Първо няколко прости дефиниции, адаптирани към тези двигатели:
Въртящ момент на двигателя: Това е силата, с която се върти вала на двигателя. Измерва се в нютон/метър (Нм)
Скорост на въртене: Това е броят на полетите, които оста на мотора дава за единица време. Измерва се в обороти в минута (об/мин).
Мощност на двигателя: Това е количеството свършена работа за единица време и се получава чрез умножаване на въртящ момент за обороти. Измерва се в конски сили (CV или HP) или в киловати (кВт): 1 kW = 1,36 к.с.
Не е лесно да се обясни разликата между въртящия момент и мощността. Класически пример е този на велосипеда. Ние караме със стабилна скорост благодарение на мощността на педалите (W). The революции са пълните обороти на педала и двойка е силата, упражнявана върху педалите. Сега да предположим, че се превключваме на малък пиньон, като същевременно поддържаме скорост: разработката се удължава, оборотите намаляват и педалирането става по-трудно, ще ни трябват още чифт.
Ако поставим голямата плоча сега, ще увеличим развитието отново. И ако вече не можем да поддържаме скорост, това няма да бъде, защото ни липсва мощност (триенето на въздуха и асфалта не се променя при постоянна скорост и необходимата мощност за преодоляването му ще бъде същата, независимо от развитието) но тъй като въртенето на педалите става твърде трудно и не можем да упражняваме върху тях a двойка достатъчно обрат. Ако, от друга страна, намалим развитието, изискването за въртящ момент ще бъде все по-оскъдно, но ще дойде време, когато скоростта на завиване ще бъде толкова висока, че няма да можем да поддържаме скоростта. Абсолютно същото се случва и при моторните превозни средства.
Графиките за мощност, въртящ момент и обороти определят връзката между тези параметри за всеки двигател. И както ще видим по-късно, електрическите двигатели имат важни предимства пред топлинните в тази област.
Също така имайте предвид, че за преместване на тежки товари (локомотиви, камиони, трактори ...) се използват еластични двигатели (добри стойности на въртящия момент при ниски обороти) и много висок въртящ момент, докато за леки товари или конкуренция се използват много революционизирани двигатели, при които въртящият момент при ниски обороти не е толкова важен. Пример: всеки настоящ 2-литров турбодизелов двигател има подобен или по-висок въртящ момент от двигател F1, но докато 1-вият го достига при по-малко от 2000 оборота в минута, другият го достига при повече от 15 000 оборота в минута, с това какви са крайните разлики в мощността бездна.
Друг важен диференциращ фактор е, че топлинният двигател не може да се върти под празен ход (около 700 оборота в минута): завъртането става нестабилно и спира. въпреки това електрическият може да се върти еднакво балансирано и със същата сила (въртящ момент) при 20 об/мин, както при 2000 об/мин . Y. от 0 оборота в минута вече имате максимален въртящ момент. Не е необходимо електрическият мотор да се върти, когато превозното средство е неподвижно, нито е необходим съединител, за да започне да се движи. А що се отнася до началото на марша, важното е въртящият момент, а не мощността, ако свържем 5-степенна скоростна кутия, тя ще може да започне плавно с която и да е от тях, въпреки че логично при дългите предавки ускоренията биха били по-малки брилянтен.
Допълнителен факт за Leaf е, че неговият редуктор има окончателно развитие, подобно на типичния 2-ри термален автомобил (14,3 km/h на 1000 оборота в минута), така че достига максималната си скорост от 150 km/h, ограничавайки по този начин максималната му скорост.
Още графики с електрически двигатели: Fluence 95 CV и Kangoo 60 CV. Всъщност ние сме изправени пред същия двигател, за което свидетелства фактът, че максималният въртящ момент е идентичен. Спецификациите се променят, така че двигателят на Fluence може да поддържа въртящ момент при по-високи обороти. Нетипичните криви на въртящ момент са поразителни, с ход нагоре при първите обороти в минута. Renault обяви отдавна електронно ограничение на въртящия момент до няколко оборота за постигане на повече плавност и прогресивност в стартовете. Може би причината трябва да се търси в избраните трансмисионни разработки, дори по-кратки от тези в Leaf: 11 km/h при 1000 об/мин (Kangoo) и 12 km/h при 1000 об/мин (Fluence). Това означава, че в Kangoo двигателят се върти при 12 000 оборота в минута при 130 км/ч, а във Fluence се върти с повече от 11 000 оборота в минута при 135 км/ч.
Връщайки се към първата графика, тази на двигателя на Tesla Roadster, виждаме, че двигателят се простира до невероятните 14 000 оборота в минута, поддържане на постоянен въртящ момент от 0 до 6 000 оборота в минута и след това бързо се разпада, което води до "по-остра" крива на мощност от обичайното при електрическите двигатели. В този случай и предвид спортната ориентация на модела, може би ако приемането на скоростна кутия с две или три предавки беше оправдано (не би отнело повече), за да се възползвате от пълния му потенциал. Всъщност първите агрегати имаха двустепенна кутия Magna, която в крайна сметка беше изхвърлена поради фактори като надеждност, цена и тегло, въпреки постигането на по-добра производителност.
Енергийна ефективност
В електрическия мотор това е връзката между електрическата енергия, която той поглъща, и механичната енергия, която предлага. Високоефективните двигатели са монтирани на електрически автомобили, с 90% средна ефективност. Някои производители претендират за производителност до 95% (фигура по-долу, двигател на Renault), но това вероятно е типичната стойност, а не средната стойност.
В Термични двигатели енергийна ефективност е съотношението между енергията, съдържаща се в горивото, и предлаганата механична енергия. Ефективността му е много по-ниска от тази на електрическите двигатели, тъй като изгарянето генерира много топлина, която не е използваема и са необходими много движещи се части, които генерират загуби от триене. По-голямата част от енергията се губи като топлина, или през радиатора, ауспуха, блока на двигателя .... Има много противоречиви цифри относно действителните им характеристики в зависимост от условията на изследване и вида на двигателите. Като цяло, ограничение от 25% за бензинови двигатели и от 30% за големи дизелови двигатели.
предвид 1 литър бензин съдържа еквивалентна енергия от 9,7 kWh а литърът дизел съдържа 10,3 kWh, бихме могли да сравним ефективността на различните превозни средства (око, ефективност на автомобила, а не двигателя). Например, можем да сравним електрически като Leaf, с ефективен бензин като Golf 1.4 TSI 122 CV и дизел като Golf 1.6 TDI 105 CV. Неговите одобрени консумации са:
* Лист: 13,7 kWh/100 км/0,85 (приблизителна ефективност на зареждане на батерията) = 16,1 kWh/100 км
* Голф 1.6 TDI: 4.7l/100 km x 10.3 kWh = 48,4 kWh/100 км
* Голф 1.4 TSI: 6,0 л/100 км х 9,7 кВтч = 58,2 kWh/100 км
Въпреки че това е много общо сравнение, основано на примери и което се поддава на много интерпретации, се забелязва, че ефективността на двигателите, описани по-горе, съвпада почти точно с общата ефективност на превозното средство, изчислена тук. Енергийната ефективност на електрическото превозно средство е три пъти по-голяма от тази на топлинното превозно средство. И шокиращ факт, батерията на Leaf с мощност 24 kWh, 300 кг тегло и оценен на много хиляди евро, той може да съхранява само енергия, еквивалентна на малко над 2 литра бензин или дизел.
В тази последна графика ще видим друга разлика между производителността на електрическите двигатели и топлинните двигатели.
Първо ще обясним тази графика за ефективност на листата: горният ред съответства на стойността на въртящия момент с максимално натоварване (пълна газ), докато хоризонталната линия (стойността на въртящия момент = 0) отразява стойността без товар. За всички възможни ситуации на обороти, въртящ момент и натоварвания графиката ни присвоява стойност на ефективност чрез градиента на цвета.
Първото нещо, което се откроява е, че ефективността е доста хомогенна и винаги над 85%. Y. максимална ефективност се постига при средни и високи частични натоварвания и при високи обороти в минута. Това е типично за електрическите двигатели. Зоната с най-голяма ефективност е разположена със скорост, надхвърляща скоростта на максималния въртящ момент.
Нямаме графика на този тип топлинен двигател, но в него ще видим, че разликите в ефективността според натоварването и оборотите в минута са много по-изразени, отколкото в електрическата и че най-ефективната зона се намира на скорост по-ниска от максималния въртящ момент и с големи натоварвания. Ето защо се настоява за ефективно шофиране винаги да циркулираме на дълги колове и с възможно най-малък брой обороти.
Но Каква би била препоръката за електрическо превозно средство, ако имахме скоростна кутия с няколко съотношения?. Включването на висока предавка намалява оборотите на двигателя, като същевременно увеличава натоварванията и въртящия момент. Ако се върнем към графиката, виждаме, че отговорът не е ясен: намаляване на режима може да ни изведе от най-ефективната зона, докато увеличаването на двойката може да ни облагодетелства. Във всеки случай бихме говорили за минимални разлики в ефективността. Изводът е, че скоростната кутия не осигурява значително подобрение в разхода на електрически превозни средства, Противно на това, което обикновено се коментира в много форуми, вероятно поради усвояване на модела на ефективност на топлинните двигатели.