Dwie zupełnie różne maszyny napędzają większość samochodów na drodze dzisiaj. Jeden spala płynne paliwo wewnątrz metalowych cylindrów; drugi wykorzystuje elektryczność do obracania magnesów. Zrozumienie tego, co dzieje się pod maską, wyjaśnia, dlaczego te pojazdy czują się, brzmiają i konserwują się tak różnie.
Jak działa silnik spalinowy
Według Departamentu Energii USA silnik spalinowy (ICE) składa się z nieruchomego cylindra i poruszającego się tłoka. Paliwo się spala wewnątrz cylindra, a rozszerzające się gazy popychają tłok, który obraca wał korbowy i ostatecznie napędza koła pojazdu.
Większość pojazdów z ICE pracuje na czterotaktowym cyklu, jak wyjaśnia Departament Energii: wlot, sprężenie, spalanie/moc i wydech. Podczas wlotu tłok opuszcza się, gdy zawór wlotowy otwiera się, aby nabrać powietrze i paliwo. Podczas sprężenia zawór się zamyka, a tłok podnosi się, sprężając mieszankę paliwa i powietrza. W takcie mocy sprężona mieszanka się zapalnia — popychając tłok w dół — a w takcie wydechowym tłok znowu się podnosi, gdy drugi zawór otwiera się, aby wydalić spaliny.
Departament Energii wyróżnia dwa główne projekty silników: silniki benzynowe z zapłonem iskrowym, gdzie świeca zapłonowa zapalnia mieszankę paliwa i powietrza, oraz silniki diesla ze samozapłonem, gdzie paliwo samo się zapala w gorącym, wysoko sprężonym powietrzu. Silniki ICE mogą również pracować na paliwach alternatywnych, takich jak gaz ziemny, propan, biodiesel lub etanol, i mogą być połączone z elementami elektrycznymi w systemach hybrydowych lub plug-in hybrydowych.
Jak działa silnik elektryczny samochodu elektrycznego
Zgodnie z portalem rządowym fueleconomy.gov i Alternatywnym Centrum Danych Paliwowych (AFDC) Departamentu Energii, pojazdy całkowicie elektryczne zastępują silnik jednym lub kilkoma elektrycznymi silnikami trakcyjnymi zasilanymi akumulatorem do ponownego ładowania. AFDC wymienia główne komponenty: akumulator trakcyjny, który przechowuje energię, port ładowania i wbudowaną ładowarkę, które konwertują przychodzącą energię AC na DC do ładowania, konwerter DC/DC, który obniża napięcie dla akcesoriów, kontroler elektroniki mocy, który zarządza prędkością i momentem obrotowym silnika, oraz sam elektryczny silnik trakcyjny, który napędza koła (w większości konstrukcji przez przekładnię).
Zasilany przez akumulator trakcyjny, kontroler elektroniki mocy zarządza tym, ile energii elektrycznej dociera do elektrycznego silnika trakcyjnego i kontroluje prędkość silnika oraz moment obrotowy, jaki wytwarza, zgodnie z AFDC. Oddzielny system termiczny utrzymuje akumulator, silnik i elektronikę w odpowiednim zakresie temperatury roboczej, zauważa AFDC.
Hamowanie regeneracyjne: silnik pracujący w odwrotnym kierunku
Funkcja bez odpowiednika w konwencjonalnym pojeździe ICE to hamowanie regeneracyjne. Jak opisuje to na stronach technologii konsumenckiej Mazda, powołując się na szacunki Departamentu Energii, gdy kierowca puszcza pedał gazu, hamuje lub zjeżdża ze wzgórza, elektryczny silnik zmienia role: zamiast zużywać moc akumulatora, aby obracać koła, obracające się koła obracają silnik, który teraz działa jako generator i odsyła elektryczność z powrotem do akumulatora. Departament Energii, przywołany przez Mazdę, szacuje, że ten proces odzyskuje około 22% energii jazdy w pojazdach elektrycznych podczas połączonej jazdy po mieście i autostradzie (w porównaniu z 5–9% w hybrydach). Ponieważ hamowanie regeneracyjne nie może zapewnić siły hamowania potrzebnej w nagłych wypadkach, konwencjonalne hamulce tarciowe pozostają na miejscu jako kopia zapasowa, zauważa Mazda.
Dlaczego oba systemy różnią się wydajnością
Fueleconomy.gov stwierdza, że pojazdy elektryczne konwertują ponad 77% energii elektrycznej pobieranej z sieci na moc na kołach, podczas gdy konwencjonalne pojazdy benzynowe konwertują tylko około 12% do 30% energii zgromadzonej w benzynie na moc na kołach — reszta jest tracona głównie jako ciepło i przez tarcie silnika. Fueleconomy.gov zauważa również, że baterie pojazdów elektrycznych mogą trwać 12 do 15 lat w klimatach umiarkowanych i 8 do 12 lat w surowych klimatach, a pełne naładowanie zwykle trwa 3 do 12 godzin, z szybkim ładowaniem osiągającym 80% pojemności w około 30 minut.
Silnik spalinowy vs. silnik elektryczny: główne różnice| Funkcja | Silnik spalinowy | Silnik elektryczny |
|---|
| Źródło energii | Benzyna, diesel lub alternatywne paliwa ciekłe/gazowe | Elektryczność przechowywana w akumulatorze |
|---|
| Proces zasadniczy | Czterotaktowy cykl spalania (wlot, sprężenie, moc, wydech) | Kontroler elektroniki mocy kieruje prąd akumulatora do elektrycznego silnika trakcyjnego |
|---|
| Efektywność energii do kół | Około 12%–30% (fueleconomy.gov) | Ponad 77% (fueleconomy.gov) |
|---|
| Tankowanie/ładowanie | Minuty na stacji paliw | 3–12 godzin pełne naładowanie; ~30 min szybkie ładowanie do 80% (fueleconomy.gov) |
|---|
| Odzyskiwanie energii hamowania | Nie dotyczy; energia stracona jako ciepło | Hamowanie regeneracyjne odzyskuje około 22% energii jazdy (DOE, poprzez Mazdę) |
|---|
Wyjaśnienie powszechnych terminów
- Wał korbowy: obracający się wał, który konwertuje ruch tłoka w górę i w dół na ruch obrotowy, zgodnie z Departamentem Energii.
- Akumulator trakcyjny: akumulator do ponownego ładowania, który przechowuje energię dla elektrycznego silnika trakcyjnego, zgodnie z AFDC.
- Kontroler elektroniki mocy: komponent, który zarządza przepływem energii elektrycznej z akumulatora i kontroluje prędkość i moment obrotowy silnika, zgodnie z AFDC.
- Hamowanie regeneracyjne: wykorzystanie elektrycznego silnika jako generatora podczas hamowania w celu odesłania energii z powrotem do akumulatora, jak opisuje to Mazda, powołując się na szacunki Departamentu Energii.
Ten tekst przygotowała sztuczna inteligencja, a przed publikacją przeszedł automatyczną kontrolę źródeł. Jeśli widzisz błąd, poproś o sprostowanie. Poproś o sprostowanie lub odpowiedź · Jak to robimy
