ZF, Hibrit Otomatik Şanzıman Tasarladı

Hibrit şanzımanlar; geleneksel olarak, verimli bir otomatik şanzımanı alıp, tork konvertörünü daha yüksek bir enerji yoğunluğuna sahip bir elektrik motoru ile değiştirerek üretilir. Teknoloji şirketi ZF, yeni nesil 8 vitesli otomatik şanzımanı özellikle hibrit araçlara yönelik olarak tasarladı ve geliştirdi. Modüler yapı sistemi sayesinde standard, mild ve plug-in hibrit tahrik sistemleri kullanarak 24 ile 160 kilowatt arasında en iyi performansı elde etmek mümkündür. Güç elektroniği artık ayrı bir ünite olarak tasarlanmayıp, şanzımanın dış boyutunu büyütmeden tamamen kasa üzerine entegre edilmiştir. ZF, yeni ve eskisine göre önemli oranda küçültülen hidrolik kontrol ünitesi ile elektrikli ve elektronik bileşenler için ihtiyaç duyulan kurulum alanını oluşturdu.

ZF, içten yanmalı motorların 2030 yılına gelindiğinde tüm yeni araçların en az %70'ini oluşturmaya devam edeceğini öngörüyor. Oysaki plug-in hibrit tahrik sistemi, motorda karbondioksit salınım oranını önemli ölçüde azaltabilir. Bu durum, yalnızca şarj ile günlük trafikte araç kullanmayı mümkün kılacak bir elektrik menziline ve elektrik gücüne bağlıdır. ZF, yeni nesil 8 vitesli otomatik şanzımanın şarjlı modeliyle bunun temelini attı. Elektrikli motor, maksimum 160 kilowatt gücünde olup, 80 kilowatt‘lık aralıksız çalışma özelliğine sahiptir. İçten yanmalı motor devreye girmeden elde edilecek maksimum tork 450 Nm‘dir. Bu sayede elektronik mod ile içten yanmalı mod arasında hızlı geçiş mümkündür. ZF, kendi bünyesinde geliştirilmesine ağırlık verdiği yeni nesil elektrikli motorlar ve bunlarda sargılı bakır tel yerine kaynaklı bakır çubuk kullandığı için, montaj hacminde ciddi bir artış olmuyor. “Saç tokası tekniği” olarak bilinen bu teknoloji, bakır yoğunluk seviyesinin önemli ölçüde artmasını sağlıyor ve böylece güç yoğunluğu üzerinde de belirleyici bir etkiye sahip oluyor.

Yaklaşık 300 voltluk yüksek gerilimli plug-in hibritlerin dışında, önümüzdeki on yılda mild hibritler de pazarda büyük bir role sahip olacak. 48 voltluk gerilim seviyesine sahip bu sistemler, rejeneratif frenlemeden kazanılan enerjinin ileride tahrik gücü olarak kullanılmasını mümkün kılmakta ve bu sayede karbondioksit salınımında önemli oranda düşüş sağlamaktadır. Üstelik, mild hibritler, geleneksel içten yanmalı motorların kısa süre içinde nispeten yüksek oranda zararlı madde salınımı yaptığı sürüş koşullarında, çalıştırma ve hızlandırma işlemleri sırasında ilave güç sunarak çevreyi kirleten salınımları azaltır. 48 voltluk tahrik sistemleri, aktarma organlarının farklı noktalarına monte edilebilir. Motor çıkışında krank miline (“Konum 1”) ve giriş miline (“Konum 2”) kurulum yapılması özellikle faydalıdır. ZF'nin yeni nesil sistemleri, her iki kuruluma da uygundur. Elektrikli motor, maksimum 25 kilowatt'lık enerji elde edebilir ve bu sayede içten yanmalı motorları, hemen hemen tüm çalışma parametrelerinde en verimli şekilde destekleyebilir.  

Elektrikli motorlar, hem doğru akımı bataryadan ihtiyaç duyulan alternatif akıma dönüştüren hem de elektrikli motorun gücünü ve hızını kontrol eden bir güç elektroniği ile kontrol edilmelidir. Güç elektroniği şimdiye kadar tüm hibrit şanzıman serilerinde ayakkabı kutusu boyutundaki ayrı bir kutuya yerleştirilmekteydi. Bununla birlikte, ZF dördüncü nesil sistemler ile tüm güç elektroniğini ilk kez şanzıman gövdesine entegre etti. Bu otomotiv üreticilerine büyük bir avantaj sağlamaktadır. Çünkü hibrit tahrik montajı, geleneksel şanzımanlarınkinden daha karmaşık değildir. Ayrıca, araçta güvenliğin artırılması için daha az sayıda yüksek voltaj kablosu gerektirmektedir. ZF mühendislerinin güç elektroniğini, dış boyutları artırmadan şanzımana tamamen entegre etmeleri gerekti. Ustaca düşünülmüş bir soğutma konsepti ve ayrıca diğer bazı gelişmelerle bu sorunn üstesinden geldiler. Güç yarı iletkenleri, özellikle yüksek voltajlı model için geliştirilen IGBT'ler (Insulated-gate bipolar transistor) nispeten yüksek miktarda atık ısı üretmektedir. Bu da güç elektroniğini, araç klima sisteminin soğutucu devresine bağlayarak dağıtılır. En önemli gelişme ise şanzımandaki mekanik kaymaları tetikleyen hidrolik kontrol ünitesinin boyutundaki önemli düşüştü. Mevcut 8 vitesli otomatik şanzıman serisindeki hidrolik kontrol ünitesi 3,1 litre hacme ihtiyaç duymaktadır. Fakat bir sonraki nesilde bu 1,8 litreye düşecektir. Bu da öncelikle doğrudan vites değiştirme vanaları ile mümkündür. Eskiden kullanılan elektrikli basınç işleticilerinin aksine, bu elektromanyetik işleticiler artık ek piston ve burç gerektirmiyor.  

 

Yeni 8 vitesli yapı kitinin ilave bileşenlerinden her biri, hibrit işletim için akıllı yöntemlerle tasarlanmıştır. Özellikle yağ devresinde bunu açıkça görmek mümkün. Önceleri, iki yağ pompası kullanılmaktaydı: Doğrudan içten yanmalı motorla harekete geçen oldukça verimli kanatlı hücre pompası ve elektrikli işletim için ikinci bir elektrikli pompa ve/veya sinyal hafızası. Gelecekte ise tek bir güç ayırma pompası kullanılacak. İçten yanmalı motor kapatıldığında, küçük ve doğrudan bağlanan elektrikli motorla harekete geçirilir. Yeni şanzıman sisteminin mekaniği de hibrit işletimin verimli olmasına katkıda bulunur. Dört planet dişli takımı ve beş vites elemanı olan gövdesi aynı olsa da, sürtünme gücünün ince ayarlanması sayesinde verimlilik daha da artırılmıştır. Bu sayede, karbondioksit salınımı, içten yanmalı motorla çalıştırma sırasında kilometre başına 1 gram düşürülmüştür. Elektrikli işlemlerde, işletim menzili de buna göre artırılmıştır.

Yeni nesil 8 vitesli otomatik şanzıman, motorun ve şanzımanın uzunlamasına konumlanmasına imkan sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Konforlu çalışma ve azaltılmış gürültüye yönelik yüksek talebi karşılamak için, özellikle üst segmentte başarılı olacak bir sürüş konfigürasyonu yapılmıştır. Kısmen katı mekanik temeli sayesinde hibrit işlem sırasında bunu başarmak mümkündür. Sekiz vites sayesinde, düşük hız kademesinde 8,6'lık şanzıman geçişi ve geniş hız aralığında düşük vites geçişleri mümkün olmaktadır. Ayrıca, sürücünün elektrik kullanmadan içten yanmalı motorla çalışırken geçişleri mümkün olduğunca az hissetmesi için, ZF tarafından geliştirilen santrifüj sarkaçlı titreşim emici de optimize edilmiştir. Şanzıman kontrol modülü gelecekte karakteristik haritalara değil, tüm sistem bileşenlerindeki matematiksel modellere dayanacaktır. Bu geleceğin aktarma organlarında artan karmaşıklığa cevap verebilmek için önemli bir önkoşuldur.

ZF, yeni nesil 8 vitesli otomatik şanzımanların üretimine 2022'de Almanya'nın Saarbrücken şehrinde başlayacak. Ardından Çin ve ABD'de pazar lansmanları yapılacak. ZF böylece, elektriklendirmenin derhal ve tamamen uygulanamadığı pazar segmentlerinde karbondioksit salınımını azaltırken, hibrit tahrik sistemlerinin pazarda kısa süre içinde kabul görmesine yönelik önemli adımlar atmaktadır.