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随着最近油价大涨,新能源汽车可能已经是趋向
发布时间:2022-03-22 09:44浏览次数:
那我们来说一说新能源汽车是如何省油的呢?
这之后是对新能源汽车成为环保汽车的构造原理的解说。首先介绍一下能量的变换效率^②。
功率装置是供给能量的动力变换装置,这一点是确定无疑的。发动机把汽油含有的化学能量转化为动能,电动机是把电能转化为动能。因此,这两种功率装置的能量变换效率(热效率)就变成这样了。而且,这些数据因为机器的种类和运转方式的不同而不同,所以只是一种参考。
·汽油机:15%~30%(即使最大才38%)。
·电动机:70%~97%。
无论谁都可以很快发现,和电动机相比,汽油机的效率太低了,原因是汽油机释放了大量的热。
发动机被称为内燃机,它通过气缸内部的燃料燃烧(爆发)来工作,
因此发热是不可避免的。而且发动机产生的热量如果不断增加得不到排出的话,发动机还会因为过热而损坏。
利用汽车发动机热量的唯一的方法是冬天的暖风,这也只能起到很小的作用,而且模块内部的风扇依然旋转,为了防止过热而持续冷却。
这个冷却风扇,以前是直接通过连接在发动机轴上带动其旋转的,最近采用“发动机-发电机-专用小型电机”形式的车种很多。不管怎么说,冷却风扇运用发动机的力量来运转是事实。因此“通过消耗燃料产生动能的一部分来排出消耗燃料产生的热能”,这就像足球中的乌龙球一样是无效的行为。
而且先前说的能量变换效率说到底只是发动机单体的效率,作为汽车动力使用的时候,变速器等还会产生热能,造成能量损失,因此实际上,汽油含有的能量只有10%~15%转换为驱动力。并且,停车时的怠速、急加速、制动减速等都市地区的行驶模式都增加了无效的燃料消耗,有些人指出,汽油车最终的能量转换效率在7%以下。
另一方面,展示一下电动机作为功率装置的优越的性能吧。之前说的能量转换效率的数字是电动机整体的数据,作为混合动力汽车和电动汽车专用动力的交流永磁同步电机 的效率在95%~97%,这是非常优秀的。
但是混合动力汽车中供给电力的是车内燃料箱内的汽油,以“发动机一发电机”的路径供给,燃料的化学能量变换成电气能量的大概在20%~30%。而且电动机驱动的时候变速器等传动机构可以省略,之后能量就很少白白浪费,而且传到车轮。如果能很好地活用电能,相当于汽油车2倍左右的热效率是可以期待的,因此如何更好地利用作为功率装置的电动机的优秀性能是关键。
汽油机和电动机分别作为功率装置的特性有很大不同。
汽油机在保持一定转速的状态下效率是最高的。最优转速查看新车的说明书里记载的发动机性能曲线图就能大概知道,既然想到这就开始调查,但是这样的数据最近有不怎么公开的倾向,说明书和网站上的商品信息也不记载的情况很多。自动变速汽车盛行的时代,驾驶员基本上对发动机的转速没有意识,对于想知道商品性能的所有的技术迷来说,这真是遗憾之极。
因此想着“高级车说不定有”,果然找到了例子,是Century(丰田)的发动机曲线。跑车以外的车型都有大致相同的曲线,因此就参考这个吧。
在两条曲线中,其中一条随着转速的增加,像半弓一样增加的是输出功率(轴输出功率),简单来说就是发动机的工作量,比方说在旋转轴绕一条绳子,绳子上系有重物,当增加绳子上重物重量的时候,快速旋转轴的工作量也会增加。但是这台发动机,4200~4300r/min是上限。另一条曲线是转矩(轴转矩),这个词在词典中是“力的动量”,突然这样写着,反而不知道其意义了。用通俗的话说就是“转动轴的力”。
一般的乘用车,在尽量宽的转速区域输出大功率的情况下,可以简单地平稳加速。因此,在曲线上面的部分就成为富士山平台型的图形①。Century 在平台顶上部靠近左侧的边界转速——2000r/min左右是发动机最优效率转速2。
如果一直以这个转速行驶,汽车的燃油经济性就会变好。在高速公路上采用自动变速在限制速度内匀速行驶就是上述状态。但是在城市中不是这样的,往往要频繁地加减速,红灯的时候不得不停车怠速,这样每次就白白地浪费了汽油。
因此,采用第二功率装置电机,尽量让发动机定转速不要波动,变动的部分由电气动力来控制,发动机的效率就会变好。这是对于混合动力汽车的基本的想法。
在此以丰田的混合动力汽车Harrier的数据为基础,来详细看一下吧。Harrier混合动力汽车是2005年3月开始销售,在汽车的前后有两台电动机,是混合动力汽车,同时实现了4WD。根据丰田的资料,虽然其发动机排气量是3.3[,但能够发挥4L级的功率,使1L汽油跑17.8km的低燃油消耗成为可能。
 
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