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  • 1 # 天和Auto

    「發動機」是統稱-失去未來的僅僅是內燃機

    名詞解釋:engine_發動機,概念為透過消耗某種能源,將某種能量轉化為「機械能」的機器。汽車裝備的發動機有多種型別,比如以下三種。

    外燃機-蒸汽發動機內燃機-往復活塞式發動機電動機-永磁同步驅動電機

    第一類外燃機已經看不到了,目前的量產汽車基本使用「往復活塞式內燃機」,這種機器還有沒有發展空間呢?理論上是真正的沒有了,因為能量轉化效率比電動機差距太大。

    「3倍」熱能電能

    熱效率概念:燃燒燃油產生的熱能假設為10000kj(千焦),其中透過發動機機械結構能轉化為機械能(有效動力)的部分如果是3500kj,那麼這臺機器的熱效率就是「35%」,剩下的65%都被浪費了。因為往復活塞式內燃機多為「四衝程」,執行步驟包括:進氣噴油,壓縮蒸發,膨脹做功,排放尾氣,運動概念參考下圖。

    內燃機執行時其中每一個步驟都會影響熱效率,而且執行的基礎是依靠燃燒,高頻率的燃燒自然會產生高溫。如果溫度持續聚積在機體材料上則會造成膨脹融化變形,所以內燃機還需要透過防凍冷卻液迴圈流動實現恆溫;冷卻的概念是利用冷卻液吸收燃燒時產生的熱能,吸收的這部分其實也是「內燃機」的“熱效率”。然而這種機器必須依靠燃燒做功,那麼這些冷卻、進排氣以及運動消耗自然是無法避免的,熱效率總會很低。

    電動機能量轉化率:平均90%~95%。

    假設某臺內燃機的熱效率為「35%」,其實際平均值絕不會這麼高。因為在冷啟動階段,內燃機機體與防凍冷卻液的溫度很低,與最佳熱效率(35%標準)所需要的100℃(攝氏度)左右的標準差距很大,在這一階段的熱效率會被低溫機體與冷卻液吸收更多是,效率可能低至30%以下!——結論:電動機的“熱效率”(能量轉化比例)幾乎是內燃機的三倍之多,為什麼這麼高高呢?

    電動機結構非常簡單,包括:殼體,電磁線圈,懸浮轉子與永磁體以及軸承。執行的原理為動力電池將電流輸送到「電磁線圈」形成電磁場,隨即與永磁體磁極互斥驅動轉子運轉輸出轉矩(動力)。整個流程既不受到溫度的影響,同時也對空氣(氧氣)沒有需求,防凍冷卻液即使吸收了運轉產生的熱能也沒有關係,因為這種機器不需要“熱轉化”!——沒有內燃機這麼多的「能量損耗」,電動的效率自然會非常非常高,淘汰內燃機自然只是時間問題。

    過渡階段內燃機尚有價值

    「電動汽車」無疑是最終的汽車形態,但是在動力電池製造成本還是偏高一些,而且配套充電道路還沒有規劃建設之前。「里程焦慮」仍然會成為很多C端使用者選擇電動汽車的障礙,反而是整合內燃機的混合動力汽車更容易接受,因為“加油”畢竟要便利一些。在這一階段中內燃機可以作為增程式繼續存在,然而需要的已經不是技術升級了……猜一猜為什麼吧。

    「內燃機&增程器」無需技術過度升級的原因為:恆定轉速運轉本就很節油。相信大部分汽車使用者都知道“定速巡航”駕駛會省油,原因是內燃機不會有頻繁的轉速波動,或者說不會高頻率的升高以加大燃油消耗量。反而是在城市道路駕駛時,轉速“忽高又忽高”比較費油。那麼只要穩定轉速並控制在中低範圍區間,似乎即使用低燃效的「氣道噴油」(多點電噴)也能實現節油;而增程器正是以這種低轉速“恆定rpm”的方式執行,再投入很大的成本提升一點點「燃效」還有多大意義?——油耗已經倍數級下降了。

    綜上所述:電動機最終必然淘汰內燃機,過渡階段的內燃機需要過度投入研發,各大車企的技術研發方向均轉型「三電系統」也印證了這一結論。所以可以說燃油車註定成為過去式,過渡期內會以插電式混動汽車(涵蓋增程式)為主,最終會是“充電道路”與電動汽車並存的「電驅時代」。

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