kuva
"Lämpötehokkuus" on asia, josta keskustellaan aina polttoaineajoneuvoissa. Jos haluat korkean suorituskyvyn, tarvitset korkean hyötysuhteen, ja jos haluat alhaisen polttoaineenkulutuksen, tarvitset myös korkean hyötysuhteen. Mutta kuinka korkealle tasolle polttomoottorin lämpöhyötysuhde voi nousta?
Sarjatuotettujen moottoreiden korkein standardi ei ylitä 45%. Tällä hetkellä BYD:n 1,5 litran NA Atkinson-syklillä on korkein standardi, 43,02%. Useimpien moottoreiden standardit ovat noin 35 %. Dieselmoottorien lämpöhyötysuhde on 35-45 %, mikä ei ole kovin korkea.
Onko mitään keinoa lisätä merkittävästi moottorin lämpötehoa? Jos se voidaan nostaa puoleen tai jopa kaksinkertaiseksi nykyisestä, miltä polttoaineajoneuvojen tulevaisuus näyttää?
kuva
Polttomoottoreiden lämpöhyötysuhde ei voi olla korkea, mikä on erittäin avuton tosiasia; laboratoriossa edelleen olevien erittäin korkean lämpöhyötysuhteen moottoreiden osuus on hieman yli 50 %, ja niissä käytetyt materiaalit ovat "keraamisia komposiittimateriaaleja". Täällä poltetaan niin sanottua keramiikkaa. Pullojen ja purkkien keramiikan käsite on erilainen. Tämä on korkealaatuinen nanokomposiittimateriaali, ja valmistuskustannukset ovat erittäin korkeat.
Ja jopa tämän keraamisen moottorin lämpöhyötysuhde on vain noin 50%. Mikä rajoittaa polttomoottoreiden lämpöhyötysuhdetta? ! Katso alla olevaa kuvaa.
kuva
Tulo- ja pakohäviöt, kulumishäviöt, jäähdytyshäviöt ja palamisen riittävyyden häviöt, näistä häviöistä liioitelluin on "jäähdytyshäviö"; niin sanotut polttomoottorit tai ulkopolttomoottorit ovat "lämpömoottoreita", jotka ovat riippuvaisia polttoaineen palamisen tuottamasta lämpöenergiasta. ja muunnetaan sitten mekaaniseksi energiaksi, eli tehoksi, monimutkaisen mekaanisen rakenteen kautta.
Termodynamiikan toinen pääsääntö sanoo, että lämpöenergia siirtyy korkean lämpötilan esineistä matalalämpöisiin esineisiin. Polttoaineen palamisen liekin lämpötila on erittäin korkea. Bensiini voi saavuttaa 1200 astetta ja diesel 1800 astetta. Voidaan nähdä, kuinka liioiteltua tuotettu lämpöenergia on; ja moottorin rungon lämpötila Se on paljon alhaisempi kuin liekin lämpötila, mutta myös moottorin materiaalilla on rajansa. Jos se ylittää kynnyksen, se sulaa. Siksi materiaali imee suuren määrän lämpöenergiaa, mutta se ei voi vain absorboida lämpöenergiaa, joten tarvitaan jäähdytysjärjestelmä.
kuva
Jäähdytysjärjestelmä on jaettu kahteen osaan. Yksi niistä on ulkoinen elektroninen tuuletin ja ilmavirta, joka imee kehon lämpöenergian ulkopuolelta sen jäähdyttämiseksi. Toinen on sisäinen pakkasneste, joka imee palamisesta syntyvän lämpöenergian ja jäähdyttää sitä sisältä. Vain tällä tavalla voidaan estää moottorin materiaalien sulaminen. Vahinko, mutta tämä myös menettää (absorboi) suuren määrän lämpöenergiaa ja tehoksi muunnettavissa oleva osa pienenee huomattavasti.
kuva
Joten jos haluat parantaa moottorin lämpötehokkuutta, ydin on jäähdytyshäviön vähentäminen. Tapa pienentää sitä on nostaa moottorin materiaalin lämmönkestävyysrajaa. Tällä hetkellä näyttää siltä, että valittavissa olevat korkeatasoiset materiaalit ovat erittäin rajallisia. Nanokeraamiset komposiittimateriaalit voidaan harkita, mutta tällä materiaalilla Moottorin rakentamiskustannukset olisivat naurettavia.
Tämän seurauksena polttomoottori on siirtynyt äärettömään sykliin. Tehokkaiden polttomoottoreiden valmistuskustannukset ovat äärimmäisen korkeat, eikä niiden suosio ole mahdollista. Tavallisista materiaaleista valmistettujen polttomoottoreiden lämpöhyötysuhde ei voi olla korkea, ja tehon ja polttoaineen kulutuksen rajat ovat hyvin alhaiset.
kuva
On epärealistista odottaa polttomoottoreiden lämpöhyötysuhteen parantamista, ellei materiaalitieteessä tapahdu läpimurtoa, mutta läpimurtoa ei tule. Siksi voimme käyttää vain muita tekniikoita korkean hyötysuhteen moottoreiden luomiseen olemassa olevien materiaalien puitteissa. Suunta korkean hyötysuhteen saavuttamiseen on "ei polttaa öljyä"!
Kuten sähkömoottorit.
Moottorin käämitykseen tehoakun kautta syötetty sähkövirta muodostaa sähkömagneettisen kentän, joka voi ohjata roottoria "vastavuoroisesti hylkimällä" kestomagneetin magneettisia napoja tai toisen kelasarjan magneettisia napoja; rakenne voi olla hyvin yksinkertainen, mutta avainkohta on mekaanisen energian muuntamisen periaate. Magneettikenttä lämpöenergian sijaan, jäähdytyshäviöiden ongelma on ratkaistu. Elektroniikkarakenne on hyvin yksinkertainen, ja myös mekaaninen vastushäviö on erittäin pieni.
kuva
Siksi moottorin "lämpötehokkuuden" raja voi olla hyvin liioiteltu, ja erittäin korkeatasoinen kestomagneettisynkroninen moottori voi saavuttaa 97,5%! Tämä korkeus on polttomoottorien ulottumattomissa. Asynkronisilla AC-moottoreilla on pienet häviöt suurilla nopeuksilla. Jos yhtäläisyyksiä ja eroja käytetään yhdessä, sähkökäyttöjärjestelmän hyötysuhde on erittäin ihanteellinen.
kuva
Tehokkaita, tehokkaita ja vähän energiaa kuluttavia moottoreita voidaan rakentaa tavallisista materiaaleista. Ei näytä olevan enää syytä vaivautua polttomoottoreiden tutkimiseen; Se, mikä nyt on murrettava, on tehoparistojen valmistuskustannukset. Niin kauan kuin suuritiheyksisiä ja edullisia akkuja voidaan luoda, Power-akut ja sähköajoneuvot voivat suoraan korvata polttoaineena toimivia ajoneuvoja;
Ennen tätä tarvittiin vain plug-in-hybriditeknologiaa ja laajennetun kantaman teknologiaa, jotta polttomoottori voisi toimia "generaattorina" ajoneuvossa. Kone käy alhaisilla nopeuksilla ja muuntaa pienen määrän sähköenergiaa täyttämään tehokkaan moottorin normaalit ajovaatimukset. Autoissa tämä tila vastaa voimansiirtojärjestelmän lämpöhyötysuhteen saattamista erittäin korkealle tasolle, joten polttomoottorista ei enää tarvitse huolehtia.
