发动机气缸为什么不用绝热材料做成?否则是不是可以提高热效率?
这个完全没有必要,内燃机主要是热功能,它如果不热,就不能做功,不做功,发动机就不会产生动力,发动机不产生动力,就是个废物。
现在的技术冷却发动机的方法很多,风冷,水冷,,,这些简单的办法完全可以满足内燃机降温的目的。
如果用绝热材料做气缸的缸体,气缸不发热,估计火花塞点燃缸体内的混合气就很困难。发动机工作会很不稳定。
告诉你,火箭,导弹,航空等发动机都不敢用你说的材料。若干年后可能会突破这一技术,到时可以会用绝热材料做发动机。
发动机气缸为什么不用绝热材料做成?否则是不是可以提高热效率?
成本限制_绝热或耐高温材料制造成本极高
- 内燃式热机如何提高热效率?
此问题已经探讨了一个世纪,然而至今也没有理想的解决方案。因为通过燃烧燃油的方式产生热能,在将热能转化为机械能,这一化学反应必须在一个「容器」中完成。
参考热力学第二定律,热能总会从高温物体传导到低温物体或环境中,或者说低温物体一定会吸热。那么有没有一种物体可以完全不吸热呢?答案是否定的,绝对隔热的材料是理想状态,只有相对强的低导热材料。
「内燃式」热机使用哪些材料?- 机体_铸铁&铝合金
- 曲轴_铸铁
- 连杆_铸铁
- 活塞_铝合金
- 其他结构_合金钢材为主
上述材料均不是理想的「低导热材料」,混合油气在燃烧室内做功产生的热能总量,其中只有35%左右可以转化为机械能;剩余的大部分热能会因为机体与防冻冷却液吸收,以及进排气和运行阻力而转化为其他形态的能量,这就是普通内燃机的缺点。
重点:以这些材料打造的发动机成本已经很高了!一台材料先进高压直喷_Turbo技术的内燃机,其总成的价格动辄五位数,过保后更换总成则要数万元。如果仅论材料本身的价值似乎并不是那么高,但材料的加工工艺以及设计研发成本总还是要体现的。那么如果使用更高端的材料会怎样呢?——比如陶瓷材料。
知识点1:陶瓷材料打造内燃式发动机早已开始试制,这种材料正是理想的耐高温低导热材料,其熔点达到了2000℃(摄氏度)以上;汽油的燃烧火焰温度为1200℃,柴油也不过1800℃。那么使用这些材料“包裹”住更多的热能,使之在燃烧室内更多的转化为机械能,这不就能提高热效率了吗?——测试结果显示,陶瓷材料内燃机的热效率能够提升30%(达到70%左右),然而这种发动机绝对不会普及。
知识点2:普通的陶瓷材料发动机虽然有很高的热效率,但是目前仍然无法解决「脆」的问题,通俗的讲就是这种机器的硬度虽然高,但是偶尔的异常行驶状态就可能崩断核心结构。想要提升陶瓷发动机的整体强度,唯一的方式就是制造出「陶瓷基纳米复合材料」;然而普通“微米级”的陶瓷内燃机就已经是天价了,纳米级复合材料的机体怕是比一般的奢侈级汽车成本还要高,这就是内燃机无法采用高标准低导热材料的原因。
核心因素_电动机再度普及- 电动机能源转化率_95%左右
同时是将一种能量转化为机械能的发动机,电动机的“热效率”是内燃机的3倍左右(内燃机冷启动热机阶段热效率极低/平均值也会大幅拉低)。能够实现这种水平的原因是能量转化不受温度影响,电动机是利用电流形成电磁场,与永磁体互斥驱动转子运转;同时转子与电磁线圈是没有物理接触的,悬浮的转子只有轴承才有轻微的运行阻力,所以能量转化率会非常之高,那么还有必要去以巨大研发投入提升内燃机的热效率吗?
总结:内燃机的时代在「动力电池」技术成熟后就已经结束了,各大主机厂均不在投入过多研发资金在这一领域,甚至很多车企都不在招收这一技术领域的工程师,这就足以印证未来的驱动力必然来自电机。而在电动汽车基础配套设施还没有非常完善之前,内燃机仍会在插电式混合动力汽车上使用。
内燃机最后阶段的最大的价值是以恒定转速(定速巡航状态)带动发电机发电,内燃机转化出的功率直接驱动车辆效果很差,但转化为同样能连的电、再利用超高效率的电动机驱动车辆行驶则能够大幅降低综合能耗;说白了就是燃油车消耗1升燃油假设行驶是10公里,转化为电能后就能行驶几十公里,这种转化的“损耗”带来的反而是提升,内燃机的最终价值就是这样了。
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发动机气缸为什么不用绝热材料做成?否则是不是可以提高热效率?
发动机气缸可以用绝热材料制成,但发动机其它相关零件要适应绝热缸体特性的工作条件。
发动机气缸为什么不用绝热材料做成?否则是不是可以提高热效率?
发动机和锅炉不是一个道理,因此发动机要考虑的是既要重量轻,又要导热快,这样才能有效的保持发动机运转的温度要低,发动机是靠燃烧室内的爆发力,使活塞上下移动导致曲轴旋转,过高的温度会使缸内烧蚀,破坏曲轴润滑,导致发动机报废,无法运行。你所说的绝热材料大部分是保温用的,而发动机所用的金属材料没有一个是绝热材料,铝合金是既轻,又导热快的材料,所以被广泛应用。
发动机气缸为什么不用绝热材料做成?否则是不是可以提高热效率?
任何问题都要一分为二地去看待,当你考虑了热效率不损失的问题,同时失去了机械做功产生热量的散热问题,这就是气缸不能选择绝热材料制作的问题。
发动机气缸为什么不用绝热材料做成?否则是不是可以提高热效率?
如果热量散不出去,就会积累起来导致温度越来越高,直到隔热材料被融化,发动机就废了,除非把这部分热量导出加以利用,否则不是个好办法
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