A Scania plug-in hibrid hajtása lehet a válasz az elektromos turistabuszok jelenlegi korlátaira

Az elektromos hajtás az elmúlt években alapjaiban formálta át a városi autóbuszok piacát, a távolsági és különösen a turistabuszok villamosítása azonban ennél lényegesen összetettebb feladat. Míg a kötött útvonalakon és előre tervezhető napi futásteljesítménnyel üzemelő városi autóbuszoknál a tisztán elektromos hajtás mára széles körben alkalmazható technológiává vált, a nagy távolságokat teljesítő, változó útvonalakon közlekedő járműveknél egyelőre jóval több műszaki és üzemeltetési kompromisszummal jár.

A legnagyobb különbséget az üzemeltetési profil jelenti. Egy városi villanybusz energiaigénye és napi futása viszonylag pontosan tervezhető, töltése pedig alapvetően a telephelyi infrastruktúrára, szükség esetén pedig vonali gyorstöltésre építhető. Egy turistabusznak ezzel szemben akár több száz vagy ezer kilométeres utakat kell teljesítenie, gyakran napról napra változó útvonalakon. Ehhez Európában egyelőre nem áll rendelkezésre olyan, megfelelő földrajzi lefedettségű nagy teljesítményű töltőhálózat, amelynek kialakítása és hozzáférhetősége a nagyméretű haszonjárművek igényeit is általánosan kielégítené. A személyautók számára létesített töltőállomások jelentős része pedig már pusztán geometriai kialakítása miatt sem használható problémamentesen egy 13–15 méteres turistabusszal.

A nagy hatótávolság akkumulátorral történő biztosítása szintén kompromisszumokkal jár. A szükséges energiatároló kapacitás növelésével emelkedik a jármű saját tömege, ami csökkentheti a rendelkezésre álló hasznos terhelést, és a beépítés módjától függően a csomagtér méretét is befolyásolhatja. Emellett a nagy akkumulátorcsomagot olyan üzemeltetési helyzetekben is magával viszi a jármű, amelyekben annak teljes kapacitására nincs szükség. A töltési igényt pedig össze kell hangolni a vezetési és pihenőidőkkel, az utasprogrammal és az útvonal egyéb kötöttségeivel, ami a turistabuszok hagyományosan nagyfokú üzemeltetési rugalmasságát korlátozhatja.

Mindez nem jelenti azt, hogy a tisztán elektromos turistabuszok ne lennének életképesek. Jól tervezhető viszonylatokon, megfelelő töltési háttérrel már ma is alkalmazhatók, és a technológia fejlődésével felhasználási területük várhatóan tovább bővül. A dízelüzemű turistabuszok rendkívül széles feladatkörének teljes körű kiváltására azonban jelenleg még csak korlátozottan alkalmasak.

Éppen ezért a következő évek egyik legéletképesebb átmeneti megoldását jelentheti ebben a járműkategóriában a hálózatról is tölthető, plug-in hibrid hajtás. A kisebb akkumulátorcsomaggal tisztán elektromosan teljesíthetők a városi, alacsony vagy zéró emissziót megkövetelő szakaszok, miközben hosszabb távon a belső égésű motor biztosítja a turistabuszoktól elvárt hatótávolságot és üzemeltetési rugalmasságot. Az akkumulátor ráadásul nem kizárólag külső töltőről tölthető: a fékezési energia visszanyerése mellett szükség esetén a belső égésű motor segítségével is növelhető vagy fenntartható a töltöttsége, így a jármű akkor is tartalékolhat elektromos energiát egy későbbi városi szakaszra, ha útközben nem áll rendelkezésre megfelelő töltési lehetőség.

Erre az üzemeltetési filozófiára épül az Irizar i6S Efficient és a Scania újgenerációs plug-in hibrid hajtásláncának párosítása is, amely elnyerte a Sustainable Bus Award 2027 távolsági kategóriájának díját. A konstrukció jelentőségét nem önmagában a villamosítható hajtás adja, hanem az, hogy az elektromos üzem előnyeit a távolsági közlekedés jelenlegi infrastrukturális adottságai mellett is kihasználhatóvá teszi anélkül, hogy alapvetően fel kellene adni a turistabuszok egyik legfontosabb üzemeltetési előnyét, a nagyfokú rugalmasságot.

A Scania új plug-in hibrid hajtásláncának központi eleme a gyártó 13 literes Super dízelmotorja és az új, villamosított sebességváltó-egység. A rendszer 420 és 460 lóerős dízelmotorral érhető el; a díjazott Irizar i6S Efficientben az erősebb, 338 kW-os, 460 lóerős változat dolgozik, 2500 Nm legnagyobb nyomatékkal. A motor megújuló HVO üzemanyag használatára is alkalmas, így a hajtáslánc a részleges villamosítás mellett ezen az oldalon is lehetőséget kínál a fosszilis eredetű üzemanyag felhasználásának mérséklésére.

A 13 literes Super erőforrás fejlesztésekor a hatásfok növelése és az emisszió csökkentése mellett az élettartam növelésére is nagy hangsúlyt fektettek. A motor 250 bar maximális hengernyomással, továbbfejlesztett XPI befecskendezéssel, optimalizált nagynyomású üzemanyag-szivattyúval, csökkentett belső súrlódással és továbbfejlesztett égési folyamattal készül. A Scania akár kétmillió kilométeres tervezett élettartamot ad meg, ami 25%-os növekedést jelent az előző generációhoz képest. A motort már a további szigorodó károsanyag-kibocsátási követelmények figyelembevételével fejlesztették; ennek része a Scania Twin-SCR kipufogógáz-utókezelő rendszere, amely kettős AdBlue-adagolással gondoskodik a nitrogén-oxid-kibocsátás csökkentéséről.

A plug-in hibrid hajtásláncot a Scania kéttengelyes, 4×2 és háromtengelyes, 6×2*4 konfigurációban egyaránt kínálja. Előbbi 3280 mm-es, utóbbi 4385 vagy 4780 mm-es tengelytávval készülhet. A PHEV hajtáslánchoz az R660 hátsó tengelyt alkalmazzák, amelynek áttételeit a nagy sebességű üzemhez is igazították, konstrukcióját pedig a megnövekedett nyomaték átvitelére méretezték.

A hajtáslánccal együtt a fékrendszert is továbbfejlesztették. Az új 13 literes motorhoz alapfelszerelésként jár a turbófeltöltő után elhelyezett kipufogófék, amely legfeljebb 200 kW fékteljesítményre képes. Opcióként rendelhető a hengerfejbe integrált Scania CRB dekompressziós motorfék is, amely mind a hat hengert bevonja a lassításba, maximális fékteljesítménye 350 kW, és a gyártó szerint autóbuszos alkalmazásokban sok esetben a külön retarder alkalmazását is szükségtelenné teheti.

A konstrukció műszaki szempontból legérdekesebb eleme azonban a Scania új, hatfokozatú powershift sebességváltója, amelybe két, egyenként 145 kW teljesítményű villamos gépet integráltak. A villamos hajtás együttes csúcsteljesítménye így 290 kW, amely a 338 kW-os, 460 lóerős Scania Super dízelmotorral együtt azt jelenti, hogy a hajtásláncba beépített erőforrások teljesítménye összességében meghaladja a 600 kW-ot. A villamos gépek nem csupán a tisztán elektromos közlekedést teszik lehetővé, hanem hibrid üzemben többletteljesítménnyel és nyomatékkal egészítik ki a dízelmotor hajtását, még nagyobb haladási sebességnél is. Lassításkor és fékezéskor működésük megfordul: generátorként a jármű mozgási energiájának egy részét elektromos energiává alakítják, és visszatáplálják az akkumulátorba.

A villamos hajtás energiaellátásáról egy 89 kWh névleges kapacitású, NMC kémiájú lítiumion-akkumulátor gondoskodik. A Scania az MAN-nél is alkalmazott akkumulátortechnológiát használja: a CATL-től érkező cellákból felépülő akkumulátorcsomag akár 90%-os kisütési mélységgel is üzemeltethető, így a névleges 89 kWh-ból 80 kWh ténylegesen felhasználható a hajtás számára. Ez a tisztán elektromos turistabuszok több száz kilowattórás energiatárolóihoz képest tudatosan kis kapacitás. Feladata nem a teljes napi üzem akkumulátoros biztosítása, hanem olyan elektromos hatótávolság rendelkezésre bocsátása, amely már érdemben kihasználható például városi vagy emisszióérzékeny útszakaszokon. A háromtengelyes kivitelben a Scania legfeljebb 70, kéttengelyes konfigurációban pedig akár 80 kilométer tisztán elektromos hatótávolságot ad meg.

Az akkumulátor külső áramforrásról CCS2 csatlakozón keresztül tölthető, 20 és 130 kW közötti egyenáramú töltési teljesítménnyel és legfeljebb 200 amperes áramerősséggel. A Scania adatai szerint 20-ról 80%-os töltöttségi szintre mintegy 44 perc alatt tölthető fel. A rendszer ugyanakkor éppen attól biztosít a tisztán elektromos hajtásnál nagyobb üzemeltetési szabadságot, hogy az akkumulátor töltöttsége nem kizárólag külső infrastruktúrától függ.

Menet közben a fékezési energia visszanyerésével is tölthető az energiatároló, emellett szükség esetén maga a dízelmotor is felhasználható a töltöttségi szint növelésére. Ennek megfelelően a hajtásvezérlés négy alapvető működési stratégiát kínál. Electric, azaz tisztán elektromos módban a jármű kizárólag villamos hajtással közlekedik, Hybrid, vagyis hibrid üzemben pedig a rendszer az aktuális körülményekhez igazodva gazdálkodik a két energiaforrással. A Charge Sustain, azaz töltöttségmegőrző üzemmód egy későbbi elektromos szakasz számára tartalékolja az akkumulátorban lévő energiát, míg a Forced Charging, vagyis kényszerített töltési üzemmódban a dízelmotor segítségével menet közben növelhető a töltöttségi szint.

Ez utóbbi két funkció különösen jól illeszkedik a turistabuszok üzemeltetéséhez. Egy hosszabb autópályás szakaszon a rendszer megőrizheti az akkumulátorban tárolt energiát, vagy megfelelő külső töltési lehetőség hiányában akár elő is állíthatja a később szükséges villamos energiát, majd a célállomáshoz közeledve a jármű tisztán elektromos üzemre válthat. A dízelmotorral végzett töltés energetikailag természetesen nem helyettesíti a hálózatról történő töltést, elsődleges szerepe az üzemeltetési rugalmasság biztosítása.

A hajtásvezérléshez a Scania Zone geofencing rendszere is kapcsolódhat. Ennek segítségével előre meghatározhatók olyan földrajzi területek, amelyeken a jármű működését automatikusan módosítja a vezérlés. Így például egy városközpontba vagy zéró emissziós övezetbe érve a busz automatikusan elektromos üzemre válthat, feltéve, hogy ehhez rendelkezésre áll a szükséges akkumulátortöltöttség. A rendszer tehát nem kizárólag a vezető döntésére bízza, hogy hol használja fel a rendelkezésre álló villamos energiát.

A dízelmotor leállítása a segédüzemek működését sem akadályozza. A PHEV-platform elektromos légkompresszort és elektrohidraulikus kormányrásegítést kapott, a teljesítményelektronika pedig saját folyadékhűtő körrel rendelkezik. A Scania maga végzi az akkumulátorcsomag integrációját, és saját akkumulátor-felügyeleti, töltésvezérlési és hőmenedzsment-rendszert alkalmaz.

A villamosított hajtáslánc további előnye, hogy a regeneratív lassítás a hagyományos üzemi féket is tehermentesíti. A villamos gépek ilyenkor a jármű mozgási energiájának egy részét elektromos energiává alakítják, amely visszakerül az akkumulátorba. A visszanyerhető energia mennyisége természetesen az útvonaltól függ, ezért a rendszer előnye elsősorban a gyakori lassításokkal és szintkülönbségekkel járó szakaszokon érvényesül.

A Scania új plug-in hibrid alvázára – amely más karosszálók számára is elérhető, és amelyre már a Castrosua is épített felépítményt – a díjazott jármű esetében az Irizar i6S Efficient karosszériája került. Ez eleve az energiahatékonyság javítására optimalizált konstrukció: fejlesztésekor az Irizar az előző generációhoz képest akár 950 kilogrammos tömegcsökkentést ért el, miközben az aerodinamikai ellenállást mintegy 30%-kal mérsékelte. A gyártó ezek együttes hatására akár 13%-kal alacsonyabb üzemanyag-fogyasztást ad meg a korábbi i6S-hez képest.

A PHEV hajtás és az Efficient karosszéria előnyei így egymásra épülnek. A Scania korábban tipikus vegyes üzemeltetés mellett akár 40%-os üzemanyag-megtakarítás lehetőségéről beszélt, a Sustainable Bus Award kapcsán közölt újabb adatok szerint pedig rendszeres külső töltéssel és az elektromos üzem megfelelő kihasználásával kedvező körülmények között akár 47%-kal is csökkenthető az üzemanyag-fogyasztás. Ezeket ugyanakkor nem általánosan garantált értékként, hanem az üzemeltetési profiltól, a töltési gyakoriságtól és az elektromosan megtett útszakaszok arányától függő potenciális megtakarításként érdemes kezelni.

A Scania ennél jóval nagyobb, akár 94%-os szén-dioxid-kibocsátás-csökkentési potenciált is kommunikál, ez azonban már nem önmagában a hibrid hajtás eredménye. A számítás a plug-in hibrid rendszer, a külső forrásból származó villamos energia, valamint a dízelmotorban használható HVO (Hydrotreated Vegetable Oil), vagyis hidrogénezett növényi olaj alapú megújuló dízelüzemanyag együttes alkalmazására épül. A HVO használata önmagában is jelentős megtakarítást eredményezhet: a Scania adatai szerint a fosszilis dízelhez képest a teljes energiaellátási láncra vetített szén-dioxid-kibocsátás jellemzően mintegy 83%-kal csökkenthető, az alapanyagtól és az előállítás módjától függően pedig 50–90%-os mérséklés érhető el. A 13 literes motorok többsége emellett FAME (Fatty Acid Methyl Ester), magyarul zsírsav-metil-észter alapú biodízellel is üzemeltethető; ennél a Scania jellemzően mintegy 60%-os, az alapanyagtól függően 50–80% közötti szén-dioxid-kibocsátás-csökkenést ad meg a fosszilis dízelhez képest.

A konstrukció lényege tehát nem az, hogy egy nagyméretű akkumulátorral a lehető legtöbb kilométert próbálja elektromosan megtenni. Éppen ellenkezőleg: viszonylag kis energiatárolóval biztosít olyan elektromos hatótávolságot, amely már érdemben felhasználható a városi és emisszióérzékeny útszakaszokon, miközben a hosszú távú közlekedés energiaigényének biztosítását továbbra is a nagy energiasűrűségű folyékony üzemanyagra bízza. Ezzel a hajtáslánc a jelenlegi infrastruktúra mellett úgy teszi részben villamosíthatóvá a turistabuszok üzemét, hogy közben azok alapvető felhasználási rugalmassága megmarad.