Wyścig producentów z XX wieku o uzyskanie jak największej mocy poszedł w zapomnienie. Dziś zastępuje go dążenie do nowoczesności i oszczędzania energii. Konstruując Optifuel Lab, samochód – laboratorium, Renault Trucks udowadnia, że możliwe jest znacznie zmniejszenie zużycia paliwa. Dzięki kompleksowemu podejściu do zagadnienia oraz zaawansowanym rozwiązaniom aerodynamicznym, Optifuel Lab może się poszczycić o 13 % mniejszym spalaniem, czyli o 4,5 l/100 km oraz mniejszą emisją (o 120 g CO2 / km). Testowane dziś rozwiązania mogą zostać zastosowane w samochodach sprzedawanych w bliskiej lub dalszej przyszłości.

Renault Trucks od dawna poświęca wiele sił i środków na konstruowanie i oferowanie samochodów zużywających możliwie jak najmniej paliwa. Pomimo prowadzonych badań nad wdrożeniem alternatywnych rodzajów napędu w dalszej perspektywie (pojazd hybrydowy, elektryczny, itd.), firma jest nadal przekonana, że wysokoprężny silnik spalinowy będzie w dfalszym ciągu dominującym rodzajem napędu na rynku przewozów długodystansowych.

Dlatego też, w 2007 roku Renault Trucks uruchomiło program badawczy Optifuel Lab. Jego głównym celem jest ograniczenie zużycia paliwa i emisji zanieczyszczeń zestawu drogowego (ciągnika z naczepą). Pierwszy etap badań udowodnił, że możliwe jest uzyskanie znacznego obniżenia spalania poprzez zmianę rozwiązań aerodynamicznych stosowanych w konstrukcji zestawu, optymalizację konstrukcji układu napędowego i opon, a także wprowadzenie specjalnych systemów wspomagających kierowcę w prowadzeniu samochodu. Dziś, po przejechaniu 4500 kilometrów jazd testowych oraz po wykonaniu pomiarów w czasie jazdy na torze drogowym na odcinku 2500 kilometrów, autorzy projektu uzyskali zmniejszenie zużycia paliwa o 13%, czyli o 4,5 l/100 km, co przełożyło się jednocześnie na ograniczenie emisji CO2 o 120 g / km, i to w rzeczywistych warunkach użytkowania, w porównaniu do analogicznego samochodu z aktualnej oferty pojazdów (Premium Route DXi 11 450 KM). Optifuel Lab pozostaje jednak pojazdem testowym, który nie jest przeznaczony do wprowadzenia na rynek. Stanowi dla Renault Trucks cenne narzędzie badawcze do sprawdzania skuteczności różnych rozwiązań prowadzących do zmniejszenia spalania, które w bliższej lub dalszej przyszłości mogą znaleźć zastosowanie w samochodach oferowanych na rynku.

Obecnie, samochód ten pozostaje pojazdem badawczym, który nie jest przewidziany do wprowadzenia do sprzedaży. Niektóre zastosowanych rozwiązań, mimo ewidentnych korzyści z nich płynących, nie są zgodne z normami ruchu drogowego. Przykładem mogą być, spojlery wyprowadzone poza obrys naczepy. Renault Trucks ma nadzieję, że prowadzone badania i ich wyniki przyczynią się do podjęcia przez pozostałych producentów samochodów ciężarowych debaty nad istniejącymi przepisami, a także zachęcą administrację do zmiany stanowiska.

Co to jest Optifuel Lab ?

Zbudowany w 2007 roku Optifuel Lab jest samochodem-laboratorium wykorzystywanym w programie badawczym. Nie jest on przeznaczony do wprowadzenia na rynek. Jego zadaniem jest sprawdzanie nowych rozwiązań prowadzących do zmniejszenia spalania w rzeczywistych warunkach użytkowania pojazdu.

Jest on elementem kompleksowego programu badawczego obejmującego wiele dziedzin i specjalności naukowych (aerodynamika, rodzaje napędów, opory toczenia, systemy wspomagające prowadzenie pojazdu…). Status pojazdu badawczego pozwala na testowanie konstrukcji i urządzeń wykraczających często poza ramy rozwiązań dopuszczonych dziś przepisami w dziedzinie transportu drogowego, jak na przykład zastosowanie spojlerów z przodu i z tyłu zestawu ciągnika i naczepy. Pojazd ten umożliwia Renault Trucks potwierdzenie zasadności niektórych dróg lub kierunków prowadzonych badań, aby w niedługim czasie wprowadzić testowane rozwiązania w gamie pojazdów oferowanych na rynku, pod warunkiem ich zgodności z obowiązującymi założeniami technicznymi i przepisami. Badaniami tymi Renault Trucks dowodzi, że niektóre rozwiązania mogą być zastosowane bezpośrednio w samochodach produkowanych seryjnie, lecz wymaga to zaangażowania administracji państwowej.

Wyniki przekraczające założone cele

Uruchamiając program badawczy, postawiono sobie za cel uzyskanie ograniczenia zużycia paliwa i emisji zanieczyszczeń na poziomie zbliżonym do 10 %. Tymczasem uzyskano zmniejszenie spalania o 13% w porównaniu do Renault Premium Route Euro 5 Incentive. Wynik ten osiągnięto dzięki podjęciu prac dotyczących wielu dziedzin i wszystkich podzespołów samochodu, które mają wpływ na poziom zużycia paliwa.

Obniżyć spalanie poprzez kompleksowe podejście do zagadnienia

Projekt Optifuel Lab obejmuje 23 grupy robocze i skupia się na czterech zasadniczych tematach: aerodynamika pojazdu, układ napędowy, opory toczenia oraz systemy wspomagania w prowadzeniu samochodu.

W poszukiwaniu idealnego kształtu

Pierwszą przeszkodą, jaką napotyka samochód ciężarowy w czasie jazdy jest naturalny opór powietrza. Zespoły badawcze pracowały nad poprawieniem aerodynamiki nie tylko ciągnika, przez zastosowanie nowego design’u, lecz również całego zestawu drogowego. Przyjmując za punkt odniesienia wzorcowy kształt kropli wody (najbardziej aerodynamiczna forma występująca naturalnie w przyrodzie), badacze z Renault Trucks wprowadzili wiele rozwiązań konstrukcyjnych prowadzących do maksymalnego ograniczenia oporu powietrza stawianego przez poruszający się pojazd.

Zmiany dotyczyły przede wszystkim kabiny: zderzak został wydłużony o 30 centymetrów, dach zyskał nowy kształt i został podwyższony do wysokości 4,16 m i jednocześnie spełnia rolę spojlera. Zewnętrzne lusterka wsteczne zostały usunięte, a ich funkcję przejął system obserwacji tego, co dzieje się z tyłu pojazdu z wykorzystaniem kamer opracowany przez firmę Mekra.

Kompleksowe rozwiązania aerodynamiczne obejmujące ciągnik i naczepę

Oprócz design’u, zaawansowane prace badawcze obejmowały kompleksowe podejście do aerodynamiki całego zestawu drogowego ciągnika i naczepy. Spojlery boczne montowane za kabiną zostały optymalnie ukształtowane tak, aby uzyskać jedną bryłę z pojazdem. Cały zestaw jest osłonięty, w tym również koła naczepy. Osłony te przechodzą w dyfuzory powietrza zainspirowane rozwiązaniami stosowanymi w Formule 1. Wyprowadzają one na zewnątrz strumień powietrza i zapewniają jak najmniejszy opór aerodynamiczny.

Z tyłu naczepy zamontowano spojlery długości 70 cm pozwalające na maksymalne ograniczenie strefy turbulencji. Powstaje ona nieuchronnie za samochodem podczas jazdy i działa hamująco na jego ruch. Zmniejszając ją, zmniejszamy moc niezbędną do napędzania samochodu, co ma bezpośrednie znaczenie dla obniżenia zużycia paliwa.

Również dach naczepy był przedmiotem uwagi konstruktorów. Dążąc do formy jak najbardziej zbliżonej do kropli wody, specjaliści w dziedzinie aerodynamiki stworzyli podwyższenie dachu zmniejszające opory powietrza całego zestawu. Tak więc dach nie jest już płaski, lecz uwypuklony tak, by pojazd stał się jak najbardziej aerodynamiczny. Ponadto, pod podwoziem naczepy, inżynierowie zastosowali specjalną osłonę. Wszystkie te elementy przyczyniły się do uzyskania przez Optifuel Lab rekordowo niskiego współczynnika oporu powietrza (Cx).

Jednakże zmniejszenie oporów powietrza, to nie wszystko. Istotnym czynnikiem nadal decydującym o zużyciu paliwa pozostają opory toczenia. Dlatego też grupa Renault Trucks zawarła umowę o współpracy z firmą Michelin w celu opracowania optymalnej konstrukcji opon. Dzięki temu, samochód Optiguel Lab został wyposażony w ogumienie Energy SaverGreen.

Optymalizacja każdego elementu układu napędowego

Oprócz modyfikacji wprowadzonych w samym silniku, w każdym elemencie układu napędowego zastosowano niezależnie optymalne rozwiązania w celu maksymalnego obniżenia zużycia paliwa.

Jednym z przyjętych założeń było uzyskanie optymalnego działania każdego elementu i podzespołu. Przykładowo, zastosowana pompa wody posiada dwie prędkości pracy: natężenie przepływu cieczy chłodzącej w układzie chłodzenia silnika jest sterowane stopniowo i jego maksymalna wartość jest osiągana tylko wtedy, gdy jest to niezbędne. Podobny system steruje pracą pompy oleju o zmiennej pojemności skokowej, a także sprężarką powietrza z niezależnym sprzęgłem. Na przykład przez większość czasu jazdy na autostradzie, pozostaje ona wyłączona, ponieważ w tych warunkach zapotrzebowanie na sprężone powietrze jest niskie i chwilowe. Prowadzi to do zmniejszenia zużycia paliwa, gdyż sprężarka nie pracuje bezużytecznie.

W pozostałych podzespołach mechanicznych pojazdu, zwiększono sprawność ich działania. Inżynierowie doprowadzili do podwyższenia temperatury oleju silnikowego, aby w jak największym stopniu ograniczyć tarcie ruchomych części, a tym samym zmniejszyć straty energii. Liczne modyfikacje objęły również wał napędowy i alternator, którego skuteczność działania uległa znacznemu zwiększeniu.

Zmniejszyć zużycie paliwa poprzez wspomaganie kierowcy w prowadzeniu samochodu

Zasadniczy wpływ na zużycie paliwa ma kierowca, dlatego Optifuel Lab został wyposażony w systemy wspomagania w prowadzeniu samochodu, które umożliwiają zmniejszenie spalania oleju napędowego. Korzystając z bogatych doświadczeń oraz uznanej, wysokiej jakości skrzyni biegów Optidriver, firma Renault Trucks wprowadziła kolejne ulepszenia w funkcjonowaniu tego podzespołu. Skrzynia umożliwia zmianę biegów przy niższych niż dotychczas prędkościach i jeszcze lepiej wykorzystuje dostępny moment obrotowy silnika. Jest wyposażona w zmodyfikowaną funkcję EcoRoll, rozłącza układ napędowy, gdy tylko pozwalają na to warunki jazdy, na przykład na początku zjazdu z wzniesienia. Ponadto skrzynia współpracuje z systemem Cruise-control zaprogramowanym tak, by ograniczał swym działaniem zużycie paliwa.

Jednocześnie poddano modyfikacjom ogranicznik prędkości ASL (Adaptive Speed Limiter). Dzięki sprzężeniu z systemem GPS, urządzenie to potrafi analizować położenie samochodu, ukształtowania drogi (podjazdy lub zjazdy z wzniesienia), rozpoznawać wymagane przepisami ograniczenia prędkości i ustalać w ten sposób automatycznie prędkość, z jaką powinien poruszać się samochód. Przykładowo, system ten potrafi łagodnie zmniejszyć prędkość samochodu przy zbliżaniu się do punktu poboru opłat za autostradę.

Poszczególne modyfikacje i nowe rozwiązania wprowadzone w każdym z podzespołów pojazdu złożyły się na uzyskanie znacznego zmniejszenia zużycia paliwa całego zestawu drogowego.

Pomiar wyników

Zatwierdzenie wyników programu badawczego takiego jak Optifuel Lab wymaga żmudnej pracy. Przeprowadzono szereg bardzo dokładnych testów symulacyjnych na stanowisku badawczym, a następnie w rzeczywistych warunkach użytkowania pojazdu.

Od czystej kartki papieru do zatwierdzenia wyników w warunkach drogowych

W pierwszej fazie testów korzystano oczywiście z symulacji komputerowej i czysto wirtualnych testów. Po potwierdzeniu skuteczności rozwiązań na komputerze, inżynierowie zaangażowani w program Optifuel Lab mogli fizycznie wyposażyć w nie samochód ciężarowy i umieścić go na stanowisku badawczym, gdzie przeprowadzono jazdy próbne na rolkach. Nie opuszczając zakładu, mogli od razu zaobserwować wyniki wprowadzenia konkretnych rozwiązań. Jednak nic nie zastąpi rzeczywistych warunków użytkowania w sprawdzeniu działania tego, czy innego systemu, dlatego też ostatni etap testów musiał być przeprowadzony na drodze.

Każda trasa była pokonywana w konwoju (w odstępie około 5 minut) przez pojazd badawczy Optifuel Lab i samochód porównawczy Premium Route DXi 11 450 KM Euro 5 Incentive.

Trasa i pomiar spalania jak najbardziej zbliżone do rzeczywistości

Trasą wybraną na jazdy próbne była pętla długości 400 kilometrów wykorzystywana często przez prasę specjalistyczną do jazd testowych. Łączy ona miasta Chambéry, Genewę, Bourg-en-Bresse i Villefranche-sur-Saône i obejmuje wszystkie sytuacje drogowe napotykane przez przewoźników wraz z kilkoma wzniesieniami o maksymalnej wysokości niewiele ponad 500 metrów między 80. a 300. kilometrem (patrz wykres poniżej). Trasa dzieli się na dwie części : od punktu poboru opłat za autostradę w miejscowości Macon Nord do parkingu w Fontanelle i z powrotem.

Ograniczyć do minimum wpływ kierowcy i warunków meteorologicznych

Aby uzyskać jak najbardziej wiarygodne wyniki, pracownicy programu Optifuel Lab starali się ograniczyć do minimum wpływ czynników zewnętrznych. I tak, w celu zmniejszenia wpływu sposobu prowadzenia samochodu przez kierowcę na rezultaty testów, zdecydowano się na zmianę prowadzącego w połowie trasy. Przejazd testowy wykonywano z możliwie jak najczęstszym wykorzystaniem regulatora prędkości, z pokonywaniem podjazdów i zjazdów ze stałą, zaprogramowaną w ten sposób prędkością, ograniczoną do 85 km/h. W ten sam sposób, trasa była pokonywana sześć razy w ciągu dwóch tygodni, aby uniezależnić się od warunków pogodowych wpływających korzystnie lub negatywnie na spalanie.

Zaznaczyć należy, że uzyskany wynik końcowy zmniejszenia spalania o -13% w porównaniu do samochodu seryjnego nie jest najlepszym rezultatem pomiarów wykonywanych podczas sześciu przejazdów, lecz jedynie średnią obliczoną po zrealizowaniu wszystkich testów drogowych. Łącznie w czasie jazd próbnych przejechano blisko 5000 km.

Pomiar zużycia paliwa

Metoda przyjęta do określenia spalania jest oparta na kontroli ilości zużytego paliwa z tankowanego do pełna zbiornika paliwa przed każdym przejazdem trasy od Macon do Macon. Dane o skumulowanym zużyciu paliwa we wcześniej ustalonych, poszczególnych punktach trasy były pobierane z przepływomierza firmy AIC (Automative Information and Control Systems). Przy każdym pomiarze spalania, opisywane były wszelkie szczegółowe warunki testu i uwagi (wiatr, deszcz, nieprzewidziane postoje…).