Làm thế nào để nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đến hiệu quả động cơ và tiêu thụ nhiên liệu?

Tôi nhớ từ lớp vật lý của mình rằng động cơ Carnot khí lý tưởng sẽ hiệu quả hơn nếu chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nhiệt và bộ điều chỉnh nhiệt ("bộ thu nhiệt") lớn hơn ( http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/ hbase / nhiệt / carnot.html ).

Và tôi luôn nghĩ rằng MIGHT này có thể áp dụng cho động cơ thực tế, vì vậy tôi phải thừa nhận, tôi đã mong đợi mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn trong mùa đông. Than ôi, tôi chưa trải nghiệm sức mạnh tiết kiệm tiền của sương giá mùa đông.

Nhưng có lẽ các phép đo của tôi là thiếu sót, và động cơ đốt thực sự hiệu quả hơn nếu nhiệt dư thừa được tỏa ra dễ dàng hơn?

PS: Tôi biết rằng một động cơ lạnh cũng có nghĩa là dầu nhớt / dày hơn. Vì vậy, tôi đã nhận thấy sự mất mát đáng kể về hiệu quả (sức mạnh, thực sự) ngay sau khi khởi động động cơ của tôi. Nhưng tôi quan tâm nhiều hơn đến một tình huống đứng yên, khi động cơ ấm và sẵn sàng.

tl; dr: Nhiệt độ không khí xung quanh thường không ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ hoặc mức tiêu thụ nhiên liệu, nhưng sẽ ảnh hưởng đến sản lượng điện chung.

Đừng nhầm lẫn hiệu quả với sản lượng điện . Đây là hai điều riêng biệt. Khi phí nạp của bạn dày đặc hơn, bạn có thể ném thêm nhiên liệu vào nó và tạo ra nhiều năng lượng hơn . ( LƯU Ý: Ý tưởng cho hệ thống quản lý động cơ là duy trì tỷ lệ không khí chung cho nhiên liệu 14,6: 1(còn được gọi là stoichiometric hoặc "stoic"). Đây là hỗn hợp được gọi là "hoàn hảo" của không khí và nhiên liệu, trong đó tất cả nhiên liệu được đốt cháy mà không còn oxy thừa sau đó. Thật không may, hỗn hợp stoic thường không thu được. Điều này xảy ra do hai vấn đề phát sinh, cả hai đều phải làm với lượng nhiệt được tạo ra trong quá trình đốt cháy. Đầu tiên, quá trình đốt nóng hơn có thể gây nổ. Thứ hai, trên nhiệt độ đốt cháy khoảng 1700degF, nitơ trong không khí được đưa vào động cơ (cùng với oxy - không khí chứa ~ 78% nitơ và ~ 20% oxy) và đốt cháy. Điều này tạo ra NO2 hoặc Nitrogen Dioxide. Đây là một chất gây ô nhiễm không khí lớn và là nguyên nhân chính gây ra mưa axit trong những năm 70 ở California. Nó cũng rất tệ cho chúng ta để thở - thực tế là độc hại.)

Mặt trái của điều này là hiệu quả , trong bối cảnh động cơ có nghĩa là có được nhiều năng lượng sử dụng hơn từ cùng một lượng nhiên liệu. Những bước tiến lớn đã được thực hiện trong vài thập kỷ qua hướng tới hiệu quả của động cơ. Một trong những cách họ đã thực hiện được điều này là thông qua sạc turbo. Nói một cách đơn giản, sạc turbo là một cách sử dụng năng lượng nhiệt nếu không được loại bỏ trong quá trình xả khí. Turbo có thể tăng điện tích không khí bằng cách sử dụng áp suất được tạo ra từ khí thải, cho phép máy tính ném thêm nhiên liệu vào phí nạp, do đó tạo ra nhiều năng lượng hơn. Điều này có thể dẫn đến một cuộc thảo luận "khác" rất lớn, vì vậy tôi sẽ để nó ở đây. Không cần phải nói, năng lượng được tạo ra hiệu quả hơn thông qua phương pháp này hơn là thông qua việc hút bình thường và do đó động cơ có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn với ít nhiên liệu hơn.

Một cách khác để cải thiện hiệu suất động cơ là tăng tỷ số nén ( CR ) của động cơ. Một nguyên tắc chung cho CR là, cứ mỗi điểm CR được thêm vào, công suất của bạn sẽ tăng khoảng 3%. Nếu bạn đang tăng sản lượng điện mà không cần thêm nhiên liệu, đây là tăng hiệu quả.

Một luồng khí lạnh đi vào động cơ sẽ đặc hơn và chứa nhiều oxy hơn so với đối tác ấm hơn. Bạn vẫn đang sử dụng nhiều nhiên liệu hơn để tạo ra nhiều năng lượng hơn, do đó không có thêm lợi ích hiệu quả.

Mặc dù bạn đề nghị không bao gồm khởi động lạnh, có một lý do bạn sẽ không thấy mức tiêu thụ nhiên liệu tốt hơn trong giai đoạn này. Lý do là bởi vì máy tính thực sự ném nhiều nhiên liệu vào hỗn hợp để tăng độ ổn định cho động cơ (giúp nó hoạt động trơn tru - giống như một cuộn cảm trên động cơ bị đốt cháy) và giúp bộ chuyển đổi xúc tác nóng lên nhanh hơn giúp nó đạt hiệu suất cao nhất nhanh hơn

Trên thực tế, động cơ đốt có thể hiệu quả hơn một chút nếu chúng có thể tận dụng nhiệt thay vì tỏa ra. Hãy nhớ rằng nhiệt bức xạ là mất năng lượng . Nếu bạn có thể tận dụng nhiệt để tạo ra nhiều năng lượng hơn hoặc tạo ra cùng một năng lượng hiệu quả hơn, bạn sẽ tốt hơn hết.

Điều tôi đang nói đến là một khái niệm về một chàng trai tên là Henry "Smokey" Yunick đã thành thạo vào đầu những năm 80. Anh ấy đã nghĩ ra một ý tưởng mà Ralph Johnson đã đưa ra vào đầu những năm 50 trong khi Ralph làm việc tại GM. Ý tưởng về một động cơ không khí nóng trong đó không khí được làm nóng đến khoảng 400degF và đồng nhất hóa(pha trộn rất tốt) đến mức nó sẽ không phát nổ. Bạn có thể đọc bài viết, nhưng lý do nó không có trong xe ngày nay là hai lần. Đầu tiên, họ đã cố gắng biến nó thành một bộ bu-lông, nhưng không thể làm được vì nó yêu cầu các bộ phận nâng cấp cho pít-tông và vành, có hiệu quả không phải là một bộ "bu-lông" và biến nó thành một bộ đắt hơn nhiều so với giá mục tiêu mà họ đang chụp. Thứ hai, Smokey không may qua đời một thời gian. Quá nhiều bí mật của anh ta đã chết với anh ta khi anh ta giữ các chi tiết trong đầu. Điều này thực sự đáng buồn, bởi vì anh ấy đã làm một số công việc thực sự TUYỆT VỜI và có những phát minh và ý tưởng mang tính cách mạng đã chết với anh ấy.

Động cơ không khí nóng bay trước những suy nghĩ thông thường về cảm ứng không khí lạnh và câu hỏi của bạn. Sự khôn ngoan thông thường nói rằng không khí càng lạnh đi vào động cơ, sản lượng càng tốt. Và điều này về cơ bản là đúng với (những gì chúng ta xem xét ngày nay) động cơ bình thường (động cơ không khí nóng của Smokey là một ngoại lệ).

"Mặt lạnh" thấp hơn của chu trình Carnot dẫn đến hiệu quả lý thuyết tốt hơn, chắc chắn, nhưng bạn đã tính được bao nhiêu chưa? Lượng lạnh hơn 10-20 K với cùng nhiệt độ đốt 1000 K ảnh hưởng đến hiệu suất cuối cùng 1%. Và hiệu quả đó là 70% trong mọi trường hợp, vì vậy bạn có thể đoán rằng có rất nhiều thông số khác hạ thấp hiệu suất cuối cùng xuống 25%, rằng Carnot có rất ít sự liên quan trong một chiếc xe hơi.

Và trong mọi trường hợp, động cơ phải được thiết kế lại để sử dụng "mặt lạnh" thấp hơn đó nếu bạn muốn có cùng nhiệt độ đốt cháy, bởi vì nếu bạn chỉ hạ thấp khí nạp trong một động cơ bình thường, cuối cùng bạn sẽ giảm xuống cùng một lượng cũng là "mặt nóng" nhiệt độ ", làm giảm hiệu quả đạt được hơn nữa.

Vào mùa đông, ô tô sử dụng nhiều nhiên liệu hơn vì không khí đặc hơn và bạn phải đẩy nó ra xa, lốp xe có ma sát lớn hơn và bạn phải đẩy chúng mạnh hơn, dầu truyền trở nên dày hơn và gây ra nhiều tổn thất hơn, bạn sử dụng hệ thống sưởi và các tính năng khác sử dụng năng lượng (tất nhiên xuất phát từ nhiên liệu, bạn ít phải thực sự di chuyển xe), nhiên liệu khác ở nơi đầu tiên để tăng cường đốt cháy ở nhiệt độ lạnh (điều này có nghĩa là được sửa đổi để đốt cháy tốt hơn, nhưng bên trong bạn cần ít năng lượng hơn nhiều hơn), và như vậy.

Bạn có thể có nền kinh tế nhiên liệu tồi tệ hơn tới 50% trong mùa đông, trong những tình huống cụ thể thậm chí còn tệ hơn 100% (điều đó có nghĩa là mức tiêu thụ nhiên liệu tăng gấp đôi).

Ví dụ về nguyên nhân tiêu thụ nhiên liệu cao hơn: https://www.fueleconomy.gov/feg/coldweather.shtml

Biên tập

Nhân tiện, lỗi của tôi: hiệu quả tối đa 1- (T_low / T_high)) áp dụng cho Carnot, nhưng động cơ Otto có hiệu suất tối đa khác nhau, xem /physics/168912/carnot- đấu khẩu

Điều đó cũng có nghĩa là động cơ đã tiến gần đến hiệu quả lý thuyết hơn so với những gì nó thường thấy.