Nowy bolid H2H to dzieło studentów z Koła Naukowego “Silniki Spalinowe”, działającego przy Katedrze Pojazdów Samochodowych na Wydziale Mechanicznym Politechniki Krakowskiej. Konstrukcja z hybrydowym układem napędowym – silnikiem spalinowym, przystosowanym do zasilania wodorem oraz silnikiem elektrycznym – powstała na gruncie wieloletnich prac badawczych naukowców Katedry Pojazdów Samochodowych, którzy jako pierwsi w Polsce prowadzili prace nad konwersją silników spalinowych na wodorowe. W tym roku zespół kierowany przez prof. Marka Brzeżańskiego zaprezentował silnik tłokowy przystosowany do zasilania wodorem, a teraz jego rozwiązanie stało się inspiracją dla studentów.

– Naszym studentom udało się stworzyć pojazd, który jest zasilany zarówno wodorem, jak i klasycznie benzyną, a jednocześnie jest hybrydą – mówił podczas prezentacji nowego bolidu rektor PK prof. Andrzej Szarata. I podkreślał: – Nie jest to technologia, którą wzięto z gotowego samochodu. Studenci opracowali wszystko od zera, sami. Ich wiedza, kompetencje i umiejętności są na absolutnie światowym poziomie, dlatego, że takich samochodów po prostu nie ma.

– Połączenie dwóch silników – spalinowego, zasilanego wymiennie benzyną i wodorem oraz elektrycznego – daje nam nie tylko nowatorski wynalazek, ale też szczególne narzędzie badawcze, które będzie służyło kolejnym pokoleniom inżynierów przemysłu samochodowego do bardzo ważnych badań z zakresu chociażby emisji spalin – dodaje prof. Jerzy Sładek, dziekan Wydziału Mechanicznego PK.

Paliwo przyszłości

Wykorzystany w bolidzie silnik spalinowy pochodzi z motocykla. Ma moc 118 kW (160 KM), objętość skokową 988 cm3 i 6-biegową skrzynię sekwencyjną. Silnik elektryczny posiada moc maksymalną 44kW. Maksymalny moment obrotowy to 120Nm. Silnik zasilany jest baterią litowo-jonową o napięciu znamionowym 72V i pojemności 50Ah. Całkowita masa bolidu to 720 kg.

– Przeanalizowaliśmy dane techniczne silnika motocyklowego i okazało się, że silnik ten nie do końca nadaje się do napędu bolidu. Silnik motocyklowy jest przewidziany do napędu jednostek o znacznie mniejszej masie, dodatkowo układ nie posiada wstecznego biegu. Zastosowanie silnika elektrycznego w układzie hybrydowym rozwiązuje te problemy, ponieważ silnik elektryczny ma maksymalny moment obrotowy w zakresie małych prędkości obrotowych. Dodatkowo realizacja kierunku obrotu wału silnika elektrycznego jest prosta do wysterowania. Daje to możliwość jazdy do przodu i do tyłu – tłumaczy Michał Gawliczek, student czwartego roku kierunku pojazdy samochodowe, jeden z konstruktorów pojazdu.

Studenci, pod opieką mentorów z uczelni, stworzyli więc hybrydowy napęd wodorowo-elektryczny. – W tym przypadku jest to układ hybrydowy równoległy, w którym silnik elektryczny ma możliwość odzysku energii w trakcie jazdy. Wodór to paliwo przyszłości w świecie motoryzacji, stąd jego wybór, ale bolid można tankować także benzyną. Studenci osiągnęli to poprzez równoczesne podłączenie układu zasilania benzyną oraz układu zasilania wodorem. Używane w trakcie jazdy paliwo można w każdej chwili zmienić - nie musimy w tym celu pojazdu gasić, opróżniać zbiornika i tankować ponownie. To rozwiązanie pozwala zbadać jakie jest stężenie toksycznych składników spalin przy zasilaniu benzyną, a jakie przy wodorze w danym punkcie pracy silnika, przy danej prędkości jazdy, prędkości obrotowej czy danym obciążeniu. To wszystko możemy zmierzyć w czasie rzeczywistym – dodaje dr Łukasz Rodak, opiekun Koła Naukowego “Silniki Spalinowe”.

Obliczeniowa prędkość maksymalna pojazdu to 180 km/h. – Obliczenia zostały dokonane dla zaproponowanego hybrydowego układu napędowego. Na podstawie przeprowadzonych przez nas wyliczeń pojazd powinien mieć zasięg 50 km przy w pełni naładowanej butli z wodorem i baterii trakcyjnej – mówi Michał Gawliczek.

Wymagający gokart

Jak podaje uczelnia, większość elementów konstrukcyjnych pojazdu takich jak: elementy układu zawieszenia, układu kierowniczego, układu paliwowego, układu napędowego zostały zaprojektowane i wykonane we własnym zakresie przez studentów. Mowa tu o m.in. o konstrukcji zawieszenia, projekcie mocowania silników, wycinaniu czy spawaniu elementów pojazdu. Studenci wykonali też projekt 3D ramy bolidu, na podstawie którego powstał pierwszy model karoserii z aluminium. – To o wiele tańszy materiał od laminatu czy włókna węglowego, a różnica w wadze końcowej pojazdu jest niewielka. Aspekt ekonomiczny studenckiego projektu był bardzo istotny. Studenci rozrysowali elementy karoserii, które zostały laserowo wycięte, a następnie przymocowane do ramy. W pewnym sensie była to także nauka całego procesu uzyskania gotowego nadwozia pojazdu – od projektu do efektu końcowego – podkreśla dr Rodak.

Największą różnicą w sposobie jazdy pomiędzy bolidem H2H a zwykłym samochodem jest to, że bolid nie ma systemów wspomagania kierowania. Żeby dobrze nim skręcić trzeba włożyć w manewr trochę siły. Bolid nie ma też systemów korekcji jazdy przy zagrożeniu poślizgiem (ESP) ani ABS (zapobiegania blokowaniu kół). Hamowanie na nawierzchni bez przyczepności opiera się głównie na umiejętnościach kierowcy.

– To zupełnie inne wrażenie z jazdy – mówi Jakub Wagner, jeden z konstruktorów i kierowca bolidu H2. – Wspomagania nie ma żadnego, aczkolwiek pojazd jest dość nisko położony. Niski środek ciężkości sprawia, że prowadzi się go bardzo dobrze, ale z racji umiejscowienia silników duża część masy znajduje się na tyle pojazdu, przez co trzeba być bardzo czujnym w niesprzyjających warunkach drogowych. Samochód jest dość lekki i ma szacunkowo wysoką moc. Podczas jazdy przypomina gokart, ale oczywiście jest dużo bardziej skomplikowany ze względu na dwa silniki, przełożenia na silniku spalinowym i sprzęgło, których w gokartach brak.

Do badań, nie wyścigów

Pojazd nie będzie służył do wyścigów i nie będzie podlegał homologacji. Ma status tzw. “nośnika technologii”, a więc będzie używany do prowadzenia zajęć dydaktycznych i badań naukowych.

– Między innymi do porównania emisji spalin na paliwie alternatywnym, w tym wypadku wodorze, z emisją silnika napędzanego benzyną. Będzie też służyć do badania hybrydowego układu napędowego w ramach zajęć dydaktycznych ze studentami. Nasi młodsi koledzy będą np. badać pobór energii z baterii oraz jej odzysk podczas hamowania – tłumaczy kolejny z grupy konstruktorów, Paweł Wojdylak.

Nad konstrukcją pracowali: Dominik Gamoń, Rafał Włodarczyk, Łukasz Czaicki, Michał Gawliczek, Kamil Guśtak, Jakub Wagner, Mateusz Franczak, Paweł Wojdylak, Oliwia Smorąg, Hubert Curzydło.  Opiekunami Koła są dr inż. Łukasz Rodak, który pomagał zespołowi od strony koncepcyjnej i silnikowej oraz dr inż. Krzysztof Weigel-Milleret, odpowiedzialny za nadzór nad projektem od strony układu kierowniczego, hamulcowego, zawieszenia i przeniesienia napędu.