коли-небудь
Текст інженера Естебана Майдани
Примітка, спочатку розміщена на MiuraMag

Який двигун він має? Це найпоширеніше питання, яке задається новому власнику автомобіля. Будь-хто, навіть найменший фахівець, знає різницю між двигуном з більшою чи меншою кількістю циліндрів (або більшим чи меншим робочим обсягом). Найбільш захоплені можуть навіть зосередитися на тому, чи є розподіл десмодромним чи змінною апертурою.

Чи станеться те саме з електродвигунами? Здається, існує упередження щодо того, що не варто так сильно узагальнювати, бо “вони всі однакові”. Але це не зовсім так. І саме час, коли ми починаємо трохи «відходити» від цього питання. Тому ми пропонуємо цей вичерпний трактат про електродвигуни, які, безсумнівно, є майбутнім автомобільного транспорту.

V8, V6 або 4 в рядку. Переміщення. Бензин або дизель. Кількість клапанів на циліндр. Турбо, компресорний або атмосферний. Десмодромний розподіл. І список можна продовжувати.

Всі ці атрибути є не просто частиною технічного аркуша поточного автомобіля. Вони є мотивом фанатизму, поклоніння, суперечок і навіть припущення про науковість, у багатьох випадках навіть без глибокого розуміння їх механічних та технічних основ. І це те, що двигуни внутрішнього згоряння створили містику, яка охопила автомобільну промисловість практично від її витоків, що викликало зацікавленість і бажання порівняння серед користувачів, яке продовжується донині. Існує навіть відомий телевізійний канал, лейтмотив якого звучить "та незрозуміла пристрасть до двигунів".

Однак така поведінка, схоже, не має паралелі, коли мова йде про електромобілі. Скільки хто знає, що таке статор, ротор або різниці, що виникають внаслідок напрямку магнітного потоку? І це не те, що сприймають лише споживачі: автомобільні компанії - за невеликим винятком - не надто далеко повідомляють про технічні характеристики своїх електродвигунів.

Чи може бути, що електродвигуни є більш "нудними", і саме тому вони не викликають інтересу громадськості? Або це, можливо, відсутність інформації, яка змушує найбільш пристрасних не знаходити точок порівняння між транспортними засобами, змушуючи їх навіть не розпізнати, чи двигун їхнього автомобіля за роботою такий самий, як і бритви?

Як би цього було недостатньо, слід врахувати наступне: сам електричний «двигун» - це не серце електромобіля, а дуже важлива частина рушійної системи, що включає такі елементи, як інвертори, зарядні пристрої, перетворювачі, електронні блоки управління та акумулятори.

То де це залишає нас, шанувальників, котрі завжди хочуть знати все про машини? Можливо, в прелюдії до нового набору змінних та можливостей, готових до виявлення та оцінки. Сьогодні в галузі використовується не один, а кілька типів електродвигунів, і той, який обіцяє перевершити все, що є на ринку, ще попереду (уявляєте, маленький електричний "мотор" вагою всього сім кілограм, здатний доставити 113 к.с.?). Одна з можливостей полягає в тому, що якщо ентузіасти зрозуміють трохи більше про ці двигуни та їх відмінності, це може викликати у них інтерес до них. Але чи достатньо буде створити таку ж містику, як у двигунах внутрішнього згоряння?

ОСНОВИ

Почнемо спочатку: що таке двигун? По суті, це елемент системи, здатний перетворити якусь енергію - таку, як електрична або теплова - в механічну енергію, і виконувати «роботу» (у фізиці - «сила на відстані»). Багато, мабуть, вже знайомі з тим, як двигун внутрішнього згоряння виконує це перетворення, але розуміння того, як електрони, що протікають по дроту, в кінцевому підсумку живлять транспортний засіб, є майже паралельним Всесвітом.

Якщо ми розглянемо електричний двигун, то виявимо, що його найважливішими складовими частинами - і тими, що дозволять нам зрозуміти відмінності між різними типами двигунів - є такі: статор, що є нерухомою частиною, яка працює як основа, хоча для неї «рухається» електричний струм, який створює магнітне поле, здатне давати рух рухомим частинам; і ротор, який є елементом, що рухається, перетворюючи, таким чином, магнітне збудження від статора в механічну енергію.

Ще однією характеристикою, яка відрізняє двигуни, є тип електричного струму, який їм необхідний для роботи, і який може бути безперервним, наприклад, такий, що отримується від акумуляторів; або альтернативні, як у нас в штекерах наших будинків. У чому різниця між цими двома типами струмів? Рух електронів через провідники (кабелі), оскільки при постійному струмі вони рухаються лише в одному напрямку - за умовою - від позитивного до негативного полюса; У той час як при змінному струмі потік є двонаправленим, коливаючись між негативним і позитивним полюсами певну кількість разів на секунду, значенням, що називається "частота" і одиницею виміру якого є Герц (Гц).

Як кольорові дані, в Аргентині частота електричної мережі становить 50 Гц, і ці два типи струмів були пов'язані з однією з найактуальніших технологічних боротьб кінця ХІХ століття, відомою як "війна струмів", між генієм винахідник Тесла і геніальний бізнесмен Едісон.

Четвертим елементом, який слід врахувати, є напрямок магнітного поля, що генерується в двигуні, і для цього аналізу ми розділимо двигуни з радіальним потоком, в яких лінії поля проходять радіально відносно ротора; і більш сучасний осьовий потік, при якому магнітний потік відбувається в тому ж напрямку, що і вісь ротора.

Хоча існує безліч типів електродвигунів, лише трьом вдалося зайняти важливе місце в галузі. Але з’являється новий гравець, який обіцяє дати людям можливість поговорити. Давайте подивимось, про що йдеться.

Схема постійного струму (зверху) та змінного струму (знизу).

Синхронний двигун Nissan Leaf.

Постійний магніт vs. Асинхронний.

Радіальний потік проти Осьовий потік.

ЕЛЕКТРИЧНЕ проти ТЕПЛОВА

Незважаючи на те, що встановити, скільки деталей мають теплові двигуни, трохи складно - і навіть претензійно - не потрібно занадто багато досліджувати, щоб зробити висновок, що простота електричного двигуна безмежно перевершує таку, як теплова. Деякі кажуть, що тепловий двигун (без допоміжних елементів) сімейного автомобіля може складати близько 300 штук, тоді як електричний ледве перевищує 20. Це дещо суб'єктивно і багато в чому залежить від характеристик кожного двигуна, але різниця полягає в тому, настільки приголомшливий, що не залишає місця для сумнівів. Ця простота призводить до переваг на користь електродвигунів, таких як більша надійність, легке та швидке обслуговування, обмежена вартість ... і список можна продовжувати.

Інша велика різниця полягає в тому, як ці двигуни забезпечують потужність і крутний момент. Мабуть, найбільш характерним аспектом між ними є те, що електродвигуни здатні мати 100% свого крутного моменту з моменту їх введення в експлуатацію, чого ми не знаємо з двигунами внутрішнього згоряння. Крім того, якщо порівняти двигуни з подібною потужністю, то ми помітимо, що показник крутного моменту електродвигуна набагато вищий, ніж у двигуна внутрішнього згоряння. Це означає, що, керуючи ними, вони передають особливе - і веселе - відчуття сили, оскільки при раціональному використанні переваги електродвигунів надзвичайні.

Щодо потужності, електродвигуни швидше досягають максимальної точки потужності, і що цікаво, вона залишається рівною при широкому діапазоні обертів. Необхідно пам’ятати, що електричні двигуни, що працюють на даний момент, можуть обертатися до 10000 об/хв, тоді як цикли Отто зазвичай не досягають 7000 об/хв. Але оптимальний діапазон використання потужності та крутного моменту в тепловому двигуні набагато обмеженіший, тому їм потрібні коробки передач з декількома швидкостями.

Навпаки, електродвигуни зазвичай потребують лише простого редуктора з фіксованим коефіцієнтом, що є результатом стабільної роботи в усьому робочому діапазоні.

Три речі привернули мою увагу, коли я досліджував технічні деталі електричних двигунів, що використовуються в сучасних транспортних засобах (досить складне завдання, оскільки інформації недостатньо): по-перше, що Tesla є єдиною компанією, яка сьогодні може перетворити свої двигуни до 18000. об/хв, майже вдвічі більше, ніж у багатьох його конкурентів, що означає кращі показники. По-друге, різниця в "споживанні", яку ми можемо знайти в транспортних засобах подібної потужності, таких як Jaguar i-Pace (27,3 кВт-год/100 км) і Tesla Model X 75D (22,3 кВт-год/100 км), результат поганого вибір Ягуаром щодо типу двигуна, що використовується на передній осі (так, Ягуар не врахував досить основні питання електроенергетики для своєї конструкції). І по-третє, жорстока різниця в щільності "пікової потужності" (кВт/кг) між електродвигунами струму, які можуть коливатися від 2,60 (BMW i3) до 4,88 кВт/кг (модель Tesla 3), та новими осьовими двигунами, який може перевищувати 15 кВт/кг (втричі більше, ніж найефективніший Тесла).

Повертаючись до теми «споживання», я вважаю нічим не вражаючим те, що ніхто про це не говорить. Ніхто. Усі зосереджуються на "автономності" як єдиній змінній, яку слід враховувати, і яка, здається, залежить виключно від ємності акумуляторів. Це ніби ми несамовито говоримо про розмір паливних баків сучасних транспортних засобів, не звертаючи уваги на основне питання: наскільки ефективним є двигун і скільки літрів палива потрібно для проїзду 100 кілометрів?

Тут метрикою є кіловати на годину, необхідні двигуну для проїзду 100 кілометрів (кВт-год/100 км), що еквівалентно літрам на 100 км, які ми використовуємо сьогодні. Для довідки та доповнення прикладів, згаданих у попередньому параграфі, Hyundai Ioniq Electric позиціонується як одна з найбільш “ефективних” у світі із середнім споживанням 15,7 кВт-год/100 км. BMW i3 вимагає 17,2 кВт-год/100 км, Chevrolet Bolt EV 17,7 кВт-год/100 км, Nissan Leaf 18,7 кВт-год/100 км, Tesla Model 3 18,4 кВт-год/100 км та Mercedes-Benz Class B Electric Drive близько 28 кВт-год/100 км; всі цифри відповідно до стандарту EPA.

Тим не менш, було б дуже цікаво, якщо ми почнемо змінювати мислення і почнемо як розслідувати, так і "вимагати", щоб бренди надавали нам більше інформації про характеристики своїх електромобілів.

ЧИ БУДЕ МІСТИКА?

Я повинен визнати, що у мене є неоднозначні почуття перед цим закриттям. У мене в голові багато речей, якимось чином пов’язаних із темою, і це змушує задуматися про вплив, який вони мають на наші емоції. Наприклад, я думаю про Формулу 1 і глухий звук її силових агрегатів, крики Формули Е, стерильність електромобіля та надмірну тишу, яка їх населяє.

З іншого боку, я пам’ятаю цікавість і піднесення, які я відчував, читаючи все, що сьогодні відбувається щодо розробки нових електродвигунів, тим більше, що ми перебуваємо на етапі, на якому поки не ясно, яка технологія, яка буде переважати над інші і нав'язується як парадигма.

Настільки, що деякі компанії вирішують самостійно зіткнутися з цим пошуком (Toyota, Nissan), інші через спільні підприємства (Honda з Hitachi), тоді як компанії з меншими можливостями розвитку вирішують звернутися до спеціалізованих продавців. І якби цього було недостатньо, існує фактор Китаю, країна, яка передбачається як центр електромобілів, не тільки як споживчий ринок, але і як місце розвитку, наприклад двигунів (цікаво, що роблять китайці а що не говорять нам).

Ось чому ці двигуни представлені як новий всесвіт, повний речей, про які можна відкривати та говорити. Скільки двигунів має цей автомобіль, якого типу вони і як розподіляються? Скільки роторів у кожного двигуна? Яка його щільність потужності? Чи може він перевищувати 18000 об/хв для двигунів Tesla? Яка його енергоефективність? І що задумали хлопці Tesla, щоб не залишитися позаду у цій видатній технологічній гонці?

Тому я думаю, що результат цього висновку буде гірким.

З якої причини? Тому що є щось, що неминуче не може пережити прогрес: звук двигуна. Як гурман, "щось не так", коли я чую, як обертається двигун внутрішнього згоряння, особливо спортивний автомобіль. Не кажучи вже про те, це V8 чи V12. Я живу перед дилерським центром Chevrolet, і кожен раз, коли включається Camaro, виникає крик, який мені неможливо залишити непоміченим, незалежно від того, що я роблю на той момент.

Також мені цікаво, чи ця відданість - дещо ретроградна - звуку двигунів буде чимось, що мотивує нові покоління. Можливо, і, дивлячись на іншу сторону медалі, молоді люди зараз зосереджуються головним чином на розумінні ефективності електродвигунів, споживання та автономності.

У найближчі роки ми побачимо десятки електромобілів з двигунами, здатними перевершити показники будь-якої сучасної Ferrari, без зайвих зусиль і за все більш доступними цінами. І зміни відбудуться. Питання лише в тому, коли відбудеться те, що називається «Ефектом Осборна». Це момент, коли покупці вирішать не купувати транспортний засіб з двигуном внутрішнього згоряння, оскільки вони знають, що ось-ось буде запущений електромобіль, який краще відповідатиме їхнім потребам та буде економічно зручнішим для них.

Особисто я пророкую спокійне майбутнє, але цікаве або - якщо мені дозволять ліцензію - «електрифікуюче». Ми побачимо багато змін, які нас здивують, але ми не будемо надмірно схвильовані. З часом ми познайомимось з технічними концепціями, розробленими в цій примітці, і навіть будемо вважати їх певним чином "привабливими".

Але, так само, наша ностальгія зростатиме, коли ми побачимо - і почуємо - пройдемо неповажний, неефективний і зовсім не екологічний V8. Ці голоси ніколи не забудуться.

Клацніть на зображення, щоб збільшити.

Щоб знати більше. Усі замітки курсу електричних автомобілів, які Nissan дав аргентинській автомобільній пресі. Завантажте їх тут.