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内燃机电动机的选择(内燃机和电动机)

发布人:北京体彩网 发布时间:2021-10-10

汽车发动机有两大类型:

内燃式热机永磁同步电机

大部分量产汽车装备的电动都有超过同级燃油车的扭矩,原因不在于电动机结构有什么特殊性,或者减速器齿轮组都在刻意放大扭矩。核心因素为内燃机热效率极低,电动机的能量转化率为内燃机的平均三倍以上,参考下图。

内燃机电动机的选择

内燃式热机的热效率普遍在35%左右,其概念为燃烧产生的热能会有65%左右被“浪费”了。造成消耗的因素为发动机机体与防冻冷却液的低温吸热,活塞与其他运动结构运转时产生的阻力(消耗的功率),以及进排气过程中消耗的热能。内燃机的机械结构非常复杂,这不仅会造成磨损导致使用寿命短,同时还造成了动力的过量损耗。

内燃机电动机的选择

简而言之,消耗1升汽油实际只有350毫升左右才能转化为动能,这里所谓的动能就是发动机的「扭矩」。那么想要获得大扭矩就必须要以极高的油耗实现,比如峰值扭矩可以达到400N·m的2.0T发动机,其真实的城市道路通勤油耗是可以达到15L/100km左右的;更大扭矩的V6/V8大排量发动机可以达到百公里20/30L,这些机器即使量产且制造成本不高也没有多少用户可以接受,主流的代步汽车为了满足用户对油耗的需求只能选择中小排量机型,所以内燃机的扭矩显得挺小。

内燃机电动机的选择

电动机的「热效率」会有多高呢?

电动机实现能量转化的方式不依靠“燃烧”“热能”,而是利用电流转化为电磁场,与永磁体互斥催动转子运转输出转矩(扭矩)。所以称之为「电动机热效率」是不太严谨的,准确的定义应为能量转化率,只是概念与热效率相同。由于电磁场转化动力并不是受到温度与空气的影响,悬浮的转子与轴承也几乎没有运行阻力;运行中产生的热能被冷却液吸收并不会降低扭矩,所以这种机器的转化率可以感到95%以上。

内燃机电动机的选择

在能源储备相同的前提下,电动机消耗电能转化大扭矩的功耗很低,而内燃机的功耗会非常高。也就是说电动机实现大扭矩高性能并不会有很高的用车成本,但是燃油车想要达到与电动车相同的性能就要有数十升百公里的高油耗。不用考虑成本自然是让汽车的性能越强越好,这就是电动以及插电式混动汽车普遍扭矩很大且性能很强的原因。

内燃机电动机的选择

电动机的恒扭矩

内燃机升功率依靠大扭矩,实现大扭矩的基础是增加进气量与喷油量,以燃烧更多的燃油为代价输出更多的热能。从喷油进气到燃烧做功再到升高转速,这一流程需要的时间总会比较长,所以内燃机即使加入涡轮增压进气系统也要在1500转左右才能达到峰值扭矩;自然吸气发动机因没有富氧燃烧增扭的技术支持,以至于峰值扭矩要到平均4000转才能爆发,这种效率相比电动机低到不值一提。

内燃机电动机的选择

电动机升功率主要依靠高转速,因为实现大扭矩的基础是动力电池组输出电流的强弱。理论上只要起步瞬间油门一步到底,此时动力电池就会以最高倍率放电,在输送到到电动机电磁线圈后就会瞬间形成最大扭矩了!——重点:电流传输的速度仅次于光速,那么在踩下油门的瞬间形成峰值扭矩就等于无延迟;而电动机不需要怠速,所以从起步第一转就是最大扭矩,这种状态叫做恒扭矩。

内燃机电动机的选择

总结:电动机是远比内燃机先进的发动机,不论从转化率还是从使用寿命层面分析都不例外。而且第一批普及的汽车本就是电动汽车,燃油车取而代之只是因为同期石油开采技术的先进、行业竞争的不规范、爱迪生镍铁电池初期的不理想,以及两次世界大战对车辆续航里程要求不符合汽车技术升级规律。然而在21世纪留给了电动汽车理想的技术研发空间,未来的电动汽车还会是主流。

内燃机电动机的选择

编辑:天和Auto-汽车科学岛

责编:天和MCN

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