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未来汽车发动机研发还有前景吗?

作者:Anita 发布时间: 2022-08-23 00:02:35

简介:】「发动机」是统称-失去未来的仅仅是内燃机名词解释:engine_发动机,概念为通过消耗某种能源,将某种能量转化为「机械能」的机器。汽车装备的发动机有多种类型,比如以下三种。

「发动机」是统称-失去未来的仅仅是内燃机名词解释:engine_发动机,概念为通过消耗某种能源,将某种能量转化为「机械能」的机器。汽车装备的发动机有多种类型,比如以下三种。

外燃机-蒸汽发动机内燃机-往复活塞式发动机电动机-永磁同步驱动电机第一类外燃机已经看不到了,目前的量产汽车基本使用「往复活塞式内燃机」,这种机器还有没有发展空间呢?理论上是真正的没有了,因为能量转化效率比电动机差距太大。

「3倍」热能电能热效率概念:燃烧燃油产生的热能假设为10000kj(千焦),其中通过发动机机械结构能转化为机械能(有效动力)的部分如果是3500kj,那么这台机器的热效率就是「35%」,剩下的65%都被浪费了。因为往复活塞式内燃机多为「四冲程」,运行步骤包括:进气喷油,压缩蒸发,膨胀做功,排放尾气,运动概念参考下图。

内燃机运行时其中每一个步骤都会影响热效率,而且运行的基础是依靠燃烧,高频率的燃烧自然会产生高温。如果温度持续聚积在机体材料上则会造成膨胀融化变形,所以内燃机还需要通过防冻冷却液循环流动实现恒温;冷却的概念是利用冷却液吸收燃烧时产生的热能,吸收的这部分其实也是「内燃机」的“热效率”。然而这种机器必须依靠燃烧做功,那么这些冷却、进排气以及运动消耗自然是无法避免的,热效率总会很低。

电动机能量转化率:平均90%~95%。假设某台内燃机的热效率为「35%」,其实际平均值绝不会这么高。因为在冷启动阶段,内燃机机体与防冻冷却液的温度很低,与最佳热效率(35%标准)所需要的100℃(摄氏度)左右的标准差距很大,在这一阶段的热效率会被低温机体与冷却液吸收更多是,效率可能低至30%以下!——结论:电动机的“热效率”(能量转化比例)几乎是内燃机的三倍之多,为什么这么高高呢?

电动机结构非常简单,包括:壳体,电磁线圈,悬浮转子与永磁体以及轴承。运行的原理为动力电池将电流输送到「电磁线圈」形成电磁场,随即与永磁体磁极互斥驱动转子运转输出转矩(动力)。整个流程既不受到温度的影响,同时也对空气(氧气)没有需求,防冻冷却液即使吸收了运转产生的热能也没有关系,因为这种机器不需要“热转化”!——没有内燃机这么多的「能量损耗」,电动的效率自然会非常非常高,淘汰内燃机自然只是时间问题。

过渡阶段内燃机尚有价值「电动汽车」无疑是最终的汽车形态,但是在动力电池制造成本还是偏高一些,而且配套充电道路还没有规划建设之前。「里程焦虑」仍然会成为很多C端用户选择电动汽车的障碍,反而是集成内燃机的混合动力汽车更容易接受,因为“加油”毕竟要便利一些。在这一阶段中内燃机可以作为增程式继续存在,然而需要的已经不是技术升级了……猜一猜为什么吧。

「内燃机&增程器」无需技术过度升级的原因为:恒定转速运转本就很节油。相信大部分汽车用户都知道“定速巡航”驾驶会省油,原因是内燃机不会有频繁的转速波动,或者说不会高频率的升高以加大燃油消耗量。反而是在城市道路驾驶时,转速“忽高又忽高”比较费油。那么只要稳定转速并控制在中低范围区间,似乎即使用低燃效的「气道喷油」(多点电喷)也能实现节油;而增程器正是以这种低转速“恒定rpm”的方式运行,再投入很大的成本提升一点点「燃效」还有多大意义?——油耗已经倍数级下降了。

综上所述:电动机最终必然淘汰内燃机,过渡阶段的内燃机需要过度投入研发,各大车企的技术研发方向均转型「三电系统」也印证了这一结论。所以可以说燃油车注定成为过去式,过渡期内会以插电式混动汽车(涵盖增程式)为主,最终会是“充电道路”与电动汽车并存的「电驱时代」。

编辑:天和Auto

内容:共享天和MCN头条号(首发)

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