Ten materiał to początek nowej serii, w której skupimy się na technicznych ciekawostkach związanych z hybrydowymi układami napędowymi stosowanymi przez różnych producentów. Zaczynamy od Volvo, marki popularnej na całym świecie.
Przeczytaj też: hybrydy – wszystko co warto o nich wiedzieć
Dlaczego hybrydy? Napędy hybrydowe to obecnie optymalne rozwiązanie w okresie elektromobilnej transformacji, szczególnie w krajach takich jak Polska, w których infrastruktura ładowania nie pozwala jeszcze na bezstresowe użytkowanie pojazdów elektrycznych niezależnie od ich faktycznego zasięgu. Napędy hybrydowe z jednej strony niwelują ograniczenia infrastruktury ładowania udostępniając wciąż klasyczny napęd spalinowy, ale z drugiej pozwalają spełnić rosnące limity emisji gazów cieplarnianych i umożliwiają często (nie w każdym przypadku, dotyczy to tylko hybryd plug-in) jazdę bezemisyjną, czyli taką jak auta w pełni elektryczne, choć oczywiście na krótszych dystansach. Przyjrzeliśmy się współczesnej gamie hybrydowych modeli Volvo, czyli tak naprawdę niemal wszystkim modelom tego producenta – bo w chwili obecnej napęd prawie każdego Volvo jest w jakiś sposób zelektryfikowany. Prawie, bo w gamie mamy dwie wersje modelu XC40: Volvo XC40 T2 FWD w wersji z manualem i skrzynią Geartronic (8-biegowej), które są obecnie jedynymi nowymi Volvo z wyłącznie spalinowym napędem.
Zacznijmy od platformy konstrukcyjnej, czy też – jak wolą niektórzy – płyty podłogowej. Ten komponent każdego pojazdu definiuje nie tylko jakie układy napędowe są przewidywane do użycia w modelach zbudowanych na danej platformie, ale też mnóstwo innych szczegółów: prowadzenie wiązek elektrycznych, umiejscowienie układów obliczeniowych, lokalizacja silnika spalinowego i jego osprzętu, lokalizacja silnika elektrycznego, układów zasilania, akumulatorów itd. Z czego zatem korzysta dziś Volvo?
Platformy konstrukcyjne Volvo
Marka Volvo korzysta dziś z dwóch nowoczesnych platform konstrukcyjnych. Jedna z nich to Volvo Scalable Product Architecture (SPA; znana jest też pod nazwą Volvo P5). Platforma SPA zadebiutowała w 2014 roku wraz z wprowadzeniem na rynek najnowszej generacji największego SUV-a marki: Volvo XC90. Był to zarazem pierwszy samochód powstały na zupełnie nowej platformie opracowanej po tym jak szwedzka marka zostały przejęte z rąk Ford Motor Company przez chińskiego potentata Geely. Dziś na platformie SPA powstają – oprócz wspomnianego XC90 II generacji także Volvo S90, Volvo V90 (także wersja Cross Country), Volvo XC60 II generacji, Volvo S60 III generacji, Volvo V60 II generacji (również odmiana Cross Country). Warto dodać, że na bazie tej samej platformy powstały także dwa modele spoza Volvo: limitowany do 1500 egzemplarzy Polestar 1 oraz Lynk & Co 09.
Druga z platform konstrukcyjnych wykorzystywanych przez szwedzką markę (i nie tylko) to Compact Modular Architecture (CMA), znana też pod nazwą Volvo P6. Ta platforma jest nowsza, zadebiutowała we wrześniu 2017 roku wraz z pojawieniem się na rynku modelu Volvo XC40, obecnie korzysta z niej również w pełni elektryczny model Volvo C40. Oprócz tego z platformy CMA korzysta również wciąż produkowany Polestar 2 oraz cała seria samochodów Lynk & Co (modele 01, 02, 03 i 05).
Zasadniczą cechą obu platform jest to, że zostały one od początku zaprojektowane pod kątem zelektryfikowanych zespołów napędowych. Obecność silnika elektrycznego, czy to w formie generatora-rozrusznika, czy też jako pełnoprawnego napędu elektrycznego przekazującego energię mechaniczną na koła pojazdu jest niejako wbudowana w obie te architektury. Znajduje to odzwierciedlenie we współczesnej gamie modelowej Volvo, w której znajdziemy napędy typu mild hybrid, plug-in hybrid oraz samochody wyłącznie elektryczne. Zacznijmy od rozwiązań miękko-hybrydowych.
Volvo i Mild-Hybrid
Stosowane przez Volvo systemy napędowe typu Mild-Hybrid (po polsku mówimy na to “miękkie hybrydy”) łączą moc pozyskiwaną z klasycznej jednostki spalinowej (zarówno benzynowej, jak i wysokoprężnej, z wyjątkiem modelu Volvo S60, w którego gamie nie ma ani jednego diesla) ze wsparciem elektrycznego układu działającego z napięciem 48 V. Co daje taka instalacja? Spójrzmy na poniższy schemat:
W każdym miękko-hybrydowym obecnie oferowanym modelu Volvo różnice mocy wynikają wyłącznie z różnych poziomów mocy jednostki spalinowej. Np. wersja Volvo XC60 B5 diesel ma moc 211 KM, a Volvo XC60 B6 AWD benzyna to już 314 KM. Jednak bez względu na moc silnika spalinowego komponent elektryczny – widoczny na powyższym schemacie niewielki silniczek – oferuje zawsze taką samą moc: do 14 KM. Dotyczy to zresztą nie tylko modelu XC60, ale każdego miękko-hybrydowego modelu Volvo. 14 KM to zbyt mało, by auto przyśpieszało wyłącznie z wykorzystaniem silnika elektrycznego, ale rola niewielkiego silniczka elektrycznego w tym napędzie jest nieco inna. Po pierwsze, silnik elektryczny pełni rolę rozrusznika, współpracując z obecnym na pokładzie systemem start-stop wyłączającym silnik spalinowy np. podczas postoju na światłach. W momencie ruszania dodatkowa moc z silnika elektrycznego wspomaga silnik spalinowy, który na niskich obrotach pracuje mało efektywnie.
Warto jednak zaznaczyć: silnik elektryczny w układach Mild Hybrid w Volvo w żadnym razie nie napędza pojazdu, a jedynie wspomaga jednostkę główną. Dodatkowo w momencie hamowania, niewielki silnik elektryczny działa jak generator zamieniający kinetyczną energię hamowania na prąd elektryczny ładujący akumulator Mild Hybrid (jest on widoczny na powyższym schemacie z tyłu pojazdu). Stosowanie układów miękko-hybrydowych pozwoliło wielu producentom spełnić zaostrzone normy emisji spalin, ale z perspektywy kierowcy tego typu napęd nie pozwala realnie odczuc “elektrycznej” dynamiki. Gros mocy pochodzi bowiem z klasycznego napędu spalinowego. Są jednak dwie zalety: układy mild-hybrid są tańsze od hybryd plug-in, a po drugie miękka hybryda pozwala minimalnie zmniejszyć zużycie paliwa. Przy czym korzyści będą tym większe, im bardziej zachowawczy styl jazdy preferujemy. Czas na drugi typ hybryd.
Volvo Recharge – czyli napędy hybrydowe plug-in
Volvo nie korzysta z klasycznych napędów hybrydowych. Firma zdecydowała się na oferowanie od razu aut z napędem hybrydowym plug-in. W takim przypadku na pokładzie mamy wciąż dysponujący największą mocą silnik spalinowy (diesel lub benzyniak) oraz dodatkowo pełnowartościowy, zdolny do samodzielnego napędzania pojazdu silnik elektryczny. Siłą rzeczy mały akumulator obecny w miękkich hybrydach byłby w takim napędzie niewystarczający, dlatego Volvo stosuje umieszczony centralnie (w tunelu środkowym) zespół akumulatorów trakcyjnych, które przechowują energię niezbędną do działania silnika elektrycznego. W tym przypadku moc komponentu elektrycznego w napędzie hybrydowym plug-in nie jest już stała dla każdego modelu.
W przypadku Volvo XC40 Recharge PHEV silnik elektryczny dodaje do układu spalinowego własne 82 KM mocy. W przypadku wszystkich pozostałych Volvo z tego typu napędem, jeszcze do ubiegłego roku silniki elektryczne dysponowały mocą 87 KM. To było zbyt mało, w efekcie wielu kierowców musiało w mieście jeździć bardzo zachowawczo, by nie uaktywniać silnika spalinowego nawet przy naładowanej baterii. Jednak już we wrześniu ub. roku informowaliśmy Was o zmianach w układach napędowych hybrydowej serii Volvo Recharge (wyłącznie napędy PHEV). Wówczas producent ogłosił dwie istotne zmiany: silniki elektryczne w układach hybrydowych plug-in zyskały większą moc. Podniesiono ją (w XC60, XC90, S60, S90, V60, V90) z 87 KM do 145 KM. Oprócz tego zwiększono też pojemność akumulatorów trakcyjnych z 11,6 kWh do 18,8 kWh.
Kosmetyka? Bynajmniej. Dzięki tym zmianom najnowsze PHEV-y Volvo wreszcie potrafią realnie zapewnić bezemisyjną jazdę w codziennych, rutynowych, nie przekraczających 50 km trasach. Ponadto kooperacja obu silników została tak zmodyfikowana, że z jednej strony otrzymaliśmy większą dynamikę (bo mamy większą moc napędu elektrycznego), a z drugiej większa bateria pozwoliła odciążyć jednostkę spalinową co ma przełożenie na faktyczne zużycie paliwa, nawet w sytuacji, gdy użytkownik zapomina o ładowaniu baterii napędu hybrydowego plug-in z zewnętrznego źródła. Nie są to czcze przechwałki producenta – mieliśmy już okazję sprawdzić nowe Volvo XC60 T6 PHEV ze zmodernizowanym układem hybrydowym – naprawdę czuć różnicę.
Zaletą napędu hybrydowego plug-in jest przede wszystkim to, że gdy tylko mamy gdzie ładować taki napęd (w domowym garażu, czy na parkingu w biurze, w pracy) odwiedziny na stacjach benzynowych będą należeć do rzadkości. Jednocześnie auto wciąż oferuje duży zasięg bez względu na infrastrukturę ładowania aut elektrycznych. 145 KM pochodzących z silnika wyłącznie elektrycznego pozwala poruszać się najnowszymi Volvo Recharge PHEV w mieście tak jak zwykłym samochodem elektrycznym, bez konieczności uprawiania ekstremalnej ekojazdy.
Warto też zaznaczyć, że napęd hybrydowy plug-in w samochodach szwedzkiej marki jest tak skonfigurowany, że auto startuje zawsze na prądzie. To, jak szybko aktywowany jest silnik spalinowy zależne jest od kilku czynników: ilości energii w akumulatorach trakcyjnych pojazdu, od trybu jazdy w jakim samochód w danej chwili działa i ewentualnie od determinacji kierowcy (czyt: jak głęboko wcisnąłeś pedał przyśpieszenia). Gdy zrobisz kickdown, zawsze uruchomi się silnik spalinowy. Każde hybrydowe Volvo z serii Recharge oferuje co najmniej trzy tryby jazdy. W trybie Pure priorytetowo wykorzystywany jest silnik elektryczny, w trybie Hybrid auto preferuje elektrykę, ale korzysta też z silnika spalinowego; tryb ten jest zresztą automatycznie uruchamiany w sytuacji, gdy skończy się energia (de facto zawsze jej trochę pozostaje) w akumulatorze trakcyjnym silnika elektrycznego. Oprócz tego jest jeszcze tryb Power – w nim kierowca uzyskuje tyle ile fabryka dała z obu silników, a gdy pełny potencjał nie jest wykorzystywany do poruszania auta, część energii z silnika spalinowego trafia do silnika elektrycznego, który staje się generatorem prądu przekierowywanego do akumulatora trakcyjnego. Jednak ładowanie w ten sposób hybrydy plug-in przy dzisiejszych cenach paliwa to niezbyt opłacalne rozwiązanie.
Zajrzyj do naszego testu Volvo XC60 T6 PHEV ze zmodernizowanym układem hybrydowym plug-in