Почему электромобили заявляют о «мгновенном крутящем моменте»?

Я был сегодня в известной компании по производству электромобилей, и они требовали «мгновенного крутящего момента». Цитата была что-то вроде следующего:

Вождение этого автомобиля очень отличается от бензинового транспортного средства. Например, он имеет мгновенный крутящий момент при нажатии на акселератор. В отличие от газового транспортного средства, где есть небольшая задержка.

Мой вопрос: откуда взялся этот «мгновенный крутящий момент»? Является ли объяснение столь же простым, как тот факт, что электроны / электричество движутся со скоростью света. Но для двигателя внутреннего сгорания требуется время, чтобы преобразовать потенциальную химическую энергию в кинетическую энергию посредством тысяч крошечных взрывов? Или есть что-то еще, что могло бы пролить свет на это объяснение?

Редактировать: я только что нашел этот связанный вопрос на отдельной SE. Может ли кто-нибудь добавить больше «объяснения фундаментальной физики» к набору ответов?

Я думаю, что моментальный крутящий момент в основном относится к ускорению «вне линии». То есть в состоянии покоя, и электродвигатель имеет 100% своего доступного крутящего момента, доступного при 0 об / мин (в основном). Компромисс заключается в том, что электродвигатель всегда будет видеть падение крутящего момента со скоростью. Обычно, когда вы сравниваете наличие крутящего момента колеса как функцию скорости между электрическим и газовым двигателем (с 5 передачами вперед), вы получаете следующее:

_{Рисунок 1 . Определяющей характеристикой электромобиля является то, что пиковый крутящий момент доступен при 0 об / мин, в отличие от газового двигателя, пиковый крутящий момент которого развивается на скорости.}

Кроме того, из-за зубчатой ​​передачи, хотя значения крутящего момента и мощности намного выше по сравнению с газовыми двигателями, электромобили ограничены более низкими скоростями, потому что в какой-то момент доступный крутящий момент падает до нуля (даже без учета сопротивления воздуха) по сравнению с газовыми автомобилями.

Я думаю, что второстепенный факт заключается в том, что при наличии электрического колеса на колеса быстрее подается только один зубчатый крутящий момент по сравнению с газовым автомобилем, который занимает гораздо больше времени. Помните, бензиновые двигатели - практически воздушный насос (с топливом, добавленным позже, чтобы соответствовать воздуху). Чем больше воздуха можно протолкнуть, тем эффективнее двигатель (и тем больше крутящий момент он создает). Это означает, что требуется время для разгона двигателя до нужных оборотов (обычно требуется переключение передач на пониженной передаче) и для преодоления инерции двигателя и инерции воздуха на впуске. Вы можете не осознавать этого, но при более высоких оборотах воздух, проходящий через впускные отверстия, приближается к сверхзвуковой скорости вокруг изгибов и изгибов. Требуется много энергии, чтобы воздух достиг этих скоростей, и эта энергия берется из энергии, доступной для ускорения.

ДВС (двигатели внутреннего сгорания) требуется некоторое время, чтобы увеличить их выходной крутящий момент. Различные механические системы должны реагировать, прежде чем больше смеси впрыскивается в цилиндры, и это затем создает большее давление при сгорании.

В качестве примера рассмотрим двигатель с дроссельной заслонкой. Вы нажимаете на педаль газа, которая больше открывает дроссельный клапан. Это приводит к тому, что во впускной коллектор попадает больше воздуха, что приводит к большему расходу газа из-за трубки Вентури в карбюраторе. Эта смесь низкого давления засасывается в поршень при следующем такте впуска. Затем должен произойти такт сжатия, прежде чем смесь воспламенится, и в результате вы получите больший крутящий момент. Другие вещи должны реагировать на возможное изменение времени, соотношения топлива и воздуха и т. Д.

Несмотря на вышесказанное, реальное восприятие задержки обусловлено кривой крутящего момента двигателя. Даже если двигатель выдает больше крутящего момента за один оборот или около того, мощность двигателя ограничена на низкой скорости. Теперь, независимо от того, насколько оптимально смесь подается в цилиндры, она не может производить значительно больший крутящий момент, пока не достигнет более высокой скорости. Это занимает некоторое время. Или система трансмиссии должна переключиться, чтобы дать двигателю более оптимальную рабочую точку для выработки дополнительной выходной мощности. В любом случае, это требует времени.

Для электродвигателей, с другой стороны, крутящий момент пропорционален току. Это не зависит от скорости, поэтому работает так же хорошо, как от стоячей остановки до круиза на скорости шоссе. Ток контролируется путем создания импульсов через транзистор, который может делать это 100 с 1000 с раз в секунду. Существует некоторая задержка для создания большего тока из-за индуктивности обмоток двигателя, но эта задержка составляет порядка микросекунд, самое большее миллисекунд и значительно ниже диапазона восприятия человеком. Помните, что людям трудно обнаружить задержку ниже 50 мс. Наличие мотора, способного производить крутящий момент быстрее, чем люди могут ощутить, что отставание в значительной степени происходит без каких-либо особых дизайнерских усилий, чтобы это сделать.

Нет, характерно, что электродвигатели вырабатывают большую часть, если не весь, свой крутящий момент при нулевых оборотах - вот почему электромобили так хороши при выходе из строя, и что электродвигатели не всегда нуждаются в зацеплении для запуска тяжелой техники. - просто много энергии ...

Причиной являются неотъемлемые потери двигателя. Двигатели внутреннего сгорания потребляют много крутящего момента, который они производят для собственной работы - они должны сжимать топливно-воздушную смесь, они должны выбрасывать продукты сгорания, впрыскивать топливно-воздушную смесь, запускать систему охлаждения, запускать топливный насос, запускать двигатель. генератор для подачи электричества на свечи зажигания, преодоления механического трения коробки передач и тд. Все это зависит от энергии / крутящего момента, возникающего при сгорании и декомпрессии, а характеристики потребления / выхода энергии совершенно нелинейны; при низких оборотах действительно мало полезного избыточного выходного крутящего момента, и для его увеличения требуется увеличение оборотов в минуту - рост избытка вскоре опережает рост спроса, и двигатель достигает пиковой мощности (... затем потери снова начинают наверстываться, и двигатель достигает пика RPM).

Это также связано с процессом сгорания: нажимая на акселератор, вы изменяете соотношение топлива и воздуха в смеси, делая его более энергичным, но вы можете пойти так далеко, извлекая определенное количество энергии из одного сгорания (цикл с одним поршнем) - дальнейшее увеличение количества топлива приведет только к выбросу несгоревшего топлива или затоплению свечи зажигания, а не к увеличению количества произведенной энергии. Вместо этого вам лучше увеличивать количество событий сгорания в секунду - частоту поршневых циклов - обороты двигателя. Таким образом, вместо небольшого количества очень богатой топливом смеси, вырабатывающей скромное количество энергии, вы получите гораздо большее количество умеренно богатой смеси, вырабатывающей много энергии.

В электродвигателе таких потерь на «самообслуживание» очень мало, и величина выходного крутящего момента не зависит от каких-либо циклов, таких как частота событий сгорания - потребление энергии может быть увеличено до предела, никаких проблем, таких как затопить свечи зажигания слишком большим количеством.

Теперь это отношение крутящего момента к оборотам. Результирующее соотношение времени и крутящего момента простое: при запуске двигателя внутреннего сгорания его обороты низкие, крутящий момент низкий. Если вы хотите увеличить его, вам нужно «раскрутить», увеличить обороты - и это требует крутящего момента, которого у вас еще нет в изобилии, - поэтому процесс занимает время. В электрических двигателях вы сразу получаете полную мощность.

Мгновенный крутящий момент означает, что у вас есть задержка <100 миллисекунд от движения педали / рычага / дросселя до максимального соответствующего ускорения автомобиля, которое контролируется фазовым контроллером, который посылает импульсы на двигатель. Контроллер и двигатель имеют время отклика не более 100 мс, не менее 10 мс.

Муфта предотвращает прямое соединение между двигателем и колесами. Это также предотвращает постоянное ускорение от низкой до высокой передачи. В состоянии покоя задержка включения сцепления составляет около 1-3 секунд, по сравнению с 50-100 миллисекундами на электромобилях.

Электромобиль имеет нулевую разницу вращения между осью двигателя и вращением колеса.

Импульсы обмотки двигателя прикладывают силу к магнитам, поэтому вам необходим немного медленный контроллер для перераспределения энергии батареи постоянного тока в несколько «фазных» проводов двигателя.