V dnešní době slýcháme často, že společnost zastává pozici lídra v dané, většinou poměrně úzké specializaci. Výzkumné a vývojové centrum společnosti Garrett v Brně si však tento titul náležitě zaslouží. Na svých bedrech nese projekty celosvětového významu a jako jedno z mála dokáže nové technologie samostatně a nezávisle realizovat od nápadu, přes testování, až po finální produkt vyladěný do sériové výroby. Jedná se o největší z pěti hlavních vývojových center Garrettu.

Během návštěvy jsme měli možnost podívat se do jinak nepřístupných prostor vývojového centra. Dlouhá chodba je lemována zkušebními místnostmi, kde se testují turbodmychadla v různých režimech, při nichž dosahují i 300 000 otáček za minutu. Důležitou součástí centra je akustická komora, jejíž zdi pokrývá zvuková izolace s textilním povrchem. Na podlaze je umístěno turbodmychadlo obklopené klecí se senzory hluku i vibrací. Zde je Garrett schopen simulovat reálné provozní podmínky a přesně měřit hluk, vibrace a další důležité parametry. Zdokonalení vývojových technologií přinesla velkoplošná 3D tiskárna.

Tento rok slaví společnost 15 let působnosti v České republice, kde figuruje jako přední dodavatel diferencovaných technologií pro automobilový průmysl. K této příležitosti si Garrett nadělil testovací vůz Audi Q7, na němž vyvíjí prototyp elektrifikovaného turbodmychadla. V sériové výrobě se objeví zejména v hybridních vozech pracujících s vysokonapěťovou soustavou, kde má využití elektřiny klíčový význam.

Pohání i dobíjí

Výzkum technologie elektrizovaného turbodmychadla probíhá již řadu let v rámci spolupráce s týmem Formule 1 Scuderia Ferrari a vývojem přeplňování pro vznětové motory monopostů pro 24 hodin Le Mans. Odtud vedla dlouhá cesta až do podoby prototypu pro sériovou výrobu. Představené Audi Q7 je jediným vývojovým vozem, který je testován na několika kontinentech. Získaná data poté poslouží k ladění finálního produktu pro konkrétní trhy se specifickými podmínkami provozu.

Klasické turbodmychadlo využívá dvě oběžná kola, turbínové a kompresorové, která jsou spojená hřídelí. Turbínové kolo využívá výfukové plyny k pohonu kompresorového kola ženoucího stlačený vzduch do sání. Elektrifikované turbodmychadlo má mezi těmito segmenty ještě elektromotor připojený na elektrickou soustavu vozu.

Elektromotor přímo spojený s hřídelí umožňuje rychlejší náběh turbodmychadla, kdy k přeplnění dochází už od volnoběhu. Druhým efektem je možnost rekuperace, kdy setrvačná kinetická energie rotoru slouží ke generování elektrické energie, například při uvolnění plynového pedálu před zatáčkou. Například Mercedes-Benz již úspěšně provozuje elektricky poháněná turbodmychadla, ta ovšem pozbývají kompresorové části i možnosti rekuperace.

V praxi se elektrifikované turbodmychadlo Garrett projeví dynamickým chodem bez zpoždění a aktivně přispěje ke snížení spotřeby paliva a emisí, které budou klíčové při plnění přísnějších limitů v budoucnu.

Není cesty zpět

Právě agresivní snižování emisí povede ke stabilnímu růstu hybridů se zážehovými motory. Dle odhadů by měl nárůst činit až 20 %. A právě hybridní motory budou využívat elektrifikované přeplňování. V současné době významně roste podíl přeplňovaných motorů, s jejichž pomocí dosahují automobily snadnějšího plnění emisních limitů. Kromě elektrifikovaných turbodmychadel se výrobci orientují také na elektrifikované kompresory, což souvisí s přechodem od 12V ke 48V elektrické soustavě.

Začátek na závodní dráze

Není překvapením, že nové technologie osobních vozů mají kořeny v automobilových závodech. Stejně tak elektrifikované turbodmychadlo bylo implementováno již v monopostu Scuderia Ferrari formule 1. Na závodní dráze jde především o hledání limitů. Důraz je kladen na funkčnost v extrémních podmínkách, kdy monoposty jedou až 70 % v plné zátěži. Motory v tomto režimu spotřebují až 30 litrů paliva na 100 km. Konstrukce turbodmychadla je uzpůsobena pro extrémní a dlouhodobou zátěž. Zajímavostí je, že vývoj od prototypu odladěného na závodní dráze až po integraci do sériových vozů trvá přibližně pět let.

U osobních automobilů je třeba garantovat trvanlivost při nájezdu stovek tisíc kilometrů. Druhou výzvou je samotná integrace turbodmychadla do mnohdy stísněného motorového prostoru. Nemluvě o nutnosti ladění pro různé objemy i výkony motorů, což zavedení technologie prodlužuje. Elektrifikovaná turbodmychadla se na trhu objeví v různých velikostech, avšak elektromotor bude vždy kompaktních rozměrů. Pro každý motor se tak navrhuje individuální konstrukce. Dieselové motory nákladních vozů zase musí být schopny pracovat i 24 hodin jen s malými přestávkami. Životnost a spolehlivost je zde na prvním místě.