汽車引擎如何運作：內燃機與電動馬達解析

今天路上行駛的大多數汽車由兩種截然不同的機器驅動。一種在金屬氣缸內燃燒液體燃料；另一種則使用電力旋轉磁鐵。瞭解發動機蓋下發生的情況可以解釋為什麼這些車輛的感覺、聲音和維護方式差異很大。

內燃機如何運作

根據美國能源部的說法，內燃機（ICE）由固定的氣缸和活動活塞組成。燃料在氣缸內燃燒，膨脹的氣體推動活塞，進而轉動曲軸，最終驅動車輛的車輪。

能源部解釋說，大多數ICE車輛運行於四衝程循環：進氣、壓縮、燃燒/動力和排氣。在進氣衝程中，當進氣門打開時，活塞向下移動以吸入空氣和燃料。在壓縮衝程中，進氣門關閉，活塞向上移動，壓縮空氣-燃料混合物。在動力衝程中，壓縮的混合物點燃——推動活塞向下——在排氣衝程中，當第二個排氣門打開時，活塞再次上升以排出廢氣。

能源部區分了兩種主要的引擎設計：火花點火汽油引擎，其中火花塞點燃燃油-空氣混合物，以及壓縮點火柴油引擎，其中燃料在熱的、高度壓縮的空氣中自燃。ICE也可以使用天然氣、丙烷、生物柴油或乙醇等替代燃料運行，並可以在混合動力或插電式混合動力系統中與電動組件結合。

電動汽車馬達如何運作

根據美國政府的fueleconomy.gov和能源部的替代燃料數據中心（AFDC）的說法，全電動車用一個或多個電動牽引馬達代替引擎，由可充電電池組供電。AFDC列出了核心組件：儲存能量的牽引電池、將傳入的交流電轉換為直流電用於充電的充電端口和車載充電器、為附件降低電壓的直流/直流轉換器、管理馬達速度和扭矩的功率電子控制器，以及電動牽引馬達本身，它驅動車輪（在大多數設計中通過變速器）。

根據AFDC的說法，由牽引電池供電，功率電子控制器管理有多少電能到達電動牽引馬達，並控制馬達的速度和它產生的扭矩。AFDC指出，一個獨立的熱系統使電池、馬達和電子器件保持在其適當的工作溫度範圍內。

再生制動：馬達反向運作

一個在傳統ICE車輛中沒有等效物的特性是再生制動。正如馬自達的消費者技術頁面所描述的，引用能源部的估計，當駕駛員鬆開油門、制動或下坡滑行時，電動馬達改變角色：不是消耗電池電力旋轉車輪，而是旋轉的車輪轉動馬達，馬達現在充當發電機並將電力送回電池。根據馬自達引用的能源部估計，在城市和高速公路混合駕駛期間，這個過程在電動車中恢復約22%的駕駛能量（相比之下混合動力車為5-9%）。馬自達指出，因為再生制動無法提供緊急情況下所需的制動力，傳統摩擦制動器保持就位作為備份。

為什麼兩種系統的效率不同

Fueleconomy.gov指出，電動車將從電網中汲取的超過77%的電能轉化為車輪處的動力，而傳統汽油車只將汽油中儲存的大約12%至30%的能量轉化為車輪處的動力——其餘的主要作為熱量和通過發動機摩擦損失。Fueleconomy.gov還指出，EV電池在溫和氣候中可能持續12至15年，在惡劣氣候中持續8至12年，完全充電通常需要3至12小時，快速充電在約30分鐘內達到80%容量。

常見術語解釋

• 曲軸：根據能源部的說法，將活塞的上下運動轉化為旋轉運動的旋轉軸。
• 牽引電池：根據AFDC的說法，儲存電動牽引馬達能量的可充電電池組。
• 功率電子控制器：根據AFDC的說法，管理電能如何從電池流出並控制馬達速度和扭矩的組件。
• 再生制動：根據馬自達引用能源部估計所描述的，在減速期間使用電動馬達作為發電機以將能量送回電池。