Mercedes-AMG και Ferrari: Φτιάχνουν κινητήρες υψηλών προδιαγραφών για τον εξηλεκτρισμό των αυτοκινήτων

Οι ηλεκτροκινητήρες αξονικής ροής είναι πολύ μικρότεροι από τους ακτινωτούς κινητήρες που χρησιμοποιούνται κυρίως, αλλά διαθέτουν πολύ μεγαλύτερη απόδοση.

Τέτοιοι κινητήρες υψηλών προδιαγραφών θα είναι ζωτικής σημασίας για μάρκες όπως η Mercedes-AMG και η Ferrari, στον αγώνα δρόμου προς τον εξηλεκτρισμό των αυτοκινήτων υψηλής απόδοσης.

Όλα τα EV προσφέρουν την αίσθηση της στιγμιαίας επιτάχυνσης, από το Leaf της Nissan έως το Model S Plaid της Tesla.

Ενώ στην εποχή της καύσης επιτεύχθηκαν ταχύτεροι χρόνοι και υψηλότερες τελικές ταχύτητες με τη χρήση περισσότερων κυλίνδρων και υπερσυμπιεστών πλέον οι κατασκευαστές αυτοκινήτων υψηλής απόδοσης αξιοποιώντας στο έπακρο τις μπαταρίες με ελαφρύτερους και πιο αποδοτικούς κινητήρες.

«Η αναλογία ισχύος προς βάρος είναι πραγματικά εκπληκτική, πολύ καλύτερη από οποιονδήποτε κινητήρα εσωτερικής καύσης», δήλωσε ο Markus Schaefer, επικεφαλής τεχνολογίας της Mercedes-AMG, σχετικά με την επερχόμενη πλατφόρμα ηλεκτρικών οχημάτων της εταιρείας, η οποία «θα κάνει χρήση ενός μικρού μεγέθους ηλεκτροκινητήρα».

Με κάθε πάτημα του γκαζιού, οι οδηγοί EV «σπρώχνουν» εκατοντάδες -και σε ορισμένες περιπτώσεις χιλιάδες- αμπέρ ηλεκτρικού ρεύματος σε χάλκινα πηνία. Οταν αυτά τα πηνία ενεργοποιούνται, μεταρέπονται σε ηλεκτρομαγνήτες με ελκτικές και απωστικές δυνάμεις. Η μαγνητική δύναμη που δημιουργείται από έναν ακίνητο στάτορα που περιβάλλει έναν περιστρεφόμενο ρότορα παράγει τη ροπή που περιστρέφει τους τροχούς του οχήματος.

Στους αξονικούς κινητήρες, αντί ο ρότορας να περιστρέφεται μέσα στον στάτορα έχει σχήμα δίσκου και περιστρέφεται παράλληλα με έναν κεντρικό στάτορα. Αυτό οδηγεί τη ροή του ρεύματος να ταξιδεύει αξονικά μέσα από τον κινητήρα, αντί ακτινικά, από το κέντρο προς τα έξω. Δεδομένου ότι ο κινητήρας παράγει ροπή σε μεγαλύτερη διάμετρο, χρειάζεται λιγότερο υλικό.

Η Yasa, ένας κατασκευαστής ηλεκτρικών κινητήρων με έδρα την Οξφόρδη της Αγγλίας που χρησιμοποιούνται στις υβριδικές plug-in SF90 και 296 GTB της Ferrari, χρησιμοποιεί μόνο μερικά κιλά σιδήρου για τους στάτορες της, μειώνοντας τη μάζα των μηχανών έως και 85%. Οι κινητήρες της Yasa είναι το πνευματικό τέκνο του Tim Woolmer, του οποίου η εργασία πάνω τους ήταν το επίκεντρο του διδακτορικού του ως ηλεκτρολόγος μηχανικός στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης.

Μέσα σε λίγα χρόνια από την απόκτηση του διδακτορικού του, η Jaguar Land Rover έκανε σχέδια να χρησιμοποιήσει τους κινητήρες της Yasa στο C-X75, ένα υβριδικό-ηλεκτρικό διθέσιο με αρκετή ιπποδύναμη για να ανταγωνιστεί τις Porsche 918 Spyder, McLaren P1 και Ferrari LaFerrari.

Ενώ η JLR ακύρωσε τελικά το πρότζεκτ λόγω οικονομικών περιορισμών, οι κινητήρες της Yasa βρήκαν τον δρόμο τους στο υβριδικό Koenigsegg Regera, ακολουθούμενο και αμέσως μετά στη Ferrari SF90. Τον Ιούλιο του περασμένου έτους, η Mercedes-Benz ανακοίνωσε ότι εξαγόρασε τη Yasa για ένα άγνωστο ποσό και ότι θα τοποθετούσε τους κινητήρες της σε μοντέλα της Mercedes-AMG που πρόκειται να κυκλοφορήσουν από το 2025.

«Αν κοιτάξετε την ιστορία της αυτοκινητοβιομηχανίας γενικά, οι εταιρείες ήθελαν να κατασκευάζουν τον κινητήρα, τη βασική τεχνολογία τους δηλαδή, στο εσωτερικό τους», είπε ο Woolmer σε μια συνέντευξη. «Μπαταρίες και ηλεκτροκινητήρες, αυτή είναι η βασική τεχνολογία τώρα. Οι αυτοκινητοβιομηχανίες αναγνωρίζουν τη σημασία της μακροπρόθεσμης διαφοροποίησης σε αυτούς τους χώρους, επομένως πρέπει να τη φέρουν στο εσωτερικό τους».

Η πιο σημαντική πτυχή των αξονικών κινητήρων είναι η αναλογία απόδοσης/μεγέθους, σύμφωνα με τον Malte Jaensch, καθηγητή βιώσιμων κινητών συστημάτων μετάδοσης κίνησης στη Σχολή Μηχανικής και Σχεδιασμού TUM στο Μόναχο. Το μικρότερο μέγεθός τους θα επιτρέψει στις αυτοκινητοβιομηχανίες να τοποθετούν έναν κινητήρα σε κάθε τροχό, κάτι που δεν είναι εφικτό με τους ακτινωτούς κινητήρες.

Η τοποθέτηση ενός κινητήρα σε κάθε τροχό – ή τουλάχιστον ενός σε κάθε άξονα – θα μπορούσε να μεταφραστεί σε εντυπωσιακή απόδοση αλλά και οδική συμπεριφορά. Το torque vectoring, η τεχνολογία που αποφασίζει πόση ροπή μπορεί να διατεθεί σε κάθε τροχό, θα βρει με αυτή την καινοτομία την ιδανική της μορφή. Και ο καταιγιστικός τρόπος με τον οποίο θα μπορούν να παίρνουν τις στροφές τα ηλεκτρικά supercar της Mercedes-AMG και της Ferrari ενδεχομένως να απαλύνουν τον «πόνο» των φανατικών petrolheads για τις χαμένες μελωδίες των V8 και V12 κινητήρων.

Οι κινητήρες της Yasa θα μπορούσαν επίσης να εξαλείψουν την ανάγκη για ένα σύστημα μετάδοσης κίνησης στη skateboard αρχιτεκτονική του πλαισίου των ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Αυτό θα άνοιγε περισσότερο χώρο για τη συσκευασία των μπαταριών, θα δημιουργούσε πιο ευρύχωρα εμπρός και πίσω πορτμπαγκάζ και θα επέτρεπε στους σχεδιαστές να πειραματιστούν με νέες αεροδυναμικές λύσεις.

Οι αξονικοί κινητήρες δεν θα εκτοπίσουν τους ακτινωτούς, οι οποίοι εξακολουθούν να προσφέρουν υψηλότερες τελικές ταχύτητες. Αυτό οδήγησε τη Ferrari να χρησιμοποιήσει δύο ακτινωτούς κινητήρες στον μπροστινό άξονα του SF90, μαζί με έναν αξονικό κινητήρα στον πίσω άξονα. Για τη 296 GTB, ο χειρισμός κρίθηκε πιο σημαντικός, επομένως χρησιμοποιήθηκε μόνο ένας ελαφρύτερος αξονικός κινητήρας μεταξύ του κινητήρα και του κιβωτίου ταχυτήτων.

«Είναι απλώς θέμα τι είδους οδηγική εμπειρία θέλετε να σχεδιάσετε για τους πελάτες σας με έναν συγκεκριμένο κινητήρα», δήλωσε ο Davide Ferrara, διευθυντής ηλεκτροκινητήρων της Ferrari.