което
Текст на инженера Естебан Майдана
Бележка първоначално публикувана на MiuraMag

Какъв двигател има? Това е най-често задаваният въпрос на нов собственик на автомобил. Всеки, дори и най-малкото експерт, знае разликата между двигател с повече или по-малко цилиндри (или с по-голяма или по-малка работна маса). Най-ентусиазираният може дори да се съсредоточи върху това дали разпределението е десмодромно или променлива бленда.

Ще се случи ли същото с електрическите двигатели? Изглежда, че има предубеждение, че не си струва да се интернализира толкова много, защото „всички те са еднакви“. Но това не е така. И е време да започнем да „слизаме“ малко по темата. Затова предлагаме този изчерпателен трактат за електрическите двигатели, които несъмнено са бъдещето на автомобилния транспорт.

V8, V6 или 4 в ред. Изместване. Бензин или дизел. Брой клапани на цилиндър. Турбо, компресор или атмосфера. Десмодромно разпределение. И списъкът може да продължи.

Всички тези атрибути не са само част от техническия лист на настоящото превозно средство. Те са мотив за фанатизъм, поклонение, спорове и дори за демонстриране на ерудиция, в много случаи без дори да се разбере в дълбочина техните механични и технически основи. И именно двигателите с вътрешно горене създадоха мистика, която обгърна автомобилната индустрия практически от нейния произход, което предизвика интерес и желание за сравнение сред потребителите, което продължава и до днес. Има дори известен телевизионен канал, чийто лайтмотив гласи „онази необяснима страст към двигателите“.

Изглежда обаче, че това поведение няма паралел по отношение на електрическите превозни средства. Колко знаят какво е статор, ротор или разликите, произтичащи от посоката на магнитния поток? И това не е нещо, което се възприема само от потребителите: автомобилните компании - с малки изключения - не отиват твърде далеч при предаването на техническите характеристики на своите електрически двигатели.

Възможно ли е електрическите двигатели да са по-скучни и затова да не предизвикват интереса на обществеността? Или може би липсата на информация, която кара най-страстните да не намират точки за сравнение между превозните средства, което ги кара дори да не могат да различат дали двигателят на колата им е същият в работата си като този на бръснача им?

Сякаш това не е достатъчно, трябва да се вземе предвид следното: самият електрически „мотор“ не е сърцето на електрическото превозно средство, а много важна част от задвижващата система, която включва елементи като инвертори, зарядни устройства, преобразуватели, електронни блокове за управление и батерии.

Е, къде това оставя нас, феновете, които винаги искаме да знаем всичко за автомобилите? Възможно е в прелюдията към нов набор от променливи и възможности, готови да бъдат открити и оценени. Днес в индустрията се използват не един, а няколко вида електродвигатели, а този, който обещава да надмине всичко, което е на пазара, тепърва предстои (можете ли да си представите малък електрически "мотор" с тегло само седем килограма, способен да доставят 113 к.с.?). Една от възможностите е, че ако ентусиастите разберат малко повече за тези двигатели и техните различия, това може да предизвика интереса им към тях. Но ще бъде ли достатъчно да се генерира същата мистика, както при двигателите с вътрешно горене?

ОСНОВНИ

Нека започнем в началото: какво е мотор? По същество това е елементът на система, способна да трансформира някакъв вид енергия - като електрическа или топлинна - в механична енергия и да извършва „работа“ (във Физиката, „сила от разстояние“). Вероятно мнозина вече са запознати с това как двигателят с вътрешно горене извършва това преобразуване, но разбирането как електроните, течащи през жица, в крайна сметка захранват превозно средство, е почти паралелна вселена.

Ако разгледаме електрически двигател, ще открием, че най-важните съставни части - и тези, които ще ни позволят да разберем разликите между различните видове двигатели - са следните: статорът, който е неподвижната част, която работи като основа, въпреки че за нея „движи” електрическия ток, който създава магнитно поле, способно да дава движение на движещите се части; и ротора, който е елементът, който се движи, след което преобразува магнитното възбуждане от статора в механична енергия.

Друга характеристика, която отличава двигателите, е видът електрически ток, от който се нуждаят, за да работят, който може да бъде непрекъснат, като този, получен от батерии; или алтернативни, като този, който имаме в щепселите на домовете си. Каква е разликата между тези два вида токове? Движението, извършвано от електрони през проводници (кабели), тъй като при постоянен ток те се движат само в една посока - по конвенция - от положителния към отрицателния полюс; Докато при променлив ток потокът е двупосочен, трептящ между отрицателния и положителния полюс определен брой пъти в секунда, стойност, наречена "честота" и чиято единица е Hertz (Hz).

Като цветни данни, в Аржентина честотата на електрическата мрежа е 50 Hz и тези два вида токове са свързани с една от най-подходящите технологични борби от края на XIX век, известна като "войната на теченията", между гения изобретател Тесла и гениалният бизнесмен Едисон.

Четвъртият елемент, който трябва да се вземе предвид, е посоката на генерираното в двигателя магнитно поле, което за този анализ ще отделим между двигателите с радиален поток, при които линиите на полето се движат радиално по отношение на ротора; и по-модерния аксиален поток, при който магнитният поток се появява в същата посока като оста на ротора.

Въпреки че има много видове електродвигатели, само три са успели да заемат важно място в индустрията. Но се появява нов играч, за който обещава да се говори. Да видим за какво става въпрос.

Схема на постоянен ток (отгоре) и променлив ток (отдолу).

Синхронен двигател на Nissan Leaf.

Постоянен магнит vs. Асинхронно.

Радиален поток срещу Аксиален поток.

ЕЛЕКТРИЧЕСКИ срещу ТЕРМИЧНИ

Въпреки че е малко трудно - и дори претенциозно - да се установи колко части имат топлинните двигатели, не е необходимо да се изследва твърде много, за да се заключи, че простотата на електрическия двигател е безкрайно по-добра от тази на топлинния. Някои казват, че топлинният двигател (без спомагателните елементи) на семейно превозно средство може да бъде около 300 парчета, докато електрическият едва би надвишил 20. Това е донякъде субективно и зависи много от характеристиките на всеки двигател, но разликата е толкова поразителен, че не оставя място за съмнение. Тази простота води до предимства в полза на електрическите двигатели, като по-голяма надеждност, лесна и бърза поддръжка, ограничени разходи ... и списъкът може да продължи.

Друга голяма разлика е как тези двигатели доставят мощност и въртящ момент. Може би най-отличителният аспект между двете е, че електрическите двигатели са способни да имат 100% от своя въртящ момент от момента, в който започнат да работят, нещо, което знаем, че не се случва с двигателите с вътрешно горене. Освен това, ако сравним двигатели с подобна мощност, ще забележим, че цифрата на въртящия момент на електродвигателя е много по-висока от тази на двигателя с вътрешно горене. Това означава, че когато ги карат, те предават определено - и забавно - усещане за мощ, тъй като при рационалното използване предимствата на електрическите двигатели са забележителни.

Що се отнася до мощността, електрическите двигатели достигат максималната точка на мощност по-бързо и интересното е, че тя остава плоска при широк диапазон от обороти. Едно нещо, което трябва да имате предвид, е, че настоящите електрически двигатели могат да се въртят до 10 000 оборота в минута, докато тези от цикъла на Ото обикновено не достигат 7 000 оборота в минута. Но оптималният обхват на използване на мощност и въртящ момент в топлинен двигател е много по-ограничен, поради което се нуждаят от трансмисионни кутии с множество скорости.

Напротив, електрическите двигатели обикновено се нуждаят само от прост редуктор с фиксирано съотношение, резултат от стабилна производителност в целия им работен диапазон.

Три неща привлякоха вниманието ми, когато изследвах техническите детайли на електрическите двигатели, използвани в съвременните превозни средства (доста сложна задача, тъй като информацията е оскъдна): първо, че Tesla е единствената компания, която днес може да завърти своите двигатели до 18 000. обороти в минута, почти двойно повече от много от съперниците му, което се превръща в по-добра производителност. Второ, разликата в "разхода", която можем да открием при превозни средства с подобна мощност като Jaguar i-Pace (27,3 kWh/100 км) и Tesla Model X 75D (22,3 kWh/100 км), резултат от лоша избор от Jaguar за типа двигател, използван в предната ос (да, Jaguar не е взел предвид доста основни въпроси на електричеството за своя дизайн). И трето, бруталната разлика в плътността на „върхова мощност“ (kWp/kg) между настоящите електрически двигатели, която може да варира от 2,60 (BMW i3) до 4,88 kWp/kg (Tesla Model 3), и новите двигатели с аксиален поток, което може да надвишава 15 kWp/kg (три пъти повече от най-ефективния Tesla).

Връщайки се към темата за „потреблението“, намирам за нищо поразително, че никой не говори за това. Никой. Всеки се фокусира върху "автономността" като единствената променлива, която трябва да се има предвид, което изглежда зависи изключително от капацитета на батериите. Сякаш говорим трескаво за размера на резервоарите за гориво на съвременните превозни средства, без да обръщаме внимание на основен въпрос: колко е ефективен двигателят и колко литра гориво са му необходими, за да измине 100 километра?

Тук метриката е киловата на час, необходими на двигателя, за да измине 100 километра (кВтч/100 км), което е еквивалент на литрите на 100 км, които използваме днес. За справка и допълване на примерите, споменати в предишния параграф, Hyundai Ioniq Electric е позициониран като един от най-„ефективните“ в света със среден разход от 15,7 kWh/100 км. BMW i3 изисква 17,2 kWh/100 км, Chevrolet Bolt EV 17,7 kWh/100 км, Nissan Leaf 18,7 kWh/100 км, Tesla Model 3 18,4 kWh/100 км и Mercedes-Benz Class B Electric Drive около 28 kWh/100 км; всички цифри съгласно стандарта EPA.

Въпреки това, би било много интересно, ако започнем да променяме нагласата и започнем както да разследваме, така и да „изискваме“ марките да ни предоставят повече информация за работата на техните електрически превозни средства.

ЩЕ ИМА ЛИ МИСТИКА?

Трябва да призная, че изпитвам смесени чувства към това затваряне. Много неща ми минават през ума, свързани по някакъв начин с темата, и които ме карат да се замисля за въздействието, което имат върху нашите емоции. Например, мисля за Формула 1 и скучния звук на нейните силови агрегати, писъците на Формула Е, стерилността на електрическо превозно средство и прекомерната тишина, която ги обитава.

От друга страна, помня любопитството и вълнението, които изпитах, когато четох всичко, което се случва днес по отношение на разработването на нови електрически двигатели, особено след като сме на етап, в който все още не е ясно каква технология ще надделее над други и се налага като парадигма.

До такава степен, че някои компании решават да се изправят вътре в това търсене (Toyota, Nissan), други чрез съвместни предприятия (Honda с Hitachi), докато тези с по-малък капацитет за развитие избират да се обърнат към специализирани доставчици. И сякаш това не е достатъчно, има китайският фактор, страна, която се прогнозира като център на електрически превозни средства, не само като потребителски пазар, но и като място за развитие, например двигатели (чудя се какви са китайците прави и какво ли не ни казват).

Ето защо тези двигатели са представени като нова вселена, пълна с неща за откриване и за обсъждане. Колко двигатели има тази кола, какъв тип са и как се разпределят? Колко ротора има всеки двигател? Каква е неговата плътност на мощността? Може ли да надвишава 18 000 оборота в минута за двигателите на Tesla? Каква е енергийната му ефективност? И какво правят момчетата от Tesla, за да не бъдат изоставени в тази видна технологична надпревара?

Така че мисля, че резултатът от това заключение ще бъде горчив.

По каква причина? Защото има нещо, което неизбежно не може да оцелее напредъка: звукът на двигателя. Като гурме, „нещо ми се случва“, когато чуя, че двигателят с вътрешно горене се ускорява, особено спортна кола. Да не говорим дали е V8 или V12. Живея пред представителство на Chevrolet и всеки път, когато се включва Camaro, се чува писък, който е невъзможно да остана незабелязан, независимо от това, което правя в момента.

Също така се чудя дали тази отдаденост - донякъде ретроградна - на звука на двигателите ще бъде нещо, което мотивира новите поколения. Може би, и гледайки другата страна на медала, младите хора сега се фокусират главно върху разбирането на ефективността на електрическите двигатели, потреблението и автономността.

През следващите години ще видим десетки електрически превозни средства с двигатели, способни да надвишат производителността на всяко съвременно Ferrari, без твърде много усилия и на все по-достъпни цени. И промяната ще се случи. Въпросът е само кога ще се случи това, което се нарича „ефектът на Осборн“. Това е моментът, в който купувачите ще решат да не купуват превозно средство с двигател с вътрешно горене, тъй като знаят, че предстои пускане на електрическо превозно средство, което ще отговаря по-добре на техните нужди и ще бъде по-икономично удобно за тях.

Лично аз предричам тихо бъдеще, но интересно или - ако може да ми бъде разрешен лицензът - „наелектризиращо“. Ще видим много промени, които ще ни изненадат, но няма да бъдем прекалено развълнувани. С течение на времето ще се запознаем с техническите концепции, разработени в тази бележка, и дори ще ги намерим „привлекателни“ по някакъв начин.

Но по същия начин носталгията ни ще се засили, когато видим - и чуем - подминем непочтен, неефективен и изобщо екологичен V8. Тези гласове никога няма да бъдат забравени.

Щракнете върху изображението, за да го увеличите.

За да знаете повече. Всички бележки от курса за електрически автомобили, които Nissan даде на аржентинската автомобилна преса. Изтеглете ги тук.