Kako radi prijenos u hibridnim vozilima? Koliko su elektri?ni i hibridni automobili štetni za okoliš? Zašto vodikove ?elije nisu šire dostupne? U ovom tekstu možete pro?itati odgovore na ta i sli?na pitanja vezana uz alternativne pogone u automobilima. Elektri?na struja kao pogonska energija svakako je sve ?eš?a u osobnim automobilima, što sigurno ima prednosti (poput mild hybrid rješenja), ali nije sve kod elektri?nog automobila novo, revolucionarno ili ?ak i dobro za svaku primjenu.
Elektromotor u kota?u: da ili ne?
Ferdinand Porsche prvi je u Lohner-Porscheu koristio elektromotor u svakom kota?u. Danas, uz ra?unalno vektoriranje momenta (jednostavnije re?eno, reguliranje snage motora poslane na pojedini kota?), isti princip koriste i novi automobili poput Tesle, Koenigsegga ili Rimca. S jedne strane, korištenje sklopa motora i kota?a olakšava izmjene u slu?aju ošte?enja ili kvara, osigurava se kompaktnost pogona te se smanjuje broj mehani?kih komponenti prijenosa, a time i cijena i mehani?ki gubici. No, na taj se na?in znatno pove?ava neovješena masa vozila i nepovoljno se utje?e na dinami?ke karakteristike automobila poput NVH (noise, vibration, harshness; buka, vibracije, grubost kao karakteristike u kabini koje osjete putnici), efikasnosti ovjesa, upravljivosti i agilnosti.
Što je i kako radi CVT?
U hibridima (npr. hibridna Honda CR-V) ?esto rješenje za pogon je CVT (eng. continuously variable transmission); takav ste automatski mjenja? najvjerojatnije ve? sreli u skuterima. Princip rada CVT-a može se ilustrirati zamišljanjem konusnih zup?anika povezanih remenom; navo?enjem remena na odre?eni dio konusnog ruba zup?anika mijenja se prijenosni omjer. Taj efekt promjene polumjera još se može ilustrirati promjenom prijenosnog omjera kakva se jasno vidi na prijenosima na biciklima. Na taj na?in je motor mogu?e držati na niskim okretajima za krstarenje ili na visokim za ubrzavanje, jer ulazna i izlazna os nisu ovisne o me?usobnoj brzini vrtnje. Osim u skutere, CVT prijenosi ugra?ivani su i u generatore, motorne sanjke, poljoprivredne strojeve, vojna vozila, ali i u putni?ke automobile (npr. nizozemski DAF 600). Smanjivanjem gubitaka i razvojem precizne kontrole, CVT mjenja?i ?e postati ?eš?i u automobilima, a ponekad se programiraju tako da nude i zadane prijenosne omjere (npr. Subaru BRZ).
Kako radi hibrid bez mjenja?a?
Jedna varijanta hibridnog sustava je korištenje motora s unutarnjim izgaranjem samo za pogon generatora elektri?ne energije, pa ga je mogu?e specijalizirati za te uvjete rada i minimalnu potrošnju. Kota?e pogoni elektromotor (ili više njih), koji ima viši stupanj iskoristivosti i povoljniju krivulju okretnog momenta. Tako npr. Koenigsegg Regera koristi snažni okretni moment koji elektromotori imaju i pri najnižim okretajima kako bi ubrzao automobil do granice na kojoj se pogonu može priklju?iti i twin-turbo benzinski V8 bez korištenja mjenja?a. Regera koristi fiksni prijenosni omjer od 2,73:1 i hidrauli?ki kuplung za odvajanje V8 motora s elektromotorm na radilici od diferencijala i elektromotora pri stražnjim kota?ima.
Vodikove ?elije
Još jedan zanimljivi sustav izumljen ve? u 19. stolje?u su vodikove ?elije. Kao i konvencionalne baterije, sastoje se od anode, katode i elektrolita, a temelje se na sintezi vode iz kisika i vodika uz iskorištavanje elektrona oslobo?enih tijekom procesa. Široki raspon iskoristivosti (40-85%) ovisi o varijanti i dodatnim sustavima pretvorbe energije, a gotovo jedini nusprodukt je voda. Proizvodni proces za potrebno gorivo i same ?elije za sad je još relativno skup i složen, ali prednost im je ?isti nusprodukt (voda).
Svemirska utrka ubrzala je razvoj vodikovih ?elija. General Motors je 1966. proizveo Chevrolet Electrovan, prvi putni?ki automobil koji je koristio vodikove ?elije. Doseg mu je bio oko 160 – 240 km (100 – 150 milja), a maksimalna brzina oko 113 km/h (70 milja na sat). Proizveden je samo jedan, a imao je dva sjedala; ostatak prostora kombija iskorišten je za spremnike goriva i vodikove ?elije, jer je ipak bio testni prototip. Danas se neka vozila s vodikovim ?elijama (npr. autobusi) korisnicima nude samo preko leasinga.
Elektromotori i baterije
Po?eci eksperimentiranja s elektromotorima sežu u prvu polovicu 18. stolje?a. Osnovni princip rada elektromotora je induciranje elektri?ne struje u vodi?u magnetskim poljem u pokretu. To je skra?eni izraz Faradayevog zakona o indukciji (prva polovica 19. stolje?a). Elektromotor dovoljan za pogon osobnog automobila može biti i lakši od ekvivalentnog motora s unutarnjim izgaranjem, ali teške su baterije. Može ih se ugraditi u podnicu automobila radi održavanja niskog težišta, ali treba im osigurati adekvatno hla?enje pri radu, izolaciju dok automobil miruje po zimi te pravilno punjenje i pražnjenje, za što se brine i na?in povezivanja ?elija i upravlja?ka elektronika; za osiguravanje vijeka trajanja, skra?ivanje trajanja punjenja te produživanje dosega automobila, za baterije se grade posebna ku?išta i programiraju upravlja?ki sustavi (battery management system). Automobilske baterije sastavljene su od stotina ili tisu?a elektrokemijskih jedinica koje se moraju prazniti i puniti jednakomjerno i ?uvati od pregrijavanja ili preniskih temperatura (od kojih pada efektivni kapacitet baterije). treba osigurati brzo punjenje. Faktor ograni?enja prakti?nosti uporabe elektri?ne energije za pokretanje automobila je dostupnost brzog punjenja, ali i elektri?na mreža uop?e; premda automobil ide na struju, i ta se struja mora negdje i nekako proizvesti, a materijali iz automobila pravilno odložiti i reciklirati nakon uporabnog vijeka.
Štetnost za okoliš
Pri ekološkoj usporedbi konvencionalnih i elektri?nih automobila za osobni promet treba uzeti u obzir i cijenu elektri?ne energije potrebne za punjenje flote, na?ine dobivanja te elektri?ne energije, kao i cijene i na?ine dobivanja (i, jednoga dana, recikliranja) potrebnih materijala (npr. za baterije). Procjene oko toga su složene, ali možda je najmanje upitan zaklju?ak da proces proizvodnje baterija rezultira emisijama ugljikovog dioksida ovisno o veli?ini baterija. No, prema više priznatih fizi?ara, kemi?ara, klimatologa i inženjera, ugljikov dioksid nije jedina ili potpuno primjerena mjera zaga?enja niti je (jedini ili glavni) uzro?nik klimatskih promjena. Budu?i da takva rasprava zaslužuje zasebnu temu, ostanimo pri automobilima i op?eprihva?enim posljedicma njihove uporabe. Prema suvremenim istraživanjima, kod ispuha motora na fosilna goriva posebno su za okoliš štetni drugi spojevi (npr. dušikovi oksidi), a kod automobila uop?e po?inju se mjeriti i istraživati emisije nevezane za ispuh: krute ?estice i prašina nastala habanjem asfalta, guma i ko?nica. Korištenje elektri?nog automobila nije pranje ruku od štetnih emisija, ali automobili uop?e (bilo elektri?ni ili na naftne derivate) svakom novom generacijom postaju ?iš?i, a osim toga, daju ogroman doprinos okretanju zup?anika svakodnevnog života svijeta.
