Две совершенно разные машины движут большинство автомобилей на дороге сегодня. Одна сжигает жидкое топливо внутри металлических цилиндров; другая использует электричество для вращения магнитов. Понимание того, что происходит под капотом, объясняет, почему эти транспортные средства чувствуют, звучат и обслуживаются так по-разному.
Как работает двигатель внутреннего сгорания
По данным Министерства энергетики США, двигатель внутреннего сгорания (ДВС) состоит из неподвижного цилиндра и движущегося поршня. Топливо сгорает внутри цилиндра, и расширяющиеся газы толкают поршень, который вращает коленчатый вал и в конечном итоге приводит в движение колеса транспортного средства.
Большинство автомобилей ДВС работают по четырехтактному циклу, как объясняет Министерство энергетики: впуск, сжатие, сгорание/мощность и выхлоп. При впуске поршень движется вниз, когда впускной клапан открывается для впуска воздуха и топлива. При сжатии клапан закрывается и поршень движется вверх, сжимая топливно-воздушную смесь. В такте мощности сжатая смесь воспламеняется — толкая поршень вниз — и в такте выхлопа поршень снова поднимается, когда открывается второй клапан для выпуска выхлопных газов.
Министерство энергетики выделяет два основных типа двигателей: двигатели с искровым зажиганием на бензине, где свеча зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь, и двигатели с воспламенением от сжатия дизельные, где топливо самовоспламеняется в горячем, сильно сжатом воздухе. ДВС также могут работать на альтернативном топливе, таком как природный газ, пропан, биодизель или этанол, и могут быть объединены с электрическими компонентами в гибридных или подключаемых гибридных системах.
Как работает электромотор электромобиля
По данным сайта fueleconomy.gov правительства США и Центра альтернативного топлива (CAFD) Министерства энергетики, полностью электрические транспортные средства заменяют двигатель одним или несколькими электрическими тяговыми двигателями, питаемыми перезаряжаемой батареей. CAFD перечисляет основные компоненты: тяговую батарею, которая накапливает энергию, порт зарядки и встроенное зарядное устройство, которые преобразуют входящее переменное электричество в постоянное для зарядки, преобразователь DC/DC, который понижает напряжение для аксессуаров, контроллер силовой электроники, управляющий скоростью и крутящим моментом электромотора, и сам электрический тяговый двигатель, который приводит в движение колеса (в большинстве конструкций через коробку передач).
Питаемый тяговой батареей, контроллер силовой электроники управляет тем, сколько электрической энергии достигает электрического тягового двигателя, и контролирует скорость двигателя и производимый им крутящий момент, согласно CAFD. Отдельная тепловая система поддерживает батарею, двигатель и электронику в пределах надлежащего рабочего диапазона температур, отмечает CAFD.
Рекуперативное торможение: двигатель, работающий в обратном направлении
Функция, не имеющая аналогов в обычном автомобиле ДВС — рекуперативное торможение. Как описывается на страницах потребительских технологий Mazda, со ссылкой на оценки Министерства энергетики, когда водитель отпускает педаль акселератора, тормозит или катится вниз с горы, электрический двигатель меняет роли: вместо потребления энергии батареи для вращения колес, вращающиеся колеса вращают двигатель, который теперь действует как генератор и отправляет электричество обратно в батарею. По оценкам Министерства энергетики, приведенным Mazda, этот процесс восстанавливает около 22% энергии вождения в электромобилях при смешанном городском и шоссейном вождении (в сравнении с 5–9% в гибридах). Поскольку рекуперативное торможение не может обеспечить тормозную силу, необходимую в чрезвычайных ситуациях, обычные фрикционные тормоза остаются на месте в качестве резервной системы, отмечает Mazda.
Почему две системы отличаются по эффективности
Fueleconomy.gov указывает, что электромобили преобразуют более 77% электрической энергии, потребляемой из сети, в мощность на колесах, в то время как обычные бензиновые автомобили преобразуют только около 12%-30% энергии, накопленной в бензине, в мощность на колесах — остальное теряется главным образом в виде тепла и через трение двигателя. Fueleconomy.gov также отмечает, что батареи электромобилей могут служить 12-15 лет в умеренном климате и 8-12 лет в суровом климате, и что полная зарядка обычно занимает 3-12 часов, с быстрой зарядкой достигающей 80% емкости примерно за 30 минут.
Двигатель внутреннего сгорания и электромотор: ключевые различия| Характеристика | Двигатель внутреннего сгорания | Электромотор |
|---|
| Источник энергии | Бензин, дизель или альтернативное жидкое/газовое топливо | Электричество, накопленное в батарее |
|---|
| Основной процесс | Четырехтактный цикл сгорания (впуск, сжатие, мощность, выхлоп) | Контроллер силовой электроники направляет ток батареи в электрический тяговый двигатель |
|---|
| Эффективность преобразования энергии в мощность на колесах | Около 12%–30% (fueleconomy.gov) | Более 77% (fueleconomy.gov) |
|---|
| Заправка/зарядка | Минуты на заправочной станции | 3–12 часов полная зарядка; ~30 мин быстрая зарядка до 80% (fueleconomy.gov) |
|---|
| Восстановление энергии торможения | Неприменимо; энергия теряется как тепло | Рекуперативное торможение восстанавливает около 22% энергии вождения (МЭ, через Mazda) |
|---|
Объяснение обычных терминов
- Коленчатый вал: вращающийся вал, который преобразует возвратно-поступательное движение поршня в ротационное движение, согласно Министерству энергетики.
- Тяговая батарея: перезаряжаемая батарея, которая накапливает энергию для электрического тягового двигателя, согласно CAFD.
- Контроллер силовой электроники: компонент, управляющий потоком электрической энергии от батареи и контролирующий скорость и крутящий момент двигателя, согласно CAFD.
- Рекуперативное торможение: использование электрического двигателя в качестве генератора во время замедления для отправления энергии обратно в батарею, как описано Mazda со ссылкой на оценки Министерства энергетики.
Этот материал подготовлен с помощью искусственного интеллекта и перед публикацией прошёл автоматическую проверку источников. Если вы заметили ошибку, запросите исправление. Запросить исправление или ответ · Как мы работаем
