Mocniejszy pod każdym względem: nowy silnik elektryczny Audi

Jako przykład czegoś niezwykłego Andreas Ruf pokazuje... arkusz metalu. Wyjaśnia zdumionemu obserwatorowi: „W tym blaszanym dysku kryje się niesamowicie dużo technologii. Optymalnie kieruje on polem magnetycznym, dużymi siłami odśrodkowymi i środkiem chłodzącym poprzez wirnik. Ten wirnik przekazuje moc i jest sercem silnika elektrycznego”.

Andreas Ruf jest kierownikiem zespołu ds. systemów przenoszenia momentu obrotowego w dziale rozwoju technicznego Audi. Inżynier elektryk z tytułem doktora w dziedzinie konwersji energii elektromagnetycznej jest odpowiedzialny za rozwój elektrycznych napędów na przednią i tylną oś – a tym samym również za silnik elektryczny Audi.

Prezentowany przez niego dysk to tylko jeden z wielu dysków ułożonych jeden na drugim. Zapewniają one między innymi wydajną konwersję energii w wirniku, czyli obracającej się części silnika wyposażonej w magnesy trwałe, z jak najmniejszą ilością pasożytniczych efektów elektrycznych. „Zwłaszcza w wirniku wprowadziliśmy wiele szczegółowych optymalizacji. Na przykład zastosowanie magnesu trójwarstwowego, które sprawia, że pole magnetyczne jest szczególnie sinusoidalne i minimalizuje straty. Albo bezpośrednie chłodzenie olejem obracających się części – z tego, co wiem, nikt inny nie robi tego w ten sposób” – mówi Andreas Ruf.

W przypadku silników elektrycznych kluczowa jest wydajność. Szef zespołu Audi Andreas Ruf z pełnym przekonaniem stwierdza: „Nie widziałem u obecnej konkurencji żadnego silnika, który byłby tak wydajny jak nasz zbudowany na platformie PPE”. Najbardziej fascynującą cechą silnika elektrycznego jest bezpośrednie sprzężenie zwrotne, czyli moc dostępna natychmiast w postaci momentu obrotowego – w przeciwieństwie do silnika spalinowego nie ma potrzeby przeprowadzania szeregu procesów w celu jego wytworzenia. W nowym silniku elektrycznym Audi ta wydajność systemowa została doprowadzona do maksimum.

Nowy silnik elektryczny, w który wyposażone są wszystkie samochody Audi oparte na platformie PPE i który służy jako napęd na tylnej osi, kryje w sobie ponad tuzin patentów. Klienci, którzy zdecydują się na opcjonalny napęd na cztery koła quattro, otrzymują elektryczny silnik asynchroniczny na przedniej osi, który służy jako napęd wspomagający i nie generuje niepotrzebnych strat, gdy nie jest używany. Jednak to główny silnik jest tu prawdziwą perełką.

Na całość składa się wiele drobnych elementów. Węglik krzemu jako półprzewodnik czy układ smarowania z suchą miską olejową stosowany w sportach motorowych to technologie, które są szczególnie przydatne w silnikach pojazdów seryjnych. 800-woltowy silnik elektryczny Audi jest doskonale zintegrowany z systemem ładowania klasy premium. A skoro o klasie premium mowa: inżynierom Audi udało się zoptymalizować akustykę silnika tak, że obecnie nie wydaje on praktycznie żadnego hałasu.

„Sukces naszego silnika wynika z faktu, że potraktowaliśmy wydajność priorytetowo już na wczesnym etapie rozwoju. Ponieważ każdy kilometr, który pojazd pokonuje dzięki wydajnemu silnikowi, oznacza niskie zużycie i pozwala nam zmniejszyć akumulator. Jego budowa wymaga mniejszej ilości surowców, koszty są niższe, zmniejsza się waga, a to z kolei prowadzi do lepszej ogólnej wydajności pojazdu” – wyjaśnia Andreas Ruf.

Tajemnicą sukcesu nowego silnika jest z pewnością fakt, że jest on całkowicie autorskim dziełem Audi. Aby osiągnąć maksymalną wydajność, inżynierowie już na początku prac rozwojowych, ponad pięć lat temu, opracowali śmiały dziesięciopunktowy plan dotyczący sposobu, w jaki chcą zaprojektować przyszły silnik Audi. To przekonało decydentów. „Choć nasze pomysły wydawały się absurdalne, wspólnie zdecydowaliśmy: podejmiemy to ryzyko. I udało nam się wdrożyć wszystkie rozwiązania” – mówi Andreas Ruf. To bezwarunkowe zaangażowanie doprowadziło do niezwykłego efektu końcowego. Ruf chwali zespół: „Każdy przekracza swoje granice. Inżynierowie muszą wyjść poza swoją strefę komfortu. To prowadzi do innowacji i postępu. Jeśli trzymasz się własnych granic, nie zajdziesz daleko”.

Już w fazie projektowania szybko stało się jasne, że najmocniejszy silnik, pierwotnie przeznaczony wyłącznie do modeli Audi S, okazał się najwydajniejszy ze wszystkich w ofercie marki. Więcej mocy przy mniejszym zużyciu? To, co wywraca do góry nogami dotychczasową logikę silników spalinowych, czasami idzie w parze z elektromobilnością. „Ten potężny silnik jest teraz stosowany we wszystkich w pełni elektrycznych modelach Audi zbudowanych na platformie PPE. Kontrolujemy rozpiętość mocy i momentu obrotowego w różnych modelach za pomocą oprogramowania. W ten sposób wszyscy klienci Audi mogą skorzystać z wyjątkowej wydajności nowego silnika” – mówi Andreas Ruf.

Pozostaje pytanie: dokąd zaprowadzi nas ta podróż w przyszłości? Gdzie jest jeszcze potencjał do dalszych ulepszeń? Andreas Ruf jest optymistą: „Rozwój silników elektrycznych poczynił większe postępy w ciągu ostatnich dziesięciu lat niż w ciągu poprzednich stu. Teraz stoimy przed wyzwaniem, aby tworzyć te innowacje w jeszcze bardziej zrównoważony sposób”. Chociaż Audi już teraz oszczędza znaczną ilość energii dzięki silnikom elektrycznym produkowanym w fabryce Audi w Györ i wyraźnie ograniczyło wykorzystanie ciężkich metali ziem rzadkich, to cel w postaci dalszej optymalizacji stanowi ważny krok w przyszłość.