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多燃料汽車發動機結構原理

汽車 更新时间:2024-09-12 06:17:49

最近有人說燃油汽車就像是“蒸汽機”,注定是要被淘汰的。

雖然說這話的人可能一直被視為“很扯淡”但是這句話本身卻沒有錯,汽車的發動機經曆過三次進化,第一輪被淘汰的就是外燃機;嚴格來說,史上第一輛機動車應當是三輪車,是法國炮兵工程師尼古拉斯古諾打造的木質三輪車,用來拖炮的,使用它的是拿破侖的軍隊。

多燃料汽車發動機結構原理(汽車發動機的三次進化)1

這輛車用的就是蒸汽機,蒸汽機就是一種外燃機;通過燃燒煤炭或其他燃燒産生熱能,随即加熱水使其沸騰産生水蒸氣,水蒸氣再拿來轉化成機械能;這種發動機的特點是體積龐大且熱效率低,不适合體積小巧的汽車使用。但是蒸汽機仍舊是工業革命的标志,隻是開始工業革命隻是一個起點,往後還是可以繼續進步升級的。

多燃料汽車發動機結構原理(汽車發動機的三次進化)2

内燃機是至今還在應用的發動機,最早也是起源于法國,第一台内燃機是無需壓縮和點火做功的,使用煤氣的煤氣機;其熱效率達到4%左右,現在看來是一塌糊塗,但在當時也是領先于外燃機的。重點是這台煤氣機的體積有優勢,可以加速内燃機車的商品化。随後再由德國人奧托研發出四沖程活塞往複式的内燃機,具備壓縮點火的特點,所謂的“奧托循環”就是以此命名。

内燃機至此開始應用于汽車,第一輛車還是三輪汽車,也就是卡爾本茨打造的那輛車。

多燃料汽車發動機結構原理(汽車發動機的三次進化)3

這一用就是一百多年,似乎汽車工業技術的進步停滞了。

内燃機替代外燃機,實現的是發動機的小型化和商品化應用,也提高了發動機的熱效率,這算是進步;可是在之後一百餘年的時間裡,内燃機的進步速度和程度都很不理想,汽車的性能和能耗的變化也很有限。由此可見内燃機已經達到技術瓶頸了,往後再沒有升級進步的空間喽,此時則需要電動機來替代内燃機。

多燃料汽車發動機結構原理(汽車發動機的三次進化)4

内燃機的熱效率、使用壽命和使用成本的三大缺點,在電動機上都得到了解決。

現在的高标準阿特金森循環内燃機的最高熱效率也就是43%,這是量産應用機型的标準,可是電動機中的永磁同步電機的效率極限超過97%,異步電機的标準也能超過80%,這種倍數級的提升為車輛的能耗帶來了大幅的縮減,這是第一大進步。

多燃料汽車發動機結構原理(汽車發動機的三次進化)5

内燃機在運行中有無法避免的磨損,密封件必然會老化,想要不燒機油、不滲機油或不出現其他故障,那麼行駛裡程充其量就隻能有一二十萬公裡;同時内燃式因為噪音大且效率低,使用壽命也比較短,車輛是不适合長時間高轉速運行的,所以還必須配備變速器,而變速器的變矩器或離合器,以及齒輪箱的使用壽命也都不是特别長,後期的維護成本總是比較高的。

多燃料汽車發動機結構原理(汽車發動機的三次進化)6

可是電動機沒有負載的燃燒室、氣缸、活塞、曲軸、凸輪軸等結構,其簡單的結構裡的定子和轉子還沒有物理接觸,所以也就沒有磨損的問題;沒有了摩擦也就基本沒有了噪音,那麼再綜合高效率,電動機就能夠以高轉速運行而保持合理的能耗。說白了就是電動機不需要變速器,汽車的結構精簡了,也變得更加安靜,使用成本也會變得很低,尤其是連潤滑都需要的電機也剩下了機油的開支。

這就是電機的絕對優勢,對于普通汽車用戶而言,沒有什麼比更低的用車成本更有吸引力。

多燃料汽車發動機結構原理(汽車發動機的三次進化)7

在降低成本的同時如果還能提升性能,那麼這種技術就勢必要取代内燃機。

電動機起步即可爆發最大扭矩,因為轉化機械能的基礎依靠的是電流轉化的電磁場,刹那間即可完成;所以隻要電池組起步輸出最強電流,起步瞬間就是最大扭矩,低扭爆發力遠不是汽柴油機可以相比。而且轉速非常之高,加速過程依靠的是轉速的提升,整個過程中不會因為換擋丢失動力,其升功率和升扭矩的标準也很高,所以動力确實會比燃油車強。

多燃料汽車發動機結構原理(汽車發動機的三次進化)8

在電動汽車或插電混動汽車沒有普及之前,燃油車能實現百公裡加速突破10秒就算難得,6~8秒就算是高性能車,不少超跑車也就是5秒左右的水平。

然而電動汽車中端定位的選項就能找到3-4秒破百的高性能車,破百不超過10秒怕是連定價超10萬都不好意思,15-20萬區間有一系列的後驅轎跑車。

多燃料汽車發動機結構原理(汽車發動機的三次進化)9

重點是這些後驅車使用的是後置後驅,電動機的體積小巧得很,可以布局在後獨立懸架中間小小的空間裡;所以四驅也隻要前後各裝一台電動機即可,這就是電動機的所有優勢。相比内燃機而言實現的是全範圍的進化,隻待動力電池類型豐富并降低成本,實現車輛的理想續航,燃油車的時代就徹底結束了;而現在的磷酸鐵锂電池的二次應用就打開了這扇門,那麼内燃機的那雙窗也就快要關上了。

多燃料汽車發動機結構原理(汽車發動機的三次進化)10


編輯:天和Auto-汽車科學島

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