kép
A „hőhatékonyság” olyan kérdés, amelyről mindig szó esik az üzemanyaggal működő járműveknél. Ha nagy teljesítményre vágysz, akkor nagy hatásfokra van szükséged, ha pedig alacsony üzemanyag-fogyasztást, akkor nagy hatékonyságot is. De vajon milyen magas színvonalat érhet el egy belső égésű motor termikus hatásfoka?
A sorozatgyártású motorok legmagasabb szabványa nem haladja meg a 45%-ot. Jelenleg a BYD 1,5 literes NA Atkinson ciklusa a legmagasabb, 43,02%-os. A legtöbb motorra vonatkozó szabványok 35% körül mozognak. A dízelmotorok termikus hatásfoka 35% és 45% között van, ami nem túl magas.
Van valami mód a motor termikus hatásfokának jelentős növelésére? Ha a jelenlegi szint felére vagy akár duplájára is emelhető, milyen lesz az üzemanyaggal működő járművek jövője?
kép
A belső égésű motorok termikus hatásfoka nem lehet magas, ami nagyon tehetetlen tény; a laboratóriumban még heverő ultra-nagy hőhatékonyságú motorok valamivel több mint 50%-ot tesznek ki, az általuk használt anyagok pedig „kerámia kompozit anyagok”. Az itteni úgynevezett kerámiát égetésre használják. A palackok és tégelyek készítésére szolgáló kerámiák fogalma más. Ez egy magas színvonalú nanokompozit anyag, és a gyártási költség nagyon magas.
És ennek a kerámiamotornak a termikus hatásfoka is csak körülbelül 50%. Mi korlátozza a belső égésű motorok termikus hatásfokát? ! Lásd az alábbi képet.
kép
Bemeneti és kipufogóveszteségek, kopási veszteségek, hűtési veszteségek és az égés megfelelőségének veszteségei, ezek közül a veszteségek közül a leginkább eltúlzott a "hűtési veszteség"; Az úgynevezett belső égésű motorok vagy külső égésű motorok olyan "hőmotorok", amelyek az üzemanyag elégetése során keletkező hőenergiára támaszkodnak. , majd egy összetett mechanikai szerkezet révén mechanikai energiává, azaz teljesítménygé alakul át.
A termodinamika második főtétele kimondja, hogy a hőenergia a magas hőmérsékletű tárgyakról az alacsony hőmérsékletű tárgyakra kerül át. A tüzelőanyag égésének lánghőmérséklete nagyon magas. A benzin elérheti az 1200 fokot, a gázolaj pedig az 1800 fokot. Látható, hogy a termelt hőenergia mennyire eltúlzott; és a motortest hőmérséklete Jóval alacsonyabb, mint a láng hőmérséklete, de a motor anyagának is van határa. Ha túllépi a küszöböt, megolvad. Ezért az anyag nagy mennyiségű hőenergiát vesz fel, de nem csak hőenergiát vesz fel, ezért hűtőrendszerre van szükség.
kép
A hűtőrendszer két részre oszlik. Az egyik a külső elektronikus ventilátor és légáramlás, amely kívülről veszi fel a test hőenergiáját, hogy lehűtse azt. A másik a belső fagyálló hűtőfolyadék, amely az égés során keletkező hőenergiát felveszi és belülről lehűti. Csak így lehet megakadályozni, hogy a motor anyagai megolvadjanak. Kár, de ez is nagy mennyiségű hőenergiát veszít (elnyel), és nagymértékben csökken az árammá alakítható rész.
kép
Tehát ha javítani akarja a motor termikus hatásfokát, a lényeg a hűtési veszteség csökkentése. Csökkentésének módja a motor anyagának hőállósági határának növelése. Jelenleg úgy tűnik, hogy a választható igényes anyagok rendkívül korlátozottak. Nano-kerámia kompozit anyagok jöhetnek szóba, de ezzel az anyaggal A motorépítés költsége nevetséges lenne.
Ennek eredményeként a belső égésű motor végtelen ciklusba lépett. A nagy hatásfokú belső égésű motorok gyártási költsége rendkívül magas, népszerűsítésre nincs lehetőség. A közönséges anyagokból készült belső égésű motorok termikus hatásfoka nem lehet magas, a teljesítmény és az üzemanyag-fogyasztás határai nagyon alacsonyak.
kép
Irreális elvárás a belső égésű motorok termikus hatásfokának javítása, hacsak nem történik áttörés az anyagtudományban, de áttörés nem lesz. Ezért csak a meglévő anyagok keretein belül tudunk más technológiákat alkalmazni nagy hatásfokú motorok létrehozására. A nagy hatásfok elérésének iránya az, hogy "ne égessünk olajat"!
Például az elektromos motorok.
Az akkumulátorcsomagon keresztül a motor tekercsébe bemenő elektromos áram elektromágneses mezőt képez, amely az állandó mágnes mágneses pólusainak vagy egy másik tekercskészlet mágneses pólusainak "kölcsönös taszításával" hajthatja meg a forgórészt; a szerkezet nagyon egyszerű lehet, de a kulcspont a mechanikai energia átalakításának elve. Mágneses tér hőenergia helyett megoldódik a hűtési veszteségek problémája. Az elektronikus szerkezet nagyon egyszerű, és a mechanikai ellenállás vesztesége is rendkívül alacsony.
kép
Ezért a motor "termikus hatásfokának" határa nagyon eltúlozható, az ultramagas szabványú állandó mágneses szinkronmotor pedig elérheti a 97,5%-ot! Ez a belső égésű motorok számára elérhetetlen magasság. Az aszinkron váltakozó áramú motorok veszteségei alacsonyak a nagy fordulatszám-tartományban. Ha a hasonlóságokat és a különbségeket együtt használjuk, az elektromos hajtásrendszer hatásfoka nagyon ideális lesz.
kép
Közönséges anyagok felhasználásával nagy hatásfokú, nagy teljesítményű és alacsony energiafogyasztású motorok építhetők. Úgy tűnik, nincs okunk a belső égésű motorok tanulmányozására tovább fáradni; amit most meg kell törni, az az akkumulátorok gyártási költsége. Mindaddig, amíg nagy sűrűségű és alacsony költségű akkumulátorokat lehet létrehozni, az elektromos akkumulátorok és az elektromos járművek közvetlenül helyettesíthetik az üzemanyaggal működő járműveket;
Ezt megelőzően csak a plug-in hibrid technológiára és a kiterjesztett hatótávolságú technológiára volt szükség ahhoz, hogy a belső égésű motor „generátor” szerepet tölthessen be a járműben. A gép alacsony sebességgel működne, és kis mennyiségű elektromos energiát alakítana át, hogy megfeleljen a nagy hatásfokú motor normál vezetési követelményeinek. Az autóknál ez az üzemmód egyenértékű azzal, hogy a hajtásrendszer termikus hatásfoka rendkívül magas színvonalat ér el, így nem kell többé aggódni a belső égésű motor miatt.
