ZF sähköistää automaattivaihteiston 9.06.2021 Juha Kiiskinen

ZF Friedrichshafen tunnetaan maailmanlaajuisena automaattivaihteistojen valmistajana. Yhtiö on keskittynyt viime vuodet sähköisten voimalinjojen kehittämiseen, kuten ZF:n hybridiautomaattivaihteistojen tarjonnasta voidaan päätellä.

Yhtiöllä 121 vuoden historia

Vuonna 1915 Saksan Friedrichshafenissa toimintansa aloittanut ZF (alun perin Zahnradfabrik Friedrichshafen) on globaali ajoneuvoteollisuuden alihankkija ja järjestelmätoimittaja, jolla on yli 200 tuotantoyksikköä 41 valtiossa.

ZF tunnetaan lähinnä automaatti- ja käsivaihteistoistaan, mutta yhtiö on nopeasti laajentanut toimintaansa ajoneuvoteollisuuden kasvussa oleville osa-alueille. Tästä esimerkkeinä kuljettajaa avustavien järjestelmien (Electronics & ADAS) ja aktiivisten turvallisuusjärjestelmien (Active Safety Systems) liiketoimintayksiköt. 

Eräs ilmeisen onnistunut ZF:n voimansiirtoyksikkö on kevyen kaluston momentinmuuntimella varustettu 8-portainen automaattivaihteisto, joka merkitään tunnuksella 8HP.

Ajoneuvon voimalinjaan pitkittäin asennettava 8HP-automaattivaihteisto on lähtökohtaisesti tarkoitettu takavetoisiin tai takavedosta johdettuihin nelivetoratkaisuihin.

Useita tehdastason asiakkaita

8HP-automaattivaihteistolla on useita tehdastason asiakkaita, kuten Audi, BMW, FCA (Fiat Chrysler Automobiles) ja JLR (Jaguar Land Rover), joiden automalleissa 8HP-automaattivaihteisto on tukemassa suorituskykyyn, mukavuuteen, vaihtamisdynamiikkaan ja taloudellisuuteen kohdistuvia odotuksia.

8HP-vaihteiston tarjonta on laajentunut sähköistyvien voimalinjojen suuntaan. Itse asiassa ZF on hiljattain ilmoittanut, että kehitystyön painopiste tullaan keskittämään juuri sähköisten ratkaisujen ympärille.

ZF on modifioinut 8HP-automaattinsa toimivaksi kevyt-, täysi- tai lataushybridin voimalinjassa. Tällä tavoin 8HP-voimanlinjapaketti saadaan kattamaan hybridiajoneuvoihin liittyvät tarpeet.

Keskeinen osa toteutusta on sähkömoottori. Hybridisovelluksesta riippuen ZF toimittaa erilaisia sähkömoottoreita, uusimman tiedon mukaan teholtaan 160 kilowattisiin saakka.

Kevyestä liikkeelle

ZF:n kevythybriditekniikka on mitoitettu enintään 25 kilowatin sähkömoottoriteholle ja 200 Nm vääntömomentille. Kevythybridit ovat edullisempia ratkaisuja, kun halutaan ympäristöystävällistä tekniikkaa henkilöautoihin.

Lisätehokkuutta antaa Start/Stop-toiminto, joka sammuttaa polttomoottorin ajoneuvon pysähtyessä. Moottori käynnistyy uudelleen sujuvasti heti, kun kuljettaja uudelleen painaa kaasupoljinta. Sähkömoottorin avustamana polttomoottori usein toimii optimaalisella tehokkuusalueellaan ajoneuvon liikkuessa, millä on edullinen vaikutus polttoaineenkulutukseen ja CO₂-päästöihin.

Kevythybriditekniikka voidaan helposti yhdistää nopeasti yleistyvään 48 voltin jännitetasoon.

Täyshybridillä 5 km sähkön voimin

Yhtiön täyshybriditekniikka on nyt puolestaan mitoitettu 80 kilowatin sähkömoottoriteholle aiemman 45 kW sijaan.

ZF:n mukaan polttomoottori ja sähkömoottori toimivat tehokkaasti 8-portaisen automaattivaihteiston täyshybridiversiossa. Kahden voimalaitteen välinen erotuskytkin mahdollistaa polttomoottorin irrottamisen voimansiirrosta, mikä vähentää polttoaineenkulutusta tavanomaiseen vaihteistoon verrattuna. Täyshybridi mahdollistaa enimmillään viiden kilometrin ajomatkan pelkän sähkökäytön voimalla.

160 kW sähkömoottori

ZF 8HP-lataushybritekniikka puolestaan mahdollistaa 80-100 kilometrin ajomatkan enintään 130 km/h nopeudella.

ZF:n mukaan kyseessä on täysin integroitu järjestelmä, jossa vaihteisto, plug-in -hybridimoduuli ja tehoelektroniikkayksikkö liittyvät saumattomasti toisiinsa.

Hybridiohjauksen ytimessä on sähkömoottori, jonka huipputeho ylettyy nyt tasolle 160 kW, suurimman vääntömomenttilukeman ollessa luokkaa 450 Nm. ZF:n mukaan 160 kW teho takaa riittävän reservin myös moottoritienopeuksilla tapahtuviin ohituksiin, usein ilman polttomoottorin käynnistystarvetta.

Vaihteiston öljypumppu on sähkökäyttöinen, mutta sen tehontarve on varsin maltillinen 85 wattia. Tällä tehontarpeella se ei muodosta järin suurta kuormaa ajoneuvon sähköverkolle.

Vaihteiston värinänvaimenninta on optimoitu, jotta hybridivoimansiirto voitaisiin mahdollisimman ongelmattomasti liittää yhteen myös kolmesylinteristen polttomoottoreiden kanssa.

Neljäs vaihteistosukupolvi

Jo vuonna 2009 valmistukseen tullut 8HP-automaatti on hybriditekniikan myötä edennyt neljänteen vaihteistosukupolveensa.

Karkeasti ottaen neljännen sukupolven 8HP plug-in -hybridiautomaattivaihteisto koostuu värinänvaimentimesta, sähkömoottorista, integroidusta käynnistyselementistä (ILE; polttomoottori käynnistyy tämän välityksellä), planeettavaihteistosarjoista, tehoelektroniikkayksiköstä, pysäköintisalpamoduulista, sähkökäyttöisestä öljypumpusta sekä mekatroniikkayksiköstä.

Huolimatta kasvaneesta osien integrointiasteesta vaihteiston koko on pysynyt ennallaan, mutta paino on keventynyt 6,5 kg. Vaihteiston välityssuhdealue ylettyy lukemaan 8,6, mikä on osamäärä pienimmän vaihteen (5,00) ja suurimman vaihteen (0,581) välityssuhteen jakolaskusta.

Jopa 70 % vähemmän CO₂-päästöjä

Aikanaan varsin edistyksenä pidettyyn 6-portaiseen ZF 6HP-automaattivaihteistoon ja tavanomaiseen polttomoottoritekniikkaan verrattuna sähköistetty 8HP-voimalinja tarjoaa useiden kymmenien prosenttien polttoaineen säästöpotentiaalin. Tällöin myös CO₂-päästöjä muodostuu merkittävästi vähemmän.

Parhaimmillaan on saavutettu lähes 70 % vähenemä hiilidioksidipäästössä. Tämän lukeman saavuttamiseksi käytössä on ollut 8HP-lataushybridialusta yhdistettynä riittävän kapasiteetin (esimerkiksi 17,6 kWh) omaan korkeajänniteakkuun. ZF:n vertailumittauksissa polttomoottorina on käytetty 2,5 litraista V6-voimalaitetta.