ทำไมเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าแบบไม่ใช้ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน

เนื่องจากงานทั้งหมดของเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ICE) คือการเปลี่ยนความร้อนให้เป็นพลังงานเชิงกลทำไมวิธีการทำความร้อนด้วยไฟฟ้าจึงไม่เป็นที่นิยม ฉันรู้ว่าต้องมีเหตุผล ฉันไม่ได้พูดเกี่ยวกับรถยนต์ไฟฟ้าหรืออะไร แต่ใช้ไฟฟ้าเพื่อให้ความร้อนและทำงาน

เพราะมันจะไม่มีประสิทธิภาพมาก

ข้อได้เปรียบหลักของเครื่องยนต์สันดาปภายในคือความหนาแน่นของพลังงานของเชื้อเพลิง (น้ำมันเบนซินดีเซล) ดีมาก คุณสามารถไปได้ไกลบนรถถังเบาที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก ข้อเสียของพวกเขาคือพวกเขาไม่ได้มีประสิทธิภาพมาก พลังงานส่วนใหญ่ในเชื้อเพลิงจะสูญเสียความเสียดทานและความร้อนและมีเพียงส่วนน้อยมาก (<35%) ที่จริงจะเปลี่ยนเป็นการเคลื่อนที่เชิงกล

ยานพาหนะไฟฟ้ายอดเยี่ยมเพราะมีประสิทธิภาพอย่างเหลือเชื่อ เชื้อเพลิงที่ใช้ (แบตเตอรี่) ไม่ได้อยู่ใกล้ขนาดกะทัดรัดและเบาเหมือนกับน้ำมันเบนซินหรือดีเซลตามปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ แต่มอเตอร์ไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนพลังงาน 90% + เป็นพลังงานกล

การใช้ไฟฟ้ากับอากาศร้อนและใช้เครื่องยนต์โดยอาศัยการเปลี่ยนแปลงความดันจะเป็นการรวมสิ่งที่แย่ที่สุดของทั้งสองระบบ

แม้ว่าคำตอบอื่น ๆ จะให้คำตอบที่ดีเกี่ยวกับการสูญเสียพลังงาน แต่ก็ยังมีอีกหลายสิ่งที่ต้องพิจารณา

คุณวางแผนที่จะทำให้อากาศร้อนในกระบอกสูบขนาดเล็กที่หลายกิโลวัตต์ เป็นสิ่งจำเป็นเนื่องจากเครื่องยนต์รถสี่สูบทั่วไปให้กำลัง 100 กิโลวัตต์และประสิทธิภาพอาจอยู่ที่ประมาณ 33% ในกรณีที่ดีที่สุด ดังนั้นคุณต้องใช้เครื่องทำความร้อนไฟฟ้า 300 กิโลวัตต์ซึ่งหนึ่งกระบอกใช้ร่วมกันคือ 75 กิโลวัตต์

คุณต้องทำให้อากาศร้อนในช่วงเวลาที่กำหนด (ระหว่างจังหวะการบีบอัดและจังหวะการขยาย) เพื่อประสิทธิภาพที่ดีที่สุดการให้ความร้อนควรเป็นช่วงเวลาชั่วขณะระหว่างสองจังหวะนี้ แต่ตอนนี้สมมติว่าสามารถใช้จังหวะการขยายตัวทั้งหมดเพื่อทำให้อากาศร้อน หนึ่งในสี่จังหวะหมายความว่าพลังงานชั่วขณะต้องเป็น 4 (จำนวนจังหวะ) คูณ 75 กิโลวัตต์หรือ 300 กิโลวัตต์ ต่อสูบ!

คุณเคยเห็นองค์ประกอบความร้อนไฟฟ้า 300 กิโลวัตต์หรือไม่ หากคุณมีคุณอาจรู้ว่าไม่มีวิธีใดที่จะนำองค์ประกอบความร้อนดังกล่าวเข้าไปในกระบอกสูบ 86 มม. x 86 มม. กระบอกสูบเบื่อในเครื่องยนต์ 2 ลิตร จริง ๆ แล้วมันจะต้องพอดีกับพื้นที่ขนาดเล็กมากเพราะถ้าอัตราส่วนการบีบอัดคือ 10 เพียง 8.6 มม. มีอยู่ในทิศทางแนวตั้ง

แม้แต่เครื่องทำความร้อนไฟฟ้าภายใน 1900W ของฉันที่ฉันใช้ในช่วงฤดูหนาวฟินแลนด์นั้นมีขนาดใหญ่กว่า 86 มม. x 8.6 มม. และนั่นเป็นเพียง 1.9 กิโลวัตต์น้อยกว่า 300 กิโลวัตต์

โปรดทราบว่าการทำความร้อนจากภายนอกเช่นการทำความร้อนอากาศก่อนที่จะผ่านไปยังเครื่องยนต์เป็นไปไม่ได้ ในกรณีนี้ความดันของอากาศจะเพิ่มขึ้นในจังหวะการบีบอัดด้วยเช่นกันการเพิ่มแรงดันของจังหวะการขยายตัว คุณต้องการอากาศให้เย็นในช่วงจังหวะการบีบอัดและร้อนในระหว่างจังหวะการขยาย ดังนั้นองค์ประกอบความร้อนจะต้องอยู่ภายในเครื่องยนต์

tl; dr
เครื่องยนต์สันดาปภายในไม่สามารถเปลี่ยนความร้อนให้เป็นงานเครื่องกลได้ และถ้ามีแหล่งความร้อนทำไมไม่ใช้มันเพื่อให้ความร้อน?

วงจรความร้อนทั้งหมดเช่นCarnot cycle (อุดมคติ, ประสิทธิภาพสูงสุด), Otto cycle (เครื่องยนต์เบนซินในอุดมคติ), รอบเครื่องยนต์ดีเซล (เครื่องยนต์ดีเซลในอุดมคติ), Clausius-Rankine cycle (กังหันไอน้ำในอุดมคติ), กระจายความร้อนบางส่วนตามคำจำกัดความ เครื่องยนต์จริงเปลี่ยนพลังงานให้น้อยลงเป็นงานกลไกและใช้พลังงานให้ความร้อนมากขึ้น

พลังงานทางกลส่วนหนึ่งถูกใช้โดยอัลเทอร์เนเตอร์เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ให้พลังงานกับหัวเทียน ECU และระบบอื่น ๆ ส่วนที่เหลือจะใช้สำหรับการเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นจริง

หากเราใช้เครื่องทำความร้อนแบบอิเลคทริคเท่านั้นเราจะทิ้งความร้อนทั้งหมดจากเครื่องยนต์และใช้ชิ้นส่วนของเครื่องจักรกลเพื่อทำให้รถร้อนขึ้น มันเป็นขยะสองเท่า ถ้าเราใช้การให้ความร้อนด้วยอากาศเรามีการใช้งานที่ยอดเยี่ยมสำหรับส่วนหนึ่งของพลังงานที่เสียไปจากเครื่องยนต์

เป็นตัวอย่างเปรียบเทียบ comsumption เชื้อเพลิงและการขับรถหมดอายุของ Skoda Fabia 1.2 HTP (honem เพื่อ prodej [ขายมันโดยเร็ว]) กับสเตอริโอ, AC และเครื่องทำความร้อนที่นั่ง เมื่อทุกระบบเปิดใช้งานการบริโภคจะสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและความเร่งแย่ลงอย่างมีนัยสำคัญ - ทั้งหมดเป็นเพราะกำลังเพิ่มเติมที่ direced กับกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับแทนล้อ การปิดไฟ AC เป็นวิธีการทั่วไปที่ใช้เมื่อพยายามแซงรถคันดังกล่าว

เครื่องทำความร้อนไฟฟ้าอิสระและเครื่องทำความร้อนที่นั่งไฟฟ้าถูกใช้เป็นอุปกรณ์เสริมเพื่อความสะดวกสบายที่เพิ่มขึ้น ใช้เวลาน้อยกว่าหนึ่งนาทีในการทำให้ร้อนโดยไม่คำนึงถึงอุณหภูมิโดยรอบในขณะที่อุณหภูมิของเครื่องยนต์อุ่นขึ้นโดยใช้เวลาไม่กี่นาทีถึงสิบนาทีโดยขึ้นกับอุณหภูมิแวดล้อม

คำแนะนำด้านข้างหากเครื่องยนต์ของคุณร้อนเกินไปก็จะแนะนำให้เปิดเครื่องทำความร้อนอย่างเต็มที่ - มันจะเปลี่ยนเส้นทางส่วนหนึ่งของความร้อนจากความล้มเหลว / หม้อน้ำล้นไปยังห้องโดยสาร

จุดประสงค์ของ ICE คือการแปลงพลังงานเคมีเป็นการเคลื่อนที่ มันทำเช่นนี้โดยการจุดติดเชื้อเพลิงไม่ให้เกิดความร้อนต่อ se แต่จะทำให้เกิดการขยายตัวของอนุภาคในกระบอกสูบอย่างรวดเร็วซึ่งจะสร้างแรงดันดังนั้นจึงใช้แรงกับลูกสูบ ความร้อนเป็นหนึ่งในหลาย ๆ ปัจจัยที่เข้ามามีบทบาทในการขยายตัวนั้น อย่างไรก็ตามมีปัจจัยอื่น ๆ เข้ามาเกี่ยวข้องในปฏิกิริยาทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับการเผาไหม้ สิ่งเหล่านี้ไม่สามารถจำลองได้เพียงแค่ทำให้อากาศร้อนอย่างรวดเร็วด้วยความร้อนไฟฟ้า การแปลงพลังงานเคมีให้เป็นความร้อนก็จะกลายเป็นเรื่องง่ายที่จะทำอย่างมีประสิทธิภาพซึ่งจะแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อน

แต่เราใช้ระบบไฟฟ้าเพื่อสร้างความร้อนในเครื่องยนต์สันดาปภายใน พวกมันถูกเรียกว่าฮีตเตอร์บล็อค

ความเห็นและโพสต์ส่วนใหญ่ชี้ให้เห็นว่าไม่ใช่ความร้อนที่เปลี่ยนเป็นพลังงานกล แต่เป็นแรงจากเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ (การเผาไหม้) ผ่านลูกสูบ ความร้อนส่วนใหญ่เป็นพลังงานที่สิ้นเปลืองซึ่งถูกดูดซับและถ่ายโอนโดยสารหล่อเย็น

อย่างไรก็ตามที่อุณหภูมิสูงน้ำมันจะมีความหนืดมากขึ้นซึ่งต้องการพลังงานมากกว่าในการเคลื่อนที่ สิ่งนี้สามารถนำไปสู่ความเสียหายของเครื่องยนต์เมื่อพยายามที่จะเย็นหรือไม่สามารถที่จะเรียกใช้ระบบได้เลย ตัวทำความร้อนแบบบล็อคได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ชิ้นส่วนบางส่วนของเครื่องยนต์ใกล้เคียงกับอุณหภูมิการทำงานในอุดมคติเพื่อให้ง่ายต่อการสตาร์ท

ดังนั้นในขณะที่เราไม่ต้องการไฟฟ้าเพื่อสร้างความร้อนเพิ่มเติมในเครื่องยนต์ที่กำลังทำงานอยู่ แต่เราจะใช้มันเพื่อให้ความอบอุ่นเมื่อมันดับ

ฉันไม่รู้ว่าคุณหมายถึงอะไรโดยการอุ่นเครื่องและทำงาน แต่ pre-86 Lancia Delta มีระบบทำความร้อนด้วยไฟฟ้าในห้องโดยสารนั่นคือสิ่งที่คุณหมายถึง?

หากคุณหมายถึงการทำให้อากาศร้อนขึ้นในเครื่องยนต์นี่เป็นความคิดที่ไม่ดีเพราะอากาศเย็นมีความหนาแน่นสูงสุดและมีออกซิเจนมากที่สุดสำหรับการเผาไหม้

คำถามแรกคุณจะรับกระแสไฟฟ้าจากที่ไหน ไฟฟ้าที่เราใช้มาจากแหล่งน้ำอื่น ๆ ความร้อนใต้พิภพ ฯลฯ รวมกับการสูญเสียของการแปลงหมายถึงการใช้เชื้อเพลิงอื่น ๆ ที่มีถ่านหินโดยตรงและอื่น ๆ เพื่อให้ความร้อนมีประสิทธิภาพ ตอนนี้ภาวะโลกร้อนแล้วเรากำลังเคลื่อนไปสู่พลังงานทดแทน ...

ความร้อนเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่ง แต่เมื่อเทียบกับกระแสไฟฟ้า มันยากที่จะทำงานให้สำเร็จ ดังนั้นถ้าคุณมีแหล่งกำเนิดไฟฟ้าคุณจะดีกว่ามากในการใช้มอเตอร์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ 99% มากกว่าการใช้มันเพื่อให้ความร้อนแล้วดึงงานออกมาจากความร้อนด้วยประสิทธิภาพ 30% ในวันที่ดีจริงๆ .

และฉันไม่ได้พูดถึงค่าคงที่ของ Boltzmann!