内燃机热效率有没有接近100%?

和朋友聊天被问到了这样一个问题?

如果内燃机的热效率突破了百分之90以上或者说达到了100%是不是就没有新能源什么事儿了。

嗯!作为一个燃油车拥护者是真心盼望这一天。

先说说什么是发动机热效率:意思就是发动机输出的机械工和燃料燃烧产生能量的比值。

根据咱们高中学过的“热力学第二定理来看”这种热效率转换的“永动机”是不可能实现的。

所以如果发动机的热效率达到了100%就变成了第二类永动机了,燃油产生的能量100%转化为动力,也就意味着燃料燃烧产生的热量是没有任何形式的损耗,此时的发动机没有声音、不会震动、更不会发热。

这肯定是不现实的,在能量的传递过程中,损失是不可避免的。

  举个例子:当内燃机的热效达到了100%那么汽车首先将会失去暖风,汽车的暖风,实际上就是利用发动机散发出的肺热加热空气而实现的。所以说,如果是内燃机的热效达到了100%的时候,燃料燃烧产生的热量就完全被封闭在机器内部,所以由于没有发动机的热散出。那么车子,就永远会失去暖气功能。

  当然暖气这种问题挂个电热丝加个电瓶就可以解决,最大的问题在于如何解决材料问题。

  现在乘用车发动机今极限的热效率仅仅达到40%-43%之间,而这也是一个峰值热效率。实际上内燃机运行时热效率,是在不断的根据实际情况进行改变的,比如说这张图所示

  40%以上的热效,仅仅是在特定的发动机转速以及负荷之下,而平均的热效率仅在35%左右,也就是说运有65%的热量,是被损耗掉了。

  那我们来看看这65%的热量,是如何被损耗的?

  在内燃机中,燃料燃烧产生的全部热量就是由上面四种路径所消耗掉,除了转化成机械能是属于一个合理的消耗。其他三种,都是属于浪费,可是不浪费行吗?如果说这些能量不被浪费掉,机体运行很可能连几分钟都挺不住。要知道的是燃料在缸内燃烧时候的温度,已经接近于 2000K,甚至更高,可以换算成约1727℃。而铁的熔点,只有1538℃,所以如果燃烧产生的热量不被冷却系统带走,那么燃烧产生的高温形成的热堆积就很容易把发动机给融化掉。

   其实咱们的车子发动机之所以没被融掉,实际上还是在依靠冷却系统的帮助散热。因为缸壁的外侧缸盖的外侧都是冷却液,燃料燃烧产生的热量再大、温度再高,也能迅速的被大量的冷却液带走。也正是因为如此,才能保证发动机可以正常工作,但也正因如此,由于这种散热系统的存在,消耗了至少30%的热,所以热效率,必然达不到100%。

  如果想要达到或者说是接近的前提就是必须要有一套全新的材料来打造发动机,这种材料,至少要具备耐高温的能力,可不仅仅是1727℃,因为在没有冷却系统下。持续的热堆积所形成的高温只会更高,所以说材料非常重要。

现阶段熔点最高的物质铪合金 现阶段熔点最高的物质铪合金

   如果有一天内燃机实现了热效率实现了质的突破也一定是材料学迎来了一次全面革新,就现有的材料来看,是做不到的,或者说就算能做到成本也是天价。还有就是当热效率接近百分百的时候,排温会接近于环境温度,像汽车排气带走的热量,是非常惊人的占比,至少会达到30%左右。如果说想让热效达到百分百,那么这30%的热量就不能损失,只能提前把尾气携带的热量全部收回,因此就需要拥有一套强大的能量回收装置,将废气中的热量完全回收。

   根据凯尔文对热力学第二定律的描述而言,不可能从单一热源取热,使之完全转化成有用的功而不产生其他影响的。那简单点来说就是,未来即便有这么先进的能量回收装置,可以100%的吸收废气热量,但是依然没有办法将其全部转化成有用功,那既然不能全部转化成有用功,那么肯定会造成一定的热量损耗。

  所以总的来说,100%热销内燃机其实是造不出来的,只是一个美好的想法罢了。像我们今天拥有的内燃机源于热力学定律,那即便我们的客服像材料科技的束缚,但是不可能打破热力学的定律。所以说100%的热销内燃机,在热力学定律没有被推翻前是不可能存在的。


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