Benzino ir Elektros Variklių Principas Automobiliuose

Automobilių rinka nuolat keičiasi, o šiandien pirkėjai gali rinktis iš įvairių variklių tipų: benzininių, dyzelinių, hibridinių ir elektrinių. Kiekviena variklio rūšis turi unikalių savybių, pranašumų ir trūkumų, kurie lemia jų tinkamumą skirtingoms vairavimo sąlygoms ir poreikiams. Šiame straipsnyje išsamiau panagrinėsime, kaip veikia benzinu varomi automobiliai, hibridinės transporto priemonės ir elektromobiliai, bei aptarsime jų skirtumus.

Benzininiai Automobiliai

Ištisus dešimtmečius benzinu varomi automobiliai buvo pagrindinis pasirinkimas ir iki šių dienų išliko praktišku variantu daugeliui šiuolaikinių vairuotojų. Šiandien pirkėjai gali rinktis iš skirtingų rūšių benzininių variklių, įskaitant atmosferinius, su turbokompresoriumi ir elektrifikuotus variantus su hibridinėmis sistemomis.

Veikimo principas

Nors visos šios sistemos yra skirtos tam pačiam tikslui - varyti automobilį pirmyn, jos skiriasi savo galingumu, efektyvumu, technologija, patikimumu ir ekonomiškumu. Atmosferiniai varikliai laikomi patikimiausiais dėl savo paprastesnės struktūros, neturinčios turbokompresoriaus, o tai reiškia mažiau potencialių gedimų. Visgi, ekonomiškumo klausimu geriausias pasirinkimas yra variklis su hibridine sistema, kuri gali būti 6-20 % ekonomiškesnė, priklausomai nuo automobilio ir vairavimo įpročių.

Privalumai ir trūkumai

Didžiausi benzininių variklių privalumai slypi jų paprastume, nesudėtingame naudojime ir plačiame pritaikomume. Jie montuojami įvairiuose automobilių tipuose: kupė, hečbekuose, universaluose, visureigiuose ir net bekelei pritaikytuose automobiliuose.

Vis dėlto, yra ir trūkumų:

• Benzininiai varikliai gali „valgyti“ variklio alyvą, o netinkama priežiūra gali lemti didelius dingstančios alyvos kiekius.
• Dažniausiai sunaudoja daugiau degalų. Nors eksploatuojant automobilį mišriomis sąlygomis galima pasiekti tenkinančias degalų sąnaudas su atitinkamo darbinio tūrio ir galios varikliu, mažalitražiai varikliai, montuojami į šeimyninius automobilius, realiomis sąlygomis neretai sunaudoja tiek pat degalų, kiek ir didesnio darbinio tūrio varikliai, nes turi intensyviau dirbti.

Dyzeliniai Automobiliai

Daugybę metų dyzelinu varomi automobiliai sudarė didžiąją keleivinių transporto priemonių rinkos dalį Europoje, dažnai teigiant, kad jie yra mažiau taršūs ir išskiria mažiau CO2 emisijų. Pirkėjai vertino nedideles degalų sąnaudas, nepaisydami garsiai dirbančių ir stipriai vibruojančių variklių ar didesnių aptarnavimo išlaidų.

Privalumai ir trūkumai

Dyzelinį automobilį pirkti apsimoka, jei važinėjama dideliais atstumais (bent po kelis šimtus kilometrų kasdien) arba jeigu reikalingas pikapas ar kitas krovininis automobilis didelėms apkrovoms. Tokiais atvejais degalų sąnaudos ir nuvažiuojamas atstumas atsvertų brangesnę priežiūrą. Tačiau kitais atvejais dyzeliniai varikliai nėra idealus pasirinkimas:

• Dėl griežtesnių aplinkosaugos reikalavimų dyzeliniams automobiliams neretai reikia brangių išmetimo sistemų, kurios gali greitai užsikimšti važinėjant nedideliais greičiais (pvz., miesto sąlygomis).
• Atvėsus orams dyzeliniai varikliai šyla gerokai ilgiau nei benzininiai, o tai lemia didesnes degalų sąnaudas, ypač trumpoms kelionėms mieste ar dažnai stovint kamščiuose.

Hibridiniai Automobiliai

Hibridiniai automobiliai, išsiskiriantys savo dvigubomis galios sistemomis, užima svarbią vietą tarp šiuolaikinių transporto priemonių. Šiuose automobiliuose vidaus degimo variklis (dažniausiai benzininis) dirba kartu su elektriniu varikliu ir baterijomis. Tai leidžia efektyviai išnaudoti tiek elektros, tiek vidaus degimo variklio generuojamą energiją.

Hibridinių automobilių tipai

Šiandien pirkėjai gali rinktis iš kelių hibridinių automobilių tipų:

1. Švelnieji hibridai (MHEV - Mild Hybrid Electric Vehicle): Elektros variklis perima tik nedidelę dalį pavaros funkcijų, dažniausiai padeda įsibėgėti ar įjungti „Start-Stop“ funkciją. Naudoja žemos įtampos 12 V elektros sistemą, kurią sudaro starteris-generatorius ir nedidelis akumuliatorius. Tokia technologija yra pigi, o jos poveikis ekonomijai bei dinamikai minimalus, daugiausia gelbėjantis važinėjant mieste.
2. Tikrieji hibridai (HEV - Hybrid Electric Vehicle): Automobilio ratus gali sukti tiek vidaus degimo variklis, tiek elektros motoras. Elektrinė energija susigrąžinama stabdant (regeneruojant kinetinę energiją) arba įkraunama vidaus degimo varikliu. Šio tipo hibridai pasižymi geresne ekonomija nei įprasti automobiliai. Pavyzdžiui, „Toyota“ ir „Honda“ montuoja atmosferinius variklius, o „Renault“ elektrifikuoja turbininius motorus, kurie suteikia rafinuotumo, ypač važiuojant užmiestyje. HEV puikiai tinka daug važinėjantiems ir neturintiems galimybės įkrauti automobilio namuose ar darbe, nes įsikrauna važiuojant - vairuotojui nieko specialiai daryti nereikia.
3. Įkraunamieji hibridai (PHEV - Plug-in Hybrid Electric Vehicle): Turi žymiai talpesnes baterijas, kurias galima įkrauti važiuojant, namie ar viešose įkrovimo stotelėse, arba iš elektros tinklo. Ši unikali sistema leidžia naudojant vien elektros energiją nuvažiuoti 15-80 km atstumą. Kai baterijos nusėsta, vidaus degimo variklis tampa pagrindiniu energijos šaltiniu ir automobilis toliau veikia kaip įprastas hibridas. PHEV idealiai tinka tiems, kas kasdien važiuoja vienodais maršrutais ir gali įkrauti namuose ar darbe. Miestuose juos galima eksploatuoti kaip elektromobilius, o keliaujant užmiestyje - kaip įprastus hibridus.

Hibridinių automobilių veikimo principai

Hibridiniai automobiliai naudoja du ar daugiau energijos šaltinių. Dažniausiai tai derinamas tradicinis vidaus degimo variklis, elektros variklis ir speciali akumuliatoriaus sistema. Hibridinis automobilis visada paleidžiamas tik elektriniu režimu, nes elektrinis variklis veikia efektyviau. Pavaros perjungiamos automatiškai, atsižvelgiant į pageidaujamą akceleraciją, vietovės reljefą ir akumuliatoriaus įkrovos lygį. Automobilio kompiuteris pats parenka, kada naudoti elektros variklį, vidaus degimo variklį ar jų abiejų derinį, optimizuojant efektyvumą ir našumą pagal važiavimo sąlygas.

Hibridiniai automobiliai kaupia energiją regeneracinio stabdymo metu, kuomet generatorius kinetinę energiją paverčia elektra, kuri įkrauna akumuliatorių.

Esant nedideliems atstumams mieste, su hibridiniu automobiliu galima keliauti visiškai be jokių degalų, tik veikiant elektros varikliui. Jis ypač pasitarnauja tada, kai benzininio variklio sąnaudos būna didelės atliekant tokius veiksmus kaip pajudėjimas iš vietos, važiavimas atbuline eiga, parkavimasis ir pan. Važiuojant ilgesnius atstumus, automatiškai įsijungia įprastas benzininis variklis. Svarbu atkreipti dėmesį, kad hibridiniuose automobiliuose visada turi būti degalų, nes gamintojai nerekomenduoja pasibaigus degalams naudoti tik elektros energiją, kad nebūtų pažeista automobilio veikimo sistema.

Privalumai ir trūkumai

Hibridiniai automobiliai dažnai giriami dėl mažų emisijų ir ekonomiškumo miesto sąlygomis. Kai benzininiai ir elektriniai varikliai dirba kartu, galima sutaupyti net iki 50 % degalų, palyginti su tokiais pačiais varikliais be hibridinių sistemų. Hibridinis automobilis sunaudoja net 30 procentų mažiau degalų, o jo išlaikymas ir eksploatavimas kainuoja žymiai mažiau nei lyginant su benzininiu automobiliu.

Vis dėlto, ši pažangi technologija turi savo kainą:

• Dėl didelės paklausos naudoti hibridiniai automobiliai yra gerokai brangesni už automobilius, varomus vien vidaus degimo varikliais.
• Po kelerių metų intensyvaus naudojimo elektrinių baterijų maksimali įkrovos talpa sumažėja, todėl vien elektra nuvažiuojamas atstumas mažėja, o baterijų ar jų modulių keitimas gali atsieiti nemenką sumą.

Pagrindiniai hibridinio automobilio bruožai:

• Ilgaamžiškumas: Dėl dviejų variklių apkrova pasiskirsto, todėl varikliai dėvisi lėčiau.
• Ekonomiškumas: Mažesnės degalų sąnaudos, ypač mieste.
• Aplinkosauga: Tausoja aplinką, nes išskiria mažiau taršiųjų medžiagų.
• Kaina: Tiek naujų, tiek naudotų hibridinių automobilių kaina yra gana panaši, kaip ir benzininių automobilių.

Unikali „Nissan e-POWER“ sistema

Japonų gamintojas „Nissan“ sukūrė benzinu varomą elektromobilį, pavadintą „e-POWER“ sistema, kuri veikia tarsi benzininis elektromobilis. Šios sistemos ratus suka elektros variklis, o 1,5 litro benzininis motoras veikia tik kaip generatorius, įkraunantis nedidelę ir lengvą 2,1 kWh bateriją, maitinančią elektros variklį.

„Nissan“ šiuo netradiciniu požiūriu bando suderinti elektromobilio dinamiką ir vidaus degimo varikliu varomų automobilių nuvažiuojamą atstumą. Trečiosios kartos „e-POWER“ sistema, įdiegta „Nissan Qashqai“ modelyje, pasižymi patobulintu vidaus degimo varikliu su didesne turbina, galinčia sukti generatorių, tiekiantį energiją elektros varikliui žemesniais sūkiais. Tai užtikrina tylesnį važiavimą, geresnę dinamiką ir sumažintas išmetamųjų teršalų bei degalų sąnaudas iki 4,5 l/100 km.

Didžiausias skirtumas tarp „Nissan“ ir „Toyota“ hibridų yra tas, kad „Nissan“ į akceleratoriaus paspaudimą reaguoja akimirksniu kaip elektromobilis ir nesuka vidaus degimo variklio iki ribotuvo, todėl įsibėgėja tyliau.

Elektriniai Automobiliai (EV)

Skirtingai nei įprasti, benzininiai ar dyzeliniai, automobiliai, elektromobiliai yra varomi vien elektros energija, kurią kaupia įkraunamuose baterijų moduliuose, todėl nėra reikalingi emisijas išskiriantys vidaus degimo varikliai.

Veikimo principas

Elektrinio automobilio veikimo principas iš esmės skiriasi nuo tradicinio automobilio. Elektra iš baterijos keliauja per įtampos keitiklį, kuris tiekia energiją varikliui. Variklis perduoda galią ratams. Apie 90 proc. elektromobilio baterijoje sukauptos energijos panaudojama važiavimui, kai tuo tarpu tradiciniuose benzininiuose varikliuose ratus pasiekia tik apie 30 proc.

Šiuolaikiniuose elektromobiliuose naudojamos ličio jonų baterijos, kurių talpa svyruoja nuo 40 iki 100 kWh. Baterijos valdymo sistema nuolat stebi kiekvieną baterijos ląstelę - temperatūrą, įkrovimo lygį, įtampą. Elektriniai varikliai, kurie gali būti asinchroniniai (ASM) arba nuolatinio magneto sinchroniniai (PSM), elektros energiją paverčia mechanine jėga, kuri tiesiogiai perduodama ratams. ASM varikliai yra itin efektyvūs ir generuoja sukimo momentą dėl elektromagnetinės indukcijos. PSM variklių rotoriuje naudojami nuolatiniai magnetai, sukuriantys magnetinį lauką. Abu varikliai užtikrina tolygią ir sklandžią galią be jokių pavarų perjungimų.

Pagrindiniai komponentai

Štai keletas pagrindinių elektrinio automobilio komponentų:

• Įtampos keitiklis: Konvertuoja iš baterijos tiekiamą nuolatinę srovę (DC) į kintamąją srovę (AC), kuri tiekiama varikliui. Tai padeda valdyti elektrinių variklių greitį ir sukimo momentą.
• Integruotas įkroviklis: Reguliuoja įkrovimo procesą: jis kintamąją srovę (AC) paverčia nuolatine srove (DC), kurią gali kaupti baterija.
• Šilumos valdymo sistema: Reguliuoja svarbiausių komponentų temperatūrą, užtikrindama optimalų veikimą ir saugumą. Sistema taip pat apima šilumos siurblį, padedantį didinti klimato kontrolės sistemos energinį efektyvumą.

Ypatybės ir technologijos

• Staigus sukimo momentas: Elektriniai varikliai išvysto maksimalų sukimo momentą vos paspaudus akceleratoriaus pedalą, užtikrinant tolygų ir galingą pagreitį.
• Regeneracinis stabdymas: Kiekvieną kartą mažinant greitį, elektrinis variklis kinetinę energiją paverčia elektros energija, kuri kaupiama baterijoje. Tai gali padidinti nuvažiuojamą atstumą ir sumažinti stabdžių trinkelių dėvėjimąsi.
• Valdymas vienu pedalu: Visi elektromobiliai gali būti vairuojami naudojant tik akceleratoriaus pedalą - paspaudus važiuojama, atleidus pristabdoma. Ši funkcija yra intuityvi ir ypač patogi eismo spūstyse, naudojant regeneracinį stabdymą.
• „Eco“ važiavimo režimas: Aktyvuoja nustatymus, padedančius važiuoti efektyviau, apribodamas klimato kontrolės veikimą bei automobilio dinamiką, siekiant taupyti energiją ir maksimaliai padidinti nuvažiuojamą atstumą.

Privalumai ir trūkumai

Ryškiausi ir svarbiausi elektrinių automobilių pranašumai - tylus veikimas, švelnus važiavimas, puikus efektyvumas ir ganėtinai nebrangus įkrovimas, jei turimas nuosavas elektros energijos šaltinis (pvz., namie įrengtos saulės baterijos). Priklausomai nuo įrangos, kraunant elektromobilį namie, išlaidos 100 km gali siekti vidutiniškai 2 Eur. Taip pat:

• Nereikia keisti alyvos, filtrų, žvakių ar išmetimo sistemos.
• Stabdžių kaladėlės dėvisi lėčiau dėl regeneratyvinio stabdymo.
• Momentinis reakcijos laikas ir stabilumas posūkiuose.

Tad nors elektriniai automobiliai ir siūlo net keletą ypač šiuolaikiškų privalumų, jie vis dar stipriai priklausomi nuo įkrovimo stotelių tinklo. Dėl šios priežasties teks pakeisti savo požiūrį į buvimą automobilio savininku, mat būtent elektromobilių vairuotojai turi taikytis prie įkrovimo poreikių, o ne priešingai.

Trūkumai:

• Aukšta kaina: Elektriniai automobiliai paprastai kainuoja 20-30% brangiau nei analogiški benzininiai modeliai.
• Ribotas nuvažiuojamas atstumas: Naudoti elektromobiliai turės mažesnės talpos baterijas ir itin ribotą nuvažiuojamą atstumą, todėl tinka tik eksploatavimui mieste.
• Įkrovimo infrastruktūra: Nors viešųjų įkrovimo stotelių skaičius sparčiai auga, regionuose jų vis dar trūksta. Baimė likti be energijos kelio viduryje vis dar atbaido dalį vairuotojų.
• Didelis nusidėvėjimas: Kadangi baterijų technologijos nuolat tobulėja, kiekvienas naujas elektrinio automobilio modelis rinkoje atkeliauja su pagerinta baterijos chemine sudėtimi, nuvažiuojamu atstumu ir bendru efektyvumu, taip mažindami senesnių modelių patrauklumą potencialiems pirkėjams. Pavyzdžiui, naujas „Audi e-Tron GT“ automobilis per dvejus metus gali prarasti apie 40 % vertės.

Automobilio išlaikymo kaštai: palyginimas

Automobilio išlaikymo kaštus sudaro ne tik pirkimo kaina, bet ir nusidėvėjimas, draudimas, degalų sąnaudos ir reguliari priežiūra. Palyginkime šiuos aspektus skirtingų tipų automobiliams.

Nusidėvėjimas

Nusidėvėjimas priklauso ne tik nuo automobilio markės ir modelio, bet ir nuo variklio rūšies. Benzininiai, dyzeliniai ir hibridiniai automobiliai dėl savo palyginti paprastos priežiūros išlaiko didžiausią likutinę vertę. Pavyzdžiui, po penkerių metų eksploatavimo „Toyota Rav 4“ automobilis bus vertas 50-55 % savo pradinės kainos, priklausomai nuo įdiegtos hibridinės sistemos. Elektromobilių pirkėjai susiduria su didžiausiu nusidėvėjimu dėl nuolat tobulėjančių baterijų technologijų, kurios mažina senesnių modelių patrauklumą.

Draudimas

Draudimo įmokos sumai įtakos turi automobilio markė, modelis, vairuotojo amžius, drausmingumas, vairavimo stažas, deklaruota gyvenamoji vieta ir netgi degalų rūšis. „Forbes Advisor“ tyrimo duomenimis, pigiausiai apdrausti kainavo benzininius automobilius (apie 1 500 Eur). Tų pačių automobilių modelių su hibridine sistema draudimo kaina svyravo nuo 90 iki 180 Eur, o štai elektrinių automobilių draudimas gali kainuoti net 3 600 Eur ar daugiau (pvz., „Porsche Taycan“ - 4 295 Eur, „Tesla Model S“ - 3 395 Eur).

Išlaidos degalams

Išlaidos degalams priklauso nuo automobilio tipo ir elektros energijos kainos. Lentelėje pateikiami apytiksliai metiniai kaštai, nuvažiuojant 20 000 km, imant vidutinę 1 kWh kainą 0,27 Eur ir orientacines degalų sąnaudas:

Reguliari priežiūra

Reguliari transporto priemonės priežiūra yra būtina tinkamam veikimui, o jos kaina skiriasi priklausomai nuo markės, modelio, variklio darbinio tūrio ir degalų rūšies. Didžiausią pranašumą šiame segmente turi elektriniai automobiliai - jų struktūra gerokai paprastesnė, mažiau aktyvių dalių, todėl priežiūra yra paprastesnė ir pigesnė. Per penkerių metų eksploatavimo laikotarpį būtini aptarnavimo kaštai, įskaitant padangų, stabdžių, pavarų ir aušinimo sistemų skysčių keitimą, elektromobiliams yra mažesni.

Vandeniliu Varomi Automobiliai

Vandeniliu varomi automobiliai generuoja elektros energiją tiesiogiai automobilyje, naudodami vandenilio kuro elementus. Pagrindinis šių elektrinių transporto priemonių pranašumas - tiesioginių išmetamųjų dujų nebuvimas. Tačiau šiuo metu Lietuvoje yra registruoti tik 2 vandeniliu varomi automobiliai, o vandenilio pildymo stotelių nėra - artimiausia yra Rygoje. Infrastruktūros stoka yra pagrindinė kliūtis šiai technologijai plisti.

Apibendrinimas ir pasirinkimo rekomendacijos

Hibridiniai automobiliai tampa vis labiau matomi keliuose ir užima svarbią nišą pereinant prie švaresnio transporto. Jie suteikia galimybę sumažinti kuro sąnaudas ir taršą, kartu išlaikant patogumą - nereikia taip dažnai (arba apskritai) įkrauti automobilio iš tinklo, jei tai ne „Plug-in“ variantas. Šiandieninėje rinkoje hibridai patrauklūs vairuotojams, kurie nori sumažinti eksploatacijos kaštus bei aplinkos taršą, bet dar nėra pasirengę pereiti vien tik prie elektromobilio.

Rinkdamiesi elektrinį ar hibridinį automobilį, pirmiausia įvertinkite savo kasdienius maršrutus ir įkrovimo galimybes:

• Jei reikia lankstumo ir dar nepasiruošę visiškai atsisakyti benzino - įkraunamas hibridas (PHEV) bus geriausias kompromisas.
• Jei galite įkrauti namuose ir kasdien važinėjate iki 50 km - rinkitės PHEV, sutaupysite daugiausiai.
• Jei daug važinėjate mieste ir nenorite rūpintis įkrovimu - paprastas hibridas (HEV).
• Jei keliaujate dažnai ir ilgus atstumus, o įkraunamo hibrido kaina tenkina galimybes, toks automobilis gali suteikti gerą energijos sunaudojimo efektyvumą, derindamas elektrinės pavaros privalumus su tradicinio variklio universalumu.
• Jei važinėjate nedidelius atstumus mieste, elektromobilis (EV) jums puikiai tiks dėl tylaus veikimo, mažo dėvėjimosi ir ekologiškumo.

Galų gale, sprendimas tarp hibridinio, benzininio/dyzelinio ar grynojo elektromobilio priklauso nuo asmeninių poreikių, ridos, infrastruktūros galimybių bei biudžeto.

tags: #kaip #veikia #automobilis #benzinas #elektra