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„Thermische Effizienz“ ist ein Thema, das bei Kraftstofffahrzeugen immer diskutiert wird. Wer hohe Leistung will, braucht einen hohen Wirkungsgrad, und wer einen niedrigen Kraftstoffverbrauch will, braucht auch einen hohen Wirkungsgrad. Doch wie hoch kann der thermische Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors sein?
Der höchste Standard für Serienmotoren liegt nicht über 45 %. Derzeit hat der 1,5-Liter-NA-Atkinson-Zyklus von BYD den höchsten Standard von 43,02 %. Die Standards für die meisten Motoren liegen bei etwa 35 %. Der thermische Wirkungsgrad von Dieselmotoren liegt im Bereich von 35 % bis 45 %, was nicht sehr hoch ist.
Gibt es eine Möglichkeit, den thermischen Wirkungsgrad des Motors deutlich zu steigern? Wie wird die Zukunft der Kraftstofffahrzeuge aussehen, wenn es auf die Hälfte oder sogar das Doppelte des aktuellen Niveaus erhöht werden kann?
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Der thermische Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren kann nicht hoch sein, was eine sehr hilflose Tatsache ist; Die noch im Labor befindlichen Motoren mit ultrahohem thermischen Wirkungsgrad liegen bei knapp über 50 % und die verwendeten Materialien sind „Keramikverbundwerkstoffe“. Die sogenannte Keramik wird hier zum Brennen verwendet. Das Konzept der Keramik zur Herstellung von Flaschen und Gläsern ist anders. Dies ist ein Nanokompositmaterial mit hohem Standard und die Herstellungskosten sind sehr hoch.
Und selbst der thermische Wirkungsgrad dieses Keramikmotors beträgt nur etwa 50 %. Was begrenzt den thermischen Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren? ! Siehe das Bild unten.
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Einlass- und Abgasverluste, Verschleißverluste, Kühlverluste und Verluste bei der Angemessenheit der Verbrennung; der am stärksten übertriebene dieser Verluste ist der „Kühlverlust“; Sogenannte Verbrennungsmotoren oder externe Verbrennungsmotoren sind „Wärmekraftmaschinen“, die auf der Wärmeenergie basieren, die bei der Verbrennung von Kraftstoff entsteht. , und dann durch eine komplexe mechanische Struktur in mechanische Energie, also Kraft, umgewandelt.
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass Wärmeenergie von Objekten mit hoher Temperatur auf Objekte mit niedriger Temperatur übertragen wird. Die Flammentemperatur der Kraftstoffverbrennung ist sehr hoch. Benzin kann 1200 Grad und Diesel 1800 Grad erreichen. Es ist zu erkennen, wie übertrieben die erzeugte Wärmeenergie ist; und die Motorkörpertemperatur ist weit niedriger als die Flammentemperatur, aber auch das Material des Motors hat eine Grenze. Wenn es den Schwellenwert überschreitet, schmilzt es. Daher absorbiert das Material eine große Menge an Wärmeenergie, es kann jedoch nicht nur Wärmeenergie absorbieren, sodass ein Kühlsystem erforderlich ist.
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Das Kühlsystem ist in zwei Teile geteilt. Einer davon ist der externe elektronische Ventilator und Luftstrom, der die Wärmeenergie des Körpers von außen aufnimmt, um ihn abzukühlen. Das andere ist das interne Frostschutzmittel, das die bei der Verbrennung entstehende Wärmeenergie aufnimmt und von innen abkühlt. Nur so kann ein Schmelzen der Motorwerkstoffe verhindert werden. Schaden, aber dadurch geht auch eine große Menge an Wärmeenergie verloren (absorbieren) und der in Strom umwandelbare Teil wird stark reduziert.
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Wenn Sie also den thermischen Wirkungsgrad des Motors verbessern möchten, geht es vor allem darum, den Kühlverlust zu reduzieren. Die Möglichkeit, dies zu reduzieren, besteht darin, die Hitzebeständigkeitsgrenze des Motormaterials zu erhöhen. Derzeit scheint die Auswahl hochwertiger Materialien äußerst begrenzt zu sein. Nanokeramische Verbundwerkstoffe können in Betracht gezogen werden, aber mit diesem Material wären die Kosten für den Bau eines Motors lächerlich.
Dadurch ist der Verbrennungsmotor in einen Endloszyklus eingetreten. Die Herstellungskosten hocheffizienter Verbrennungsmotoren sind extrem hoch und eine Popularisierung ist nicht möglich. Der thermische Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren aus gewöhnlichen Materialien kann nicht hoch sein und die Grenzen von Leistung und Kraftstoffverbrauch sind sehr niedrig.
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Es ist unrealistisch, eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads von Verbrennungsmotoren zu erwarten, wenn es keinen Durchbruch in der Materialwissenschaft gibt, aber es wird keinen Durchbruch geben. Daher können wir andere Technologien nur im Rahmen der vorhandenen Materialien zur Herstellung hocheffizienter Motoren nutzen. Der Weg zur Erzielung einer hohen Effizienz besteht darin, „kein Öl zu verbrennen“!
Zum Beispiel Elektromotoren.
Der elektrische Strom, der über das Leistungsbatteriepaket in die Motorwicklung eingespeist wird, bildet ein elektromagnetisches Feld, das den Rotor antreiben kann, indem es die Magnetpole des Permanentmagneten oder die Magnetpole eines anderen Spulensatzes „gegenseitig abstößt“. Der Aufbau kann sehr einfach sein, der entscheidende Punkt ist jedoch das Prinzip der Umwandlung mechanischer Energie. Magnetfeld statt Wärmeenergie, das Problem der Kühlverluste ist gelöst. Der elektronische Aufbau ist sehr einfach und auch der mechanische Widerstandsverlust ist äußerst gering.
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Daher kann die Grenze des „thermischen Wirkungsgrads“ des Motors sehr übertrieben sein und der Ultrahochstandard-Permanentmagnet-Synchronmotor kann 97,5 % erreichen! Dies ist eine Höhe, die für Verbrennungsmotoren unerreichbar ist. Asynchrone Wechselstrommotoren haben im hohen Drehzahlbereich geringe Verluste. Wenn Gemeinsamkeiten und Unterschiede zusammen genutzt werden, ist die Effizienz des elektrischen Antriebssystems sehr ideal.
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Aus gewöhnlichen Materialien können hocheffiziente, leistungsstarke und energiesparende Motoren gebaut werden. Es scheint, dass es keinen Grund mehr gibt, sich mit der Untersuchung von Verbrennungsmotoren zu beschäftigen; Was jetzt gesenkt werden muss, sind die Herstellungskosten von Power-Batterien. Solange hochdichte und kostengünstige Batterien hergestellt werden können, können Power-Batterien und Elektrofahrzeuge Kraftstofffahrzeuge direkt ersetzen;
Bisher war lediglich der Einsatz von Plug-in-Hybrid-Technologie und Extended-Range-Technologie erforderlich, um dem Verbrennungsmotor die Funktion eines „Generators“ im Fahrzeug zu ermöglichen. Die Maschine würde mit niedrigen Geschwindigkeiten laufen und eine kleine Menge elektrischer Energie umwandeln, um die normalen Antriebsanforderungen des hocheffizienten Motors zu erfüllen. Bei Autos ist dieser Modus gleichbedeutend damit, dass der thermische Wirkungsgrad des Antriebssystems extrem hohe Standards erreicht, so dass man sich um den Verbrennungsmotor keine Sorgen mehr machen muss.
