Tại sao không phải là hình thức sưởi ấm điện được sử dụng trong động cơ đốt trong

Vì toàn bộ công việc của động cơ đốt trong (ICE) là biến nhiệt thành năng lượng cơ học, tại sao các phương pháp sưởi điện không phổ biến hơn? Tôi biết phải có một lý do. Tôi không nói về xe điện hay bất cứ thứ gì, nhưng sử dụng điện để sưởi ấm và làm việc.

Bởi vì nó sẽ không hiệu quả lắm.

Ưu điểm chính của động cơ đốt trong là mật độ năng lượng của nhiên liệu (xăng, diesel) rất tốt. Bạn có thể đi một chặng đường dài trên một chiếc xe tăng tương đối nhỏ. Hạn chế của chúng là chúng không hiệu quả. Hầu hết năng lượng trong nhiên liệu bị mất do ma sát và nhiệt, và chỉ một phần rất nhỏ (<35%) thực sự biến thành chuyển động cơ học.

Xe điện là tuyệt vời vì chúng rất hiệu quả. Nhiên liệu họ sử dụng (pin) không phải là nơi nhỏ gọn và nhẹ như xăng hoặc dầu diesel cho lượng năng lượng mà họ lưu trữ, nhưng một động cơ điện có thể biến 90% + năng lượng đó thành chuyển động cơ học.

Sử dụng điện để làm nóng không khí và chạy một động cơ dựa trên sự thay đổi áp suất sẽ kết hợp các khía cạnh tồi tệ nhất của cả hai hệ thống này.

Mặc dù các câu trả lời khác cung cấp câu trả lời tốt liên quan đến tổn thất năng lượng, vẫn còn một điều cần xem xét.

Làm thế nào trên trái đất bạn có kế hoạch làm nóng không khí trong một hình trụ nhỏ ở nhiều kilowatt? Điều này là bắt buộc, bởi vì một động cơ xe bốn xi-lanh thông thường tạo ra công suất 100 kilowatt, và hiệu suất có thể là khoảng 33% trong trường hợp tốt nhất (giả sử động cơ không phải Atkinson-chu kỳ ở đây). Vì vậy, bạn cần 300 kilowatt điện sưởi ấm, trong đó phần của một xi lanh là 75 kilowatt.

Tồi tệ hơn, bạn cần làm nóng không khí tại một thời điểm cụ thể (giữa đột quỵ nén và đột quỵ giãn nở). Để có hiệu quả tốt nhất, hệ thống sưởi phải là khoảng thời gian rất ngắn giữa hai nét này, nhưng bây giờ hãy giả sử rằng toàn bộ hành trình giãn nở có thể được sử dụng để làm nóng không khí. Một trong bốn nét có nghĩa là sức mạnh nhất thời cần phải là 4 (số nét) gấp 75 kilowatt hoặc 300 kilowatt. Mỗi xi lanh!

Bạn đã thấy các yếu tố sưởi ấm điện 300 kilowatt? Nếu bạn có, bạn có thể nhận ra rằng không có cách nào để đặt một bộ phận làm nóng như vậy bên trong một xi lanh khoan 86 mm x 86 mm trong động cơ 2 lít. Nó thực sự cần phải phù hợp với không gian nhỏ hơn nhiều, bởi vì nếu tỷ lệ nén là 10, chỉ có khoảng 8,6mm có sẵn theo hướng dọc.

Ngay cả máy sưởi nội thất điện 1900W mà tôi sử dụng trong mùa đông lạnh của Phần Lan cũng lớn hơn 86 mm x 8,6 mm. Và đó chỉ là 1,9 kilowatt, ít hơn 300 kilowatt.

Lưu ý rằng có máy sưởi bên ngoài, tức là làm nóng không khí trước khi truyền vào động cơ, là không thể. Trong trường hợp này, áp suất của không khí cũng sẽ tăng lên trong hành trình nén, chống lại sự gia tăng áp lực của đột quỵ giãn nở. Bạn thực sự cần không khí lạnh trong đột quỵ nén và nóng trong đột quỵ giãn nở. Vì vậy, các yếu tố làm nóng thực sự phải được nội bộ cho động cơ.

tl; dr
Động cơ đốt trong không thể biến tất cả nhiệt thành công việc cơ khí. Và nếu có nguồn nhiệt, tại sao không sử dụng nó để sưởi ấm?

Tất cả các chu trình nhiệt, ví dụ chu trình Carnot (Lý tưởng, hiệu quả nhất), chu trình Otto (động cơ xăng lý tưởng hóa), chu trình Diesel (động cơ diesel lý tưởng hóa), chu trình Clausius-Rankine (tua bin hơi nước lý tưởng), tiêu tan một phần nhiệt theo định nghĩa. Các động cơ thực sự biến năng lượng thậm chí ít hơn thành công việc cơ khí và nhiều năng lượng hơn cho nhiệt.

Một phần năng lượng cơ học được tiêu thụ bởi máy phát điện để sạc pin, cấp nguồn cho bugi, ECU và hệ thống khác. Phần còn lại được sử dụng cho các chuyển động thực tế.

Nếu chúng ta chỉ sử dụng máy sưởi điện, chúng ta sẽ thải tất cả nhiệt từ động cơ và sử dụng một phần của công việc cơ khí để làm nóng xe. Đó là chất thải kép. Nếu chúng ta sử dụng hệ thống sưởi không khí, chúng ta đã sử dụng foud cho một phần năng lượng lãng phí từ động cơ.

Như một ví dụ so sánh mức tiêu thụ nhiên liệu và thời gian lái xe của Skoda Fabia 1.2 HTP (honem to prodej [bán nó càng sớm càng tốt) với âm thanh nổi, AC và ghế sưởi. Khi tất cả các hệ thống được bật, mức tiêu thụ cao hơn đáng kể và khả năng tăng tốc kém hơn đáng kể - tất cả là do nhiều công suất hơn được truyền tới máy phát điện thay vì các bánh xe. Tắt AC là chiến thuật thường được sử dụng khi cố gắng vượt qua những chiếc xe như vậy.

Hệ thống sưởi điện độc lập và sưởi ghế điện được sử dụng như là tùy chọn thêm để tăng sự thoải mái. Chỉ mất chưa đầy một phút để làm nóng chúng bất kể nhiệt độ môi trường, mặt khác, việc làm nóng động cơ mất từ ​​vài phút đến hàng chục phút đối với nhiệt độ môi trường.

Lưu ý bên cạnh, nếu động cơ của bạn quá nóng, bạn nên bật hệ thống sưởi hoàn toàn - nó sẽ chuyển một phần nhiệt từ bộ tản nhiệt bị hỏng / quá tải đến cabin.

Mục đích của ICE là chuyển đổi năng lượng hóa học thành chuyển động. Nó thực hiện điều này bằng cách đốt cháy nhiên liệu không tạo ra nhiệt mỗi lần mà gây ra sự giãn nở nhanh chóng của các hạt trong xi lanh, từ đó tạo ra áp suất, và do đó tác dụng lực lên piston. Nhiệt là một trong những yếu tố phát huy tác dụng trong bản mở rộng đó. Tuy nhiên, một số yếu tố khác xuất hiện trong các phản ứng hóa học liên quan đến quá trình đốt cháy. Chúng không thể được mô phỏng bằng cách làm nóng không khí nhanh chóng bằng nhiệt điện. Chuyển đổi năng lượng hóa học thành nhiệt cũng hóa ra, dễ dàng hơn nhiều để thực hiện hiệu quả việc chuyển đổi điện thành nhiệt.

Nhưng chúng tôi sử dụng hệ thống điện để tạo nhiệt trong động cơ đốt trong. Chúng được gọi là lò sưởi khối.

Như hầu hết các ý kiến ​​và bài viết chỉ ra, đó không phải là nhiệt chuyển thành năng lượng cơ học, đó là lực từ nhiên liệu được đốt cháy (quá trình đốt cháy) thông qua các pít-tông. Nhiệt chủ yếu là lãng phí năng lượng, được hấp thụ và truyền ra ngoài bởi chất làm mát.

Tuy nhiên, ở nhiệt độ cực cao, dầu trở nên nhớt hơn, cần nhiều năng lượng hơn để di chuyển. Điều này có thể dẫn đến hư hỏng động cơ khi cố gắng chạy lạnh hoặc không có khả năng chạy hệ thống. Bộ gia nhiệt khối được thiết kế để giữ cho các bộ phận nhất định của động cơ gần với nhiệt độ chạy lý tưởng của chúng để giúp khởi động dễ dàng hơn.

Vì vậy, trong khi chúng ta không cần điện để tạo thêm nhiệt trong động cơ đã chạy, chúng ta vẫn sử dụng nó để giữ ấm khi tắt.

Tôi không biết ý của bạn là gì khi sưởi ấm và làm việc nhưng hệ thống sưởi cabin điện trước 86 Lancia Delta có phải là những gì bạn đang đề cập đến?

Nếu bạn có nghĩa là làm nóng không khí được đưa vào động cơ, đây là một ý tưởng tồi vì không khí lạnh có mật độ cao nhất và do đó có nhiều oxy nhất để đốt cháy.

Câu hỏi đầu tiên - bạn lấy điện từ đâu? Điện mà chúng ta sử dụng đến từ các nguồn thủy điện khác, địa nhiệt vv Kết hợp với tổn thất chuyển đổi có nghĩa là sử dụng nhiên liệu khác là than có sẵn trực tiếp, vv để cung cấp nhiệt đã có hiệu quả. Bây giờ, với sự nóng lên toàn cầu, chúng ta đang tiến tới tái tạo ...

Nhiệt là một dạng năng lượng, nhưng so với điện thì nó lười hơn. Thật khó để có được công việc ra khỏi nó. Vì vậy, nếu bạn có một nguồn điện, bạn sẽ sử dụng nó tốt hơn trong một động cơ điện, với hiệu suất 99%, hơn là sử dụng nó để sưởi ấm một cái gì đó và sau đó giải nén công việc từ nhiệt với hiệu suất có thể 30% vào một ngày thực sự tốt .

Và tôi thậm chí không đề cập đến hằng số của Boltzmann!