Τwo mode hybrid: Ένα για τρεις, τρεις για ένα…

Το “two mode hybrid” αποτελεί την καρδιά του υβριδικού συστήματος που πρόκειται να δούμε, όχι μόνο στην ML 450 HYBRID, αλλά σε διάφορα μοντέλα της GM και της BMW καθώς το εν λόγω σύστημα αποτελεί καρπό της κοινοπραξίας των τριών εταιριών…

Το υβριδικό σύστημα two-mode (μου αρέσει να το αποκαλώ και 2-mode) αποτελεί έργο εξέλιξης τριών μεγάλων αυτοκινητο- βιομηχανιών, των BMW, Daimler και GM. Η BMW είχε παρουσιάσει πριν από περίπου δύο χρόνια το πρωτότυπο X6 ActiveHybrid χωρίς ωστόσο να αποκαλύψει καμία λεπτομέρεια του συστήματος. Στη συνέχεια η Cadilac παρουσίασε την υβριδική εκδοχή της Escalade, η GM του Tahoe και τον Ιανουάριο η Mercedes-Benz προχώρησε στην παρουσίαση της ML 450 HYBRID η οποία αποτελεί το πρώτο δείγμα παραγωγής του συστήματος 2-mode.

Η ονομασία της εν λόγω υβριδικής διάταξης προέρχεται από τις δύο βασικές φάσεις (εξού και η ονομασία two mode) λειτουργίας της μονάδας μετάδοσης που συνδυάζει δύο ηλεκτρο- κινητήρες με τρείς πλανητικούς μηχανι- σμούς: α) η φάση κατά την εκκίνηση και κίνηση σε χαμηλές ταχύτητες και β) η κίνηση σε υψηλές ταχύτητες.

Κάτι τρέχει με το 2-mode…

Προς τι όλη αυτή η ιστορία με το 2-mode; Στο Toyota Prius η μέγιστη ταχύτητα με την οποία μπορεί να κινηθεί το αυτοκίνητο περιορίζεται από το όριο περιστροφής του ηλεκτροκινητήρα. Με διάφορες βελτιώσεις, η νέα 3η γενιά αγγίζει τα 180 χλμ/ώρα (10 περισσότερα από την 2η γενιά). ΟΚ, θα πείτε, δεν θέλουμε δα και μεγαλύτερη τελική για ένα οικογενειακό όπως είναι το Prius. Τι γίνεται όμως με τα πολυτελή γρήγορα της Lexus όπου οι επιδόσεις πρέπει να είναι μεγαλύτερες;

Στην περίπτωση των GS 450h και LS 600h το πλανητικό σύστημα μετάδοσης (μεταβαλλόμενων σχέσεων) αναβαθμίστηκε με το μηχανικό σύστημα Ravigneaux (ανάλυση υπάρχει στο τέλος της σελίδας) το οποίο εμπλέκεται αυτόματα. Κάτι σαν ένα σύστημα 1-mode με δύο φάσεις ταχυτήτων.

Στο LS 600h το πλανητικό σύστημα Ravigneaux βρίσκεται μετά τον ηλεκτροκινητήρα και αναλαμβάνει να αλλάζει την σχέση μετάδοσης του τελευταίου ανάμεσα στην κοντή σχέση (3,900:1) και στην μακριά (1,900:1). Κατά την επιτάχυνση ο μειωτήρας αλλάζει ανεπαίσθητα από την κοντή στην μακριά σχέση περίπου στα 85km/h (το κατέβασμα γίνεται στα περίπου 50km/h) και κάπως έτσι εξηγείται η αφθονία ροπής του LS 600h κατά την εκκίνηση.

Ωστόσο, δεν είναι όλα ωραία και ρόδινα καθώς υπάρχει μεγάλη σπατάλη του ηλεκτρικού δικτύου και γενικότερα δεν γίνεται έχουμε και τον καλύτερο δυνατό βαθμό απόδοσης. Για παράδειγμα, κατά την βίαιη εκκίνηση ο ηλεκτροκινητήρας απασχολεί και τις τρείς πηγές ισχύος, τραβά έργο από τον ΜΕΚ, από την γεννήτρια και από τις μπαταρίες. Το σύστημα 2-mode μπορεί να επιλύσει τα ζητήματα που τίθενται σχετικά με την απόδοση του υβριδικού συστήματος στις χαμηλές και υψηλές ταχύτητες.

ML 450 HYBRID, ο προπομπός του νέου είδους…

Η ML 450 HYBRID εξοπλίζεται με V6 κινητήρα χωρητικότητας 3.498 κ.εκ. που λειτουργεί σε κύκλο Atkinson και αποδίδει 279 ίππους και 350 Nm ροπής. Τα χαρακτηριστικά του κύκλου Atkinson εξηγούνται εδώ ενώ σε σχέση με την Otto έκδοση του οι βασικές διαφορές εντοπίζονται στην κυλινδρο- κεφαλή, την σχεδίαση των πιστονιών και των εκκεντροφόρων.

Η αντλία λαδιού είναι επίσης διαφορετική ενώ η μίζα και η γεννήτρια απλά δεν υπάρχουν καθώς την λειτουργία τους αντικαθιστούν οι δύο ηλεκτροκινητήρες του συστήματος 2-mode. Η συνολική απόδοση της υβριδικής ML 450 φτάνει τους 340 ίππους και η κατανάλωση τα 7,7 lt/100km.

To ηλεκτρικό κύκλωμα περιλαμβάνει δύο ηλεκτροκινητήρες. Αυτός που είναι κοντά στον ΜΕΚ αποδίδει 85 ίππους και 235 Nm και ο άλλος αποδίδει 82 ίππους και 260 Nm. Η συστοιχία των μπαταριών είναι τύπου νικελίου-μετάλλου υδριδίου, υγρόψυκτη, ζυγίζει 83 κιλά και αποτελείται από 240 στοιχεία και παράγει 45 kW (1,2-288 V). Η σοφιστικέ μονάδα που διαχειρίζεται όλο το ηλεκτρικό κύκλωμα μπορεί να εκτελέσει 50 δισεκατομμύρια ταυτόχρονες λειτουργίες ενώ υπολογίζει τον αποδοτικότερο τρόπο λειτουργίας του συστήματος 160 φορές το δευτερόλεπτο.

Καροτοζαβολιές…

Τον Ιούνιο του 2008 είχα την ευκαιρία να ταξιδέψω μέχρι τη Σεβίλλη και να παρευρεθώ σε μία εξαιρετικά ενδιαφέρουσα τεχνολογική παρουσίαση που διοργάνωσε η Mercedes-Benz. Εκεί είδα από κοντά τα μελλοντικά project της εταιρίας, από το πρωτότυπο F700 και το ηλεκτροκίνητο smart μέχρι και τον κινητήρα Diesotto. Ωστόσο, την προσοχή μου κίνησε το υβριδικό σύστημα 2-mode που παρά την μυστικοπάθεια των ιθυνόντων της εταιρίας κατάφερα να συλλάβω με τον φωτογραφικό μου φακό μερικά αποκλειστικά screens από τα βίντεο που εξηγούσαν την λειτουργία του συστήματος.

Πλανητικό σύστημα Ravigneaux

Ένα απλό πλανητικό σύστημα αποτελείται από α) μια στεφάνη (κορώνα) με εσωτερική οδόντωση που ανάλογα με την διάταξη μπορεί να περιστρέφεται ή να μένει σταθερή, β) ένα κεντρικό γρανάζι (πινιόν) που αποκαλείται ήλιος, και γ) δύο ή περισσότερα σετ γραναζιών (πλανήτες) που περιστρέφονται σε μικρούς άξονες και εμπλέκονται μεταξύ της στεφάνης και του ήλιου. Οι μικροί άξονες εμπλέκονται στον φορέα των πλανητών.

Ο άξονας του φορέα είναι ομοαξονικά τοποθετημένος με τον άξονα του ήλιου. Και οι δύο άξονες έρχονται σε επαφή με την στεφάνη. Ένα πλανητικό σύστημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν υποπολλαπλασιαστής ή πολλαπλασιαστής στροφών σε αυτόματα υδραυλικά κιβώτια με μετατροπέα ροπής ή σε κιβώτια συνεχώς μεταβαλλόμενων σχέσεων CVT.

To πλανητικό σύστημα Ravigneaux περιλαμβάνει δύο ήλιους (ένα μικρότερο και ένα μεγαλύτερο) και ένα μονό φορέα που εμπλέκεται με δύο σετ πλανητών (ένα εσωτερικό, ένα εξωτερικό). Ο φορέας μπορεί να είναι μονός αλλά έχει να παντρέψει δύο σχέσεις μετάδοσης, των εσωτερικών και εξωτερικών πλανήτων.

Τα οποία μπορεί να κινούνται ανεξάρτητα αλλά πάντοτε με συγκεκριμένη σχέση μετάδοσης καθώς κάθε κίνηση του ενός γραναζιού συνυπολογίζεται στο άλλο και το αντίστροφο. Τα ζεύγη των εσωτερικών πλανήτων εμπλέκονται με τον μικρό ήλιο και των εξωτερικών με τον μεγάλο ήλιο. Η στεφάνη εμπλέκεται με τα εξωτερικά ζεύγη πλανητών.