Hybridy pro těžkou tonáž

V tomto příspěvku si připomeneme alespoň dílčí výsledky na poli vývoje a zkušebního provozu vozidel s hybridním pohonem u největšího světového výrobce těžké silniční techniky a nahlédneme letmo i ke konkurenci. Prohlédneme si umístění nezbytného...

V tomto příspěvku si připomeneme alespoň dílčí výsledky na poli vývoje a zkušebního provozu vozidel s hybridním pohonem u největšího světového výrobce těžké silniční techniky a nahlédneme letmo i ke konkurenci. Prohlédneme si umístění nezbytného „balastu“ ve formě nemotorných akumulátorů a zobrazíme některé detaily prozrazující přítomnost nových energetických zdrojů ve vozidle.

Z výrobních a hal a zkušeben renomovaných výrobců vyjíždějí denně desítky vozidel s hybridním pohonem. Ve vývojových dílnách se připravují stále nové modely hybridů. Na ty nejzajímavější, z nichž většinu jsme objevili na loňském autosalonu v Hannoveru, se v krátkosti podíváme. Začněme však krátkou novodobou historií, v níž zavítáme na IAA do 70. let minulého století.

Se značkou MAN
Kdo sleduje vývoj užitkových vozidel s alternativním pohonem, dá mi za pravdu, že vozidla značky MAN patřila mezi průkopníky moderních hybridních systémů. Nešlo vždy o kombinaci spalovacího motoru s elektromotorem, ale MAN zkoušel a předvedl na prestižních autosalonech celou řadu jiných koncepcí, kdy klasický spalovací motor měl vedle sebe (nebo za sebou) jiný pomocný agregát, který dodával energii při rozjezdu či při jízdě do kopce. Již v roce 1975 se objevil první hybridní autobus s akumulací energie do setrvačníku. S tímto systémem se MAN pochlubil i u těžkého nákladního vozidla. Podobnou funkci jako setrvačník (akumuloval energii, která by se jinak ztratila brzděním při jízdě s kopce), měl u jiných systémů zásobník s tlakovou kapalinou. Autobus s touto soustavou byl vystaven v roce 1979 u městské verze, následně u nákladního vozu. V roce 1987 přichází na řadu magnetodynamický setrvačník a v roce 2000 systém označený Ultracap následovaný soustavami s palivovými články.
MAN tedy vystavoval první vozidla s použitelným alternativním pohonem již v 70. letech. V případě současných hybridů využívá u autobusů sériový hybridní systém. U nákladních verzí, konkrétně u typu TGL, aplikoval paralelní hybridní soustavu, kterou tvoří elektromotor + šetrný vznětový přeplňovaný čtyřválec EEV s čtyřventilovou technikou a vstřikováním Common Rail (zdvihový objem 4,5 l, výkon 162 kW/220 k). Vůz je vybaven automatizovanou šestistupňovou převodovkou, lithium-ionovou sadou akumulátorů, motorem/generátorem výkonu 60 kW a pulzním měničem.
K nejnovějším aplikacím alternativního pohonu u autobusů patří městský typ MAN City Hybrid, znázorněný - včetně detailního umístění akumulátorových baterií v rámu bytelného podvozku - na přiložených snímcích.

Daimler přebírá štafetu 
Dříve, než uvedeme alespoň telegraficky výčet konkrétních typů s hybridním pohonem, připomeňme, že Daimler AG zastřešuje nejen značku Mercedes-Benz, ale i Freightliner, Fuso, Thomas Built, Setra či Orion. Všechny značky se mohou pochlubit vlastními hybridy. Tak např. Freightliner v Severní Americe má od roku 2004 v provozu 160 hybridních vozidel. Během tří let připravuje dodávku dalších 1500 hybridních nákladních vozů M2. V Japonsku je na trhu již druhá generace autobusů Fuso Aero Star Eco Hybrid. V Německu se objevil ve zkušebním provozu ekologický typ Atego BlueTec Hybrid. V srpnu loňského roku bylo v Londýně zahájeno testování deseti vozidel typu Fuso Canter Hybrid. Sprinter Hybrid byl nedávno představen zájemcům v Severní Americe…, a tak bychom mohli pokračovat. Na příkladu hybridních vozidel společnosti Daimler můžeme ilustrovat, že podstatně častější, a tedy i výhodnější než u těžkých nákladních vozů, je aplikace hybridních pohonů u autobusů, zejména městských. Připomeňme jen hybridní provedení legendárního autobusu Thomas Built či Citaro G BlueTec Hybrid, který úspěšně absolvuje náročné zákaznické testování. Každodennímu provozu za běžných podmínek je vystaveno 36 autobusů. Vozidla mají za sebou více než dva miliony ujetých kilometrů a více než 125 000 provozních hodin.
Malá poznámka k rekuperaci, jejíž funkce je u mnohých hybridních systému mírně řečeno zveličována: Zkoušky u osobních vozidel potvrdily malou účinnost energetické přeměny. U autobusů a nákladních vozidel je do akumulátorů „přečerpáváno“ přece jen větší množství energie a prakticky všechny moderní zmíněné systémy rekuperaci využívají. To ovšem není dáno lepší účinností přeměny, nýbrž tím, že je brzděna podstatně větší hmotnost. 

Econic NGT Hybrid
Na IAA si odbyla svoji výstavní premiéru studie označená Econic NGT Hybrid postavená na bázi Econic NGT 2628 NLA. Šestiválec typu M 906 LAG je nastaven na emisní provedení EEV a z objemu 6,9 l nabízí výkon 205 kW (279 k). Hodnoty elektromotoru se shodují s typem Econic BlueTec Hybrid. Náklady na palivo jsou u studie Econic NGT Hybrid o 60 % nižší než u verze se vznětovým motorem. K pohonu ekologického motoru může být použit jak zemní plyn, tak plyn vyrobený z biomasy. Tím jsou emise kysličníku uhličitého prakticky nulové. Zemní plyn je přepravován v tekuté formě při teplotě – 161,5 stupně Celsia pod extrémně vysokým tlakem. Palivo nezabírá tolik prostoru jako v případě zkapalněného plynu. Proto je zvýšení vlastní hmotnosti palivové nádrže namísto o původních 1000 kg zhruba poloviční.


Etalon: Citaro G BlueTec Hybrid
U nákladních vozidel Daimler využívá, stejně jako konkurence, paralelní uspořádání, u něhož je elektromotor integrován do pohonného řetězce ke vznětovému motoru. U hybridních n, Fuso a Mercedes-Benz najdeme sériové uspořádání. Přímo na přírubě vznětového motoru je upevněn generátor dodávající energii poháněcím motorům.
U hybridních autobusů Fuso a Mercedes-Benz jsou i vedlejší agregáty poháněny elektromotory, tedy pohonnými jednotkami s nulovými emisemi. Nová koncepce s motory umístěnými v nábojích kol u autobusu typu Citaro G BlueTec Hybrid je hodnocena jako reálný přechod na vozidlo s nulovými emisemi. Elektrické komponenty jsou již dnes podrobeny náročným zkouškám. Pro širší hromadné nasazení techniky s nulovými emisemi u těžkých vozidel bude třeba mít k dispozici palivové články nejen s vyšší životností a výkonem, ale i podstatně lacinější než jsou dnes. Hromadné nasazení vozidel s palivovými články navíc vyžaduje infrastrukturu vodíkových plnicích stanic, která dosud chybí. V současné době jsou vozidla nasazena v Hamburku a v Londýně. Rovněž Island je zemí, kde jsou autobusy s palivovými články vystaveny dlouhodobému testu. A ještě jedna zajímavá studie společnosti Daimler vystavená na IAA. Základem je malý náklaďáček Fuso Canter.
K pohonu vozu Canter Eco Hybrid byl vybrán systém, s nímž od roku 2006 jezdí více než 300 exemplářů. Základem je třílitrový přeplňovaný (Common Rail) motor výkonu 92 kW (125 k) s nímž je propojen odlehčený elektromotor výkonu 35 kW, který slouží i jako alternátor k dobíjení lithium-ionových akumulátorových baterií. Pohonný řetězec je svázán s automatizovanou převodovkou Inomat-II. Součástí pohonné soustavy je zařízení Start-Stop, které vypíná při zastavení vznětový motor. K rozjezdu je využit čistý elektropohon.

Konkurence nespí
O tom, že ani ostatní hráči „velké sedmy“ při vývoji hybridních pohonů nezahálí, svědčí poslední autosalony, na nichž prezentovali všichni renomovaní výrobci hybridní pohony svých vozidel. Vývoj u drtivé většiny značek probíhal ve spolupráci s výrobci příslušenství, ať již máme na mysli kupř. Bosch nebo ZF. DAF kupř. vychází z prvních vlastních studií hybridních vozidel které se objevily už v 80. letech. Po hybridním autobusu následoval koncept rozvážkového vozidla na základě typu CF. Vzhledem k velké hmotnosti akumulátorů (3000 kg) bylo tehdy od dalšího vývoje v tomto směru upuštěno. Návrat byl spojen s aplikací podstatně lehčích akumulátorových baterií. Na vývoji hybridu se podílela řada institucí, jako např. TNO, Technická Universita v Eindhovenu a Leyland Trucks. DAF LF Hybrid je vybaven 4,5litrovým, motorem Paccar FR s výkonem 118 kW/160 k plnicím normu EEV a šestistupňovou převodovkou Eaton Autoshift. Mezi spojkou a převodovkou je umístěn elektromotor, který může pracovat buď jako poháněcí motor nebo jako generátor. Energie spotřebovaná na brzdění je ukládána do lithium-ionových akumulátorových baterií. Akumulátory mají hmotnost zhruba 100 kg a sestávají ze 100 článků po 3,4 V. V současné době se tato vozidla testují kromě Velké Británie v několika dalších zemích Evropy v běžném provozu u zákazníků. Sériová výroba 7,5tunového vozu DAF LF Hybrid by měla být zahájena v letošním roce.
Celou řadu ekologických vozidel včetně hybridních koncepcí ve stádiu připravenosti pro sériovou výrobu má Iveco v nejrůznějších hmotnostních kategoriích.

Hovoříme-li o menších nákladních vozidlech s hybridní pohonem, pak bychom měli upozornit i na společnost Nissan. CabStar Hybrid s technikou eTronic společnosti ZF byl ozdobou stánku japonské značky na IAA 2008 v Hannoveru.
Pozadu nezůstal Renault Truck, který ekologickým systémům pohonu věnuje velkou pozornost a mezi exponáty IAA nemohla chybět vozidla s hybridním pohonem. Připomeňme jen rozvážkový typ Premium Distribution Hybrys, který je od října 2008 nasazen ve zkušebním provozu Lyonu díky dlouhodobému partnerství mezi společností Renault Trucks, SITA (Suez Environnement) a jihofrancouzským městem. Cílem je prokázat v reálných podmínkách snížení spotřeby pohonných hmot až o 30 %, a tedy i snížení emisí kysličníku uhličitého u vozidla vybaveného hybridní pohonnou jednotkou.
Premium Distribution je vybaven vznětovým motorem DXi7 a převodovkou Optidriver+. FAUN vyvinul speciální nástavbu určenou pro toto hybridní vozidlo vybavené pneumatikami Michelin na kolech z lehké slitiny.
Rovněž i Scania se může pochlubit s nejnovějším prototypem hybridního vozidla. Autobus je nasazen v dlouhodobém městském provozu.
Hybridní vozidla značky Volvo dnes tvoří již hezkou řádku prototypů počínaje úpravou na bázi Volva FM a konče komunální úpravou typu FE Hybrid, která slouží firmám Renova a Ragn-Sells. Toto vozidlo jsme popsali v čísle 3/2008. Připomeňme, že projekt byl prezentován již v roce 2006. Stejně jako „konkurenti“, kombinuje moderní soudobý nízkoemisní vznětový motor s elektromotorem. O aktivaci pohonných jednotek rozhoduje elektronická řídicí jednotka. V principu platí, že elektromotor vozidlu slouží v rychlostech do 20 km/h, pak jeho roli přebírá vznětový motor. Při zpomalování a zastavení je „diesel“ odstaven a pohybové energie vozidla je využito k dobíjení akumulátorů (po pracovní směně se akumulátory dobíjejí nočním proudem v garáži). Výsledky v simulovaném provozu i první poznatky ze zkoušek v reálném nasazení potvrzují, že předpoklady konstruktérů byly správné. „Popelářské“ hybridní Volvo produkuje o třetinu méně kysličníku uhelnatého a uhličitého než klasické, ale je dokonce „čistší“ než plynová verze. Současně velmi výrazně klesla hlučnost speciálu, což je u vozidel pojíždějících ve službě obytnými aglomeracemi v časných ranních hodinách velmi ceněnou předností.
Co říci závěrem k praktické využitelnosti hybridů? Lze předpokládat, že dopravci budou volit taková vozidla, která jim přinesou úspory. Jestliže hybridy dokáží v běžném provozu velkoměsta dosahovat spotřeby paliva o třetinu menší než konvenční vozidlo, není důvodu, proč by právě tato vozidla postupně nenašla cestu k dopravním firmám. Dalším krokem ke snížení emisí a hospodárnému provozu s nulovými emisemi je přechod na palivové články. O nich a o dalších perspektivních pohonech více v příspěvku nazvaném Kam spěje vývoj na str. 40 časopisu.