รูปภาพ
"ประสิทธิภาพเชิงความร้อน" เป็นประเด็นที่มักกล่าวถึงในรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิง หากคุณต้องการประสิทธิภาพสูง คุณต้องการประสิทธิภาพสูง และถ้าคุณต้องการการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงต่ำ คุณก็จำเป็นต้องมีประสิทธิภาพสูงเช่นกัน แต่ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์สันดาปภายในสามารถบรรลุมาตรฐานได้สูงแค่ไหน?
มาตรฐานสูงสุดสำหรับเครื่องยนต์ที่ผลิตจำนวนมากไม่เกิน 45% ปัจจุบัน 1.5L NA Atkinson Cycle ของ BYD มีมาตรฐานสูงสุดที่ 43.02% มาตรฐานสำหรับเครื่องยนต์ส่วนใหญ่อยู่ที่ประมาณ 35% ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์ดีเซลอยู่ในช่วง 35% ถึง 45% ซึ่งไม่สูงมาก
มีวิธีใดบ้างที่จะเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์ได้อย่างมาก? หากสามารถเพิ่มเป็นครึ่งหนึ่งหรือสองเท่าของระดับปัจจุบันได้ อนาคตของยานยนต์เชื้อเพลิงจะเป็นอย่างไร?
รูปภาพ
ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์สันดาปภายในไม่สามารถสูงได้ซึ่งเป็นข้อเท็จจริงที่ทำอะไรไม่ถูกมาก เครื่องยนต์ประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงพิเศษที่ยังคงอยู่ในห้องปฏิบัติการมีมากกว่า 50% และวัสดุที่ใช้คือ "วัสดุคอมโพสิตเซรามิก" ที่เรียกว่าเซรามิกที่นี่ใช้เผา แนวคิดของเซรามิกในการทำขวดและเหยือกนั้นแตกต่างกัน นี่เป็นวัสดุนาโนคอมโพสิตที่มีมาตรฐานสูงและต้นทุนการผลิตสูงมาก
และแม้แต่ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์เซรามิกนี้ก็มีเพียงประมาณ 50% เท่านั้น อะไรจำกัดประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์สันดาปภายใน? ! ดูภาพด้านล่าง
รูปภาพ
การสูญเสียทางเข้าและไอเสีย การสูญเสียการสึกหรอ การสูญเสียความเย็น และการสูญเสียความเพียงพอในการเผาไหม้ การสูญเสียที่เกินจริงที่สุดคือ "การสูญเสียความเย็น"; สิ่งที่เรียกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในหรือเครื่องยนต์สันดาปภายนอกคือ "เครื่องยนต์ความร้อน" ที่ต้องอาศัยพลังงานความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง แล้วแปลงเป็นพลังงานกล กล่าวคือ กำลัง โดยผ่านโครงสร้างทางกลที่ซับซ้อน
กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ระบุว่าพลังงานความร้อนจะถูกถ่ายโอนจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงไปยังวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำ อุณหภูมิเปลวไฟของการเผาไหม้เชื้อเพลิงสูงมาก น้ำมันเบนซินสามารถเข้าถึง 1200 องศา และดีเซลสามารถเข้าถึง 1800 องศา จะเห็นได้ว่าพลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นนั้นเกินจริงเพียงใด และอุณหภูมิตัวถังเครื่องยนต์จะต่ำกว่าอุณหภูมิเปลวไฟมาก แต่วัสดุของเครื่องยนต์ก็มีขีดจำกัดเช่นกัน หากเกินเกณฑ์ก็จะละลาย ดังนั้นวัสดุจะดูดซับพลังงานความร้อนจำนวนมาก แต่ไม่เพียงดูดซับพลังงานความร้อนเท่านั้น ดังนั้นจำเป็นต้องมีระบบทำความเย็น
รูปภาพ
ระบบระบายความร้อนแบ่งออกเป็นสองส่วน หนึ่งคือพัดลมอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกและการไหลเวียนของอากาศที่ดูดซับพลังงานความร้อนของร่างกายจากภายนอกเพื่อทำให้ร่างกายเย็นลง อีกประการหนึ่งคือสารหล่อเย็นป้องกันการแข็งตัวภายในซึ่งจะดูดซับพลังงานความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้และทำให้เย็นลงจากภายใน ด้วยวิธีนี้เท่านั้นจึงจะสามารถป้องกันไม่ให้วัสดุเครื่องยนต์หลอมละลายได้ ความเสียหายแต่ก็จะสูญเสีย (ดูดซับ) พลังงานความร้อนจำนวนมากด้วยและส่วนที่สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานได้จะลดลงอย่างมาก
รูปภาพ
ดังนั้นหากคุณต้องการปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์ หลักก็คือการลดการสูญเสียความเย็น วิธีลดคือการเพิ่มขีดจำกัดการทนความร้อนของวัสดุเครื่องยนต์ ปัจจุบันดูเหมือนว่าวัสดุที่มีมาตรฐานสูงที่สามารถเลือกได้นั้นมีจำกัดอย่างมาก สามารถพิจารณาวัสดุคอมโพสิตนาโนเซรามิกได้ แต่ด้วยวัสดุนี้ ค่าใช้จ่ายในการสร้างเครื่องยนต์คงไร้สาระ
ส่งผลให้เครื่องยนต์สันดาปภายในเข้าสู่วงจรที่ไม่มีที่สิ้นสุด ต้นทุนการผลิตเครื่องยนต์สันดาปภายในประสิทธิภาพสูงนั้นสูงมาก และไม่มีความเป็นไปได้ที่จะแพร่หลาย ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ทำจากวัสดุธรรมดาไม่สามารถสูงได้ และขีดจำกัดของพลังงานและการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงก็ต่ำมาก
รูปภาพ
เป็นเรื่องที่ไม่สมจริงที่จะคาดหวังที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์สันดาปภายใน เว้นแต่จะมีความก้าวหน้าในด้านวัสดุศาสตร์ แต่จะไม่มีการพัฒนาใดๆ ดังนั้นเราจึงสามารถใช้เทคโนโลยีอื่นเพื่อสร้างเครื่องยนต์ประสิทธิภาพสูงภายในขอบเขตของวัสดุที่มีอยู่เท่านั้น ทิศทางการบรรลุประสิทธิภาพสูง คือ “ไม่เผาน้ำมัน” !
เช่นมอเตอร์ไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้าที่ป้อนเข้ามอเตอร์ที่คดเคี้ยวผ่านชุดแบตเตอรี่กำลังทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งสามารถขับเคลื่อนโรเตอร์โดยการ "ผลักกัน" ขั้วแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรหรือขั้วแม่เหล็กของขดลวดชุดอื่น โครงสร้างสามารถทำได้ง่ายมาก แต่ประเด็นสำคัญคือหลักการแปลงพลังงานกล สนามแม่เหล็กแทนพลังงานความร้อน ปัญหาการสูญเสียความเย็นได้รับการแก้ไข โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์นั้นเรียบง่ายมากและการสูญเสียความต้านทานทางกลก็ต่ำมากเช่นกัน
รูปภาพ
ดังนั้นขีดจำกัด "ประสิทธิภาพเชิงความร้อน" ของมอเตอร์จึงสามารถพูดเกินจริงได้มากและมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมาตรฐานสูงพิเศษสามารถเข้าถึง 97.5%! นี่คือความสูงที่เกินเอื้อมของเครื่องยนต์สันดาปภายใน มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแบบอะซิงโครนัสมีการสูญเสียต่ำในช่วงความเร็วสูง หากใช้ความเหมือนและความแตกต่างร่วมกัน ประสิทธิภาพของระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าจะเหมาะสมอย่างยิ่ง
รูปภาพ
เครื่องยนต์ประสิทธิภาพสูง สมรรถนะสูง และประหยัดพลังงานสามารถสร้างได้โดยใช้วัสดุธรรมดา ดูเหมือนว่าไม่มีเหตุผลที่จะต้องศึกษาเครื่องยนต์สันดาปภายในอีกต่อไป สิ่งที่ต้องหักตอนนี้คือต้นทุนการผลิตแบตเตอรี่พลังงาน ตราบใดที่สามารถสร้างแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นสูงและต้นทุนต่ำได้ แบตเตอรี่พลังงานและยานพาหนะไฟฟ้าก็สามารถเปลี่ยนยานพาหนะที่ใช้เชื้อเพลิงได้โดยตรง
ก่อนหน้านี้ จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีปลั๊กอินไฮบริดและเทคโนโลยีช่วงขยายเท่านั้นเพื่อให้เครื่องยนต์สันดาปภายในทำหน้าที่เป็น "เครื่องกำเนิดไฟฟ้า" ในรถยนต์ได้ เครื่องจักรจะทำงานที่ความเร็วต่ำและแปลงพลังงานไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดในการขับขี่ปกติของมอเตอร์ประสิทธิภาพสูง สำหรับรถยนต์ โหมดนี้เทียบเท่ากับการทำให้ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของระบบขับเคลื่อนถึงมาตรฐานที่สูงมาก ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องกังวลเกี่ยวกับเครื่องยนต์สันดาปภายในอีกต่อไป
