שתי מכונות שונות מאוד מניעות את רוב המכוניות בכביש היום. אחת שורפת דלק נוזל בתוך גלילים מתכתיים; השנייה משתמשת בחשמל לסיבוב מגנטים. הבנת מה קורה מתחת המכסה מסבירה למה לרכבים אלו יש תחושה, קול ותחזוקה שונים מאוד.
איך עובד מנוע בעירה פנימית
על פי משרד האנרגיה של ארה"ב, מנוע בעירה פנימית (ICE) מורכב מגליל קבוע ובוכנה נעה. דלק בוער בתוך הגליל, והגזים המתרחבים דוחפים את הבוכנה, המסובבת את גל הארכובה וב בסופו של דבר מסובבת את גלגלי הרכב.
מרבית רכבי מנוע בעירה פנימית עובדים על מחזור ארבע-פעימות, כפי שמסביר משרד האנרגיה: שאיבה, דחיסה, בעירה/כוח, וזיהום. במהלך השאיבה, הבוכנה נעה למטה כשחסום השאיבה פתוח כדי לשאוב אוויר ודלק. במהלך הדחיסה, החסום נסגר והבוכנה נעה למעלה, דוחסת את תערובת האוויר-דלק. בפעימת הכוח, התערובת הדחוסה מתפוצצת - דוחפת את הבוכנה למטה - ובפעימת הזיהום, הבוכנה עולה שוב כשחסום שני נפתח כדי לגרש גזים מחוצים.
משרד האנרגיה מבחין בין שני עיצובי מנוע ראשיים: מנועי בנזין הדלקה בהצתה, שם נר הצתה מדליק את תערובת הדלק-אוויר, ומנועי דיזל הדלקה בדחיסה, שם דלק מתדלק בעצמו באוויר חם מדחוס מאוד. מנועי בעירה פנימית יכולים גם לפעול על דלקים חלופיים כגון גז טבעי, פרופאן, ביודיזל או אתנול, וניתן לשלבם עם רכיבים חשמליים במערכות היברידיות או היברידיות בחיבור.
איך עובד מנוע רכב חשמלי
כלי רכב חשמליים לחלוטין מחליפים את המנוע באחד או יותר מנועי גרר חשמליים המופעלים על ידי חבילת סוללה הניתנת לטעינה חוזרת, על פי אתר fueleconomy.gov של הממשלה האמריקנית ומרכז נתוני דלקים חלופיים (AFDC) של משרד האנרגיה. ה-AFDC מפרט את המרכיבים העיקריים: סוללת גרור המאחסנת אנרגיה, יציאת טעינה ומטעין על הסיפון המומיר חשמל AC נכנס ל-DC לטעינה, ממיר DC/DC המוריד מתח לאביזרים, בקר אלקטרוניקת כוח שמנהל מהירות ומומנט מנוע, והמנוע החשמלי גרור עצמו, המניע את הגלגלים (ברוב העיצובים דרך תיבת הילוכים).
בהנעת סוללת גרור, בקר אלקטרוניקת כוח מנהל כמה אנרגיה חשמלית מגיעה למנוע גרירה חשמלי ושולט במהירות המנוע ובמומנט שהוא מייצר, על פי ה-AFDC. מערכת תרמית נפרדת שומרת על הסוללה, המנוע והאלקטרוניקה בטווח טמפרטורת ההפעלה הנכון, כפי שמציין ה-AFDC.
בלימה מחודשת: המנוע עובד בהפוך
תכונה שאין לה כל עדכוני בכלי רכב מנוע בעירה פנימית קונבנציונלי היא בלימה מחודשת. כפי שדף טכנולוגיית הצרכן של Mazda מתאר זאת, המבוסס על הערכות משרד האנרגיה, כאשר הנהג מרים את רגלו מדוושת המאיץ, בולם או יורד במדרון, המנוע החשמלי הופך תפקידים: במקום לצרוך כוח סוללה לסיבוב הגלגלים, הגלגלים הסובבים מסובבים את המנוע, שעכשיו פועל כממחולל ושולח חשמל חזרה לסוללה. משרד האנרגיה מעריך, על פי Mazda, שתהליך זה מחזיר כ-22% מאנרגיית הנהיגה בכלי רכב חשמליים בזמן נהיגה בעיר ובכביש מהיר (לעומת 5-9% בהיברידיות). מכיוון שבלימה מחודשת לא יכולה לספק את כוח הבלימה הדרוש במקרים חירום, בלמי חיכוך קונבנציוניים נשארים במקומם כגיבוי, כפי שמציין Mazda.
למה שתי המערכות שונות בעילות
fueleconomy.gov קובע כי כלי רכב חשמליים ממירים יותר מ-77% מאנרגיית החשמל שנשאבה מהרשת לכוח בגלגלים, בעוד שכלי רכב בנזין קונבנציוניים ממירים רק כ-12% ל-30% מהאנרגיה המאוחסנת בבנזין לכוח בגלגלים - שאר הנתונים אובדים בעיקר כחום וכחיכוך מנוע. fueleconomy.gov מציין גם כי סוללות כלי רכב חשמליים עשויות להחזיק 12 עד 15 שנים באקלימים מתונים ו-8 עד 12 שנים באקלימים קשים, וכי טעינה מלאה לוקחת בדרך כלל 3 עד 12 שעות, עם טעינה מהירה שמגיעה ל-80% קיבול בכ-30 דקות.
מנוע בעירה פנימית מול מנוע חשמלי: הבדלים עיקריים| תכונה | מנוע בעירה פנימית | מנוע חשמלי |
|---|
| מקור אנרגיה | בנזין, דיזל או דלקים נוזליים/גזים חלופיים | חשמל המאוחסן בחבילת סוללה |
|---|
| תהליך עיקרי | מחזור בעירה ארבע-פעימות (שאיבה, דחיסה, כוח, זיהום) | בקר אלקטרוניקת כוח מכוון זרם סוללה למנוע גרירה |
|---|
| יעילות אנרגיה לגלגל | כ-12%-30% (fueleconomy.gov) | יותר מ-77% (fueleconomy.gov) |
|---|
| תדלוק/טעינה | דקות בתחנת דלק | טעינה מלאה 3-12 שעות; ~30 דקות טעינה מהירה ל-80% (fueleconomy.gov) |
|---|
| אחזור אנרגיית בלימה | לא ישים; אנרגיה אובדת כחום | בלימה מחודשת מחזירה כ-22% מאנרגיית הנהיגה (DOE, דרך Mazda) |
|---|
מונחים נפוצים מוסברים
- גל ארכובה: גל סובב המממיר את התנועה עלייה-ירידה של הבוכנה לתנועה סיבובית, על פי משרד האנרגיה.
- סוללת גרירה: חבילת הסוללה הניתנת לטעינה חוזרת המאחסנת אנרגיה למנוע גרירה חשמלי, על פי ה-AFDC.
- בקר אלקטרוניקת כוח: הרכיב שמנהל כיצד אנרגיה חשמלית זורמת מהסוללה ושולט במהירות המנוע ובמומנט, על פי ה-AFDC.
- בלימה מחודשת: שימוש במנוע חשמלי כממחולל במהלך בלימה לשליחת אנרגיה חזרה לסוללה, כפי שמתאר Mazda, בהסתמך על הערכות משרד האנרגיה.
