gambar
“Efisiensi termal” merupakan isu yang selalu dibicarakan dalam kendaraan berbahan bakar bahan bakar. Jika ingin performa tinggi maka diperlukan efisiensi yang tinggi, dan jika ingin konsumsi bahan bakar yang rendah maka diperlukan pula efisiensi yang tinggi. Namun seberapa tinggi standar yang dapat dicapai oleh efisiensi termal mesin pembakaran internal?
Standar tertinggi untuk mesin yang diproduksi secara massal tidak melebihi 45%. Saat ini, siklus Atkinson 1,5L NA BYD memiliki standar tertinggi sebesar 43,02%. Standar untuk sebagian besar mesin adalah sekitar 35%. Efisiensi termal mesin diesel berada pada kisaran 35% hingga 45%, yang tidak terlalu tinggi.
Apakah ada cara untuk meningkatkan efisiensi termal mesin secara signifikan? Jika dapat ditingkatkan menjadi setengah atau bahkan dua kali lipat dari tingkat saat ini, seperti apa masa depan kendaraan berbahan bakar bahan bakar?
gambar
Efisiensi termal mesin pembakaran internal tidak boleh tinggi, yang merupakan fakta yang sangat tidak berdaya; mesin dengan efisiensi termal sangat tinggi yang masih ada di laboratorium hanya di atas 50%, dan bahan yang mereka gunakan adalah "bahan komposit keramik". Yang disebut keramik di sini digunakan untuk membakar. Konsep keramik untuk pembuatan botol dan toples berbeda. Ini adalah bahan nanokomposit berstandar tinggi, dan biaya produksinya sangat tinggi.
Bahkan efisiensi termal mesin keramik ini hanya sekitar 50%. Apa yang membatasi efisiensi termal mesin pembakaran internal? ! Lihat gambar di bawah ini.
gambar
Kerugian masuk dan keluar, kerugian keausan, kerugian pendinginan, dan kerugian kecukupan pembakaran, kerugian yang paling dibesar-besarkan adalah "kehilangan pendinginan"; yang disebut mesin pembakaran dalam atau mesin pembakaran luar adalah “mesin panas” yang mengandalkan energi panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. , dan kemudian diubah menjadi energi mekanik, yaitu tenaga, melalui struktur mekanik yang kompleks.
Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa energi panas akan berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Temperatur nyala pembakaran bahan bakar sangat tinggi. Bensin bisa mencapai 1200 derajat dan solar bisa mencapai 1800 derajat. Terlihat betapa berlebihannya energi panas yang dihasilkan; dan temperatur bodi mesin Jauh lebih rendah dari temperatur nyala, namun material mesin juga ada batasnya. Jika melebihi ambang batas maka akan meleleh. Oleh karena itu material akan menyerap energi panas dalam jumlah besar, namun tidak bisa hanya menyerap energi panas saja, sehingga diperlukan sistem pendingin.
gambar
Sistem pendingin dibagi menjadi dua bagian. Salah satunya adalah kipas elektronik eksternal dan aliran udara yang menyerap energi panas tubuh dari luar untuk mendinginkannya. Yang lainnya adalah pendingin antibeku internal yang menyerap energi panas yang dihasilkan oleh pembakaran dan mendinginkannya dari dalam. Hanya dengan cara inilah material mesin dapat dicegah agar tidak meleleh. Kerusakan, tapi ini juga akan kehilangan (menyerap) sejumlah besar energi panas, dan bagian yang dapat diubah menjadi tenaga akan sangat berkurang.
gambar
Jadi jika ingin meningkatkan efisiensi termal mesin, intinya adalah mengurangi kehilangan pendinginan. Cara untuk menguranginya adalah dengan meningkatkan batas ketahanan panas material mesin. Saat ini, tampaknya material berstandar tinggi yang dapat dipilih sangat terbatas. Bahan komposit nano-keramik dapat dipertimbangkan, tetapi dengan bahan ini biaya pembuatan mesin akan sangat mahal.
Akibatnya, mesin pembakaran internal memasuki siklus yang tak terbatas. Biaya produksi mesin pembakaran internal efisiensi tinggi sangat tinggi, dan tidak ada kemungkinan untuk mempopulerkannya. Efisiensi termal mesin pembakaran internal yang terbuat dari bahan biasa tidak boleh tinggi, dan batas daya serta konsumsi bahan bakarnya sangat rendah.
gambar
Tidak realistis mengharapkan peningkatan efisiensi termal mesin pembakaran internal kecuali ada terobosan dalam ilmu material, namun tidak akan ada terobosan. Oleh karena itu, kami hanya dapat menggunakan teknologi lain untuk menciptakan mesin berefisiensi tinggi dalam lingkup material yang ada. Arah untuk mencapai efisiensi tinggi adalah dengan "tidak membakar minyak"!
Seperti motor listrik.
Masukan arus listrik ke belitan motor melalui paket baterai daya membentuk medan elektromagnetik, yang dapat menggerakkan rotor dengan "saling menolak" kutub magnet magnet permanen atau kutub magnet rangkaian kumparan lainnya; strukturnya bisa sangat sederhana, tetapi poin kuncinya adalah prinsip konversi energi mekanik. Dengan medan magnet, alih-alih energi panas, masalah kehilangan pendinginan terpecahkan. Struktur elektroniknya sangat sederhana, dan hilangnya hambatan mekanis juga sangat rendah.
gambar
Oleh karena itu, batas "efisiensi termal" motor bisa sangat dilebih-lebihkan, dan motor sinkron magnet permanen standar sangat tinggi dapat mencapai 97,5%! Ini adalah ketinggian yang berada di luar jangkauan mesin pembakaran internal. Motor AC asinkron memiliki rugi-rugi yang rendah pada rentang kecepatan tinggi. Jika persamaan dan perbedaan disatukan maka efisiensi sistem penggerak listrik akan sangat ideal.
gambar
Mesin dengan efisiensi tinggi, performa tinggi, dan konsumsi energi rendah dapat dibuat menggunakan bahan biasa. Tampaknya tidak ada alasan lagi untuk repot mempelajari mesin pembakaran internal; yang perlu diatasi sekarang adalah biaya produksi baterai listrik. Selama baterai berdensitas tinggi dan berbiaya rendah dapat dibuat, baterai listrik dan kendaraan listrik dapat langsung menggantikan kendaraan berbahan bakar;
Sebelumnya, teknologi hybrid plug-in dan teknologi jarak jauh hanya perlu digunakan untuk memungkinkan mesin pembakaran internal berperan sebagai "generator" di dalam kendaraan. Alat berat akan bekerja pada kecepatan rendah dan mengubah sejumlah kecil energi listrik untuk memenuhi persyaratan berkendara normal dari motor efisiensi tinggi. Untuk mobil, mode ini setara dengan membuat efisiensi termal sistem penggerak mencapai standar yang sangat tinggi, sehingga tidak perlu lagi mengkhawatirkan mesin pembakaran internal.
