To takie oczywiste – wsiadamy zimą do wychłodzonego wnętrza auta, a po kilku minutach z kratek leci ciepłe powietrze. Jednak samochodowe ogrzewanie jest wciąż ulepszane, a w przypadku pojazdów elektrycznych stawia przed inżynierami niełatwe wyzwania.
W obliczu ocieplenia klimat samochód całkowicie pokryty szronem to bardzo rzadki widok – niczym z bajki Hansa Christiana Andersena. Ale komora klimatyczna Skody potrafi „zmrozić” auto do -20°C. W takich warunkach, gdy szyby pokrywa gruba warstwa szronu, testuje się ogrzewanie nowych aut.
Lodowe królestwo
Dzięki takiej komorze testy ogrzewania można przeprowadzać przez cały rok. Dawno już minęły czasy, kiedy producenci musieli jeździć gdzieś na północy Europy i w tajnych ośrodkach badać prototypy. Obecnie Skoda ma cztery komory do testowania warunków otoczenia – i z uwagi na rosnącą liczbę modeli, rozwój platformy na rynek indyjski oraz nietypowe wymagania wobec ogrzewania w autach elektrycznych, panuje w nich spory ruch.
Jak przebiega taki test? Przednia szyba samochodu jest spryskiwana wodą, a następnie auto na 12 godzin trafia do komory, w której panuje temperatura -20°C. Woda zamienia się wtedy w grubą warstwę szronu. Takie warunki pozwalają symulować mroźny poranek. Później tester uruchamia silnik i sprawdza skuteczność układu ogrzewania wnętrza na biegu jałowym, aby upewnić się, że 80% przedniej szyby odmarza w ciągu 40 minut. Tego wymagają przepisy.
Jednak Skoda ma swoje, znacznie bardziej ambitne limity: wszystkie samochody, niezależnie od wybranej wersji, muszą znacznie szybciej odmrażać szybę. „Wszystko jest monitorowane za pomocą specjalnego termowizora. To daje nam dokładny obraz sytuacji w nowych modelach – w jaki sposób przednia szyba się nagrzewa i jak topnieje lód” – mówi Jan Hrnčíř, koordynator rozwoju klimatyzacji w Skodzie.
Komora służy też do testowania działania klimatyzacji – powietrze można podgrzać w niej do nawet +40°C. Potężne lampy fluorescencyjne mogą zasymulować taką samą intensywność światła słonecznego jak na pustyni. Projektanci mogą sprawdzić tu również, jak układ wentylacji zachowuje się podczas jazdy: przed samochodem znajdują się potężne wentylatory, które symulują przepływ zimnego powietrza.
Jednak prototypy trafiają do komory klimatyczne dopiero wtedy, gdy są na bardzo zaawansowanym etapie rozwój. „Testy w komorze są zwieńczeniem naszych wysiłków, ponieważ wymagają dużo przygotowań, czasu i pieniędzy” – podkreśla Jan Hrnčíř. „Testowanie trwa co najmniej 2 dni – prace przygotowawcze są skomplikowane i potrzeba cierpliwości, aby samochód całkowicie zamarzł. Gdybyśmy tak późno odkryli, że proponowany przepływ powietrza nie spełnia naszych oczekiwań, znacznie opóźniłoby to rozwój konstrukcji. Na szczęście mamy do dyspozycji modelowanie komputerowe, które pozwala znacznie przyspieszyć fazę testową i to, co niegdyś trwało długie miesiące, zrealizować w kilka dni”.
Dlatego na długo przed zbudowaniem pierwszego prototypu wszystko jest projektowane i testowane w dziale aerodynamiki wewnętrznej. „Zaczynamy od szkicu lub modelu. Na tej podstawie budujemy trójwymiarowy model obliczeniowy, służący do komputerowej symulacji przepływu powietrza we wnętrzu opracowywanego samochodu. Za dane wyjściowe służą pola ciśnienia i prędkości, tzn. uzyskujemy obraz tego, gdzie i jak działa powietrze oraz jaka jest prędkość jego przepływu” – mówi David Svítil, koordynator aerodynamiki wewnętrznej. „Symulacja komputerowa daje nam dobre wyobrażenie o tym, jak zachowa się układ ogrzewania, zanim jeszcze przetestujemy go w komorze” – mówi Jan Hrnčíř.
Komora służy nie tylko do testów odmrażania, ale i testów komfortu – czyli do sprawdzenia, jak szybko i skutecznie samochód może ogrzać swoje wnętrze. W przypadku silników benzynowych jedynym źródłem ciepła jest silnik. W przypadku jednostek wysokoprężnych istnieje też dodatkowy podgrzewacz (PTC), który w oparciu o dane z kilku czujników (temperatura powietrza, temperatura płynu chłodzącego, wybrana temperatura w kabinie i czas od uruchomienia silnika) automatycznie podgrzewa silnik w trzech etapach z mocą 300 W. Jest to możliwe dzięki wysokiej efektywności obecnych diesli, pracujących przy minimalnym zużyciu ciepła.
A na życzenie dostępne jest też ogrzewanie pomocnicze ze zdalnym sterowaniem pilotem i funkcją programowania na określoną godzinę. Takie rozwiązanie zwiększa komfort użytkowania przy minimalnych kosztów – pół godziny ogrzewania „kosztuje” około 0,2 litra paliwa. Równoważy to fakt, że podobną ilość paliwa oszczędza się z uwagi na brak konieczności podgrzewania silnika. Co więcej, motor, który najpierw został rozgrzany z pomocą ogrzewania pomocniczego, po uruchomieniu emituje mniej spalin niż zimny układ napędowy.
Wyzwania dla aut elektrycznych
Nowe modele Skody budowane na platformie MQB37, takie jak np. model Superb, oferują liczne funkcje układu ogrzewania. W najnowocześniejszych konstrukcjach jednostka sterująca uwzględnia m.in. informacje o liczbie pasażerów (na podstawie zapiętych pasów bezpieczeństwa), co skutkuje większą wydajnością ogrzewania i chłodzenia.
Funkcja ta będzie szczególnie ważna w samochodach elektrycznych i hybrydach plug-in, w których ogrzewanie jest jednym z najbardziej energochłonnych układów.
Auta na prąd korzystają z nowego układu ogrzewania, który wykorzystuje podgrzewacz podobny jak w dieslach, tyle że mocniejszy. Nie ma tutaj dodatkowego czynnika grzewczego (w autach z silnikami spalinowymi jest nim woda) – elektryczna nagrzewnica konwektorowa podgrzewa powietrze bezpośrednio płynące z otworów wentylacyjnych. I może zrobić to bardzo szybko.
Nie jest więc prawdą, że pojazdy elektryczne mają słabe ogrzewanie. Wręcz przeciwnie, potrafią grzać mocniej i szybciej niż samochody z silnikiem spalinowym. Wymaga to jednak sporej ilości energii, a więc i rozsądnego nią zarządzania. W miarę rozwoju infrastruktury ładowania auta na prąd pozwolą swoim użytkownikom wstępnie ogrzać wnętrze lub schłodzić wnętrze, gdy jeszcze będą podłączone do prądu, bez zużywania energii w akumulatorze. Podczas jazdy będą musiały tylko utrzymywać panującą w kabinie temperaturę.
