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La "eficiencia térmica" es un tema del que siempre se habla en los vehículos de combustible. Si desea un alto rendimiento, necesita una alta eficiencia, y si desea un bajo consumo de combustible, también necesita una alta eficiencia. Pero, ¿hasta qué punto puede alcanzar la eficiencia térmica de un motor de combustión interna?
El estándar más alto para los motores producidos en serie no supera el 45%. En la actualidad, la bicicleta Atkinson NA de 1,5 litros de BYD tiene el estándar más alto del 43,02%. Los estándares para la mayoría de los motores rondan el 35%. La eficiencia térmica de los motores diésel oscila entre el 35% y el 45%, lo que no es muy alto.
¿Existe alguna forma de aumentar significativamente la eficiencia térmica del motor? Si se puede aumentar a la mitad o incluso al doble del nivel actual, ¿cómo será el futuro de los vehículos de combustible?
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La eficiencia térmica de los motores de combustión interna no puede ser alta, lo cual es un hecho muy inútil; los motores de eficiencia térmica ultraalta que aún se encuentran en el laboratorio son poco más del 50% y los materiales que utilizan son "materiales compuestos cerámicos". La llamada cerámica aquí se utiliza para quemar. El concepto de cerámica para fabricar botellas y tarros es diferente. Se trata de un material nanocompuesto de alto nivel y el coste de fabricación es muy elevado.
E incluso la eficiencia térmica de este motor cerámico es sólo de alrededor del 50%. ¿Qué limita la eficiencia térmica de los motores de combustión interna? ! Consulte la imagen a continuación.
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Pérdidas de entrada y escape, pérdidas por desgaste, pérdidas por enfriamiento y pérdidas de adecuación de la combustión; la más exagerada de estas pérdidas es la "pérdida por enfriamiento"; Los llamados motores de combustión interna o motores de combustión externa son "motores térmicos" que dependen de la energía térmica generada al quemar combustible. , y luego convertida en energía mecánica, es decir, potencia, a través de una estructura mecánica compleja.
La segunda ley de la termodinámica establece que la energía térmica se transferirá de objetos de alta temperatura a objetos de baja temperatura. La temperatura de la llama de la combustión del combustible es muy alta. La gasolina puede alcanzar los 1200 grados y el diésel puede alcanzar los 1800 grados. Se puede observar lo exagerada que es la energía térmica generada; y la temperatura del cuerpo del motor es mucho más baja que la temperatura de la llama, pero el material del motor también tiene un límite. Si supera el umbral, se derretirá. Por lo tanto, el material absorberá una gran cantidad de energía térmica, pero no solo puede absorber energía térmica, por lo que se necesita un sistema de refrigeración.
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El sistema de refrigeración se divide en dos partes. Uno es el ventilador electrónico externo y el flujo de aire que absorbe la energía térmica del cuerpo desde el exterior para enfriarlo. El otro es el refrigerante anticongelante interno que absorbe la energía térmica generada por la combustión y la enfría desde el interior. Sólo así se puede evitar que los materiales del motor se fundan. Daño, pero esto también perderá (absorberá) una gran cantidad de energía térmica y la parte que se puede convertir en energía se reducirá considerablemente.
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Entonces, si desea mejorar la eficiencia térmica del motor, lo fundamental es reducir la pérdida de enfriamiento. La forma de reducirlo es aumentar el límite de resistencia al calor del material del motor. En la actualidad, parece que los materiales de alto nivel que se pueden seleccionar son extremadamente limitados. Se pueden considerar materiales compuestos nanocerámicos, pero con este material el coste de construcción de un motor sería ridículo.
Como resultado, el motor de combustión interna ha entrado en un ciclo infinito. El coste de fabricación de los motores de combustión interna de alta eficiencia es extremadamente alto y no hay posibilidad de popularización. La eficiencia térmica de los motores de combustión interna fabricados con materiales ordinarios no puede ser alta y los límites de potencia y consumo de combustible son muy bajos.
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No es realista esperar mejorar la eficiencia térmica de los motores de combustión interna a menos que haya un gran avance en la ciencia de los materiales, pero no lo habrá. Por lo tanto, sólo podemos utilizar otras tecnologías para crear motores de alta eficiencia dentro del alcance de los materiales existentes. ¡La dirección para lograr una alta eficiencia es "no quemar petróleo"!
Como por ejemplo los motores eléctricos.
La entrada de corriente eléctrica al motor que se enrolla a través del paquete de baterías forma un campo electromagnético que puede impulsar el rotor "repeliendo mutuamente" los polos magnéticos del imán permanente o los polos magnéticos de otro conjunto de bobinas; La estructura puede ser muy simple, pero el punto clave es el principio de conversión de energía mecánica. Campo magnético en lugar de energía térmica, se soluciona el problema de las pérdidas por refrigeración. La estructura electrónica es muy simple y la pérdida de resistencia mecánica también es extremadamente baja.
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Por lo tanto, el límite de "eficiencia térmica" del motor puede ser muy exagerado y el motor síncrono de imán permanente de estándar ultra alto puede alcanzar el 97,5%. Esta es una altura más allá del alcance de los motores de combustión interna. Los motores de CA asíncronos tienen bajas pérdidas en el rango de alta velocidad. Si las similitudes y diferencias se utilizan juntas, la eficiencia del sistema de propulsión eléctrica será ideal.
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Se pueden construir motores de alta eficiencia, alto rendimiento y bajo consumo de energía utilizando materiales comunes. Parece que ya no hay motivo para molestarse en estudiar los motores de combustión interna; Lo que hay que reducir ahora es el coste de fabricación de las baterías eléctricas. Mientras se puedan crear baterías de alta densidad y bajo costo, las baterías eléctricas y los vehículos eléctricos pueden reemplazar directamente a los vehículos de combustible;
Antes de esto, sólo era necesario utilizar tecnología híbrida enchufable y tecnología de autonomía extendida para permitir que el motor de combustión interna desempeñara el papel de "generador" en el vehículo. La máquina funcionaría a bajas velocidades y convertiría una pequeña cantidad de energía eléctrica para cumplir con los requisitos de conducción normales del motor de alta eficiencia. Para los automóviles, este modo equivale a hacer que la eficiencia térmica del sistema de propulsión alcance estándares extremadamente altos, por lo que ya no hay necesidad de preocuparse por el motor de combustión interna.
