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汽车发动机的三次进化:外燃机,内燃机,电动机

 茂林之家 2022-10-07 发布于湖南

最近有人说燃油汽车就像是“蒸汽机”,注定是要被淘汰的。

虽然说这话的人可能一直被视为“很扯淡”但是这句话本身却没有错,汽车的发动机经历过三次进化,第一轮被淘汰的就是外燃机;严格来说,史上第一辆机动车应当是三轮车,是法国炮兵工程师尼古拉斯古诺打造的木质三轮车,用来拖炮的,使用它的是拿破仑的军队。

这辆车用的就是蒸汽机,蒸汽机就是一种外燃机;通过燃烧煤炭或其他燃烧产生热能,随即加热水使其沸腾产生水蒸气,水蒸气再拿来转化成机械能;这种发动机的特点是体积庞大且热效率低,不适合体积小巧的汽车使用。但是蒸汽机仍旧是工业革命的标志,只是开始工业革命只是一个起点,往后还是可以继续进步升级的。

内燃机是至今还在应用的发动机,最早也是起源于法国,第一台内燃机是无需压缩和点火做功的,使用煤气的煤气机;其热效率达到4%左右,现在看来是一塌糊涂,但在当时也是领先于外燃机的。重点是这台煤气机的体积有优势,可以加速内燃机车的商品化。随后再由德国人奥托研发出四冲程活塞往复式的内燃机,具备压缩点火的特点,所谓的“奥托循环”就是以此命名。

内燃机至此开始应用于汽车,第一辆车还是三轮汽车,也就是卡尔本茨打造的那辆车。

这一用就是一百多年,似乎汽车工业技术的进步停滞了。

内燃机替代外燃机,实现的是发动机的小型化和商品化应用,也提高了发动机的热效率,这算是进步;可是在之后一百余年的时间里,内燃机的进步速度和程度都很不理想,汽车的性能和能耗的变化也很有限。由此可见内燃机已经达到技术瓶颈了,往后再没有升级进步的空间喽,此时则需要电动机来替代内燃机。

内燃机的热效率、使用寿命和使用成本的三大缺点,在电动机上都得到了解决。

现在的高标准阿特金森循环内燃机的最高热效率也就是43%,这是量产应用机型的标准,可是电动机中的永磁同步电机的效率极限超过97%,异步电机的标准也能超过80%,这种倍数级的提升为车辆的能耗带来了大幅的缩减,这是第一大进步。

内燃机在运行中有无法避免的磨损,密封件必然会老化,想要不烧机油、不渗机油或不出现其他故障,那么行驶里程充其量就只能有一二十万公里;同时内燃式因为噪音大且效率低,使用寿命也比较短,车辆是不适合长时间高转速运行的,所以还必须配备变速器,而变速器的变矩器或离合器,以及齿轮箱的使用寿命也都不是特别长,后期的维护成本总是比较高的。

可是电动机没有负载的燃烧室、气缸、活塞、曲轴、凸轮轴等结构,其简单的结构里的定子和转子还没有物理接触,所以也就没有磨损的问题;没有了摩擦也就基本没有了噪音,那么再综合高效率,电动机就能够以高转速运行而保持合理的能耗。说白了就是电动机不需要变速器,汽车的结构精简了,也变得更加安静,使用成本也会变得很低,尤其是连润滑都需要的电机也剩下了机油的开支。

这就是电机的绝对优势,对于普通汽车用户而言,没有什么比更低的用车成本更有吸引力。

在降低成本的同时如果还能提升性能,那么这种技术就势必要取代内燃机。

电动机起步即可爆发最大扭矩,因为转化机械能的基础依靠的是电流转化的电磁场,刹那间即可完成;所以只要电池组起步输出最强电流,起步瞬间就是最大扭矩,低扭爆发力远不是汽柴油机可以相比。而且转速非常之高,加速过程依靠的是转速的提升,整个过程中不会因为换挡丢失动力,其升功率和升扭矩的标准也很高,所以动力确实会比燃油车强。

在电动汽车或插电混动汽车没有普及之前,燃油车能实现百公里加速突破10秒就算难得,6~8秒就算是高性能车,不少超跑车也就是5秒左右的水平。

然而电动汽车中端定位的选项就能找到3-4秒破百的高性能车,破百不超过10秒怕是连定价超10万都不好意思,15-20万区间有一系列的后驱轿跑车。

重点是这些后驱车使用的是后置后驱,电动机的体积小巧得很,可以布局在后独立悬架中间小小的空间里;所以四驱也只要前后各装一台电动机即可,这就是电动机的所有优势。相比内燃机而言实现的是全范围的进化,只待动力电池类型丰富并降低成本,实现车辆的理想续航,燃油车的时代就彻底结束了;而现在的磷酸铁锂电池的二次应用就打开了这扇门,那么内燃机的那双窗也就快要关上了。


编辑:天和Auto-汽车科学岛

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