Nowy silnik Renault i Geely bije rekord sprawności. Co za tym stoi?

Jednostka opracowana przez spółkę Horse, należącą do Renault i Geely, ma trafić przede wszystkim do napędów hybrydowych. Według firmy w sprzyjających warunkach aż 98,2 proc. energii zamienia w użyteczną pracę, a straty wewnątrz silnika spadają o połowę w porównaniu z typowymi konstrukcjami.

Renault i Geely idą na wojnę o najbardziej oszczędny napęd

Przez lata to japońscy i europejscy producenci uchodzili za specjalistów od napędów hybrydowych i efektywnych silników. W ostatnich miesiącach bardzo mocno w tę dziedzinę weszły jednak koncerny z Chin. Kolejne marki pokazują jednostki spalinowe z rekordowo wysoką sprawnością i nowe typy napędów elektrycznych, wyciskających z prądu coraz więcej.

W takim otoczeniu Horse – spółka odpowiedzialna w grupie Renault za systemy napędowe – zaprezentowała nowy silnik elektryczny o nazwie Amorfo. Ma on pracować głównie w hybrydach i autach z tzw. przedłużaczem zasięgu, czyli niewielkim silnikiem spalinowym służącym wyłącznie do ładowania akumulatora.

Według danych Horse sprawność całkowita nowej jednostki sięga 98,2 proc., co oznacza bardzo niewielkie straty energii w samym silniku.

Stal amorficzna zamiast klasycznej: na czym polega trik?

Największą nowością nie jest sama konstrukcja silnika, lecz materiał użyty w jego wnętrzu. W statorze, czyli nieruchomej części otaczającej wirnik, zastosowano stal amorficzną. W odróżnieniu od tradycyjnej stali krystalicznej jej struktura atomowa jest chaotyczna, bez uporządkowanej siatki.

Ta z pozoru niewielka różnica robi dużą robotę w maszynie elektrycznej. W typowym silniku część energii ginie w tzw. prądach wirowych powstających w rdzeniu metalowym pod wpływem szybko zmieniającego się pola magnetycznego. Stal amorficzna z takimi zjawiskami radzi sobie zdecydowanie lepiej.

Blacha cieńsza niż ludzki włos

Kolejny element układanki to grubość blach w rdzeniu statora. W Amorfo mają zaledwie 0,025 mm. Dla porównania, w wielu obecnych silnikach używa się warstw ok. dziesięciokrotnie grubszych. Im cieńsza blacha, tym trudniej o silne prądy wirowe i związane z nimi straty.

Horse deklaruje, że dzięki nowemu materiałowi i ekstremalnie cienkim blachom straty wewnątrz silnika spadają o około 50 proc. względem typowej konstrukcji.

W praktyce przekłada się to na kilka konkretnych efektów:

• wyższą sprawność w szerokim zakresie obciążeń,
• mniejsze nagrzewanie się jednostki podczas pracy,
• niższe zapotrzebowanie na energię przy tej samej mocy wyjściowej,
• większą swobodę w doborze strategii pracy całego napędu hybrydowego.

Moc i osiągi: liczby, które mają sens w codziennej jeździe

Nowy silnik od Horse nie jest tylko pokazowym „demonstratorem technologii”. To gotowy produkt o bardzo konkretnych parametrach. Moc maksymalna wynosi około 190 KM, a moment obrotowy sięga 360 Nm. Takie wartości w zupełności wystarczą do napędu kompaktowego SUV-a czy rodzinnego hatchbacka w wersji hybrydowej.

Warto przy tym pamiętać, że w hybrydach silnik elektryczny rzadko pracuje w absolutnym maksimum swoich możliwości. Najczęściej wspiera spalinowy, zapewniając mocny start, elastyczne przyspieszenia w mieście i odzysk energii podczas hamowania. W takim scenariuszu nawet niewielki zysk sprawności procentuje w skali tygodni i miesięcy jazdy.

1 procent mniej zużycia energii – czy to robi różnicę?

Na poziomie całego napędu hybrydowego Horse szacuje, że zastosowanie tego silnika zmniejszy zużycie energii o około 1 proc. Dla pojedynczego kierowcy nie brzmi to jak przełom. W praktyce może oznaczać oszczędność kilku dziesiątych litra paliwa na 1000 km albo odrobinę większy zasięg w trybie elektrycznym.

Gdy jednak pomnożyć ten procent przez setki tysięcy lub miliony aut jeżdżących przez kilkanaście lat, suma wygląda zupełnie inaczej. To mniej spalonej benzyny, mniejszy pobór prądu z sieci i trochę niższa presja na infrastrukturę ładowania.

Z punktu widzenia przeciętnego kierowcy zysk może być subtelny, lecz z perspektywy całej floty pojazdów przekłada się na bardzo konkretne oszczędności energii.

Laboratorium kontra ulica: czy 98,2 proc. utrzyma się w praktyce?

Trzeba jasno zaznaczyć: wszystkie liczby, którymi chwali się Horse, pochodzą z pomiarów wykonywanych w kontrolowanych warunkach. Temperatura jest tam stabilna, obciążenie – precyzyjnie dobrane, a sam silnik pracuje w idealnych parametrach. W codziennej eksploatacji dochodzą zimne starty, upały, jazda z przyczepą, starzenie się materiałów czy zwykłe zużycie łożysk.

W takich realiach deklarowana sprawność praktycznie zawsze spada. Nie oznacza to, że technologia nie ma sensu, ale że warto poczekać na niezależne testy, gdy pierwsze auta z tym napędem trafią do klientów. Na razie Horse nie wskazał konkretnych modeli ani dat wprowadzenia silnika do produkcji seryjnej.

Kto skorzysta jako pierwszy?

Silnik Amorfo jest już w oficjalnym katalogu produktów Horse. To ważny sygnał dla marek korzystających z technologii Renault i Geely. W pierwszej kolejności wybór mają same marki powiązane z Renault, później także producenci powiązani z Geely, tacy jak Volvo czy inne brandy należące do chińskiej grupy.

Dla nich taki silnik to narzędzie, które pozwala podnieść efektywność nowych hybryd bez konieczności poważnej przebudowy całej platformy. W teorii wystarczy podmienić jednostkę elektryczną w istniejącym układzie, oczywiście po stronie inżynierii nie jest to tak proste, jak brzmi, ale start nie wymaga projektowania wszystkiego od zera.

Co tak wysoka sprawność oznacza dla kierowcy?

Dla polskiego kierowcy najbardziej odczuwalne będą nie tyle suche wartości w procentach, ile konsekwencje w codziennym użytkowaniu. Silnik, który mniej się nagrzewa, może pracować dłużej w optymalnych parametrach, a napęd hybrydowy ma większą swobodę w przełączaniu między trybem spalinowym i elektrycznym.

W praktyce producent może np. częściej wykorzystywać jazdę tylko na prądzie przy niskich prędkościach, bez dużego ryzyka spadków sprawności czy nadmiernego nagrzewania komponentów. Dla kierowcy oznacza to cichszą jazdę po mieście i zwykle niższe zużycie paliwa.

Wysoka sprawność wpływa także na wielkość i masę całego napędu. Gdy mniej energii zamienia się w ciepło, łatwiej ograniczyć rozmiar układu chłodzenia. To z kolei pozwala zaoszczędzić kilka kilogramów i trochę miejsca pod maską, co dla projektantów ma duże znaczenie przy planowaniu nowej generacji samochodów.

Cienka stal, duże wyzwania technologiczne

Wprowadzenie blach o grubości 0,025 mm nie jest tylko kwestią zmiany dostawcy materiału. Tak cienkie elementy wymagają bardzo precyzyjnych metod cięcia, układania warstw i łączenia w jedną całość. Każdy błąd może generować drgania, hałas lub przyspieszone zużycie.

Do tego dochodzi sama stal amorficzna, której produkcja bywa droższa i bardziej skomplikowana niż w przypadku klasycznej stali transformatorowej. Horse najwyraźniej uznał, że wynik energetyczny jest wart dodatkowego wysiłku po stronie fabryk. Jeśli technologia upowszechni się w wielu modelach, koszty materiału i obróbki mogą spaść, tak jak stało się kiedyś z bateriami litowo-jonowymi.

Co dalej z napędami hybrydowymi i elektrycznymi?

Silnik Amorfo to kolejny sygnał, że producenci nie patrzą już tylko na pojemność akumulatorów i moc ładowania. Uwagę inżynierów przyciąga każdy procent sprawności, jaki da się „wycisnąć” z silnika, falownika, przekładni czy systemu zarządzania temperaturą. W czasach ostrych norm emisji i rosnących cen energii taki kierunek jest naturalny.

Można się spodziewać, że rozwiązania podobne do stali amorficznej zaczną pojawiać się także u innych producentów. Dla rynku to dobra wiadomość: rośnie presja, by nowa generacja hybryd i aut elektrycznych nie tylko była szybsza, ale też realnie oszczędniejsza. Nawet wtedy, gdy poprawa zmieści się w jednym procencie na papierze.