Mercedes-Benz Citaro G Bluetec Hybrid

A tömegközlekedés preferálása – számos egyéb tényezővel együtt – akkor fogadtatható és fogadható el, ha a nagyvárosokban, azok legzsúfoltabb, legnagyobb helyi szennyezettségű belvárosi utcáin, terein közlekedő gépjárművek egyáltalán nem vagy csak csekély mértékben okoznak környezetkárosítást, alig növelik a levegő- és zajszennyezést. Az sem elhanyagolható kérdés, hogy ezeknek az autóbuszoknak – mert ezekről van szó – milyen az üzemeltetési gazdaságosságuk és a CO₂-kibocsátásuk. Amennyiben a tisztán villamos hajtás vezetékkiépítési és egyéb műszaki okok miatt nem oldható meg, akkor autóbuszoknál is csak a hibrid­technika jöhet szóba.

A mai nagy „Ő”, a Mercedes-Benz G BlueTec® Hybrid, a Mercedes soros hibrid, dízelelektromos autóbusza. Az O 530 GDH típusjelű nagy „Ő” átutazóban villámlátogatást tett Szegeden (1. és 2. ábra). Akik a lehetőséget erre megteremtették, azok a Tisza Volán Zrt. keretein belül működő Dél-alföldi Közlekedésfejlesztési Klaszter (DAKK) szakemberei voltak, élén dr. Szeri István vezérigazgató úrral. A kezdeményezéshez örömmel csatlakozott az EvoBus Hungária Kft. és a Pro-Truck Kft., az ZF magyarországi képviselet is. A hibrid autóbusz látogatása jó alkalmat adott arra, hogy július 16-án ez alkalomból a „Jövő járműve” témakörben konferenciát is szervezzenek.

1. ábra

A Daimler „zöld” haszongépjárművei

A Citaro G BlueTec Hybrid világpremiere 2007. november volt a MOT-on, a Mannheim Autóbusz Napok rendezvényen. 2009 márciusában 15 országból érkezett több mint 250 nagy autóbusz-üzemeltető vállalat részére mutatták be a járművet Mannheimben, ill. Stuttgartban. Piaci felmérések szerint a hibrid technológiát támogató, nyugat-európai közösségi közlekedésért felelős cégek várható éves potenciális kereslete legalább 300 hibrid autóbusz. A Daimler Buses több hibrid autóbuszt adott el, mint bármelyik másik buszgyártó a világon. Észak-Amerikában már túl van a 3000. Orion VII. New Generation dízelelektromos hibrid autóbusz eladásán, a leszállított járműveket New Yorkban, Seattle-ben és Torontóban helyezték forgalomba. Az ún. „zöld” haszongépjárművek terén a Daimler-konszern világviszonylatban piacvezető, az elmúlt év végéig kb. 13 ezer darab, valamely alternatív hajtáskoncepciójú járművet szállított le vevői részére a Mitsubishi Canter Fuso Eco Hybrid teherautókból vagy az Orion hibrid autóbuszokból.

2. ábra

A dízelelektromos hajtási mód – ma soros hibridnek mondjuk – közúti járművek esetén autóbuszoknál jelent meg először. „Nem most kezdtük” – mondják a Daimler vállalatcsoportnál. Immár 40 éve folyik hibridhajtású buszfejlesztés. A történet kezdete az 1969-es Frankfurti Motor Show-ra nyúlik vissza, ahol bemutatták Mercedes-Benz OE 302 Hybrid-Elektrobus-t. (Lásd a Mercedes hibridtörténelem rövid összefoglalását cikkünk keretes részében!)

A Mercedes városi hibrid csuklós autóbusza – ez nem hivatalos megnevezés – (majdnem) összkerékhajtású. A kerékagy-villanymotorok egyenként hajtják a B és C tengely kerekeit. A kerekenkénti önálló hajtás, minden hajtásszabályzó álma mind a vonóerő-, mind a stabilitás-, mind az ABS-szabályozásban. Sőt ez még a gumiabroncsok élettartamát is megnövelheti. A Citaro Hybrid teljes értékű hibrid, mert – a belső égésű motor járása nélkül – pusztán akkumulátoros forrásból véve az energiát is tud haladni. A dízel-elektromos hajtás a soros hibridek családjába tartozik, tehát a dízelmotor-generátor aggregát elektromos áramot fejleszt, melyet a kerékagy-villanymotorok és az akkumulátorok használnak fel. A generátor Siemens gyártmányú, kiforrott ipari alkalmazásokban használt, 160 kW-os, állandó gerjesztésű váltóáramú aszinkron egység.

Miért hibrid?

Az üzemeltetőnek a gazdaságosság számít. Melyek az üzemi költségek, milyen a beszerzési ár és milyen támogatások vagy kényszerek hatnak. Az üzemi költségek között első helyen áll a tüzelőanyag-fogyasztás.

A hibrid autóbusz mért és várható tüzelőanyagfogyasztás-csökkenése városi üzemben, illetve erősen változó domborzati viszonyok között 30% körüli érték. Ez jelentős!

3. ábra

Miből származik a fogyasztáscsökkenés?

Négy fő okra vezethető vissza. Az első a dízelmotor munkapontja kedvező megválasztásának lehetősége. A generátoros üzemben a dízelmotor a legkedvezőbb fajlagos fogyasztást adó fordulatszám-tartományban dolgozhat, és csak akkor kell üzemelnie, amikor kellően nagy terheléssel mehet.

A második tényező a rekuperatív fékezés. Mind a gátolt városi üzemben a gyakori útvonali fékezések, mind a megállókban való megálláshoz szükséges fékezések nagy fékteljesítményt igényelnek. Ehhez jöhet még a lejtmenetekben szükséges fékezési energia hasznosítása. A kerékagy-villanymotorok generátor üzemben töltik az akkumulátorokat. Sajnos az akkumulátor, így az alkalmazott Li-ion akkumulátor sem tud gyorsan, nagy energiát betárolni, ezért a fékezési energia visszatáplálása maradéktalanul nem lehetséges. A Mercedes-Benz hibrid folyadékhűtésű, 60 kW teljesítményű villamos (ún. fékező) ellenállást is alkalmaz. Mint ismert, ezt az energiacsúcsot vagy szuperkapacitások vagy mechanikai energiatárolók tudják felvenni.

4. ábra

A harmadik tényező a villanymotorral hajtott segédberendezések (szervószivattyú, klímakompresszor, légkompresszor, generátorok) szükség szerinti kapcsolhatósága.

A negyedik tényező a „stop-start” üzem megvalósításának abszolút akadálymentessége.

Minderre jól mutatnak rá a Stuttgart Esslingenben, négy viszonylatban nyert adatok (3. és a 4. ábrák). A sebesség- és teljesítménydiagram (3. ábra) a fékezési teljesítmény nagyságára mutat rá, mely hagyományos esetben teljes egészében – hővé alakulva – elvész. Mindebből az is következik, hogy távolsági, esetleg elővárosi felhasználásnál a még meglehetősen drága hibridtechnika jelentős előnyt nem tud felmutatni.

Alacsony padlómagasságú kerékagy-villanymotoros híd

A ZF vállalat az AVE 130 típusú futóműhidat (5. ábra) dízelelektromos hajtású, alacsony padlómagasságú városi autóbuszok, kiemelten csuklós autóbuszok B és C tengelyének tervezte – hangzott el a konferencián Czakó László úrtól, a ZF képviselőjétől. A híd kerékegysége jeladókat is magába foglal, így a hőmérséklet, a villanymotor-fordulatszám, az ABS és a sebesség szenzorait.

5. ábra

A fékszerkezetet, a kerékagy csapágyazás- és tömítésmegoldását a hagyományos hídkonstrukciókból vették át. A beépítési méretek megegyeznek a hagyományos ZF AV 132 és AVN 132 hidakéval (6. ábra). A dízel-elektromos hajtás a soros hibridek családjába tartozik, tehát a dízelmotor-generátor aggregát elektromos áramot fejleszt, melyet a kerékagy-villanymotorok és az akkumulátorok használnak fel. A generátor Siemens gyártmányú, kiforrott ipari alkalmazásokban használt, 160 kW-os, állandó gerjesztésű váltóáramú aszinkron egység.

6. ábra

A 3 fázisú aszinkron kerékagymotor maximális teljesítménye 240 kW, tartós teljesítménye 120 kW (7. ábra).

A villanymotoros híd természetesen alkalmas minden villamos energiaforrású autóbuszhoz, így tisztán akkumulátoros, tüzelőcellás (FC) vagy akár felsővezetékű, azaz trolibusz változatokhoz. A ZF híd adatait táblázatba foglaltuk.

7. ábra

Az autóbusz konstrukciója

A hibrid hajtás előnye a konstruktőri szabadságban is rejlik, mivel a hidakhoz csak elektromos kábelek mennek. A többi villamos egység viszonylag szabadon helyezhető el, így célszerűen az autóbusz tetejére került az akkumulátorcsomag, hűtők, villamos főegységek.

Vízhűtésű átalakítók (inverterek) a B és C tengelyeken lévő, mindösszesen négy villanymotorhoz, Li-ion akkumulátorok (klímakompresszorhoz kapcsolódó vízhűtéssel), villamos hajtású segédaggregátok (szervószivattyú, klímakompresszor, légkompresszor, generátorok). Tetőn elhelyezett hűtőberendezés (6 darab, zajszegény axiál ventilátorral) hűtőteljesítménye 70, illetve 75 kW.

8. ábra

A Li-ion akkumulátoregység folyadékhűtésű, 330 kg tömegű, kapacitása 26,9 kWh, maximális teljesítménye 250 kW, karbantartásmentes, cellánként diagnosztizálható, modulonként cserélhető. A DC-DC átalakító 400–750 V-os, 200 kW teljesítményű.

9. ábra

A 8. ábra a főegységek elhelyezését mutatja. A 9. ábra az autóbusz gyorsítása és fékezése alatt kialakuló energiafolyam szemléletes illusztrációja. A hagyományos csuklós Mercedes-Benz autóbusz OM 457 hLA dízelmotorját (12,0 liter lökettérfogat, 960 kg, 260 kW) lényegesen kisebbre lehetett cserélni. A hibrid aggregát OM 924 LA dízelmotorja csak 4,8 literes, tömege 400 kg, teljesítménye 160 kW. A motort hibridüzemre áttervezték, optimalizálták, kipufogógáz-tisztasága EEV szintre csökkenthető.

A kipufogógáz-tisztítást a megtekintett változatnál AdBlue üzemanyaggal (a 10. ábra az AdBlue adagolórendszerét mutatja), SCR-technikával oldották meg Az SCR katalizátoregység (11. ábra) fő feladatán, a nitrogénoxidok redukcióján túl bizonyos fokig koromszűrési (adattáblája szerinti max. füstölése k = 0,7 m-1) és oxidációs szerepet is vállal, és betölti a hangtompító dob szerepét is.

10. ábra 11. ábra

Az autóbusz üzemi próbái több városban is folynak, legutoljára az ausztriai Linzben álltak próbaüzemi szolgálatba. Az autóbusz tőlünk Bukarestbe ment, az EvoBus egyik legjobb közlekedési vállalati vevőjéhez. A Citaro hibrid a környezetvédelemre áldozni is tudók autóbusza. Reméljük egy-egy városunkban a mi tömegközlekedésünk is egyszer eljut erre a szintre.