汽车引擎如何工作：内燃机与电动马达详解

两种截然不同的机器推动了当今公路上大多数汽车。一种在金属汽缸内燃烧液体燃料；另一种使用电力旋转磁铁。了解发动机盖下发生的情况解释了为什么这些车辆的感受、声音和维护方式如此不同。

内燃机如何工作

根据美国能源部的数据，内燃机（ICE）由一个固定汽缸和一个活动活塞组成。燃料在汽缸内燃烧，膨胀的气体推动活塞，活塞转动曲轴，最终驱动车辆的车轮。

大多数内燃机车辆按四冲程循环运行，能源部解释：进气、压缩、燃烧/动力和排气。在进气冲程中，活塞下移，进气阀打开，吸入空气和燃料。在压缩冲程中，活塞上移，挤压空气-燃料混合物。在动力冲程中，压缩的混合物点燃——推动活塞下移——在排气冲程中，活塞再次上升，第二个阀门打开以排出已燃烧的气体。

能源部区分了两种主要发动机设计：火花点火汽油发动机，其中火花塞点燃燃油混合物，以及压缩点火柴油发动机，其中燃料在热的、高度压缩的空气中自点燃。内燃机也可以运行在替代燃料上，如天然气、丙烷、生物柴油或乙醇，并可与混合动力或插电式混合动力系统中的电气部件结合。

电动汽车马达如何工作

根据美国政府的fueleconomy.gov网站和能源部替代燃料数据中心（AFDC）的资料，全电动汽车用一个或多个电动牵引马达（由可充电电池组供电）替代了发动机。AFDC列出了核心部件：储存能量的牵引电池、将传入交流电转换为直流电进行充电的充电端口和车载充电器、降低配件电压的直流/直流变换器、管理马达速度和扭矩的电力电子控制器，以及电动牵引马达本身，它驱动车轮（在大多数设计中通过变速器）。

由牵引电池供电，电力电子控制器根据AFDC的说法管理有多少电能到达电动牵引马达，并控制马达的速度和产生的扭矩。一个单独的热管理系统使电池、马达和电子部件保持在各自的适当工作温度范围内，AFDC指出。

再生制动：马达反向工作

根据Mazda的消费者技术页面（引用能源部估计），当驾驶员松开油门、制动或下坡滑行时，电动马达反向运行：电动马达不再消耗电池电力旋转车轮，而是旋转的车轮转动马达，马达现在充当发电机，向电池发送电力。根据Mazda引用的能源部估计，在联合城市和高速公路驾驶过程中，这个过程在电动汽车中恢复约22%的驾驶能量（而混合动力车中为5–9%）。因为再生制动无法提供紧急情况下所需的制动力，传统摩擦制动仍然保留作为备份，Mazda指出。

为什么这两个系统的效率不同

Fueleconomy.gov表示，电动汽车将从电网中获取的超过77%的电能转换为车轮处的动力，而传统汽油车只将汽油中储存的能量的约12%至30%转换为车轮处的动力——其余的主要作为热量和通过发动机摩擦而损失。Fueleconomy.gov还指出，电动汽车电池在温和气候中可能持续12至15年，在严峻气候中持续8至12年，完全充电通常需要3至12小时，快速充电约30分钟可达80%容量。

常用术语解释

• 曲轴：根据能源部的说法，将活塞的上下运动转换为旋转运动的旋转轴。
• 牵引电池：根据AFDC的说法，为电动牵引马达储存能量的可充电电池组。
• 电力电子控制器：根据AFDC的说法，管理电能如何从电池流出并控制马达速度和扭矩的部件。
• 再生制动：如Mazda所述，在减速时使用电动马达作为发电机向电池发送能量，引用能源部的估计。