نحوه کار موتورهای خودرو: موتورهای احتراق داخلی در مقابل موتورهای الکتریکی توضیح داده شده
انتشار:
به‌طور خلاصه
موتور احتراق داخلی سوخت را در داخل استوانه‌ها می‌سوزاند تا پیستون‌ها را تحت فشار قرار دهد که میل لنگ را می‌چرخانند، در حالی که خودروی الکتریکی از باتری برای راه‌اندازی موتوری استفاده میکند که میدان مغناطیسی دوران کننده آن مستقیماً چرخها را می‌چرخاند. هر دو سیستم انرژی ذخیره‌شده را به حرکت تبدیل میکند، اما از طریق فرایندهای مکانیکی و الکترومغناطیسی بسیار متفاوت.
این نسخه ترجمهٔ ماشینی متن اصلی (English) است. خواندن متن اصلی
دو ماشین بسیار متفاوت بیشتر خودروهای جاده‌ای را امروز حرکت می‌دهند. یکی سوخت مایع را درون استوانه‌های فلزی می‌سوزاند؛ دیگری از الکتریسیته برای چرخاندن آهنرباها استفاده میکند. درک آنچه زیر درب اتفاق می‌افتد توضیح میدهد که چرا این وسایل نقلیه احساس، صدا و نگهداری بسیار متفاوت هستند.
نحوه کار موتور احتراق داخلی
طبق وزارت انرژی ایالات متحده، موتور احتراق داخلی (ICE) از یک استوانه ثابت و یک پیستون متحرک تشکیل شده است. سوخت در داخل استوانه می‌سوزد و گازهای منبسط شونده پیستون را فشار می‌دهند، که میل لنگ را می‌چرخاند و در نهایت چرخ‌های وسیله نقلیه را حرکت می‌دهند.
اکثر وسایل نقلیه موتور احتراق داخلی بر یک چرخه چهار مرحله‌ای کار می‌کنند، همان‌طور که وزارت انرژی توضیح میدهد: مکش، فشردهسازی، احتراق/قدرت، و تخلیه. در حین مکش، پیستون پایین حرکت میکند در حالی که دریچه مکش باز می‌شود تا هوا و سوخت را کش دهد. در حین فشردهسازی، دریچه بسته می‌شود و پیستون بالا حرکت میکند و مخلوط هوا و سوخت را فشرده میکند. در ضربه قدرت، مخلوط فشرده شده منفجر می‌شود - پیستون را پایین فشار میدهد - و در ضربه تخلیه، پیستون دوباره بالا می‌رود در حالی که دریچه دوم باز می‌شود تا گازهای مصرفشده را بیرون کند.
وزارت انرژی بین دو طراحی موتور اصلی تمایز قائل می‌شود: موتورهای بنزین با اشتعال الکتریکی، جایی که شمع احتراق مخلوط سوخت و هوا را اشتعال میدهد، و موتورهای دیزل با اشتعال تراکمی، جایی که سوخت خود به خود در هوای داغ و فشرده‌شده شدت اشتعال می‌یابد. موتورهای احتراق داخلی همچنین میتوانند بر روی سوختهای جایگزین مانند گاز طبیعی، پروپان، بیودیزل یا اتانول کار کنند و میتوانند با اجزای الکتریکی در سیستمهای هیبریدی یا پلاگین هیبریدی ترکیب شوند.
نحوه کار موتور خودروی الکتریکی
وسایل نقلیه تماماً الکتریکی موتور را با یک یا چند موتور جر الکتریکی که توسط بسته باتری قابل شارژ تغذیه می‌شوند جایگزین می‌کنند، طبق وبسایت fueleconomy.gov دولت ایالات متحده و مرکز داده‌های سوخت جایگزین (AFDC) وزارت انرژی. AFDC اجزای اصلی را فهرست میکند: باتری جر که انرژی را ذخیره میکند، درگاه شارژ و شارژر برعلاوه که الکتریسیته AC ورودی را به DC برای شارژ تبدیل میکند، تبدیل‌کننده DC/DC که ولتاژ را برای وسایل جانبی کاهش میدهد، کنترل‌کننده الکترونیک‌های قدرت که سرعت و گشتاور موتور را مدیریت میکند، و خود موتور جر الکتریکی، که چرخها را حرکت میدهد (در اکثر طراحی‌ها از طریق انتقال).
با توان بسته باتری جر، کنترل‌کننده الکترونیک‌های قدرت مدیریت میکند که چقدر انرژی الکتریکی به موتور جر الکتریکی می‌رسد و سرعت و گشتاور موتور را کنترل میکند، طبق AFDC. یک سیستم حرارتی جداگانه باتری، موتور و الکترونیک را در محدوده دمای عملیاتی مناسب نگه می‌دارد، همان‌طور که AFDC یادآوری میکند.
ترمز احیایی: موتور به صورت معکوس کار میکند
ویژگی‌ای که در وسیله نقلیه موتور احتراق داخلی معمولی بی‌نظیر است ترمز احیایی است. همان‌طور که صفحات فناوری مصرف‌کننده Mazda آن را توصیف میکند، به استناد تخمینهای وزارت انرژی، وقتی راننده پا را از پدال شتاب بلند کند، ترمز بزند، یا به صورت شیبدار نزول کند، موتور الکتریکی نقش‌ها را معکوس میکند: به جای مصرف توان باتری برای چرخاندن چرخها، چرخ‌های چرخان موتور را می‌چرخانند، که اکنون به عنوان مولد عمل میکند و الکتریسیته را دوباره به باتری میفرستد. وزارت انرژی تخمین می‌زند، طبق Mazda، که این فرایند حدود 22 درصد انرژی رانندگی را در وسایل نقلیه الکتریکی در طی رانندگی شهری و بزرگراهی (در برابر 5-9 درصد در هیبریدها) بازیافت میکند. چون ترمز احیایی نمی‌تواند نیروی ترمز لازم در حالات اضطراری را فراهم کند، ترمزهای اصطکاکی معمولی به عنوان پشتیبان در جای خود باقی می‌مانند، همان‌طور که Mazda یادآوری میکند.
چرا دو سیستم در کارایی متفاوت هستند
fueleconomy.gov بیان میکند که وسایل نقلیه الکتریکی بیش از 77 درصد انرژی الکتریکی کشیده شده از شبکه را به قدرت در چرخها تبدیل میکند، در حالی که وسایل نقلیه بنزین معمولی فقط حدود 12 تا 30 درصد انرژی ذخیره شده در بنزین را به قدرت در چرخها تبدیل میکند - بقیه عمدتاً به صورت گرما و از طریق اصطکاک موتور از دست می‌رود. fueleconomy.gov همچنین یادآوری میکند که باتری‌های وسیله نقلیه الکتریکی میتوانند 12 تا 15 سال در آب و هوای معتدل و 8 تا 12 سال در آب و هوای شدید دوام بیاورند، و شارژ کامل عادی 3 تا 12 ساعت طول می‌کشد، با شارژ سریع به 80 درصد ظرفیت در حدود 30 دقیقه رسیدن.
موتور احتراق داخلی در مقابل موتور الکتریکی: تفاوت‌های کلیدی
ویژگی
موتور احتراق داخلی
موتور الکتریکی
منبع انرژی
بنزین، دیزل یا سوختهای مایع/گاز جایگزین
الکتریسیته ذخیره شده در بسته باتری
فرایند اصلی
چرخه احتراق چهار مرحله‌ای (مکش، فشردهسازی، قدرت، تخلیه)
کنترل‌کننده الکترونیک‌های قدرت جریان باتری را به موتور جر هدایت میکند
کارایی انرژی به چرخ
حدود 12-30 درصد (fueleconomy.gov)
بیش از 77 درصد (fueleconomy.gov)
سوخت‌گیری/شارژ کردن
دقایق در پمپ سوخت
شارژ کامل 3-12 ساعت؛ ~30 دقیقه شارژ سریع تا 80 درصد (fueleconomy.gov)
بازیافت انرژی ترمز
قابل اجرا نیست؛ انرژی به صورت گرما از دست می‌رود
ترمز احیایی حدود 22 درصد انرژی رانندگی را بازیافت میکند (DOE، از طریق Mazda)
اصطلاحات رایج توضیح داده شده
میل لنگ: شافت دورانی که حرکت بالا و پایین پیستون را به حرکت دورانی تبدیل میکند، طبق وزارت انرژی.
باتری جر: بسته باتری قابل شارژ که انرژی را برای موتور جر الکتریکی ذخیره میکند، طبق AFDC.
کنترل‌کننده الکترونیک‌های قدرت: جزئی که مدیریت میکند چگونه انرژی الکتریکی از باتری جریان می‌یابد و سرعت و گشتاور موتور را کنترل میکند، طبق AFDC.
ترمز احیایی: استفاده از موتور الکتریکی به عنوان مولد در طی ترمز برای ارسال انرژی دوباره به باتری، همان‌طور که Mazda توصیف کرده است، بر اساس تخمینهای وزارت انرژی.
پرسش‌ها
چهار مرحله موتور بنزین کدام هستند؟
طبق وزارت انرژی، آنها عبارتند از مکش (کشش هوا و سوخت)، فشردهسازی (فشار دادن مخلوط)، قدرت (مخلوط منفجر شده پیستون را فشار میدهد)، و تخلیه (کشیدن بیرون گازهای مصرفشده).
موتور الکتریکی چقدر بیشتر از موتور احتراق داخلی کارآمد است؟
fueleconomy.gov بیان میکند خودروهای الکتریکی 77 درصد بیش از الکتریسیته شبکه را به قدرت در چرخها تبدیل میکند، در مقابل حدود 12-30 درصد برای وسایل نقلیه بنزین که انرژی سوخت را به قدرت چرخ تبدیل میکند.
ترمز احیایی چیست و چقدر انرژی را صرفهجویی میکند؟
این یک فرایند است که موتور الکتریکی در طی ترمز یا سفر شیبدار به صورت معکوس به عنوان مولد عمل میکند و الکتریسیته را دوباره به باتری میفرستد. Mazda، به استناد تخمینهای وزارت انرژی، میگوید این 22 درصد انرژی رانندگی را در وسایل نقلیه الکتریکی در طی رانندگی شهری و بزرگراهی (در برابر 5-9 درصد در هیبریدها) بازیافت میکند.
آیا موتور احتراق داخلی میتواند بر روی چیز دیگری جز بنزین کار کند؟
بله - وزارت انرژی یادآوری میکند که موتورهای احتراق داخلی میتوانند بر روی دیزل یا سوختهای جایگزین مانند گاز طبیعی، پروپان، بیودیزل یا اتانول کار کنند و میتوانند با اجزای الکتریکی در سیستمهای هیبریدی جفت شوند.
بازرسی های فنی خودروها، مانند بازرسی تقنی فرانسه (contrôle technique) یا آزمایش MOT بریتانیا، یک فهرست قانونی واحد را در سراسر یک کشور به کار می برند، اما نرخ های رد می تواند بین مناطق به عامل سه متفاوت باشد. داده های حاصل از مؤسسه بازرسی رسمی فرانسه، ارقام DVSA بریتانیا و پرونده دادگاه سویس نشان می دهد که شکاف اساساً از سن خودروها، ترکیب ناوگان، شرایط جاده ای و قضاوت اداری محلی ناشی می شود - نه از معایی تقنی متفاوت.
خودروهای الکتریکی عموماً 30-40 درصد کمتر برای نگهداری روتین نسبت به خودروهای بنزینی هزینه می‌کنند، زیرا از تعویض روغن، شمع‌های آتش‌زنی و تسمه‌های توزیع صرف‌نظر می‌کنند، طبق داده‌های صنعتی فرانسوی و آمریکایی. اما خودروهای الکتریکی میتوانند بیمه و تعمیر بعد از تصادم گران‌تر شوند، بنابراین صرفه‌جویی‌ها در تمام دسته‌های هزینه‌های مالکیت جهانی نیستند.
مدیرعامل فورد جیم فارلی می گوید تعرفه ها و تحریم های واردات به طور دائم نمی توانند شرکت های تولیدکننده خودروهای الکتریکی چینی را از کسب سهم بازار جهانی متوقف کنند، به رهبران صنعت در دتروئیت هشدار می دهد که برندهایی مانند BYD می توانند در عرض یک دهه وارد ایالات متحده شوند علی رغم محدودیت های کنونی. او به اروپا اشاره کرد، جایی که گفت قبلاً خیلی دیر است تا پیشرفت خودروسازان چینی را کاهش دهند.
جیلی اتو در ۹ اکتبر ۲۰۲۶ اعلام کرد که از سال ۲۰۲۷ شروع به فروش خودروها در کانادا خواهد کرد، که این نخستین حرکت آن در بازار آمریکای شمالی است. خودروساز چینی اکنون در حال ساخت شبکه نمایندگی است اما هنوز مدل‌ها، قیمت‌ها و مکان‌های مربوطه را اعلام نکرده است.
