Ten wyjątkowy samochód koncepcyjny, zaprezentowany na bazie kabrioletu Saab 9-3, to pierwszy pojazd łączący zastosowanie bezemisyjnego bioetanolu (E100) z całkowicie elektrycznym napędem poprzez wykorzystanie zaawansowanego, dwusystemowego układu hybrydowego, opracowanego przez General Motors Corp. we współpracy z DaimlerChrysler i BMW Group. Koncepcyjny Saab BioPower Hybrid osiąga zerowy poziom emisji CO2, zapewniając przy tym lepsze osiągi i niższy pobór energii.
Dzięki mocy 260 KM (191 kW) z dwulitrowego silnika BioPower turbo i 148 kW z trzech silników elektrycznych, koncepcyjny Saab BioPower Hybrid oferuje znacznie wyższy moment obrotowy niż jego benzynowy odpowiednik.
Choć wykonana w całości z aluminium jednostka napędowa BioPower może być napędzana samym paliwem E100, zachowuje ona "elastyczność paliwową" i może korzystać z mieszanki benzyny i bioetanolu o dowolnych proporcjach.
Silnik BioPower działa w połączeniu z zaawansowanym układem napędu elektrycznego, w którego skład wchodzi dwusystemowa, hybrydowa skrzynia biegów, tylna jednostka napędowa (RDU), 300-woltowy akumulator i zaawansowany system elektronicznego sterowania. Jednostka zapewnia chwilowe wzmocnienie momentu obrotowego przez silniki elektryczne, przyczyniającą się do oszczędności energii funkcję wyłączania/włączania silnika, regeneracyjne hamulce, bezstopniową zmianę biegów dokonywaną dzięki stale zmieniającym się trybom działania skrzyni biegów i w pełni elektryczny, przeznaczony do jazdy miejskiej "Tryb Zero".
Planowane osiągi koncepcyjnego Saaba BioPower Hybrid obejmują przyspieszenie od zera do 100 km/h w zaledwie 6,8 sekundy, co jest znaczną poprawą w porównaniu z 9,5 sekundy wersji benzynowej o mocy 210 KM, współpracującej z konwencjonalną, automatyczną skrzynią biegów.
{QTen samochód daje nam możliwość oceny i zbadania potencjału technologii hybrydowej w silnikach BioPower" – mówi J. Jonsson, Dyrektor Generalny Saab Automobile. – "W ramach tego procesu poszerzamy swoją wiedzę, wprowadzając właśnie hybrydową technologię dwusystemową. Pomaga nam ona zachować sportowe osiągnięcia kojarzone tradycyjnie z Saabem przy jednoczesnym wykorzystaniu odnawialnych paliw i technik oszczędności energii".
Dwusystemowa technologia hybrydowa
W koncepcyjnym Saabie BioPower Hybrid zastosowano supernowoczesną dwusystemową, hybrydową skrzynię biegów. Ta zaawansowana technologia jest istotnym dokonaniem przemysłu motoryzacyjnego i osiąga niespotykany stopień zintegrowania dzięki połączeniu dwóch silników elektrycznych i czterech stałych przekładni w jednej obudowie.
Potocznie określana jako dwusystemowa i hybrydowa ze względu na nisko- i wysokoszybkościowe, stale zmienne tryby przekładni (ECVT), przyczyniająca się do oszczędności paliwa technologia wykorzystuje również cztery stałe biegi, oferując w sumie sześć funkcji działania. Efektem jest nowatorskie rozwiązanie, zapewniające wyjątkowy poziom oszczędności, doskonałe osiągi i ogromną moc.
Dwusystemowe silniki elektryczne mogą być wykorzystywane do wyłącznie elektrycznego napędzania pojazdu, podwyższania mocy silnika spalinowego i zapewniania regeneracyjnego hamowania.
Dalsze działania zmierzające do obniżenia poziomu zużycia paliwa objęły funkcje pomocnicze, takie jak pompa wodna, klimatyzacja czy wspomaganie układu kierowniczego, które zostały usunięte z paska klinowego silnika i przeniesione do napędu elektrycznego poprzez układ hybrydowy.
Dwusystemowa, hybrydowa skrzynia biegów rozmiarem przypomina konwencjonalną przekładnię automatyczną. Jej adaptacyjna konstrukcja umożliwia dostosowanie do rozmiaru, masy i osiągów różnych silników i pojazdów.
Napęd BioPower
Saab 9-5 2.0t BioPower, który może być napędzany paliwem E85 (85% bioetanolu/ 15% benzyny), odniósł ogromny sukces w Szwecji, gdzie jest obecnie najlepiej sprzedającym się modelem.
Koncepcyjny Saab BioPower Hybrid jest rozwinięciem technologii paliw alternatywnych Saaba i wprowadza możliwość korzystania z paliwa E100. Silnik ten jest rezultatem ewolucji obecnej wersji BioPower – aluminiowego, 16-zaworowego, dwulitrowego silnika turbo, oferowanego w modelu Saab 9-3. Wykorzystując wyższą wartość oktanową paliwa E100, osiąga on moc 260 KM i aż 375 Nm maksymalnego momentu obrotowego, co jest wzrostem odpowiednio o 24 i 25 procent w porównaniu z wersją benzynową.
Wtrysk bezpośredni (SIDI) zapewnia optymalny poziom spalania paliwa E100, gwarantując taką samą wydajność przy zapalaniu na zimno, jaką umożliwia silnik benzynowy. Zmienna długość kolektorów dolotowych i zmienne fazy rozrządu odpowiadają za optymalny przepływ powietrza, zaś w układzie paliwowym zastosowano trwalsze zawory i ich gniazda oraz materiały dostosowane do bioetanolu.
Architektura hybrydowa
Zastosowano zintegrowany system hybrydowy, którego sterowanie opiera się na wydajnym "zarządzaniu energią" – odzyskiwaniu i przechowywaniu energii traconej w pojazdach z konwencjonalnym napędem. Oprócz przetworników prądu stałego i zmiennego oraz 12- i 300-woltowych interfejsów zastosowano trzy podstawowe elementy: dwusystemową, hybrydową skrzynię biegów z dwoma silnikami elektrycznymi (opisaną powyżej), elektryczną tylną jednostkę napędową (RDU) wykorzystującą trzeci silnik oraz 300-woltowy akumulator.
Układ RDU wykorzystuje silnik elektryczny o mocy 38 kW, umieszczony pomiędzy tylnymi kołami, który napędza dyferencjał przekładniowy i wały pędne. Podczas przyspieszania przy niskich szybkościach układ RDU może na krótka chwilę wytworzyć 665 Nm dodatkowego momentu obrotowego. Silnik obsługuje ponadto regeneracyjne hamulce i odzyskiwanie energii z wałków pędnych podczas wytracania szybkości.
Magazynem energii wszystkich trzech silników jest pojemny, 300-woltowy akumulator litowo-jonowy, chłodzony wiatrakiem. System ten zamontowany jest pod podłogą bagażnika, ale nie ogranicza jego pojemności. Działanie akumulatora jest uważnie monitorowane i zarządzane oddzielną, elektroniczną jednostką sterowania.
Korzyści podczas jazdy
Zaawansowana elektroniczna kontrola systemu hybrydowego dostosowana jest do parametrów działania silnika BioPower, zapewniając zwiększające moc wspomaganie, oszczędność mocy i bezstopniową zmianę biegów.
W krótkich okresach mogą się uaktywnić wszystkie trzy silniki, co ma na celu zwiększenie mocy silnika, polepszenie przyspieszenia ze startu zatrzymanego i wydajności na poszczególnych biegach, a przez to zapewnienie możliwości bezpiecznego wyprzedzania bez podwyższania poziomu zużycia paliwa. Kierowca doceni również od razu równe działanie dwusystemowej, hybrydowej skrzyni biegów.
W trakcie ruszania koncepcyjny Saab BioPower Hybrid wykorzystuje chwilowy moment obrotowy silników elektrycznych, dodających mocy podczas wchodzenia na obroty od startu do około 1500 obr. na min. W tej fazie dostępny moment obrotowy, silnika spalinowego zostaje uzupełniony silnikami elektrycznymi układu hybrydowego.
Gdy samochód staje, silnik zostaje natychmiast wyłączony w celu obniżenia zużycia paliwa. Przy ruszaniu włącza go niemal bezszelestnie silnik dwusystemowej, hybrydowej skrzyni biegów.
W gęstym ruchu drogowym oszczędność paliwa koncepcyjnego Saaba BioPower Hybrid idzie o krok dalej dzięki "Trybowi Zero", zapewniającemu zerowy pobór paliwa i zerowy poziom emisji spalin. Może on być uaktywniony przez kierowcę przyciskiem umieszczonym na konsoli centralnej. Przy szybkościach poniżej 50 km/h "Tryb Zero" odłącza silnik i przełącza samochód na napęd elektryczny pochodzący wyłącznie z układu RDU. Akumulator zapewnia możliwość pokonania od 10 do 20 km. Silnik zostaje niezauważalnie włączony, gdy poziom energii w akumulatorze zbliża się do konieczności ładowania lub gdy otwarcie elektronicznej przepustnicy powoduje przyspieszenie powyżej granicy 50 km/h.
Po wyłączeniu silnika funkcje pomocnicze, jak wspomaganie układu kierowniczego, klimatyzacja i światła, działają bez zakłóceń, ponieważ są zasilane z akumulatora. Usunięcie zbędnych obciążeń silnika jest kolejnym krokiem w stronę oszczędności paliwa i wydłużenia dostępnego zasięgu.
I wreszcie, w warunkach złej przyczepności trakcja zostaje polepszona dzięki włączeniu zapewniającego lepsze prowadzenie i wyższy poziom bezpieczeństwa napędu na tylną oś. Na przykład, gdy włącza się system kontroli trakcji (TCS) przedniej osi, tor jazdy zostaje skorygowany poprzez zastosowanie tylnej jednostki napędowej.
Instrumenty kierowcy koncepcyjnego Saaba BioPower Hybrid są tak dyskretne, jak montaż instalacji hybrydowej. W głównym zestawie wyświetlaczy widoczne są podświetlane kontrolki, wskazujące, kiedy samochód napędzany jest silnikiem spalinowym, a kiedy energią elektryczną. Dodatkowy wskaźnik pokazuje poziom energii akumulatora. Doładowanie turbo obsługiwane jest trzema kontrolkami przypominającymi o odnawialnych źródłach stosowanego paliwa.
Ogólnie koncepcyjny Saab BioPower Hybrid jest tak skonstruowany, by zapewniać lepsze osiągi i oszczędność cennej energii. Pojazd ten podwyższa przyjemność z jazdy, będąc jednocześnie dalszym krokiem w stronę zrównoważonej mobilności.
Koncepcyjny Saab BioPower Hybrid:
Rodzaj pojazdu: Koncepcyjny samochód osobowy skonstruowany na bazie modelu Saab 9-3 kabriolet
Konfiguracja: Silnik poprzeczny, przedni napęd, tylny napęd elektryczny
Dwusystemowa, hybrydowa skrzynia biegów: Elektryczna CVT, blokada mechaniczna. Dwa zintegrowane silniki, moc 55 kW/55 kW
Silnik 2.0 BioPower turbo: Moc maksymalna (paliwo E100) – 260 KM (191 kW), moment obrotowy – 375 Nm. Funkcja "elastyczności paliwowej".
Tylna jednostka napędowa (RDU): Silnik o mocy 38 kW z dyferencjałem, napędzający koła tylne
Akumulator: 300-woltowy, litowo-jonowy, chłodzony wiatrakiem
Osiągi: 0–100 km/h / 62 mil/h (symulacja): 6,8 s
Dalsze informacje:
Saab jest firmą należącą do koncernu General Motors, która działa na rzecz ograniczenia emisji spalin i ograniczenia zużycia paliwa poprzez wdrażanie trzystopniowej strategii zaawansowanej technologii napędu. Celem końcowym jest wprowadzenie pojazdów zasilanych wodorowymi ogniwami paliwowymi, które emitować będą jedynie wodę, oraz ostateczne wyeliminowanie problemu samochodów z dyskusji poświęconych zanieczyszczeniu środowiska.
W najbliższym czasie napęd hybrydowy będzie pomostem pomiędzy dzisiejszymi technologiami, a ogniwami paliwowymi jutra. GM realizuje wszechstronny program hybrydowy, skupiając się na trzech odrębnych systemach, które zapewniają większej liczbie konsumentów możliwość posiadania samochodu hybrydowego i korzystania z oszczędności paliwa.
Lekki, dwusystemowy układ hybrydowy działa na podstawie wysokoprężno-elektrycznego systemu hybrydowego, jaki GM dostarcza do autobusów miejskich od 2003 roku. W chwili obecnej eksploatowanych jest ponad 455 autobusów z napędem hybrydowym GM w 38 miastach w USA.
Model Saturn Vue Green Line SUV, wyposażony w nowy, przystępny cenowo system hybrydowy GM, oferuje oszczędność paliwa na poziomie 20%. Wejdzie on do sprzedaży na rynku amerykańskim latem bieżącego roku. Od 2004 roku GM sprzedaje modele Chevrolet Silverado i GMC Sierra o przedłużonej kabinie wyposażone w lekki system hybrydowy.
GM koncentruje się ponadto na pojazdach, które korzystają z paliw alternatywnych, np. bioetanolu E85, i wprowadza nowe technologie zmierzające do udoskonalenia silników spalinowych i skrzyń biegów oraz do zmniejszenia poziomu emisji spalin i zużycia paliwa.
Do celów przemysłowych bioetanol produkowany jest z różnych roślin, takich jak trzcina cukrowa, kukurydza czy inne formy biomasy. Chcąc ograniczyć emisję CO2 do atmosfery, należy rozważyć cały łańcuch zależności – złoża naturalne, dystrybucję paliwa i proces jego spalania w silnikach samochodowych.
W zależności od zasobów wykorzystywanych do produkcji bioetanolu i procesu jego wytwarzania, stosowanie tego typu paliwa przyczynia się do zmniejszenia emisji CO2 aż do 90% w porównaniu z tradycyjną benzyną. Wynika to z faktu, że podczas spalania bioetanolu do atmosfery trafia dokładnie taka sama dawka CO2, jaką podczas swego wzrostu usuwają w procesie fotosyntezy rośliny, z których zrobiono to paliwo. W ten sposób ilość CO2 obecna w atmosferze pozostaje w naturalnym cyklu, zaś CO2 powstający przy korzystaniu z paliw kopalnych – jak benzyna czy olej napędowy – to dodatkowa jego ilość, uwięziona dotychczas w głębi Ziemi.
