obrázek
„Tepelná účinnost“ je problém, o kterém se u vozidel na pohonné hmoty vždy diskutuje. Pokud chcete vysoký výkon, potřebujete vysokou účinnost, a pokud chcete nízkou spotřebu paliva, potřebujete také vysokou účinnost. Jak vysokého standardu ale může dosáhnout tepelná účinnost spalovacího motoru?
Nejvyšší standard u sériově vyráběných motorů nepřesahuje 45 %. V současné době má 1,5L NA Atkinsonův cyklus BYD nejvyšší standard 43,02 %. Normy pro většinu motorů se pohybují kolem 35 %. Tepelná účinnost naftových motorů se pohybuje v rozmezí 35 % až 45 %, což není příliš vysoké.
Existuje nějaký způsob, jak výrazně zvýšit tepelnou účinnost motoru? Pokud se podaří zvýšit na polovinu nebo dokonce zdvojnásobit současnou úroveň, jak bude vypadat budoucnost palivových vozidel?
obrázek
Tepelná účinnost spalovacích motorů nemůže být vysoká, což je velmi bezmocný fakt; motory s ultravysokou tepelnou účinností, které stále leží v laboratoři, jsou těsně nad 50 % a materiály, které používají, jsou „keramické kompozitní materiály“. K vypalování se zde používá tzv. keramika Koncepce keramiky na výrobu lahví a sklenic je odlišná. Jedná se o vysoce standardní nanokompozitní materiál a výrobní náklady jsou velmi vysoké.
A dokonce i tepelná účinnost tohoto keramického motoru je jen asi 50 %. Co omezuje tepelnou účinnost spalovacích motorů? ! Viz obrázek níže.
obrázek
Ztráty na vstupu a výfuku, ztráty opotřebením, ztráty chlazením a ztráty přiměřenosti spalování, nejvíce zveličená z těchto ztrát je „ztráta chlazením“; takzvané spalovací motory nebo motory s vnějším spalováním jsou "tepelné motory", které se spoléhají na tepelnou energii generovanou spalováním paliva. a poté se přemění na mechanickou energii, tedy sílu, prostřednictvím složité mechanické struktury.
Druhý termodynamický zákon říká, že tepelná energie se bude přenášet z objektů s vysokou teplotou na objekty s nízkou teplotou. Teplota plamene spalování paliva je velmi vysoká. Benzín může dosáhnout 1200 stupňů a nafta může dosáhnout 1800 stupňů. Je vidět, jak přehnaná je generovaná tepelná energie; a teplota tělesa motoru Je daleko nižší než teplota plamene, ale i materiál motoru má své limity. Pokud překročí práh, roztaví se. Materiál tedy absorbuje velké množství tepelné energie, ale nemůže absorbovat pouze tepelnou energii, takže je zapotřebí chladicí systém.
obrázek
Chladicí systém je rozdělen na dvě části. Jedním z nich je externí elektronický ventilátor a proudění vzduchu, které absorbuje tepelnou energii těla zvenčí, aby jej ochlazovalo. Druhým je vnitřní nemrznoucí chladicí kapalina, která absorbuje tepelnou energii vznikající při spalování a ochlazuje ji zevnitř. Pouze tak lze zabránit roztavení materiálů motoru. Poškodí, ale tím také ztratí (absorbuje) velké množství tepelné energie a značně se zmenší část, kterou lze přeměnit na výkon.
obrázek
Pokud tedy chcete zlepšit tepelnou účinnost motoru, jádrem je snížit ztráty chlazením. Způsob, jak ji snížit, je zvýšit mez tepelné odolnosti materiálu motoru. V současnosti se zdá, že vysoce kvalitní materiály, které lze vybrat, jsou extrémně omezené. Lze uvažovat o nano-keramických kompozitních materiálech, ale s tímto materiálem by náklady na stavbu motoru byly směšné.
Výsledkem je, že spalovací motor vstoupil do nekonečného cyklu. Výrobní náklady vysoce účinných spalovacích motorů jsou extrémně vysoké a neexistuje žádná možnost popularizace. Tepelná účinnost spalovacích motorů z běžných materiálů nemůže být vysoká a limity výkonu a spotřeby paliva jsou velmi nízké.
obrázek
Je nereálné očekávat zlepšení tepelné účinnosti spalovacích motorů, pokud nedojde k průlomu ve vědě o materiálech, ale žádný průlom nenastane. Proto můžeme použít jiné technologie k vytvoření vysoce účinných motorů pouze v rámci stávajících materiálů. Směrem k dosažení vysoké účinnosti je „nespalovat olej“ !
Jako například elektromotory.
Vstup elektrického proudu do vinutí motoru přes napájecí baterii tvoří elektromagnetické pole, které může pohánět rotor „vzájemným odpuzováním“ magnetických pólů permanentního magnetu nebo magnetických pólů jiné sady cívek; struktura může být velmi jednoduchá, ale klíčovým bodem je princip přeměny mechanické energie. Magnetické pole místo tepelné energie, problém ztrát chlazením je vyřešen. Elektronická struktura je velmi jednoduchá a ztráta mechanické odolnosti je také extrémně nízká.
obrázek
Proto může být limit "tepelné účinnosti" motoru velmi přehnaný a ultravysoký standardní synchronní motor s permanentními magnety může dosáhnout 97,5 %! To je výška mimo dosah spalovacích motorů. Asynchronní střídavé motory mají nízké ztráty v rozsahu vysokých otáček. Pokud se podobnosti a rozdíly použijí společně, bude účinnost systému elektrického pohonu velmi ideální.
obrázek
Vysoce účinné, vysoce výkonné motory s nízkou spotřebou energie mohou být vyrobeny z běžných materiálů. Zdá se, že už není důvod obtěžovat se studiem spalovacích motorů; co je nyní potřeba rozbít, jsou výrobní náklady na napájecí baterie. Dokud lze vytvořit baterie s vysokou hustotou a nízkou cenou, mohou baterie s pohonem a elektrická vozidla přímo nahradit vozidla na pohon paliva;
Předtím bylo nutné použít pouze plug-in hybridní technologii a technologii prodlouženého dojezdu, aby spalovací motor mohl hrát ve vozidle roli „generátoru“. Stroj by běžel při nízkých rychlostech a přeměňoval malé množství elektrické energie, aby splnil běžné požadavky na pohon vysoce účinného motoru. U automobilů je tento režim ekvivalentní tomu, aby tepelná účinnost pohonného systému dosáhla extrémně vysokých standardů, takže se již nemusíte starat o spalovací motor.
