zatížení a otáček. Systém sestává z modulu, který je vestavěn mezi vačkovou hřídelí a dříkem ventilu, a také z příslušného softwaru. Na straně výfuku lze použít řešení eRocker. Díky elektromechanickému ovládání je systém nezávislý na olejovém okruhu motoru a umožňuje navíc i relativně snadné nasazení.

Dalším význačným rysem je elektricky ovládané fázování vačkové hřídele (Electric Cam Phasing, ECP). Systém provádí nezávisle na otáčkách a teplotě rychlé změny nastavení a umožňuje optimální časování ventilů v celém provozním a teplotním rozsahu, což hraje stále významnější roli u hybridních pohonů. V hybridním vozidle se totiž spalovací motor spouští mnohonásobně častěji než v případě běžného pohonu. Elektricky ovládané nastavování vačkové hřídele zajistí, aby se takové spouštění odehrávalo rychle, efektivně a především bez vibrací.

Hybridizace pomáhá spalovacímu motoru a spolu s rekuperací brzdné energie přináší vyšší stupeň celkové účinnosti systému. Na veletrhu IAA společnost Schaeffler představila 48V hybridizaci s využitím řemenem poháněného startéru/generátoru, který umožňuje dosáhnout značného snížení spotřeby paliva a emisí ve výši 5 % až 7 %. Takové řešení umožňuje komfortní a efektivní start/stop režim motoru a lze je využít i jako pomocný pohon.

Další klíčový prvek pro zvýšení účinnosti představuje teplotní management. Individuálně nastavitelný modul, zajišťující teplotní management (TMM) pro spalovací motory, hybridní a elektrické pohony, umožňuje společnosti Schaeffler zdokonalit řízení provozní teploty v celém pohonném ústrojí, včetně motoru, převodovky a elektrických komponent, jako jsou akumulátor, výkonová elektronika a elektromotor. Modul umožňuje přesnou regulaci objemových proudů prostřednictvím elektromechanicky poháněných jednotek rotačních šoupátek, která jsou ovládána snímači polohy. Kromě snížení emisí CO2 se tak díky kratšímu ohřevu motoru dosahuje vedlejšího pozitivního efektu v podobě vyššího komfortu cestujících.

Pohon spalovacími motory lze i nadále zdokonalovat prostřednictvím klasických ložiskových řešení: inovativní řešení z oblasti uložení valivých ložisek vyrovnávacích, vačkových a klikových hřídelí nabízejí značný potenciál ke snížení ztrátového výkonu v motoru a tím i redukci spotřeby paliva a emisí. Například vyrovnávací hřídele s uložením pomocí valivých ložisek dosahují o zhruba 50 % nižšího tření oproti hřídelím uloženým s využitím kluzných ložisek. Společnost Schaeffler navíc vyvinula optimalizovanou konstrukci vyrovnávacích hřídelí, která umožňuje dosáhnout až 40% úspory hmotnosti bez jakýchkoli ztrát funkčnosti.

Společnost Schaeffler vstupuje do oblasti výroby elektromotorů s modulární a vysoce integrovanou technologickou platformou. Spektrum použití těchto elektromotorů, navržených s důrazem na účinnost a velmi dobrý poměr ceny a výkonu, sahá od hybridních modulů přes dedikované hybridní převodovky (DHT) až po elektromotory pro elektrické pohony náprav. Přitom lze použít napětí 48–800 V a dosáhnout výkonu od 15 kW do více než 300 kW. V roce 2021 se rozběhne sériová výroba pro různé zákaznické projekty po celém světě. Schaeffler na veletrhu představil elektrické motory jako kompletní systémy, které jsou výsledkem vlastního vývoje, dovedeného do stavu připravenosti k sériové výrobě. Po vyplnění poslední technologické mezery (výroby statorů) akvizicí společnosti Elmotec-Statomat na konci roku 2018 teď může koncern plně pokrýt celou průmyslovou výrobu elektromotorů.

Elektromotor pro hybridní moduly

Na elektromotory pro hybridní moduly P2 jsou kladeny zvláštní nároky, protože kvůli použitému funkčnímu principu běží ve stejných otáčkách jako spalovací motor. Minimální axiální délka a dostatek volného prostoru uvnitř rotoru k integraci spojky a rozpojovacího systému zajišťují potřebnou hustotu montáže pro tuto aplikaci. Pro montážní prostory, které jsou v axiálním směru extrémně krátké, lze použít jednozubové vinutí. Nabídnout lze 48V i vysokonapěťové motory s výkony od 15 kW do 120 kW. Pokud je hybridní modul navržen jako suchý systém, je stator aktivně chlazen pomocí chladicího pláště. U systémů s mokrou spojkou lze dostupnou olejovou náplň využít také k chlazení elektromotoru, což vede k podstatně lepšímu odvodu tepla a tím i k vyšším trvalým výkonům. Nejlepší ztrátový výkon je ale samozřejmě ten, který vůbec nevznikne. Motory jsou proto optimalizovány tak, aby dosahovaly vysoké účinnosti v širokém spektru víceparametrových charakteristik.

V závislosti na podmínkách v montážním prostoru může totéž platit i pro elektromotory v dedikovaných hybridních převodovkách. Tyto převodovky se většinou navrhují tak, aby se pro elektromotory získalo více montážního prostoru v axiálním směru a aby elektrické stroje běžely rychleji. Výkony se obvykle pohybují v rozsahu 80 až 140 kW. V závislosti na provozním režimu převodovky, resp. pohonného ústrojí, pracují tyto elektromotory v kombinaci se spalovacím motorem jako generátory nebo pohonné jednotky a jejich charakteristiky účinnosti se optimalizují podle profilu využívání. Vzhledem k čistě elektrickým jízdním režimům u plug-in hybridů nabývá na významu akustický projev pohonů. V mnoha případech je řešením použití distribuovaného vinutí. Společnost Schaeffler za tímto účelem definovala druhé standardní vinutí, pro nějž byly v rámci podniku vyvinuty i výrobní stroje. Jedná se přitom o technologii tyčového vlnivého vinutí, jehož vývoji se dlouhodobě věnuje Elmotec-Statomat v Karbenu. Pro konkrétní aplikaci byl vyvinut trakční motor, který při celkové axiální délce 137 mm generuje výkon 125 kW a točivý moment 310 Nm.

Nabídku doplňuje konstrukční řada elektromotorů k pohonu elektrických náprav. Ty pokrývají napěťové rozsahy „vysoké napětí 2“ (400 V) a „vysoké napětí 3“ (800 V). Výkon se pohybuje od 100 kW do více než 300 kW. Pokud to návrh systému umožňuje, dimenzují se tyto motory na vysoké koncové otáčky (až 20 000 min^-1). Díky tomu lze optimálně využít přednosti tyčového vlnivého vinutí. Vysoký počet statorových drážek vede k dobrému odvodu tepla a točivému poli s minimem vyšších harmonických vln. Toto řešení přináší výhody v podobě vysoké výkonové hustoty a vynikajícího stupně účinnosti.

Schaeffler

gulamre@schaeffler.com

www.schaeffler.cz