Ford Ecoboost 1,0 MHEV: kevythybriditekniikka tueksi 6.11.2021 Juha Kiiskinen

Volkswagen-konsernin mukaan litraista turbomoottoria ei kannata varustaa kevythybriditekniikalla pienemmissä automalleissa kuten Skoda Fabia ja VW Polo. Ford on toista mieltä.

Näkemysero

Volkswagen-konsernin mukaan kolmesylinterinen turboahdettu 1,0 TSI-moottori on kustannusten ja kokoonpanon yksinkertaisuuden kannalta järkevintä laittaa pienemmissä automalleissa toimimaan ilman sähköavusteisia laitteita. Tällainen VW-moottori esitellään juuri ilmestyneen Suomen Autolehden marraskuun numerossa (9/2021).

Polttoaineenkulutuksen pienentämiseksi ja hiilidioksidipäästöjen alentamiseksi VW:n uudistettu 1,0 TSI-moottori on laitettu toimimaan Miller-työkierrolla, joka on vaatinut määrättyjä muutoksia voimalaitteeseen.

Ford näkee asian toisin, sillä lähes vuosikymmenen menestyksekkäästi tuotannossa ollut Ecoboost 1,0-moottori on mahdollista saada hihnakäyttöisellä käynnistingeneraattorilla ja sen virtalähteenä toimivalla 48 voltin litiumioniakulla varustettuna myös pienempiin automalleihin.

Otsikossa käytetty lyhenne MHEV muuten tulee englanninkielisistä sanoista Micro Hybrid Electric Vehicle, laveasti suomennettuna kevythybridi, sillä kyse on 48 voltin hybriditekniikasta. Meillä käsite ”mikrohybridi” tarkoittaa alemmalla 12 V jännitetasolla toimivaa hybriditekniikkaa, joka on hieman edullisempi ratkaisu.

40 Nm lisävääntömomentti

Litraista Ecoboost-moottoria valmistetaan ilman kevythybriditekniikkaakin. Tehoa ilman sähköavustusta toimiva moottori kehittää joko 74 kW tai 92 kW. Edellisen tapauksessa vääntömomentti merkitään numeroin 170 Nm (1500-4000 rpm), jälkimmäisen sama 170 Nm, mutta vähän laveammin (1400-4500 rpm).

Kevythybriditekniikalla avustettu 92 kilowattinen kehittää saman perusväännön, mutta tarjoaa hetkellisen yliahtamisen (overboost) avulla 200 Nm (1750 rpm) vääntömomentin. Pienitehoisempaan 74 kilowatin moottoriin kevythybriditekniikkaa ei ole saatavana.

Kun polttomoottorin toimintaan lisätään hihnavetoisen käynnistingeneraattorin avustus, nousee suurin vääntömomenttilukema tasolle 210 Nm (myös 1750 rpm). Nopeasti ynnättynä käynnistingeneraattori kehittää 40 Nm lisävääntömomentin.

Ecoboost 1,0-moottorissa käytetään hukkaportilla varustettua turboahdinta, korkeapaineista (250 bar/25 MPa) bensiinin suorasuihkutusta ja 10,5 puristussuhdetta sekä erilaisia moottoriteknisiä hienouksia hyötysuhteen ja käyttömukavuuden parantamiseksi.

Myös 114 kilowattisena

Fordin mukaan kevythybriditekniikka mahdollistaa suuremman turboahtimen käytön ja matalamman puristussuhteen valitsemisen ilman, että voimalaitteen käyttöominaisuudet tästä heikkenisivät.

Niinpä litrainen Ecoboost MHEV on saatavana myös 114 kilowattia kehittävänä versiona, jonka suurin perusvääntömomentti merkitään lukemin 190 Nm (2100-5500 rpm).

Overboostin avulla päästään lukemaan 220 Nm (3000 rpm), ja käynnistingeneraattorilla avustettuna saavutetaan 240 Nm (2500 rpm). Tässä kohtaa kannattaa varmaan muistaa, että kyse on polttomoottorista, joka edustaa litran kokoluokkaa, ja jonka sylinterilohkon yläpinta on A4-paperiarkin kokoinen.

Pakokaasuahtimeksi on valittu suurikokoisempi turbo. Samalla puristussuhde on laskettu tasolle 10,0. Suuremman turboahtimen mittavampi massanhitaus kompensoidaan käynnistingeneraattorin aktiivisella osallistumisella etenkin silloin, kun kaasupoljin matalilla pyörintänopeuksilla ja etenkin suuremmalla vaihdenumerolla painetaan kohti lattiaa.

Matalampi puristussuhde puolestaan mahdollistaa suuremman ahtopaineen ja runsaamman ahdetun ilmamassan syöttämisen ilman, että nakuttava palaminen muodostaisi uhkaa moottorille. 

8 Ah litiumioniakku

Hihnakäyttöisen käynnistingeneraattorin enimmäistehoksi Ford ilmoittaa 11,5 kW.

Ilmajäähdytteisen litiumioniakun kapasiteetti on 8 Ah, joten 48 V nimellisjännitteellä päädytään laskennalliseen 0,384 kWh energiamäärään. On selvää, että kovin pitkään pieni akku ei kykene käynnistingeneraattoria käyttämään, jollei se lataudu välillä.

Hybriditekniikka kuitenkin mahdollistaa, että polttomoottoria voidaan suhteellisen vaivattomasti käyttää useammin sen optimihyötysuhteen alueella.

Kun polttomoottorin sen hetkinen kuormitustarve on hieman tämän alueen yläpuolella, virtaa otetaan litiumioniakusta. Käynnistingeneraattori toimii sähkömoottorina keventäen polttomoottorin kuormaa.

Akku puolestaan latautuu käänteisessä kuormitustilassa: polttomoottorin parhaan toimintapisteen alapuolella litiumioniakku latautuu, mikä tapahtuu myös nopeuden hidastuessa jarrutusenergian talteenottona. Jarrutuksessa muodostuva lämpöenergia ei ainakaan täysimääräisenä mene harakoille.

Käynnistingeneraattorin ja litiumioniakun lisäksi tarvitaan elektroninen liittymäpinta auton tavanomaisen 12 voltin sähköjärjestelmän ja 48 voltin hybriditekniikan välille.  

Useaan automalliin

Ecoboost 1,0 kevythybriditekniikalla on saatavana useaan Ford-malliin, esimerkkeinä Fiesta, Puma ja Focus. Auton painoa MHEV-varustelu nostaa 25-30 kiloa. 6-vaihteisen käsivaihteiston lisäksi kevythybridin voimalinjaan on mahdollista valita 7-vaihteinen kaksoiskytkinvaihteisto.

Polttoainetta kevythybriditekniikalla varustettu auto kuluttaa WLTP:n mukaisessa mittauksessa noin 5 % vähemmän kuin vastaava auto – esimerkkinä Ford Fiesta 92 kW  – ilman MHEV-laitteita. Fordin mukaan kaupunkiajossa on mitattu luokkaa 10 % pienempiä kulutuslukemia.

Ford Fiesta 92 kW MHEV-moottorilla ja 6-vaihteisella käsivaihteistolla varustettuna kuluttaa WLTP-mittauksessa bensiiniä valmistajan mukaan alkaen 4,9 l/100 km, josta muodostuu CO²-päästö alkaen 111 g/km. Nollasta sataan auto kiihtyy 9,4 sekunnissa.

MHEV-tekniikan lisäksi Ford Ecoboost 1,0-moottoriin on kehitetty sylinterilepuutus, joka – tietyin reunaehdoin – mahdollistaa yhden sylinterin lepotilan moottorin työskennellessä alemmilla osakuormitusalueilla.