Ograničenje emisije ugljikova dioksida koju je Europska unija propisala za 2021. trenutno je glavna preokupacija proizvođača automobila. Sudbonosnih 95 grama CO2 po kilometru podatak je koji većini ljudi ne govori puno, ali pretvorimo li ga u potrošnju goriva (odgovara prosjeku od 4 l/100 km), postaje jasnije koliko je to teško postići. No, postoje i olakšanja. Za početak zadane vrijednosti ne odnose se na svaki zaseban model, već na prosjek kompletne ponude pojedinog proizvođača, a dodatna olakšica je korištenje starog (ne previše strogog) NEDC sustava homologacije.
Mild hybrid 48 voltni pogon
Jedno od rješenja su klasični hibridni sustavi u stilu Toyote Prius, no to je skupo i ne može se improvizirati preko noći. Puno jeftinija opcija je mild hybrid sustav koji se temelji na strujnoj mreži napona 48 volta. No, iza imena koje se već uvriježilo i koriste ga Audi, Mercedes, Renault i Suzuki (a Ford, Kia, Jeep i mnogi drugi najavljuju) krije se nekoliko tipova i izvedbi, a jedina zajednička osobina je četiri puta veći radni napon u odnosu na klasičan 12-voltni. Prvi korak u masovnoj hibridizaciji je P0 stupanj, koji se temelji na zamjeni običnog generatora generatorom koji ima i funkciju motora (neznatno skuplji) uz koji ide transformator (48 u 12 volta) i kompaktna baterija od litija (veličine pola kutije za cipele i težine 7 kg). Sustav može smanjiti potrošnju za 5 posto (prema NEDC-u), a prema Boschovim stručnjacima do 2020. taj prvi stupanj pokrivat će 90 posto mild hybrid modela.
Početni stupanj hibridizacije postiže se zamjenom klasičnog alternatora električnim motorom, koji ujedno funkcionira i kao generator kada koristi pogonsku snagu motora ili gibanja vozila. Kada se napaja strujom, isporučuje pogonski moment u sustav prijenosa. Zahvaljujući naponu četiri puta većem u usporedbi s klasičnim 12-voltnim sustavima, P0 stupanj hibridnog pogona ima vršnu snagu od 12 kW (16 KS), čime se u konačnici potrošnja prema sadašnjim homologacijskim ciklusima smanjuje za 3 do 5 posto. Renault Scénic 1.5 dCi Hybrid Assist prvi je serijski model koji je opremljen 48-voltnim P0 hibridnim sustavom koji je izradio Continental.
Mercedesov šestcilindraš M256
Prvi najjeftiniji i najjednostavniji korak
Početni stupanj hibridizacije postiže se zamjenom klasičnog alternatora električnim motorom, koji ujedno funkcionira i kao generator kada koristi pogonsku snagu motora ili gibanja vozila. Kada se napaja strujom, isporučuje pogonski moment u sustav prijenosa. Zahvaljujući naponu četiri puta većem u usporedbi s klasičnim 12-voltnim sustavima, P0 stupanj hibridnog pogona ima vršnu snagu od 12 kW (16 KS), čime se u konačnici potrošnja prema sadašnjim homologacijskim ciklusima smanjuje za 3 do 5 posto. Renault Scénic 1.5 dCi Hybrid Assist prvi je serijski model koji je opremljen 48-voltnim P0 hibridnim sustavom koji je izradio Continental.
P1 stupanj Bez prijenosa remenom učinak je puno bolji
Elektromotor spojen na radilicu klasičnog termičkog motora ima dugu povijest. Honda Insight predstavljena 2000. imala je elektromotor umjesto zamašnjaka, ali Japanci su koristili visoki napon, dok novija rješenja koriste mnogo jeftiniju opciju sa 48 volta. Jedan od primjera je novi 3,0-benzinski motor Mercedesa M256, koji koristi elektromotor od 15 kW. S funkcionalnog gledišta P1 sustavi ne razlikuju se puno od P0, ali izostanak remena, koji donosi gubitak energije, povećava učinkovitost zahvaljujući mogućnosti korištenja elektromotora s permanentnim magnetima. Potencijal za smanjenje emisije CO2 je iznad 8 posto, ali i troškovi se povećavaju.
P2 stupanj Stvari postaju ozbiljne uz pomoć spojke
Posebnost trećeg stupnja je mogućnost razdvajanja elektromotora odnosno generatora (spojenog na mjenjač) od termičkog motora zasebnom spojkom. Tako automobil u odgovarajućim uvjetima može biti pogonjen samo uz pomoć električne energije akumulirane u baterijama, čime se dodatno povećava učinkovitost sustava. Ušteda goriva postaje značajnija, a smanjenje emisija ugljikova dioksida raste do 16 posto. To su vrijednosti koje se ostvaruju s najsloženijim rješenjem (kada elektromotor ima istu os kao i mjenjač), ali da bi se smanjili troškovi i dimenzije cijelog sklopa, mogu se koristiti i paralelne sheme s električnim strojem povezanim remenom ili lancem.
P3 stupanj Vrlo učinkovito, ali i vrlo skupo rješenje
Rješenje kojim se elektromotor spaja na vratilo koje izlazi iz mjenjača puno je složenije i može se primijeniti kod uzdužno ili poprečno postavljenog termičkog motora. Slika na kojoj je prikazan Schaefflerov prototip odnosi se na uzdužno postavljene motore, a sustav se može koristiti i kod automobila s pogonom na sva četiri kotača uz dodatak posebne spojke. Učinkovitost po pitanju smanjenja potrošnje je značajna jer omogućuje potpuno isključivanje elektromotora pri velikim brzinama, odnosno kada njegova pomoć nije potrebna. Nažalost, složenost cijelog sklopa koji predviđa i prisutnost planetarnog reduktora znatno povećava troškove.
P4 stupanj Integralni pogon uz pomoć elektromotora
Elektromotor koji pokreće kotače na stražnjoj osovini nipošto nije novost. Hibridni modeli Toyote i Lexusa, BMW 225 xe, Mini E Countryman, a u ne tako davnoj prošlosti Peugeot 3008 i DS 5 Hybrid4 ponudili su slično rješenje, ali u visokonaponskoj verziji. Stupanj P4 koristi istovjetnu shemu, ali s naponom od 48 volta koji također donosi pogon na sva četiri kotača bez mehaničke povezanosti između osovina. Kako bi se optimizirala učinkovitost, elektromotor (najveće snage oko 20 kW) kombinira se s dvostupanjskim automatskim mjenjačem (ako se električni motor prebrzo okreće, dolazi do pada učinkovitosti), a konvencionalni motor mora biti opremljen P0 sustavom za pokretanje. U usporedbi s tradicionalnim 4x4, potrošnja može pasti za skoro 25 posto.
P5 stupanj Puno kontrole, ali i negativnih strana
Posljednje rješenje hibridizacije uz pomoć napona od 48 volta temelji se na elektromotorima ugrađenim u oba stražnja kotača. Sustav široko primijenjen na biciklima s električnim pogonom upotrebljiv je i kod automobila i omogućuje zasebnu kontrolu okretnog momenta na obje strane automobila, kako bi se korigiralo zanošenje stražnjeg dijela ili proklizavanje preko nosa. Negativna strana je povećana težina kotača, što negativno utječe na udobnost, a i snaga elektromotora je ograničena.