Digitální knihovna Univerzity Pardubice DSpace Repository
http://dspace.org
Univerzita Pardubice
þÿBakaláYské práce / Bachelor's works KDP DFJP (Bc.)
2015
þÿAlternativní pohony ve vozech `koda a þÿjejich pYínos pro ~ivotní prostYedí Nedomlel, Radomír Univerzita Pardubice http://hdl.handle.net/10195/60187 Downloaded from Digitální knihovna Univerzity Pardubice
Univerzita Pardubice
Dopravní fakulta Jana Pernera
Alternativní pohony ve vozech Škoda a jejich přínos pro životní prostředí
Radomír Nedomlel
Bakalářská práce 2015
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem tuto práci vypracoval samostatně. Veškeré literární prameny a informace, které jsem v práci využil, jsou uvedeny v seznamu použité literatury.
Byl jsem seznámen s tím, že se na moji práci vztahují práva a povinnosti vyplývající ze zákona č. 121/2000 Sb., autorský zákon, zejména se skutečností, že Univerzita Pardubice má právo na uzavření licenční smlouvy o užití této práce jako školního díla podle § 60 odst. 1 autorského zákona, a s tím, že pokud dojde k užití této práce mnou nebo bude poskytnuta licence o užití jinému subjektu, je Univerzita Pardubice oprávněna ode mne požadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, které na vytvoření díla vynaložila, a to podle okolností až do jejich skutečné výše.
Nesouhlasím s prezenčním zpřístupněním své práce v Univerzitní knihovně.
V Pardubicích dne 5.5.2015
Radomír Nedomlel
PODĚKOVÁNÍ: Tímto bych rád poděkoval vedoucí mé práce paní Ing. Marii Sejkorové, Ph.D. za její odbornou pomoc, cenné rady a poskytnuté materiály, které mi pomohly při zpracování bakalářské práce. Rád bych také poděkoval své rodině, především pak manželce, za podporu a obětavou pomoc při studiu.
ANOTACE Tato práce je zaměřena na koncept výroby vozů s alternativními pohony tuzemského výrobce osobních automobilů Škoda auto a.s. Mapuje historický vývoj technologie a konstrukce vozů Škoda s alternativními systémy. Hodnotí a porovnává jednotlivé konstrukce z hlediska jejich přínosu pro životní prostředí.
KLÍČOVÁ SLOVA alternativní pohon, životní prostředí, Škoda auto, konstrukce, výroba
TITLE Alternative drives Škoda carsand their contribution to the environment
ANNOTATION This work is focused on the concept of production vehicles with alternative drive domestic car maker Skoda Auto as. Describes the historical development of the technology and construction of Skoda cars with alternative systems. Evaluates and compares the structure in terms of their contribution to the environment.
KEYWORDS alternative drives, environment, Škoda auto, construction, production
OBSAH
ÚVOD ..................................................................................................................................................................... 9 1
VÝZNAM ALTERNATIVNÍCH POHONŮ V SILNIČNÍ DOPRAVĚ ................................................ 10 1.1 STANDARDNÍ POHONY ............................................................................................................................. 10 1.1.1 Princip zážehového motoru ........................................................................................................... 10 1.1.2 Princip vznětového motoru ............................................................................................................ 12 1.2 ALTERNATIVNÍ POHONY .......................................................................................................................... 13 1.2.1 Pohon ropným plynem LPG(LiquefiedPetroleumGas).................................................................. 13 1.2.2 Pohon zemním plynem CNG a LNG ............................................................................................. 15 1.2.3 Elektromotory ................................................................................................................................ 17 1.2.4 Hybridní pohon .............................................................................................................................. 20 1.2.5 Vodíkový pohon ............................................................................................................................ 22 1.2.6 Biopaliva - bionafta, bioetanol ...................................................................................................... 24
2
ALTERNATIVNÍ POHONY VE VOZECH ŠKODA ............................................................................ 26 2.1 LPG VE VOZECH ŠKODA........................................................................................................................... 28 2.1.1 Technické údaje motoru 1.6 l/ 75kW............................................................................................. 29 2.1.2 Komponenty systému LPG ............................................................................................................ 30 2.1.3 Hodnocení systému LPG ve vozech Škoda ................................................................................... 36 2.2 CNG VE VOZECH ŠKODA .......................................................................................................................... 37 2.2.1 Technické údaje motoru 1.0 l / 50kW, Citigo ................................................................................ 37 2.2.2 Technické údaje motoru 1.4 l / 81kW, Octavia G-TEC................................................................. 38 2.2.3 Úpravy na mechanice motorů ........................................................................................................ 39 2.2.4 Komponenty systému CNG ........................................................................................................... 40 2.2.5 Hodnocení systému CNG ve vozech Škoda .................................................................................. 46 2.3 ŠKODA ELEKTROMOBIL............................................................................................................................ 47 2.3.1 Technické údaje Škoda Octavia Green E Line .............................................................................. 48 2.3.2 Komponenty Octavia Green E Line............................................................................................... 48 2.3.3 Režimy jízdy .................................................................................................................................. 50 2.3.4 Hodnocení Octavie E Line............................................................................................................. 51 2.4 MICRO HYBRIDNÍ POHON VE VOZECH ŠKODA .......................................................................................... 52 2.4.1 Systém START-STOP ................................................................................................................... 52 2.4.2 Komponenty a systémy přizpůsobené pro provoz systému ........................................................... 53 2.4.3 Systém rekuperace energie ............................................................................................................ 53 2.4.4 Hodnocení systému Micro hybrid ve vozech Škoda ...................................................................... 54
ZÁVĚR ................................................................................................................................................................. 55 POUŽITÁ LITERATURA ................................................................................................................................. 57
SEZNAM TABULEK TABULKA 1 - PŘEHLED VÝROBY ALTERNATIVNÍCH POHONŮ VE VOZECH ŠKODA ................................................. 28 TABULKA 2 - TECHNICKÉ ÚDAJE MOTORU ............................................................................................................ 29 TABULKA 3 - TECHNICKÉ ÚDAJE VÝPARNÍKU......................................................................................................... 32 TABULKA 4 - TECHNICKÉ ÚDAJE MOTORU 1.0 L / 50KW ....................................................................................... 37 TABULKA 5 - TECHNICKÉ ÚDAJE MOTORU 1.4L / 81KW ........................................................................................ 38 TABULKA 6 - ŠKODA OCTAVIA SROVNÁNÍ NÁKLADŮ ............................................................................................ 46 TABULKA 7 - TECHNICKÉ ÚDAJE ŠKODA OCTAVIA GREEN E LINE .......................................................................... 48 TABULKA 8 - SOUČÁSTI A SYSTÉMY PŘIZPŮSOBENÉ PRO PROVOZ SYSTÉMU START-STOP .................................. 53
SEZNAM ILUSTRACÍ OBRÁZEK 1: PRINCIP DVOUDOBÉHO MOTORU ..................................................................................................... 11 OBRÁZEK 2: PRINCIP ČTYŘDOBÉHO MOTORU ...................................................................................................... 12 OBRÁZEK 3: SANKEYŮV DIAGRAM SPALOVACÍHO MOTORU ................................................................................ 12 OBRÁZEK 4: SCHÉMA POHONNÉ JEDNOTKY VOZU S KOMBINOVANÝM DVOU PALIVOVÝM ŘEŠENÍM ................ 14 OBRÁZEK 5: UMÍSTĚNÍ TLAKOVÝCH NÁDOB V OSOBNÍCH VOZIDLECH ................................................................. 15 OBRÁZEK 6: PRINCIP CNG, PŘECHOD Z VYSOKOTLAKÉ K NÍZKOTLAKOVÉ STRANĚ ............................................... 16 OBRÁZEK 7: ZDROJE ENERGIE PRO TRAKČNÍ ELEKTRICKÝ MOTOR (R = REKUPERACE) ......................................... 17 OBRÁZEK 8: USPOŘÁDÁNÍ HNACÍHO ÚSTROJÍ PRO ELEKTROMOBILY................................................................... 18 OBRÁZEK 9: ZÁTĚŽOVÁ CHARAKTERISTIKA INDUKČNÍHO MOTORU 12MW, 6KV ................................................. 18 OBRÁZEK 10: USPOŘÁDÁNÍ HYBRIDNÍCH POHONŮ .............................................................................................. 21 OBRÁZEK 11: POHON NA PALIVOVÉ ČLÁNKY ........................................................................................................ 23 OBRÁZEK 12: VÝKONOVÝ A MOMENTOVÝ DIAGRAM MOTORU 1.6 L / 75KW ..................................................... 29 OBRÁZEK 13: UMÍSTĚNÍ PLNÍCÍHO HRDLA LPG ..................................................................................................... 30 OBRÁZEK 14: MULTIFUNKČNÍ VENTIL ................................................................................................................... 31 OBRÁZEK 15: PALIVOVÁ NÁDRŽ A MULTIFUNKČNÍM VENTILEM .......................................................................... 31 OBRÁZEK 16: VÝPARNÍK ........................................................................................................................................ 32 OBRÁZEK 17: FILTR LPG ......................................................................................................................................... 32 OBRÁZEK 18: ROZDĚLOVACÍ LIŠTA PLYNU............................................................................................................. 33 OBRÁZEK 19: SNÍMAČ G401 .................................................................................................................................. 33 OBRÁZEK 20: PŘEPÍNAČ DRUHU PALIVA ............................................................................................................... 35 OBRÁZEK 21: ŘÍZENÍ SYSTÉMU LPG ....................................................................................................................... 36 OBRÁZEK 22: VÝKONOVÝ A MOMENTOVÝ DIAGRAM MOTORU 1.0 L / 50KW ..................................................... 38 OBRÁZEK 23: VÝKONOVÝ A MOMENTOVÝ DIAGRAM MOTORU 1.4 L / 81KW ..................................................... 39 OBRÁZEK 24: PLNÍCÍ HRDLO CNG .......................................................................................................................... 40 OBRÁZEK 25: TLAKOVÉ NÁDOBY ŠKODA OCTAVIA G-TEC ..................................................................................... 41 OBRÁZEK 26: ROZBOČOVAČ OCTAVIA G-TEC ....................................................................................................... 41 OBRÁZEK 27: VENTIL PRO UZAVŘENÍ PALIVOVÍ NÁDRŽE ...................................................................................... 42 OBRÁZEK 28: REGULÁTOR TLAKU PLYNU .............................................................................................................. 43 OBRÁZEK 29: SYSTÉM ŘÍZENÉ MOTORU ............................................................................................................... 44 OBRÁZEK 30: PANEL PŘÍSTROJŮ VOZU ŠKODA CITIGO CNG ................................................................................. 45 OBRÁZEK 31: PANEL PŘÍSTROJŮ VOZU ŠKODA OCTAVIA G-TEC ........................................................................... 46 OBRÁZEK 32: OCTAVIA GREEN E LINE ................................................................................................................... 47 OBRÁZEK 33: UMÍSTĚNÍ NABÍJECÍ ZÁSUVKY .......................................................................................................... 48 OBRÁZEK 34: UMÍSTĚNÍ AKUMULÁTORU .............................................................................................................. 49 OBRÁZEK 35: ZAKRYTÍ BATERIE ............................................................................................................................. 49 OBRÁZEK 36: UMÍSTĚNÍ ELEKTROMOTORU .......................................................................................................... 49 OBRÁZEK 37: SDRUŽENÝ PŘÍSTROJ VOZU OCTAVIA E LINE ................................................................................... 50 OBRÁZEK 38: VOLIČ JÍZDNÍCH REŽIMŮ .................................................................................................................. 51 OBRÁZEK 39: FUNKCE REKUPERACE PŘI ZPOMALOVÁNÍ ...................................................................................... 53 OBRÁZEK 40: FUNKCE REKUPERACE PŘI ZRYCHLOVÁNÍ ........................................................................................ 54
SEZNAM ZKRATEK A ZNAČEK CNG
Compressed Natural Gas (stlačený zemní plyn)
LPG
Liquefied Petroleum Gas (zkapalněný ropný plyn)
LNG
Liquified Natural Gas (stlačený zemní plyn)
P-HEV
Plug - In hybrid
BDM
Background Debugging Module
ÚVOD Význam alternativních pohonů se v silniční dopravě celosvětově každým rokem zvyšuje. Všechny největší automobilky světa dnes nabízí zákazníkům bohatou paletu systémů alternativních pohonů od CNG (Compressed Natural Gas) přes hybridní pohony po čisté elektromobily. Automobily s nekonvenčním pohonem se postupně vyrovnávají vozům s pohonem na fosilní paliva v dojezdu, výkonu i uživatelském komfortu. Během posledních let vznikají po celém světě nové sítě čerpacích a dobíjecích stanic, které provoz alternativních vozů značně usnadňují. V legislativě jednotlivých zemí se také rozšiřují vyhlášky s různým zvýhodněním pro majitele těchto ekologických vozů. Všechny uvedené kroky výrazně urychlují postupnou expanzi alternativních vozů do běžného silničního provozu. Společnost Škoda na tento trend reagovala zařazením několika alternativních systému do svých produktů v sériové výrobě. Zákazníkům tak dnes běžně nabízí dvě varianty provedení vozu - se standardním pohonem a s pohonem alternativním. Automobilka při tom klade důraz na co nejmenší omezení uživatelského komfortu, jako je například zachování objemu zavazadlového prostoru a osobního prostoru pro spolujezdce. Snaží se také minimalizovat designové odchylky vycházející z rozdílné konstrukce tak, aby byly oba vozy na první pohled shodné. V roce 2013 Škoda investovala za podpory koncernu Volkswagen výrazné finanční prostředky do dalšího vývoje nových technologií alternativních systémů. Díky těmto investicím se stala Škoda z hlediska vývoje alternativních produktů celosvětově konkurence schopnou. V současné době automobilka připravuje nový koncept hybridních pohonů, které se chystá nasadit v modelové řadě vozů Superb III v roce 2018. Hlavní náplní výroby mladoboleslavské továrny jsou nadále automobily s klasickými spalovacími motory. U těchto typů automobilů se však hledají možnosti, jak eliminovat rizika jejich provozu na životní prostředí. Progres je patrný především na moderních přeplňovaných motorech s přímým vstřikováním, snížením emisí CO2 (oxid uhličitý) a nižší spotřebou paliva. Cílem této práce je zmapovat současný stav poznání v oblasti konstrukce a technologie alternativních pohonů v automobilce Škoda a zhodnotit přínos těchto systémů pro životní prostředí. Práce je zaměřena na technický popis jednotlivých alternativních systémů i komponentů nezbytných pro samotnou stavbu a následný provoz vozu. Zabývá se i vizí společnosti Škoda, a.s. pro výrobu vozů s alternativními pohony v blízké budoucnosti.
9
1 VÝZNAM ALTERNATIVNÍCH POHONŮ V SILNIČNÍ DOPRAVĚ Význam alternativních pohonů v konstrukci silničních dopravních prostředků spočívá v řešení třech základních problémů standardních pohonů: a) energetická náročnost - nízká účinnost spalovacích motorů při přeměně tepelné energie získané z paliva na mechanickou práci. Benzínové a dieselové motory dosahují účinnosti kolem 25 %, přeplňované motory s turbokompresorem poháněným výfukovými plyny (turbo) mají účinnost kolem 35 % [1]. b) ekologická zátěž životního prostředí - vysoké emise oxidu uhličitého CO2 a oxidů dusíku NOx, - emise pevných částic, - hluk, vibrace. c) čerpání neobnovitelných přírodních zdrojů - spalovací motory potřebují nutně ke své činnosti jako zdroj vstupní energie fosilní paliva získaná z ropy, - cena ropy je kolísavá a má dlouhodobě vzrůstající trend, závisí na mnoha faktorech, zvláště na světové politické situaci [1].
1.1
Standardní pohony
Konstrukčně a koncepčně je známo mnoho podob. Za standard v silniční dopravě je považován motor s vnitřním spalováním s písty s přímočarým pohybem, pracující v čtyřdobém nebo dvoudobém režimu (systém Otto). Dále je rozlišován motor zážehový (benzín) a vznětový (nafta) [1].
1.1.1
Princip zážehového motoru
Zážehový (Ottův motor) je pístový spalovací motor poháněný lehkým kapalným palivem – benzínem. Chod motoru zajišťují čtyři fáze - sání, komprese, expanze a výfuk. Hlavním charakteristickým rysem zážehového motoru je zapálení stlačené směsi paliva a vzduchu přeskokem elektrické jiskry. Směs se tvoří buď vně válců v karburátoru, nebo vstřikováním paliva do sacího potrubí. Spalování probíhá uvnitř motoru. V automobilovém průmyslu se pro
10
převod vertikálního pohyb pístů na potřebný točivý pohyb využívá klikový mechanismus, který pomocí klikové hřídele a převodové skříně otáčí koly vozidla [2]. Zážehové motory dělíme podle počtu dob pracovního oběhu na dvoudobé a čtyřdobé motory.
Dvoudobé motory Tato konstrukce motoru byla odvozena od parního stroje a je historicky starší než čtyřdobý motor. Motor nemá ventily a jejich funkci přebírá píst, který střídavě otvírá a zavírá sací, výfukový a přepouštěcí kanál. Dvoudobý (dvoutaktní) motor vykoná v jedné otáčce klikové hřídele (tedy dvou dobách) všechny čtyři základní fáze viz obrázek 1. Oproti čtyřdobému motoru má díky expanzi plynů v každé otáčce dvojnásobný výkon (dvakrát častěji dostáváme sílu na píst). Vzhledem k nízké účinnost přeměny tepelné energie na mechanickou práci (20%) je však využití dvoutaktních motorů značně omezené. Využití nalezly spíše v motocyklech nebo v menších přenosných strojích (motorová pila). Palivo dvoudobých motorů je směs benzinu a oleje v poměru 1:50 [2].
[2]
Obrázek 1: Princip dvoudobého motoru
Čtyřdobý motor Čtyřdobý (čtyřtaktní) spalovací motor potřebuje k zajištění základních čtyř fází dvě otáčky hřídele (čtyři doby) viz obrázek 2. Má poloviční výkon než dvoutakt, ale větší účinnost přeměny tepelné energie na mechanickou práci a to až 35%. Jako palivo pro zážehový čtyřtakt se používá olovnatý a bezolovnatý benzín [2].
11
Obrázek 2:: Princip čtyřdobého motoru [2]
1.1.2
Princip vznětového motoru
Vznětový neboli Dieselův motor (podle konstruktéra ko struktéra Rudolfa Diesela 1858 – 1913) je charakteristický kompresí vzduchu a vstříknutím vstříknutí paliva (nafty) pod vysokým tlakem do válce. Zápalná směs se tvoří ve válci, k jejímu zapálení dochází samočinně vlivem vysok vysoké kompresní teploty. Motor tedy funguje na stejném principu jako čtyřdobý benzinový, s tím rozdílem, že nemá svíčku, jelikož k zapálení směsi dochází samovolně. Proto se tyto motory označují jako vznětové. Palivem těchto motorů je nafta. Dieselové lové motory mají větší hmotnost než motory zážehové, v minulosti se proto montovaly převážně do nákladních aut a autobusů, v poslední ední době nacházejí velké uplatnění i u automobilů osobních [2]. Vybrané charakteristiky spalovacích motorů a) Účinnostt přeměny energie viz vi obrázek 3. η = 20 – 35 %
Obrázek 3:: Sankeyův diagram spalovacího motoru [1]
12
b) Měrná spotřeba paliva me me= 270 – 600 g/kWh (zážehové motory) cca 5 Kč/ 100 km me= 250 – 580 g/kWh (vznětové motory) cca 3Kč / 100 km
Výhody standardních pohonů - akční rádius (dojezd) cca 500 a více km, - snadné a rychlé doplnění zdrojů energie (tankování) cca 5 minut, - velká hustota sítě pro doplnění zdrojů energie, - nízká pořizovací cena.
Nevýhody standardních pohonů - nízká účinnost přeměny energie, - vysoké emise oxidu uhličitého - CO2, - emise pevných částic (saze) vznětových motorů, - provozní hluk.
1.2
Alternativní pohony
Jedná se o alternativní způsoby přeměny energie na kinetickou. Jsou to agregáty s vysokou účinností, nízkými emisemi. Mezi nejdůležitější alternativní pohony patří motory na zkapalněný ropný plyn LPG (Liquefied Petroleum Gas), stlačený a zkapalněný zemní plyn CNG a LNG (Liquified Natural Gas), elektromotory, vozidla s hybridními pohony a vodíkové pohony. Alternativou za konvenční paliva jsou biopaliva, která mohou být využita ve stávajících vozech bez konstrukční úpravy standardního agregátu.
1.2.1
Pohon ropným plynem LPG (Liquefied Petroleum Gas)
LPG se využívá u zážehových motorů osobních automobilů. Někdy jde o původně benzinové, na LPG přestavěné motory, nebo zážehové motory, které jsou k pohonu na LPG připraveny už od výrobce viz obrázek 4. LPG je směs zkapalněných rafinérských plynů – 13
uhlovodíků a skládá ze směsi propanu, butanu a dalších přísad. Za normálních atmosférických podmínek se propan butan vyskytuje v plynné formě. Jednoduchým způsobem, ochlazením nebo stlačením, ho lze převést do kapalného stavu, ve kterém zaujímá pouze 1/260 svého plynného objemu. Snadný přechod mezi oběma skupenstvími je pro praktické využití velmi výhodný. V porovnání se standardními palivy (benzín/nafta) vznikají při spalovaní LPG výrazně nižší emise výfukových plynů. Díky vazbě na ropu nebývá LPG stoprocentně považován za alternativní pohonnou hmotu [3].
Obrázek 4: Schéma pohonné jednotky vozu s kombinovaným dvou palivovým řešením
[4]
Automobil s plynovým pohonem si uchovává své jízdní vlastnosti a téměř stejný výkon. V režimu nízkých otáček je motor dokonce pružnější. Tankování je jednoduché a probíhá stejným způsobem jako čerpání benzinu. V současné době je dostatečně hustá síť čerpacích stanic LPG v ČR i v celé Evropě.
Výhody LPG - nízká cena plynového paliva LPG, - firemní vozidla LPG jsou osvobozena od silniční daně, - úplné a úsporné spalování bez kouře, - nižší hlučnost a větší klid motoru (díky vysokému oktanovému číslu 101–111).
14
Nevýhody LPG - zpřísněná bezpečnostní opatření při opravách plynových vozidel, - zmenšení zavazadlového prostoru v případě umístění tlakové nádoby.
1.2.2
Pohon zemním plynem CNG a LNG
CNG (Compressed Natural Gas) stlačený zemní plyn, v zásobníku vozidla bývá stlačen až na tlak 200 bar. LNG (Liquified Natural Gas) zkapalněný zemní plyn. K dosažení kapalného stavu je potřeba teplota -162°C. Zkapalněním se původní objem zemního plynu zmenší zhruba šestsetkrát [3]. Zemní plyn je tvořen z 85 % metanem (CH4 – jednoduchý uhlovodík bez barvy a zápachu, hořlavý, se vzduchem vybuchující plyn, vyskytující se často v přírodě, i jako bahenní či důlní plyn), z 10 % dusíkem a oxidem uhličitým a z 5 % z vyšších uhlovodíků [4]. Z výše uvedeného chemického složení zemního plynu vyplývá, že vozidla na zemní plyn produkují výrazně méně emisí včetně pevných částic než vozidla se standardním palivem. Produkce CO2 u vozidla na zemní plyn je o více než 20 % menší než u srovnatelného na benzin. Palivovou nádrží CNG je soustava plynových tlakových nádob. Ty jsou ocelové nebo vylehčené nádoby kompozitní. U osobních a dodávkových automobilů bývají tlakové nádoby umístěny pod vozidlem viz obrázek 5, u autobusů pak v zavazadlovém prostoru [5].
Obrázek 5: Umístění tlakových nádob v osobních vozidlech
15
[5]
Při jízdě se CNG z tlakových nádob pomocí vysokotlakého plynového potrubí dostává do vysokotlakého regulátoru, regulátor zredukuje tlak plynu na potřebný provozní tlak. Dále se prostřednictvím palivové lišty přivádí CNG od regulátoru plynu k vstřikovačům, které zajišťují vstřikování plynu do jednotlivých válců viz obrázek 6. Řídící jednotka CNG řídí dávkování plynu.
Obrázek 6: Princip CNG, přechod z vysokotlaké k nízkotlakové straně
[5]
Výhody CNG a LNG - bezpečný provoz, zápalná teplota je oproti benzínu dvojnásobná, tlakové nádrže jsou vyrobené z oceli, hliníku nebo kompozitu jsou bezpečnější než benzínové nádrže, - větší přírodní zásoby oproti produktům z ropy (benzínu, naftě, propan-butanu), - čerpání plynu u výdejního stojanu je stejně rychlé jako čerpání benzínu, - nižší produkce CO2, - nulová silniční daň, - nízké provozní náklady, - snížená hladiny hluku o 10 – 15 dB [6].
16
Nevýhody CNG a LNG - poměrně malá dojezdová vzdálenost (200-300 km) na obvyklou náplň plynu o objemu až 80 l, - zpřísněná bezpečnostní opatření při garážování a opravách plynových vozidel, - u přestavovaných vozidel na zemní plyn se snižuje výkon motoru [6].
1.2.3
Elektromotory
Elektromotor slouží ke změně elektrické energie na kinetickou k trakčním účelům. V současné době rozeznáváme celkem 14 typů elektrických pohonů silničních vozidel a 3 typy jízdních režimů [1]. Hlavním rozlišovacím faktorem jednotlivých koncepcí je zdroj elektrické energie a jeho způsob uchování (akumulace). Základní přehled zdrojů viz Obrázek 7. Samotné elektromotory mají lepší specifikace než spalovací motory (účinnost η = 75 – 95 %, nízké až nulové emise), ale horší praktické využití. Malý dojezd (100-150 km) a nemožnost kdekoliv nabít akumulátory provoz auta značně limituje [1]. Praktické využití není proto pro řidiče zvyklého na tradiční vlastnosti auta zatím ideální.
Obrázek 7:Zdroje energie pro trakční elektrický motor (R = rekuperace) [1]
17
Hnací ústrojí elektromobilu je tvořeno, podobně jako u vozidel se standardní koncepcí, motorem, převodovkou, hnacím hřídelem a diferenciálem s rozvodovkou [4]. Nejčastěji se používá přední nebo zadní pohon s centrálním elektromotorem viz obrázek 8.
Obrázek 8: Uspořádání hnacího ústrojí pro elektromobily: a) přední nebo zadní pohon; b) tandemový pohon; c) pohon v nábojích kol; B – baterie;E – elektromotor a usměrňovač příp. převodovka; D – diferenciál. [4]
Vybrané charakteristiky elektromotorů a) Účinnost přeměny energie η = 75 – 95 %je patrná ze zatěžovací charakteristiky na Obrázku 9 [1].
Obrázek 9:Zátěžová charakteristika indukčního motoru 12MW, 6kV [1]
18
b) Měrná spotřeba energie Nelze ji definovat hmotnostně (jako u spalovacích motorů), je definována vztahem:
[1]
kde: C.........spotřeba el. energie E.........el. energie spotřebovaná při nabití akumulátoru [Wh] D.........ujetá dráha [km] Elektromobil spotřebuje cca 12 kWh na 100 km, což při průměrné ceně elektřiny znamená náklady okolo 30-35 Kč [1].
Výhody elektromotorů - vysoká účinnost přeměny energie, - výhodný průběh točivého momentu, - nízké až nulové emise (exhalace a hluk) , - zisk energie z více zdrojů.
Nevýhody elektromotorů - obtížná akumulace energie, - nízký akční rádius (dojezd), cca 100 km, - dlouhá doba doplnění zdrojů energie (od 1 hodiny třífázově, přes 3-5 hodin pomocí jednofázové zásuvky), - vysoká pořizovací cena.
19
1.2.4
Hybridní pohon
Jedná se o pohon vozidla s více než jedním poháněcím zdrojem. Jde o kombinaci dvou různých systémů pohonu tak, aby převládaly výhody při rozdílných provozních stavech. Nejrozšířenější kombinací je spalovací motor a elektromotor, elektromotor umožňuje městský provoz bez emisí,spalovací motor zase dobré jízdní výkony mimo město a velký akční rádius. Elektromotor v hybridním systému může být použit jako generátor k výrobě elektrické energie akumulované v baterii, nebo jako hnací motor, který převádí elektrickou energii z baterie na energii mechanickou. Provoz těchto hybridních vozů je však omezen nedokonalou technologií baterií, které neposkytují dostatečnou kapacitu a zároveň mají velkou hmotnost [7]. Elektromotor může spalovacímu motoru v případě potřeby též vypomáhat při akceleraci zvýšením výkonu, nebo může sloužit jako startér. Dle rozsahu využití elektromotoru rozeznáváme tři typy hybridních pohonů: a) micro hybrid, b) mild hybrid, c) full hybrid.
a) Micro hybrid Micro Hybrid je automobil, který je vybaven systémem Start/Stop. Většinou se jedná o klasický sériový automobil se silnějším startérem, který umožňuje šetření paliva prostřednictvím vypínání motoru v situaci, kdy auto stojí a spalovací motor běží např. křižovatka, kolona. Úspory paliva u těchto hybridů jsou minimální. Část pohybové energie se může využívat při brzdění k rekuperaci. b) Mild hybrid Mild Hybrid je označení pro typ hybridního pohonu, u kterého je k pohonu kol po celou dobu jízdy využíván spalovací motor. Elektromotor pouze napomáhá ve vybraných situacích, např. při rozjezdu nebo zrychlování. Není však možné, aby byl Mild Hybrid poháněn pouze samotnou elektřinou. c) Full hybrid Je možná samostatná jízda pouze na elektrický pohon.Elektromotor podporuje spalovací motor, jakmile to podmínky dovolí, to je například akcelerace, pomalá jízda ve městech nebo 20
při kolonách. V tomto konceptu je zahrnut i systém Start-Stop. Při rekuperaci energie jsou dobíjeny baterie s vysokým napětím. Mezi spalovacím motorem a elektromotorem (pokud se jedná o paralelní pohon) je oddělovací spojka, která spojuje či rozpojuje tyto dva motory. Full hybridní pohon dělíme dle uspořádání na tři základní koncepce: sériové, paralelní nebo smíšené uspořádání [4 ] viz obrázek 10.
Obrázek 10: Uspořádání hybridních pohonů: a) sériové uspořádání;b) paralelní uspořádání; c) smíšené uspořádání;SM – spalovací motor; EL – elektromotor; G – generátor;M/G – elektromotor pracující jako motor nebo generátor; [4]
Výhody hybridních pohonů - nižší emise CO2, - nižší spotřeba paliva, - efektivní využití energie (rekuperace).
Nevýhody hybridních pohonů - vysoká pořizovací cena, - složitá konstrukce daná dvěma kompletními druhy motorů, - zvýšená hmotnost vozu.
21
1.2.5
Vodíkový pohon
Vodíkový pohon je považován za jedno z možných řešení pro automobilismus budoucnosti. Neprodukuje žádné emise ani CO2, do ovzduší vypouští pouze vodní páru. Historie vozidel poháněných vodíkem sahá překvapivě až do roku 1807, kdy švýcarský inženýr Francois Isaac de Rivaz zkonstruoval první vodíkem poháněné vozítko. Tento motor je pokládán za první spalovací motor a byl roku 1808 patentován [8]. V současné době jsou známé dvě varianty využití vodíku jako pohonu: a) spalování vodíku v upravených pístových motorech - vodík se spaluje podobně jako běžné pohonné hmoty, - palivový systém konvenčního motoru musí být přizpůsoben pomocí elektronického směšovacího systému, který určí směšovací poměr vodík/vzduch. Vhodnou konstrukcí a volbou palivového systému lze eliminovat předčasné zapálení směsi. Motor má oproti použití fosilního paliva nižší výkon, - hlavními průkopníky technologie spalování vodíku v pístových motorech jsou automobilky BMW, Mazda a Ford. Tito výrobci již řadu let představují prototypy, na kterých prezentují výsledky svého výzkumu [1].
b) využití vodíku v palivových článcích - pohonnou jednotkou vozidla je elektromotor a elektřina je pro něj vyráběna přímo ve vozidle v palivových článcích viz obrázek 11, - palivový článek je zařízení přeměňující chemickou energii na elektrickou, oproti baterii se liší hlavně tím, že pro činnost potřebuje doplňovat palivo - vodík,
- prvním automobilem s vodíkovými články vyrábějícím elektřinu pro trakční elektromotor byl GM Electrovan z roku 1966. S touto technologii dále experimentují výrobci VW, Opel, Honda nebo Mercedes [1].
22
Obrázek 11: Pohon na palivové články: 1 – elektromotor; 2 – řídicí jednotka;3 – palivové články; 4 pomocné agregáty k výrobě vodíku; 5 – nádrž s metanolem; 6 – akumulátor; A – elektrický proud (k pohonu elektromotoru); B – kyslík z okolí; C – vodík; D -methanol; [4]
Uskladnění vodíku
V kapalné formě Přechodu vodíku do kapalné formy dosáhneme zchlazením na min. -253⁰C. Zkapalněním vodíku se také zvýší energetická hustota. Kapalný vodík se nepoužívá v palivových článcích, ale do upraveného spalovacího motoru. Zastáncem tohoto úložiště je BMW [4]. V plynné formě V plynné formě je vodík uskladněn ve vysokotlakých nádržích. Nynější technologie dovolují tlak až ~70 MPa [4]. Nádrž má několik konstrukčních a bezpečnostních vrstev. Uvnitř nádrže je umístěn regulátor tlaku a teplotní senzor, který kontroluje teplotu v nádrži při tankování. Na této formě uskladnění pracují např. automobilky Honda a Nissan. V pevném materiálu Existují dva způsoby uložení vodíku v pevné látce. Uhlíkové nanotrubičky s polymery. Pro oba tyto procesy je důležité, aby měla daná látka velký povrch, proto se experimentuje s různými nanomateriály. Na rozdíl od předchozích způsobů uložení není potřeba udržovat vodík pod vysokým tlakem nebo při nízké teplotě [4]. 23
Výhody vodíkového pohonu - minimální zatížení životního prostředí, nulové emise CO2, - vysoký akční rádius (dojezd) cca 550 Km (Honda FCX), - rychlé tankování.
Nevýhody vodíkového pohonu - nízká dostupnost sériově vyráběných vozů a jejich velmi vysoká cena, - energetická náročnost výroby vodíku (zplynování uhlí nebo elektrolýza vody), - náročné skladování a vysoká cena vodíku.
1.2.6
Biopaliva - bionafta, bioetanol
Biopaliva slouží jako alternativa ke standardním fosilním palivům a mohou být využita ve stávajících vozech bez konstrukční úpravy agregátu. K výrobě biopaliv je využit biologický materiál - rostlinné oleje (řepka olejka, slunečnice, sója), cukrová řepa, obilí. Bionafta K výrobě bionafty slouží rostlinné oleje, především řepka olejka a slunečnice. Z olejnatých semen se lisuje olej. Ten se pomocí esterifikací (proces, při kterém jsou pomocí alkoholu štěpeny velké molekuly oleje na menší) mění nametylester oleje, který má podobné vlastnosti a výhřevnost jako motorová nafta [3]. Bionafta se pro potřeby silniční dopravy využívá buď jako směs s motorovou naftou "směsná bionafta" (obsah metylesteru ve směsi je minimálně 30%), nebo jako čistá Bionafta MĚŘO [3].
Bioetanol Bioethanol je vyráběn z rostlin, které obsahují cukry a škrob.Jedná se především o obiloviny, cukrovou řepu, brambory a cukrovou třtinu. Z těchto rostlin je možné získat pomocí organické fermentace v mokrém prostředí a následné destilace etylalkohol. Z 1 kg cukru lze takto získat až 0,65 l čistého etanolu. Etanol má vysokou schopnost vázat vodu, což
24
může způsobit korozi palivového potrubí, proto je nutné ke směsi s etanolem přidávat aditiva - antikorozní prostředky [3]. Použití alkoholů u zážehových motorů nevyžaduje výraznější konstrukční úpravy. Je ovšem nutné zvětšit dodávku paliva do motoru, aby odpovídala směšovacímu poměru. Stechiometrický poměr směsi etylalkoholu 9,0:1.
Výhody biopaliv - nižší emise polétavého prachu, obsahu síry, oxidu uhličitého, aromatických látek a uhlovodíků, - menší kouřivost, vysoká mazací schopnost (bionafta), - menší množství nespálených zbytků, - menší tepelné namáhání dílů motoru.
Nevýhody biopaliv - energetická náročnost celého výrobního procesu, - nízká účinnost využití sluneční energie, - zábor kvalitní orné půdy, - vznik skleníkových plynů, při pěstování rostlin určených pro výrobu bionafty, - opotřebení palivového filtru a potrubí motoru.
25
2 ALTERNATIVNÍ POHONY VE VOZECH ŠKODA Společnost ŠKODA patří k předním výrobcům automobilů na světě a je jedním z nejdůležitějších podniků v České republice. V závodech v Mladé Boleslavi, Kvasinách a Vrchlabí zaměstnává více než 20 000 lidí + dalších cca 15 000 lidí v subdodavatelských firmách, které se na výrobě automobilů podílejí. Významné výrobní kapacity společnost v současnosti rozvíjí také v Číně, Indii nebo Rusku. Historicky se Škoda řadí k nejstarším výrobcům automobilů na světě. V roce 1895 založili Václav Laurin a Václav Klement v Mladé Boleslavi společný podnik (manufakturu) na výrobu jízdních kol, postupem času se podnik přeorientoval na výrobu motocyklů a kolem roku1900 začíná s vývojem prvních prototypů automobilů. První vyrobený automobil vyjel s názvem „Voiturette“ z bran továrny v Mladé Boleslavi v roce 1905 a o rok později se rozjela sériová výroba tohoto modelu. Za více než sto let existence automobilka vyrobila již přes15 milionů automobilů [9]. Sídlo společnosti i vývoj automobilů je situován v jejím domovském městě v Mladé Boleslavi, ale vlastní produkce se postupem času rozrostla do mnoha dalších měst a zemí. Již před druhou světovou válkou, v roce 1935, vznikl další výrobní závod Škoda v tehdejším Československu v obci Kvasiny nedaleko Rychnova nad Kněžnou, a v roce 1946 se k podniku v Mladé Boleslavi začlenila také továrna „Petera a synové“ Vrchlabí, která do té doby prováděla kusovou výrobu automobilů [9]. Dnes je podnik ve Vrchlabí využit jako montovna převodovek. V posledních letech pak dochází zejména k rozšiřování výroby na rozvíjejících trzích, které tvoří velkou část odbytu automobilky – například v Číně, Indii a Rusku. Vozy Škoda Citigo se vyrábějí také ve výrobním závodě koncernu Volkswagen ve slovenské Bratislavě. Jako hlavní milník novodobé historie společnosti je považován rok 1991, kdy se Škoda stala součástí koncernu Volkswagen, který do inovace podniku investoval obrovské finanční i technologické prostředky a během několika let společnost přebudoval na moderní dynamickou a mezinárodně konkurenceschopnou firmu. Jako první nový model po sloučení sjela z výrobních linek v roce 1994 Škoda Felicia, která se především v tuzemsku setkala s obrovským úspěchem. V roce 1997 přišla na trh druhá modelová řada Škoda Octavia, která definitivně nastartovala novou úspěšnou éru společnosti [9].
26
V současnosti Škoda nabízí zákazníkům v různých karosářských provedeních sedm modelových řad vozů: Citigo, Fabia, Roomster, Rapid, Octavia, Yeti, a Superb. V roce 2014 vyrobila Škoda poprvé v historii 1 000 000 vozů, čímž se zařadila mezi největší výrobce automobilů na světě [10]. Škoda se po celou dobu své existence snaží nabízet svým zákazníkům cenově dostupné vozy, které jsou bezpečné, praktické a komfortní, ale také šetrné k životnímu prostředí. V průběhu celého vývoje se snaží nejrůznějšími moderními technologiemi minimalizovat spotřebu paliva i emise výfukových plynů. Na základě této filozofie zavedla firma v roce 1994 ediční řadu "Green Line", která zákazníkům nabízí vozy s nízkými hodnotami spotřeby i emisí C02. Vozy Green line jsou vybaveny špičkovými přeplňovanými motory s přímým vstřikováním, využívají rekuperace brzdné energie, systém start x stop nebo pneumatiky s nízkým valivým odporem. Díky těmto technologiím jsou vozy Green line šetrné k životnímu prostředí. V současné době je tato edice dostupná ve všech vyráběných modelových řadách.
Se zařazením alternativních pohonů do sériové výroby začala Škoda v roce 2009. Firma reagovala na celosvětově zvyšující se trend poptávky po vozech na LPG sériovou výrobu Octavie II s pohonem na LPG. Těchto vozů bylo v pobočném závodě ve Vrchlabí až do ukončení jejich produkce v roce 2012 vyrobeno celkem 3250 [10]. Po ukončení výroby Octavie LPG v roce 2012 zařadila Škoda do výrobního programu modely Citigo a Octavia III s alternativním pohonem CNG pod názvem Škoda G- TEC. V tomtéž roce společnost spustila i pilotní projekt elektromobilů Octavie E –Line. Jedná se o flotilu 11 vozů, které jsou poháněny čistě elektromotorem. V různých dlouhodobých zkouškách jezdí tyto prototypy v běžném provozu dodnes. V blízké
budoucnosti
chce
mladoboleslavská
automobilka
zařadit
do
nabídky
alternativních pohonů také hybridní pohon P-HEV, kterým by měly být od roku 2018 vybaveny vozy Superb třetí generace. Přehled výroby alternativních pohonů ve vozech Škoda viz tabulka1.
27
Tabulka 1 - Přehled výroby alternativních pohonů ve vozech Škoda [10]
2009- 2012
2012 →
2012
2014 →
2018
Octavia II
Citigo
Octavia II
Octavia III
Superb III
Pohon
LPG
CNG
E-line
CNG
PHEV
Motor
1,6MPI/75kW
1,0/50kW
El 60kW
1,4TSI/81kW
1,4TSI/110kW
149g/km
79g/km
26,5kWh
97g/km
36g/km, 8,8kWh
Standard
EU4
EU5
180 Zellen
EU6
96Zellen
Palivová nádrž
44l
12kg
315kg
15kg
116Kg
500 km
400km
140km
410km
3250
3100
11
1000
Rok výroby Model ŠKODA
Emise CO2
Dojezd Počet vozů
2.1
LPG ve vozech škoda
Automobily s pohonem na LPG (směs zkapalněných rafinérských plynů – uhlovodíků, skládá ze směsi propanu, butanu a dalších přísad) byly zákazníkům nabízeny jako vůbec první sériově vyráběné vozy s alternativními pohony v celé produkci automobilky Škoda. Společnost Škoda auto zařazením LPG do své produkce reagovala na celosvětově vzrůstající oblibu automobilů na zkapalněný plyn, která byla patrná již od konce devadesátých let dvacátého století.Výroba vozů Škoda s LPG byla zahájena roku 2009 a ukončena v roce 2012 v pobočném závodě ve Vrchlabí, během této doby bylo vyrobeno celkem 3250 Octavií řady II s pohonem LPG v karosářském provedení liftback i kombi [10]. Systémem LPG byl montován pouze do modelu Octavia II, a to v jedné modifikaci s motorem 1,6 l FlexFuel (E85) CCSA s pětistupňovou manuální převodovkou. Motor vycházel z techniky zážehového motoru 1,6 l/75 kW MPI [11]. Provoz vozu Octavia II LPG je založen na principu přepínání (prostřednictvím jednoduchého spínače ve středové konzole), mezi normálním benzinovým provozem a pohonem na LPG, při kterém dosahuje motor výkonu 72 kW [11]. Startování motoru probíhá vždy na benzinový provoz. V případě vyprázdnění palivové nádrže LPG při provozu dochází k automatickému přepnutí systému na benzín, obsluha vozidla je na nízkou hladinu LPG v nádrži upozorněna zvukovým signálem a signalizační kontrolkou.
28
2.1.1
Technické údaje motoru 1.6 l/ 75kW
Výkonový a momentový diagram
Obrázek 12: Výkonový a momentový diagram motoru 1.6 l / 75kW [11]
Technické údaje motoru Tabulka 2 - Technické údaje motoru [11]
Konstrukce Počet válců Ventilů na válec Obsah Vrtání Zdvih Kompresní poměr Max. výkon Max. krouticí moment Řídicí jednotka Palivo Úprava výfuk. plynů Akční rádius Kombinovaná spotřeba Emisní norma
řadový motor 4 2 1595 cm3 81 mm 77,4 mm 10,3 : 1 75 kW při 5600 min-1 - benzin 72 kW při 5600 min-1 - LPG 148 Nm při 3800 min-1 - benzin 144 Nm při 3800 min-1 - LPG Simos 7PP bezolovnatý benzin okt. č. 95 LPG (zkapalněný plyn) hlavní katalyzátor; lambda regulace 1250 km (kombinovaný provoz) 9,2 kg / 100 km EU4
29
2.1.2
Komponenty systému LPG
1) Plnící hrdlo pro LPG Plnící hrdlo pro LPG je situováno, jak je patrné z obrázku 13, pod víčkem palivové nádrže vedle plnícího hrdla pro benzin; vedením je spojeno s palivovou nadrží na LPG. Plnící hrdlo pro LPG je opatřeno zpětným ventilem, který umožňuje při tankovaní průtok LPG do palivové nádrže a zamezuje jeho opačnému proudění. Z důvodu rozdílných plnících pistolí čerpacích stojanů v různých zemích jsou jako součást výbavy dodávány i dva nejrozšířenější připojovací adaptéry plnícího hrdla [11].
Obrázek 13: Umístění plnícího hrdla LPG [11]
2) Vedení LPG Vedeni LPG zajišťuje přívod paliva do palivové nádrže a z ní dále k motoru. Systém LPG je rozdělen na oblast vysokého a nízkého tlaku. V oblasti vysokého tlaku je vedení vyrobeno z měděných trubic potažených ochrannou izolaci z PVC. Nízkotlaká část je ze speciálních pryžových hadic [11].
3) Palivová nádrž Palivová nadrž je vyrobena z ocelového plechu o tloušťce 3,5 mm, má toroidní tvar a je zabudována v podlaze vozu místo rezervního kola.Konstrukční objem nádrže je 55 litrů. Z důvodů expanze LPG se vzrůstající teplotou, však lze nadrž naplnit maximálně na 80 % jejího objemu. Množství natankovaného LPG závisí na okolní teplotě a může kolísat. Při vnější teplotě 15 ˚C nádrž pojme cca 44 litrů LPG [11]. 30
V dutině uprostřed palivové nádrže je umístěn integrovaný multifunkční ventil (obrázek 14), který plní funkci jako elektromagneticky ovládaný ventil nádrže na LPG N495, ventil omezování plnění, bezpečnostní přetlakový ventil a snímač ukazatele zásoby LPG. Dutina je uzavřena krytem s pryžovým těsněním viz obrázek 15 [11].
Obrázek 15: Palivová nádrž a multifunkčním ventilem
Obrázek 14: Multifunkční ventil
[11]
4.) Výparník Výparník slouží v systému ke změně skupenství LPG z kapalného na plynné. Další jeho funkcí je dvoustupňová redukce sníženi přetlaku plynu z cca 1 MPa na 0,1 MPa oproti tlaku v sacím potrubí. Tímto procesem dochází k ochlazování LPG a jeho okolí a vzniká tzv.„expanzní chlad“, který může způsobit zamrznutí výparníku. Z toho důvodu je okruh chladicí kapaliny výparníku připojen do chladícího okruhu motoru ještě před vložkou agregátu topeni. Ohřátá chladicí kapalina vedena výparníkem tak zabraňuje jeho zamrznutí. Konstrukce výparníku viz obrázek 16 je tvořena dvěma stupni, každý stupeň se skládá ze tři komor kterými proudí LPG. Stupně jsou propojeny přepouštěcím kanálem, kterým proudí LPG z prvního stupně do druhého. Oba stupně obsahují jeden ventil s klapkou a píst, který je pevně spojen s membránou [11].
31
Tabulka 3 - Technické údaje výparníku [11]
Typ Pracovní tlak Max. pracovní tlak Hmotnost Provozní jmenovitá průchodnost Pracovní teplota
Dvoustupňový výparník smembránou 0,095 - 0,11 Mpa 0,35 Mpa 1450 g 40 kg/h (-) 20˚C - (+) 120˚ C
Obrázek 16: Výparník [11]
5.) Filtr LPG Filtr LPG (na obrázku 17) slouží k ochraně vstřikovacích ventilů plynu před částicemi nečistot obsažených v plynném LPG. Filtr je situován mezi výparníkem a rozdělovací lištou plynu se vstřikovacími ventily plynu. Po ujetí 30 000 km by měl být z důvodu zajištění správné funkce filtr vyměněn [11].
Obrázek 17: Filtr LPG [11]
32
6.) Rozdělovací lišta plynu se vstřikovacími ventily plynu Rozdělovací lišta plynu viz obrázek 18 je umístěna na sacím potrubí motoru, je vybavena čtyřmi elektricky ovládanými vstřikovacími ventily plynu a snímačem G401, který měří tlak a teplotu LPG.LPG je do rozdělovací lišty plynu přiváděno z výparníku přes filtr LPG, dále proudí ze vstřikovacích ventilů plynu pryžovými hadicemi do sacího potrubí a dále do spalovacího prostoru jednotlivých válců. Chod vstřikovacích ventilů plynu je ovládán řídící jednotkou provozu na LPG [11].
Obrázek 18: Rozdělovací lišta plynu [11]
Snímač rozdělovací lišty plynu G401 Snímač rozdělovací lišty plynu G401 (obrázek 19) je integrovaný v rozdělovací liště plynu, měří tlak a teplotu LPG. Naměřená hodnota tlaku a teploty LPG je dále využívána k výpočtu a řízení doby otevření vstřikovacích ventilů plynu.Signál tlaku LPG určuje dobu, kdy je nutné přepnout zpět na benzinový provoz z důvodu nedostatečného množství LPG v palivové nádrži, poklesu tlaku LPG v systému nebo zaneseného filtru LPG [11].
Obrázek 19: Snímač G401 [11]
33
7.) Přepínač druhu paliva E395 a ukazatel zásoby LPG v nádrži G706 Přepínač druhu paliva (benzin/LPG) E395 a ukazatel zásoby LPG v nádrži G706 jsou integrovány do jednoho spínače umístěného na středové konzole vedle řadicí páky, viz obrázek 20 [11]. Spínač obstarává funkce: - volba druhu paliva, přepnutí benzin/LPG, - ukazatel hladiny LPG v palivové nádrži, - signalizace chybné funkce systému.
Přepínač druhu paliva E395 Přepínač druhu paliva E395 zajišťuje volbu režimu mezi provozem na benzin a provozem na LPG, přepnutí systémů lze provádět za chodu motoru a to i při pohybu vozidla. Zvolení paliva LPG je na spínači signalizováno trvalým rozsvícením modrého kontrolního světla
„ON“,
při
zvolení
provozu
na
benzín
se
rozsvítí
oranžové
kontrolní
světla„OFF“[11]. Přepnuti z provozu na benzin na provoz LPG je možné při splněni podmínek: - dostatečné množství LPG v palivové nádrži, - teplota chladicí kapaliny motoru vyšší než 30˚C, - otáčky motoru za jízdy vyšší než 1200 min-1. Přepnuti z provozu LPG na provoz na benzin automaticky nastane při některé z následujících situaci: - nedostatečné množství LPG v palivové nádrži, - chybná funkce systému [11]. Ukazatel zásoby LPG v nádrži G706 Modrá řada kontrolních světel (vlevo na spínači) zobrazuje hladinu LPG v palivové nádrži, obdobně jako je to u některých ukazatelů množství paliva ve vozech se spalovacím motorem, viz obrázek 20. Pokud je hladina LPG v palivové nádrži příliš nízká, rozsvítí se červené kontrolní světlo představující rezervu.
34
Obrázek 20:Přepínač druhu paliva [11]
8.) Řídící jednotka provozu na LPG J659 Ke standardní řídící jednotce motoru je pro řízení systému LPG navíc montována řídící jednotka provozu na LPG J659, která je umístěna v akumulátorovém boxu (obrázek 21). Jednotka LPG L659 je napojena elektrickým konektorem k původnímu kabelovému vedení od řídicí jednotky motoru ke vstřikovacím ventilům benzínu. Signály o vstřikování benzinu jsou z tohoto konektoru přeneseny do řídící jednotky provozu na LPG, kde se využívají pro výpočet délky vstřiku LPG. Aby přerušení toku očekávaných signálů (konektorem LPG) od vstřikovacích ventilů benzinu do řídící jednotky motoru nezpůsobilo chybovou hlášku, jsou tyto signály simulovány pomoci odporů integrovaných v řídící jednotce LPG [11].
35
Obrázek 21: Řízení systému LPG [11]
2.1.3
Hodnocení systému LPG ve vozech Škoda
Jako pilotní projekt sériově vyráběných alternativních pohonů ve společnosti Škoda se systém LPG ve vozech Octavia II osvědčil. Firma dokázala v rámci sériové výroby bez omezení standardní produkce vyrobit 3250 kusů vozů s pohonem na LPG. Všechny nezbytné komponenty pro systém LPG navíc Škoda zvládla navrhnout vlastním technickým vývojem. V porovnání s benzinovým provedením vozu Octavia II vykazuje Octavia II v režimu LPG nižší produkci emisí CO2 (149 g/km oproti 169 g/km) a nižší náklady na pohonné hmoty. Motor má však nepatrně menší výkon 72 kW / 75kW, horší jsou i hodnoty maximální rychlosti 184 / 188 km/h a zrychlení 0-100 km/h 13,1 / 12,9 sekundy. Kapacita zavazadlového prostoru je díky chytrému konstrukčnímu řešení umístění palivové nádrže v prostoru rezervy bez omezení a je stejná jako u benzínu 560 litrů pro karoserii liftback a 580 litrů pro kombi. Průměrná spotřeba paliva v kombinovaném provozu je 7,1 litru benzinu nebo 9,2 kg LPG na 100 km. Největší výhodou Octavie II LPG je její velká dojezdová vzdálenost, na jedno natankování obou nádrží je možné ujet až 1 250 km [11].
36
2.2
CNG ve vozech škoda
V roce 2012 přišla společnost Škoda se svým druhým sériově vyráběným alternativním systémem - CNG. Výrobu nových alternativních vozů zahájila v listopadu 2012 na modelové řadě Citigo (ve tří i pětidveřovém provedení), o rok později zavedla stejnou technologii i na modelu Octavia III pod názvem Octavia G-TEC (v karosářském provedení liftback i kombi). Oba modely jsou vybaveny přeplňovaným spalovacím motorem s upravenou mechanikou, který dokáže ke spalování využívat kromě benzínu také stlačený zemní plyn CNG. U vozů Citigo CNG se jedná o agregát 1.0 l / 50 kW, u vozu Octavia o motor 1.4 l TSI / 81 kW. Palivová soustava pro CNG je umístěna pod podlahou a v motorovém prostoru vozu, nedochází tak k žádnému omezení prostoru pro cestující. Benzinová palivová soustava byla v konstrukci vozů zachována (u modelu Citigo došlo pouze ke zmenšení palivové nádrže). Režim provozu na CNG i na benzin řídí společná řídící jednotka vybavená speciálním softwarem [12]. Přepínání mezi provozy je automatické. Benzinový režim je využíván např. při startování vozidla za nízkých teplot. U modelu Octavia benzinový pohon prodlužuje dojezdovou vzdálenost vozidla. Automobil se automaticky přepne z režimu CNG do režimu benzin v případě nedostatku zemního plynu v palivových nádržích CNG [12].
2.2.1
Technické údaje motoru 1.0 l / 50kW, Citigo
Tabulka 4 - Technické údaje motoru 1.0 l / 50kW [12]
Konstrukce Počet válců Ventilů na válec Obsah Vrtání Zdvih Kompresní poměr Max. výkon Max. krouticí moment Řídicí jednotka Palivo Plnění Akční rádius Kombinovaná spotřeba Emise C02 Emisní norma
řadový motor 3 4 999 cm3 74,5 mm 76,4 mm 11,5 : 1 50 kW při 6200 min-1 90 Nm při 3000 min-1 Simos 7PP bezolovnatý benzin okt. č. 95 stlačený zemní plyn CNG elektronicky řízené nepřímé vstřikování paliva
620 km (400 km na plyn, 220 km na benzin) 4,4 m3/100 km (2,9 kg/100 km) 79 g/km EU5
37
Výkonový a momentový diagram
Obrázek 22: Výkonový a momentový diagram motoru 1.0 l / 50kW [12]
2.2.2
Technické údaje motoru 1.4 l / 81kW, Octavia G-TEC
Tabulka 5 - Technické údaje motoru 1.4l / 81 kW [12]
Konstrukce Počet válců Ventilů na válec Obsah Vrtání Zdvih Kompresní poměr Max. výkon Max. krouticí moment Řídicí jednotka Palivo
řadový motor 4 4 1395 cm3 74,5 mm 80 mm 10,5 : 1 81 kW při 4800-6000 min-1 200 Nm při 1500-3500 min-1 Simos 7PP bezolovnatý benzin okt. č. 95 stlačený zemní plyn CNG
Plnění
elektronicky řízené nepřímé vstřikování CNG elektronicky řízené přímé vstřikování benzínu
Akční rádius Kombinovaná spotřeba Emise C02 Emisní norma
1330 km (410 benzin, 910 CNG) 5,4 m3/100 km (3,5 kg/100 km) 97 g/km EU6
38
Výkonový a momentový diagram
Obrázek 23: Výkonový a momentový diagram motoru 1.4 l / 81kW [12]
2.2.3
Úpravy na mechanice motorů
Vysoké oktanové číslo zemního plynu umožňuje dřívější bod zážehu, tím kromě účinnosti spalování stoupá také tlak a teplota spalování ve spalovacím prostoru. Zemní plyn je i velmi suchý a nemá žádné mazací schopnosti jako benzin.Všechny tyto aspekty zvyšují namáhání motoru. Mechanika motorů poháněných zemním plynem proto musela být upravena. Jednotlivé konstrukční prvky mechaniky motoru (písty, pístní kroužky, vačková hřídel,sací a výfukové ventily, ventily vysokotlakého vstřikování a turbodmychadlo) prošly materiálovými úpravami a rozměrovými korekcemi za účelem zvýšení odolnosti vůči opotřebení [12].
39
2.2.4
Komponenty systému CNG
1) Plnící hrdlo zemního plynu Plnící hrdlo zemního plynu a plnící hrdlo palivové nádrže pro benzin se podobně jako u systému LPG nachází pod společným víčkem na pravé zadní straně automobilu, jak je patrné na obrázku 24.
Obrázek 24: Plnící hrdlo CNG [12]
Vysokotlaké vedení zemního plynu je k plnícímu hrdlu plynu přivařené. Součástí plnícího hrdla plynu je kromě kovového filtru nečistot i zpětný ventil. 2) Vysokotlaké vedení Vysokotlaké palivové vedení zemního plynu je vyrobeno z ušlechtilé oceli, vnější průměr má 6 mm [12]. Spoje palivového vedení jsou řešeny pomocí šroubení doplněného dvojicí těsnicích kroužků. 3) Palivové nádrže CNG Kompozitní palivové nádrže jsou opatřeny třemi vrstvami laku, aby byly odolné proti korozi a poškrábání. Nádrže jsou před samotnou montáží do vozu nejprve pomocí upínacích pásů uchyceny do držáku. Držák s nádržemi je poté přišroubován ke karoserii vozu. Správné předpětí upínacích pásů zajišťují talířové pružiny. Pro vůz ŠKODA Citigo CNG jsou použity dvě oddělené palivové nádrže velikosti 37,5 l a 34,5 l [12]. Každá z nádrží je uchycena samostatně do vlastního držáku. První je připevněna k podvozku v prostoru před zadní nápravou, druhá nádrž za zadní nápravou.
40
Pro vůz ŠKODA Octavia G-TEC jsou použity dvě palivové nádrže stejné velikosti 48,5 l. Obě nádrže jsou uchyceny do jednoho společného držáku, který je umístěn do podvozkového prostoru za zadní nápravu, viz obrázek 25. Životnost CNG nádrží je dvacet let. Na každé nádrži je vyznačeno datum výroby tlakové nádoby a její životnost.
Obrázek 25: Tlakové nádoby škoda Octavia G-TEC [12]
4) Rozbočovač se zpětným ventilem Rozbočovač (obrázek 26) je montován pouze do palivové soustavy CNG modelu Octavia G-TEC. Prostřednictvím rozbočovače jsou propojena vysokotlaká vedení zemního plynu od nádrží CNG k regulátoru tlaku plynu. Současně je do rozbočovače přípojkou se zpětným ventilem přivedeno vysokotlaké vedení od plnícího hrdla zemního plynu. Plnící hrdlo zemního plynu je tedy uzavíráno dvojicí zpětných ventilů - na plnícím hrdle a rozbočovači.
Obrázek 26: Rozbočovač Octavia G-TEC
[12]
41
5) Ventil pro uzavření palivové nádrže Všechny nádrže na stlačený zemní plyn CNG jsou vybaveny vlastním uzavíracím ventilem viz obrázek 27, který je pomocí závitu našroubován do hrdla nádrže. Součástí každého uzavíracího ventilu palivové nádrže je: – elektromagnetický ventil uzavření palivové nádrže, – mechanický uzavírací ventil, – omezovací ventil průtoku, – tepelná pojistka.
Obrázek 27: Ventil pro uzavření palivové nádrže [12]
6) Regulátor tlaku plynu Protože je v palivových nádržích CNG uchováván stlačený zemní plyn pod vysokým tlakem (až 200 bar), je nutné ho pro spalování skokově snížit na 5–9 bar [12]. K tomuto snížení slouží právě regulátor tlaku plynu. Regulátor je složen ze dvou regulačních stupňů. Těleso regulátoru obsahuje snímač tlaku v palivové nádrži, vysokotlaký ventil a mechanický přetlakový ventil jak je patrné na obrázku 28. Regulátor tlaku plynu je připojen k chladícímu okruhu motoru.
42
Obrázek 28: Regulátor tlaku plynu [12]
7) Vpouštěcí plynové ventily Vpouštěcí ventily slouží ke vpouštění plynu do sacího potrubí. Počet vpouštěcích plynových ventilů se rovná počtu válců motoru. Ventily jsou zasunuté do sacích kanálů sacího potrubí. Při jízdě na CNG jsou aktivovány řídící jednotkou motoru. Okamžik a délku vstřiku udává řídicí jednotka motoru v závislosti na otáčkách, zatížení motoru, kvalitě zemního plynu, tlaku a teplotě zemního plynu v rozvaděči plynu. V případě výpadku jednoho ze vpouštěcích plynových ventilů, přepne řídící jednotka motoru provoz motoru na benzinový pohon [12].
8) Snímače Snímač tlaku v palivové nádrži Snímač tlaku v palivové nádrži je součástí těla regulátoru tlaku plynu. Prostřednictvím příčného otvoru je snímač spojený s vysokotlakou částí palivové soustavy a měří vysoký tlak zemního plynu. Díky signálu ze snímače tlaku rovněž řídící jednotka motoru rozpozná stav naplnění CNG nádrží. Při výpadku signálu snímače tlaku v palivové nádrži vozidlo stále pokračuje v režimu na zemní plyn, není nuceno přepnout do provozu na benzín [12]. 43
Snímač rozvaděče plynu Snímač rozvaděče plynuje umístěn do rozvaděče plynu. Měří tlak a teplotu zemního plynu v nízkotlaké části palivového vedení zemního plynu. Signál z tlakového snímače využívá řídící jednotka motoru k: – vyhodnocení dostatečného tlaku zemního plynu pro provoz na CNG, – k regulaci tlaku zemního plynu v liště rozvaděče plynu na 5–9 bar [12]. Signál z teplotního snímače využívá řídící jednotka motoru k: – přesnému výpočtu doby otevírání vpouštěcích plynových ventilů, – zahájení náhradních technologií v případě, pokud teplota zemního plynu v nízkotlaké části klesne pod - 40 °C [12]. V případě výpadku signálu tlakového snímače okamžitě dojde k přepnutí provozu na benzin.V případě výpadku signálu teplotního snímače převezme výpočet teploty zemního plynu řídicí jednotka motoru. 9) Řídící jednotka motoru J623 Řídící jednotka motoru přebírá veškeré funkce provozu jak na benzin tak na CNG pohon. Při provozu na zemní plyn řídící jednotka kontroluje prostřednictvím vlastní diagnostiky všechny součásti pohonu i komponenty pro CNG, které mají vliv na složení výfukových plynů [12]. Systém řízení motoru (obrázek29)
Obrázek 29: Systém řízení motoru [12]
44
10 ) Panely přístrojů 1) Panel přístrojů vozu ŠKODA Citigo CNG Klasický benzinový palivoměr byl u modelu ŠKODA Citigo CNG nahrazen sdruženým palivoměrem CNG + benzin. Umístění palivoměru je stejné jako u benzinového modelu napravo od tachometru viz obrázek 30. Ručička palivoměru ukazuje v závislosti na aktuálním provozním režimu stav zemního plynu, nebo benzinu [12].
Obrázek 30: Panel přístrojů vozu ŠKODA Citigo CNG [12]
2) Panel přístrojů vozu ŠKODA Octavia G-TEC Ukazatel paliva není sdružený jako je tomu u modelu Citigo. Palivoměr CNG je umístěn místo teploměru chladicí kapaliny v prostoru otáčkoměru. Benzinový palivoměr zůstal zachován v prostoru tachometru viz obrázek 31. Středový displej může navíc zobrazovat následující CNG funkce: – průměrnou spotřebu zemního plynu (kg/km), – dojezdovou vzdálenost na zemní plyn (km), – celkovou dojezdovou vzdálenost na zemní plyn a benzin, – kvalitu zemního plynu (%) [12].
45
Obrázek 31: Panel přístrojů vozu ŠKODA Octavia G-TEC
2.2.5
Hodnocení systému CNG ve vozech Škoda
Jednoznačnou výhodou vozidel Škoda s pohonem na CNG je jejich úsporný provoz. CNG je díky minimální výši spotřební daně vůbec nejlevnější pohonnou hmotou v České republice. Provozní náklady na palivo jsou ve srovnání s benzínem nebo naftou zhruba poloviční (spotřeba vozů v kg CNG na 100 km je srovnatelná se spotřebou benzinu v l na 100 km). Finanční úspora oproti klasickým fosilním palivům činí až 55 % viz tabulka 6.
Tabulka 6 - Škoda Octavia srovnání nákladů [12]
Motor Palivo Základní cena vozu Průměrná cena paliva (2014) Spotřeba vozu Náklady na ujetí 15.000 km
1.4 TSI/103 kW Benzin 404.900 Kč
1.6 TDI/77 kW Nafta 424.900 Kč
1.4 TSI/81 kW CNG 433.900 Kč
1.6 MPI/75kW LPG 419.900
36 Kč/l 5,5 l/100 km
35,73 Kč/l 4,2 l/100 km
25,50 Kč/kg 3,5 kg/100 km
18.6 Kč/km 9,2 kg/100 km
29.700 Kč
22.509 Kč
13.389 Kč
25.650 Kč
Výhodou vozů Škoda CNG je i velká dojezdová vzdálenost - až 1330 km (při kombinovaném provozu Octavie G-TEC). Ekologická šetrnost vozů CNG k životnímu prostředí vyplývá ze složení zemního plynu, především poměru atomů uhlíku a vodíku v molekule.Vozy značky ŠKODA na CNG 46
produkují výrazně méně škodlivin než vozidla s klasickým pohonem. A to nejen sledovaných škodlivin – oxidů dusíku, oxidu uhelnatého, uhličitého, pevných částic, ale také i karcinogenních látek – polyaromatických uhlovodíků, aldehydů, aromátů včetně benzenu. Oproti benzínu zemní plyn nabízí také 20–25 % snížení emisí CO2 [12]. Vozy Škoda Citigo a Octavia CNG se od zahájení sériové výroby v roce 2012 staly důležitým segmentem ve strategii snižování CO2 a ochrany životního prostředí společnosti Škoda. Výrazně obohatily modelovou nabídku firmy a rozšířily zákaznické portfolio.
2.3
Škoda elektromobil
V roce 2012 sestrojila Škoda pod názvem Octavia Green E Line zkušební flotilu deseti elektromobilů. Octavia Green E Line(obrázek 32) vychází z karoserie sériové Octaive II Combi, která je díky své modulární konstrukci ideální pro instalaci baterií, elektroniky a elektrického motoru. Octavia ELine je výsledkem spolupráce Škody s mateřským koncernem VW, plně tak přebrala vývoj elektrického VW Golf. Český tým vývojářů elektromobilů v Mladé Boleslavi tak především ladil software a implementaci do mechaniky Octavie. Všechny elektrovozy Octavia E Line byly smontovány na montážní lince při běžném sériovém výrobním programu. Flotila byla vytvořena s cílem získání zkušeností běžných uživatelů s elektrickým hnacím ústrojím v každodenním provozu a hlavně má přispět k rozvoji budoucích hybridních nebo elektrických vozů Škoda.
Obrázek 32: Octavia Green E Line [13]
Zkušební provoz flotily byl rozdělen do třech fází. První a druhá fáze sloužily především pro interní zkoušky společnosti Škoda Auto. Jednalo se o nezbytné bezpečnostní testy, testování online-diagnostické komunikace, komplexní doprovod zákaznického provozu. Za tímto účelem bylo s E linem najeto více než 40 000 km [13].
47
Ve třetí fázi, která začala koncem března 2012 a v současné době stále probíhá, byly elektromobily poskytnuty externím partnerům ke zkouškám v běžném silničním provozu. Mezi externí partnery se zapůjčenými elektromobily patří například energetické společnosti, vzdělávací instituce nebo státní úřady. Po ukončení třetí fáze proběhne vyhodnocení získaných dat ze všech zapůjčených vozů.
2.3.1
Technické údaje Škoda Octavia Green E Line
Tabulka 7 - Technické údaje Škoda Octavia Green E Line [13]
Jmenovitý výkon Maximální výkon Točivý moment Maximální rychlost Zrychlení 0–100 km/h Akční rádius Hmotnost akumulátoru Energie akumulátoru
60 kW 85 kW po dobu 60 vteřin 270 Nm (4 vteřiny), resp. 255 Nm (60 vteřin) 135 km/h 12 vteřin 140 km 315 kg (lithium-iontová baterie) 26,5 kWh 8 hodin při napětí 230 V (jednofázový proud), 2 hodiny při 400 V Nabití na 80 % kapacity (třífázový proud)
2.3.2
Komponenty Octavia Green E Line
1) Nabíjecí zásuvka Nabíjení je možné provádět pomocí dvou oddělených nabíjecích doků. První dok s třífázovou zásuvkou je umístěn pod víčkem s logem Škoda v masce na předním nárazníku. Druhý dok se zásuvkou 230 V se nachází na pravé postranici,situován je místo standardního hrdla palivové nádrže. Umístěné doků je patrné z obrázku 33 [13].
Obrázek 33: Umístění nabíjecí zásuvky [13]
48
2) Akumulátor Akumulátor je umístěn pod zadní částí podlahy a částečně zabírá i v zavazadlový prostor (objem zavazadlového prostoru je oproti sérii snížen z 580 l na 465 l) [13 13]. Umístění baterie je patrné z obrázku 35. Baterie je založena na lithium-iontové lithium iontové technologii, skládá se ze 180 buněk a váží 315 kg. Akumulátor poskytuje kapacitu 26,5 kWh což odpovídá dojezdu 140 km km. Plné dobití trvá dvě hodiny při použití třífázovéé nabíječky a osm hodin při dobíjení přes 230 V zásuvku. Baterie má životnost 3 000 nabíjecích cyklů, poté klesne její kapacita na 80 procent. Pro zvýšení bezpečnosti jsou baterie ve spodní části opatřeny odolným krytem, který brání mechanickému poškození viz obrázek 34 [13 13].
Obrázek 34: Zakrytí baterie
Obrázek 35: Umístění akumulátoru [14]
3) Elektromotor Elektromotor je zabudován v přední části karoserie pod přední kapotou, a je spojený s jednostupňovou
převodovkou
(reduktorem)
viz
obrázek
36..
Maximálním
výkon
elektromotoru je 85 kW (jmenovitý výkon 60 kW), kW) točivý moment 270 Nm umožňuje Octavii E Line zrychlení z 0 - 100 km/h za 12 1 s. Chod elektromotoru je lineární, do konstrukční omezené rychlosti 135 km/h zrychluje konstantně [13].
Obrázek 36:: Umístění elektromotoru [13]
49
4) Brzdy Brzdy Octavie E Line fungují stejně jako u většiny elektromobilů dvoufázově. V první fázi (přibližně třetina dráhy brzdového pedálu) pedálu se využívá k brzdění dění pouze rekuperace energie. Systém m rekuperace zajišťuje zaji proces přeměny přebytečné pohybov pohybové energie vozu, zpět na využitelnou elektrickou energii vozidla.Ve druhé fázi přichází na řadu brzdění klasickými kotoučovými hydraulickými brzdami. Přechod mezi jednotlivými fázemi je lineární a pro běžného uživatele neznatelný [13].
5) Panel přístrojů Veškeré Informace o aktuální produkci nebo spotřebě energie,, stejně jako zbývající kapacita baterie a s tím spojený dojezd, dojezd jsou zobrazeny na přístrojové jové desce na sdruženém přístroji. Sdružený družený přístroj slouží i k zobrazení běžných údajů o jízdě jízdě, jako je okamžitá rychlost, průměrná rychlost, nebo doba jízdy. Otáčkoměr je nahrazen ukazatelem využití síly elektromotoru. Navigační displej, který je stejně jako ovládání klimatizace součástí středového panelu, ukazuje tok energie v daném okamžiku, tedy zda se energie přivádí do elektrického motoru z baterií nebo naopak [13] (obrázek 37).
Obrázek 37:: Sdružený přístroj vozu Octavia E Line [13]
2.3.3
Režimy jízdy
Octavia E Line nabízí kromě nezbytné zpátečky "R" dva jízdní režimy "D" a "B", které je možné manuálně zvolit voličem na středové konzole viz obrázek 38 [13 13]. Z pohledu běžného uživatele je jízda v režimu "D" stejná jako s kterýmkoliv jiným autem s automatickou převodovkou. převodovkou Plynovým lynovým pedálem je ovládán výkon elektromotoru elektromotoru, brzdit je možné klasicky brzdovým pedálem nebo pomocí podvolantových ovladačů, které ovládají intenzitu rekuperace. 50
Při zvolení režimu "B" stačí pro jízdu pouze jeden pedál. Nulová poloha plynu – pedál úplně uvolněný – znamená maximální brzdný efekt (až 600 Nm na jednom kole). Čím víc je pedál sešlapáván, tím se brzdný účinek zmírňuje a auto jede. Na stejném principu se ovládají autíčka na autodromu [13]. V obou režimech je možné ještě volit ze tří jízdních módů. Kromě základního ještě režim "eco" a "range", které jsou zaměřeny na maximální dojezd. Oba módy mají snížený maximální dostupný výkon a elektronika postupně snižuje maximální rychlost. V ecomódu funguje pomaleji topení a klimatizace, v range módu funguje jen větrák ventilace, elektrické topení a klimatizace jsou vypnuté.
Obrázek 38: Volič jízdních režimů [13]
2.3.4
Hodnocení Octavie E Line
Objektivní hodnocení Octavie E Line bude možné provést po zveřejnění nasbíraných dat z dlouhodobých zkoušek v běžném silničním provozu. Vezmeme-li ale v úvahu průměrnou spotřebu 20 kWh/100 km při běžné ceně dvě až pět korun za 1 kWh, náklady na jeden ujetý kilometr se pohybují od 0,4 Kč/1 km do 1 Kč/1 km, což je pro potenciální budoucí uživatele velmi příznivé [13]. Technický přínos flotily je patrný již dnes. Škoda dokázala, že je schopná vyvinout a zkonstruovat plně funkční elektromobil s dostačujícím dojezdem i dobou nabíjení. Nasbírané zkušenosti při výrobě mohou vývoj dalších projektů v oblasti alternativních pohonů značně urychlit.
51
2.4
Micro hybridní pohon ve vozech Škoda
Jak je uvedeno v kapitole 1.2.4 znakem vozů s pohonem Micro hybrid je zabudovaný systém STRAT-STOP a systém rekuperace energie. Vozy Škoda tyto ekologické systémy nabízí ve svých vozech od roku 2010 ve všech modelech edice Greenline II.
2.4.1
Systém START-STOP
Systém START-STOP byl vyvinut jako jedno z opatření na snižující spotřebu paliva a výfukových emisí. Princip snížení spotřeby paliva spočívá v automatickém vypínání motoru při zastavení vozidla a k jeho automatickému spouštění při požadavku řidiče na opětovný rozjezd (sešlápnutí spojky). Aktivace motoru se uskuteční i v případě dosažení rychlosti alespoň 3 km/h po rozjezdu po dobu přibližně čtyř sekund [14]. Podmínky pro automatické vypnutí motoru systémem START-STOP - stání vozidla (rychlost = 0 km/h), - otáčky motoru jsou nižší než 1200 1/min, - teplota chladicí kapaliny je v rozsahu 25°C až 100°C, - brzdný podtlak je vyšší než 55 kPa (550 bar), - akumulátor je schopen pokrýt potřebu energie pro opětovné spuštění motoru, vypočítanou před vypnutím motoru (predikce startovacího napětí). Teplota akumulátoru je vyšší nebo rovna -1°C a nižší než 55°C. - rozdíl mezi požadovanou teplotou klimatizace a skutečnou teplotou vzduchu < 8°C, - filtr pevných částic není v regeneračním režimu [15]. Podmínky pro automatické spuštění motoru systémem START-STOP - řidič je připoután bezpečnostním pásem (západka bezpečnostního pásu je uzamčená v zámku bezpečnostního pásu), - je zavřeno víko motorového prostoru a dveře řidiče, - je sešlápnut pedál spojky, - řadicí páka je v poloze neutrálu [15].
52
2.4.2
Komponenty a systémy přizpůsobené pro provoz systému
Tabulka 8 - Součásti a systémy přizpůsobené pro provoz systému START-STOP [15]
Řídící jednotka
- rozšíření softwarové charakteristiky řídicích jednotek o informační bit pro systém START-STOP
Alternátor
- připojený přes datové vedení LIN do diagnostického rozhraní datové sběrnice (Gateway) - akumulátor pro zvýšení cyklické odolnosti vyšší odolnost vůči opotřebení - akumulátor s řídicí jednotkou kontroly akumulátoru - nové vodiče akumulátoru - řídicí jednotka kontroly akumulátoru připojená přes datové vedení LIN do diagnostického rozhraní datové sběrnice (Gateway) - snímač identifikace zařazeného převodového stupně G604
Akumulátor Spouštěč Palubní síť
Převodovka
2.4.3
Systém rekuperace energie
Pro snížení spotřeby paliva a emisí CO2 jsou vozy Škoda Greenline II vybaveny funkcí rekuperace energie. Systém rekuperace zajišťuje přeměnu přebytečné pohybové energie vozu, zpět na využitelnou elektrickou energii. Tato rekuperovaná energie se ukládá do akumulátoru v automobilu, nebo se vrací rovnou zpět do elektrického obvodu vozidla k okamžité spotřebě. Jádrem systému je alternátor, výstupní napětí alternátoru je za pomocí řídící jednotky ovládané elektronickým regulátorem [14]. Funkce systému při zpomalováni vozidla Při zpomalování (brzdění) vozidla zajistí elektronický regulátor zvýšení výstupního napětí na alternátoru tak, aby bylo vyšší než napětí baterie (max. 15 V). Alternátor poté převezme funkci dodavky elektrické energie do elektrického obvodu vozidla za akumulátor a současně ho nabíjí - viz obrázek 39 [14].
Obrázek 39: Funkce rekuperace při zpomalování [14]
53
Funkce systému při zrychlování vozidla Při akceleraci vozidla nebo ustálené jízdě je pomocí elektronického regulátoru sníženo výstupní napětí alternátoru na hodnotu menší než je napětí baterie (cca 12V), obrázek 40. Alternátor díky snížení odporu v zátěžové charakteristice točivého stroje odebere menší mechanickou energii z klikové hřídele spalovacího motoru a množství dávkovaní paliva se přizpůsobí sníženému výkonu motoru. V případě, že jednotka BDM zaznamená plnou kapacitu baterie, dojde pomocí regulátoru k celkovému odlehčení alternátoru. Celý elektrický obvod vozidla je poté napájen pouze z akumulátoru [14].
Obrázek 40: Funkce rekuperace při zrychlování [14]
2.4.4
Hodnocení systému Micro hybrid ve vozech Škoda
Kromě systému START-STOP a systému rekuperace jsou vozy Škoda Greenline II vybaveny i pneumatikami s nízkým valivým odporem nebo systémem SUNSET. V kombinaci s přeplňovanými motory s přímým vstřikováním nabízí vozy Greenline II velmi nízké emise (od 99 g/km CO2) a spotřebu paliva od 3,8 l /100km. Samotné nasazení systému rekuperace a START-STOP sníží výfukové emise konvečního motoru o 2-4 g CO2/km [14]. Vozy Škoda Greenline II se zabudovanými systémy technologie Micro hybrid jsou výbornou kombinací klasického pohonu za využití alternativních technologií. Výhodou těchto automobilů je zachování veškerého uživatelského komfortu vozu a zároveň maximální možná šetrnost k životnímu prostředí.
54
ZÁVĚR Společnost Škoda se v rámci ochrany životního prostředí a snižování emisí v současné době prioritně zaměřila na modernizaci stávajících spalovacích motorů. Novými technologiemi a investicemi do vývoje přeplňovaných motorů s přímým vstřikováním se jí podařilo dosáhnout výrazného snížení emisí CO2 a spotřeby paliva. V akční edici vozů Green line garantuje zákazníkovi dlouhodobou spotřebu paliva 3,2 l/100 km a 85g/km CO2 [14]. Alternativní pohony zaznamenaly ve Škodě v posledních letech značný progres především v oblasti vývoje a v budoucnosti by se měly postupně stát hlavním nabízeným segmentem. V roce 2009 začala automobilka vyrábět první sériové vozy Octavia II na LPG a do roku 2012 jich vyrobila 3250. Veškeré konstrukční prvky a komponenty pro systém LPG byly navrženy vlastním vývojem společnosti. Od roku 2012 firma nabízí zákazníkům plnohodnotné vozy Citigo a od roku 2014 Ocatavia III s alternativní pohonem CNG. Tyto modely se těší stále většímu zájmu. Oproti vozům s fosilními palivy vypouští vozy G- TEC do ovzduší až o 25% méně CO2 [12]. Konstrukce vozů navíc pro zákazníky neznamená snížení komfortu, jako tomu bylo u LPG v podobě zmenšení zavazadlového prostoru. Velkým přínosem pro oblasti poznání alternativních pohonů je flotila 11 elektromobilů Škoda Octavia E-line z roku 2012. Po ukončení dlouhodobých zkoušek v běžném provozu poskytnou tyto vozy velmi užitečná data nejen pro další technologický vývoj ve firmě, ale i pro vědecké instituce a vzdělávací zařízení, která se na realizaci tohoto projektu podílela. V roce 2018 se chystá Škoda vstoupit na trh s modelem Superb III s hybridním pohonem P-EHV. Do vývoje pohonu P-EHV byly ze strany Škody i koncernu Volkswagen realizovány obrovské investice, dokonce bylo za tímto účelem v Mladé Boleslavi postaveno i nové moderní vývojové centrum. Hlavní přínos vozů Škoda s alternativním pohonem v současné době vidím především v technickém směru, jako je zdokonalování konstrukce a technologické inovace, kdy firma svými konstrukčními řešeními přispívá do globálního vývoje alternativních systémů. Dalším přínosem je i zvýšení dostupnosti vozů s alternativním pohonem a rozšíření podvědomí
zákazníků
o
těchto
systémech.
Do
roku
2015
bylo
v
mladoboleslavské automobilce vyrobeno 7 500 vozů s alternativním pohonem LPG nebo CNG, což je 0,05 % z celkového počtu 15 000 000 vyrobených automobilů [10]. Tímto nízkým počtem je samotný přínos fyzicky vyrobených vozů na stav životního prostředí zatím velmi limitován. 55
Jak
se
vozy
Škoda
s alternativními
pohony
na
automobilovém
trhu
prosadí v budoucnu,záleží na mnoha faktorech: od nabídek systémů konkurenčních automobilek, přes prodejní ceny vozů až po celkový uživatelský komfort. Hlavním přínosem této práce pro obor Provozní spolehlivost dopravních prostředků a infrastruktury - ochrana životního prostředí je zpracování souhrnného přehledu alternativních technologií používaných ve společnosti Škoda auto a.s. s detailním popisem jednotlivých konstrukcí.
56
POUŽITÁ LITERATURA [1]
ÚSTAV DOPRAVNÍCH PROSTŘEDKŮ K616. Alternativní pohony pro silniční dopravu. Praha, 2013. 163 s.Výzkumná zpráva UDP2013-21, České vysoké učení technické v Praze
[2]
NEDOMLEL, R. Srovnání vlivu osobních automobilů poháněných zážehovým a vznětovým motorem na životní prostředí. Pardubice, 2012. 19 s. Semestrální práce, Univerzita Pardubice, Dopravní fakulta.
[3]
ČESKÝ PLYNÁRENSKÝ SVAZ. Další alternativní pohonné hmoty[online] © 2011 [cit.28.1.2015].
Dostupné
z:
http://www.cng4you.cz/cng-info/dalsi-alternativni-
pohonne-hmoty.html [4]
VLK, F. Alternativní pohony motorových vozidel. Vyd. Brno: Nakladatelství a vydavatelství VLK, 2003
[5]
ČESKÝ PLYNÁRENSKÝ SVAZ. CNG vozidla [online] © 2011 [cit. 28.1.2015]. Dostupné z: http://www.cng4you.cz/vozidla.html
[6]
ČESKÝ
PLYNÁRENSKÝ
SVAZ.
Výhody
CNG[online]
©
2011
[cit.
28.1.2015]Dostupné z: http://www.cng4you.cz/cng-info/vyhody-cng.htmlvozidla. [7]
ARTHUR GERSTENFELD. Environmental and Social Issues Concernedwith Hybrid Cars. Worcester Polytechnic Institute Hybrid Vehicles, 2010
[8]
AUTO IDNES CZ. První vodíkové auto je starší než všechna na benzín, je mu 250 let. [online] © 2012 [cit. 5.3.2015]. Dostupné z: http://auto.idnes.cz/prvni-vodikove-auto-jestarsi-nez-vsechna-na-benzin-je-mu-205-let-p7j-/ automoto.aspx?c=A120221_011818_automoto_vok
[9]
ŠKODA AUTO A.S. Škoda auto Historie [online] © 2014[cit. 18.3.2015]. Dostupné z: http://museum.skoda-auto.cz/Documents/cs/sk-SKODA-AUTO-History.pdf
[10] VOTOČEK L. Alternative antriebe bie Škoda. Mladá Boleslav, 2014. 16 s. Studie.
Škoda auto a.s. [11] ŠKODA AUTO A.S. Dílenská učební pomůcka Škodač.73 - LPG ve vozech Škoda.
S00.2002.73.15. Technicky stav 07/2009 [12] ŠKODA AUTO A.S. Dílenská učební pomůcka Škoda č.102- CNG ve vozech Škoda.
SSP00010215. Technický stav 5/2014 57
[13] AUTO.IDNES.CZ Elektrická Škoda Octavia jezdí parádně, čeká se ale na baterky.
[online] © 2012 [cit. 15.3.2015] Dostupné z http://auto.idnes.cz/video-elektricka-skodaoctavia-jezdi-paradne-ceka-se-ale-na-baterky-1cw/auto_testy.aspx?c=A120113_161519_auto_testy_fdv [14] ŠKODA AUTO A.S. Dílenská učební pomůcka Škoda č.76- Vozy škoda Green Line,
S00.2002.76.15. Technický stav 11/2010 [15] ŠKODA AUTO A.S. Dílenská učební pomůcka Škoda č.86-systém START STOP ve
vozech Škoda, S00.2002.86.15. Technický stav 4/2010
58
