Двигуни внутрішнього згоряння проти електродвигунів
Битва між двигуном внутрішнього згоряння (ДВЗ) та електродвигуном (ЕМ) являє собою найважливіший зсув в історії транспорту за понад століття. У той час як ревучи ДВЗ покладається на контрольовані вибухи та складні механічні зв'язки для створення руху, майже безшумний електродвигун використовує електромагнітні поля для забезпечення миттєвої, високоефективної потужності з першого ж оберту.
Найважливіше
Електродвигуни досягають майже миттєвого пікового крутного моменту для чудового прискорення.
Двигуни внутрішнього згоряння забезпечують набагато швидше поповнення енергії за рахунок рідкого палива.
Простота електродвигунів призводить до значного зниження довгострокових витрат на обслуговування.
Автомобілі з двигунами внутрішнього згоряння втрачають більшу частину своєї енергії у вигляді відпрацьованого тепла, тоді як двигуни є високоефективними.
Що таке Двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ)?
Тепловий двигун, у якому паливо згорає разом з окислювачем у камері згоряння, створюючи газ високого тиску, який рухає поршні.
Сучасні бензинові двигуни зазвичай перетворюють лише близько 20% до 35% енергії палива на фактичний рух.
Їм потрібна багатоступінчаста коробка передач, щоб двигун працював у вузькому діапазоні потужності.
Середній двигун містить сотні рухомих частин, включаючи клапани, поршні та колінчастий вал.
Відхідне тепло є значним побічним продуктом, що вимагає складної системи рідинного охолодження та радіатора.
В результаті горіння утворюються вуглекислий газ, оксиди азоту та тверді частинки у вигляді вихлопних газів.
Що таке Електродвигун (ЕМ)?
Електромеханічний пристрій, який перетворює електричну енергію на механічну за допомогою взаємодії магнітного поля.
Електродвигуни неймовірно ефективні, часто перетворюючи від 85% до 90% енергії в рух.
Вони забезпечують максимальний крутний момент при нульових обертах, що дозволяє швидко розганятися без складної коробки передач.
Типовий двигун має лише одну або дві рухомі частини, що значно зменшує механічний знос.
Вони можуть працювати як генератори під час гальмування, подаючи енергію назад в акумулятор за допомогою «рекуперативного гальмування».
Електродвигуни не виробляють локальних викидів і працюють з мінімальним шумом і вібрацією.
Таблиця порівняння
Функція
Двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ)
Електродвигун (ЕМ)
Енергоефективність
20-35% (нижче)
85-95% (вище)
Рухомі частини
Сотні (клапани, поршні тощо)
Дуже мало (ротор/підшипники)
Піковий крутний момент
Досягається на вищих обертах
Доступно миттєво від 0 об/хв
Потреби в передачі
Багатошвидкісна (6-10 передач)
Одношвидкісний (зазвичай)
Технічне обслуговування
Часті (масло, фільтри, свічки)
Мінімальний (Охолоджувальна рідина, підшипники)
Зберігання енергії
Бак для рідкого палива
Хімічний акумуляторний блок
Швидкість заправки
Швидко (3-5 хвилин)
Повільніше (від 20 хвилин до кількох годин)
Рівень шуму
Високий (згоряння/вихлоп)
Дуже низький (електромагнітний гул)
Детальне порівняння
Подача потужності та продуктивність
Двигун внутрішнього згоряння схожий на спортсмена, якому потрібна розминка; він повинен досягти певної швидкості (об/хв), перш ніж почне справді тягнути. Ось чому автомобілям потрібно багато передач — щоб двигун тримався в «золотій зоні». На противагу цьому, електродвигун більше схожий на вимикач світла; щойно ви його перемикаєте, ви отримуєте повну потужність, забезпечуючи плавне та потужне прискорення, з яким двигун внутрішнього згоряння просто не може зрівнятися без надзвичайної складності.
Складність та надійність
Якщо зазирнути під капот автомобіля на бензині, то можна побачити лабіринт ременів, шлангів та датчиків, які повинні працювати бездоганно, щоб запобігти поломці. Оскільки електродвигун набагато простіший, з ним може бути набагато менше проблем. Немає потреби замінювати масло, свічки запалювання та ремені ГРМ, які б ламалися, що зазвичай призводить до збільшення терміну служби самого силового агрегату.
Управління енергією
Бензин неймовірно енергощільний, що дозволяє автомобілю проїхати 400 миль на баку, який заправляється за лічені хвилини. Однак більша частина цієї енергії витрачається у вигляді тепла через радіатор та вихлопні гази. Електромобілі (EV) набагато краще використовують енергію, яку вони несуть, але їхні акумулятори важкі та довше «заряджаються». Компроміс полягає між зручністю швидкої заправки та надзвичайною ефективністю електроенергії.
Вплив на навколишнє середовище та звук
Автомобілі з двигунами внутрішнього згоряння є основним джерелом локального забруднення повітря та шуму в містах, що може впливати на здоров'я населення. Електродвигуни практично безшумні на низьких швидкостях і не виробляють вихлопних газів. Хоча електроенергія для двигуна має десь вироблятися, що часто пов'язано з власними екологічними витратами, сам двигун є набагато «чистішим» сусідом у міському середовищі.
Переваги та недоліки
Двигун внутрішнього згоряння
Переваги
+Велика дальність руху
+Швидка заправка
+Нижча початкова ціна покупки
+Широко розгалужена мережа ремонтних робіт
Збережено
−Низька енергоефективність
−Високі витрати на обслуговування
−Шумна робота
−Викиди вихлопних газів
Електродвигун
Переваги
+Неймовірна ефективність
+Миттєвий крутний момент/прискорення
+Низькі експлуатаційні витрати
+Тихо та плавно
Збережено
−Довший час заряджання
−Важка вага акумулятора
−Вища початкова вартість
−Дальність змінюється залежно від погоди
Поширені помилкові уявлення
Міф
Електродвигуни – це нова, ще неперевірена технологія.
Реальність
Електродвигуни насправді з'явилися раніше за бензинові двигуни в транспортних засобах. Вони надійно використовувалися десятиліттями в поїздах, ліфтах та промисловому обладнанні задовго до сучасного сплеску електромобілів.
Міф
Двигуни внутрішнього згоряння кращі для навколишнього середовища, якщо вони використовують «чисте» паливо.
Реальність
Навіть у випадку з біопаливом фундаментальна фізика горіння неефективна. У процесі горіння ви завжди втрачатимете більше енергії на тепло, ніж на електромагнітне перетворення.
Міф
Електродвигуни служать не так довго, як бензинові.
Реальність
Зазвичай вірно навпаки. Промислові електродвигуни часто розраховані на десятиліття безперервної роботи. Термін служби електромобіля зазвичай обмежується саме акумуляторною батареєю, а не самим двигуном.
Міф
Ви не можете проїхати на електродвигуні через глибоку калюжу.
Реальність
Електродвигуни в автомобілях – це повністю герметичні агрегати. Вони не потребують впуску повітря, як бензиновий двигун, що робить їх менш схильними до «заглохнення» або пошкодження водою, ніж традиційний двигун.
Часті запитання
Чому електромобілі зазвичай мають лише одну передачу?
Електродвигуни мають дуже широкий діапазон потужності, тобто вони можуть обертатися від 0 до 18 000 об/хв, забезпечуючи при цьому достатню потужність. Бензиновий двигун добре працює лише у невеликому діапазоні (наприклад, від 2000 до 4000 об/хв), тому йому потрібно кілька передач, щоб колеса оберталися з різною швидкістю, поки двигун залишається в цьому діапазоні. Двигун достатньо гнучкий, щоб обробляти весь діапазон лише з однією передачею.
Що таке рекуперативне гальмування?
Коли ви прибираєте ногу з педалі акселератора в електромобілі, роль двигуна змінюється на протилежну. Він починає діяти як генератор, використовуючи імпульс руху автомобіля для вироблення електроенергії. Це створює гальмівний ефект, який уповільнює автомобіль, одночасно повертаючи енергію назад в акумулятор, чого бензиновий двигун не може робити без додаткового обладнання.
Чи нагріваються електродвигуни, як бензинові двигуни?
Вони справді генерують певну кількість тепла через електричний опір і тертя, але значно менше, ніж двигун внутрішнього згоряння. У той час як газовий двигун працює при температурі близько 93°C (200°F) і виробляє вихлопні гази за значно вищих температур, електродвигун залишається набагато холоднішим, хоча все ще використовує невеликий контур охолодження для підтримки оптимальної температури електроніки та магнітів.
Чи можна самостійно відремонтувати електродвигун?
Для аматора це набагато складніше. Хоча газовий двигун механічно складний, він концептуально простий (іскра, паливо, повітря). Електродвигуни використовують високовольтні системи та спеціалізовану силову електроніку, з якими може бути небезпечно працювати без професійної підготовки та належного захисного спорядження.
Чи втрачає потужність електродвигуна, коли акумулятор розряджається?
Зазвичай ні. Комп'ютер автомобіля керує подачею потужності, щоб підтримувати стабільну продуктивність. Однак, коли заряд акумулятора надзвичайно низький (зазвичай нижче 5-10%), система може перейти в «режим аварії», щоб захистити елементи акумулятора, що помітно знизить вашу максимальну швидкість і прискорення.
Що краще для буксирування важких вантажів?
Це питання сумнівне. Електродвигуни мають крутний момент, необхідний для легкого переміщення важких вантажів з місця. Однак буксирування створює величезний аеродинамічний опір, який розряджає акумулятор набагато швидше, ніж паливний бак. Наразі вантажівки з двигунами внутрішнього згоряння залишаються стандартом для буксирування на далекі відстані, оскільки їх можна швидко заправити.
Чи взагалі видають електродвигуни якийсь шум?
Вони видають високочастотний свист або гул, спричинений швидкозмінними магнітними полями та вентиляторами охолодження. На низьких швидкостях багато електромобілів настільки тихі, що за законом вони зобов'язані видавати штучний «звук попередження про пішоходів», щоб люди могли чути їх наближення.
Чому автомобілі з двигунами внутрішнього згоряння все ще дешевші за електромобілі?
Сам двигун не є дорогою частиною, а акумулятор. Ми вдосконалюємо масове виробництво двигунів внутрішнього згоряння вже понад 100 років. Зі зростанням масштабів технології акумуляторів та підвищенням ефективності гірничодобувних процесів очікується, що цінова різниця між цими двома системами зникне.
Висновок
Оберіть двигун внутрішнього згоряння, якщо ви часто їздите на далекі відстані в районах з обмеженою інфраструктурою або вам потрібна висока буксирувальна здатність за менших початкових витрат. Оберіть електродвигун, якщо вам потрібен високопродуктивний автомобіль для щоденного використання, який не потребує особливого обслуговування, забезпечує високу ефективність та нульовий рівень викидів.