Harga pompa kembali melonjak. Anda menatap nosel, menghitung secara mental, dan bertanya-tanya apakah sudah waktunya membuang mesin pembakaran internal untuk selamanya. Mungkin pemikiran untuk menukar pengemudi harian Anda dengan kendaraan listrik plug-in (BEV) terlintas di benak Anda. Tapi kecemasan akan jangkauan itu nyata. Anda menginginkan efisiensi. Anda ingin emisi yang lebih rendah. Anda tentu tidak ingin ditambatkan ke stasiun pengisian daya selama tiga jam setelah perjalanan.
Masukkan mobil hybrid.
Ini adalah jalan tengah. Namun apa yang sebenarnya terjadi ketika tangki bensin mengeluarkan 20 atau 30 mil ekstra per galon? Apakah jarak tempuh yang lebih baik secara otomatis berarti jejak kaki yang lebih bersih? Dan di mana posisi hibrida plug-in dalam persamaan ini?
Kami sedang menguraikan mekanisme hibrida bensin-listrik. Kita akan melihat bagaimana sistem ini menggabungkan sumber daya dan bagaimana Anda dapat menggerakkannya untuk memaksimalkan efisiensi.
Tenaga Bensin vs. Tenaga Listrik
Hibrida secara harfiah adalah hibrida. Dibutuhkan yang terbaik dari dunia ICE (mesin pembakaran internal) dan memasangkannya dengan rangkaian penggerak listrik. Untuk memahami kompromi ini, Anda harus melihat sisi ekstremnya.
Mobil Bahan Bakar:
1. Tangki bahan bakar menampung bensin.
2. Bensin memberi makan mesin.
3. Mesin memutar transmisi.
4. Transmisi memutar roda.
Mobil Listrik:
1. Baterai menyimpan listrik.
2. Baterai memberi daya pada motor.
3. Motor memutar transmisi.
4. Transmisi memutar roda.
Hibrida ini mencoba menjaga kenyamanan pengisian bahan bakar di pompa bensin sekaligus memangkas konsumsi bahan bakar pada opsi pertama. Ini adalah keseimbangan kepadatan energi dan torsi listrik.
Anatomi Hibrida Bensin-Listrik
Hibrida bukan hanya mesin gas dengan baterai kecil. Itu adalah sistem yang kompleks. Berikut adalah komponen inti yang membuat keajaiban terjadi.
Mesin Bensin
Kelihatannya seperti mesin standar, tetapi disetel berbeda. Hibrida biasanya menggunakan mesin yang lebih kecil—terkadang empat silinder di mana V6 digunakan pada mobil konvensional. Mereka menggunakan teknologi canggih untuk membakar lebih bersih dan efisien. Mesin tidak selalu menjadi penggerak utama.
Tangki Bahan Bakar
Di sinilah kepadatan energi penting. Bensin memiliki dampak yang sangat besar dibandingkan dengan baterai. Untuk menyimpan jumlah energi yang sama dengan satu galon gas, Anda memerlukan sekitar 1.000 pon sel baterai. Bobot sebesar itu menjadi penghalang bagi sebagian besar kendaraan penumpang. Tangki bahan bakar tetap menjadi sumber energi utama jangka panjang.
Motor Listrik
Ini bukanlah permulaan yang sederhana. Mereka adalah unit canggih yang dikendalikan oleh elektronik canggih. Motor listrik dalam hibrida adalah jalan dua arah. Ia bertindak sebagai motor, mengambil tenaga dari baterai untuk membantu mempercepat mobil. Namun juga bisa berfungsi sebagai generator. Saat Anda melepas gas atau menginjak rem, motor membalikkan fungsinya. Ini menangkap energi kinetik dan memasukkannya kembali ke baterai. Ini adalah aksi pengereman regeneratif.
Generator
Berbeda dengan motor traksi, tugas komponen ini hanya menghasilkan listrik. Ini terutama ditemukan dalam pengaturan hybrid seri. Itu tidak memutar roda secara langsung.
Baterai
Ini menyimpan energi untuk motor listrik. Berbeda dengan tangki bahan bakar yang hanya menyalurkan energi keluar, baterai hybrid dapat menerima energi. Motor listrik mengembalikan tenaga saat pengereman, dan mesin gas dapat mengisi dayanya saat berkendara.
Transmisi
Di sinilah desainnya sangat berbeda. Beberapa hibrida menggunakan transmisi roda gigi konvensional. Honda Insight misalnya, menggunakan transmisi otomatis multi-gear. Lainnya, seperti Toyota Prius, menggunakan arsitektur berbeda secara fundamental yang memadukan input mesin dan motor secara terus menerus.
Hibrida Paralel
Pada hybrid paralel, kedua sumber tenaga dihubungkan ke roda. Mesin gas dapat memutar transmisi. Motor listrik juga dapat memutar transmisi. Mereka bisa bekerja sama.
Pada kecepatan rendah, motor listrik dapat melakukan seluruh pekerjaan. Pada kecepatan jalan raya atau dalam akselerasi yang keras, mesin dan motor bekerja secara bersamaan. Ini adalah pendekatan yang mudah. Anda mendapatkan manfaat torsi listrik tanpa pengaturan seri yang rumit.
Seri Hibrida
Hibrida seri beroperasi secara berbeda. Mesin bensin tidak pernah menggerakkan roda secara langsung. Sebaliknya, ia bertindak sebagai perluasan jangkauan.
Mesin gas memutar generator. Generator itu menghasilkan listrik. Listrik tersebut mengisi baterai atau menggerakkan motor listrik yang menggerakkan transmisi. Ini pada dasarnya adalah mobil listrik dengan generator bertenaga bensin. Pengaturan ini memungkinkan mesin bekerja pada RPM paling efisien secara konstan, berapa pun kecepatan kendaraan, namun hal ini menyebabkan hilangnya efisiensi dalam proses konversi.
Paradoks Efisiensi Mesin Kecil
Rahasia strategi kinerja mobil hybrid bukan hanya tentang penambahan listrik; ini tentang membuat mesin pembakaran internal lebih kecil. Mobil konvensional membutuhkan mesin yang besar dan haus untuk menghasilkan torsi yang cukup untuk akselerasi yang cepat. Sebuah hibrida menukar V-8 itu dengan unit empat silinder atau bahkan tiga silinder yang kompak.
Mengapa mengecilkan mesin meningkatkan efisiensi? Itu tergantung pada fisika dan gesekan. Mesin besar itu berat. Setiap kali Anda mempercepat atau mendaki bukit, Anda mengangkut logam ekstra tersebut. Di dalam blok, piston dan poros engkol yang lebih besar membutuhkan lebih banyak energi untuk bergerak ke atas dan ke bawah. Perpindahan silinder yang lebih besar berarti lebih banyak bahan bakar yang diinjeksikan per langkah. Dan jangan lupakan silindernya sendiri—masing-masing silinder menyala dan membakar bahan bakar bahkan saat mobil dalam keadaan idle atau meluncur.
Dua mobil identik, mesin berbeda. Di jalan bebas hambatan dengan kecepatan 65 mph, keduanya membutuhkan tenaga kuda yang sama untuk mempertahankan kecepatan. Namun mesin yang lebih kecil membakar lebih sedikit bahan bakar hanya untuk bekerja sendiri. Mesin ini beroperasi mendekati beban puncaknya, di mana efisiensi termal paling tinggi, sementara mesin besar bekerja dengan RPM yang rendah dan tidak efisien.
Menjembatani Kesenjangan Kekuatan
Jadi, bagaimana mesin mungil bisa mengimbangi Camaro ZL1? Tidak. Dan itu tidak perlu.
Pada mobil tradisional, ukuran mesin untuk performa puncak. Anda meletakkannya di jalan raya, dan V-8 besar berteriak untuk memberikan torsi maksimum. Namun inilah kenyataan pahitnya: sebagian besar pengemudi menggunakan daya puncak tersebut kurang dari 1% sepanjang waktu. Sisa perjalanannya adalah perjalanan pulang pergi, berlayar, dan berhenti.
Hibrida memisahkan kekuatan dari kebutuhan. Mesin berbahan bakar gas dirancang untuk memenuhi kebutuhan daya rata-rata —cukup untuk menjaga mobil tetap melaju pada kecepatan jalan raya. Saat Anda perlu melakukan akselerasi dengan cepat atau mendaki tanjakan yang curam, motor listrik akan bekerja. Motor ini memberikan torsi instan yang tidak dimiliki mesin berbahan bakar gas kecil. Sinergi ini berarti mesin tidak perlu terlalu besar untuk acara yang jarang terjadi dan memiliki permintaan tinggi.
Lima Taktik Memaksimalkan MPG
Selain pertukaran mesin, kendaraan hibrida juga menggunakan teknologi khusus untuk menghasilkan setiap mil dari satu galon. Beberapa diantaranya adalah trik efisiensi standar; yang lain bersifat eksklusif-hibrida.
1. Pengereman Regeneratif: Menangkap Limbah Panas
Saat Anda mengerem, pada dasarnya Anda membuang energi. Energi kinetik berubah menjadi panas di bantalan rem dan menghilang ke udara. Dalam hibrida, energi tersebut tidak hilang.
Sistem ini menggunakan pengereman regeneratif. Saat Anda melepas pedal gas atau menginjak rem, motor listrik membalikkan fungsinya. Alih-alih menarik tenaga untuk memutar roda, ia bertindak sebagai generator. Hambatan tersebut memperlambat mobil sekaligus mengisi baterai bertegangan tinggi. Anda menangkap energi yang seharusnya hilang.
2. Start-Stop Otomatis: Membunuh Idle
Pemalasan adalah pemborosan bahan bakar. Tidak ada pekerjaan yang dilakukan, tapi mesinnya membakar bensin. Hibrida dengan sistem start-stop canggih mematikan mesin sepenuhnya saat mobil berhenti—misalnya, saat lampu merah atau lalu lintas padat. Begitu Anda melepaskan rem, motor listrik atau starter akan aktif untuk menghidupkan kembali mesin dengan lancar. Tidak ada gas yang terbakar saat mobil dalam keadaan diam.
3. Pengurangan Tarikan Aerodinamis
Pada kecepatan jalan raya, hambatan aerodinamis adalah musuhnya. Tugas utama mesin bukanlah menggerakkan mobil; itu mendorong mobil di udara.
Hibrida sering kali menampilkan garis atap yang lebih rendah, panel bagian bawah bodi mobil yang lebih halus, dan bahkan lubang roda yang tertutup. Pilihan desain ini mengurangi area depan dan memperlancar aliran udara. Hambatan yang lebih sedikit berarti mesin tidak perlu bekerja keras untuk mempertahankan kecepatan, sehingga secara langsung meningkatkan penghematan bahan bakar.
4. Ban dengan Ketahanan Gulingan Rendah
Ban standar adalah kompromi. Mereka harus tenang, nyaman, dan nyaman saat hujan atau salju. Mereka tidak dibuat untuk efisiensi. Mobil hibrida menggunakan ban khusus dengan ketahanan guling rendah. Mereka lebih kaku dan sering kali bekerja pada tekanan yang lebih tinggi. Hal ini mengurangi kelenturan pada dinding samping dan gesekan pada bidang kontak, sehingga memungkinkan mobil melaju lebih jauh dengan tenaga yang lebih sedikit.
5. Penurunan Berat Badan
Berat adalah pembunuh penghematan bahan bakar. Mobil yang lebih ringan membutuhkan lebih sedikit energi untuk berakselerasi dan lebih sedikit energi untuk mendaki bukit. Pabrikan menggunakan material ringan seperti aluminium, magnesium, dan plastik komposit pada bodi dan sasis. Setiap pon yang hilang berarti sedikit peningkatan kumulatif dalam mil per galon.
Detak Jantung Prius
Perangkat power split sebenarnya adalah jantung dari Toyota Prius. Anda harus menghormati itu. Ini adalah gearbox pintar yang menghubungkan mesin bensin, generator, dan motor listrik menjadi satu kesatuan yang erat. Di sinilah keajaiban terjadi. Hal ini memungkinkan mobil beroperasi seperti hibrida paralel. Motor listrik dapat menggerakkan mobil dengan sendirinya, mesin gas dapat menggerakkan mobil dengan sendirinya, atau keduanya dapat menggerakkan mobil secara bersamaan. Ini fleksibel.
Ini juga bertindak seperti seri hybrid. Mesin bensin dapat beroperasi secara independen terhadap kecepatan kendaraan. Itu hanya mengisi baterai atau memberikan tenaga ke roda sesuai kebutuhan. Itu efisien.
Perangkat pemisah daya juga bertindak sebagai transmisi variabel kontinu. Ini menghilangkan kebutuhan akan transmisi manual atau otomatis. Tidak ada pergeseran. Tidak ada pedal kopling. Pengiriman daya yang lancar. Terakhir, karena alat pemisah daya memungkinkan generator menghidupkan mesin, mobil tidak memerlukan starter. Bagian itu tidak ada.
Perangkat pemisah daya adalah satu set roda gigi planetary. Ini rumit namun elegan. Motor listrik dihubungkan ke ring gear dari gear set. Itu juga terhubung langsung ke diferensial. Diferensial itulah yang menggerakkan roda. Jadi, berapa pun kecepatan putaran motor listrik dan ring gear akan menentukan kecepatan mobil tersebut. Fisika sederhana. Hasil yang kuat.
Inti mekanis dari sistem hibrida Toyota adalah perangkat pemisah daya, satu set roda gigi planet yang mengatur aliran energi antara mesin, generator, dan motor traksi. Ini bukan transmisi tradisional dengan gigi yang berpindah. Sebaliknya, ini adalah mekanisme variabel kontinu di mana roda gigi matahari terhubung ke generator, dan pembawa planet terhubung ke mesin bensin. Perlengkapan ring? Itu terikat pada poros keluaran yang pada akhirnya menggerakkan roda.
Karena ketiga komponen ini terkunci secara mekanis, sehingga tidak dapat bergerak sendiri-sendiri. Kecepatan ring gear adalah jumlah pergerakan dua ring gear lainnya. Mereka harus terus berkoordinasi. Jika salah satu mempercepat, yang lain harus menyesuaikan rotasinya agar fisika tetap bekerja. Beginilah cara sistem mengontrol kecepatan keluaran tanpa kopling atau gear box konvensional.
Saat Anda menginjak pedal gas dari posisi diam, mesin bensin tetap mati. Motor listrik dan baterai melakukan semua pekerjaan berat. Motor listrik dihubungkan dengan ring gear sehingga langsung berputar sehingga mendorong mobil ke depan. Namun inilah triknya: pembawa planet, yang terpasang pada mesin, tidak bergerak. Mesinnya belum hidup.
Karena roda gigi cincin berputar dan pembawa planet tidak bergerak, roda gigi planet harus berputar pada sumbunya sendiri. Gerakan memutar ini memutar roda gigi matahari. Perlengkapan matahari terhubung ke generator. Jadi, saat Anda berakselerasi dalam mode listrik, generator akan berputar. Itu belum menghasilkan listrik untuk baterainya; itu hanya berputar untuk menjaga mesin tetap mati. Generator berputar tepat pada kecepatan yang diperlukan untuk membatalkan gerakan ring gear relatif terhadap pembawa planet. Hal ini membuat poros mesin tetap diam. Ini adalah trik mekanis yang elegan.
Saat Mesin Menyala
Mode listrik saja ini bertahan hingga Anda mencapai kecepatan sekitar 40 mph (64 km/jam). Pada saat itu, sistem memutuskan sudah waktunya untuk memasukkan mesin bensin ke dalam mesin. Generator tiba-tiba mengubah kecepatan putarannya. Perubahan ini mengganggu keseimbangan rangkaian roda gigi planet. Gaya yang disalurkan melalui roda gigi sekarang menyebabkan pembawa planet berputar.
Planet pembawa terkunci pada poros engkol mesin. Jadi, begitu mulai berputar, mesin mulai bekerja. Transisi ini mulus karena mesin sudah diputar oleh drivetrain sebelum menyala. Tidak diperlukan motor starter untuk menggerakkan mesin; sistem hybrid bertindak sebagai starter.
Saat mesin dalam keadaan idle dan hidup, kecepatannya menjadi konstan. Generator sekarang mengubah kecepatannya secara terus menerus untuk menyesuaikan dengan kebutuhan keluaran motor traksi dan roda. Hal ini memungkinkan mesin beroperasi pada rentang RPM paling efisien, terlepas dari seberapa cepat mobil melaju. Generator memvariasikan kecepatannya agar sesuai dengan kecepatan keluaran motor listrik, sehingga memastikan mesin tidak perlu berjalan-jalan atau berputar dengan liar.
Jika Anda menginjak pedal gas, motor listrik menarik arus ekstra dari baterai bertegangan tinggi untuk memberikan peningkatan torsi. Namun begitu Anda mencapai kecepatan jalan bebas hambatan, mobil akan menggunakan campuran tenaga gas dan listrik. Seluruh listrik yang digunakan pada tahap tersebut berasal dari generator yang diputar oleh mesin. Baterai pada dasarnya adalah penyangga, menyimpan energi saat pengereman dan melepaskannya saat akselerasi.
Berapa Tenaga Kuda yang Sebenarnya Anda Butuhkan?
Ada kesenjangan besar antara tenaga kuda yang tertera pada lencana mobil dan tenaga yang sebenarnya dibutuhkan untuk mempertahankan kecepatan di jalan raya. Sebagian besar aktivitas yang dilakukan mobil di jalan hanya menggunakan sebagian kecil dari total outputnya.
Saat Anda melaju dengan kecepatan 60 mph (96,6 km/jam) di jalan datar, mesin Anda melawan tiga kekuatan utama:
- Hambatan aerodinamis. Hambatan udara meningkat seiring kuadrat kecepatan Anda. Mendorong melalui udara membutuhkan tenaga.
- Gesekan mekanis. Ini mencakup hambatan gelinding dari ban, gesekan pada transmisi, gandar, dan kaliper rem.
- Beban aksesori. Kompresor AC, pompa power steering, dan sistem kelistrikan semuanya mengambil daya dari mesin.
Untuk sebagian besar sedan modern, mengatasi kekuatan ini pada kecepatan 60 mph membutuhkan kurang dari 20 tenaga kuda. Jadi mengapa pabrikan membuat mesin dengan 200 tenaga kuda? Karena Anda memerlukan tenaga cadangan itu untuk melintas, menyatu ke jalan raya, atau berakselerasi keluar dari persimpangan. Momen “floor it” itu adalah satu-satunya waktu yang Anda gunakan mendekati output penuh. Untuk sebagian besar aktivitas mengemudi, Anda menggunakan sebagian kecil daya yang tersedia.
Kesenjangan efisiensi inilah yang menjadi alasan mengapa hibrida begitu menarik. Mereka menggunakan motor listrik untuk menangani kebutuhan torsi tinggi dan kecepatan rendah yang jika tidak maka akan membuang-buang bahan bakar.
Tip Jarak Tempuh Hibrida: Berkendara untuk Efisiensi
Keinginan untuk berakselerasi dengan cepat adalah musuh penghematan bahan bakar. Anda mungkin pernah memperhatikan hal ini di dealer. Mobil dengan mesin yang lebih kecil dan kurang bertenaga sering kali memiliki peringkat MPG kota dan jalan raya yang lebih baik dibandingkan model serupa dengan mesin turbocharged atau lebih besar. Potensi daya yang lebih besar berarti lebih banyak bahan bakar yang dibakar untuk menciptakan potensi tersebut, meskipun Anda tidak menggunakannya.
Untuk mendapatkan jarak tempuh terbaik dari mobil hybrid, Anda tidak memerlukan mobil baru. Anda hanya perlu kebiasaan yang berbeda. Prinsipnya sama dengan mobil berbahan bakar bensin lainnya, namun sistem hybrid memberikan manfaat yang lebih besar.
Berkendara Lebih Lambat
Tarikan aerodinamis merupakan faktor terbesar dalam efisiensi jalan raya. Kekuatan hambatan udara meningkat secara dramatis seiring dengan kecepatan. Pada kecepatan 70 mph (113 km/jam), hambatannya kira-kira dua kali lipat dibandingkan pada kecepatan 50 mph (81 km/jam). Menggandakan hambatan tidak menggandakan tenaga kuda yang dibutuhkan, namun meningkatkannya secara signifikan. Mempertahankan kecepatan Anda, bahkan sebesar 5 atau 10 mph, dapat menghasilkan peningkatan MPG yang terukur.
Pertahankan Kecepatan Konstan
Setiap kali Anda berakselerasi, Anda membakar energi untuk meningkatkan energi kinetik. Saat Anda mengerem, energi tersebut hilang sebagai panas. Pada mobil hybrid, pengereman regeneratif memulihkan sebagian, tapi tidak semuanya. Dengan mempertahankan kecepatan konstan, Anda meminimalkan energi yang hilang akibat siklus pengereman dan akselerasi. Cruise control memang membantu, tetapi kaki Anda sering kali lebih baik. Antisipasi arus lalu lintas dan jaga agar pedal tetap stabil.
Hindari Berhenti Mendadak
Di sinilah hibrida bersinar. Saat Anda mengerem perlahan, motor listrik berfungsi sebagai generator. Ia menahan putaran roda, memperlambat mobil sekaligus mengubah energi kinetik kembali menjadi listrik, yang dialirkan ke baterai. Semakin keras dan cepat Anda berhenti, semakin banyak rem mekanis yang mengambil alih. Rem mekanis mengubah energi tersebut menjadi panas dan membuangnya seluruhnya.
Jika Anda memberi waktu pada motor listrik untuk memperlambat kendaraan, maka energinya akan pulih lebih banyak. Hal ini juga berlaku untuk mobil berbahan bakar bensin, namun efeknya lebih terasa pada mobil hibrida karena energi yang dipulihkan dapat langsung digunakan untuk akselerasi berikutnya. Masukan yang lancar bukan hanya tentang kenyamanan. Itu tentang efisiensi.
Sumber
–
