Természetes jelenség, hogy a gépjárművek tervezői minden időben arra törekedtek – és ma is szüntelenül azon igyekeznek –, hogy az adottnál előnyösebb konstrukciókat alakítsanak ki. Nem új gondolat a dugattyús motor állandó tökéletesítése mellett annak esetleges felváltása, és ennek érdekében – mint ismeretes – több irányban folynak igen intenzív kísérletek. Napirenden vannak a rotációs motorok, – a Wankel-rendszerek és a gázturbinák –, és ezek mellett sokan foglalkoznak az elektromos meghajtás korszerűsített formájával. Maga az elektromos erőforrás nem új az autóban, hiszen elég csak arra emlékeznünk, hogy 1899-ben a francia Camille Jenatzy, az egykori rekorder elektromobiljával lépte át a benzinmotoros járművek számára akkor még elérhetetlen 100 km/ó sebességi határt. Újabban a General Motors irányította a figyelmet egy modernizált elektromos meghajtás témájára, azzal, hogy bemutatott néhány érdekes, de még a saját véleményük szerint sem kiforrott tervet. Ezek ismertetésére kértük fel Bálint Jenőt, a KPM Autóközlekedési Tanintézet munkatársát, aki egyaránt járatos az autó- és az elektrotechnikában.
A General Motors vezetőinek véleménye:
„A benzinmotor az elektromos meghajtást – jelenleg – még mindig messze felülmúlja…”
A GM 1966. október 28-án sajtókonferenciát tartott a Michigan-beli Warren városkában és bemutatta fejlesztési kísérleteinek eddigi eredményeit. Tíz éve mélyrehatóan dolgoznak új gépjármű-meghajtó rendszerek megoldásán és azok gyakorlati alkalmazásán. Kísérleteik során az üzemanyagcellák és az akkumulátorok kerültek előtérbe. Abból az aktivitásból, amivel a GM szakemberei az új energia-átalakító kutatásán dolgoznak, következtetni lehet arra a nagy üzleti lehetőségre, amivel számolnak. A kísérletek alapját képező különböző technológiai folyamatokat összehasonlítva könnyen megállapítható, hogy a legtöbb ígéretet az elektrokémia alapján működő energiaforrások, tárolók és átalakítók jelentenek. Ha lehetőség nyílik további kísérletek alapján a gazdaságos kivitelezésre, gyártásra, az egyben megoldást jelentene a nagyvárosok közlekedésének jelenlegi két igen súlyos kérdésében is, a zajosság és a levegő szennyeződésének megszüntetésével.
Érthető tehát az a rendkívüli figyelem, ami a sajtókonferencián, majd az ezt követő publikációk után a bemutatott elektromos meghajtású – kísérleti – gépjárművek iránt megnyilvánult és azóta is fokozódik. Két kísérleti kivitel került bemutatásra:
– Az „Electrovair II” alapját egy széria típusú átalakított „Corvair” képezte. A benzinmotor helyére energiaforrásként cink akkumulátortelepeket és elektromotort építettek.
– A másik kísérleti jármű, az „Electrovan” céljaira egy „GMC VAN” típusú áruszállító gépjárművet alakították át üzemanyagcellás-elektromos meghajtásúra.
ELECTROVAIR II
Már 1956-ban az akkumulátoros-elektromos meghajtású gépjárműkísérletekről készült első tanulmányok utaltak azokra a rendkívüli nehézségekre, amelyek a mai napig alig csökkentek. Az elektromotoroknak és szabályzó eszközeinek, valamint ellenőrző műszereiknek összehangoltságára, a szigetelés minőségére és módjára fokozottan igényes 400 volt üzemi feszültség, valamint a teljesítményt biztosító – a terheléstől függő – 300-400 amper áramerősség jelenleg még sok gondot okoz a kísérletek során. Mindehhez még hozzájárul az akkumulátorcellák tekintélyes mennyisége és nem kevésbé tekintélyes súlya.
Az összehasonlító kísérletek következménye volt, hogy az elektromos meghajtás, az üzemanyagforrással együtt egy széria típusú személygépkocsiba kerüljön beépítésre. Cél: elérni az eredeti benzinmotoros kivitellel elérhető csúcsteljesítményeket és más jellemző értékeket. A kísérleti járművek előállításában közreműködött több ismert, autóalkatrészeket és felszereléseket gyártó cég, továbbá elektromos laboratóriumok és gyárak. Például: a Delco-Remynek a GM részére gyártó egysége, ahol a különleges aszinkron-motort (rövidre zárt forgórész) építették, továbbá a D.R. Labor AC Elektronics, ahol a szükséges ellenőrző és szabályozó eszközöket készítették a megfelelő félvezető elemek felhasználásával. Így készült el 1964-ben az első – kísérleti – elektro-gépjármű: az „Elektrovair I”. Az eredmények nem váltották be teljesen a reményeket.
A következő két évben végzett rendkívül alapos fejlesztési és kísérleti munkák eredményeképpen az „Electrovair II” bemutatása sikerrel járt. Az energiaforrásként alkalmazott ezüst-cink akkumulátor csúcsteljesítménye kb. 100 LE, kapacitása 27 LE/óta (19,8 kWó). Az egymás mellé és egymás tetejére 7-13 cellából összeállított egységek a gépjármű első és hátsó részében kaptak helyet.
Az új konstrukciójú aszinkron-motor alakítja át az elektromos energiát mechanikai energiává, 100 lóerőt teljesítve, miközben fordulatszáma 13 000/perc. A motor nyugodt és viszonylag csendes járású. Igen jó a teljesítménysúly aránya: 0,6 kg/LE (0,8 kg/kW). A motor váltóáramú áramellátását egy nagy teljesítményű áram-átalakító biztosítja, melynek legfőbb szerkezeti egysége és alapja 18 db Thyristor. A motor fordulatszámának változtatása feszültségszabályozással és fázisváltással történik. Az egész rendszerben keletkező káros hő elvezetésének igénye csökkenti a motor teljesítményét. A hó elvezetéséről cirkulációs olajhűtéssel és megfelelő hő-kicserélővel gondoskodtak.
A szerkezeti elemeket a gépjármű hátsó részében helyezték el. A felszerelést még kiegészíti a járművezető látóterébe és kezeügyébe épített ellenőrző-tábla, erről – megfelelő jeladók révén – észlelni lehet menet közben a hibákat. Természetesen a felszereléshez tartoznak még a gépjárművek szokásos szerelvényei, mint a világítás, a kürt, ablaktörlő stb., de ezeket egy hagyományos ólomakkumulátor táplálja.
Tanulságos összehasonlítást végezhetünk az „Electrovair II” kísérleti kocsi mért adatai és egy hasonló felépítésű benzinmotoros, széria típusú „Corvair” teljesítménye között. Természetesen magától értetődő a rövidebb hatótávolság. Az a tény, hogy a kísérletek során – mint energiaforrásra, illetve tárolóra – az ezüst-cink akkumulátorra esett a választás, lehetővé tette, hogy egy viszonylag elfogadható önsúlyt érjenek el. Közismert, hogy a járművek önsúlya milyen mértékben befolyásolja a meghajtó motorok teljesítményét. Például: ha ez a kísérlet ólomakkumulátorok alkalmazásával történik, akkor az energiaforrás, illetve tároló súlya négyszer nagyobb, és háromszor akkora helyet foglal el.
ELECTROVAN
A legnagyobb meglepetést és érdeklődést az üzemanyagcellás elektromos meghajtású „Electrovan” bemutatásának javára kell írni. Egyrészt azért, mert ilyen nagyméretű üzemanyagcellás energiaforrás alkalmazására még eddig nem volt példa, másrészt azért, mert először építettek közúti gépjárműbe ilyen energiaforrást. Üzemanyagcellával kb. 30 évvel ezelőtt kezdtek kísérletezni a tudományos világ szakemeberei. Az alkalmazott hidrogén- és oxigéngázok vegyülése és kölcsönhatása során energia szabadul fel, mégpedig közvetlenül villamos energia formájában.
Az üzemanyagcella működése vázlatosan a következő:
Hidrogén- és oxigéngázok bejutnak a káli-lúg elektrolittel feltöltött üzemanyagcellába. A katalizátor tulajdonságú, porőzös szerkezetű, cella-elválasztó anód- és katódlemezek jelenlétében, részben ionizálódva, azokon keresztül, mint villamos energia elvezethetők, másrészt azokon átszűrődve, vízzé válva, az elektrolitbe vegyülnek. A vázlatosan ábrázolt üzemanyagcella átmérője kb. 0,5 cm, és egy-egy cellának csupán 0,85 V a feszültsége. Ezek után könnyen kiszámolható, hogy milyen sok cellát kell sorba és párhuzamosan kapcsolni, hogy a szükséges feszültség és áramerősség elérhető legyen.
A tulajdonképpeni különbség az akkumulátorral szemben az, hogy ezek az üzemanyagcellák csupán addig adnak le teljesítményt, ameddig üzemanyagot vezetnek be. Tehát éppen úgy, mint a benzinmotornál, van üzemanyagtartály, amelynek nagyságát a maximálisan megteendő út hosszához méretezik, ami egyszeri töltéssel elérhető, viszonyítva az üzemanyag térfogatához.
Az „Electrovan” esetében egy telepben 68 cellaegység sorbakapcsolva képes 1 kW tartós teljesítményt biztosítani. Összesen 32 ilyen telep nyert elhelyezést a kísérleti jármű padozata alatt, és így ezek összesen 32 kW (43 LE) tartós teljesítményt biztosítanak. Csúcsteljesítményeknél 160 kW (228 LE) érhető el. A kísérleti jármű javára írható ilyen előnyös képesség a benzinmotorral szemben nem tud érvényesülni az egész jármű súlya miatt.
Az üzemanyag-gázok vezetéséhez és az elektrolit körfolyamathoz szükséges műanyag-vezetékek teljes hossza 180 m. Az üzemanyagcellákban keletkező káros meleget a kálilúg-elektrolit segítségével egy hűtőn keresztül vezetik el, és ebben a körfolyamatban történik a vegyihatás következményeképpen keletkező víz kivonása az elektrolitből. A gázok egy különleges – a GM laboratóriumában készült – szivattyú útján kerülnek a vezetékrendszerbe. A hidrogén- és oxigéngázokat folyékony állapotban kb. -252°C-on, illetve -183°C-on – thermikusan szigetelt – tartályokba töltik és a kísérleti járműben az ülés mögött helyezik el.
Párolgás útján kerül a folyékony gáz az üzemanyagcellákba, a technológiai előírásoknak megfelelő mennyiségben. Az „Electrovan”-t ábrázoló rajzon látható az elektrolit tartály, ahonnan az elektrolit az üzemanyagcellákon keresztül a hőkicserélő felé szivattyúzva áramlik. A körfolyamat céljaira feltöltött elektrolit mennyisége kg. 250 kg, illetve 175 dm3. Annak ellenére, hogy az összeépített üzemanyagcella-egységek rövid időre képesek 118 lóerőt is teljesíteni, ez kevés az egész gépjármű összsúlyához mérten, szemben a 125 LE maximális teljesítménnyel működő „GMC VAN”-nal elérhető menettulajdonságokkal.
KILÁTÁSOK
A sajtóbemutató után – az elektromos meghajtások jelenlegi helyzetéből kiindulva – felmerült a kérdés, hogy mindez milyen hatással lesz jövőben a gépjárműgyártásra és piacra. A General Motors részéről a Kísérleti Laboratórium igazgatója, dr. Lawrence R. Hafstad azt felelte: „Az elektromotoros meghajtás – bármiféle elektrokémiai alapon működő energiaforrás is legyen – nem tud versenyezni azzal az energia-súlyaránnyal, amit a benzinmotorral el lehet érni, beleértve az erőátvitelt, az üzemanyagtartályt és a csúcsteljesítmények eléréséhez szükséges időkülönbségeket.”
Mint az összehasonlító táblázatokból is kiderült, az eltérések ma még rendkívüli méretűek, akár az akkumulátoros, akár az üzemanyagcellás meghajtásokkal szemben. A sok esetben ötszörös nagyságú eltérések még nem teszik lehetővé a szériagyártást; mindehhez még hozzájárul a meghajtóművek igen jelentékeny előállítási költsége.
