Elektryfikacja samochodów spalinowych

Elektryfikacja udogodnień

Dawniej był to przywilej posiadaczy aut premium, dziś praktycznie w każdym samochodzie znajdują się elektrycznie sterowane szyby, a także elektrycznie sterowane lusterka. Zamiast żmudnego kręcenia korbką, naciskamy odpowiedni przycisk. W niektórych autach możemy sterować szybami za pomocą przycisków na elektrycznym kluczyku. W najnowszych możemy domknąć szyby korzystając ze smartfonu.

Wadą rozwiązania jest to, że czasami się zużywa, nie tylko na skutek nadmiernej pracy, ale także z bezczynności. Jeśli taki mechanizm nie był zbyt długo używany (np. nikt nie podróżował przez lata na tylnej kanapie), wystarczy kilka użyć i zepsuje się na skutek wyschnięcia smaru. Dobrze, jeśli zepsuje się sam mechanizm, gorzej, jeśli spali się silniczek elektryczny. Wtedy niestety, na własnej skórze poznamy dobrodziejstwa komfortu, gdy za mały podzespół przyjdzie zapłacić kilkaset złotych.

Elektrycznie sterowane lusterka boczne też ustawiają się dzięki pracy silniczków elektrycznych. Ich naprawa (wymiana) też jest droższa od tych standardowych, ustawianych ręcznie. Ale komfort korzystania z auta jest nieporównywalni większy.

Kierowca i pasażerowie mogą korzystać z elektrycznie sterowanych foteli. W niektórych modelach aut pozwalają one na regulację kilkunastu ustawień. Kto wykonuje polecenia, po naciśnięciu odpowiednich przycisków, albo po wyborze opcji na ekranie dotykowym? Silniki elektryczne.

Dodatkowe silniki elektryczne mogą odpowiadać za masaż. Taki fotel może kosztować więcej, niż przeciętne auto poruszające się po naszych, krajowych drogach… I jego naprawa też. Dlatego trzeba się z nim delikatnie obchodzić.

Elektryfikacja nie zapomniała o szyberdachu, a w nowszych autach o dachu panoramicznym. Dzięki silniczkom elektrycznym można otwierać i zamykać szyberdach, a w przypadku dachu panoramicznego – sterować osłoną dachu.

W pojazdach premium przez pewien czas funkcjonowało doświetlanie zakrętów, w którym układ mechaniczny, z silnikiem elektrycznym, zapewniał wychylenie źródła światła (żarnika biksenon) o maksymalnie 7,5 stopnia w prawo lub w lewo. Takie rozwiązanie zwiększało bezpieczeństwo, albowiem kierowca widział znacznie więcej. Niestety, zdarzały się awarie i właściciele aut narzekali na wysokie ceny napraw. Z czasem zaczęto stosować matrycowe reflektory LED, w których nie ma żadnego, mechanicznego układu. Po prostu aktywowany jest odpowiedni moduł świetlny, aby np. doświetlić zakręt. Awarii mechanicznych co prawda nie ma, bo nie ma się co popsuć, za to są awarie elektroniki… O cenie naprawy w stosunku do ceny naprawy reflektora biksenon… lepiej nie wspominać.

Ciekawe udogodnienie, które powstało dzięki elektryfikacji, to kompresor do pompowania kół. Jego centralnym elementem jest silnik elektryczny, który może być zasilany z gniazdka zapalniczki samochodowej albo z baterii litowo – jonowej (w małych „kombo” które umożliwiają także uruchomienie silnika itd.). Pompowanie kół za pomocą nożnej pompki jest męczące. Tymczasem wystarczy podłączyć kompresor i urządzenie wykona całą robotę za nas.

Elektryfikacja napędu samochodu

W pierwszych napędach hybrydowych silnik elektryczny stanowił wsparcie dla jednostki spalinowej. Montowano go na wale korbowym jednostki napędowej. Silnik elektryczny miał za zadanie wyręczyć rozrusznik, którego nie stosowano, częściowo zastąpić alternator (bo po uruchomieniu silnika spalinowego pracował jako prądnica), a nawet mógł wspomagać silnik spalinowy przy większych obciążeniach. W tym przypadku współpraca na linii silnik spalinowy – silnik elektryczny układała się wzorowo.

Z czasem jednak zapragnięto większej elektryfikacji. I w napędach hybrydowych zaczęto delikatnie usamodzielniać silniki elektryczne tak, aby mogły samodzielnie napędzać koła auta, za pośrednictwem automatycznej skrzyni biegów. Początkowo, z racji małej baterii, dystans był niewielki. Napędzany przez silnik elektryczny samochód mógł pokonać zaledwie kilka kilometrów. W najnowszych autach to nawet pięćdziesiąt kilometrów, dzięki coraz większym bateriom litowo – jonowym.

Zelektryfikowane auto spalinowe, jak możemy nazwać współczesną hybrydę PHEV, łączy w sobie zalety samochodu spalinowego i napędu elektrycznego. W mieście, na krótkich trasach, kiedy silnik spalinowy nie ma szansy się rozgrzać, auto korzysta tylko z napędu elektrycznego, a baterię można ładować z sieci.

Plusem jest niski koszt eksploatacji. A minusem? Wysoki koszt zakupu i serwisowania (między innymi automatycznej skrzyni biegów) w specjalistycznych serwisach. Sporo będzie trzeba zapłacić za regenerację baterii albo jej wymianę (do 10 tys. zł).

Elektryfikacja osprzętu

Przez lata postępowała elektryfikacja osprzętu silnika. Początkowo, we wszystkich autach spalinowych silnik benzynowy albo diesla napędzał wszystko: przekazywał napęd na koła, napędzał pompę cieczy chłodzącej i pompę oleju (poprzez napęd rozrządu) i pompę wspomagania kierownicy, alternator i sprężarkę klimatyzacji (poprzez pasek wieloklinowy), a także kompresor, jeśli był stosowany (mógł go napędzać pasek, wałek albo inne rozwiązanie).

Każdy z tych podzespołów powodował dodatkowe obciążenie jednostki napędowej. A przez to – wzrastało zużycie paliwa. Najmniej wymagająca była turbosprężarka, bo napędzały ją gazy spalinowe. Ale za to generowane przez nią turbodoładowanie czasami się opóźniało (turbodziura).

W dodatku, wszystkie wymienione wyżej podzespoły musiały być montowane w pobliżu silnika, żeby mogły być przez niego napędzane. A to komplikowało proces projektowania komory silnika.

Pierwszym podzespołem, który wyłamał się z szeregu, była pompa układu wspomagania kierownicy. W starych układach pracowała przez cały czas, przez co szybciej ulegała awarii i powodowała zwiększone obciążenie silnika (a co za tym idzie, także zwiększone zużycie paliwa). W nowszych układach wspomagania hydraulicznego zastosowano silnik elektryczny do napędzania pompy, który włączał się tylko w chwili kręcenia kierownicą. I tak powstał układ wspomagania elektrohydraulicznego, w którym pompę można montować w dowolnym miejscu pod maską i nie zwiększa ona bezpośrednio obciążenia silnika (za to potrzebuje trochę prądu). Część producentów w ogóle wyeliminowała płyn wspomagania i zastosowała w swoich autach układy EPS/EPAS, całkowicie elektryczne wspomaganie kierownicy.

Kolejnym podzespołem, który zelektryfikowano była pompa cieczy chłodzącej. Kiedy jest napędzana przez silnik elektryczny, sterownik silnika może dowolnie ustalać jej prędkość, w zależności od potrzeb. Przez to jednostka napędowa może pracować bardziej wydajnie.

Nie trzeba też jej wymieniać przy każdej wymianie rozrządu. Można ją montować w dowolnym miejscu pod maską. Nie obciąża silnika bezpośrednio, za to obciąża pośrednio alternator, bo potrzebuje prądu.

Wady? Cena… Kiedy przyjdzie czas na wymianę, trzeba zapłacić dziesięć razy więcej, niż za standardową pompę cieczy chłodzącej.

Obecnie w samochodach hybrydowych stosuje się też elektrycznie napędzane sprężarki klimatyzacji samochodowej. Mogą być zamontowane w dowolnym miejscu pod maską. Silnik jest odciążony, przez co pali mniej. Ale za to jest obciążony układ elektryczny (w tym alternator, napędzany przez silnik spalinowy), bo przecież sprężarkę trzeba z czegoś zasilać. Koło się zamyka? Przecież można w ogóle nie korzystać z klimatyzacji i w ten sposób oszczędzać! No, nie do końca, bo w wielu autach klimatyzacja jest sprężona z układem chłodzenia baterii. Jak bateria nie będzie chłodzona, to się szybko zepsuje.

Ostatnim podzespołem obecnie elektryfikowanym jest turbosprężarka. Ta najmniej wymagająca, bo przecież w standardowym aucie spalinowym jest napędzana przez gazy spalinowe. Więc nie obciąża silnika i nie potrzebuje prądu. Ale czasami działa za wolno, a sterowanie jest nieprecyzyjne. Poza tym trzeba ją montować na kolektorze wylotowym, a to powoduje problemy.

Napędzane elektrycznie turbiny już niebawem pojawią się w wielu silnikach spalinowych. Oczywiście, jeśli wcześniej zapowiadana norma emisji spalin Euro 7 i nadchodząca, torowana przepisami elektromobilność, nie dokonają rzezi wśród ostatnich jednostek spalinowych.

Jeszcze więcej elektryfikacji!

Elektryfikacja objęła też inne podzespoły. Na przykład poczciwą przepustnicę. Przez lata to urządzenie było sterowane przez linkę. Kierowca naciskał pedał gazu, linka łącząca pedał z przepustnicą pozwalała na odpowiednie otwarcie kanału dolotowego.

Od wielu lat linki już nie ma. Pod pedałem gazu znajduje się czujnik, który przekazuje sygnał za pomocą przewodu elektrycznego do silniczka krokowego (to nie ten, który steruje przepustnicą w trakcie pracy na biegu jałowym, to dodatkowy). Silniczek obraca się to w jedną, to w drugą stronę, zgodnie z siłą nacisku na pedał gazu. I otwiera lub przymyka przepustnicę.

W razie potrzeby kierowca może zostać w ogóle pozbawiony możliwości naciskania na pedał gazu. Kiedy? Kiedy system bezpieczeństwa aktywnego ESP przejmuje kontrolę nad autem i usiłuje odzyskać trakcję.

Skoro już jesteśmy przy układach bezpieczeństwa aktywnego. Bez względu na to, czy w aucie jest tylko ABS, czy jest też ASR i ESP, sercem systemu jest pompa napędzana przez silniczek elektryczny. W razie potrzeby moduluje przepływ płynu hamulcowego do kół, aby na przykład przyhamować jedno z kół.

Elektryfikacja objęła nawet takie układy, jak system nawiewów i ogrzewania. Oczywiście, że jest tam wentylator napędzany elektrycznie. Ale jest też coś innego. Silniczek elektryczny, który reaguje na przyciski albo suwadełko – silnik krokowy nagrzewnicy. Kiedy kierowca chce się bardziej ogrzać – przekręca kółeczko, przesuwa suwadełko albo naciska przycisk. A silniczek otwiera bardziej zawór, kierujący gorący płyn chłodniczy do nagrzewnicy.

Takich silniczków jest jeszcze w aucie co najmniej kilka. Kierowca wykonuje odpowiedni gest nogą, a sterownik otwiera klapę bagażnika. Co ją podnosi? Oczywiście, silniki elektryczne.

Czasem, korzystając z takiego dobrodziejstwa, warto pomyśleć ciepło o tych wszystkich małych silniczkach, które wykonują dla nas ciężką pracę.

Michał Lisiak