картина
«Тепловая эффективность» — это вопрос, который всегда обсуждается в транспортных средствах, работающих на топливе. Если вам нужна высокая производительность, вам нужна высокая эффективность, а если вы хотите низкий расход топлива, вам также нужна высокая эффективность. Но насколько высокого стандарта может достичь тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания?
Высший стандарт для двигателей серийного производства не превышает 45%. В настоящее время 1,5-литровый цикл Аткинсона BYD NA имеет самый высокий стандарт - 43,02%. Стандарты для большинства двигателей составляют около 35%. Термический КПД дизелей находится в пределах от 35% до 45%, что не очень высоко.
Есть ли способ существенно повысить тепловой КПД двигателя? Если его удастся увеличить вдвое или даже вдвое по сравнению с нынешним уровнем, как будет выглядеть будущее транспортных средств, работающих на топливе?
картина
Тепловой КПД двигателей внутреннего сгорания не может быть высоким, что является весьма беспомощным фактом; двигатели со сверхвысоким тепловым КПД, до сих пор лежащие в лаборатории, составляют чуть более 50%, а материалы, которые они используют, представляют собой «керамические композиционные материалы». Так называемую керамику здесь используют для обжига. Концепция керамики для изготовления бутылок и банок другая. Это высококачественный нанокомпозитный материал, стоимость производства которого очень высока.
И даже тепловой КПД этого керамического двигателя составляет всего около 50%. Что ограничивает тепловой КПД двигателей внутреннего сгорания? ! См. рисунок ниже.
картина
Потери на впуске и выпуске, потери на износ, потери на охлаждение и потери на адекватность сгорания, наиболее преувеличенными из этих потерь являются «потери на охлаждение»; так называемые двигатели внутреннего сгорания или двигатели внешнего сгорания — это «тепловые двигатели», которые используют тепловую энергию, вырабатываемую при сжигании топлива. , а затем преобразуется в механическую энергию, то есть мощность, посредством сложной механической конструкции.
Второй закон термодинамики гласит, что тепловая энергия будет передаваться от объектов с высокой температурой к объектам с низкой температурой. Температура пламени сгорания топлива очень высока. Бензин может достигать температуры 1200 градусов, а дизельное топливо - 1800 градусов. Видно, насколько преувеличена выделяемая тепловая энергия; и температура корпуса двигателя. Она намного ниже температуры пламени, но материал двигателя также имеет предел. Если он превысит порог, он растает. Следовательно, материал будет поглощать большое количество тепловой энергии, но он не может поглощать только тепловую энергию, поэтому необходима система охлаждения.
картина
Система охлаждения разделена на две части. Одним из них является внешний электронный вентилятор и воздушный поток, который поглощает тепловую энергию тела снаружи и охлаждает его. Другой — это внутренний незамерзающий хладагент, который поглощает тепловую энергию, выделяемую при сгорании, и охлаждает ее изнутри. Только таким образом можно предотвратить плавление материалов двигателя. Повреждение, но при этом также будет потеряно (поглощено) большое количество тепловой энергии, а та часть, которую можно преобразовать в мощность, сильно уменьшится.
картина
Поэтому, если вы хотите улучшить тепловой КПД двигателя, основной задачей является уменьшение потерь на охлаждение. Способ его снижения – повышение предела термостойкости материала двигателя. В настоящее время кажется, что выбор высококачественных материалов крайне ограничен. Можно рассмотреть нанокерамические композиционные материалы, но с этим материалом стоимость создания двигателя была бы смешной.
В результате двигатель внутреннего сгорания перешел в бесконечный цикл. Себестоимость производства высокоэффективных двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно высока, а возможность популяризации отсутствует. Тепловой КПД двигателей внутреннего сгорания, изготовленных из обычных материалов, не может быть высоким, а пределы мощности и расхода топлива очень низкими.
картина
Нереально ожидать повышения теплового КПД двигателей внутреннего сгорания, если не произойдет прорыв в материаловедении, но прорыва не будет. Поэтому использовать другие технологии для создания высокоэффективных двигателей мы можем только в рамках существующих материалов. Направление достижения высокой эффективности – «не сжигать масло»!
Например, электродвигатели.
Электрический ток, подаваемый в обмотку двигателя через аккумуляторную батарею, образует электромагнитное поле, которое может приводить в движение ротор путем «взаимного отталкивания» магнитных полюсов постоянного магнита или магнитных полюсов другого набора катушек; структура может быть очень простой, но ключевым моментом является принцип преобразования механической энергии. Магнитное поле вместо тепловой энергии решает проблему потерь на охлаждение. Электронная структура очень проста, а потери механического сопротивления также чрезвычайно малы.
картина
Таким образом, предел «теплового КПД» двигателя может быть очень преувеличен, а синхронный двигатель с постоянными магнитами сверхвысокого стандарта может достигать 97,5%! Это высота, недостижимая для двигателей внутреннего сгорания. Асинхронные двигатели переменного тока имеют низкие потери в диапазоне высоких скоростей. Если сходства и различия используются вместе, эффективность системы электропривода будет идеальной.
картина
Высокоэффективные, высокопроизводительные двигатели с низким энергопотреблением можно построить из обычных материалов. Кажется, больше нет причин заниматься изучением двигателей внутреннего сгорания; что сейчас необходимо изменить, так это себестоимость производства силовых батарей. Если будут созданы аккумуляторы высокой плотности и низкой стоимости, силовые аккумуляторы и электромобили смогут напрямую заменить топливные транспортные средства;
До этого нужно было использовать только гибридную технологию и технологию увеличенного запаса хода, чтобы двигатель внутреннего сгорания мог играть роль «генератора» в автомобиле. Машина будет работать на низких скоростях и преобразовывать небольшое количество электрической энергии для удовлетворения обычных требований к вождению высокоэффективного двигателя. Для автомобилей этот режим эквивалентен достижению чрезвычайно высоких стандартов теплового КПД системы привода, поэтому больше не нужно беспокоиться о двигателе внутреннего сгорания.
