hình ảnh
“Hiệu suất nhiệt” là vấn đề luôn được bàn luận ở các phương tiện sử dụng nhiên liệu. Muốn hiệu suất cao thì cần hiệu suất cao, muốn tiêu hao nhiên liệu thấp thì cũng cần hiệu suất cao. Nhưng hiệu suất nhiệt của động cơ đốt trong có thể đạt tiêu chuẩn cao đến mức nào?
Tiêu chuẩn cao nhất cho động cơ sản xuất hàng loạt không vượt quá 45%. Hiện tại, chu trình 1.5L NA Atkinson của BYD có tiêu chuẩn cao nhất là 43,02%. Tiêu chuẩn cho hầu hết các động cơ là khoảng 35%. Hiệu suất nhiệt của động cơ diesel nằm trong khoảng từ 35% đến 45%, không cao lắm.
Có cách nào để tăng đáng kể hiệu suất nhiệt của động cơ? Nếu có thể tăng lên một nửa hoặc thậm chí gấp đôi mức hiện tại thì tương lai của xe chạy bằng nhiên liệu sẽ ra sao?
hình ảnh
Hiệu suất nhiệt của động cơ đốt trong không thể cao, đó là một thực tế rất bất lực; những động cơ hiệu suất nhiệt cực cao vẫn đang nằm trong phòng thí nghiệm chỉ đạt trên 50% và vật liệu chúng sử dụng là “vật liệu composite gốm”. Cái gọi là gốm sứ ở đây được dùng để đốt. Khái niệm gốm sứ để làm chai, lọ lại khác. Đây là vật liệu nanocompozit đạt tiêu chuẩn cao, giá thành chế tạo rất cao.
Và thậm chí hiệu suất nhiệt của động cơ gốm này cũng chỉ khoảng 50%. Điều gì hạn chế hiệu suất nhiệt của động cơ đốt trong? ! Tham khảo hình ảnh dưới đây.
hình ảnh
Tổn thất ở đầu vào và khí thải, tổn thất do mài mòn, tổn thất làm mát và tổn thất thích hợp trong quá trình đốt cháy, tổn thất lớn nhất trong số những tổn thất này là "tổn thất làm mát"; Cái gọi là động cơ đốt trong hay động cơ đốt ngoài là "động cơ nhiệt" hoạt động dựa vào năng lượng nhiệt được tạo ra bởi quá trình đốt cháy nhiên liệu. , sau đó chuyển đổi thành cơ năng, tức là năng lượng, thông qua một cấu trúc cơ học phức tạp.
Định luật nhiệt động thứ hai phát biểu rằng nhiệt năng sẽ được truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp. Nhiệt độ ngọn lửa của quá trình đốt cháy nhiên liệu rất cao. Xăng có thể đạt tới 1200 độ và dầu diesel có thể đạt tới 1800 độ. Có thể thấy năng lượng nhiệt sinh ra là quá đáng như thế nào; và nhiệt độ thân động cơ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ ngọn lửa, nhưng vật liệu của động cơ cũng có giới hạn. Nếu vượt quá ngưỡng, nó sẽ tan chảy. Vì vậy, vật liệu sẽ hấp thụ một lượng nhiệt năng lớn nhưng không thể chỉ hấp thụ năng lượng nhiệt mà cần có hệ thống làm mát.
hình ảnh
Hệ thống làm mát được chia thành hai phần. Một là quạt điện tử bên ngoài và luồng khí hấp thụ năng lượng nhiệt của cơ thể từ bên ngoài để làm mát cơ thể. Loại còn lại là chất làm mát chống đông bên trong giúp hấp thụ năng lượng nhiệt sinh ra từ quá trình đốt cháy và làm mát nó từ bên trong. Chỉ bằng cách này, vật liệu động cơ mới có thể được ngăn chặn khỏi sự tan chảy. Thiệt hại, nhưng điều này cũng sẽ làm mất (hấp thụ) một lượng lớn năng lượng nhiệt, và phần có thể chuyển hóa thành điện năng sẽ bị giảm đi rất nhiều.
hình ảnh
Vì vậy, nếu muốn cải thiện hiệu suất nhiệt của động cơ, điều cốt lõi là giảm tổn thất làm mát. Cách giảm thiểu là tăng giới hạn chịu nhiệt của vật liệu động cơ. Hiện tại, có vẻ như chất liệu cao cấp có thể lựa chọn là vô cùng hạn chế. Vật liệu composite nano-ceramic có thể được xem xét, nhưng với loại vật liệu này, chi phí chế tạo một động cơ sẽ rất nực cười.
Kết quả là động cơ đốt trong đã bước vào một chu trình vô hạn. Chi phí sản xuất động cơ đốt trong hiệu suất cao cực kỳ cao và không có khả năng phổ biến. Hiệu suất nhiệt của động cơ đốt trong làm bằng vật liệu thông thường không thể cao và giới hạn tiêu thụ điện năng và nhiên liệu rất thấp.
hình ảnh
Sẽ là không thực tế khi mong đợi cải thiện hiệu suất nhiệt của động cơ đốt trong trừ khi có bước đột phá về khoa học vật liệu, nhưng sẽ không có bước đột phá nào. Vì vậy, chúng tôi chỉ có thể sử dụng các công nghệ khác để tạo ra động cơ hiệu suất cao trong phạm vi vật liệu hiện có. Hướng đi đạt hiệu quả cao là “không đốt dầu”!
Chẳng hạn như động cơ điện.
Dòng điện đầu vào cuộn dây động cơ thông qua bộ pin tạo thành một trường điện từ, có thể điều khiển rôto bằng cách "đẩy nhau" các cực từ của nam châm vĩnh cửu hoặc các cực từ của một bộ cuộn dây khác; Cấu trúc có thể rất đơn giản, nhưng điểm mấu chốt là nguyên lý chuyển đổi năng lượng cơ học. Từ trường thay vì năng lượng nhiệt, vấn đề tổn thất làm mát được giải quyết. Cấu trúc điện tử rất đơn giản và tổn thất điện trở cơ học cũng cực kỳ thấp.
hình ảnh
Do đó, giới hạn "hiệu suất nhiệt" của động cơ có thể rất quá đáng và động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu tiêu chuẩn cực cao có thể đạt tới 97,5%! Đây là độ cao vượt quá tầm với của động cơ đốt trong. Động cơ AC không đồng bộ có tổn thất thấp ở dải tốc độ cao. Nếu kết hợp những điểm tương đồng và khác biệt thì hiệu quả của hệ thống truyền động điện sẽ rất lý tưởng.
hình ảnh
Động cơ hiệu suất cao, hiệu suất cao và tiêu thụ năng lượng thấp có thể được chế tạo bằng vật liệu thông thường. Có vẻ như không còn lý do gì để phải bận tâm nghiên cứu động cơ đốt trong nữa; điều cần phải giải quyết bây giờ là chi phí sản xuất pin điện. Chỉ cần có thể tạo ra pin mật độ cao và chi phí thấp, pin điện và xe điện có thể trực tiếp thay thế xe chạy bằng nhiên liệu;
Trước đó, chỉ cần sử dụng công nghệ plug-in hybrid và công nghệ mở rộng phạm vi hoạt động cho phép động cơ đốt trong đóng vai trò là “máy phát điện” trên xe. Máy sẽ chạy ở tốc độ thấp và chuyển đổi một lượng nhỏ năng lượng điện để đáp ứng các yêu cầu truyền động thông thường của động cơ hiệu suất cao. Đối với ô tô, chế độ này tương đương với việc làm cho hiệu suất nhiệt của hệ thống truyền động đạt tiêu chuẩn cực cao nên không cần phải lo lắng về động cơ đốt trong nữa.
