Чому в двигунах внутрішнього згоряння не застосовуються електричні форми опалення

Оскільки вся робота двигуна внутрішнього згоряння (ДВС) - перетворювати тепло в механічну енергію, чому методи електричного нагріву не є більш популярними? Я знаю, що повинна бути причина. Я не говорю про електромобілі чи що-небудь, але використовую електрику для обігріву та роботи.

Тому що це було б не дуже ефективно.

Основна перевага двигунів внутрішнього згоряння полягає в тому, що щільність енергії палив (бензину, дизеля) дуже хороша. Можна пройти довгий шлях на порівняно невеликому, легкому танку. Недолік їх у тому, що вони не дуже ефективні. Більша частина енергії в паливі втрачається на тертя і тепло, і лише дуже мала частина (<35%) фактично перетворюється на механічний рух.

Електричні транспортні засоби чудові, тому що вони неймовірно ефективні. Паливо, яке вони використовують (батареї), є ніде не настільки компактним і легким, як бензин або дизель за кількістю енергії, яку вони накопичують, але електродвигун може перетворити 90% + цієї енергії в механічний рух.

Використання електроенергії для нагрівання повітря та роботи двигуна на основі зміни тиску поєднує найгірші аспекти обох цих систем.

Хоча інші відповіді дають хороші відповіді, пов'язані з втратами енергії, є додаткова річ, яку слід врахувати.

Як на землі ви плануєте нагрівати повітря в крихітному балоні на багато кіловат? Це потрібно, тому що типовий чотирициліндровий автомобільний двигун виробляє 100 кіловат енергії, а ефективність, мабуть, становить близько 33% в кращому випадку (якщо припустити, що це не двигун, що не працює з Аткінсоном). Отже, вам потрібно 300 кіловат електричного опалення, з яких одна циліндрова частка становить 75 кіловат.

Гірше, що вам потрібно нагрівати повітря в певний момент часу (між ходом стиснення і ходом розширення). Для найкращої ефективності нагрівання повинно бути дуже миттєвим періодом між цими двома ходами, але тепер припустимо, що весь хід розширення можна використовувати для нагріву повітря. Один з чотирьох ударів означає, що миттєва потужність повинна бути 4 (кількість ударів) разів 75 кіловат або 300 кіловат. На циліндр!

Ви бачили електричні нагрівальні елементи на 300 кіловат? Якщо у вас є, ви, мабуть, усвідомлюєте, що немає можливості розмістити такий нагрівальний елемент всередині циліндра діаметром 86 мм х 86 мм у дволітровому двигуні. Насправді потрібно було б поміститись у набагато менший простір, адже якщо коефіцієнт стиснення становить 10, у вертикальному напрямку доступно лише близько 8,6 мм.

Навіть мій електричний обігрівач на 1900 Вт, який я використовую під час холодної фінської зими, набагато більше 86 мм х 8,6 мм. І це всього 1,9 кіловат, набагато менше 300 кіловат.

Зверніть увагу, що мати нагрівач зовні, тобто нагрівати повітря до його переходу до двигуна, неможливо. У цьому випадку тиск повітря також зростатиме в ході стиснення, протидіючи збільшенню тиску ходу розширення. Вам дійсно потрібно, щоб повітря було холодним під час ходу стиснення і гарячим під час ходу розширення. Тож нагрівальний елемент справді повинен бути внутрішнім для двигуна.

tl; dr.
Двигуни внутрішнього згоряння не можуть перетворити все тепло на механічну роботу. А якщо є джерело тепла, чому б не використовувати його для опалення?

Усі теплові цикли, наприклад, цикл Карно (Ідеальний, найефективніший), цикл Отто (ідеалізований бензиновий двигун), Дизельний цикл (ідеалізований дизельний двигун), цикл Клаузіус-Ранкін (ідеальна парова турбіна), розсіює деяку частину тепла за визначенням. Справжні двигуни перетворюють ще менше енергії на механічну роботу і більше енергії на тепло.

Частина механічної енергії витрачається генератором на зарядку акумулятора, живлення свічок запалювання, ECU та іншої системи. Решта використовується для фактичного руху.

Якщо ми використовуємо лише електричні обігрівачі, ми будемо скидати все тепло з двигуна і використовуємо частину механічних робіт для обігріву машини. Це подвійні відходи. Якщо ми використовуємо повітряний обігрів, ми використовували частку витраченої енергії з двигуна в чотири рази.

Як приклад порівняйте витрату палива та термін експлуатації Skoda Fabia 1.2 HTP (попросити продати [продати це якнайшвидше]) зі стерео, нагрівачами змінного струму та підігрівачами сидінь. Коли всі системи ввімкнуті, споживання значно вище, а прискорення значно гірше - все тому, що більше потужності спрямовується на генератор, а не на колеса. Вимкнення змінного струму - це звичайна тактика, яка використовується при спробах наздогнати такі машини.

Електричні незалежні обігрівачі та електричні обігрівачі сидінь використовуються як додаткові додаткові можливості для підвищення комфорту. Нагрівання їх займає менше хвилини, незалежно від температури навколишнього середовища, з іншого боку, прогрівання двигуна займає від хвилин до десятків хвилин стосовно температури навколишнього середовища.

Бічне зауваження, якщо ваш двигун перегрівається, рекомендується повністю увімкнути обігрів - він перенаправить частину тепла від несправного / перевантаженого радіатора до кабіни.

Мета ДВС - перетворити хімічну енергію в рух. Це робиться шляхом запалювання палива не для отримання тепла як такого, а для швидкого розширення частинок у циліндрі, що в свою чергу створює тиск, а отже, застосовує силу на поршень. Тепло - це один із ряду факторів, які грають у цьому розширенні. Однак у хімічних реакціях, що беруть участь у горінні, грає ряд інших факторів. Їх неможливо було імітувати, просто нагріваючи повітря електричним теплом. Перетворення хімічної енергії в теплову також, виявляється, набагато простіше зробити ефективно, ніж перетворити електроенергію в тепло.

Але ми використовуємо електричні системи для створення тепла в двигунах внутрішнього згоряння. Їх називають блок-обігрівачами.

Як зазначає більшість коментарів та публікацій, це не тепло, яке перетворюється на механічну енергію, це сила запаленого палива (згоряння) через поршні. Тепло в основному витрачається на енергію, яка поглинається і передається теплоносієм.

Однак при екстремальних температурах олія стає більш в'язкою, для руху потрібно більше енергії. Це може призвести до пошкодження двигуна при спробі застудитися або взагалі неможливості запустити систему. Блок-обігрівачі були розроблені так, щоб підтримувати певні частини двигуна ближче до їх ідеальної робочої температури, щоб полегшити його запуск.

Тому, хоча нам не потрібна електроенергія для створення додаткового тепла у вже працюючому двигуні, ми використовуємо його, щоб утеплити речі при вимкненому стані.

Я не знаю, що ви маєте на увазі під нагріванням та роботою, але електричне опалення до кабіни Lancia Delta до 86 років це саме те, про що ви маєте на увазі?

Якщо ви маєте на увазі нагріти повітря, що надходить у двигун, це погана ідея, оскільки холодне повітря має найвищу щільність і, отже, найбільше кисню для горіння.

Перше питання - звідки ви берете електроенергію? Електроенергія, яку ми використовуємо, надходить з інших джерел гідро-, геотермальних тощо. У поєднанні з конверсією втрати означають, що використання інших видів палива, які є безпосередньо доступним вугіллям тощо для забезпечення тепла, було ефективним. Тепер, з глобальним потеплінням, тоді ми рухаємося до відновлюваних джерел енергії ...

Тепло - це форма енергії, але порівняно з електроенергією вона лінішає. З цього важко отримати роботу. Тож якби у вас було джерело електроенергії, вам було б набагато краще використовувати його в електромоторі, з 99% ефективністю, ніж використовувати його для нагрівання чогось, а потім витягувати роботу з тепла, можливо, 30% ефективність в дійсно хороший день .

І я навіть не згадував постійну Больцмана!