Γιατί οι 150 ίπποι ενός ηλεκτρικού μοιάζουν «περισσότεροι» από ενός θερμικού;

Ο ίππος είναι η ίδια μονάδα ισχύος για κάθε κινητήρα. Αυτό που αλλάζει είναι η απόκριση στο γκάζι, ο τρόπος απόδοσης της ροπής και η ισχύς που τελικά φτάνει στους τροχούς.

Πατάς το γκάζι σε ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο 150 ίππων και αυτό που νιώθει το σώμα σου δεν συμβαδίζει με οσα έχεις στο μυαλό σου από ένα αντίστοιχων ίππων βενζινοκίνητο. Ειδικά μέσα στην πόλη, το άμεσο τράβηγμα δημιουργεί την εντύπωση ότι οι ίπποι του είναι… περισσότεροι. Δεν υπάρχει όμως διαφορετικός «ηλεκτρικός ίππος». Υπάρχει, όμως, διαφορετικός τρόπος να φτάνει η δύναμη στον δρόμο και να γίνεται αισθητή στον οδηγό. Οι 150 ίπποι περιγράφουν τη μέγιστη ισχύ του κινητήρα, δηλαδή τον ρυθμό με τον οποίο μπορεί να παράγει μηχανικό έργο. Δεν μας λένε πόση ισχύς είναι διαθέσιμη σε κάθε ταχύτητα, πόσο γρήγορα αποκρίνεται το αυτοκίνητο στο γκάζι ή πόσο ζυγίζει. Γι’ αυτό δύο μοντέλα με ίδιο αριθμό ίππων μπορούν να έχουν διαφορετικές επιδόσεις και ακόμη πιο διαφορετική αίσθηση.

Από τον κινητήρα μέχρι τους τροχούς

Στα βενζινοκίνητα και τα diesel, η εργοστασιακή ισχύς αναφέρεται κατά κανόνα στην έξοδο του κινητήρα, στον στρόφαλο, όπως λέμε. Πρόκειται για τον άξονα που μετατρέπει την παλινδρομική κίνηση των εμβόλων σε περιστροφή. Η ισχύς αυτή δεν φτάνει ολόκληρη στους τροχούς, επειδή μεσολαβεί το σύστημα μετάδοσης. Βασικό μέρος του είναι το κιβώτιο ταχυτήτων. Ο θερμικός κινητήρας λειτουργεί σε συγκεκριμένο εύρος στροφών και αποδίδει τη μέγιστη ισχύ του σε ένα ακόμη πιο περιορισμένο τμήμα αυτού του εύρους. Το κιβώτιο προσαρμόζει τη σχέση ανάμεσα στις στροφές του κινητήρα και στις στροφές των τροχών, ώστε το αυτοκίνητο να μπορεί να ξεκινά, να επιταχύνει και να ταξιδεύει με υψηλή ταχύτητα.

Μια χαμηλή σχέση, όπως η πρώτη, μειώνει περισσότερο την ταχύτητα περιστροφής προς τους τροχούς και πολλαπλασιάζει τη ροπή που φτάνει σε αυτούς. Μια υψηλότερη σχέση επιτρέπει μεγαλύτερη ταχύτητα του αυτοκινήτου χωρίς υπερβολικές στροφές του κινητήρα. Το κιβώτιο δεν δημιουργεί επιπλέον ισχύ: ανταλλάσσει ταχύτητα περιστροφής με ροπή. Στη διαδρομή υπάρχουν επίσης το διαφορικό, που επιτρέπει στους κινητήριους τροχούς να περιστρέφονται με διαφορετική ταχύτητα στις στροφές, και τα ημιαξόνια, που μεταφέρουν την κίνηση στους τροχούς. Ανάλογα με τη διάταξη, μπορεί να μεσολαβούν και άλλα εξαρτήματα.

Όλα αυτά έχουν απώλειες. Υπάρχουν τριβές στα γρανάζια και στα ρουλεμάν, αντίσταση από τα λιπαντικά και, ανάλογα με τον τύπο του κιβωτίου, ενέργεια που απαιτείται για τη λειτουργία αντλιών και άλλων μηχανισμών. Μέρος της μηχανικής ισχύος μετατρέπεται σε θερμότητα. Έτσι, η ισχύς στους τροχούς είναι μικρότερη από την ισχύ εξόδου του κινητήρα.

Τι αλλάζει στο ηλεκτρικό

Ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να αποδίδει χρήσιμη ροπή σε πολύ μεγαλύτερο εύρος στροφών και να περιστρέφεται με υψηλές ταχύτητες. Γι’ αυτό, στα περισσότερα ηλεκτρικά αυτοκίνητα δεν χρειάζεται συμβατικό κιβώτιο πολλών σχέσεων.

Χρειάζεται όμως μετάδοση. Συνήθως υπάρχει ένας μειωτήρας σταθερής σχέσης: ένα σύστημα γραναζιών που μειώνει τις στροφές του ηλεκτροκινητήρα και αυξάνει τη ροπή προς τους τροχούς. Υπάρχουν επίσης ρουλεμάν, συνήθως διαφορικό και ημιαξόνια. Η απλούστερη αυτή διάταξη μπορεί να περιορίζει τις μηχανικές απώλειες και να κρατά την ισχύ στους τροχούς πιο κοντά στην ισχύ εξόδου του κινητήρα. Δεν σημαίνει ότι λειτουργεί χωρίς απώλειες ή ότι κάθε ηλεκτρικό έχει υποχρεωτικά μικρότερες απώλειες από κάθε θερμικό. Παίζουν ρόλο η κατασκευή, η διάταξη της μετάδοσης και οι συνθήκες λειτουργίας.

Ένα καθαρά υποθετικό παράδειγμα εξηγεί τη διαφορά: από έναν κινητήρα 150 ίππων, με απώλειες μετάδοσης 10%, φτάνουν στους τροχούς 135 ίπποι. Με απώλειες 5%, φτάνουν 142,5 ίπποι. Τα ποσοστά είναι ενδεικτικά για τον υπολογισμό, όχι μετρήσεις ή γενικός κανόνας για τις δύο τεχνολογίες. Επίσης, οι εργοστασιακοί ίπποι ενός ηλεκτρικού δεν πρέπει να θεωρούνται αυτομάτως ίπποι μετρημένοι στους τροχούς. Και εκεί χρειάζεται να γνωρίζουμε σε ποιο σημείο του συστήματος προσδιορίζεται η ισχύς.

Γιατί το ηλεκτρικό δείχνει πιο δυνατό

Η βασική εξήγηση βρίσκεται στην απόκριση και στη ροπή. Η ροπή περιγράφει την περιστροφική δράση του κινητήρα και μετριέται σε νιουτόν μέτρα, ή Nm. Μπορούμε να τη σκεφτούμε όπως όταν χρησιμοποιούμε ένα κλειδί για να περιστρέψουμε μια βίδα: μετρά τόσο η δύναμη που εφαρμόζουμε όσο και η απόστασή της από τον άξονα περιστροφής.

Ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να αναπτύξει μεγάλη ροπή ήδη από την εκκίνηση. Όταν πατάς το γκάζι, δεν χρειάζεται να περιμένεις να ανεβάσει στροφές ένας θερμικός κινητήρας ή να κατεβάσει σχέση ένα αυτόματο κιβώτιο. Η απόκριση μπορεί να είναι σχεδόν άμεση και το τράβηγμα συνεχόμενο, χωρίς διακοπές για αλλαγές ταχυτήτων στα μοντέλα με μία σχέση. Αυτό δεν σημαίνει ότι όλη η ιπποδύναμη είναι διαθέσιμη από στάση. Η ισχύς εξαρτάται από τη ροπή και την ταχύτητα περιστροφής. Με ακίνητο άξονα, ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να ασκεί ροπή, αλλά η μηχανική ισχύς στην έξοδό του είναι μηδενική. Καθώς αρχίζει να περιστρέφεται, μπορεί να παράγει και μηχανική ισχύ.

Ούτε η σύγκριση μόνο των Nm αρκεί. Ένας θερμικός κινητήρας με λιγότερη ροπή στον στρόφαλο μπορεί, μέσω μιας κοντής σχέσης κιβωτίου, να στείλει μεγάλη ροπή στους τροχούς. Για την επιτάχυνση μετρά η δύναμη που τελικά ασκείται στον δρόμο, σε συνδυασμό με το βάρος και την πρόσφυση. Αν λοιπόν ένα ηλεκτρικό και ένα θερμικό έχουν το ίδιο βάρος και τους ίδιους ίππους, κανένα δεν είναι αυτομάτως γρηγορότερο. Το ηλεκτρικό μπορεί να αντιδρά πιο άμεσα και να δείχνει πιο ζωηρό στις χαμηλές ταχύτητες. Το ποιο κερδίζει όμως στο 0–100 χλμ./ώρα ή σε μια προσπέραση εξαρτάται από την ισχύ στους τροχούς σε όλη τη διάρκεια της επιτάχυνσης, τη μετάδοση και την πρόσφυση. Σε υψηλότερες ταχύτητες αποκτά μεγαλύτερη σημασία και η αεροδυναμική αντίσταση.

Η ενεργειακή απόδοση είναι διαφορετικό πλεονέκτημα

Οι απώλειες της μετάδοσης αφορούν την ισχύ που έχει ήδη παραγάγει ο κινητήρας. Διαφορετικό ζήτημα είναι πόση ενέργεια χρειάστηκε για να την παράγει.

Ο θερμικός κινητήρας μετατρέπει μόνο μέρος της χημικής ενέργειας του καυσίμου σε μηχανικό έργο. Μεγάλο μέρος αποβάλλεται ως θερμότητα, κυρίως μέσω της εξάτμισης και του συστήματος ψύξης. Ο ηλεκτροκινητήρας μετατρέπει πολύ μεγαλύτερο ποσοστό της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική κίνηση, αν και υπάρχουν απώλειες τόσο στον ίδιο όσο και στα ηλεκτρονικά ισχύος και στην υπόλοιπη διαδρομή της ενέργειας.

Ένα σύγχρονο παράδειγμα είναι η νέα ηλεκτρική Mercedes-Benz CLA. Η εταιρεία αναφέρει απόδοση 93% από την μπαταρία στους τροχούς σε μεγάλες αποστάσεις. Δηλαδή, στις συνθήκες που αφορά η συγκεκριμένη τιμή, από κάθε 100 μονάδες ηλεκτρικής ενέργειας που παρέχει η μπαταρία, οι 93 αξιοποιούνται ως μηχανική ενέργεια στους τροχούς. Η τιμή αφορά τη διαδρομή μέσω των ηλεκτρονικών ισχύος, του κινητήρα και της μετάδοσης, δεν περιλαμβάνει τις προηγούμενες απώλειες φόρτισης και δεν ισχύει σταθερά σε κάθε συνθήκη. Μάλιστα, η CLA διαθέτει κιβώτιο δύο σχέσεων στον πίσω άξονα.

Eδώ βρίσκεται η βασική διάκριση. Όταν ένας βενζινοκινητήρας αποδίδει 150 ίππους στον στρόφαλο, οι ενεργειακές απώλειες της καύσης έχουν ήδη προηγηθεί. Δεν αφαιρούμε ξανά από αυτούς τους ίππους τη θερμότητα που έφυγε στην εξάτμιση. Αντίστοιχα, όταν ένας ηλεκτροκινητήρας αποδίδει 150 ίππους στον άξονά του, οι δικές του απώλειες μετατροπής έχουν ήδη προηγηθεί.

Η υψηλότερη ενεργειακή απόδοση εξηγεί γιατί η ηλεκτρική κίνηση χρειάζεται λιγότερη ενέργεια για να παράγει το ίδιο μηχανικό έργο. Δεν κάνει τους ίππους περισσότερους. Στην καθημερινότητα, το ηλεκτρικό συνδυάζει αυτή την αποδοτικότητα με την άμεση απόκριση και τη δυνατότητα ανάκτησης μέρους της ενέργειας κατά την επιβράδυνση. Η πραγματικά διαθέσιμη ισχύς μπορεί πάντως να επηρεάζεται από τη θερμοκρασία και το επίπεδο φόρτισης της μπαταρίας, ανάλογα με το μοντέλο.

Τελικά, 150 ηλεκτρικοί ίπποι είναι «περισσότεροι»;

Ως μονάδα ισχύος, όχι. Ως ισχύς που τελικά φτάνει στους τροχούς, όμως, μπορεί να υπάρχει διαφορά. Επειδή η μετάδοση του ηλεκτρικού έχει μικρότερες μηχανικές απώλειες, μεγαλύτερο μέρος των ονομαστικών 150 ίππων φτάνει στους τροχούς σε σχέση με ένα θερμικό ίδιας ισχύος. Αυτό είναι πραγματικό πλεονέκτημα, όχι απλώς αίσθηση, αλλά το μέγεθός του εξαρτάται από τα αυτοκίνητα που συγκρίνουμε. Παράλληλα, η άμεση απόκριση στο γκάζι και η μεγάλη ροπή στις χαμηλές στροφές κάνουν τη δύναμη του ηλεκτρικού πιο εύκολα αισθητή, ιδιαίτερα στην πόλη. Έτσι, οι ίδιοι εργοστασιακοί ίπποι μπορεί να δίνουν πιο ζωηρό τράβηγμα, χωρίς αυτό να εγγυάται καλύτερο 0–100 χλμ./ώρα ή ταχύτερη προσπέραση. Το βάρος, η πρόσφυση, η μετάδοση και η διαθέσιμη ισχύς σε κάθε ταχύτητα καθορίζουν τις επιδόσεις. Οι ίπποι λοιπόν δεν αλλάζουν. Αυτό που πράγματι μπορεί να αλλάζει είναι πόσοι φτάνουν στους τροχούς και πόσο άμεσα αξιοποιούνται όταν πατάμε το γκάζι.

Πηγή – Autotypos

ΔΙΑΦΗΜΙΣΗ

BUY & SELL IN CYPRUSwww.buyme.cy