A jövőbe tartó járatunkon a következő megállóig hibrid buszokkal utazunk. A második rászben bemutatjuk az egyes buszokat és összefolgaljuk az eddig látottakat.

Buszok

Mercedes Citaro G Blue-Tec Hybrid

Az első több példányban készült, nagyobb méretű energiatárolóval ellátott soros rendszerű hibrid busz a kontinentális Európán belül, így pár kilométeren akkumulátoros, elektromos buszként is használható, például belvárosokban. Mivel külső töltési lehetősége nincs, ezért ez a fogyasztását is befolyásolhatja.

A stuttgarti közlekedési vállalatnál végzett SORT2 ciklus szerinti mérések szerint a hibrid 19% üzemanyagot tud megtakarítani egy ZF Ecolife váltóval szerelt EEV motoros, csuklós Citaróhoz képest, de egy Ecomat váltóshoz képest már 22%-ot. A SORT2 szerinti mérésen a legrosszabbul az Euro II-es motorral szerelt dízel buszok teljesítettek 72 liter/100 kilométeres fogyasztással, majd az Euro III-asok következnek váltóprogramtól függően 68 vagy 64 literrel. Az Ecomat váltós EEV motoros Citaró 60 liter kér 100-on, az Ecolife váltós csak 58-at, míg a hibrid a maga 47 literjével zárja a sort.

Az egyes projekt helyszínek közül Hamburgban 7 és 15% közötti az üzemi üzemanyag megtakarítás mértéke, ami elmarad a várakozásoktól. A Hamburger Hochbahn 2011 végén 5 darab Citaro hibridet üzemeltetett, a projekt költségvetése 2,52 millió euró, amiből 1,26 a szövetségi támogatás mértéke.

A szövetségi támogatást is élvező ElmoS2 projektben folyamatosan tökéletesítik a buszokat, az eddig elvégzett változtatásokból pár példát felsorolunk. Megváltoztak a tetőre került egységek burkolatai a könnyebb hozzáférhetőség, a nyitott szerelőnyílásokkal kisebb garázs belmagasság igény érdekében. A fűtésre érkezett számtalan panasz miatt új, lemezes hőcserélőt kapott a motor, megváltoztatták a fűtési kört, és a vezető kézzel is tudja kapcsolni a kiegészítő kályhákat. A ZF-fel közösen fejlesztett AVE 130 futómű új, zajszegényebb áttételt kap. Továbbá levegő terelőlapok beszerelésével javítják a motortér hőmérsékletének eloszlását. A fogyasztással nem elégedettek az ügyfelek, ezért a hibrid rendszer szoftveres tökéletesítése folyamatos, a start-stop és a fékezési stratégiákra különös tekintettel. Hardveresen a segédüzemek működésén és a fűtésen kell még csiszolni.

Scania Omnilink etanolos hibridek

Az etanollal üzemelő motorokat egészítette ki a Scania hibrid hajtással. A hat darab busz egy éven át közlekedett Stockholm utcáin. A 13,7 méter hosszú OmniLink, LE kialakítású karosszériába szerelt Voith soros hibrid hajtás nem váltotta be a hozzá fűzött reményeket. Az energiaellátásért egy ED95-ös (95% etanol) etanollal üzemelő 198kW (270LE) teljesítményű, növelt kompressziójú Scania dízel motor felelt. Az elektromos hajtást a Voith szállította, a motorhoz egy transzverz fluxusú 220kW-os Voith generátor kapcsolódott, a buszt pedig egy szintén transzverz fluxusú gép hajtotta, aminek maximális teljesítménye150kW, maximális nyomatéka pedig 2750Nm. A fékezéskor visszatáplált energiát 4 darab Maxwell ultrakondenzátor modul tárolja, összesen 400 Wattórányit. A referenciaként használt azonos karosszériájú etanolos busz ZF váltót kapott, összesen a hagyományos busz 1,5 tonnával könnyebb a hibridtől. Kezdetben az etanolos motorral is adódott probléma, de a hibrid hajtás is sok gondot okozott. Gond volt a vezérlő elektronika zavarvédettségével, a vontatómotorra szerelt jeladóval, a motorral, és a dízelmotor és a generátor közé szerelt torziós csillapítóval is.

A korszerű teljesítményelektronikával hajtott motorok több kilohertzes frekvenciával szaggatott feszültségről üzemelnek. Ez a nagyfrekvenciás szaggatás vagy jelformálás rádiófrekvenciás sugárzással is jár, ami zavarokat okozhat egyéb elektronikus berendezésekben. Ez ellen nem volt megfelelő a védelem. A beépített villamos motor teljesítménye kevésnek bizonyult a háromtengelyes karosszériához, és számos üzemképtelenséget okozott, az élettartama 20-25 ezer kilométernek bizonyult. A torziós csillapítót pedig erősebb kivitelűre cserélték. Az UITP által kidolgozott SORT 1,2,3 fogyasztásmérési ciklusokban rendre 19 ,20, 11% üzemanyag megtakarítást mértek a referencia buszhoz képest. A start-stop szoftver alkalmazásával ezek az értékek 33, 21, 13%-ra javultak. Valós körülmények között csak korlátozott lehetősége volt valódi belvárosi vonalakon közlekednie a buszoknak, ott a mért értékek (1%, 9%) elmaradtak a SORT ciklusok szerint mértektől.

VDL

A VDL Citea LF változatába több különböző hibrid hajtás került beépítésre. A legérdekesebbek a Vossloh-Kiepével és az e-Tractionnal együttműködésben készült buszok. Az előbbiből három példány Darmstadtban üzemel, míg az utóbbiból e-Busz néven Rotterdamban egy darab. Mindkettő busz soros hibrid rendszerű, bár az e-Buszt inkább dízel hatótávolság növelővel felszerelt elektromos busznak lehet tekinteni.

A Kiepés elektronikát használó példány alá ZF AVE 130 hátsó híd került beszerelésre, a fékezés során visszatáplált energiát Maxwell ultrakondenzátorok tárolják. Az állandómágneses Kirsch generátort egy négyhengeres, 4,5 literes, 152kW (207LE) teljesítményű Cummins dízelmotor forgatja, érdekesség, hogy a start-stop üzemre felkészített busz légsűrítőjét a dízelmotor hajtja, de a többi segédüzeme a kormány szervo szivattyújától a légkondicionáló kompresszoráig elektromos hajtású. Ha lecsökken a légrendszerben a nyomás, akkor indul a dízelmotor. A busz üres tömege 12,8 tonna, 1,65 tonnával több a dízel változatétól, így a befogadóképessége is kisebb, 100 helyett 80 fő.

A Rotterdamban közlekedő e-Busz igazi hajtástechnikai csemege. A buszt a Ziehl-Abeggtől licencelt elvű, de holland fejlesztésű, külső forgórészes e-Traction SM500/3 motorok hajtják. A motorok teljesítménye 178kW, legnagyobb forgatónyomatékuk 7500Nm. A motorok állórészében, a kerékagy körül kapott helyet a hajtásinverter a közbenső köri kondenzátorokkal egyetemben. A kerékagy motorokat 455/45R22,5 széles szuper single abroncsok veszik körül. A ZF AVE130 hídjától eltérően az e-Traction kerékagy motorjában nincs semmiféle mechanikus áttétel. A 13 tonna üres tömegű buszba 100 kWh tároló képességű, 200kW teljesítményű Valence Lítium-ion akkumulátorok kerültek. Az akkumulátorokat egy 3 literes, négyhengeres, 70kW-os teljesítményű VM Motori dízelmotor tudja tölteni egy Ziehl-Abegg gyártmányú generátoron keresztül. A generátor, az összes elektronika, a segédüzemek, és a kerékagy motorok is folyadékhűtésesek. A busz pocsék rendelkezésre állást produkál, az 50%-ot is alig érte el. Az energiafelhasználása 30 százalékkal alacsonyabb a dízel megfelelőjénél, ami tovább javítható lenne 42%-ig is az előzetes tesztek alapján.

Volvo

Az önjáró alváz (B5LH) vagy komplett busz (7700H/7900H) formájában is kínált megoldás az eladott darabszámok és a valós üzemi körülmények közt mért üzemanyag megtakarítás mértékében is kiemelkedik a mezőnyből, ugyanis ezzel a busszal sikerült a legtöbb helyen a legközelebb kerülni a gyári ígéretekhez. Az okosan megválasztott elektromos komponensek miatt a busz mérsékelt ára is nagyban hozzájárul a sikerhez. Ugyanis a párhuzamos hibrid rendszert használó hajtáslánc több szempontból is különleges. A buszt 15 km/h-ig csak a villamos motor is gyorsíthatja. A viszonylag kis teljesítményű, és kis nyomatékú motor erre az I-Shift automatizált váltó alkalmazása miatt képes. Az I-Shift váltó sokkal szélesebb áttételi tartománnyal (14,94 - 1,00:1) rendelkezik, mint a hagyományos bolygóműves automata váltók (6,2:1 - 0,615:1), ezért nemcsak a villamos motor kiválasztásakor, hanem a dízel motor megválasztásakor is szabadabb kezet kaptak a tervezők. Így kerülhetett egy 5 literes lökettérfogatú, négyhengeres dízelmotor a buszba, noha ekkora motort általában csak a soros hibrid buszokba szoktak szerelni, ahol a dízelmotor nincs kapcsolatban a kerekekkel. Így a rendszer elméleti gazdaságossága felülmúlja a hagyományos párhuzamos és soros rendszereket, jóval nagyobb sebességtartományban gazdaságosan használható.

Az I-Shift alkalmazásából adódnak a rendszer hátrányai is, a váltó a bolygóművesekhez képest lassan kapcsol, rossz a buszok gyorsulása, kérdéses nehéz városi üzemben a váltó élettartama, és az emelkedőkkel tarkított viszonylatokat sem szereti, megnő a dízelmotor fogyasztása. Mivel a kicsi dízelmotor kapcsolatban van a kerekekkel, így a várható élettartama is rövid, a gyártó 8 év vagy 500 ezer kilométer után már megbontásos felújítását javasolja. Ez az érték egy jól kiválasztott hajtáslánccal szerelt szerelt korszerű dízel busznál 1,5 millió kilométer, nehéz üzemben 1 millió kilométer. A 4,8kWh tároló képességű lítium-vasfoszfát akkumulátorok becsült élettartama a Volvo szerint négy és fél év.

Mint látjuk a hibrid buszok üzemeltetése egyelőre nem fenékig tejfel, de korai lenne ítéletet mondani. A magas beszerzési árak miatt a buszok fogyasztásának vizsgálatára különösen nagy hangsúlyt fektetnek. A rendelkezésre álló tapasztalatok még az egyes buszok élettartamához képest is csekélyek, de még a beépített energiatárolók élettartamáról sem tudnak sokat az üzemeltetők. Mivel a gyártók számára is új területről van szó, ezért a forgalomban szerezett tapasztalatok alapján folyamatosan tökéletesítik a buszaikat mind gépészeti, mind elektromos oldalról. Az egyes buszokat áttekintve láthatjuk, hogy a most még jól teljesítő konstrukciók is rejthetnek a későbbiekben kellemetlen meglepetéseket. A fogyasztási adatokból kitűnhet, hogy a soros hibridek a nagyobb átlagsebességű vonalakon látszólag rosszabbul teljesítenek, azonban ez nem feltétlenül van így, mivel ezek a buszok az energiatárulójuk függvényében hosszabb-rövidebb emisszió mentes üzemre is kényszeríthetők, amit vissza kell tölteni optimális szintre. A külső töltést lehetővé tévő megoldások még csak most kezdenek prototípusok szintjén terjedni, az itt tárgyalt nullszériás státusztól még messze vannak.

Az ellenőrzött körülmények között végzet mérésekből kitűnik, hogy a hibrid buszokkal jelentős üzemanyag megtakarítást és emisszió csökkenést lehet elérni. A forgalmi viszonyok közt szerzett eltérő, sokszor gyengébb eredmények oka részben származhat a villamos egységek kettős teljesítmény adataiból. A villamos motorok már 0 fordulattól is képesek kifejteni a maximális nyomatékukat, ami elinduláskor előny. Az inverterek és a motorok kettős teljesítmény adatai esetében, a maximális vagy pillanatnyi teljesítményüket vagy nyomatékukat (áramukat) csak rövid ideig képesek leadni. Ezt az időt a gyártók nem kötik a nagy nyilvánosság orrára, de az ipari tapasztalat szerint öt vagy tíz perces ciklusonként egy vagy fél percre terhelhetőek túl ezek az eszközök. Ezt szintén elinduláskor lehet jól kihasználni, de egy emelkedőn haladáskor már a névleges adatokat kell figyelembe venni. Erre a jövőben kiírandó tendereknél figyelni kell, és be kell kérni a túlterhelhetőség idejére vonatkozó adatokat.

Solaris Urbino 18 hibrid busz Varsóban (Kép: Solaris)

A hibrid korszak hajnalán felmerült, hogy az egyre szigorúbb emissziós kihívásokkal küzdő dízelmotorokat a jövőben a hibrid megoldásokkal tegyék vállalhatóvá, ezzel akár jelentős előnyöket kínálva. Az ötlet nem merült feledésbe, a városi buszok körében minden jel szerint a Volvo alkalmazni fogja, nem lesz hagyományos, Euro VI-os dízelmotoros városi buszcsaládja, csak hibrid. A többi karosszéria gyártónak az Euro VI-os dízelmotorok beépítésével is meg kell küzdenie, ezeket hibridesíteni nekik, illetve az elektromos rendszert szállító partnerüknek külön kihívás lesz. Mivel az Euro VI önmagában is számos problémát felvet, ezért ezeknek a motoroknak a hibridesítése nagy feladat. A hibrid rendszerek következő generációja nem biztos, hogy a meglévők tökéletesítésében ki fog merülni, könnyen bukkanhatnak fel a legújabb teljesítmény elektronikai vagy motoros  vívmányokat felvonultató megoldások is, aminek a veszélye a megbízhatóság visszaesése a most bemutatott nullszériás megoldások szintjére.

Cikkünkkel a blog formátum korlátai mellett a lehető legrészletesebben szerettük volna összefoglalni hol tart ma a hibrid buszok európai alkalmazása. A cikk végén felsorolt, a cikk írásához felhasznált irodalmakból a szakmabeliek további értékes tapasztalatokat, iránymutatásokat meríthetnek. A jövőbe tartó utunkon a megállónkból az útra tekintve már feltűnt a horizonton az elektromos busz. A következő megállónkat tehát elektromos buszokkal fogjuk elérni, és a megállóban megismerhetjük a hibridek lehetséges fejlesztési irányait is.

Az íráshoz felhasznált irodalmak:

-Now Gmbh - Abschlussbericht Plattform Innovative Antriebe Bus

-Now Gmbh - Abchlussbericht Begleitendes Prüfprogramm im Rahmen der „Effizienz- und Kostenanalyse für den Linienbetrieb von Hybridbussen

-Kartik Sharma  - Volvo Approach to Sustainable Environment & Mobility.
-Monika Kentzler - ElmoS – Elektromobilität in Stadtbussen Weiterentwicklung vom Demonstrator zur Kleinserie

-Martina Wikström1, Anders Folkesson, Per Alvfors - First experiences of ethanol hybrid buses operating in public transport  

- Mike Weston - Hyíbrid User Forum 2011 May 26 London Buses

- Modelling the costs and benefits of hybrid buses from a ‘whole-life’ perspective