Saga E-TECH, episodul 4: de la LOCODISCOBOX la E-TECH
Publicat pe
La originea tehnologiei Renault E-TECH
Bazându-se pe expertiza sa în domeniul vehiculelor electrice, pe experiența acumulată în Formula 1 și pe echipele entuziaste și pasionate de inginerie, dezvoltare și control, Renault a dezvoltat sistemul său inovator de propulsie hibrid E-TECH. Disponibilă în versiunea „hibrid complet” pe modelul Clio și în versiunea „hibrid complet reîncărcabil” pe Noul Captur și Noul Mégane, aceasta a fost concepută și perfecționată într-un mod atât neobișnuit, cât și extrem de inspirator. Acest al patrulea și ultimul episod trece în revistă ultimele alegeri tehnice făcute, în special cele referitoare la motoarele electrice.
Răspunzând cerințelor din caietul de sarcini și după ce și-a dovedit eficiența cu prototipul EOLAB, inovatoarea LocoDiscoBox trebuie acum să treacă cu succes de etapa de adaptare ca „produs” pentru a fi integrată sub capota modelelor de serie ale Renault Group. De altfel, inițial a fost concepută în cadrul programului „Entry”, bazat pe platforma M0 și coordonat de Gérard Detourbet – cel care a spus „da” atunci când i-a fost prezentată macheta din LEGO.
Abia au început primele prezentări ale motorizării hibride reîncărcabile Z.E. on demand în fața directorilor și a conducerii Renault din departamentul „produse”, când echipele de ingineri își dau seama că nu au scăpat încă de probleme. Foarte repede, nu mai este vorba de Entry și M0, ci de M1, adică de modelele versatile și compacte, printre care se numără și Mégane. De altfel, tocmai pe un Mégane vor fi efectuate testele de calibrare pentru viitorul sistem de propulsie E-TECH. A fost necesar, așadar, să se perfecționeze LocoDiscoBox pentru a o face compatibilă cu acest model și cu performanțele așteptate de la acesta. Vor fi activate două direcții de acțiune pentru două domenii diferite: adăugarea unui al doilea motor electric pentru viteze mici și adăugarea unui al patrulea raport al cutiei de viteze la motorul termic pentru viteze mari.
„Exista această problemă de întrerupere a cuplului între treptele 1 și 2, adică la viteză redusă. Soluția consta, în opinia noastră, în adăugarea unui mic motor electric care să înlocuiască sincronizatoarele unei cutii de viteze tradiționale, pentru a facilita cuplarea dinților și pentru a uniformiza accelerația grație aportului său imediat de cuplu. Un alt punct sensibil: controlul funcționării dinților de cuplare. Nu a fost ușor, deoarece aveam cuplaje plate, de tipul celor utilizate în Formula 1, și nu cuplaje de tip „acoperiș”. Aceste cuplaje plate funcționează mai bine pe termen lung și sunt, în principiu, mai fiabile. Însă prezintă și dezavantajul de a se cupla mai greu. A fost necesar, așadar, să validăm această idee cu ajutorul unor specialiști în control.”
DE LA LOCODISCOBOXLA E-TECH
#1 HSG: ALEGEREA INTELIGENTĂ
Aici intervine Ahmed Ketfi-Cherif, care supraveghease deja dezvoltarea primei versiuni a LocoDiscoBox. Nu numai că susține ideea unui mic motor electric suplimentar pentru a îmbunătăți funcționarea sistemului cu clichet, dar îi descoperă și alte avantaje.
„Motorul de tip HSG (High-voltage Starter Generator, sau demaror de înaltă tensiune) pe care l-am ales permitea, de exemplu, ca sistemul să funcționeze în regim «hibrid în serie » la viteze mici, pentru mai mult confort și flexibilitate. Fără a necesita o cantitate mare de energie stocată, ceea ce permitea reducerea capacității bateriei și eliminarea prizei de încărcare. Viitoarea motorizare E-TECH, bazată inițial pe un sistem hibrid reîncărcabil, tocmai fusese extinsă cu o versiune hibridă „simplă”. Posibilitățile de utilizare în cadrul gamei s-au multiplicat!”
#2 NISSAN SE ALĂTURĂ CONCURENȚEI
De fapt, ideea de a utiliza un al doilea motor electric de tip HSG oferea soluția la o mulțime de probleme. De exemplu, acesta îmbunătățea reglarea încărcării bateriei, protejând-o împotriva epuizării complete a energiei, și asigura o gestionare mai eficientă a energiei, precum și o funcționare generală a sistemului care făcea ca această transmisie să se apropie de o transmisie automată obișnuită.
Acest lucru nu putea decât să fie pe placul companiei Nissan, membră a Alianței alături de Renault, care a avut un cuvânt de spus în dezvoltarea și adaptarea la produs a acestui viitor motor E-TECH, știind că acesta urma să fie utilizat în modelele și pe piețele sale. Japonezii erau deosebit de atenți la confortul la condus și, deși apreciau avantajele celui de-al doilea motor electric, era necesar să se meargă și mai departe. Așa a apărut ideea de a adăuga un al patrulea raport la cutia de viteze cu dinți de cârlig, pentru a îmbunătăți senzația la viteze mari.
„Inițial, transmisia LocoDiscoBox avea trei trepte de viteză, pentru trei situații de conducere bine definite: oraș, șosea și autostradă. Adăugarea motorului HSG a permis îmbunătățirea senzației la volan și reducerea consumului în treapta de viteză «oraș». Trebuia să procedăm la fel și la capătul superior al lanțului, iar ideea care ne-a venit a fost să adăugăm un al patrulea raport. Acesta permite deconectarea totală a motorului electric principal atunci când nu este utilizat – de obicei pe autostradă. Astfel, ne putem „elibera” de rezistența sa și putem economisi aproximativ 1 kW, adică 3–4% din consum. Ideea era să menținem conectate la roată doar componentele necesare tracțiunii și să nu folosim un motor electric mare pentru ceea ce se putea realiza cu unul mic. Astfel, micul HSG se ocupa de producerea de energie electrică pentru componente, și nu marele motor electric principal.”
Ultima îmbunătățire a vizat micile motoare de acționare ale cutiei de viteze, care permit cuplarea dinților de sincronizare la schimbarea treptelor de viteză. Datorită dinților de sincronizare plat și sistemului de asistență cu arc simplu, care a înlocuit sincronizatoarele, inginerii au putut utiliza motoare mici de sub 100 de wați, față de dublul sau triplul acestei valori, așa cum se întâmplă de obicei. Acest lucru a contribuit, de asemenea, la reducerea dimensiunilor acestei transmisii.
De data aceasta, arhitectura viitorului sistem de propulsie E-TECH era clar definită. Însă mai rămâneau încă două alegeri de făcut în ceea ce privește componentele sale: motorul electric principal și motorul cu ardere internă.
#3 Tehnologia Renault,Componente Alliance
Până în prezent, motorul prototip LocoDiscoBox folosea un motor electric discoidal – de unde și denumirea sa. Însă, pentru Antoine Vignon, acesta nu era adaptabil pentru o producție industrială în serie mare din cauza anumitor componente realizate din materiale compozite. De asemenea, trebuia să se aleagă între un motor cu rotor bobinat (precum cel folosit în modelul ZOE) și un motor cu magneți permanenți. Deși primul prezenta avantajul de a se putea adapta la toate situațiile, acesta nu îndeplinea criteriile de compactitate, care rămâneau esențiale în definirea motorizării E-TECH. Așadar, trebuia găsit un motor sincron cu magneți permanenți… lucru care urma să se realizeze la Nissan. În ceea ce privește motorul termic, Alianța urma să fie solicitată să contribuie.
„Pentru a distribui resursele de dezvoltare și producție în cadrul Alianței, am preferat să utilizăm componente existente la Nissan, în loc să le achiziționăm. Acest lucru a determinat alegerea motorului electric principal, dar și, mai ales, a motorului termic. Motorul H4BT utilizat la începutul proiectului era puțin învechit și nu era suficient de eficient din punct de vedere al consumului. De asemenea, ne-am propus să respectăm viitoarele norme de emisii Euro 6d-FULL. Singurul candidat era motorul HR15Gen3 (un motor pe benzină cu 4 cilindri, fără turbocompresor, utilizat de Nissan, în special pentru piețele din China și Coreea), a cărui cilindree de 1,5 litri corespundea exact cerințelor stabilite. Compact, oferind performanțe corespunzătoare și un randament satisfăcător, acesta era cel mai bun candidat disponibil în banca de componente a Alianței. A fost adoptat în 2015!”
Pentru a merge mai departe de simpla respectare a standardelor antipoluare și pentru a avea posibilitatea de a monta un filtru de particule pe motorul cu ardere internă, s-a decis în 2016 înlocuirea motorului HR15 cu un alt motor cu 4 cilindri atmosferic provenit din banca de componente a Alianței, modelul HR16. Acest lucru a necesitat o muncă considerabilă de adaptare (cartografierea motorului, modificarea anumitor piese precum pistoanele, bielele și arborele cotit la mașinile de testare), dar rezultatele s-au dovedit rapid satisfăcătoare.
Chiar dacă nu este perfect, acest motor HR16 reprezintă un compromis bun și permite transmisiei inovatoare cu clicheți să-și valorifice întregul potențial. Este un motor atmosferic, dar aportul motoarelor electrice compensează lipsa turbocompresorului la turații joase, în timp ce acesta este utilizat în principal la turația sa optimă de randament, în special atunci când funcționează ca generator pentru reîncărcarea bateriei. De asemenea, acesta răspunde cerințelor de optimizare a costurilor pentru o motorizare E-TECH destinată vehiculelor din gama medie. Odată cu el, toate piesele puzzle-ului s-au asamblat, iar motorizarea E-TECH așa cum o cunoaștem astăzi a luat naștere!
CONCLUZIE
După aproape 10 ani de dezvoltare, motorizarea hibridă E-TECH este acum disponibilă în gama Renault. Aceasta reprezintă punctul culminant al unei aventuri aproape ireală, născută dintr-o machetă din LEGO și din ingeniozitatea și perseverența unei echipe de pasionați care nu a renunțat niciodată în fața dificultăților. O echipă care a știut să-i unească pe cei din jur și să creeze un spirit de competiție pozitiv care a cuprins treptat întreaga companie. Era absolut necesar pentru a reuși această provocare riscantă și ambițioasă.
„La începutul proiectului, mulți ne-au spus: «Nu va funcționa niciodată!». Este adevărat că era o miză foarte riscantă, mai ales având în vedere intenția de a înlocui sincronizarea cutiei de viteze cu un motor electric. Dar, treptat, întreaga companie a ajuns să-și însușească acest proiect: de la echipele de produs și cele de proiecte auto, până la conducere! Mulți angajați din departamentul de inginerie și din alte departamente s-au entuziasmat pentru acest proiect, ceea ce a generat o motivație interioară foarte puternică. Și asta, de asemenea, reprezintă valoarea unei companii. Motorizarea E-TECH este o reușită aproape nebunească de care putem fi cu toții mândri.”
