bilde
"Termisk effektivitet" er et problem som alltid diskuteres i drivstoffkjøretøyer. Skal du ha høy ytelse trenger du høy effektivitet, og ønsker du lavt drivstofforbruk trenger du også høy effektivitet. Men hvor høy standard kan den termiske effektiviteten til en forbrenningsmotor nå?
Den høyeste standarden for masseproduserte motorer overstiger ikke 45 %. For tiden har BYDs 1,5L NA Atkinson-syklus den høyeste standarden på 43,02%. Standardene for de fleste motorer er rundt 35 %. Den termiske effektiviteten til dieselmotorer er i området 35 % til 45 %, noe som ikke er veldig høyt.
Er det noen måte å øke motorens termiske effektivitet betydelig? Hvis det kan økes til halvparten eller til og med doble dagens nivå, hvordan vil fremtiden for drivstoffbiler se ut?
bilde
Den termiske effektiviteten til forbrenningsmotorer kan ikke være høy, noe som er et veldig hjelpeløst faktum; motorene med ultrahøy termisk effektivitet som fortsatt ligger i laboratoriet er på litt over 50 %, og materialene de bruker er «keramiske komposittmaterialer». Den såkalte keramikken her brukes til å brenne Konseptet med keramikk for å lage flasker og krukker er annerledes. Dette er et høystandard nanokomposittmateriale, og produksjonskostnadene er svært høye.
Og selv den termiske effektiviteten til denne keramiske motoren er bare rundt 50%. Hva begrenser den termiske effektiviteten til forbrenningsmotorer? ! Se bildet nedenfor.
bilde
Inntaks- og eksostap, slitasjetap, kjøletap og forbrenningstap, det mest overdrevne av disse tapene er "kjøletap"; såkalte forbrenningsmotorer eller eksterne forbrenningsmotorer er «varmemotorer» som er avhengige av varmeenergien som genereres ved å brenne drivstoff. , og deretter omdannet til mekanisk energi, det vil si kraft, gjennom en kompleks mekanisk struktur.
Termodynamikkens andre lov sier at varmeenergi vil bli overført fra høytemperaturobjekter til lavtemperaturobjekter. Flammetemperaturen ved drivstoffforbrenning er svært høy. Bensin kan nå 1200 grader og diesel kan nå 1800 grader. Det kan sees hvor overdrevet varmeenergien som genereres er; og motorkroppstemperaturen Den er langt lavere enn flammetemperaturen, men materialet til motoren har også en grense. Hvis den overskrider terskelen, vil den smelte. Derfor vil materialet absorbere en stor mengde varmeenergi, men det kan ikke bare absorbere varmeenergi, så det trengs et kjølesystem.
bilde
Kjølesystemet er delt i to deler. Den ene er den eksterne elektroniske viften og luftstrømmen som absorberer varmeenergien til kroppen fra utsiden for å kjøle den ned. Den andre er den interne frostvæsken som absorberer varmeenergien som genereres ved forbrenning og kjøler den ned fra innsiden. Bare på denne måten kan man forhindre at motormaterialene smelter. Skader, men dette vil også miste (absorbere) en stor mengde varmeenergi, og den delen som kan omdannes til kraft vil bli kraftig redusert.
bilde
Så hvis du ønsker å forbedre den termiske effektiviteten til motoren, er kjernen å redusere kjøletapet. Måten å redusere det på er å øke varmemotstandsgrensen for motormaterialet. For tiden ser det ut til at materialene av høy standard som kan velges er ekstremt begrensede. Nano-keramiske komposittmaterialer kan vurderes, men med dette materialet vil kostnaden for å bygge en motor være latterlig.
Som et resultat har forbrenningsmotoren gått inn i en uendelig syklus. Produksjonskostnadene for høyeffektive forbrenningsmotorer er ekstremt høye, og det er ingen mulighet for popularisering. Den termiske effektiviteten til forbrenningsmotorer laget av vanlige materialer kan ikke være høy, og grensene for kraft og drivstofforbruk er svært lave.
bilde
Det er urealistisk å forvente å forbedre den termiske effektiviteten til forbrenningsmotorer med mindre det er et gjennombrudd innen materialvitenskap, men det vil ikke være noe gjennombrudd. Derfor kan vi bare bruke andre teknologier for å lage høyeffektive motorer innenfor rammen av eksisterende materialer. Retningen for å oppnå høy effektivitet er å "ikke brenne olje" !
Som for eksempel elektriske motorer.
Den elektriske strøminngangen til motoren som snirkler seg gjennom batteripakken danner et elektromagnetisk felt, som kan drive rotoren ved å "gjensidig frastøte" de magnetiske polene til permanentmagneten eller magnetpolene til et annet sett med spoler; strukturen kan være veldig enkel, men nøkkelen er prinsippet om å konvertere mekanisk energi. Magnetisk felt i stedet for termisk energi, er problemet med kjøletap løst. Den elektroniske strukturen er veldig enkel, og det mekaniske motstandstapet er også ekstremt lavt.
bilde
Derfor kan grensen for "termisk effektivitet" for motoren være veldig overdrevet, og den ultrahøye standard permanentmagnet synkronmotoren kan nå 97,5%! Dette er en høyde utenfor rekkevidden til forbrenningsmotorer. Asynkrone AC-motorer har lave tap i høyhastighetsområdet. Hvis likheter og forskjeller brukes sammen, vil effektiviteten til det elektriske drivsystemet være svært ideell.
bilde
Høyeffektive motorer med høy ytelse og lavt energiforbruk kan bygges med vanlige materialer. Det ser ut til at det ikke er noen grunn til å bry seg om å studere forbrenningsmotorer lenger; det som må brytes nå er produksjonskostnadene for strømbatterier. Så lenge høytetthets- og lavkostbatterier kan lages, kan Power-batterier og elektriske kjøretøy direkte erstatte drivstoffkjøretøyer;
Før dette var det kun nødvendig å bruke plug-in hybrid-teknologi og utvidet rekkevidde-teknologi for å la forbrenningsmotoren spille rollen som en "generator" i kjøretøyet. Maskinen ville kjøre med lave hastigheter og konvertere en liten mengde elektrisk energi for å møte de normale kjørekravene til den høyeffektive motoren. For biler tilsvarer denne modusen å få den termiske effektiviteten til drivsystemet til å nå ekstremt høye standarder, så det er ingen grunn til å bekymre deg for forbrenningsmotoren lenger.
