Takzvaná elektricky asistovaná turbodmychadla nejsou ničím neznámým, inženýři automobilek se touto oblastí zabývají už zhruba celé desetiletí. Zatím se však v běžné praxi tato myšlenka neuplatnila. Teď se však možná dočká rychlejšího rozvoje, a to díky nasazení v motoristickém sportu.
Turbodmychadla s možností rekuperace energie a následně pohonu dmychadla elektromotorem jsou součástí Formule 1 a objevují se v úvahách inženýrů, kteří staví speciály pro vytrvalostní závody FIA World Endurance Championship, včetně slavné čtyřiadvacetihodinovky v Le Mans. A právě z práce na závodních pohonných jednotkách nejspíš vychází i nové agregáty Audi, které princip elektricky roztáčeného dmychadla předvádí jako jedny z prvních.
Audi sice v Le Mans u svého prototypu rekuperaci energie ze spalin a následnou možnost pohonu turbodmychadla nepoužilo, nicméně systém právě pro vytrvalostní závody automobilka vyvíjela a testovala (v Le Mans letos elektricky asistované turbo použito nebylo). Brzy tak možná toto řešení zamíří do sériové výroby, byť v trochu jiné podobě než v té zamýšlené pro závody.
Jedno dmychadlo navíc
Zatímco v motoristickém sportu se používají nebo jsou v úvahách inženýrů navrhována řešení, kdy turbína a kompresor mohou na sobě fungovat nezávisle a v ose k nim připojený elektromotor se může starat o rekuperaci energie nebo o roztáčení turba, ve dvojici konceptů, jejichž zavedení do výroby Audi připravuje, je použitý jeden kompresor navíc.
Na první pohled jsou motory v konceptech Audi A6 3.0 TDI a Audi RS5 TDI v podstatě běžné šestiválcové turbodiesely značky. Motor v A6 má jedno klasické turbodmychadlo, agregát v RS5 TDI dostal turba dvě v sérii – jedno menší a jedno větší. Jenže tím výbava motorů dmychadly nekončí. V obou motorech je totiž ještě jedno dmychadlo navíc. Právě to je roztáčeno elektromotorem.
Uspořádání systému je následující – klasická turbodmychadla stlačují vzduch, ten pak vstupuje do mezichladiče a teprve za ním je umístěn kompresor, který má k sobě připojený elektromotor o výkonu 7 kW. Tento kompresor však není v dráze vzduchu připojen neustále, nachází se na druhé větvi, kterou otevírá obtokový ventil. Ten se otevírá v nízkých otáčkách motoru, kdy ještě nemají výfukové plyny dostatek energie na to, aby řádně roztočily turbodmychadla. Právě v tu chvíli tedy zabere kompresor poháněný elektromotorem – na maximální otáčky se roztočí za pouhých 250 milisekund.
Výkon pro rychlý start
Třílitrové TDI s jedním turbodmychadlem a přídavným elektrickým kompresorem má ve standardním režimu bez oné elektrické asistence výkon 240 kW a točivý moment 650 Nm v rozsahu 1 500 – 3 500 otáček. Právě pod tímto rozsahem se zapojuje elektricky poháněný kompresor, díky tomu je síla motoru dostatečná už od nejnižších otáček. Audi to demonstruje na výraznému vylepšení pružnosti motoru – akcelerace ze 60 na 120 km/h na šestý rychlostní stupeň trvá s elektrickou asistencí 8,3 sekundy, bez ní dlouhých 13,7 sekundy.
Šestiválec biturbo má standardní výkon 283 kW a točivý moment 750 Nm v rozmezí 1 250 až 2 000 otáček za minutu. Elektrický kompresor pomáhá k superrychlému startu auta tímto motorem vybaveným – koncept RS5 zrychluje na stovku za pouhé čtyři sekundy. Inženýři Audi systém vychvalují především z hlediska dostupnosti výkonu po každém přeřazení, není nutné čekat na nástup turbodmychadel. Při každodenní jízdě není nutné tak často řadit, motor má dost síly v jakýchkoli otáčkách.
Podle techniků Audi je toto řešení vhodné pro široké aplikace. Elektricky asistovaná dmychadla tak mohou spolupracovat nejen se vznětovými, ale i zážehovými motory. Proč u Audi zvolili toto oddělené řešení s dmychadlem navíc, automobilka nezdůvodňuje. Roli tu ovšem hraje cena a vyspělost technologie – řešení „vše v jednom“ bude totiž v důsledku konstrukčně komplikovanější a může mít určité potíže se spolehlivostí a životností. Tady nejspíš vývoj v motoristickém sportu pomůže. Ne nadarmo se například přídavné dmychadlo nachází až za mezichladičem v relativně chladném prostoru, elektromotor tu tak nemusí snášet tak vysoké teplotní zatížení, jako kdyby byl přímo u turbodmychadla a horkého výfukového potrubí.
Nové elektrické rozvody
Energii, kterou využívá elektromotor k pohonu kompresoru, získává motor rekuperací, například při plachtění. Koncepty ji ukládají do li-ion baterií s novým elektrickým rozvodem se stejnosměrným napětím 48 V. I tuhle novinku chystá Audi pro sériovou výrobu, přinést má celou řadu výhod. Vyšší napětí znamená potřebu nižších napájecích proudů a tím pádem menší nároky na tloušťku kabeláže. To samozřejmě přináší snížení hmotnosti.
Systém s vyšším napětím umí poskytnout právě dostatečný výkon pro pohon elektrického kompresoru, ale i dalších součástí vozů – například elektromechanické zadní brzdy, vodní pumpy a dalších zařízení, u kterých dnes výkon dvanáctivoltových systémů přestává stačit. Na palubě je samozřejmě i převodník pro stávající běžné napětí 12 voltů, který zajistí pohon ostatního příslušenství.
Inovace brzy na silnici
Nové technické novinky Audi by se měly již brzy objevit v sériové výrobě. Palubní 48voltový systém se podle prohlášení automobilky objeví v několika sériových modelech již brzy. Motory 3.0 TDI s elektrickými dmychadly také vypadají velmi sériově a z právě představených konceptů nejspíš také brzy zamíří do sériové výroby. Vzhledem k plánům automobilky je pak více než pravděpodobné, že se s tímto systémem setkáme i u dalších vozů.
Nelze však předpokládat, že by se tato konkrétní podoba systému dostala rychle do levnějších modelů, další přídavné dmychadlo samozřejmě znamená navýšení ceny a také prostorových nároků motoru. Pro levnější aplikace by byl ideální systém v podobě, která se dnes využívá ve Formuli 1. Jenže takové systému nejspíš potřebují ještě trochu dopilovat.
