熱效率最高的豐田發動機能達到41%,如果來到100%會怎樣?

2021-01-09 語言的等待m

這與物理學的常識不符,100%的熱效率是不可能達到的,熱力學定律首先不會同意。眾所周知,能量轉移都伴隨著熱損失,這在自然條件下是不可避免的。更有甚者,在內燃機這種複雜的系統工作過程中,始終存在著功耗、摩擦力、散熱、傳遞損失以及燃燒效率等諸多問題。

現在豐田混動發動機依靠阿特金森循環和獨特的設計可以將熱效率提高到41%,即使是自然吸氣也能達到通常的37%至40%。另外眾所周知的EA888利用米勒循環熱效率也達到了37%以上,壓縮比也達到了11.7:1,不過大眾並沒有刻意宣傳。此外本田2.0L混動也能達到40%以上的熱效率。現在,隨著混動和阿特金森循環的重新崛起,實力雄厚的汽車公司仍未做出熱效率超過37%的發動機。但說起來去你會發現,研製了一百多年的內燃機,現階段熱效率還不到50%,而且熱效率的大幅度提高還是在近幾年有所突破。

說到熱效率40%的簡單點,60%的能量被浪費在各種形式的發動機上,如果要提高熱效率,就必須從內燃機的各個方面著手。但隨著熱效率的不斷提高,技術瓶頸和材料瓶頸也將成倍增加,在不改變現有內燃機材料的前提下,理論熱效率不超過50%。即使後來有了合適的新材料用於量產熱效率也不會有質的突破,假如不出意外,如果內燃機在熱效率不到70%之前就能被新的驅動方式所取代的話。實際上,熱效率可達50%的內燃機在燃料消耗上與混動幾乎相當,但高熱效率的內燃機往往與混動車型相匹配,以節省燃油。

現在本田和現代都有在實驗室裡達到50%熱效率的發動機,只是由於各種原因而無法量產。而且,馬自達最新的「創馳藍天-X」通過採用阿特金森、壓燃、機械增壓、稀薄燃燒等技術,其最大熱效率可達50%,可見其熱效率是最高而非穩定。到目前為止已經是行業標杆,至少人家是先量產搭載,而且由於熱效率提高燃油消耗也會減少,但畢竟還是內燃機驅動,所以在動力和燃油消耗方面還是要選最優。

上面的圖片中,卡諾熱機理論上可以達到87%的熱效率,但條件過於苛刻,等不到量產就會死。當然如果內燃機的熱效率達到100%我也不知道會出現什麼現象,燃燒率100%,沒有熱傳遞,沒有氣流壓力,沒有摩擦損失,沒有做功損失,沒有傳遞損失。若如此單純地看內燃機就像永動機一樣存在,給一滴油就可以不停地工作,從汽車整體上來說,這就是真正的「壓榨出每滴油的能量」。

首先看看汽車本身,100%的熱效率就是沒有任何的能量損失,引擎不會因為運轉而提高溫度,行駛幾百公裡後仍然保持原來的溫度,可以省掉冷卻系統,暖風不會正常使用,不會發出任何噪音,抖動等等,燃油的燃燒也沒有光,因為燃油的充分燃燒,所產生的積碳和排放將大大減少,在燃料消耗上將直線下降,在汽車外部方面,熱效率真的可以達到100%,那麼現有的許多物理結論都會被推翻重來,一系列的機械裝置也會因此而改變,經過這個簡單的了解之後,就不難理解為什麼遠非100%。

事實上,就現在的發動機技術,在沒有突破之前,只是通過一些細節的優化或升級,相關的專業預測熱效率的極限是50%,某些特定的技術在理論上可以突破這個數據,比如通過陶瓷材料等可以將熱效率提高到驚人的70%,但是這個看起來還是有點遠, HCCI技術最新的當屬馬自達公司,宣稱熱效率可以達到51%,預計將於2019年首次在馬自達3上應用,但是目前熱效率是很好的發動機技術參數之一,在看到豐田40-41%的成績時,別忘了我們的自主品牌奇瑞做到了37.1%,對於剛剛起步的奇瑞來說,這是一個非常好的成績。

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