خلال القيادة في فصل الشتاء ، سيواجه العديد من مالكي السيارات خيارًا متناقضًا على ما يبدو: هل سيتم استخدام أ سخان السيارة زيادة استهلاك الوقود؟ وراء هذا السؤال ، يوجد تفاعل معقد للمبادئ الديناميكية الحرارية ، وتصميم هندسة المركبات ، وعادات سلوك المستخدم.
1. مبدأ العمل وخصائص استهلاك الطاقة لنظام السخان
نظام سخان مركبة الوقود التقليدية هو أساسا "جهاز استرداد حرارة النفايات". مصدر الحرارة الأساسي يأتي من سائل تبريد المحرك. عندما تصل درجة حرارة تشغيل المحرك إلى عتبة 80-90 ℃ ، يتدفق سائل التبريد عبر خزان مياه المدفأة ، ويرسل المنفاخ الهواء المسخن إلى السيارة. من الناحية النظرية ، لا تستهلك هذه العملية وقود إضافي مباشرة. ومع ذلك ، فإن الأبحاث التي أجراها وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) تُظهر أنه في بيئة درجة حرارة منخفضة من ناقص 6 ℃ ، يكون الوقت اللازم للمحرك للوصول إلى درجة حرارة التشغيل العادية حوالي 40 ٪ من تلك الموجودة في بيئة درجة الحرارة العادية. خلال هذه الفترة ، تؤدي الزيادة في حقن الوقود إلى زيادة كبيرة في استهلاك الوقود. إذا تم تشغيل المدفأة في وقت مبكر جدًا في هذا الوقت ، فسيتم تمديد وقت تسخين المحرك ، مما سيؤثر بشكل غير مباشر على الاقتصاد في استهلاك الوقود.
2. التحليل الكمي لاستهلاك الوقود
أظهرت بيانات اختبار SAE (جمعية مهندسي السيارات) في عام 2021 أنه في بيئة -10 ℃ ، تم تشغيل السيارة على الفور إلى المدفأة بعد بداية باردة ، وزاد استهلاك الوقود بمقدار 1.2-1.8 لتر لكل 100 كيلومتر ؛ عندما تم تسخين المحرك بالكامل واستخدم المدفأة ، زاد استهلاك الوقود بمقدار 0.3-0.5 لتر فقط. يرجع هذا الاختلاف إلى استراتيجية تعويض درجة الحرارة لوحدة التحكم في المحرك (ECU): في درجات حرارة منخفضة ، ستزيد وحدة التحكم الإلكترونية من حجم الحقن للحفاظ على ثبات الخمول ، في حين أن الحمل الحراري لنظام السخان سيؤخر ارتفاع درجة حرارة المبرد ، مما يجبر المحرك على أن يكون في حالة زيت غنية لفترة طويلة.
تجدر الإشارة إلى أن نظام الإدارة الحرارية للسيارات الكهربائية (EVS) يقدم خصائص مختلفة. أظهر اختبار Tesla 2023 Model Y أنه عند استخدام تكييف هواء المضخة الحرارية للتدفئة ، يتم تقليل نطاق الإبحار بنحو 18 ٪ ؛ إذا كان يعتمد بالكامل على التدفئة الكهربائية PTC ، فقد يصل فقدان نطاق الإبحار إلى 30 ٪. هذا يذكرنا بالتمييز بين أنواع نظام الطاقة عند مناقشة الاقتصاد في استهلاك الوقود.
3. تحسين استخدام استراتيجيات التكنولوجيا
استنادًا إلى التحليل أعلاه ، يوصى بتبني استراتيجية لإدارة درجة الحرارة على مراحل: في البداية الأولية للسيارة ، يجب استخدام معدات التدفئة المحلية مثل تسخين المقعد وتسخين عجلة القيادة (عادة ما تكون الطاقة أقل من 100 واط) أولاً ، ويجب تشغيل الهواء الدافئ تدريجياً بعد أن تصل درجة حرارة المبرد إلى 60 درجة مئوية. أظهرت تجارب بوش في ألمانيا أن هذه الطريقة يمكن أن تقلل من استهلاك الوقود الشامل في فصل الشتاء بنسبة 7-12 ٪.
الصيانة العادية هي أيضا أمر بالغ الأهمية. سيزيد مرشح تكييف الهواء المسدود من حمل المنفاخ بنسبة 15 ٪ ، مما يؤدي إلى سرعة أعلى للحفاظ على حجم الهواء ؛ تنخفض كفاءة توصيل الحرارة لمبرد الشيخوخة (لا يتم استبدالها لأكثر من 5 سنوات) بنسبة 20 ٪. هذه العوامل الخفية ستزيد من استهلاك الوقود. يوصي دليل القيادة الشتوية التابع لوزارة النقل الكندية بفحص نظام تداول خزان المياه المدفأة كل 20،000 كيلومتر لضمان أن تدفق المبرد لا يقل عن 85 ٪ من قيمة التصميم.
4. الابتكار التكنولوجي والاتجاهات المستقبلية
أنظمة الإدارة الحرارية الجديدة تخترق القيود التقليدية. يمكن لتكنولوجيا BMW "الإدارة الحرارية الذكية" تقصير وقت الاحماء المحرك بنسبة 30 ٪ من خلال مضخات المياه الإلكترونية والتحكم في درجة حرارة المنطقة ؛ يمكن أن يوفر جهاز استرداد حرارة العادم من Toyota 5 كيلو وات من الطاقة الحرارية ؛ ويمكن أن يوفر نظام السقف الشمسي من Hyundai 40 ٪ من الطاقة المساعدة لنظام التسخين في الأيام المشمسة. تثبت هذه الابتكارات أن التقدم التكنولوجي يعيد تشكيل حدود كفاءة الطاقة في القيادة الشتوية .