發動機直驅與發電驅動有多少損耗?

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內燃機本身的效率都只有 40% 多

平時用內燃機驅動車輛的時候,大概只有 25% 左右是運用運用到了這個車輛的行駛。其他的都隨著尾氣熱量,還有一些附件消耗掉了。

如果說用內燃機直接來驅動發電機,就跟現在很多的增程器一樣。大概綜合效率只能做到 0.37。也就是說發一度電差不多得0.37 升油

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卡車驛站胡小平


發動機直驅與增程式的能耗差異——取決於電動機

增程式電動汽車為什麼能節油,這一問題應困擾了很多汽車愛好者。大部分人認為增程式電車是“脫褲子放屁”,讓燃油轉化為電、用電驅動汽車——意義何在呢?意義在於電動機與內燃式熱機的能量轉化效率差異巨大。


熱效率

內燃式發動機是通過燃燒燃油產生熱能,利用燃燒過程中分子運動推動活塞運轉轉化為機械能——這是熱機的主要缺點。因為熱能轉化動能的過程會有很大的損耗,比如冷卻液與機體的冷卻損耗(低溫物體會吸收熱能),活塞在往復運動的過程中與缸體的摩擦會有運動損耗,進排氣壓力與溫度的變化也會損耗動力。燃燒燃油產生的熱能絕大部分都會被浪費掉,會浪費多少呢?

如上所示,熱能能有效轉化為動能的比例僅僅是30%~40%,且絕大多數車輛的內燃機只能轉化30%多一些,而且是在熱機的理想工況中。可以這樣理解:消耗1升汽油只有300多毫升真正是動力,其他都用以做“無用功”了。這就是內燃機作為發動機驅動汽車的巨大損耗,可以說水平相當的低。


電動機

電機的運動原理是利用磁場,動力電池組將電流以接近光速的高速輸送到電動機的電磁線圈,在剎那間會形成電磁場。以永磁同步電機為例,電磁場與永磁體的磁極產生相互作用則等於推動力;這一過程中既不會產生高熱也沒有磨損,重點是不受空氣和氧氣的影響。也就是說電動機不需要考慮冷卻損耗,而輸出動力的結構只有一個轉子和軸承,簡單的結構也幾乎不用考慮運動損耗,轉化率會有多高呢?

如上所示,這是一臺非常先進的國產永磁同步電機,最高效率達到96.7%,是普通內燃機的3倍、是優秀內燃機的兩倍多。重點是什麼呢?——使用這臺電動機的汽車百公里電耗僅僅為15kwh,也就是說一百公里只需要15度電。而同樣等級的燃油動力汽車,其百公里平均油耗至少會在10升左右,現在可以討論增程式的節油模式了。


油轉電&電驅動

假設這臺車電動汽車百公里電耗穩定在15kwh,那麼在電池組虧電後如果要繼續行駛,用內燃機帶動發動機機發電就得每小時發出15kwh的電。計算轉化過程中的損耗假設要以20kw的功率恆定運行,該內燃機假設為1.5T渦輪增壓機,峰值扭矩250N·m(1500~4000轉);想要以20kw的輸出功率穩定帶動同功率的發電機,需要的轉速只需要1000轉左右的怠速轉速即可,因為1500轉左右已經能輸出40kw的功率了。

同一臺車用這臺1.5T發動機直驅,相同的車速需要功率得60~80kw,反推得出的轉速則需要在1700~2250轉之間。這是以中低車速巡航駕駛時的發動機轉速需求,內燃式發動機轉速越高噴油量越大。這一對比足以說明增程式電動汽車為什麼能省油了,而且對於很多中大型客貨車而言會更節油;因其燃油版需要的是5~12升的超大排量柴油機,油耗總會有三四十升百公里;而同樣的發電功率需求可以用1~2升的小排量柴油機增程,巨大的排量差即使高轉速大基數噴油也會節省很多消耗,這就是增程式電動汽車的優勢。




天和Auto


不同工況下損耗也是不一樣的。特定工況下發動機直接驅動效率更高,而發動機驅動發電機發電,然後用電驅動電動機運轉,能量經過兩次轉換損耗必然要大一些。然而在特定工況下發動機驅動發電機發電效率反而更高一些,這不是矛盾嗎?其實這就是工況不同造成的。


電動機運行時會有一定的能力損耗,輸入的電功率永遠大於輸出的機械功率,輸入輸出並不能平衡。中間損失的能量就是損耗,損耗大小也就是電動機的效率。電動機的損耗主要來自鐵芯、線圈的銅耗。鐵芯損耗就是磁場在電動機鐵芯中交變所引起的渦流損耗和磁滯損耗,損耗大小與鐵材料材料、頻率及磁通密度有直接關係。

銅耗則是電流經過線圈時引起的損耗,與線圈匝數、阻值、負載電流大小有直接關係。當然電機還有其他損耗,例如摩擦、風阻、負載等損耗。這就是輸入電功率永遠小於輸出機械功率的原因。發電機也是一個道理,輸出的電功率(發電)永遠小於發電機輸入的機械功率,損耗是必然存在的。如果能實現零損耗那麼永動機就可以實現了!



現在可以看出來,發動機驅動電機發電,發電後供應電動機使用,多了一次能量轉換效率肯定不如發動機直接驅動高。但是有一些工況就例外,我們拿混動汽車做例子。油電混動汽車在中高速行駛時就採用發動機直接驅動車輪的方式,這樣做發動機效率最高。但是有個工況限制~汽車在在中高速下長距離行駛,也就是巡航狀態,汽車只需要15-20kw的功率就可以保持在巡航狀態,也是為什麼汽車跑高速省油的原因。

但是在中低速行駛時,發動機利用率大大降低。以燃油車為例,中低速行駛時變速箱處在低檔位上,而發動機中處在高轉速下。市區內中低速行駛時發動機只有一部分功率用來驅動汽車,大部分能量白白浪費掉。最明顯的例子就是發動機轉速在1800轉的時候,市區內車速30-40km/h,如果在市郊上車速可以達到80km/以上。同樣大小的噴油量,在市郊行駛的路程更遠一些,也是汽車為什麼市區內油耗高的原因。



因此在市區工況下,用發動機專門發電就要比發動機直驅車輪效率更高一些。發電機可以把發動機富餘功率全部吸收,而電動機驅動汽車有一個特點,那就是能量按需分配。低速行駛時並不需要過高的功率,而電動機功率與輸入電流有直接關係,電流大小也就是電耗大小。根據車速控制來電流大小,而不會出現內燃機那樣無論負載需要多大功率都要始終保持運轉。因此低速工況下用發動機發電損耗更小,假設電動機與發電機效率都是90%,高速工況下發動機功率會損耗20%。



特定條件下,無論效率高低都會採用發動機發電來驅動電動機的情況。例如火車,礦卡等。電控遠遠比機械更簡單,動力佈局也更靈活。


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不同工況下損耗也是不一樣的。特定工況下發動機直接驅動效率更高,而發動機驅動發電機發電,然後用電驅動電動機運轉,能量經過兩次轉換損耗必然要大一些。然而在特定工況下發動機驅動發電機發電效率反而更高一些,這不是矛盾嗎?其實這就是工況不同造成的


jsnjzzz


你說的是本田銳混動的兩個工作狀態,發動機直驅理論上是比經過能量轉化的發電驅動效率高的,但問題是不能保證發動機一直處於高效狀態,時刻讓發動機保持高效運行才能省油


璞玉2099


當務之急是解決排放和汙染的問題!要把利弊趨於平衡的作法(盡最大可能要利大於弊)方是我們長住地球村的制勝法寶…


東北山炮2


大概在5%上下


超1519099


永磁同步效率85%


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