Mercedes-AMG E Performance, czyli elektryfikacja w służbie mocy
Miałem okazję sprawdzić na Torze Modlin dwa egzemplarze Mercedesów-AMG. Model Mercedes-AMG C 63 S E Performance oraz Mercedes-AMG GLC 63 S E Performance. To co je łączy to napęd hybrydowy E Performance. Elektryfikacja bez hipokryzji z technologią wprost przeniesioną z Formuły 1. Nikt nie udaje że chodzi o ekojazdę, liczy się moc, a mniejsze spalanie to korzyść poboczna.
Generalnie gama hybrydowych modeli Mercedes-AMG z serii E Performance, korzysta, zależnie od modelu, z 4- lub 8-cylindrowego silnika benzynowego, który współpracuje z umieszczoną z tyłu jednostką elektryczną oraz wysokowydajnym, jakże odmiennym od tych spotykanych w innych hybrydach czy autach elektrycznych, akumulatorem trakcyjnym. W prowadzonych przeze mnie egzemplarzach za komponent spalinowy odpowiadała jednostka czterocylindrowa. I choć to nie jest V8, to wyjątkowa konstrukcja.
Modele C 63 i GLC 63 S E PERFORMANCE korzystają z połączenia 4-cylindrowego, turbodoładowanego silnika o pojemności 2,0 l z jednostką elektryczną (silnik synchroniczny z magnesami trwałymi), wysokowydajnym akumulatorem opracowanym w Affalterbach oraz w pełni zmiennym napędem na wszystkie koła AMG Performance 4MATIC+. Ich moc systemowa 500 kW (680 KM) i systemowy maksymalny moment obrotowy przekraczający 1000 Nm zapewniają imponujące osiągi.
Spalinowa jednostka, wewnętrznie oznaczona jako M139l (l dotyczy montażu wzdłużnego), jest pierwszym na świecie seryjnie produkowanym silnikiem z turbodoładowaniem za pomocą elektrycznej turbosprężarki. Skąd pomysł? Ideę przeniesiono wprost z Formuły 1. Takie rozwiązanie zespół F1 Mercedes-AMG Petronas od wielu lat z powodzeniem stosuje w najwyższej klasie sportu motorowego. Jednostka M139l, dysponuje mocą aż 476 KM. Tym samym to najmocniejszy, seryjnie produkowany 4-cylindrowy silnik benzynowy na świecie.
Niezależnie od tego, jakim AMG E Performance z silnikiem M139l będziemy podróżować, na tylnej osi zawsze w tym układzie napędowym umieszczony jest elektryczny silnik z magnesami trwałymi o mocy ok. 200 KM. O ile w większości silników elektrycznych, nie ma czegoś takiego jak skrzynia biegów, to AMG zdecydowało się na zintegrować silnik elektryczny w jednym wspólnym module (EDU) wraz z elektrycznie sterowaną, dwubiegową przekładnią oraz elektronicznie sterowanym tylnym mechanizmem różnicowym o ograniczonym poślizgu.
Całość określa się mianem tzw. hybrydy P3. Również wysokowydajny akumulator znajduje się z tyłu, nad tylną osią. Decydującą zaletą takiej lokalizacji EDU jest ominięcie 9-biegowej skrzyni biegów, kołnierzowo połączonej z silnikiem V8 (w przypadku wersji z V8). Umiejscowienie za przekładnią pozwala w pełni wykorzystać moment obrotowy obu jednostek napędowych. Jednak argumentów przemawiających za konfiguracją P3 jest znacznie więcej:
- Koncepcja P3 umożliwia korzystanie ze wsparcia motoru elektrycznego (ang. boost) w całym zakresie obrotów.
- Silnik elektryczny działa wprost na tylną oś, dzięki czemu może bezpośrednio przekształcać swoją moc w napęd – na potrzeby zapewnienia dodatkowego przyspieszenia podczas ruszania, nabierania prędkości lub wyprzedzania.
- Integracja konstrukcji silnika elektrycznego oznacza, że jego moc może zostać wykorzystana od razu, przy pełnym momencie obrotowym, umożliwiając bardzo szybki start.
- Zauważalny przyrost osiągów to również zasługa elektronicznie sterowanego tylnego mechanizmu różnicowego o ograniczonym poślizgu, który zapewnia hybrydzie wysoką zwinność podczas przyspieszania na wyjściu z zakrętu.
- W przypadku poślizgu kół tylnej osi siła napędowa z silnika spalinowego i elektrycznego w razie potrzeby trafia także na przednią oś. To zasługa mechanicznego połączenia w pełni zmiennego napędu na wszystkie koła AMG Performance 4MATIC+ za pomocą wału napędowego i przednich półosi. Umożliwia to również napędzanie wszystkich kół w trybie całkowicie elektrycznym.
- Umiejscowienie EDU (mowa o zintegrowanej jednostce zawierającej silnik elektryczny i dwubiegową przekładnię napędu elektrycznego) przy tylnej osi poprawia rozkład masy i nacisku na osie. Tym samym balans pojazdu jest zachowany i zapewnia angażujące, ale i bardzo pewne, sportowe prowadzenie.
Jak każda hybryda, także i Mercedes-AMG w serii E Performance wyposażył pojazd w akumulatory trakcyjne. Jednak są one zaprojektowane zupełnie inaczej niż w wielu samochodach typu hybryda, hybryda plug-in, czy pełne auta elektryczne. Przede wszystkim koncepcja AMG oferuje bardzo wysoką efektywność rekuperacji – system dopuszcza jedynie minimalne straty mechaniczne i hydrauliczne w silniku oraz skrzyni biegów.
Wysokowydajny akumulator, zależnie od modelu, ma pojemność 6,1 lub 13,1 kWh. To niewielka pojemność nawet jak na hybrydę plug-in, ale chodziło o to, by nie przeciążyć auta, co w samochodach o sportowym charakterze ma niebagatelne znaczenie. Ładowanie z zewnątrz odbywa się za pomocą pokładowej ładowarki prądu przemiennego (AC) o mocy 3,7 kW. Akumulator powstał z myślą o szybkich dostarczaniu mocy i pobieraniu energii, a nie o jak największym dostępnym zasięgu. Mimo to zasięg w trybie elektrycznym, wynoszący od około 13 do 33 km, umożliwia np. cichą, lokalnie bezemisyjną jazdę na terenie dzielnicy. Jednak to wcale nie zasięg był tu priorytetem. Pozwólcie, że wyjaśnię.
Akumulator w AMG E Performance zapewnia bardzo wysoki prąd ładowania i rozładowania. W wielu hybrydach i samochodach elektrycznych prąd ładowania i rozładowania wynosi 1C, 2C, w wyjątkowych przypadkach: 4C. Im większa liczba przed C, tym wyższy jest maksymalny prąd ładowania lub rozładowania, jaki akumulator może bezpiecznie przyjąć lub dostarczyć. Ile on wynosi w przypadku AMG E Performance? 30C! Co to oznacza w praktyce? Że rekuperacja jest w pełni wydajna także podczas wyczynowej, sportowej jazdy na torze. Przesyłane energie odzyskiwania są kilkadziesiąt razy większe niż w przeciętnej hybrydzie plug-in czy aucie elektrycznym.
Ma to olbrzymie znaczenie podczas sportowej jazdy. Teoretycznie każde auto hybrydowe czy elektryczne można wypróbować na torze, jednak w praktyce układ elektryczny zwykle odmówi współpracy po ostrej wyczynowej jeździe już po krótkim relatywnie dystansie, ze względu na np. przegrzanie akumulatora. W przypadku testowanych przeze mnie dwóch modeli Mercedes-AMG auta były „katowane” podczas wydarzenia praktycznie przez cały dzień. I co? I jechały dalej. W ponad 30-stopniowym upale większą uwagę ekipy Toru Modlin zajmowało odpowiednie schłodzenie opon, napęd radził sobie bez najmniejszych problemów.
Podstawą wysokiej wydajności 400-woltowego akumulatora AMG jest bezpośrednie chłodzenie: zaawansowany technologicznie płyn chłodzący na bazie cieczy nieprzewodzącej prądu opływa każde z ogniw i indywidualnie je chłodzi. Aby optymalnie dostarczać moc, każda bateria potrzebuje określonej temperatury. Jeśli będzie zbyt zimna lub zbyt gorąca, chwilowo zauważalnie straci moc lub będzie musiała zostać wyłączona, tak aby nie uległa uszkodzeniu z powodu przegrzania. Stała temperatura akumulatora ma zatem decydujący wpływ na jego wydajność, żywotność i bezpieczeństwo. Konwencjonalne systemy chłodzenia, które wykorzystują tylko powietrze lub pośrednio chłodzą całą baterię cieczą, szybko osiągają granice swoich możliwości. A jeśli zarządzanie temperaturą nie spełnia optymalnie swojej funkcji, akumulator jest narażony na przedwczesne starzenie się.
Aby zapewnić bezpośrednie chłodzenie, zespół AMG musiał opracować nowe moduły chłodzące o grubości liczonej w milimetrach. Układ ma za zadanie zapewnić równomierne rozprowadzanie ciepła w akumulatorze. W rezultacie akumulator zawsze pracuje w stałym, optymalnym przedziale temperatur roboczych wynoszącym średnio 45 stopni Celsjusza – bez względu na to, jak często jest ładowany lub rozładowywany. Podczas jazdy z wysoką prędkością może się zdarzyć, że średnia temperatura zostanie przekroczona. Mechanizmy zabezpieczające są jednak ustawione w taki sposób, aby można było pobrać maksymalną moc z akumulatora, a następnie ponownie obniżyć poziom jego temperatury poprzez bezpośrednie chłodzenie. Rezultat: akumulator zachowuje swoją wysoką wydajność – nawet przy dużym obciążeniu, gdy dochodzi do częstego przyspieszenia (rozładowywanie) i hamowania (ładowanie). Konwencjonalne układy chłodzenia nie są w stanie sobie z tym poradzić.
Zatem w AMG E Performance zadbano nie tylko o bardzo wysoki poziom energii jaki może być przekazany do napędu, czy odzyskany podczas wyczynowej jazdy, ale także o odpowiednie chłodzenie. Skąd w ogóle ta technologia? To żywcem przeniesione rozwiązanie wprost z Formuły 1.
Dwubiegowa przekładnia przy tylnej osi zmienia biegi automatycznie. Odpowiedni dobór przełożeń pozwala połączyć wysoki moment obrotowy na kołach, z myślą o sprawnym ruszaniu, z osiągami przy wyższych prędkościach (maksymalny moment obrotowy silnika elektrycznego jest dostępny praktycznie od pierwszego obrotu, ale spada przy wyższych obrotach – drugi bieg wprowadza go w zakres niższych obrotów, tak aby mógł on wspomagać jednostkę spalinową w całym zakresie prędkości). Dlaczego to ma znaczenie? Otóż w silnikach elektrycznych moment obrotowy słabnie wraz z przyrostem prędkości obrotowej silnika. To sytuacja odmienna niż w przypadku silników spalinowych, gdzie maksymalny moment jest uzyskiwany dopiero w pewnym, nie najniższym, zakresie obrotów danej jednostki. Zatem dwubiegowa skrzynia pozwala pozyskać z jednostki elektrycznej większy moment wspierający jednostkę spalinową również przy większych prędkościach.
Mercedes podaje, że elektryczny siłownik włącza drugi bieg najpóźniej przy około 140 km/h, co odpowiada maksymalnej prędkości silnika elektrycznego wynoszącej około 13 500 obr./min. Całość, gdy się wie, jakie rozwiązania tu zastosowano, doskonale pokazuje jak przemyślany pod kątem sportowej jazdy jest napęd AMG E Performance. Oczywiście to nie jedyne korzyści z elektryfikacji. Wzrost osiągów wynikający z zastosowania silnika elektrycznego pozwolił równolegle zwiększyć efektywność całego samochodu i uzyskać niższą emisję oraz mniejsze zużycie paliwa. Jednak to nie walka o każdy gram paliwa była tu priorytetem, lecz zapewnienie odpowiednio wysokiej mocy i wykorzystanie pełnego potencjału dynamicznego tego zespołu napędowego. Jego większa, od jednostki wyłącznie spalinowej, efektywność energetyczna to przyjemny dodatek, a nie priorytet sam w sobie.
Miałem okazję przejechać się zarówno SUV-em (AMG GLC 63 S E PERFORMANCE) jak i limuzyną (AMG C 63 S E Performance). W obu przypadkach auta korzystały z w pełni zmiennego napędu na wszystkie koła AMG Performance 4Matic+. O ile tylko nie wyłączysz kontroli trakcji (organizatorzy wyraźnie zastrzegli, że podczas jazd na torze nie wolno tego nam było zrobić), auta jadą jak przyklejone. W obu odmianach nadwozia czujesz ogrom sportowych emocji podczas wyczynowej jazdy, szczególnie w trybie RACE (oczko jeszcze bardziej sportowy niż tryb Sport+), niemniej SUV ze względu na fakt, iż jest autem wyższym, nieco mocniej dawał odczuć sylwetkę w zakrętach, ale nie zmienia to faktu, że w obu przypadkach auta jechały po krętej nitce Toru Modlin, jak przyklejone.
W pełni zmienna dystrybucja momentu obrotowego pomiędzy przednią a tylną osią zapewnia optymalną trakcję w obszarze granicznym. Kierowcy mogą liczyć na wysokie bezpieczeństwo oraz stabilność w każdych warunkach: na suchej i mokrej nawierzchni czy na śniegu. Aura panująca podczas prób deszczu i śniegu nam nie zapewniła. Przejście z napędu tylnych kół do konfiguracji 4×4 i odwrotnie odbywa się w sposób ciągły, w oparciu o wyrafinowaną matrycę, która integruje inteligentne sterowanie z architekturą układów całego samochodu. Elektromechanicznie sterowane sprzęgło łączy stale napędzaną oś tylną z osią przednią. Najlepszy możliwy rozdział momentu obrotowego jest stale obliczany na podstawie warunków jazdy i zachowań kierowcy. Oprócz trakcji oraz dynamiki poprzecznej napęd na wszystkie koła poprawia dynamikę wzdłużną, zapewniając jeszcze lepsze przyspieszenie.
Mercedes VISION EQXX – jeździłem przyszłością elektromobilności
Mercedes-AMG E Performance pokazuje, że elektryfikacja czy hybrydyzacja napędu wcale nie musi oznaczać wyzbycia się sportowego charakteru. Zresztą doskonale to przecież znamy z wyścigów Formuły 1, które są dziś wyścigami tak naprawdę samochodów hybrydowych. Hybryda dziś to bardzo szerokie pojęcie, z jednej strony mamy wyjątkowo oszczędne klasyczne i niezbyt mocne hybrydy jak np. hybrydowa Toyota Yaris, a z drugiej mamy bolidy F1. Mercedes-AMG E Performance to seria cywilnych aut, które nie wyłączając luksusu towarzyszącego nam podczas codziennych przejazdów, na torze wyścigowym pozwalają poczuć realną porcję prawdziwie wyczynowych emocji.
