صورة
"الكفاءة الحرارية" هي قضية تتم مناقشتها دائمًا في مركبات الوقود. إذا كنت تريد الأداء العالي، فأنت بحاجة إلى كفاءة عالية، وإذا كنت تريد استهلاكًا منخفضًا للوقود، فأنت بحاجة أيضًا إلى كفاءة عالية. ولكن إلى أي مدى يمكن أن تصل الكفاءة الحرارية لمحرك الاحتراق الداخلي؟
أعلى مستوى للمحركات ذات الإنتاج الضخم لا يتجاوز 45٪. في الوقت الحاضر، تتمتع دورة NA Atkinson سعة 1.5 لتر من BYD بأعلى مستوى بنسبة 43.02%. تبلغ معايير معظم المحركات حوالي 35٪. تتراوح الكفاءة الحرارية لمحركات الديزل من 35% إلى 45%، وهي ليست عالية جدًا.
هل هناك طريقة لزيادة الكفاءة الحرارية للمحرك بشكل ملحوظ؟ وإذا أمكن زيادتها إلى النصف أو حتى ضعف المستوى الحالي، فكيف سيبدو مستقبل مركبات الوقود؟
صورة
لا يمكن أن تكون الكفاءة الحرارية لمحركات الاحتراق الداخلي عالية، وهذه حقيقة عاجزة للغاية؛ إن المحركات ذات الكفاءة الحرارية العالية جدًا التي لا تزال موجودة في المختبر تزيد قليلاً عن 50%، والمواد التي تستخدمها هي "مواد مركبة من السيراميك". يتم استخدام ما يسمى بالسيراميك هنا للحرق. يختلف مفهوم السيراميك لصنع الزجاجات والجرار. هذه مادة مركبة نانوية عالية الجودة، وتكلفة التصنيع مرتفعة جدًا.
وحتى الكفاءة الحرارية لهذا المحرك الخزفي تبلغ حوالي 50٪ فقط. ما الذي يحد من الكفاءة الحرارية لمحركات الاحتراق الداخلي؟ ! الرجوع إلى الصورة أدناه.
صورة
خسائر المدخل والعادم، وخسائر التآكل، وخسائر التبريد، وخسائر كفاية الاحتراق، وأكثر هذه الخسائر مبالغة فيها هي "خسارة التبريد"؛ ما يسمى بمحركات الاحتراق الداخلي أو محركات الاحتراق الخارجي هي "محركات حرارية" تعتمد على الطاقة الحرارية الناتجة عن احتراق الوقود. ، ومن ثم تحويلها إلى طاقة ميكانيكية، أي قوة، من خلال بنية ميكانيكية معقدة.
ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن الطاقة الحرارية تنتقل من الأجسام ذات درجة الحرارة المرتفعة إلى الأجسام ذات درجة الحرارة المنخفضة. درجة حرارة لهب احتراق الوقود مرتفعة للغاية. يمكن أن يصل البنزين إلى 1200 درجة ويمكن أن يصل الديزل إلى 1800 درجة. ويمكن ملاحظة مدى المبالغة في الطاقة الحرارية المتولدة؛ ودرجة حرارة جسم المحرك أقل بكثير من درجة حرارة اللهب، ولكن مادة المحرك لها أيضًا حد. إذا تجاوزت الحد، فسوف تذوب. ولذلك، فإن المادة سوف تمتص كمية كبيرة من الطاقة الحرارية، لكنها لا تستطيع امتصاص الطاقة الحرارية فقط، لذلك هناك حاجة إلى نظام تبريد.
صورة
ينقسم نظام التبريد إلى قسمين. أحدهما هو المروحة الإلكترونية الخارجية وتدفق الهواء الذي يمتص الطاقة الحرارية للجسم من الخارج لتبريده. والآخر هو المبرد الداخلي المضاد للتجمد الذي يمتص الطاقة الحرارية الناتجة عن الاحتراق ويبردها من الداخل. بهذه الطريقة فقط يمكن منع ذوبان مواد المحرك. الضرر، ولكن هذا أيضًا سيفقد (يمتص) كمية كبيرة من الطاقة الحرارية، وسيقل الجزء الذي يمكن تحويله إلى طاقة بشكل كبير.
صورة
لذلك، إذا كنت ترغب في تحسين الكفاءة الحرارية للمحرك، فإن جوهر الأمر هو تقليل فقدان التبريد. طريقة تقليلها هي زيادة حد مقاومة الحرارة لمادة المحرك. في الوقت الحاضر، يبدو أن المواد عالية المستوى التي يمكن اختيارها محدودة للغاية. يمكن أخذ المواد المركبة النانو سيراميك بعين الاعتبار، لكن مع هذه المادة ستكون تكلفة بناء المحرك سخيفة.
ونتيجة لذلك، دخل محرك الاحتراق الداخلي في دورة لا نهاية لها. تكلفة تصنيع محركات الاحتراق الداخلي عالية الكفاءة مرتفعة للغاية، وليس هناك إمكانية للتعميم. إن الكفاءة الحرارية لمحركات الاحتراق الداخلي المصنوعة من مواد عادية لا يمكن أن تكون عالية، كما أن حدود استهلاك الطاقة والوقود منخفضة جداً.
صورة
ومن غير الواقعي أن نتوقع تحسين الكفاءة الحرارية لمحركات الاحتراق الداخلي ما لم يحدث اختراق في علم المواد، ولكن لن يكون هناك اختراق. لذلك، لا يمكننا استخدام تقنيات أخرى إلا لإنشاء محركات عالية الكفاءة ضمن نطاق المواد الموجودة. الاتجاه لتحقيق الكفاءة العالية هو "عدم حرق الزيت"!
مثل المحركات الكهربائية.
يشكل إدخال التيار الكهربائي إلى المحرك الذي يمر عبر حزمة بطارية الطاقة مجالًا كهرومغناطيسيًا، والذي يمكنه تشغيل الدوار عن طريق "التنافر المتبادل" بين الأقطاب المغناطيسية للمغناطيس الدائم أو الأقطاب المغناطيسية لمجموعة أخرى من الملفات؛ يمكن أن يكون الهيكل بسيطًا جدًا، لكن النقطة الأساسية هي مبدأ تحويل الطاقة الميكانيكية. المجال المغناطيسي بدلا من الطاقة الحرارية تم حل مشكلة فقد التبريد. الهيكل الإلكتروني بسيط للغاية، وفقدان المقاومة الميكانيكية منخفض للغاية أيضًا.
صورة
لذلك، يمكن أن يكون حد "الكفاءة الحرارية" للمحرك مبالغًا فيه للغاية، ويمكن أن يصل المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم القياسي للغاية إلى 97.5٪! وهذا الارتفاع بعيد عن متناول محركات الاحتراق الداخلي. تتمتع محركات التيار المتردد غير المتزامنة بخسائر منخفضة في نطاق السرعة العالية. وإذا تم استخدام أوجه التشابه والاختلاف معًا، فإن كفاءة نظام القيادة الكهربائية ستكون مثالية جدًا.
صورة
يمكن تصنيع محركات عالية الكفاءة، وعالية الأداء، ومنخفضة استهلاك الطاقة باستخدام مواد عادية. يبدو أنه لم يعد هناك أي سبب يدعو إلى الاهتمام بدراسة محركات الاحتراق الداخلي؛ ما يجب كسره الآن هو تكلفة تصنيع بطاريات الطاقة. وطالما أنه من الممكن إنشاء بطاريات عالية الكثافة ومنخفضة التكلفة، يمكن لبطاريات الطاقة والمركبات الكهربائية أن تحل محل مركبات الوقود مباشرة؛
قبل ذلك، كان من الضروري فقط استخدام التكنولوجيا الهجينة والتكنولوجيا ذات المدى الممتد للسماح لمحرك الاحتراق الداخلي بلعب دور "المولد" في السيارة. ستعمل الآلة بسرعات منخفضة وتحول كمية صغيرة من الطاقة الكهربائية لتلبية متطلبات القيادة العادية للمحرك عالي الكفاءة. بالنسبة للسيارات، فإن هذا الوضع يعادل جعل الكفاءة الحرارية لنظام القيادة تصل إلى مستويات عالية للغاية، لذلك لا داعي للقلق بشأن محرك الاحتراق الداخلي بعد الآن.
