2023.04.17. 17:32
A multi-hibrid hajtásoké is lehet a jövő a járműiparban
Az autógyártás egyik kihívása, hogy változó időkben törjön stabil utat.
Dr. Husi Géza tanszékvezető egyetemi tanár, a Debreceni Egyetem Műszaki Karának dékánja
Forrás: Molnár Péter
A világ kétségtelenül az elektromobilitás felé halad, azonban az elmúlt évek történései, az energiaárak vágtatása, a technológiai korlátok felvetették, talán összetettebb megoldásokra lehet szükség a jövőben. Példa erre az Európai Unió belsőégésű motorok forgalmazását 2035-ig betiltó rendelete, majd a javaslat lendületének elbizonytalanodása.
A Haon dr. Husi Géza tanszékvezető egyetemi tanárral, a Debreceni Egyetem Műszaki Karának dékánjával beszélgetett a villamoshajtású autók várható jövőjéről, a technológiai kihívásokról és arról, hogyan tud a rohamos változásokra reagálni a műszaki képzés.
A dékán felvázolta, az 1900-as évek elején körülbelül ugyanannyi belsőégésű motorral hajtott jármű volt, mint amennyi elektromos. Az emberi kényelem és a gyors tölthetőség hatására végül az előbbi indult fejlődésnek. Benzinnel vagy gázolajjal ugyanis néhány perc alatt fel tudtunk tölteni egy járművet, amely így 600 kilométert képes volt megtenni, míg az elektromos autóknak túlságosan nagy terhet jelentett.
Egészen a közelmúltig az elektromos hajtás kevésbé jött szóba, hiszen az akkumulátor-technológia energiasűrűségben olyannyira le volt maradva a benzines és dízeles járművekéhez képest, hogy a gazdasági számítások alapján nem volt nyereséges. Ugyanakkor a villamoshajtás sokkal egyszerűbb és kifinomultabb a belső égésűnél: kevésbé igényel karbantartást, kevesebb mozgó és súrlódó alkatrészből áll. Emellett az villamoshajtású járművek menetdinamikája sokkal kedvezőbb, főleg induláskor. A belsőégésű motor induláskor kis fordulatszámon kis nyomatékot, míg a villamosmotor már álló helyzetben is képes nagy nyomatékot szolgáltatni
– fejtette ki Husi Géza.
Hozzátette, a villamoshajtásnál is van némi probléma: induláskor ugyanis nagy az áramfelvétel, indítási módtól függően rövidzárhoz hasonló állapotba kerül, ami megterheli a motort.
Összetett megoldások
Öt évvel ezelőtt mindenki azt gondolta, hogy a villamoshajtású autók üzemeltetése és karbantartása sokkal olcsóbb, azonban ma azt látjuk, hogy felmentek az energiaárak, így például egy elektromos energiával töltött autóbusz esetében többe kerül a közlekedés, mint egy belsőégésűvel.
– A pandémia és főleg a háború következtében annyira eltorzultak az energiaárak, hogy minden gazdasági számítás, ami eddig alátámasztotta, hogy épp az elektromos vagy a belsőégésű motor használata kedvezőbb, most felborult. A ma elmélete nem biztos, hogy holnap igaz lesz – véli a dékán.
A tudomány ráébredt, hogy nem minden esetben jó az elektromos hajtás. Nagy tömeget szállító járműveket lényegesen kifizetődőbb belső égésű motorral hajtani, például amikor a kamionok egymást követve szélárnyékkal haladnak az autópályán, az energiaigényük lecsökken az átlagfogyasztáshoz képest.
– A legnagyobb energiát ugyanis mindig az indítás és a gyorsítás igényli. Alapdinamikai tétel, hogy állóhelyzetből több energia szükséges elindítani a járművet, mint gördülő állapotban a sebességét szinten tartani. Akárcsak a talicska esetében indulás előtt kell kifejteni a legnagyobb erőt, utána már kisebb erővel is mozgásban tartható – magyarázta.
Husi Géza szerint az elkövetkező időszakban olyan multi-hibrid megoldások is várhatóak, amelyek akár több komponensből állnak össze, s amelyek az útviszonyoknak, a jármű sebességének, dinamikájának megfelelően váltanak a hajtások között. Ebbe beleértendő a belsőégésű motor és a villamoshajtás, de a nyomásváltozás elvén működő hidraulikus motorral is biztosítható energia. Például a fékezéskor keletkezett energia hidraulikus munkahengerben tárolva, magyarán az olaj sűrítése, majd expandálása rásegíthet az indításra, így a villamoshajtás nincs kitéve a fentebb említett rövidzárhoz hasonló állapotnak, míg az üzemanyaggal meghajtott motor alacsony nyomatékú állapota is kikerülhető.
Útnak indult prototípus
Felvázolta, a multi-hibrid hajtások esetében egy automatika az adott feladatnak megfelelő hajtást kapcsolja a rendszerre. Az elmúlt években az Debreceni Egyetem Műszaki Karán egy villamoshajtásokkal foglalkozó kutatócsoport kifejlesztett egy ilyen hajtást, mely nemrégiben meg is épült, így áprilisban kezdődnek a mérések.
A dékán elmondta, olyannyira bíznak a járműben, hogy a „saját lábán” szeretnék hazahozni a kivitelezőtől, egészen Debrecenig ugyanis kétszáz kilométert kell saját hajtással megtennie.
A prototípus lényege, hogy a doboz méretű haszongépjármű alsó részében a hajtásokat folyamatosan tudják cserélni. Így tetszőleges variációban, párhuzamosan vagy sorosan kettőt vagy többet is beköthetnek egyszerre. A raktérben pedig menet közben, a közúti forgalomban képesek mérni, éppen mi történik. Az adatok kiértékelése után eldől, hogy a létrehozott hajtásvariációk beépülhetnek-e járművekbe.
Hajtások a jövőben
Husi Géza szerint a villamoshajtás biztos, hogy be fog épülni a járműiparba. Az, hogy az elektromos áramot honnan fogja kapni a jármű – akkumulátorból vagy hidrogéncellából, esetleg máshonnan –, még nem teljesen kiforrott. Sokat számít ugyanis, milyen módon használunk egy járművet.
Európában a magánforgalomban lévő járművek 80 százaléka 70 kilométernél kevesebbet tesz meg naponta, ezért elképzelhető, hogy olyan járművek lesznek keresettek, amelyek száz kilométert képesek megtenni egy feltöltéssel. Tegyük fel, ha egy család egy hónapban csak egyszer szándékozik ennél távolabbra eljutni, felmerül a kérdés: legyen-e az autóban egy plusz benzinmotor? Ha van, megéri-e cipelni a súlyt a hónap többi napján?
– tette fel a kérdést.
Bővíthető akkumulátorok
Elképzelhetőnek tartja, hogy a járművek modulonként összekapcsolható, bővíthető akkumulátor- vagy üzemanyagcellákkal fognak rendelkezni, így amennyiben nagyobb távot szeretnénk megtenni, több akkumulátor helyezhető bele. Így nem házilag kellene tölteni, hanem elegendő egyszerű cserélni. Erre az üzemanyagkutakhoz hasonló módon rendelkezésre állnának állomások. Itt természetesen még nem tartunk, mivel az autógyártók még a töltőcsatlakozók szabványában sem egyeztek meg.
Továbbá ahhoz, hogy az autónkban hordozott akkumulátor cserélhető legyen, biztosítani kell a hozzáférhetőséget. A jelenlegi járműveknél a belsőégésű motornak is helyt adva az ülés alatt helyezték el az akkumulátorokat.
A dékán úgy véli, ezek összetett kérdések a jövőre nézve, és mindegyik alternatíva elképzelhető. Abban biztos, hogy a villamoshajtás megmarad, ahogy – legalább egy ideig – az akkumulátor mint energiaforrás is, azonban tovább fog fejlődni, hiszen még növelhető az energiakapacitása. Úgy véli, nagyobb járműveknél célszerű lesz hidrogéncellát alkalmazni, emellett lesznek kisegítő hajtások és modulrendszerű akkumulátorok, melyekkel tervezhetővé válik a megtett távolság.
Ennek természetesen egyszerre kell fejlődni, hiszen a legtöbb jármű éjszaka az utcán vagy a garázsban áll. Ha mindenki egyszerre kezdené el tölteni az autóját, akkor másodpercek alatt tönkremenne az infrastruktúra, mivel nem erre van felkészülve. Ehhez még lakótelep sem kell, a családi házas lakóövezetekben sincs arra méretezve a villamosvezetékek keresztmetszete, hogy mindenki 6 kilowattórával töltse az autóját. A hivatalos, utcai töltőnél jelenlegi áron a töltés egy kilométerre eső ára ugyanannyi, mintha üzemanyagot vennénk.
Hogyan tart lépést az oktatás?
A képlékeny jövő tükrében megkérdeztük a dékánt, mi várható az oktatás terén, hogyan tudnak reflektálni a változásokra? Mint megtudtuk, a Műszaki Kar részeként idén kezdik építeni a Vezér utcán a Járműipari Kutatócentrumot. Itt kapnak helyet a járműmérnöki képzés gyakorlati műhelyei és laborjai. Miután a képzések kinőtték az Ótemető utcai Campust, az egyetem úgy döntött, hogy az autógyárhoz közel helyezi el a kutatócentrumot.
Miután világossá vált, hogy Debrecen kitörési pontja a járműgyártásban fog megjelenni, a járműmérnöki szakot négy évvel ezelőtt akkreditáltatták, ezzel országosan az egyik legnagyobb létszámú képzéssel rendelkezik a kar. Az egyetem hasonlóképpen igyekszik reagálni az ipari igényekre, ezzel munkaerőpiaci előnyt biztosítva a hallgatók számára is. Példaként említette, a lakosságszám várható növekedése miatt az építész képzéseket a kétszeresére növelte a Műszaki Kar az elmúlt években.
Előnyösnek nevezte, hogy a Debreceni Szakképzési Centrum műszaki műhelyei és a Műszaki Kar szorosan együtt tud működni. Így ahelyett, hogy feleslegesen tartanának fent infrastruktúrát, vagy duplikálnák a laborokat, ugyanazokban a műhelyekben kölcsönösen képezhetnek szakközépiskolásokat és mérnököket. Véleménye szerint a másutt alkalmazott szeparálódás nem vezet eredményre, sokkal inkább együtt, közös egészet alkotva kell összehangolni az oktatást a szakmunkásképzéstől a tudósmérnöki szintig. Mint mondta, Debrecenben minden adott, így egymásra is tud épülni.
Igényekre reagáló képzések
A műszaki képzés tekintetében előfordul, hogy egy egész iparág megfogalmaz egy-egy igényt. Debrecen növekedése és egészségügyi centrummá válása például szükségesség teszi az egészségügyi mérnökök képzését, hiszen pl. kórházakban működő képalkotó berendezések üzemeltetése és karbantartása komoly feladat. Várhatóan a vasútgyártás ismét előtérbe kerül, és mivel a magyarországi központja Szolnokon található, a Debreceni Egyetem Szolnok Campusán a vasúti járműgyártás számára képezhetnek mérnököket. Szinén figyelmet kaphat a légiipar, hiszen míg pilótákat képzünk, karbantartókat nem
– vetítette előre Husi Géza.
Habár szerinte jelenleg az Ipar 4.0-nál tartunk, néhány éven belül már szóba kerülhetnek a jövő technológiái. Ilyen például a emberi agyról rendelkezésre álló ismeretek műszaki technológiává alakítása, ami az orvostudomány a természettudomány és a műszaki tudomány együttműködését és szinergiáját feltételezi.
HL
