如何大幅提升汽车发动机的热效率?

发布时间:2024-04-19  

“热效率”是燃油汽车总在讨论的问题,想要高性能需要高效率,想要低油耗也要高效率,可是内燃机的热效率究竟能达到多高的标准呢?


量产发动机的最高标准没有超过45%,目前来看还是比亚迪的1.5L NA阿特金森循环的43.02%的标准最高,大部分发动机的标准都在35%左右。柴油机的热效率在35%~45%区间,也不是非常的高。


有没有什么办法能让发动机的热效率大幅提升,如果能提升到一半甚至现有水平的一倍,燃油车的未来又会是什么样子呢?

内燃机的热效率高不了,这是很无奈的事实;目前仍旧躺在实验室里的超高热效率发动机也就是50%出头,其使用了材料是“陶瓷复合材料”,这里所谓的陶瓷和用来烧制瓶瓶罐罐的陶瓷概念不同,这是一种高标准的纳米复合材料,制造成本是非常之高的。   而即使这种陶瓷发动机的热效率也只是50%左右,到底是什么限制了内燃机的热效率?!参考下图。  

4e54db56-508b-11ee-a25d-92fbcf53809c.png

进排气损耗、磨损损耗、冷却损耗、燃烧充分性的损耗,几个损耗里的最夸张的就是“冷却损耗”;所谓的内燃机或外燃机都是“热机”,依靠燃烧燃料产生的热能,通过复杂的机械结构再转化为机械能,也就是动力。   热力学第二定律说明了热能会从高温物体传导至低温物体,燃油燃烧的火焰温度非常高,汽油可以达到1200℃、柴油可以达到1800℃,可见产生的热能会有多夸张;而发动机的机体温度远远低于火焰温度,可发动机的材料也有极限,超过阈值就会融化,所以材料会大量吸收热能但还不能只让材料吸收热能,于是就需要冷却系统。  

4ead254a-508b-11ee-a25d-92fbcf53809c.png

冷却系统分为两部分,其一为外部电子扇和气流从外部吸收机体热能进行降温,其二是内部的防冻冷却液吸收燃烧产生的热能从内部降温;只有这样才能保证发动机材料不被熔化而损坏,但这样也会损耗(吸收)掉大量的热能,可以转化为动力的部分则会大幅减少。  

4eed8ac2-508b-11ee-a25d-92fbcf53809c.gif

  那么想要提高发动机的热效率,核心就是减少冷却损耗,减少的方式是提高发动机材料的耐热极限;目前看来能选择的高标准材料极其有限,纳米陶瓷复合材料可以考虑,但是用这种材料打造的发动机的成本会高到离谱。   于是内燃机进入死循环了,高效率内燃机的制造成本奇高,是没有普及的可能性的,普通材料的内燃机热效率高不了,动力和油耗的极限很低。     期望提升内燃机的热效率并不现实,除非材料学有突破,可是突破不了;所以只能在现有材料的范围内,用其他技术打造出高效率的发动机,实现高效的方向是“不烧油”!   比如电动机。   电机通过动力电池组输入到电机绕组的电流形成电磁场,通过与永磁体的磁极或另一组线圈的磁极“互斥”就能驱动转子运转;结构可以非常的简单,重点是转化机械能的原理是磁场而不是热能,冷却损耗的问题解决了。电子的结构又很简单,机械阻力损耗也是极低的。  

4fab4364-508b-11ee-a25d-92fbcf53809c.png

于是电机的“热效率”极限就可以非常夸张,超高标准的永磁同步电机可以达到97.5%!这是内燃机无法企及的高度。异步交流电机在高转速区间的损耗较低,如果用异同合作的话,电驱系统的效率会非常理想。  

4fe81596-508b-11ee-a25d-92fbcf53809c.png

用普通的材料就能打造出高效率、高性能、低能耗的发动机,似乎再没有理由去费心的研究内燃机了;现在亟待突破的是动力电池的制造成本,只要能打造出高密度低成本的动力电池,电动汽车可以直接替代燃油汽车;   在此之前则只需要用插电混动技术和增程技术,让内燃机在车辆中的角色成为“发电器”,机器以低转速运行转化出不多的电能,以满足高效率的电机正常驱动汽车,这个模式等同于让驱动系统的热效率达到极高的标准,所以不用再纠结内燃机了。    


文章来源于:电子工程世界    原文链接
本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

我们与500+贴片厂合作,完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页,多渠道推广,SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力,原厂代理能轻松打入消费物联网(IOT)、信息与通信(ICT)、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

充分利用其强大的电子元器件采购流量,创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术,不仅可以助你轻松识别与连接到需求方,更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

我们的目标很明确:构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前,我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性,因此,我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上,您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师,以及10万的活跃客户群体...详细>>

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术,我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品,都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环,从引流、宣传到最终销售,全程跟进,确保每一个potential lead都得到妥善处理,从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>