كيفية عمل محركات السيارات: محركات الاحتراق الداخلي مقابل المحركات الكهربائية موضحة

تحريك نوعان من الآلات المختلفة جداً معظم السيارات على الطريق اليوم. يحترق أحدها وقود سائل داخل أسطوانات معدنية؛ الآخر يستخدم الكهرباء لتدوير المغناطيسات. فهم ما يحدث تحت الغطاء يشرح لماذا تشعر هذه المركبات وتبدو وتحتاج إلى صيانة مختلفة جداً.

كيفية عمل محرك الاحتراق الداخلي

وفقاً لوزارة الطاقة الأمريكية، يتكون محرك الاحتراق الداخلي من أسطوانة ثابتة ومكبس متحرك. يحترق الوقود داخل الأسطوانة، والغازات المتمددة تدفع المكبس، الذي يدير عمود المرفق وفي النهاية يحرك عجلات السيارة.

تعمل معظم مركبات محرك الاحتراق الداخلي على دورة رباعية الأشواط، كما توضح وزارة الطاقة: السحب والضغط والاحتراق/القوة والعادم. أثناء السحب، يتحرك المكبس لأسفل بينما تفتح صمام السحب لسحب الهواء والوقود. أثناء الضغط، تغلق الصمام ويتحرك المكبس لأعلى، مضغوطاً خليط الهواء والوقود. في شوط القوة، ينفجر الخليط المضغوط - مدفوعاً المكبس للأسفل - وفي شوط العادم، يرتفع المكبس مرة أخرى بينما تفتح صمام ثانية لطرد الغازات المستنفدة.

تميز وزارة الطاقة بين تصميمي محرك رئيسيين: محركات البنزين ذات الإشعال بالشرارة، حيث تشتعل شمعة الإشعال خليط الوقود والهواء، ومحركات ديزل الإشعال بالضغط، حيث يشتعل الوقود ذاتياً في هواء ساخن عالي الضغط. يمكن لمحركات الاحتراق الداخلي أيضاً أن تعمل على وقود بديل مثل الغاز الطبيعي والبروبان والديزل الحيوي والإيثانول، ويمكن دمجها مع المكونات الكهربائية في الأنظمة الهجينة أو الهجينة القابلة للاتصال.

كيفية عمل محرك السيارة الكهربائية

تستبدل المركبات الكهربائية بالكامل المحرك بمحرك أو أكثر من محركات الجر الكهربائية التي تعمل بواسطة حزمة بطارية قابلة لإعادة الشحن، وفقاً لموقع fueleconomy.gov الحكومي الأمريكي ومركز البيانات الوقودية البديلة (AFDC) التابع لوزارة الطاقة. يسرد AFDC المكونات الأساسية: بطارية جر تخزن الطاقة، منفذ شحن وشاحن على متن الطائرة يحولان كهرباء التيار المتردد الداخلة إلى تيار مباشر للشحن، محول DC/DC يخفض الجهد للملحقات، وحدة تحكم إلكترونيات الطاقة التي تدير سرعة وعزم المحرك، والمحرك الكهربائي للجر نفسه، الذي يحرك العجلات (في معظم التصاميم من خلال ناقل حركة).

بقوة من بطارية الجر، تدير وحدة تحكم إلكترونيات الطاقة مقدار الطاقة الكهربائية التي تصل إلى محرك الجر الكهربائي وتتحكم في سرعة المحرك والعزم الذي ينتجه، وفقاً لـ AFDC. نظام حراري منفصل يحافظ على البطارية والمحرك والإلكترونيات ضمن نطاق درجة الحرارة التشغيلية المناسب، كما يلاحظ AFDC.

الكبح المتجدد: المحرك يعمل بالعكس

الميزة التي ليس لها مثيل في مركبة محرك احتراق داخلي تقليدية هي الكبح المتجدد. كما تصفه صفحات تقنية المستهلك من Mazda، استناداً إلى تقديرات وزارة الطاقة، عندما يرفع السائق قدمه عن دواسة التسارع، يكبح أو ينزل بالساحل، يعكس المحرك الكهربائي الأدوار: بدلاً من استهلاك طاقة البطارية لتدوير العجلات، تدير العجلات الدوارة المحرك، الذي يعمل الآن كمولد ويرسل الكهرباء مرة أخرى إلى البطارية. تقدر وزارة الطاقة، وفقاً لـ Mazda، أن هذه العملية تسترجع حوالي 22% من طاقة القيادة في المركبات الكهربائية أثناء القيادة في المدينة والطريق السريع (مقابل 5-9% في الهجينة). لأن الكبح المتجدد لا يمكن أن يوفر قوة الكبح المطلوبة في حالات الطوارئ، تبقى الفرامل الاحتكاكية التقليدية في مكانها كنسخة احتياطية، كما يلاحظ Mazda.

لماذا يختلف النظامان في الكفاءة

ينص fueleconomy.gov على أن المركبات الكهربائية تحول أكثر من 77% من الطاقة الكهربائية المسحوبة من الشبكة إلى قوة عند العجلات، بينما تحول مركبات البنزين التقليدية فقط حوالي 12% إلى 30% من الطاقة المخزنة في البنزين إلى قوة عند العجلات - يتم فقدان الباقي بشكل أساسي كحرارة واحتكاك المحرك. يلاحظ fueleconomy.gov أيضاً أن بطاريات المركبات الكهربائية قد تستمر 12 إلى 15 سنة في المناخات المعتدلة و 8 إلى 12 سنة في المناخات القاسية، وأن إعادة الشحن الكامل تستغرق عادة 3 إلى 12 ساعة، مع الشحن السريع يصل إلى 80% من السعة في حوالي 30 دقيقة.

الشروط الشائعة موضحة

• عمود المرفق: العمود الدوار الذي يحول حركة المكبس لأعلى والأسفل إلى حركة دورانية، وفقاً لوزارة الطاقة.
• بطارية الجر: حزمة البطارية القابلة لإعادة الشحن التي تخزن الطاقة لمحرك الجر الكهربائي، وفقاً لـ AFDC.
• وحدة تحكم إلكترونيات الطاقة: المكون الذي يدير كيفية تدفق الطاقة الكهربائية من البطارية ويتحكم في سرعة وعزم المحرك، وفقاً لـ AFDC.
• الكبح المتجدد: استخدام المحرك الكهربائي كمولد أثناء الكبح لإرسال الطاقة مرة أخرى إلى البطارية، كما وصفته Mazda، استناداً إلى تقديرات وزارة الطاقة.