Najbardziej wydajny silnik elektryczny na świecie pochodzi od Renault i chińskiego partnera: oto dlaczego

Renault i chińskie Geely pokazują nowy silnik dla hybryd, który na papierze niemal nie marnuje energii.

Branża wstrzymuje oddech.

Na rynku napędów samochodowych robi się nerwowo. Przez lata ton nadawały marki japońskie i europejskie, a teraz coraz częściej to Chiny dyktują tempo. W tym gęstniejącym wyścigu technologii silnikowych pojawia się nowy gracz: silnik Amorfo, rozwijany przez Horse – spółkę joint venture Renault i Geely. Według producenta jego sprawność dochodzi do 98,2 proc., co czyni go jednym z najbardziej wydajnych napędów elektrycznych, jakie trafiły na biurko inżynierów i do prezentacji dla zarządów.

Silnik Amorfo – skąd ten nagły skok sprawności

Horse, wspólna firma Renault i chińskiego koncernu Geely, została powołana do jednego zadania: przyspieszyć rozwój układów napędowych nowej generacji. Amorfo jest jej najbardziej medialnym projektem. To silnik elektryczny przeznaczony przede wszystkim do hybryd i układów z tzw. range extenderem, czyli spalinowym generatorem doładowującym akumulator.

Najmocniejsza karta w tym projekcie nie tkwi w spektakularnej mocy, ale w materiałach. Stator – kluczowy element odpowiedzialny za wykorzystanie pola magnetycznego – powstał z tzw. stali amorficznej. To metal o nieuporządkowanej strukturze atomowej, innej niż w typowej stali krystalicznej stosowanej w zwykłych silnikach.

Silnik Amorfo ze stalą amorficzną w statorze ma osiągać sprawność aż 98,2 proc., co oznacza o połowę mniejsze straty wewnętrzne niż w typowych jednostkach.

Brzmi jak marketingowy slogan, ale fizyka faktycznie sprzyja temu rozwiązaniu. Stal amorficzna ogranicza straty energii związane z przemagnesowywaniem materiału. Przy przechodzeniu strumienia magnetycznego przez zwykłą stal pojawiają się zawirowania prądów i lokalne nagrzewanie. W nowej konstrukcji ten efekt ma być mocno przygaszony.

Stal cieńsza niż ludzki włos

Drugim kluczowym elementem projektu jest grubość blach, z których zbudowano rdzeń statora. W Amorofo każda blaszka ma zaledwie 0,025 mm grubości. To nawet dziesięć razy mniej niż w wielu standardowych silnikach trakcyjnych.

Im cieńsze są poszczególne warstwy stali, tym słabsze stają się prądy wirowe wywołane przez zmienne pole magnetyczne. Dla użytkownika przekłada się to na mniejsze straty cieplne i lepsze wykorzystanie energii z akumulatora lub generatora.

Według danych Horse tak cienkie blachy statora pozwoliły zredukować straty wewnętrzne silnika o około 50 proc. względem konstrukcji konwencjonalnych.

Moc i moment – parametry dla aut z napędem hybrydowym

Nowy silnik nie ma bić rekordów mocy. Horse deklaruje 190 KM i 360 Nm momentu obrotowego. To wartości dobrze wpisujące się w założenia dla:

• hybryd klasycznych (HEV) średniej wielkości,
• hybryd plug-in (PHEV) w segmencie C i D,
• układów z range extenderem w autach elektrycznych.

W praktyce taka moc pozwala zasilić miejski lub rodzinny samochód, w którym silnik elektryczny przejmuje główną rolę przy ruszaniu i przyspieszaniu, a jednostka spalinowa pracuje w tle jako wsparcie lub generator.

Dlaczego 98,2 proc. sprawności robi różnicę

Współczesne silniki elektryczne osiągają sprawność w przedziale 93–97 proc., zależnie od obciążenia, prędkości obrotowej i temperatury. Na tym tle 98,2 proc. wydaje się niewielkim krokiem naprzód. Różnica jednego czy dwóch punktów procentowych bywa łatwa do przeoczenia w folderze reklamowym.

Kiedy jednak przeliczy się ją na zużytą energię w skali floty, skala staje się całkiem konkretna. Horse szacuje, że w typowym systemie hybrydowym Amorfo może obniżyć zużycie energii o około 1 proc. w normalnej eksploatacji.

Spadek zużycia energii o 1 proc. na poziomie pojedynczego auta wygląda niepozornie, ale w skali milionów samochodów i wielu lat eksploatacji przekłada się na olbrzymią ilość zaoszczędzonej energii.

W realnych warunkach różnica może oznaczać na przykład o kilka kWh mniej zużytej energii co kilkaset kilometrów. Dla kierowcy to trudne do odczucia z tygodnia na tydzień, ale dla producenta – istotny argument przy zaostrzających się normach emisji CO₂ i efektywności energetycznej.

Dane z laboratorium kontra asfalt i zima

Jak zwykle przy efektownych prezentacjach technologicznych, pojawia się jedno pytanie: ile z tych liczb utrzyma się poza laboratorium. Deklarowane 98,2 proc. sprawności to wynik z testów kontrolowanych przez producenta. W takich warunkach temperatura, obciążenie i prędkość obrotowa są idealnie dobrane, a materiał nie jest jeszcze zmęczony.

Na drodze w grę wchodzi kompletnie inny zestaw czynników: długie podjazdy, dynamiczne przyspieszanie, upały i mróz, a po kilku latach – także degradacja izolacji i łożysk. Różnica między sprawnością laboratoryjną a eksploatacyjną bywa odczuwalna w każdym rodzaju napędu, co regularnie wykazują niezależne testy.

Dlatego tak interesująca będzie chwila, gdy pierwsze auta z silnikiem Amorfo trafią do niezależnych laboratoriów i na flotowe testy długodystansowe. Dopiero tam da się jednoznacznie zweryfikować, jak kształtuje się sprawność średnioroczna i w jakim zakresie prędkości oraz obciążeń silnik utrzymuje swój teoretyczny potencjał.

Kto skorzysta z technologii Renault–Geely

Dużo wskazuje na to, że Amorfo nie pozostanie wyłącznie wewnętrznym projektem Renault. Horse udostępnia ten silnik w swoim katalogu produktowym dla wszystkich klientów spółki. Na liście znajdują się:

Na razie Horse nie podał, w jakim dokładnie modelu ten napęd zadebiutuje ani w jakim horyzoncie czasowym. To typowe dla etapów, kiedy technologia jest gotowa technicznie, a trwają jeszcze kalkulacje kosztów, negocjacje z dostawcami materiałów i dostrajanie całego układu napędowego.

Chińska ofensywa i odpowiedź Europy

Silnik Amorfo nie pojawia się w próżni. W ostatnich miesiącach chińskie marki coraz głośniej chwalą się swoimi napędami. Dongfeng pokazał silnik spalinowy zbliżający się do 50 proc. sprawności termicznej. Changan zademonstrował własne, zaawansowane jednostki. BYD pochwalił się nietypową konstrukcją silnika elektrycznego, która ma wyznaczać nowy standard dla aut na prąd.

Renault, łącząc siły z Geely, wysyła jasny sygnał: europejski koncern nie zamierza oddawać pola bez walki. Zamiast samotnie finansować drogi rozwój, wchodzi w ścisłe partnerstwo z chińską grupą, która wnosi doświadczenie, skalę produkcji i lokalny rynek. Amorfo to prezentacja możliwości tego sojuszu – zarówno dla władz korporacyjnych, jak i dla regulatorów i inwestorów.

Co może oznaczać 1 proc. mniej energii w skali rynku

Jednoprocentowa oszczędność energii na pojazd nie brzmi imponująco, ale jeśli wyobrazić sobie milion hybryd, które w ciągu roku przejeżdżają po 20 tys. km, obraz się zmienia. Przy założeniu niewielkiego spadku zużycia, na przykład o 0,1 kWh na każde 100 km jazdy wspomaganej, w skali roku robi się to już tysiące megawatogodzin mniej energii pobranej z sieci i paliwa spalonego na potrzeby generatorów.

Taki efekt kumuluje się z innymi drobnymi usprawnieniami: lepszą aerodynamiką, niższą masą auta, bardziej inteligentnym zarządzaniem temperaturą akumulatora. Każde kilka dziesiątych procenta, poprawione w jednym z podsystemów, składa się w końcu na wyczuwalną różnicę w kosztach użytkowania flot i w wynikach emisji dla całych koncernów.

Ryzyka i wyzwania: od materiału do serwisu

Stal amorficzna i ekstremalnie cienkie blachy otwierają drogę do lepszej sprawności, ale rodzą też szereg pytań. Produkcja takiego materiału jest bardziej wymagająca, a jego obróbka wymaga precyzyjnych procesów. Przy masowej skali każdy procent odrzutów na linii produkcyjnej oznacza wyższy koszt jednostkowy.

Pojawia się też wątek serwisowy. Nowe materiały i zaawansowane konstrukcje wymagają dostępu do odpowiednich części zamiennych, szkolenia mechaników i rozbudowania procedur naprawczych. Z punktu widzenia użytkownika kluczowe stanie się to, czy ten wysoki poziom skomplikowania nie przełoży się z czasem na droższe naprawy po okresie gwarancyjnym.

Ciekawym testem okaże się również zachowanie materiału po wielu latach. Stal amorficzna cechuje się innymi właściwościami starzeniowymi niż klasyczna. Inżynierowie muszą więc uwzględnić zjawiska, które pojawią się dopiero po dłuższym okresie użytkowania – takie jak powolne zmiany właściwości magnetycznych w wyniku wibracji, termicznych cykli nagrzewania i chłodzenia, czy mikropęknięcia powstałe przez drgania.

Co kierowca realnie zyska na takim silniku

Z punktu widzenia zwykłego użytkownika najważniejsze są proste pytania: czy auto z takim silnikiem będzie zużywało mniej prądu i paliwa, będzie cichsze i bardziej dynamiczne. Przy sprawności rzędu 98 proc. różnica w poborze energii może nie zrewolucjonizować rachunku za ładowanie auta, ale pomoże utrzymać zużycie na możliwie niskim poziomie przy rosnącej masie samochodów i wymaganiach bezpieczeństwa.

Można też spodziewać się stabilniejszej charakterystyki pracy w długim obciążeniu. Mniejsze nagrzewanie wnętrza silnika sugeruje, że napęd będzie rzadziej ograniczał moc z powodu temperatury. To szczególnie cenne dla użytkowników, którzy dużo jeżdżą autostradą lub ciągną przyczepę.

Z drugiej strony wyższa sprawność wymaga kompromisów w innych miejscach. Producenci mają do wyboru: wykorzystać zysk na dłuższy zasięg przy tej samej baterii, czy na możliwość zastosowania nieco mniejszego akumulatora o tej samej praktycznej użyteczności. Pierwszy scenariusz spodoba się kierowcom, drugi księgowym i osobom liczącym ślad węglowy produkcji.

W kolejnych latach warto obserwować, jak tego typu wyspecjalizowane silniki wpłyną na ogólną strategię napędów hybrydowych. Jeśli projekt Amorfo okaże się trwały i bezproblemowy, może przyspieszyć decyzje flot i klientów indywidualnych, którzy wahają się między hybrydą a pełnym elektrykiem. Nawet niewielka poprawa efektywności napędu potrafi przechylić szalę przy zakupie auta, które ma jeździć po kilkadziesiąt tysięcy kilometrów rocznie.