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“Eficiência térmica” é um assunto sempre discutido em veículos movidos a combustível. Se você deseja alto desempenho, precisa de alta eficiência, e se deseja baixo consumo de combustível, também precisa de alta eficiência. Mas quão alto pode ser o padrão de eficiência térmica de um motor de combustão interna?
O mais alto padrão para motores produzidos em massa não excede 45%. Atualmente, o ciclo 1,5L NA Atkinson da BYD tem o mais alto padrão de 43,02%. Os padrões para a maioria dos motores giram em torno de 35%. A eficiência térmica dos motores diesel está na faixa de 35% a 45%, o que não é muito elevado.
Existe alguma maneira de aumentar significativamente a eficiência térmica do motor? Se puder ser aumentado para metade ou mesmo o dobro do nível actual, como será o futuro dos veículos a combustível?
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A eficiência térmica dos motores de combustão interna não pode ser elevada, o que é um facto muito inútil; os motores de altíssima eficiência térmica que ainda estão em laboratório são pouco mais de 50%, e os materiais que utilizam são "materiais compósitos cerâmicos". As chamadas cerâmicas aqui são usadas para queimar. O conceito de cerâmica para fazer garrafas e potes é diferente. Este é um material nanocompósito de alto padrão e o custo de fabricação é muito alto.
E mesmo a eficiência térmica deste motor cerâmico é de apenas 50%. O que limita a eficiência térmica dos motores de combustão interna? ! Consulte a imagem abaixo.
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Perdas de admissão e exaustão, perdas por desgaste, perdas por resfriamento e perdas por adequação da combustão, a mais exagerada dessas perdas é a "perda por resfriamento"; os chamados motores de combustão interna ou motores de combustão externa são "motores térmicos" que dependem da energia térmica gerada pela queima de combustível. , e depois convertido em energia mecânica, ou seja, potência, por meio de uma estrutura mecânica complexa.
A segunda lei da termodinâmica afirma que a energia térmica será transferida de objetos de alta temperatura para objetos de baixa temperatura. A temperatura da chama de combustão do combustível é muito alta. A gasolina pode chegar a 1.200 graus e o diesel pode chegar a 1.800 graus. Percebe-se o quão exagerada é a energia térmica gerada; e a temperatura corporal do motor é muito inferior à temperatura da chama, mas o material do motor também tem um limite. Se exceder o limite, derreterá. Portanto, o material irá absorver uma grande quantidade de energia térmica, mas não pode apenas absorver energia térmica, por isso é necessário um sistema de resfriamento.
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O sistema de refrigeração é dividido em duas partes. Um deles é o ventilador eletrônico externo e o fluxo de ar que absorve a energia térmica do corpo de fora para resfriá-lo. O outro é o refrigerante anticongelante interno que absorve a energia térmica gerada pela combustão e a resfria por dentro. Só assim é possível evitar o derretimento dos materiais do motor. Danos, mas também perderá (absorverá) uma grande quantidade de energia térmica, e a parte que pode ser convertida em energia será bastante reduzida.
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Portanto, se você deseja melhorar a eficiência térmica do motor, o principal é reduzir a perda de resfriamento. A forma de reduzi-lo é aumentar o limite de resistência ao calor do material do motor. Atualmente, parece que os materiais de alto padrão que podem ser selecionados são extremamente limitados. Materiais compósitos nanocerâmicos podem ser considerados, mas com este material o custo de construção de um motor seria ridículo.
Como resultado, o motor de combustão interna entrou num ciclo infinito. O custo de fabricação de motores de combustão interna de alta eficiência é extremamente alto e não há possibilidade de popularização. A eficiência térmica dos motores de combustão interna feitos de materiais comuns não pode ser alta e os limites de potência e consumo de combustível são muito baixos.
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Não é realista esperar melhorar a eficiência térmica dos motores de combustão interna a menos que haja um avanço na ciência dos materiais, mas não haverá nenhum avanço. Portanto, só podemos usar outras tecnologias para criar motores de alta eficiência dentro do escopo dos materiais existentes. A direção para alcançar alta eficiência é “não queimar óleo”!
Como motores elétricos.
A entrada de corrente elétrica no enrolamento do motor através da bateria forma um campo eletromagnético, que pode acionar o rotor "repelindo mutuamente" os pólos magnéticos do ímã permanente ou os pólos magnéticos de outro conjunto de bobinas; a estrutura pode ser muito simples, mas o ponto chave é o princípio da conversão de energia mecânica. Campo magnético em vez de energia térmica, o problema das perdas por resfriamento está resolvido. A estrutura eletrônica é muito simples e a perda de resistência mecânica também é extremamente baixa.
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Portanto, o limite de "eficiência térmica" do motor pode ser muito exagerado, e o motor síncrono de ímã permanente de padrão ultra-alto pode chegar a 97,5%! Esta é uma altura além do alcance dos motores de combustão interna. Os motores CA assíncronos apresentam baixas perdas na faixa de alta velocidade. Se semelhanças e diferenças forem usadas em conjunto, a eficiência do sistema de acionamento elétrico será ideal.
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Motores de alta eficiência, alto desempenho e baixo consumo de energia podem ser construídos com materiais comuns. Parece que não há mais razão para se preocupar em estudar motores de combustão interna; o que precisa ser quebrado agora é o custo de fabricação das baterias de energia. Enquanto baterias de alta densidade e baixo custo puderem ser criadas, baterias de energia e veículos elétricos poderão substituir diretamente os veículos a combustível;
Antes disso, era apenas necessário utilizar a tecnologia híbrida plug-in e a tecnologia de autonomia alargada para permitir que o motor de combustão interna desempenhasse o papel de “gerador” no veículo. A máquina funcionaria em baixas velocidades e converteria uma pequena quantidade de energia elétrica para atender aos requisitos normais de condução do motor de alta eficiência. Para os automóveis, este modo equivale a fazer com que a eficiência térmica do sistema de propulsão atinja padrões extremamente elevados, não havendo mais necessidade de se preocupar com o motor de combustão interna.
