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1 # 桃子長成記
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2 # 天和Auto
錯誤描述糾正:電動汽車同樣需要發動機名詞解釋:engine_發動機,概念指能夠將某種形態的能量轉化為機械能的機器,是「產生動力機器」的統稱概念。
Engine_發動機型別豐富多樣,比如燃油動力汽車裝備的往復活塞式內燃機,船舶艦艇使用的外燃式蒸汽機,以及航空航天領域的噴氣式發動機,還有今天知名度極高的電動機等等。不同型別的交通工具適合不同型別的發動機,不過汽車在淘汰笨重的外燃機之後還有兩種機器可選,下一步淘汰的將會是內燃機。
內燃機因為什麼普及?電動汽車與燃油動力汽車的普及在同一階段,均在20世紀初(一戰之前)。第一批普及的汽車實際為電驅動,發動機型別以「輪轂電機」為主;原因為電動機的執行非常非常的安靜,而內燃機僅僅比外燃機好一些而已,但比電動機還是差的多。但為什麼內燃機取代電動機率先普及了呢?原因在於能源補充的便利性。
知識點:初期的電動汽車因動力電池的能量密度限制了續航能力,知名度最高的是愛迪生的「鎳鐵電池」。裝備這種電池的汽車續航里程只有幾十公里,這一標準對於當時的和平年代的C端使用者而言是夠用的,因為笨重的蒸汽機車續航里程也很短。理論上只要留給發明家們的時間足夠充裕,續航里程怕是在20世紀中葉就能達到當下的水平,但是時間不等人啊。
在電動汽車普及的初期階段,石油開採技術突飛猛進,為了讓這種能源成為主流而開啟了不正常競爭。其次一戰與二戰成為20世紀全球最大的傷痛,但同時也加強了「戰地通勤」效率要求的提升;電動汽車的充電便利性與續航能力在戰時還不能滿足需求,燃油動力汽車雖然NVH水平差但加油便利,於是自然而然的因剛需而普及。在數十年的使用經歷中又形成了汽車的普及形態認知,所以在戰後仍舊被接受並延續了,然而這是個錯誤。
內燃機&電動機關鍵差異:轉化率內燃機是透過燃燒燃油產生熱能,利用燃燒過程中分子無規則的劇烈運動產生推動力(熱能),驅動活塞連桿曲軸運轉輸出動力。這種“熱機”存在非常大的能量損耗,因為能量的傳導是無序的,同時複雜的機械結構在執行中也會消耗能量;熱能被低溫物體冷卻吸收也會消耗一部分,結果導致燃燒產生的總熱能中,只有平均35%左右能夠轉化為有效功,這一比例叫做「熱效率」。
電動機是透過電流輸入到電磁線圈形成電磁場,與永磁體的磁極互斥驅動轉子運轉。其簡單的原理與簡單的結構有非常高的能量轉化率,即使是水平一般的電動機也能達到90%左右,高效電動機可以高達95%~97%。消耗等量的能量,電動機可以輸出的功率會高很多,或者說浪費的能源會少很多;同時電動機的轉子與電磁線圈並不接觸,懸浮的狀態自然不會產生和內燃機一樣的振動與噪音,所以體驗也會好很多。
重點:電動機的效能可以「碾壓」內燃機。原因為電流的傳輸速度僅次於光速,只要在起步時讓動力電池以最大倍率放電,在電動機運轉的第一轉就能爆發最大扭矩;而內燃機即使是高壓縮比的柴油機,其峰值扭矩也要在1500rpm左右才能爆發。“低轉爆發力”沒有比電動機更強的機器了,所以高鐵動車、船舶潛艇都在使用電機驅動,柴油機組只是用以發電而已。這就是電動機的魅力,那麼在動力電池儲能技術成熟之後,還有必要研發內燃機嗎?
總結:內燃機的普及是歷史的巧合(或必然),而技術領域的必然則是電動機替代內燃機。現階段的動力電池成本已經可控了,某些優秀的磷酸鐵鋰電池只需要幾百元1kwh(度),能量密度可以達到非常NCM三元鋰的高標準;從2020年開始,續航里程足夠理想且價格足夠低的電動汽車將會陸續問世,燃油動力汽車的加速退場是勢不可擋的,當然原因主要是石油儲備的捉襟見肘,內燃機必然將成為過去式。
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您說的這個以後可能比較遙遠,國家規劃2025年新能源佔比達到25%,而且還是包含插電混以及輕混的,所以在很長一段時間內,燃油車依舊是市場主力;另外考慮其他非普通乘用車,例如商用車,特種用車等,柴油大功率發動機短期內是無法被替代的,因此研發發動機還是很有必要的。