תְמוּנָה
"יעילות תרמית" היא נושא שתמיד דנים בו ברכבי דלק. אם אתה רוצה ביצועים גבוהים, אתה צריך יעילות גבוהה, ואם אתה רוצה צריכת דלק נמוכה, אתה צריך גם יעילות גבוהה. אבל לכמה רמה יכולה להגיע היעילות התרמית של מנוע בעירה פנימית?
התקן הגבוה ביותר למנועים בייצור המוני אינו עולה על 45%. נכון לעכשיו, למחזור 1.5L NA אטקינסון של BYD יש את הסטנדרט הגבוה ביותר של 43.02%. התקנים עבור רוב המנועים הם סביב 35%. היעילות התרמית של מנועי דיזל היא בטווח של 35% עד 45%, וזה לא גבוה במיוחד.
האם יש דרך להגדיל משמעותית את היעילות התרמית של המנוע? אם ניתן להגדיל אותו לחצי או אפילו להכפיל את הרמה הנוכחית, איך ייראה עתידם של רכבי הדלק?
תְמוּנָה
היעילות התרמית של מנועי בעירה פנימית לא יכולה להיות גבוהה, וזו עובדה חסרת אונים מאוד; מנועי היעילות התרמית הגבוהה ביותר שעדיין מונחים במעבדה הם קצת יותר מ-50%, והחומרים שבהם הם משתמשים הם "חומרים מרוכבים קרמיים". מה שנקרא כאן קרמיקה משמשים לצריבה הקונספט של קרמיקה להכנת בקבוקים וצנצנות שונה. זהו חומר ננו מרוכב בסטנדרט גבוה, ועלות הייצור גבוהה מאוד.
ואפילו היעילות התרמית של המנוע הקרמי הזה היא רק כ-50%. מה מגביל את היעילות התרמית של מנועי בעירה פנימית? ! עיין בתמונה למטה.
תְמוּנָה
הפסדי כניסות ופליטות, הפסדי בלאי, הפסדי קירור ואובדן הלימות בעירה, המוגזם מבין הפסדים הללו הוא "אובדן קירור"; מה שנקרא מנועי בעירה פנימית או מנועי בעירה חיצוניים הם "מנועי חום" המסתמכים על אנרגיית החום שנוצרת משריפת דלק. , ולאחר מכן הומר לאנרגיה מכנית, כלומר כוח, באמצעות מבנה מכני מורכב.
החוק השני של התרמודינמיקה קובע שאנרגיית חום תועבר מאובייקטים בטמפרטורה גבוהה לאובייקטים בטמפרטורה נמוכה. טמפרטורת הלהבה של שריפת הדלק גבוהה מאוד. בנזין יכול להגיע ל-1200 מעלות ודיזל יכול להגיע ל-1800 מעלות. ניתן לראות עד כמה מוגזמת אנרגיית החום שנוצרת; וטמפרטורת גוף המנוע היא נמוכה בהרבה מטמפרטורת הלהבה, אבל גם לחומר של המנוע יש גבול. אם הוא חורג מהסף, הוא יימס. לכן החומר יספוג כמות גדולה של אנרגיית חום, אבל הוא לא יכול לספוג רק אנרגיית חום ולכן יש צורך במערכת קירור.
תְמוּנָה
מערכת הקירור מחולקת לשני חלקים. האחד הוא המאוורר האלקטרוני החיצוני וזרימת האוויר שסופגת את אנרגיית החום של הגוף מבחוץ כדי לקרר אותו. השני הוא נוזל הקירור הפנימי למניעת הקפאה שסופג את אנרגיית החום שנוצרת מבעירה ומקרר אותה מבפנים. רק כך ניתן למנוע מחומרי המנוע להימס. נזק, אבל זה גם יאבד (יספוג) כמות גדולה של אנרגיית חום, והחלק שניתן להמיר להספק יקטן מאוד.
תְמוּנָה
אז אם אתה רוצה לשפר את היעילות התרמית של המנוע, הליבה היא להפחית את אובדן הקירור. הדרך להפחית אותו היא להגדיל את גבול עמידות החום של חומר המנוע. נכון להיום, נראה כי החומרים ברמה הגבוהה שניתן לבחור מוגבלים ביותר. ניתן לשקול חומרים מרוכבים ננו-קרמיים, אבל עם החומר הזה העלות של בניית מנוע תהיה מגוחכת.
כתוצאה מכך, מנוע הבעירה הפנימית נכנס למחזור אינסופי. עלות הייצור של מנועי בעירה פנימית בעלי יעילות גבוהה היא גבוהה ביותר, ואין אפשרות לפופולריות. היעילות התרמית של מנועי בעירה פנימית העשויים מחומרים רגילים אינה יכולה להיות גבוהה, וגבולות הכוח וצריכת הדלק נמוכים מאוד.
תְמוּנָה
זה לא ריאלי לצפות לשיפור היעילות התרמית של מנועי בעירה פנימית אלא אם כן תהיה פריצת דרך במדעי החומרים, אבל לא תהיה פריצת דרך. לכן, אנחנו יכולים להשתמש רק בטכנולוגיות אחרות כדי ליצור מנועים בעלי יעילות גבוהה בהיקף החומרים הקיימים. הכיוון להשיג יעילות גבוהה הוא "לא לשרוף שמן"!
כמו מנועים חשמליים.
הזרם החשמלי הנכנס למנוע המתפתל דרך ערכת הסוללות הכוח יוצר שדה אלקטרומגנטי, שיכול להניע את הרוטור על ידי "דחייה הדדית" של הקטבים המגנטיים של המגנט הקבוע או הקטבים המגנטיים של סט סלילים אחר; המבנה יכול להיות מאוד פשוט, אבל נקודת המפתח היא העיקרון של המרת אנרגיה מכנית. שדה מגנטי במקום אנרגיה תרמית, הבעיה של הפסדי קירור נפתרת. המבנה האלקטרוני פשוט מאוד, וגם אובדן ההתנגדות המכני נמוך ביותר.
תְמוּנָה
לכן, מגבלת "היעילות התרמית" של המנוע יכולה להיות מוגזמת מאוד, והמנוע הסינכרוני המגנט הקבוע בסטנדרט גבוה במיוחד יכול להגיע ל-97.5%! זהו גובה מעבר להישג ידם של מנועי בעירה פנימית. למנועי AC אסינכרוניים יש הפסדים נמוכים בטווח המהירות הגבוהה. אם משתמשים בדמיון ובהבדלים ביחד, היעילות של מערכת ההנעה החשמלית תהיה אידיאלית מאוד.
תְמוּנָה
ניתן לבנות מנועים בעלי יעילות גבוהה, ביצועים גבוהים וצריכת אנרגיה נמוכה באמצעות חומרים רגילים. נראה שאין סיבה לטרוח יותר ללמוד מנועי בעירה פנימית; מה שצריך לשבור עכשיו הוא עלות הייצור של סוללות חשמל. כל עוד ניתן ליצור סוללות בצפיפות גבוהה ובעלות נמוכה, סוללות Power וכלי רכב חשמליים יכולים להחליף ישירות רכבי דלק;
לפני כן, היה צורך להשתמש רק בטכנולוגיית פלאג-אין היברידית ובטכנולוגיית טווח מורחב כדי לאפשר למנוע הבעירה הפנימית למלא את תפקיד ה"גנרטור" ברכב. המכונה תפעל במהירויות נמוכות ותמיר כמות קטנה של אנרגיה חשמלית כדי לעמוד בדרישות הנהיגה הרגילות של המנוע בעל היעילות הגבוהה. עבור מכוניות, מצב זה שווה ערך לכך שהיעילות התרמית של מערכת ההנעה תגיע לסטנדרטים גבוהים במיוחד, כך שאין צורך לדאוג יותר לגבי מנוע הבעירה הפנימית.
