Из моего урока физики я помню, что двигатель Карно с идеальным газом более эффективен, если разница температур между источником тепла и термостатом («получатель тепла») больше ( http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/ hbase / thermo / carnot.html ).
И я всегда думал, что это МОЖЕТ быть применимо к реальным двигателям, поэтому я должен признать, что ожидал снижения расхода топлива зимой. Увы, я еще не испытал экономию денег на зимний мороз.
Но, может быть, мои измерения были ошибочными, и двигатели внутреннего сгорания действительно более эффективны, если избыточное тепло излучается легче?
PS: я знаю, что холодный двигатель также означает более вязкое / густое масло. Таким образом, я заметил значительную потерю эффективности (мощности) сразу после запуска двигателя. Но меня больше интересует стационарная ситуация, когда двигатель прогрет и готов.
источник
Ответы:
tl; dr: Температура окружающего воздуха, как правило, не должна влиять на эффективность двигателя или расход топлива, но влияет на общую выходную мощность.
Не путайте эффективность с выходной мощностью . Это две разные вещи. Когда ваш впускной заряд становится более плотным, вы можете выбросить больше топлива и увеличить мощность . ( ПРИМЕЧАНИЕ . Идея системы управления двигателем состоит в том, чтобы поддерживать общее соотношение воздуха к топливу 14,6: 1.(сокращенно также называется стехиометрическим или «стоическим»). Это так называемая «идеальная» смесь воздуха и топлива, в которой все топливо сгорает без дополнительного кислорода. К сожалению, стоическая смесь обычно не получается. Это происходит из-за двух проблем, которые возникают, связанные с количеством тепла, которое выделяется в процессе сгорания. Во-первых, более горячее сгорание может вызвать детонацию. Во-вторых, при температуре выше 1700 градусов по Фаренгейту азот в воздухе, который подается в двигатель (вместе с кислородом - воздух содержит ~ 78% азота и ~ 20% кислорода) и горит. Это создает NO2 или диоксид азота. Это основной загрязнитель воздуха, и он был основной причиной кислотных дождей, о которых говорили в 70-х годах в Калифорнии. Нам также очень тяжело дышать - на самом деле ядовито.)
Обратная сторона этого - эффективность , которая в контексте двигателей означает получение большей полезной мощности из того же количества топлива. За последние несколько десятилетий были достигнуты большие успехи в повышении эффективности двигателя. Один из способов добиться этого - турбонаддув. Проще говоря, турбонаддув - это способ использования тепловой энергии, которая иначе отбрасывается в процессе выхлопа. Турбина способна увеличить воздушный заряд, используя давление, создаваемое выхлопными газами, что позволяет компьютеру выбрасывать больше топлива во впускной заряд, тем самым увеличивая мощность. Это может привести к очень большому «другому» обсуждению, поэтому я оставлю это здесь. Излишне говорить, что с помощью этого метода мощность вырабатывается более эффективно, чем при обычной аспирации, и, следовательно, двигатель может вырабатывать больше энергии при меньшем расходе топлива.
Другим способом повышения эффективности двигателя является увеличение степени сжатия ( CR ) двигателя. Общее правило для CR: при каждой точке добавленной CR ваша выходная мощность будет увеличиваться примерно на 3%. Если вы увеличиваете выходную мощность, не добавляя больше топлива, это увеличивает эффективность.
Более холодный заряд воздуха, поступающего в двигатель, будет более плотным и будет содержать больше кислорода, чем его более теплый аналог. Вы по-прежнему используете больше топлива, чтобы создать больше энергии, таким образом, нет никакого дополнительного преимущества в эффективности.
Хотя вы предлагали не включать холодный запуск, есть причина, по которой вы не увидите лучшего расхода топлива в этот период. Причина в том, что компьютер на самом деле выбрасывает больше топлива в смесь, чтобы обеспечить повышенную стабильность двигателя (помогает поддерживать его плавную работу - как дроссель на карбюраторном двигателе) и помочь каталитическому преобразователю быстрее прогреваться, помогая ему достичь максимальной эффективности Быстрее.
На самом деле, двигатели внутреннего сгорания могут быть немного более эффективными, если они могут использовать тепло, а не излучать его. Помните, что излучаемое тепло - это потерянная энергия . Если вы можете использовать тепло для выработки большей мощности или создания той же мощности более эффективно, вам просто лучше вместе.
То, о чем я говорю, - это концепция, которую парень по имени Генри "Смоки" освоил в начале 80-х годов. Он разработал идею, которую Ральф Джонсон предложил в начале 50-х годов, когда Ральф работал в GM. Идея двигателя с горячим воздухом, в котором воздух нагревается до 400 градусов по Фаренгейту и гомогенизируется(смешивается очень хорошо) до такой степени, что не будет детонации. Вы можете прочитать статью, но причина, по которой ее нет в автомобилях сегодня, в два раза. Во-первых, они пытались превратить его в комплект с болтовым креплением, но не смогли этого сделать, потому что для этого требовались улучшенные детали для поршней и колец, что, по сути, является не столько «комплектом с болтовым креплением», а превращает его в намного дороже, чем целевые цены, по которым они стреляли. Во-вторых, Смоки, к сожалению, умер некоторое время назад. Слишком много его секретов умерли вместе с ним, поскольку он хранил подробности в своей голове. Это действительно грустно, потому что он сделал действительно потрясающую работу и имел революционные изобретения и идеи, которые погибли вместе с ним.
Двигатель горячего воздуха бросает вызов общему мнению о введении холодного воздуха и вашем вопросе. Общепринятое мнение гласит, что чем холоднее воздух поступает в двигатель, тем лучше производительность. И это в основном верно для (что мы считаем сегодня) нормальных двигателей (двигатель горячего воздуха Smokey является выбросом).
источник
Понятно, что более низкая «холодная сторона» цикла Карно приводит к лучшей теоретической эффективности, но сколько вы рассчитали? Более холодное потребление на 10-20 К при той же температуре сгорания 1000 К влияет на конечную эффективность на 1%. И эта эффективность в любом случае составляет 70%, поэтому вы можете догадаться, что параметров, снижающих конечную эффективность до 25%, намного больше, так что Carnot не имеет большого значения для автомобиля.
И в любом случае, двигатель должен быть перепроектирован, чтобы использовать эту более низкую «холодную сторону», если вы хотите иметь ту же температуру сгорания, потому что, если вы просто понижаете впускной воздух в обычном двигателе, вы в конечном итоге понижаете на ту же величину также «горячая сторона» температура », еще больше снижая прирост эффективности.
Зимой автомобили потребляют больше топлива, потому что воздух плотнее, и вы должны отталкивать его, шины имеют большее трение, и вам приходится толкать их сильнее, масло в трансмиссии становится гуще и вызывает большие потери, вы используете нагрев и другие функции, которые используют энергию (это происходит из-за топлива, конечно, у вас есть меньше, чтобы фактически двигать автомобиль), топливо отличается в первую очередь, чтобы улучшить сгорание при низких температурах (это означает, что он модифицирован для лучшего сгорания, но имеет меньше энергии внутри, поэтому вам нужно больше) и тд.
Зимой экономия топлива может быть на 50% хуже, а в определенных ситуациях даже на 100% хуже (это означает, что расход топлива удваивается).
Как пример причин более высокого расхода топлива: https://www.fueleconomy.gov/feg/coldweather.shtml
редактировать
Кстати, моя ошибка: максимальная эффективность 1- (T_low / T_high)) применима к Carnot, но максимальная эффективность двигателя Отто отличается, см. Https://physics.stackexchange.com/questions/168912/carnot- против-Отто
Это также означает, что двигатель уже намного ближе к теоретической эффективности, чем это часто, хотя.
источник