Γιατί τα ηλεκτρικά οχήματα έχουν κιβώτια με μία μόνο σχέση;

Σε αυτά που γνωρίζουμε μέχρι στιγμής, ένα συμβατικό αυτοκίνητο μπορεί να διαθέτει μηχανικό ή αυτόματο κιβώτιο, με πέντε, έξι ή και περισσότερες σχέσεις. Πως γίνεται όμως και τα αμιγώς ηλεκτρικά μοντέλα αρκούνται σε μία και μόνο σχέση μετάδοσης;

Τρίτη, 23 Μαρτίου 2021 | Μιχάλης Κατωπόδης Επικοινωνία

Το παραπάνω μπορεί, σε πρώτη ανάγνωση, να ακούγεται αφύσικο. Στην πράξη, όμως, υπάρχουν πολλές διαφοροποιήσεις γύρω από την εμπειρία χρήσης ενός αμιγώς ηλεκτρικού αυτοκινήτου. Και αυτές έχουν να κάνουν με την αρχή λειτουργίας και με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των ηλεκτροκινητήρων, έναντι των κλασικών κινητήρων εσωτερικής καύσης.

Προτού περάσουμε στην απάντηση του αρχικού ερωτήματος, θα πρέπει να μπορούμε να αντιληφθούμε ορισμένα βασικά ζητήματα μηχανολογίας. Και, αντιστοίχως, να κατανοήσουμε τη χρησιμότητα του ίδιου του κιβωτίου ταχυτήτων. Χοντρικά, το τελευταίο αποτελείται από ένα σύστημα γραναζιών, που υποπολλαπλασιάζει την ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα -αυξάνοντας ταυτόχρονα τη ροπή- έτσι ώστε να οδηγεί τους τροχούς.

Τι εννοούμε με αυτό; Ας το δούμε με ένα παράδειγμα. Σκεφτείτε να μπορούσαμε να συνδέσουμε απευθείας σε έναν κινητήρα αυτοκινήτου, ένα τροχό. Εκκινώντας, ο τροχός αυτός θα περιστρεφόταν αυτομάτως με την ίδια γωνιακή ταχύτητα. Με 900 στροφές ανά λεπτό, όπως είναι συνήθως το ρελαντί. Για μία μέση διάμετρο τροχού 0,65 μέτρα, αυτό θα σήμαινε πως, από στάση, θα βρισκόταν ξαφνικά να κινείται στο δρόμο με μία ταχύτητα περίπου 110 km/h. Εάν τώρα επιταχύναμε μέχρι τις στροφές του κόφτη, στις 6.500 rpm, η θεωρητική ταχύτητα αυτού του τροχού θα έφτανε τα 780 km/h!

Όπως καταλαβαίνετε, έχοντας ένα ωφέλιμο εύρος λειτουργίας από τις 900-6.500 στροφές ανά λεπτό (για τους περισσότερους κινητήρες εκεί έξω) θα έπρεπε να βρεθεί ένας τρόπος να μειωθεί αρκετά αυτή η «αναλογία» περιστροφής, ώστε να είναι σε θέση το αυτοκίνητο να κινηθεί. Και μιλάμε τόσο για τις πολύ μικρές ταχύτητες, όσο και για μία φυσιολογική τελική, ας πούμε 200 km/h.

Αυτήν ακριβώς την αλλαγή στη σχέση μετάδοσης καλύπτει, μεταξύ άλλων, το κιβώτιο ταχυτήτων. Μέχρι στιγμής, όμως, έχουμε μεταφέρει μόνο τη μισή πληροφορία που χρειαζόμαστε. Η άλλη μισή έρχεται με την κατανόηση των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών ενός μηχανικού συνόλου. Στην περίπτωση των συμβατικών κινητήρων, όπως προείπαμε, μιλάμε για ένα σχετικά περιορισμένο εύρος λειτουργίας, από τις 900 έως και τις 6.500 rpm. 

Σε λιγότερες στροφές ένας τέτοιος κινητήρας δεν μπορεί να διατηρήσει σταθερή λειτουργία, ούτε βεβαίως και χαμηλά να προσφέρει ικανοποιητική ισχύ και ροπή. Αντίστοιχα, όσο ανεβαίνουν οι στροφές, μεγαλώνει η κατανάλωση, ο θόρυβος, ενώ αυξάνεται και η φθορά του συνόλου.

Η λύση, στην προκειμένη περίπτωση, έρχεται με τη χρήση περισσότερων της μίας σχέσης, στο κιβώτιο. Αυτές μάλιστα αλληλοκαλύπτουν η μία την άλλη, στο εύρος των ταχυτήτων κίνησης, έτσι ώστε να επιτρέπουν στον κινητήρα να λειτουργεί σε μία βέλτιστη περιοχή στροφών. Για παράδειγμα, η πρώτη, που είναι η πιο κοντή, βοηθά για την εκκίνηση αλλά δεν μπορεί να υπερβεί συνήθως τα 40-45 km/h. Με τη σειρά της, η δευτέρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί μεν από τα 20-90 km/h (στα περισσότερα μοντέλα), στην πράξη όμως, πριν από τα 40 km/h, ένας μέσος οδηγός αλλάζει σε τρίτη, ώστε να ρίξει και πάλι τις στροφές. 

Όλα όσα αναφέραμε μέχρι στιγμής είναι περιττά, όταν μιλάμε για ένα αμιγώς ηλεκτρικό αυτοκίνητο. Και ο λόγος είναι ο εξής. Οι ηλεκτροκινητήρες μπορούν να λειτουργούν σε ένα πολύ μεγαλύτερο εύρος στροφών, πρακτικά από το μηδέν, έως πάνω από τις 20.000 rpm. Ταυτόχρονα μάλιστα και η λειτουργία τους μπορεί να θεωρηθεί σταθερή, προσφέροντας σχεδόν παντού τις μέγιστες τιμές ισχύος και ροπής! 

Ας ξανακάνουμε, λοιπόν, την ίδια πράξη. Η ταχύτητα κίνησης μπορεί να υπολογιστεί διαιρώντας τις στροφές του κινητήρα προς το λόγο μετάδοσης, επί την περίμετρο του ελαστικού. Άρα, διατηρώντας τον ίδιο τροχό, διαμέτρου 0,65 μέτρων και με μία μόνο σχέση, που υποπολλαπλασιάζει, ας πούμε, 10 φορές την ταχύτητα περιστροφής του μοτέρ, θα είχαμε τα εξής. 

Αρχικά, από τη στιγμή που ένας ηλεκτροκινητήρας μπορεί πρακτικά να λειτουργήσει από μηδέν στροφές, είναι σε θέση και να εκκινήσει το αυτοκίνητο από στάση. Στο όριο περιστροφής του, πάλι (στις 20.000 rpm), με τη μία και μόνη σχέση στο κιβώτιο, θα μπορούσε να προσφέρει θεωρητική τελική ταχύτητα 240 km/h. Ενδεικτικά, με τα ίδια δεδομένα, σε ένα συμβατικό κινητήρα, θα παίρναμε ένα εύρος κίνησης από τα 11 έως τα 78 km/h…

Αυτός είναι και ο λόγος που τα περισσότερα αμιγώς ηλεκτρικά αυτοκίνητα χρησιμοποιούν μία μόνο σχέση για τη μετάδοση της κίνησης. Εδώ θα πρέπει να πούμε πως υπάρχουν και κάποια, λίγα, ηλεκτρικά μοντέλα που έχουν δύο σχέσεις, όπως η Porsche Taycan. Αυτά όμως αποτελούν τις εξαιρέσεις του κανόνα, λόγω των πολύ υψηλών ταχυτήτων που επιτυγχάνουν.

Πηγή:www.drive.gr