Harga pompa terpukul keras. Anda menatap meteran, lalu ke dasbor, bertanya-tanya apakah sudah waktunya menukar kendaraan Anda saat ini dengan sesuatu yang mengonsumsi lebih sedikit bahan bakar. Mungkin Anda juga mengkhawatirkan jejak karbon, tetapi gagasan untuk menggunakan listrik setiap malam terasa terlalu merepotkan untuk saat ini.
Masukkan mobil hybrid.
Itu terletak tepat di tengah-tengah yang tidak nyaman itu. Namun sebelum Anda menghapus mesin pembakaran internal atau menandatangani sewa sedan bertenaga baterai, Anda perlu memahami mekanismenya. Bagaimana cara mobil hibrida mengeluarkan 20 atau 30 mil ekstra per galon dari tangki? Apakah jarak tempuh yang lebih baik berarti emisi yang lebih bersih? Dan di manakah model plug-in cocok dengan persamaan ini?
Kami sedang menguraikan anatomi mesin ini. Kami akan melihat bagaimana teknologi berfungsi dan, yang sama pentingnya, bagaimana Anda harus berkendara untuk mendapatkan manfaat maksimal dari teknologi tersebut.
Bensin vs. Listrik: Kesenjangan Mendasar
Hibrida bensin-listrik adalah sebuah kompromi. Ini adalah jembatan antara keandalan tangki bensin dan torsi instan motor listrik. Untuk memahami jembatan, Anda harus memahami tepian yang dihubungkannya.
Mobil berbahan bakar bensin standar sangatlah mudah. Tangki bahan bakar memasok bensin ke mesin pembakaran internal. Mesin memutar transmisi. Transmisi memutar roda. Sederhana.
Mobil listrik (EV) berbeda. Itu bergantung pada baterai. Baterai mengirimkan listrik ke motor listrik. Motor memutar transmisi. Transmisi memutar roda. Tidak ada pembakaran. Tidak ada knalpot.
Hibrida berupaya mengambil yang terbaik dari keduanya. Itu menjaga tangki bensin untuk jangkauan dan kenyamanan. Ia menambah tenaga listrik untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi emisi. Tujuannya adalah mengantarkan Anda ke tujuan tanpa terus-menerus berhenti untuk membeli bahan bakar, sekaligus menjaga agar Anda tidak merasa bersalah terhadap lingkungan.
Di Balik Terpal: Anatomi Hibrida
Hibrida bukan sekedar mesin gas dengan baterai kecil. Itu adalah sistem yang kompleks. Inilah yang sedang Anda hadapi.
Mesin bensin : Ini adalah jantung dari sisi tradisional. Namun, mesin hybrid biasanya lebih kecil dibandingkan mesin non-hybrid. Mereka menggunakan teknologi canggih untuk membakar bahan bakar dengan lebih bersih dan efisien. Perpindahan yang lebih sedikit sering kali berarti lebih sedikit gesekan dan efisiensi termal yang lebih baik.
Tangki bahan bakar : Ini adalah penyimpanan energi untuk mesin gas. Bensin memiliki kepadatan energi yang sangat besar dibandingkan dengan baterai. Sebagai gambaran: dibutuhkan sekitar 1.000 pon (454 kg) baterai untuk menyimpan jumlah energi yang sama dengan satu galon (3,8 liter) bensin. Perbedaan bobot itulah yang menyebabkan hibrida tidak hanya menukar mesin dengan baterai; mereka membutuhkan keduanya.
Motor listrik : Unit ini canggih. Mereka bukan sekedar motor. Perangkat elektronik canggih memungkinkan mereka bertukar peran. Saat Anda perlu berakselerasi, mereka bertindak sebagai motor, mengambil energi dari baterai untuk mendorong mobil maju. Saat Anda melepas gas atau rem, keduanya bertindak sebagai generator. Proses ini, yang dikenal sebagai pengereman regeneratif, menangkap energi kinetik yang seharusnya hilang sebagai panas dan mengirimkannya kembali ke baterai.
Generator : Mirip dengan motor, tetapi hanya menghasilkan listrik. Anda sebagian besar akan melihat ini di hibrida seri. Ini mengubah energi mekanik dari mesin gas menjadi energi listrik untuk mengisi baterai atau menggerakkan motor listrik.
Baterai : Ini menyimpan energi untuk motor listrik. Berbeda dengan tangki bahan bakar yang hanya menyuplai energi ke mesin gas, sistem baterai bersifat dua arah. Motor listrik dapat memanfaatkannya, dan sistem pengereman regeneratif dapat mengembalikan energi ke dalamnya.
Transmisi : Bagian ini sangat bervariasi. Beberapa mobil hybrid, seperti Honda Insight, menggunakan transmisi konvensional yang terlihat dan terasa familier. Lainnya, seperti Toyota Prius, menggunakan pengaturan yang sangat berbeda, seperti Continuously Variable Transmision (CVT) atau e-CVT, yang tidak memiliki gigi tetap sama sekali.
Hibrida Paralel: Pengaturan Paling Umum
Kebanyakan hibrida yang Anda lihat di jalan adalah hibrida paralel. Namanya menggambarkan aliran daya.
Anda memiliki tangki bahan bakar yang memberi makan mesin bensin. Anda memiliki baterai yang memberi daya pada motor listrik. Kedua sumber tenaga tersebut dapat memutar transmisi secara bersamaan. Mereka bekerja secara paralel.
Pengaturan ini memungkinkan fleksibilitas. Pada kecepatan rendah, motor listrik dapat melakukan seluruh pekerjaan. Pada kecepatan jalan raya, mesin gas mengambil alih. Saat akselerasi keras, keduanya mungkin menyala secara bersamaan untuk menghasilkan torsi maksimum. Transmisi hanya menyalurkan tenaga gabungan ke roda.
Seri Hibrida: Loop Generator
Hibrida seri bekerja secara berbeda. Mereka kurang umum terjadi pada mobil penumpang arus utama namun lazim terjadi pada truk dan bus yang lebih besar.
Pada seri hybrid, mesin bensin tidak pernah langsung memutar roda. Sebaliknya, ia memutar generator. Generator itu menghasilkan listrik. Listrik dapat mengisi baterai atau menggerakkan motor listrik. Motor listrik itulah satu-satunya yang menggerakkan transmisi.
Anggap saja sebagai generator bertenaga gas di dalam mobil. Mesin bekerja pada RPM yang stabil dan efisien untuk menghasilkan listrik, yang kemudian menggerakkan motor traksi. Mesin gas dipisahkan dari roda. Hal ini memungkinkan mesin untuk lebih sering beroperasi di zona paling efisien, terlepas dari seberapa cepat mobil melaju.
Mengapa memilih salah satu dari yang lain? Hibrida paralel umumnya lebih efisien pada kecepatan tinggi karena dapat melewati motor listrik sepenuhnya. Seri hibrida unggul dalam lalu lintas stop-and-go karena menghilangkan inefisiensi perpindahan gigi dan pemalasan.
Teknologi terus berkembang. Hibrida plug-in (PHEV) mengambil fondasi ini dan menambahkan paket baterai lebih besar yang dapat diisi dayanya dari stopkontak eksternal. Hal ini memungkinkan jangkauan listrik yang lebih jauh, sehingga mengaburkan batas antara hibrida dan listrik. Namun prinsip intinya tetap sama: menangkap energi, menyimpannya, dan menggunakannya dengan bijak.
Anda sedang melihat sistem yang dirancang untuk mengurangi limbah. Setiap lampu rem adalah kesempatan untuk mengisi ulang. Setiap menit menganggur adalah peluang untuk menghemat bahan bakar. Namun cara Anda mengemudi tetap lebih penting daripada perangkat kerasnya. Kami akan membahasnya selanjutnya.
Trik mendasar di balik mobil hybrid sederhana namun mendalam: Anda dapat mengurangi ukuran mesin bensin secara drastis karena Anda tidak memerlukannya untuk melakukan semua pekerjaan berat. Kendaraan konvensional membutuhkan mesin yang besar dan haus untuk menghasilkan torsi yang dibutuhkan untuk akselerasi cepat. Hibrida menghindari hal ini. Mereka menggunakan komponen yang lebih kecil, lebih ringan, silinder lebih sedikit, dan mengoperasikan mesin pembakaran internal mendekati titik efisiensi beban maksimum.
Hasilnya adalah powertrain yang menyerap bahan bakar, bukan menghabiskannya.
Mengapa Mesin Kecil Membakar Lebih Sedikit Bahan Bakar
Itu tergantung pada fisika dan inersia. Mesin V-8 yang besar itu berat. Setiap kali Anda mempercepat atau mendaki bukit, Anda membuang-buang energi hanya untuk memindahkan beban mati itu. Piston dan poros engkol yang lebih berat memerlukan lebih banyak energi untuk berosilasi ke atas dan ke bawah di dalam lubang silinder.
Lalu ada perpindahan. Silinder yang lebih besar membutuhkan lebih banyak bahan bakar per langkah. Lebih banyak silinder berarti lebih banyak kejadian pembakaran, bahkan ketika mobil dalam keadaan idle atau merangkak di tengah kemacetan. Inilah sebabnya mengapa dua mobil dengan model yang sama, tetapi dengan pilihan mesin berbeda, menghasilkan angka MPG yang sangat berbeda.
Di jalan raya, kedua mesin harus mengeluarkan tenaga yang sama untuk menjaga kecepatan. Namun mesin yang lebih kecil menggunakan lebih sedikit tenaga tersebut untuk menggerakkan gesekan dan bobot internalnya sendiri. Tenaga ekstra sepenuhnya digunakan untuk menggerakkan kendaraan.
Mendapatkan Tenaga yang Cukup dari Mesin Kecil
Jadi, bagaimana mesin hybrid kecil bisa bersaing dengan mobil otot? Bandingkan Chevrolet Camaro dengan V-8 masifnya dengan mobil hybrid pada umumnya. Mesin Camaro berlebihan untuk menjelajah. Ini dibuat untuk skenario tenaga puncak—momen sepersekian detik saat Anda menginjak pedal gas. Kenyataannya, sebagian besar pengemudi hanya menggunakan kapasitas mesin puncak kurang dari satu persen.
Hibrida mengukur mesin bensinnya untuk kebutuhan daya rata-rata, bukan puncak. mesin gas menangani jelajah jalan bebas hambatan dengan baik. Namun saat Anda perlu menyatu ke jalan raya atau mendaki tanjakan terjal, mesin kecil tersebut akan meminta bantuan.
Bantuan itu berasal dari motor listrik dan baterai bertegangan tinggi. Sistem ini bekerja secara instan, menghasilkan surplus torsi yang tidak dimiliki mesin berbahan bakar kecil. Ini adalah serah terima. Mesin gas bekerja dengan stabil; motor listrik yang meledak.
Meningkatkan Penghematan Bahan Bakar dalam 5 Cara Berbeda
Selain pertukaran mesin, kendaraan hibrida menerapkan serangkaian peretasan efisiensi. Beberapa merupakan perbaikan otomotif universal, yang lainnya khusus untuk arsitektur hybrid.
1. Memulihkan Energi dan Menyimpannya di Baterai
Pengereman pada dasarnya adalah tindakan menghancurkan energi. Energi kinetik berubah menjadi panas melalui bantalan gesekan. Panas itu hilang ke atmosfer, hilang selamanya. Hibrida menangkap sebagian energi yang hilang.
Melalui pengereman regeneratif, motor listrik membalikkan perannya. Alih-alih menggunakan daya baterai untuk memutar roda, ia bertindak sebagai generator. Motor menahan putaran roda, memperlambat mobil sekaligus mengisi baterai. Anda mendapatkan kembali energi yang seharusnya terbuang sia-sia.
2. Terkadang Mematikan Mesin
Mengapa membakar bahan bakar saat Anda tidak bergerak? Hibrida dengan mesin pembakaran internal punya alternatif: motor listrik. Saat lampu lalu lintas atau lalu lintas padat, sistem dapat mematikan mesin bensin sepenuhnya. Tidak ada pemalasan. Tidak ada limbah bahan bakar. Motor listrik menjaga aksesoris tetap berjalan dan kendaraan siap bergerak.
3. Menggunakan Aerodinamika Tingkat Lanjut untuk Mengurangi Tarikan
Mengemudi di jalan raya adalah perjuangan melawan hambatan udara. Tarikan aerodinamis menghabiskan sebagian besar tenaga mobil pada kecepatan tinggi. Anda dapat mengurangi hambatan ini dengan meminimalkan area depan. Sebuah SUV mendorong dinding udara yang jauh lebih besar daripada mobil sport.
Hibrida sering kali menampilkan panel bagian bawah bodi mobil yang lebih halus, rumah roda tertutup, dan celah bodi yang lebih sempit. Detail ini mengatur aliran udara, mengurangi turbulensi dan hambatan. Ini bukan hanya tentang penampilan; ini tentang menyelinap di udara dengan hambatan minimal.
4. Menggunakan Ban dengan Daya Guling Rendah
Ban standar adalah kompromi. Mereka memprioritaskan kenyamanan berkendara, pengurangan kebisingan, dan traksi di cuaca basah dibandingkan efisiensi. Namun kelenturan ban menciptakan hambatan gelinding—suatu bentuk hambatan yang memakan bahan bakar.
Hibrida menggunakan ban khusus dengan ketahanan gelinding rendah. Mereka lebih kaku dan bekerja pada tekanan yang lebih tinggi. Hal ini mengurangi energi yang hilang akibat deformasi ban. Pengorbanannya adalah perjalanan yang lebih ketat, namun penghematan bahan bakarnya nyata.
5. Menggunakan Bahan Ringan
Berat badan adalah musuh efisiensi. Mobil yang lebih ringan membutuhkan lebih sedikit energi untuk berakselerasi dan lebih sedikit tenaga untuk mendaki bukit. Hibrida sering kali menggunakan bahan ringan untuk mengurangi berat badan. Komposit aluminium, magnesium, dan terkadang serat karbon menggantikan komponen baja dan plastik yang lebih berat. Massa yang lebih sedikit berarti jarak tempuh yang lebih baik.
Ini adalah pendekatan holistik. Setiap gram yang dihemat, setiap koefisien hambatan berkurang, setiap joule energi kinetik yang dipulihkan bertambah. Mesin bensin hanyalah puncak gunung es. Selebihnya adalah tarian fisika dan elektronik yang rumit, semuanya dirancang untuk membuat Anda terus bergerak sambil membuang energi sesedikit mungkin.
Pertanyaannya bukanlah apakah hibrida bisa berfungsi. Masalahnya adalah apakah kita siap menerima bahwa cara kita berkendara selama satu abad pada dasarnya tidak efisien.
Planetary Gearset pada Inti
Lupakan transmisi tradisional otomatis atau manual. Di dalam Prius, tidak ada paket kopling yang dapat diselipkan, tidak ada konverter torsi untuk mencari penguncian, dan tidak ada titik perpindahan yang dapat dirasakan. Sebaliknya, Toyota mengubur seluruh arsitektur transmisi di dalam satu unit mekanis yang padat: perangkat pemisah daya. Secara harfiah, ini adalah jantung dari sistem hibrida.
Ini bukan sekadar tambahan yang cerdas. Merupakan satu set roda gigi planetary yang secara fisik mengaitkan mesin bensin, generator (motor G), dan motor penggerak (motor A) menjadi satu simpul yang tidak dapat dipisahkan.
Perangkat power split memungkinkan mobil beroperasi seperti hybrid paralel, hybrid seri, dan CVT sekaligus.
Rekayasa di sini brutal dalam kesederhanaannya namun brilian dalam pelaksanaannya. Dengan mengunci ketiga komponen ini pada titik tertentu pada set roda gigi planetary, Toyota menghilangkan kebutuhan akan motor starter terpisah. Generator menghidupkan mesin. Hal ini juga menghilangkan kebutuhan akan tuas transmisi, konverter torsi, atau rumah transmisi konvensional. Hasilnya adalah drivetrain yang terasa tidak berbobot.
Cara Planetary Gear Mengelola Aliran Daya
Untuk memahami cara kerjanya, Anda harus melihat geometri roda gigi. Satu set roda gigi planet standar memiliki tiga bagian utama yang bergerak: roda gigi matahari, roda gigi planet (yang berputar pada pembawa), dan roda gigi ring. Dalam konfigurasi Prius, ini diberi peran khusus.
Mesin bensin terhubung langsung ke sun gear. Ini masukannya. Saat mesin berputar, ia menggerakkan roda gigi matahari, yang selanjutnya mendorong roda gigi planet.
Ring gear terhubung ke motor penggerak listrik. Tapi itu juga terkait langsung dengan diferensial final drive. Artinya kecepatan ring gear menentukan kecepatan roda. Berapa pun kecepatan putaran motor listrik dan ring gear menentukan seberapa cepat mobil bergerak.
Pembawa planet adalah tempat generator dipasang.
Tata letak ini menciptakan hubungan matematis yang unik antara ketiga komponen. Kecepatan sun gear (mesin), ring gear (roda/motor), dan planet pembawa (generator) dikunci bersama oleh rasio roda gigi. Anda tidak dapat mengubah satu hal tanpa mempengaruhi yang lain.
Seri vs. Paralel: Keputusan Terpisah
Hubungan mekanis ini memungkinkan mobil beralih antar mode pengoperasian hybrid dengan mulus tanpa gangguan dalam penyaluran tenaga.
Dalam mode seri, mesin bensin bekerja pada kecepatan tetap untuk menghasilkan listrik. Mesin memutar roda gigi matahari. Pembawa planet (generator) berputar untuk menghasilkan tenaga, yang mengisi baterai atau memberi daya pada motor penggerak. Motor penggerak kemudian memutar ring gear untuk memutar roda. Mesin tidak memiliki hubungan mekanis langsung dengan roda. Ini murni generator.
Dalam mode paralel, mesin bensin memberikan tenaga mekanis langsung ke roda melalui roda gigi planetary. Mesin memutar roda gigi matahari, yang menggerakkan pembawa planet dan roda gigi ring secara bersamaan. Motor listrik dapat membantu atau menolak tenaga tersebut untuk menghasilkan energi.
Perangkat pemisah daya memungkinkan mobil beroperasi seperti hibrida paralel: Motor listrik dapat memberi daya pada mobil dengan sendirinya, mesin gas dapat memberi daya pada mobil dengan sendirinya, atau keduanya dapat memberi daya pada mobil secara bersamaan.
Tapi itu juga memungkinkan mobil beroperasi seperti seri hybrid. Mesin bensin dapat beroperasi secara independen terhadap kecepatan kendaraan, mengisi baterai atau memberikan tenaga ke roda sesuai kebutuhan.
Inti mekanis dari sistem ini bergantung pada pengaturan roda gigi tertentu. Generator terhubung ke roda gigi matahari, sedangkan mesin terhubung ke pembawa planet. Kecepatan ring gear menentukan keluarannya, artinya ketiga komponen harus berkoordinasi secara konstan. Mereka tidak bisa bekerja sendirian.
Akselerasi dimulai dengan listrik. Motor listrik dan baterai memberikan daya dorong awal. Karena ring gear terhubung ke motor, maka motor langsung berputar. Pembawa planet tetap diam. Mesinnya mati, jadi pengangkutnya diam. Tapi ring gearnya sedang bergerak. Hal ini memaksa roda gigi planet berputar, yang memutar roda gigi matahari dan generator. Generator berputar pada kecepatan berapa pun yang diperlukan untuk menjaga mesin tidak aktif.
Mesinnya hanya aktif sekitar 40 mph (64 km/jam). Kecepatan generator berubah secara tiba-tiba. Perubahan ini memutar pembawa planet, menghidupkan mesin bensin. Setelah berjalan, mesin mempertahankan kecepatan konstan. Generator memvariasikan kecepatannya sendiri untuk menyesuaikan dengan kebutuhan keluaran motor listrik.
Akselerasi yang keras memerlukan tenaga ekstra dari baterai. Pada kecepatan jalan bebas hambatan, mobil dijalankan dengan campuran bahan bakar dan listrik. Semua listrik berasal dari generator, bukan baterai, pada tahap tersebut.
Paradoks Tenaga Kuda
Kebanyakan aktivitas mengemudi hanya memerlukan sebagian kecil dari total keluaran sebuah mobil. Menjelajah dengan kecepatan 60 mph (96,6 km/jam) hanya memerlukan tenaga untuk tiga hal:
- Mengatasi hambatan aerodinamis
- Menangkal gesekan pada ban, transmisi, as, dan rem
- Aksesoris running seperti AC, power steering, dan lampu
Untuk sebagian besar kendaraan, total tenaganya kurang dari 20 tenaga kuda. Jadi mengapa membeli mesin 200 tenaga kuda? Anda memerlukan cadangan itu untuk momen “lantai itu”. Di waktu lain, Anda menggunakan daya yang jauh lebih sedikit daripada yang tersedia.
Memaksimalkan Jarak Tempuh Hibrida
Keinginan untuk akselerasi yang cepat mematikan efisiensi. Mesin yang kurang bertenaga sering kali menghasilkan jarak tempuh bahan bakar yang lebih baik dibandingkan model serupa dengan tenaga lebih besar. Lihatlah stiker jendela di dealer mana pun. Perbedaannya sangat mencolok.
Berkendara untuk Efisiensi
Anda mendapatkan jarak tempuh terbaik dari mobil hybrid dengan menggunakan kebiasaan yang juga membantu mobil berbahan bakar bensin.
- Berkendara lebih lambat. Tarikan aerodinamis meningkat drastis seiring kecepatan. Hambatan pada kecepatan 70 mph (113 km/jam) sekitar dua kali lipat dibandingkan pada kecepatan 50 mph (81 km/jam). Kecepatan yang lebih rendah berarti jarak tempuh yang lebih baik.
- Pertahankan kecepatan konstan. Setiap akselerasi menggunakan energi. Sebagian dari energi itu terbuang saat Anda melambat. Kecepatan yang konstan membuat penggunaan bahan bakar menjadi efisien.
- Hindari berhenti mendadak. Motor listrik hybrid berfungsi sebagai generator selama pengereman. Ini memulihkan energi saat mobil melambat. Jika Anda berhenti dengan cepat, rem mekanis akan melakukan sebagian besar pekerjaan. Energi itu terbuang sia-sia. Hal ini juga berlaku pada mobil berbahan bakar bensin. Berhenti tiba-tiba membuang-buang energi.
Sumber
- “Mobil hibrida berbasis diesel.” Waktu Harian. http://www.dailytimes.com.pk/default.asp?page=2006%5C01%5C09%5Cstory_9-1-2006_pg6_13
- FuelEconomy.gov http://www.fueleconomy.gov/
- Honda Insight http://automobiles.honda.com/models/spesifikasi_full_specs.asp? ModelName=Wawasan&Kategori=SEMUA
- HybridCars.com http://www.hybridcars.com/
-Toyota Priushttp://www.toyota.com/prius/specs.html
