So sánh khái quát động cơ đốt trong và động cơ điện

     Ô tô là phương tiện giao thông phổ biến hiện nay. Trên ô tô thường sử dụng 2 loại động cơ chính là động cơ đốt trong và động cơ điện. Tuy nhiên mỗi loại động cơ có ưu nhược điểm khác nhau, trong bài viết này sẽ so sánh hiệu suất, sự phù hợp với điều kiện sử dụng thực tế của 2 loại động cơ này.

Hiệu suất

     Động cơ đốt trong là loại động cơ nhiệt. Trong quá trình làm việc nhiệt năng do đốt cháy nhiên liệu sẽ chuyển hóa thành cơ năng. Trong quá trình làm việc một lượng lớn nhiệt trong quá trình cháy làm động cơ nóng lên cũng như được thải ra ngoài qua đường xả. Vì vậy hiệu suất nhiệt suất nhiệt của động cơ đốt trong hiện nay vào khoảng 35% (tức là 65% năng lượng là hao phí). Động cơ điện làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, trong đó điện năng sẽ chuyển hóa thành cơ năng. Trong quá trình làm việc, động cơ điện cũng sinh nhiệt (nóng lên do điện trở dây dẫn và do ma sát sinh ra), nhưng so với động cơ đốt trong thì nhiệt độ này không đáng kể. Vì vậy hiệu suất của động cơ điện hiện nay xấp xỉ 90%. Do động cơ điện có hiệu suất cao hơn động cơ đốt trong nhiều lần, nên trên ô tô động cơ điện có khối lượng, kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với động cơ đốt trong.

Khối lượng, công suất của động cơ đốt trong và động cơ điện

Sự phù hợp với quá trình sử dụng

Đường đặc tính công suất, momen xoắn theo tốc độ của động cơ đốt trong và động cơ điện

     Với động cơ đốt trong, đường đặc tính momen xoắn có dạng cong trơn giống hàm parabol trong đó giá trị momen xoắn cực đại đạt được tại số vòng quay n_M. Hiện nay giá trị của n_M nằm trong khoảng 4000 vòng/phút (tham khảo xe Toyota). Khi tốc độ động cơ có giá trị nhỏ hơn n_M (đây là dải tốc độ thường sử dụng trong thực tế vì rất ít khi ô tô sử dụng thường xuyên tốc độ > 4000 vòng/phút) thì giá trị momen tỉ lệ thuận với tốc độ động cơ. Tức là khi tốc độ động cơ tăng thì giá trị momen tăng theo và ngược lại. Tuy nhiên điều kiện vận hành thực tế của ô tô cho thấy khi ô tô giảm tốc, người sử dụng thường có mong muốn tăng cao giá trị momen (để có khả năng vượt dốc cao hoặc tăng tốc nhanh khi vượt xe). Do đó về cơ bản, đường đặc tính momen của động cơ đốt trong không phù hợp với yêu cầu sử dụng xe trong thực tế. Để khắc phục nhược điểm này, trên động cơ đốt trong phải sử dụng hộp số (bộ phận giảm tốc có nhiều tỉ số truyền).

     Với đặc tính của động cơ điện, dễ dàng nhận thấy khi động cơ đã làm việc ổn định (tốc độ >1500 vòng/phút) thì giá trị momen tỉ lệ nghịch với tốc độ động cơ. Do đó khi người lái giảm tốc thì giá trị momen sẽ tăng lên. Giá trị momen tăng lên khi giảm tốc hỗ trợ rất nhiều cho việc vượt dốc cao hoặc tăng tốc nhanh. Vì vậy, trên ô tô sử dụng động cơ điện không cần sử dụng hộp số.
 

Tài liệu tham khảo:

Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles - Muhammad H. Rashid, Series Editor University of West Florida
https://www.youtube.com/watch?v=3SAxXUIre28&t=478s