Ko je na kraju brži, elektromobili ili tradicionalno pogonjeni automobili?

Stojite na semaforu. Crveno je a vozač pored vas „turira ljutu mašinu“. Njegov problem je što nije primetio da vozite Teslu Model S, ili možda misli da „bela tehnika“ ne može da se meri s njegovih osam cilindara i tandemom turbo punjača. Pali se zeleno a vi nestajete „u tišini“ i ostavljate ga „u prašini“.

Naravoučenije uvoda je da ako iz stanja mirovanja do 100 km/h želite da stignete što brže, električni automobil je prava stvar.

Ovo naravno nije iznenađujuće. Možda za tipa s početka priče, koji je mogao da samo da gleda Teslu kako odmiče. Međutim, konvencionalno pogonjeni automobili i dalje mogu biti brži kada je o maksimalnim brzinama reč. Dakle, gde počiva ključna razlika između ova dva tipa pogona? Uglavnom u transmisiji, ili njenom odsustvu.

Brzina vs ubrzanje

Ovde govorimo o dve različite vrednosti. Ubrzanje se odnosi na to koliko je vremena potrebno za prelazak distance između tačke A i tačke B, dok se brzina odnosi na maksimalnu vrednost koju vozilo može da postigne.

U trkama ubrzanja, primera radi, brže vozilo je ono koje postigne veću izlaznu brzinu, dok ono s boljim ubrzanjem prvo pređe liniju cilja.

Električni automobili mahom bolje ubrzavaju od benzinski pogonjenih modela, ali isto tako (za sada) ne mogu da postignu njihove maksimalne brzine. Dakle, kada je maksimalna brzina u pitanju, konvencionalni četvorotočkaši odnose pobedu, posebno što maksimalnu brzinu mogu da održe u mnogo dužem vremenskom periodu.

Električni automobili generišu mnogo viši obrtni moment u odnosu na one pogonjene benzinskim ili dizel motorima, što je važno, jer je obrtni moment ono što pokreće vozilo. Pored toga, elektromotor eliminiše potrebu za tradicionalnim menjačima. Snaga se šalje direktno na točkove, tako da je ubrzanje momentalno, što električne automobile čini bržim „iz mesta“.

Što se motora s unutrašnjim sagorevanjem tiče, motor prvo mora da pošalje snagu u menjač a zatim se ona distribuira na točkove, tako da ovde govorimo o „pogonskom sklopu“, koji se još može sastojati iz kardanskog vratila i diferencijala. Dakle, proces prenosa snage traje duže, što je od ključnog značaja za kratak sprint, poput onog do „stotke“. Takođe, oko 15 odsto snage se gubi kroz sam pogonski sistem.

Efikasnost u smislu iskorišćenja konjskih snaga

Ukoliko poredimo električni automobil i automobil pogonjen benzinskim agregatom iste snage, EV je sposoban da iskoristi mnogo veći broj „konja“, iz prostog razloga što elektromotor ima manje pokretnih komponenti, tako da one funkcionišu efikasnije.

Istovremeno dostupan maksimalni obrtni moment i pojednostavljen pogonski sistem, dva su faktora koja električnom vozilu omogućavaju da iz stanja mirovanja bude brže od konvencionalnih pandana. Zato ne treba da čudi što Tesla u trkama ubrzanja pobeđuje renomirane supersportske automobile.

Interesantno je da Tesla ne objavljuje fabričke vrednosti koje se tiču snage, ali je naravno Model S P100D svojevremeno, za vreme svoje „vladavine“ drag stazama završio na dinamometru u „Ludicrous“ režimu. Izmereno je 596 ks na točkovima, a iz stanja mirovanja do 100 km/h ovom automobilu je u idealnim uslovima potrebno oko 2,5 sekundi. Ipak, u nekoj realnoj trci na stazi, Model S bi izgubio od Ferrarijevih, Porscheovih, McLarenovih ili Koenigseggovih modela, jer bi ga oni brzo sustigli i prestigli.

Transmisija

Dakle, bez dileme kada je o ubrzanjima reč, električni automobili imaju veliku prednost. Međutim, proizvođači baterijski pogonjenih vozila znaju da njihovi modeli treba da raspolažu adekvatnim performansama na duge staze, što nas vraća na temu transfera snage.

I pored entuzijazma koji vlada oko performansi elektromobila i njihove efikasnosti, prvenstveno zahaljujući odsustvu tradicionalnog menjača, neki inženjeri rade na novom tipu prenosa, posebno namenjenom baterijski pogonjenim vozilima. Razlog upravo leži u tome što je maksimalna brzina električnih automobila kompromitovana odsustvom menjača i manja je nego što bi potencijalno mogla da bude.

Odgovarajuće kreiran sistem transmisije elektromobila, funkcionisao bi kao svojevrstan posrednik, koji bi pomogao kvalitetnijoj isporuci snage, ali i boljoj autonomiji baterije. Ovo bi omogućilo električnim automobilima da se kreću visokim brzinama kroz duže vremenske periode, uz manji gubitak energije. Generalno gledajući, baterije u električnim automobilima pružaju „radijus“ od 400 do 500 kilometara, ali bi napredan sistem transmisije povećao te vrednosti. Ključ je u jednostavnosti, jer bi intervenisao tek toliko koliko bi bilo potrebno da automobil bude efikasan pri visokim brzinama kao što je pri niskim.

Postoje indicije da Tesla radi na novom sistemu prenosa. U neku ruku, dokaz za to je prognozirani sprint novog Roadstera do „stotke“ za samo dve sekunde, što je na kraju ostvario Model S Plaid, mada je interesantno i Porscheovo rešenje, koje smo videli na novom Porsche Taycanu.

Još ponešto

Isporuka obrtnog momenta je parametar koji je poslednjih godina postao prioritet kada je o visokoperformantnim automobilima reč. Kupci žele maksimalni obrtni moment što je brže moguće i što duže dostupan, što je primoralo proizvođače da razmotre različite načine manipulisanja starijom tehnologijom motora s unutrašnjim sagorevanjem.

Pojava električnih vozila na tržištu je značila da je reputacija čak i „najživahnijih“ SUS motora ugrožena. S kompanijama kao što je Tesla sa svojim Ludicrous režimima (pa čak i BMW i3 je pobedio prethodni M3 u startu iz mesta), hajde da pogledamo kako su automobili novog doba uspeli da stvore tako ogromnu prednost u isporuci obrtnog momenta i zašto bi ljubitelji benzinaca definitivno trebalo da poštuju elektromotor.

Isporuka maksimalnog obrtnog momenta motora s unutrašnjim sagorevanjem

Na prvom mestu treba da se upoznamo s izgledom krive obrtnog momenta: polako se penje naviše pre nego što dostigne vrhunac i ponovo se spusti; relativno blaga „grba“ u poređenju sa strmim nagibom krive snage. Da bismo dobili uvid u to šta se dešava na ovom grafikonu, verovatno bi trebalo da pogledamo kako se stvara obrtni moment motora.

Obrtni moment u svom najosnovnijem obliku predstavlja silu okretanja i izračunava se silom (F) pomnoženom s rastojanjem (x). U slučaju klipnog motora, ‘F’ je sila nadole koja gura klip vertikalno i rotira kolenasto vratilo nakon paljenja. ‘x’ je horizontalna udaljenost između radilice i radilice na 270 stepeni u ciklusu motora. Pogledajte dijagram ispod:

To znači da kako se intenzitet detonacije povećava unutar cilindara, sila klipa naniže se takođe pojačava, čime se povećava količina obrtnog momenta koji proizvodi motor. Iako može izgledati logično da što je veća brzina motora, veća je i proizvedena vrednost obrtnog momenta, nažalost to nije tako jednostavno.

Jedna od glavnih varijabli koja spušta krivu obrtnog momenta nakon dostizanja vrhunca odnosi se na poteškoću usisavanja vazduha u motor. Maksimalni obrtni moment će doći u tački u kojoj se kombinacija goriva, vazduha i varnice najbolje poklapa, kada se proizvodi najveća vertikalna sila. Međutim, kako se brzina motora povećava, agregatu postaje teže da uvuče neophodnu količinu vazduha za sagorevanje, koristeći vakuum klipa koji se spušta u cilindar nakon izduvnog takta. ECU je programiran da zadovolji potrebe obrtnog momenta koje je naveo proizvođač, s tim što su mnogi motori podešeni tako da formiraju što je moguće ravniju krivu obrtnog momenta za ravnomernu distribuciju u rasponu obrtaja.

Ogroman nedostatak kada govorimo o isporuci je kašnjenje u dostizanju maksimalnog obrtnog momenta. Počevši od niskog broja obrtaja, brzina motora mora polako da raste do svog maksimalnog praga obrtnog momenta, koji je kod većine atmosferskih motora prilično visok u rasponu obrtaja. Nedostaci obrtnog momenta inherentno postoje u mapiranju SUS motora, nešto što su proizvođači pokušali da minimizuju upotrebom turbopunjača i vektorisanja obrtnog momenta.

Isporuka maksimalnog obrtnog momenta elektromotora

Srećom, kod električnih motora, maksimalni obrtni moment se proizvodi instantno. Kako struja teče kroz elektromotor, povezani električni naboj izaziva rotaciju armature. Ova rotacija unutar unutrašnjeg magnetnog polja uzrokuje nešto što se zove povratna elektromotorna sila, koja se suprotstavlja naponu napajanja. Zamislite da je povratna elektromotorna sila ekvivalenta prirodnoj sili kočenja, slično kao kod SUS motora.

Ukupna neto sila koja se primenjuje na točkove stoga predstavlja razliku između napona napajanja i povratne elektromotorne sile, koja je proporcionalna brzini, tako da što je veća brzina, manja je ukupna neto sila. Ovo objašnjava zašto kriva obrtnog momenta počinje da se smanjuje na EV dinamogramu, dok se elektromotor automobila potiskuje u gornji opseg graničnih performansi.

Suprotno tome, ako je brzina veoma mala (ili nula od samog starta), postoji malo ili nimalo povratne elektromotorne sile, što znači da se napon napajanja odmah izjednačava sa izlaznim obrtnim momentom. Dakle, ako spustite gas, odjednom se primenjuje maksimalni napon, pa je maksimalni obrtni moment odmah dostupan.

S mnogim automobilima vrhunskih performansi koji sada koriste najbolje iz oba sveta, dani motora sa unutrašnjim sagorevanjem još uvek nisu završeni. Kombinacije koja se nalaze u najnovijim hiperautomobilima kao što je Porsche 918 su izuzetno efikasne, jer ne samo što koriste instantno dostupan maksimalan obrtni moment elektromotora što ih čini neverovatno startnim, već su tu i motori s unutrašnjim sagorevanjem kako bi se to ubrzanje održavalo. Elektrika se zatim ponovo koristi za punjenje obrtnog momenta kada je potrebno, što kulminira paketom kreiranim za beskompromisnu brzinu, što uostalom imamo i u Formuli 1.

Iako postoji nešto izuzetno uzbudljivo u održavanju automobila u rasponu maksimalnog obrtnog momenta, čini se da je električni pogon budućnost u svakom pogledu. S vozilima na električni pogon koja sada mogu da ubrzaju od 0-100 km/h za manje od dve sekunde, motor sa unutrašnjim sagorevanjem je zaista potučen.

Rezime

Što se tiče nekih drugih, za vozače mnogo bitnijih stvari, treba reći da su električna vozila energetski efikasnija. Baterije konvertuju 59 do 62 odsto energije u pogonsku silu, dok benzinski pogonjeni automobili za kretanje iskoriste samo 17 do 21 odsto energije koju proizvede motor.

Takođe, električni automobili su ekološki podobniji. Nema emisije izduvnih gasova, tako da su veoma poželjni za eksploataciju u urbanim sredinama, koje su mahom zagađene. Pored toga, sama eksploatacija i redovno održavanje električnog automobila su neuporedivo jeftiniji.

Ono što električnim automobilima ne ide u prilog je što mogu da pređu kraće distance jednim punjenjem. Pored toga, to „punjenje“ traje mnogo duže u odnosu na dolivanje goriva. Međutim, sve se to menja i promeniće se još više u budućnosti.

Jedan od najvećih trenutnih „minusa“ kada je reč o elektromobilima je njihova startna cena, kao i cena paketa baterija, ukoliko dođe do potrebe da se on menja. Ipak, većina zemalja nudi povlastice i subvencije na njihovu kupovinu, a na duge staze će kroz eksploataciju neutralisati razliku u ceni.

Pavle Barta