paveikslėlį
„Šiluminis efektyvumas“ yra problema, apie kurią visada kalbama kuro transporto priemonėse. Jei norite didelio našumo, jums reikia didelio efektyvumo, o jei norite mažų degalų sąnaudų, jums reikia ir didelio efektyvumo. Tačiau kokį aukštą standartą gali pasiekti vidaus degimo variklio šiluminis efektyvumas?
Aukščiausias masinės gamybos variklių standartas neviršija 45 proc. Šiuo metu BYD 1,5 l NA Atkinsono ciklas turi aukščiausią standartą – 43,02%. Daugumos variklių standartai yra apie 35%. Dyzelinių variklių šiluminis naudingumo koeficientas svyruoja nuo 35% iki 45%, o tai nėra labai didelis.
Ar yra koks nors būdas žymiai padidinti šiluminį variklio efektyvumą? Jei jį pavyks padidinti iki pusės ar net padvigubinti dabartinį lygį, kaip atrodys degalus varančių transporto priemonių ateitis?
paveikslėlį
Vidaus degimo variklių šiluminis naudingumo koeficientas negali būti didelis, o tai labai bejėgis faktas; laboratorijoje vis dar gulinčių itin didelio šiluminio efektyvumo variklių yra kiek daugiau nei 50 proc., o juose naudojamos medžiagos yra „keraminės kompozitinės medžiagos“. Vadinamoji keramika čia naudojama deginimui Keramikos samprata butelių ir stiklainių gamybai skiriasi. Tai aukšto standarto nanokompozitinė medžiaga, o gamybos kaina yra labai didelė.
Ir net šio keraminio variklio šiluminis efektyvumas siekia tik apie 50%. Kas riboja vidaus degimo variklių šiluminį efektyvumą? ! Žiūrėkite žemiau esantį paveikslėlį.
paveikslėlį
Įleidimo ir išmetimo nuostoliai, susidėvėjimo nuostoliai, aušinimo nuostoliai ir degimo pakankamumo nuostoliai, labiausiai perdėti šie nuostoliai yra "aušinimo nuostoliai"; vadinamieji vidaus degimo varikliai arba išorinio degimo varikliai yra „šilumos varikliai“, kurie priklauso nuo šilumos energijos, gaunamos deginant kurą. , o po to per sudėtingą mechaninę struktūrą paverčiama mechanine energija, ty galia.
Antrasis termodinamikos dėsnis teigia, kad šilumos energija bus perduodama iš aukštos temperatūros objektų į žemos temperatūros objektus. Degalų degimo liepsnos temperatūra yra labai aukšta. Benzinas gali siekti 1200 laipsnių, o dyzelinas - 1800 laipsnių. Matyti, kaip perdėta generuojama šilumos energija; ir variklio korpuso temperatūra Ji yra daug žemesnė už liepsnos temperatūrą, tačiau variklio medžiaga taip pat turi ribą. Jei jis viršys slenkstį, jis ištirps. Todėl medžiaga sugers didelį kiekį šilumos energijos, tačiau ji negali sugerti tik šilumos energijos, todėl reikalinga aušinimo sistema.
paveikslėlį
Aušinimo sistema yra padalinta į dvi dalis. Vienas iš jų yra išorinis elektroninis ventiliatorius ir oro srautas, kuris sugeria kūno šilumos energiją iš išorės, kad jį atvėsintų. Kitas – vidinis antifrizo aušinimo skystis, kuris sugeria degimo metu susidarančią šilumos energiją ir ją atvėsina iš vidaus. Tik tokiu būdu galima išvengti variklio medžiagų lydymosi. Žala, bet taip irgi neteks (sugers) daug šilumos energijos, o dalis, kurią bus galima paversti galia, labai sumažės.
paveikslėlį
Taigi, jei norite pagerinti variklio šiluminį efektyvumą, svarbiausia yra sumažinti aušinimo nuostolius. Būdas jį sumažinti – padidinti variklio medžiagos atsparumo karščiui ribą. Šiuo metu atrodo, kad kokybiškų medžiagų, kurias galima pasirinkti, yra itin mažai. Galima svarstyti apie nanokeramikos kompozitines medžiagas, tačiau naudojant šią medžiagą Variklio sukūrimo kaina būtų juokinga.
Dėl to vidaus degimo variklis pateko į begalinį ciklą. Didelio efektyvumo vidaus degimo variklių gamybos savikaina yra itin didelė, o populiarinimo galimybės nėra. Iš įprastų medžiagų pagamintų vidaus degimo variklių šiluminis naudingumo koeficientas negali būti didelis, o galios ir degalų sąnaudų ribos labai žemos.
paveikslėlį
Nerealu tikėtis pagerinti vidaus degimo variklių šiluminį efektyvumą, nebent įvyks medžiagų mokslo proveržis, bet proveržio nebus. Todėl galime naudoti tik kitas technologijas, kad sukurtume didelio efektyvumo variklius iš esamų medžiagų. Kryptis pasiekti aukštą efektyvumą yra „nedeginti alyvos“!
Tokie kaip elektros varikliai.
Elektros srovė, įvedama į variklio apviją per maitinimo akumuliatorių, sudaro elektromagnetinį lauką, kuris gali varyti rotorių, „abipusiai atstumdamas“ nuolatinio magneto magnetinius polius arba kito ritinių rinkinio magnetinius polius; konstrukcija gali būti labai paprasta, tačiau esminis dalykas yra mechaninės energijos konvertavimo principas. Magnetinis laukas vietoj šiluminės energijos, išspręsta aušinimo nuostolių problema. Elektroninė struktūra yra labai paprasta, o mechaninio atsparumo nuostoliai taip pat yra labai maži.
paveikslėlį
Todėl variklio „šiluminio efektyvumo“ riba gali būti labai perdėta, o itin aukšto standarto nuolatinio magneto sinchroninis variklis gali siekti 97,5 %! Tai aukštis, kurio negali pasiekti vidaus degimo varikliai. Asinchroniniai kintamosios srovės varikliai turi mažus nuostolius didelio greičio diapazone. Jei panašumai ir skirtumai bus naudojami kartu, elektrinės pavaros sistemos efektyvumas bus labai idealus.
paveikslėlį
Didelio efektyvumo, didelio našumo ir mažai energijos suvartojantys varikliai gali būti pagaminti naudojant įprastas medžiagas. Atrodo, kad nebėra pagrindo vargti studijuojant vidaus degimo variklius; tai, ką dabar reikia sulaužyti, yra maitinimo baterijų gamybos sąnaudos. Kol galima sukurti didelio tankio ir nebrangius akumuliatorius, galios akumuliatoriai ir elektrinės transporto priemonės gali tiesiogiai pakeisti degalais varomas transporto priemones;
Prieš tai tereikėjo naudoti įkraunamą hibridinę technologiją ir išplėstinio diapazono technologijas, kad vidaus degimo variklis galėtų atlikti „generatoriaus“ vaidmenį transporto priemonėje. Mašina veiktų mažu greičiu ir paverstų nedidelį kiekį elektros energijos, kad atitiktų įprastus didelio efektyvumo variklio vairavimo reikalavimus. Automobiliams šis režimas prilygsta tam, kad pavaros sistemos šiluminis efektyvumas pasiektų itin aukštus standartus, todėl nebereikia rūpintis vidaus degimo varikliu.
