automobilių technologijosinžinerijaelektrinės transporto priemonėsenergijos vartojimo efektyvumas
Vidaus degimo varikliai ir elektros varikliai
Vidaus degimo variklio (ICE) ir elektros variklio (EM) kova yra reikšmingiausias transporto istorijos pokytis per daugiau nei šimtmetį. Nors riaumojantis ICE judėjimui sukurti naudoja kontroliuojamus sprogimus ir sudėtingas mechanines jungtis, beveik tylus elektros variklis naudoja elektromagnetinius laukus, kad nuo pat pirmojo apsisukimo užtikrintų momentinę ir efektyvią galią.
Akcentai
Elektriniai varikliai beveik akimirksniu pasiekia didžiausią sukimo momentą, kad užtikrintų puikų pagreitį.
Vidaus degimo varikliai leidžia daug greičiau papildyti energiją skystuoju kuru.
Dėl elektros variklių paprastumo ilgalaikės priežiūros išlaidos gerokai sumažėja.
Vidaus vandeniliu varomos transporto priemonės didžiąją dalį energijos praranda kaip šilumos perteklių, o varikliai yra labai efektyvūs.
Kas yra Vidaus degimo variklis (ICE)?
Šiluminis variklis, kuriame kuras degina degimo kameroje su oksidatoriumi ir sukuria aukšto slėgio dujas, kurios judina stūmoklius.
Šiuolaikiniai benzininiai varikliai paprastai paverčia tik apie 20–35 % degalų energijos faktiniu judėjimu.
Jiems reikalinga daugiapakopė transmisija, kad variklis išliktų siaurame galios diapazone.
Vidutiniame variklyje yra šimtai judančių dalių, įskaitant vožtuvus, stūmoklius ir alkūninį veleną.
Šilumos perteklius yra reikšmingas šalutinis produktas, kuriam reikalinga sudėtinga skysčio aušinimo sistema ir radiatorius.
Degimo metu išmetamosiose dujose išsiskiria anglies dioksidas, azoto oksidai ir kietosios dalelės.
Kas yra Elektros variklis (EM)?
Elektromechaninis įtaisas, kuris, naudodamas magnetinio lauko sąveiką, elektros energiją paverčia mechanine energija.
Elektriniai varikliai yra neįtikėtinai efektyvūs, dažnai paverčiantys daugiau nei 85–90 % energijos judesiu.
Jie sukuria maksimalų sukimo momentą esant nuliniam aps./min., todėl galima greitai įsibėgėti be sudėtingos pavarų dėžės.
Įprastas variklis turi tik vieną ar dvi judančias dalis, todėl mechaninis susidėvėjimas gerokai sumažėja.
Stabdymo metu jie gali veikti kaip generatoriai, tiekdami energiją atgal į akumuliatorių per „regeneracinį stabdymą“.
Elektros varikliai neišskiria jokių išmetamųjų teršalų ir veikia su minimaliu triukšmu bei vibracija.
Palyginimo lentelė
Funkcija
Vidaus degimo variklis (ICE)
Elektros variklis (EM)
Energijos vartojimo efektyvumas
20–35 % (mažesnis)
85–95 % (aukštesnis)
Judančios dalys
Šimtai (vožtuvai, stūmokliai ir kt.)
Labai mažai (rotorius / guoliai)
Didžiausias sukimo momentas
Pasiekiama esant didesniems apsukų skaičiams
Prieinama iš karto nuo 0 aps./min.
Perdavimo poreikiai
Daugiapakopis (6–10 pavarų)
Vieno greičio (paprastai)
Priežiūra
Dažnas (alyva, filtrai, žvakės)
Minimalus (aušinimo skystis, guoliai)
Energijos kaupimas
Skysto kuro bakas
Cheminis akumuliatorių paketas
Degalų papildymo greitis
Greitai (3–5 minutės)
Lėčiau (nuo 20 minučių iki kelių valandų)
Triukšmo lygis
Aukštas (degimas / išmetimas)
Labai žemas (elektromagnetinis triukšmas)
Išsamus palyginimas
Maitinimo tiekimas ir našumas
Vidaus degimo variklis yra tarsi sportininkas, kuriam reikia apšilimo; jis turi pasiekti tam tikrą greitį (aps./min.), kol iš tikrųjų pradės traukti. Štai kodėl automobiliams reikia daug pavarų – kad variklis išliktų „idealiame taške“. Priešingai, elektrinis variklis labiau panašus į šviesos jungiklį: vos jį įjungus, gaunama visa galia, užtikrinanti sklandų ir stiprų pagreitį, kurio vidaus degimo variklis tiesiog negali pasiekti be didelio sudėtingumo.
Sudėtingumas ir patikimumas
Pažvelgę po benzininio automobilio variklio dangčiu, pamatysite diržų, žarnų ir jutiklių labirintą, kurie visi turi veikti nepriekaištingai, kad būtų išvengta gedimo. Kadangi elektrinis variklis yra daug paprastesnis, jame gali daug mažiau gedimų. Nereikia keisti alyvos, žvakių ir nenutrūkstamų paskirstymo diržų, todėl pati jėgos agregato dalis paprastai tarnauja ilgiau.
Energijos valdymas
Benzinas yra neįtikėtinai energingas – automobilis gali nuvažiuoti 400 mylių su baku, kurį pripildyti trunka kelias minutes. Tačiau didžioji dalis šios energijos švaistoma kaip šiluma per radiatorių ir išmetamąsias dujas. Elektrinės transporto priemonės (EV) daug geriau naudoja savo turimą energiją, tačiau jų akumuliatoriai yra sunkūs ir juos „papildyti“ užtrunka ilgiau. Kompromisas yra tarp greito degalų papildymo patogumo ir didelio elektros energijos efektyvumo.
Poveikis aplinkai ir garsui
Vidaus vandeniliu varomos transporto priemonės yra pagrindinis vietinės oro taršos ir triukšmo šaltinis miestuose, o tai gali turėti įtakos visuomenės sveikatai. Elektriniai varikliai važiuojant mažu greičiu yra praktiškai tylūs ir neišskiria jokių išmetamųjų teršalų. Nors variklio elektra turi būti kažkur generuojama – dažnai tai reiškia ir savo aplinkosaugos sąnaudas – pats variklis yra daug „švaresnis“ kaimynas miesto aplinkoje.
Privalumai ir trūkumai
Vidaus degimo variklis
Privalumai
+Didelis važiavimo atstumas
+Greitas degalų papildymas
+Mažesnė pradinė pirkimo kaina
+Platus remonto tinklas
Pasirinkta
−Mažas energijos vartojimo efektyvumas
−Didelės priežiūros išlaidos
−Triukšmingas veikimas
−Išmetimo vamzdžio išmetamosios dujos
Elektros variklis
Privalumai
+Neįtikėtinas efektyvumas
+Momentinis sukimo momentas / pagreitis
+Mažos eksploatavimo išlaidos
+Tylus ir sklandus
Pasirinkta
−Ilgesnis įkrovimo laikas
−Didelis akumuliatoriaus svoris
−Didesnė išankstinė kaina
−Diapazonas priklauso nuo oro sąlygų
Dažni klaidingi įsitikinimai
Mitas
Elektriniai varikliai yra nauja, neišbandyta technologija.
Realybė
Elektros varikliai iš tikrųjų atsirado anksčiau nei benzininiai varikliai transporto priemonėse. Jie buvo patikimai naudojami dešimtmečius traukiniuose, liftuose ir pramoninėse mašinose gerokai prieš šiuolaikinių elektromobilių atsiradimą.
Mitas
Vidaus degimo varikliai yra geresni aplinkai, jei jie naudoja „švarų“ kurą.
Realybė
Net ir naudojant biokurą, pagrindinė degimo fizika yra neefektyvi. Degimo procese visada prarasite daugiau energijos šilumai nei elektromagnetinės konversijos metu.
Mitas
Elektriniai varikliai tarnauja ne taip ilgai, kaip benzininiai varikliai.
Realybė
Paprastai yra priešingai. Pramoniniai elektros varikliai dažnai yra skirti dešimtmečius nepertraukiamo naudojimo. Paprastai elektromobilio tarnavimo laiką riboja akumuliatorių blokas, o ne pats variklis.
Mitas
Elektriniu varikliu per gilią balą pravažiuoti nepavyks.
Realybė
Automobilių elektros varikliai yra visiškai sandarūs agregatai. Jiems nereikia oro įsiurbimo angos, kaip benzininiam varikliui, todėl jie yra mažiau linkę „užgesti“ ar būti pažeisti vandens, palyginti su tradiciniu varikliu.
Dažnai užduodami klausimai
Kodėl elektromobiliai paprastai turi tik vieną pavarą?
Elektriniai varikliai turi labai platų galios diapazoną, o tai reiškia, kad jie gali suktis nuo 0 iki 18 000 aps./min., tuo pačiu užtikrindami daug galios. Benzininis variklis gerai veikia tik esant mažam diapazonui (pvz., nuo 2 000 iki 4 000 aps./min.), todėl jam reikia kelių pavarų, kad ratai suktųsi skirtingu greičiu, kol variklis išlieka tame diapazone. Variklis yra pakankamai lankstus, kad galėtų valdyti visą diapazoną tik su viena pavara.
Kas yra regeneracinis stabdymas?
Kai elektriniame automobilyje nuimate koją nuo akceleratoriaus pedalo, variklio vaidmuo pasikeičia. Jis pradeda veikti kaip generatorius, naudodamas automobilio judėjimo impulsą elektrai gaminti. Tai sukuria stabdymo efektą, kuris sulėtina automobilį ir tuo pačiu metu grąžina energiją į akumuliatorių – to negali padaryti benzininis variklis be papildomos įrangos.
Ar elektriniai varikliai įkaista kaip benzininiai?
Jie išskiria šiek tiek šilumos dėl elektrinės varžos ir trinties, bet gerokai mažiau nei vidaus degimo variklis. Nors benzininis variklis veikia maždaug 93 °C (200 °F) temperatūroje ir išmeta daug aukštesnę temperatūrą, elektrinis variklis išlieka daug vėsesnis, nors jis vis tiek naudoja nedidelę aušinimo kilpą, kad elektronika ir magnetai būtų optimalioje temperatūroje.
Ar galite patys remontuoti elektros variklį?
Mėgėjui tai daug sunkiau. Nors benzininis variklis yra mechaniškai sudėtingas, jis konceptualiai paprastas (kibirkštis, kuras, oras). Elektros varikliuose naudojamos aukštos įtampos sistemos ir specializuota galios elektronika, su kuria elgtis be profesionalios patirties ir tinkamos saugos įrangos gali būti pavojinga.
Ar elektros variklis praranda galią, kai išsikrauna akumuliatorius?
Paprastai ne. Automobilio kompiuteris valdo energijos tiekimą, kad našumas būtų pastovus. Tačiau kai akumuliatoriaus įkrova itin maža (paprastai mažesnė nei 5–10 %), sistema gali pereiti į „avarinį režimą“, kad apsaugotų akumuliatoriaus elementus, o tai pastebimai sumažins maksimalų greitį ir pagreitį.
Kuris geriau tinka sunkiems kroviniams tempti?
Tai gana sudėtinga situacija. Elektriniai varikliai turi pakankamai sukimo momento, kad lengvai pajudintų sunkius krovinius iš vietos. Tačiau vilkimas sukuria didžiulį aerodinaminį pasipriešinimą, kuris išeikvoja akumuliatorių daug greičiau nei degalų baką. Kol kas vidaus degimo varikliai išlieka standartiniu tolimųjų reisų vilkimo būdu, nes juos galima greitai papildyti degalais.
Ar elektros varikliai apskritai skleidžia triukšmą?
Jie skleidžia aukštą zvimbimą arba dūzgimą, kurį sukelia greitai persijungiantys magnetiniai laukai ir aušinimo ventiliatoriai. Važiuojant nedideliu greičiu, daugelis elektromobilių yra tokie tylūs, kad pagal įstatymą jie privalo skleisti dirbtinį „pėsčiųjų įspėjamąjį garsą“, kad žmonės galėtų juos išgirsti artėjant.
Kodėl automobiliai su vidaus degimo varikliais vis dar pigesni nei elektromobiliai?
Pats variklis nėra brangi dalis – brangiausia yra akumuliatorius. Jau daugiau nei 100 metų tobuliname masinę vidaus degimo variklių gamybą. Tobulėjant akumuliatorių technologijoms ir efektyvėjant kasybos procesams, tikimasi, kad kainų skirtumas tarp šių dviejų sistemų išnyks.
Nuosprendis
Rinkitės vidaus degimo variklį, jei dažnai važiuojate didelius atstumus vietovėse su ribota infrastruktūra arba jums reikia didelės vilkimo galios už mažesnę pradinę kainą. Rinkitės elektrinį variklį, jei norite našaus, mažai priežiūros reikalaujančio kasdienio automobilio, pasižyminčio išskirtiniu efektyvumu ir nulinės emisijos veikimu.