bilde
"Siltuma efektivitāte" ir jautājums, kas vienmēr tiek apspriests degvielas transportlīdzekļos. Ja vēlaties augstu veiktspēju, jums ir nepieciešama augsta efektivitāte, un, ja vēlaties zemu degvielas patēriņu, jums ir nepieciešama arī augsta efektivitāte. Bet cik augstu standartu var sasniegt iekšdedzes dzinēja siltuma efektivitāte?
Augstākais standarts sērijveidā ražotiem dzinējiem nepārsniedz 45%. Pašlaik BYD 1,5 l NA Atkinsona ciklam ir augstākais standarts — 43,02%. Standarti lielākajai daļai dzinēju ir aptuveni 35%. Dīzeļdzinēju siltuma efektivitāte ir robežās no 35% līdz 45%, kas nav īpaši augsts.
Vai ir kāds veids, kā būtiski palielināt dzinēja siltuma efektivitāti? Ja to varēs palielināt uz pusi vai pat dubultot pašreizējo līmeni, kāda izskatīsies degvielas transportlīdzekļu nākotne?
bilde
Iekšdedzes dzinēju siltuma efektivitāte nevar būt augsta, kas ir ļoti bezpalīdzīgs fakts; īpaši augstas termiskās efektivitātes dzinēji, kas joprojām atrodas laboratorijā, ir tikai nedaudz vairāk par 50%, un tajos izmantotie materiāli ir "keramikas kompozītmateriāli". Tā sauktā keramika šeit tiek izmantota dedzināšanai. Pudeļu un burku izgatavošanas keramikas jēdziens ir atšķirīgs. Šis ir augstas kvalitātes nanokompozītmateriāls, un ražošanas izmaksas ir ļoti augstas.
Un pat šī keramikas dzinēja siltuma efektivitāte ir tikai aptuveni 50%. Kas ierobežo iekšdedzes dzinēju termisko efektivitāti? ! Skatiet zemāk redzamo attēlu.
bilde
Ieplūdes un izplūdes zudumi, nodiluma zudumi, dzesēšanas zudumi un sadegšanas pietiekamības zudumi, pārspīlētākie no šiem zaudējumiem ir "dzesēšanas zudumi"; tā sauktie iekšdedzes dzinēji jeb ārdedzes dzinēji ir "siltuma dzinēji", kas balstās uz siltumenerģiju, kas rodas, sadedzinot degvielu. , un pēc tam ar sarežģītas mehāniskās struktūras palīdzību tiek pārveidota par mehānisko enerģiju, tas ir, jaudu.
Otrais termodinamikas likums nosaka, ka siltumenerģija tiks pārnesta no objektiem ar augstu temperatūru uz zemas temperatūras objektiem. Degvielas sadegšanas liesmas temperatūra ir ļoti augsta. Benzīns var sasniegt 1200 grādus, un dīzeļdegviela var sasniegt 1800 grādus. Redzams, cik pārspīlēta ir saražotā siltumenerģija; un dzinēja korpusa temperatūra Tā ir daudz zemāka par liesmas temperatūru, taču arī dzinēja materiālam ir robeža. Ja tas pārsniedz slieksni, tas izkusīs. Tāpēc materiāls uzņems lielu siltumenerģijas daudzumu, bet tas nevar tikai absorbēt siltumenerģiju, tāpēc ir nepieciešama dzesēšanas sistēma.
bilde
Dzesēšanas sistēma ir sadalīta divās daļās. Viens no tiem ir ārējais elektroniskais ventilators un gaisa plūsma, kas absorbē ķermeņa siltumenerģiju no ārpuses, lai to atdzesētu. Otrs ir iekšējais antifrīza dzesēšanas šķidrums, kas absorbē sadegšanas radīto siltumenerģiju un atdzesē to no iekšpuses. Tikai tādā veidā var novērst dzinēja materiālu kušanu. Bojājumi, bet tas arī zaudēs (absorbēs) lielu siltumenerģijas daudzumu, un tā daļa, ko var pārveidot par jaudu, ievērojami samazināsies.
bilde
Tātad, ja vēlaties uzlabot dzinēja siltuma efektivitāti, galvenais ir samazināt dzesēšanas zudumus. Veids, kā to samazināt, ir palielināt dzinēja materiāla karstumizturības robežu. Pašlaik šķiet, ka augstas kvalitātes materiāli, kurus var izvēlēties, ir ārkārtīgi ierobežoti. Var apsvērt nanokeramikas kompozītmateriālus, taču ar šo materiālu Motora uzbūves izmaksas būtu smieklīgas.
Rezultātā iekšdedzes dzinējs ir iegājis bezgalīgā ciklā. Augstas efektivitātes iekšdedzes dzinēju ražošanas izmaksas ir ārkārtīgi augstas, un nav iespējas tos popularizēt. No parastajiem materiāliem izgatavoto iekšdedzes dzinēju siltuma efektivitāte nevar būt augsta, un jaudas un degvielas patēriņa robežas ir ļoti zemas.
bilde
Ir nereāli cerēt uz iekšdedzes dzinēju termiskās efektivitātes uzlabošanu, ja vien materiālu zinātnē nenotiks izrāviens, taču izrāviena nebūs. Tāpēc mēs varam izmantot tikai citas tehnoloģijas, lai izveidotu augstas efektivitātes dzinējus esošo materiālu ietvaros. Virziens augstas efektivitātes sasniegšanai ir "nedegt eļļu"!
Piemēram, elektromotori.
Elektriskā strāva, kas tiek ievadīta motora tinumā caur barošanas akumulatora bloku, veido elektromagnētisko lauku, kas var vadīt rotoru, "savstarpēji atvairot" pastāvīgā magnēta magnētiskos polus vai cita spoļu komplekta magnētiskos polus; struktūra var būt ļoti vienkārša, bet galvenais ir mehāniskās enerģijas pārveidošanas princips. Magnētiskais lauks siltumenerģijas vietā ir atrisināta dzesēšanas zudumu problēma. Elektroniskā struktūra ir ļoti vienkārša, un arī mehāniskās pretestības zudumi ir ārkārtīgi zemi.
bilde
Tāpēc motora "termiskās efektivitātes" robeža var būt ļoti pārspīlēta, un īpaši augsta standarta pastāvīgā magnēta sinhronais motors var sasniegt 97,5%! Tas ir iekšdedzes dzinējiem nepieejams augstums. Asinhronajiem maiņstrāvas motoriem ir zemi zudumi ātrgaitas diapazonā. Ja līdzības un atšķirības tiek izmantotas kopā, elektriskās piedziņas sistēmas efektivitāte būs ļoti ideāla.
bilde
Augstas efektivitātes, augstas veiktspējas un zema enerģijas patēriņa dzinējus var izgatavot, izmantojot parastos materiālus. Šķiet, ka vairs nav pamata mocīties ar iekšdedzes dzinēju pētīšanu; tas, kas tagad ir jāsalauž, ir enerģijas akumulatoru ražošanas izmaksas. Kamēr var izveidot augsta blīvuma un zemu izmaksu akumulatorus, enerģijas akumulatori un elektriskie transportlīdzekļi var tieši aizstāt degvielas transportlīdzekļus;
Pirms tam bija nepieciešams izmantot tikai plug-in hibrīda tehnoloģiju un paplašināta diapazona tehnoloģiju, lai ļautu iekšdedzes dzinējam spēlēt "ģeneratora" lomu transportlīdzeklī. Mašīna darbotos ar mazu ātrumu un pārveidotu nelielu daudzumu elektroenerģijas, lai atbilstu augstas efektivitātes motora parastajām braukšanas prasībām. Automašīnām šis režīms ir līdzvērtīgs tam, lai piedziņas sistēmas termiskā efektivitāte sasniegtu ārkārtīgi augstus standartus, tāpēc vairs nav jāuztraucas par iekšdedzes dzinēju.
