Przyszłość motoryzacji. Tłumaczymy dokładnie, na czym polega fenomen silników elektrycznych

Silniki elektryczne w samochodach to żadna nowość, ale dopiero w ostatnich latach mamy do czynienia z prawdziwą rewolucją. Dlaczego jest to napęd przyszłości?

Silniki spalinowe przeszły bardzo długą drogę, aby osiągnąć obecnie uzyskiwane parametry. Konstruktorzy stawali na głowie, aby spełniały one wyśrubowane normy emisji spalin, a przy tym oferowały dobry stosunek osiągów do zużycia paliwa. W efekcie silniki stały się niezwykle skomplikowanymi urządzeniami, złożonymi z tysięcy części. Nie tylko koszt produkcji stawał się coraz większy, ale rosły także koszty utrzymania oraz napraw. Rosła efektywność spalania mieszanki paliwowo-powietrznej oraz oczyszczania spalin, a także redukowano opory wewnętrzne silników. Innymi słowy, wyciśnięto z nich wszystko, co się dało.  Czy to wystarczy? Nie, dlatego do akcji wkraczają silniki elektryczne, które z założenia są znacznie lepszymi urządzeniami od silników o spalaniu wewnętrznym. Dlaczego tak się dzieje i na czym dokładnie polega fenomen elektromobilności? Odpowiadamy na te pytania w niniejszym artykule.

Silnik elektryczny, a spalinowy

W silniku spalinowym energia mechaniczna powstaje wskutek spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. Wzrost ciśnienia w komorze spalania wytwarza siłę, która porusza tłok. Sprawność silników spalinowych wynosi ok. 30-40 proc. To oznacza, że nawet 70 proc. paliwa jest marnowane na wytworzenie ciepła, które następnie zostaje oddane do otoczenia. Silnik elektryczny jest nieporównywalnie bardziej kompaktowy i prostszy w budowie. W dużym uproszczeniu, w silniku elektrycznym potrzebne są głównie dwa elementy – stojan i wirnik. W jeszcze większym uproszczeniu prąd płynący przez uzwojenie stojana wytwarza pole elektromagnetyczne, które następnie wprawia w ruch wirnik i tak powstaje moment obrotowy.

Volkswagen,Volkswagen, fot. materiał promocyjny Volkswagen


Podstawową zaletą silników elektrycznych jest ich sprawność, która może sięgać nawet ponad 90 proc. To oznacza, że niemal cała energia dostarczona w postaci prądu jest wykorzystywana do napędzania kół. Silnik elektryczny generuje maksymalny moment obrotowy w bardzo szerokim zakresie prędkości obrotowych, a jego maksymalna prędkość obrotowa jest znacznie wyższa niż w przypadku silników spalinowych. W nowszych konstrukcjach przekracza nawet 20 tys. obr./min. Dzięki temu nie ma konieczności stosowania skrzyń biegów w autach z napędem elektrycznym.

Mniej znaczy więcej

W samochodach elektrycznych silniki umieszczane są przeważnie na osiach napędowych. Niesie to za sobą kilka korzyści. Przede wszystkim, nie ma niepotrzebnych elementów pośredniczących w przekazywaniu napędu na koła. Po drugie, ich kompaktowa konstrukcja pozwala znacznie zwiększyć rozstaw osi, a dzięki temu, wnętrze pojazdu jest znacznie bardziej przestronne. Zobaczymy to wyraźnie, gdy porównamy elektrycznego Volkswagena ID.3 do Volkswagena Golfa. Ten pierwszy ma nadwozie krótsze o ok. 2 cm, a rozstaw osi większy o 15,1  cm. ID.3 nie ustępuje Golfowi także pod względem pojemności bagażnika.

Volkswagen,Volkswagen, fot. materiał promocyjny Volkswagen

Odnawialna energia

Zdecydowana większość samochodów na świecie z silnikami spalinowymi wykorzystuje paliwa kopalne, których spalanie niesie negatywne konsekwencje dla naszego klimatu. Do produkcji energii elektrycznej także wykorzystuje się paliwa kopalne, ale udział odnawialnych źródeł energii w miksie energetycznym rośnie i będzie wzrastał. W przypadku aut spalinowych perspektywy na wykorzystywanie syntetycznych paliw są znacznie mniejsze, a i tak ich produkcja pochłania znaczną ilość prądu, którą przecież można wykorzystać do napędzania silników elektrycznych i to w znacznie efektywniejszy sposób. Już dziś, wielu właścicieli aut elektrycznych ładuje ich baterie, wykorzystując prąd z własnych instalacji fotowoltaicznych. To najlepszy scenariusz zarówno pod względem ekonomicznym jak i ekologicznym.

Energia, która wraca

Jadący samochód posiada energię kinetyczną. W przypadku samochodów z konwencjonalnym napędem hamowanie polega na zamianie energii kinetycznej na ciepło w wyniku tarcia w układzie hamulcowym. Oznacza to, że energia uzyskana ze spalania paliwa jest wysyłana bezpowrotnie do powietrza. W przypadku samochodów elektrycznych może to wyglądać zupełnie inaczej. Chodzi oczywiście o rekuperację, czyli odzyskiwanie energii z hamowania. Jest to możliwe, dlatego, że silniki elektryczne mogą pełnić także funkcję generatora prądu i zamieniać energię kinetyczną pojazdu na energię elektryczną. To bardzo ważny aspekt, ponieważ nie tylko zmniejsza zużycie energii i zwiększa zasięg, ale także pozwala na dużo wolniejsze zużycie elementów układu hamulcowego. W aucie elektrycznym pierwsza wymiana okładzin ciernych może się odbyć nawet po przejechaniu ponad 250 tys. km.

Volkswagen,Volkswagen, fot. materiał promocyjny Volkswagen

Inteligentna rekuperacja

Rekuperacja może także pozytywnie wpływać na sposób jazdy, zwiększając jej płynność. W samochodach Volkswagena z rodziny ID. możemy spotkać się z inteligentną rekuperacją, która siłę hamującą wytwarzaną przez silniki elektryczne dopasowuje do sytuacji na drodze. W trybie jazdy "D" pierwszeństwo ma tzw. "żeglowanie", czyli swobodne toczenie się samochodu. Jeśli jednak pojazd zbliża się do zakrętu lub ronda, silniki elektryczne zaczną stawiać większy opór, a więc rekuperacja wzrośnie. Akumulator zyska dzięki temu energię, a samochód odpowiednio zmniejszy prędkość. To samo stanie się, kiedy pojazd zacznie zbliżać się do innego samochodu na drodze, poruszającego się z mniejszą prędkością. Układ rekuperacji pozwoli na wyrównanie prędkości bez potrzeby użycia hamulca. Dzięki takiemu rozwiązaniu kierowca musi rzadziej przenosić stopę na pedał hamulca, a energia wykorzystywana jest efektywniej, co pozwala na zwiększenie zasięgu.

Volkswagen,Volkswagen, fot. materiał promocyjny Volkswagen

Volkswagen pokazuje przyszłość

Volkswagen wyraźnie pokazuje, w jakim kierunku zmierza przyszłość niemieckiej marki. Inwestycje poczynione w rozwój elektrycznych układów napędowych wskazują, że z tej drogi nie ma już odwrotu. W gamie modelowej już teraz znajdziemy 5 samochodów elektrycznych. Zaczynając od kompaktowego ID.3 o znakomitym zasięgu, przez SUV-y ID.4 oraz ID.5, a także elektryczną limuzynę ID.7, którą już niedługo zobaczymy na drogach, kończąc na zupełnie wyjątkowym modelu, jakim jest ID.Buzz. Volkswagen ogłosił także, że wprowadzi na rynek auto elektryczne, którego cena nie przekroczy 25 tys. euro. Kryje się on pod nazwą ID. 2all, a jego premiera ma odbyć się w 2025 roku i może okazać się prawdziwym przełomem w segmencie aut elektrycznych.

Materiał promocyjny marki Volkswagen

Więcej o: