Společný projekt francouzské automobilky a čínského partnera přináší hybridní pohon, který v laboratoři dosahuje účinnosti 98,2 procenta. Klíčem k úspoře energie je netradiční materiál statoru.
Pokud se výsledky potvrdí v sériové výrobě, konkurence bude muset zrychlit vývoj vlastních technologií. Pod společnou značkou Horse vznikl elektromotor určený pro hybridní automobily, který v testech dosahuje účinnosti 98,2 procenta. Jde o výsledek lepší než u většiny současně vyráběných jednotek, přičemž klíčem má být nový druh oceli použité ve statoru.
Pohon je určený především pro plug-in hybridy a vozy s prodloužením dojezdu, kde každé procento úspory energie znamená nižší spotřebu paliva i elektřiny. Inženýři vsadili na amorfní ocel s neuspořádanou atomární strukturou místo klasické krystalické. Právě tento materiál podle výrobce umožňuje snížit vnitřní ztráty v motoru až o polovinu oproti běžným konstrukcím.
Motor Amorfo – společný projekt Renault a čínského koncernu Geely
Horse je společnost založená automobilkou Renault a čínským koncernem Geely, která se zabývá vývojem moderních pohonných jednotek. Nejnovějším výsledkem práce inženýrů je motor nazvaný Amorfo, navržený hlavně pro hybridy a automobily s prodloužením dojezdu.
Název není náhodný. Odkazuje na materiál statoru – použitá amorfní ocel má neuspořádanou atomární strukturu. V klasických motorech se používá ocel krystalická, v níž se atomy uspořádávají do pravidelné mřížky. Fyzikální vlastnosti amorfní oceli umožňují omezit ztráty spojené s působením magnetického pole, zejména při vysokých frekvencích.
Podle společnosti Horse nejde pouze o marketingový tah. Motor Amorfo dosahuje účinnosti 98,2 procenta, což znamená přibližně o polovinu menší vnitřní ztráty než u typického elektrického pohonu. Deklarovaný výkon činí 190 koňských sil a točivý moment 360 newtonmetrů, což plně postačuje pro hybridní SUV, kompaktní vozy i větší limuzíny s elektrickým pohonem.
Plechy tenčí než lidský vlas – jak funguje redukce ztrát
Nejvíce působivě zní tloušťka elementů, z nichž je stator sestaven. Každý plíšek měří pouhých 0,025 milimetru. To je asi desetkrát méně než u typických elektromotorů montovaných do automobilů. Tak tenké vrstvy pomáhají omezit takzvané vířivé proudy.
Jde o jev, při němž se v kovu indukují nežádoucí proudové toky, které se mění v teplo a způsobují energetické ztráty. Čím menší je tloušťka prvků, tím slabší je tento jev a tím účinněji pohon přeměňuje proud na pohyb. Společnost Horse deklaruje redukci ztrát v samotném motoru o přibližně 50 procent ve srovnání s referenční konstrukcí při zachování parametrů výkonu a momentu.
V praxi to znamená, že při stejné spotřebě elektřiny dokáže motor vyvinout více užitečné práce. Méně energie se ztrácí ve formě tepla, což snižuje nároky na chladicí systém. Tenké plechy z amorfní oceli představují technologickou výzvu při výrobě, protože vyžadují přesnější obrábění a citlivější montáž než standardní materiály.
Jak tento výsledek vypadá v porovnání s jinými motory
Současné elektrické pohony v osobních automobilech dosahují obvykle účinnosti mezi 93 a 97 procenty. Rozdíly závisí na zatížení, teplotě, otáčkách a konkrétní konstrukci. Na papíře nárůst o jedno až dvě procenta nedělá takový dojem jako například zdvojnásobení výkonu.
V energetické účinnosti však každé procento znamená reálné úspory, zejména když hovoříme o velkých flotilách vozidel a milionech ujetých kilometrů. Pro výrobce je to také nástroj k budování konkurenční výhody – zvláště když podobné parametry výkonu a dojezdu lze dosáhnout s menší baterií.
- Moderní elektromotory v osobních autech mají účinnost 93 až 97 procent
- Motor Amorfo deklaruje 98,2 procenta v laboratorních podmínkách
- Každé procento úspory znamená nižší spotřebu z baterie nebo motoru
- Vyšší účinnost umožňuje zmenšit baterii při stejném dojezdu
- V praxi se úspora projeví při dlouhodobém používání vozidla
- Flotily firemních aut nejvíce pocítí rozdíl v provozních nákladech
- Nižší ztráty znamenají také menší zatížení chladicího systému
Celkový obraz komplikují podmínky měření. Uvedená účinnost 98,2 procenta pochází z testů prováděných firmou ve striktně kontrolovaných podmínkách. V každodenním provozu přibývají faktory, které je obtížné ideálně reprodukovat na zkušebním standu.
Laboratoř versus realita na silnici
V běžném provozu vozidla působí řada vlivů, které ovlivňují skutečnou účinnost pohonné jednotky. Patří mezi ně změny teploty od zimního mrazu po rozpálený asfalt v létě. Motor nepracuje v jednom optimálním bodě, ale při částečném zatížení v širokém rozsahu.
Dále dochází ke stárnutí materiálů včetně izolace a samotné oceli. Kolísá napětí a výkonnost trakční baterie. Výrobci zpravidla uvádějí maximální účinnost dosaženou v určitém rozsahu práce, nikoli průměr z celého jízdního cyklu. Nezávislé laboratoře často získávají výsledky nižší než reklamní materiály.
Společnost Horse zatím neuvádí, v jakých autech a v jaké konfiguraci bude tento motor aplikován, takže je obtížné posoudit, jak se bude chovat v hotovém vozidle. Firma vedoucí projekt odhaduje, že po zohlednění celého hybridního systému – včetně baterie, měniče, převodovky a dalšího vybavení – dosahuje úspora energie asi jedno procento.
Reálná úspora energie – kolem jednoho procenta v celém systému
Redukce spotřeby energie v hybridu o jedno procento může vypadat nepozorně v měřítku jednoho auta, ale v měřítku tisíců exemplářů se překládá do obrovských množství ušetřené elektřiny nebo paliva. Při ročním nájezdu řádově 20 až 30 tisíc kilometrů, u firemních flotil a dlouhé době užívání začíná mít takový zisk význam jak pro řidiče, tak pro bilanci emisí CO₂.
Pro výrobce se počítá každý zlomek procenta, protože může usnadnit splnění stále přísnějších norem energetické účinnosti. Motor Amorfo již figuruje v katalogu společnosti Horse, což znamená, že zákazníci firmy si jej mohou kdykoliv objednat do svých projektů. Prvním odběratelem bude nejpravděpodobněji samotný koncern Renault spolu se závislými značkami.
V úvahu přicházejí také další firmy patřící do kapitálové skupiny Geely, jako například Volvo. Tento typ motoru se hodí zvláště pro novou generaci plug-in hybridů, v nichž je prioritou nízká spotřeba energie, nikoli rekordní výkon. Pokud se deklarace potvrdí v sériových vozidlech, uživatel zaznamenává především nižší spotřebu energie při každodenní jízdě.
V případě hybridu to může znamenat méně tankování v průběhu roku nebo delší dojezd na jedno nabití trakční baterie. Druhou výhodou je menší množství tepla vyzařovaného samotným motorem. Účinnější pohon se méně zahřívá, takže chladicí systém může pracovat s nižší zátěží. To zase umožňuje zjednodušit konstrukci celého vozidla nebo snížit hmotnost některých komponentů.
Proč se výrobci předhánějí v účinnosti pohonných jednotek
Trh pohonných systémů pro automobily se mění rychleji než před deseti lety. Kromě akumulátorů a řídicí elektroniky se právě elektromotory staly polem soupeření. Čínské značky prezentují stále pokročilejší konstrukce – od spalovacích jednotek s rekordně vysokou účinností po inovativní elektrické pohony.
Evropské a japonské firmy, které po léta dominovaly v oblasti pohonných ústrojí, musí reagovat. Uvedení motoru s velmi vysokou účinností je způsob, jak udržet pozici a ukázat, že mají ještě hodně co říct v otázce techniky. Výzkumníci z obou společností pracovali na projektu několik let, přičemž testovali různé varianty amorfních materiálů.
Vývoj pohonných jednotek ovlivňuje celou architekturu vozidla. Spolu se zvýšením účinnosti se často objevují změny v softwaru řízení, strategii rekuperace energie z brzdění nebo výběru převodovky. Konečný efekt pocítí řidič jako plynulejší chod pohonu a lepší odezvu na plynový pedál.
Stojí za zmínku, že rozvoj motorů se odráží v celkovém zážitku z jízdy. Při vozidle ujíždějícím 200 tisíc kilometrů během celé doby užívání se rozdíly v řádu jednoho až dvou procent dokážou nakumulovat. Promítá se to jak do provozních nákladů, tak do uhlíkové stopy jednotlivého auta. Z pohledu uživatele stojí za to věnovat pozornost nejen výkonu a točivému momentu, ale také tomu, jak výrobce popisuje účinnost pohonu i celého systému.
