Günümüzde elektrikli otomobillerin büyük çoğunluğu vites kutusu kullanmıyor. Bunun olmasının üç ana nedeni var, ancak ayrıntılara derinlemesine dalmadan önce vites kutusunun ne olduğunu ve içten yanmalı motorlu bir arabada ne işe yaradığını açıklamamız gerekiyor. Böylece elektrikli otomobillerde vites kutusunun neden temel bir önem taşımadığını anlamak daha kolay olacaktır. Ayrıca faydalı bir katkı olabileceği durumları ve ne gibi faydalar getirdiğini de açıklamaya çalışacağız.
Şanzıman nedir ve İYM'li bir arabada ne işe yarar?
İYM motorlar, elektrik motorlarından farklı olarak aracı hareket ettirebilmek için rölantide yeterli tork üretmezler, daha fazla tork üretebilmek için daha yüksek devirlere ihtiyaç duyarız. Ancak motor devir aralığı sınırlıdır ve bunun sonucunda aracın hızı da sınırlı olacaktır ve bu nedenle vites kutuları kullanıyoruz. Özetle, nihai tahrik oranıyla birleştirilmiş bir dişli kutusu bir tork çarpanıdır. Dişli ve nihai dişli oranlarını daha önce duymuş olabilirsiniz, ancak belki de bu rakamların ne anlama geldiğini bilmiyordunuz.
Dişli oranıyla başlayalım. Buzlu aracınızda 1. vitesi seçtiğinizi varsayalım. Ayrıca 1. vitesin 3:1 oranına sahip olduğunu varsayalım. Bu, motor tarafından üretilen torkun 3 ile çarpıldığı anlamına gelir. Otomobilin tekerleklerinde torkun kaç kat arttığını belirlemek için nihai tahrik oranını da dikkate almamız gerekir. Yine nihai dişli oranı 3:1 ise, arabanın tekerlek torku motor torkunun dokuz katıdır. Aracınızın motoru yukarıdaki oranlarda 1. viteste 200 Nm tork üretiyorsa tekerlek torku 200 Nm x 9 = 1800 Nm olur.
Vites kutusu olmadan bu çarpma mümkün olmazdı ve gaza bastığımızda bile araba hareketsiz kalırdı. İYM'li bir arabadaki vites kutusu, motorun güç ve tork özelliklerini, farklı yüklerdeki verimliliğini ve elbette mühendislerin seçilen araç için belirlediği en yüksek hızı mükemmel bir şekilde birleştirecek şekilde tasarlanmalıdır.
Bu çözümler, son on yıllardaki büyük gelişmelere rağmen hâlâ bir uzlaşmadır. Şanzımanlar tüm aktarma organlarına kendi verimsizliklerini uygulayarak yakıt tüketimini ve enerji kayıplarını artırır.
Elektrikli otomobillerde durum nedir?
Elektrik motorları, dişli kutusu geliştirmedeki mühendislik sorunlarını çözen ve çoğu durumda dişli kutusunu gereksiz kılan üç doğal özelliğe sahiptir. Bu özellikler; sıfır devirden itibaren yüksek tork, elektrik motorlarının yüksek devir kapasitesi ve elektronik olarak sınırlandırılmış azami hızlardır. Bu özellikleri tek tek ele alalım.
Sıfır devirden itibaren yüksek tork oldukça açıktır. Dişli kutularının esas olarak tork çoğaltıcı cihazlar olduğunu unutmayın. Sıfır devirden itibaren yüksek torka sahipseniz, birden fazla dişli oranı kullanarak bunu daha da artırmanıza gerek yoktur.
Ancak kritik önem taşıyan şey yüksek devir kapasitesidir. Elektrik motoru 20.000 dev/dk'ya kadar dönebildiğinden ve tüm aralıkta yüksek tork sağlanabildiğinden, en yüksek hıza yalnızca tek bir oran ile kolayca ulaşılabilir. Elektrikli bir otomobilin elektronik olarak sınırlandırılmış azami hızı bunun nihai nedenidir. Bunun nedeni yalnızca vites kutusunun olmaması değil, aynı zamanda mevcut yüksek voltajlı pillerin sıvı yakıtlara kıyasla nispeten düşük enerji içeriğinden kaynaklanıyor.
Bunu daha iyi anlamak için BMW i4 eDrive 40'a bir göz atalım - 0-5000 dev/dak arasında 430 Nm maksimum motor torkuna ve 11,115:1 birleşik dişli ve son dişli oranına sahiptir. Bu, tekerlek torkunun 4780 Nm olduğu anlamına gelir! Elektrikli arabaların genel olarak neden trafik ışıklarının kralı olduğu artık açık.
Arabanın maksimum hızının 190 km/saat olduğunu varsayalım. En yüksek hızda motor 16.500 rpm'de döner. Tipik otoyol hızı olan 130 km/saat'te motor yaklaşık 11.300 rpm'de döner. Bu örnekte de görebileceğiniz gibi elektrik motoru, redüktöre ihtiyaç duymadan tüm ihtiyaçları karşılayacak yeterli devir aralığına sahiptir.
Porsche ve Audi paradigması
Porsche Taycan ve Audi E-Tron GT'nin her ikisi de arka motorda iki vitesli şanzıman kullanıyor. Şimdi gitmeden önce “Hey, az önce bize elektrikli arabalarda vites kutusuna ihtiyaç olmadığını söylediniz.” İdeal olarak, daha hızlı hızlanma için düşük ve orta hızlarda kısa bir dişli oranına ve elektrik motorunun devrini azaltmak için daha yüksek hızlarda daha uzun bir dişli oranına sahip olmak isteriz.
Neden daha yüksek hızlarda motor devrini düşürmemiz gerekiyor? Peki, iki nedenden dolayı. Her şeyden önce, motorun devrini azaltarak verimliliğini artırıyoruz (daha az ters emf ve girdap akımı yoluyla) ve böylece arabanın menzili de artıyor. İkinci neden ise motorun aşırı dönmesine gerek kalmadan daha yüksek azami hızlara ulaşma olanağıdır.
İki vitesli dişli kutularının benimsenmesiyle ilgili sorun, bunların elektrik motorlarının ürettiği muazzam ve anlık torku idare etmedeki teknik zorluktur. Bununla birlikte, bazı üreticiler şu anda elektrikli otomobiller için iki vitesli şanzımanlar geliştiriyor.
Bunları sağlam bir güvenilirlik ve makul fiyatla geniş ölçekte üretmeyi başarırlarsa, yalnızca Porsche Taycan ve Audi e-Tron GT gibi süper otomobiller yerine daha fazla ana akım otomobilin bunları kullandığını görebiliriz. Ancak ekstra karmaşıklık ve yüksek fiyat, potansiyel faydalardan çok daha ağır basıyor.
