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有没有可能将汽车发动机的热效率提高到60%?
提高发动机热效率的关键不在于进一步提高压缩比,而在于减少动力系统运行中的损耗,和使发动机在非额定工况下也能做出理想的奥托循环。
发动机经过百年发展走到今天已经非常成熟,本身的运转损耗已经很难再去压缩,要想将效率值提高到60几乎不可能。
60%这个效率比目前量产的最高效率41%,高了太多,直觉是可能性不大。
如果***用20倍的压缩比,再***用电喷技术,并实现Atkinson /Miller循环,其理论效率为73.9%,实现循环效率压缩功比理论要多,还有泵气损失等,所以要低一些。先***如为70%,然后再***用绝热技术,让90%的热能参与做功,则有63%的热能转化为机械能。传统曲柄连杆的机械损失约占8个点,这一结构的损失应小得多,有资料表明形成油膜后的滑动摩擦系数可低致0.001,再考虑到润滑剂的阻滞作用,这样也许可按2%来计算机械损失,从而总效率可达60%。
新型热机之所以可以大幅提高热效率,是因为其有以下几方面优势:
1是易于实现高膨胀比,理论热效率高;
3是其导沟定杆结构可浸润,摩擦系数低;
4是因2所说的原因,密封可以做得更好。如果***用绝热技术,实现95%以上的热能利用率都有可能,也就是将气缸散热损失降至5%以下。
5是因为1所说的膨胀比大做功多,排气温度自然降低,从而缸内平均温度在绝热条件都要比传统发动机更低。
6是冲程可设计,燃烧可设计等容燃烧冲程,提高燃烧性能,还可等容预吸气、预排气,可等气门充分开启后再泵气减少泵气损失功,特别是气缸内气压较高的排气损失功也可降低。
方方面面的节能增效,从而可较大幅度的提高热效率。因此,活塞旋转的结构是革命性的创新,也是一种高效益的创新。
活塞热机达到41%的丰田发动机。已经异常艰难了,再高就更加艰难。但有没有提高可能性呢?答案是有的。因为本人刚好研究这个问题,
先说活塞热机能量损失,尾气37%左右,散热器15%,机械摩擦8%,剩下40%左右是做功效率。
卡诺循环热效率和混合气高温低温有关系,这样容易误导人。实际上,最大能量损失是尾气能量,降低尾气温度就可以提高热效率。
丰田的阿特金森循环,就是稀薄燃烧,进而降低尾气温度,达到稍微提高热效率。而带来的是动力变弱。
想要提高到60%,我预算下可能达不到,但是55%有可能。不过不是活塞热机了,
***用燃气轮机可以达到45-50%的热效率。主要通过降低摩擦提高热效率的,比如中华汽车创始人仰融,正在开发的正道汽车。增程器就是燃气轮机发电。
不过。这样的技术行不通的。原因是燃气轮机是高温火焰推动叶轮旋转输出功率。材料是大问题。耐高温材料属于航空发动机技术了。总之,成本高,寿命短。用于汽车增程器可靠性有问题。
我提出的另外一种热机,可以达到55%的燃料利用率。原理是有机朗肯循环+尾气能量回收。
热效率公式Ψ=1-T低/T高。低温100°。高温800°,热效率为1-373/1073=65%,但800°高温对材料要求高。降低到600°,则热效率为48%,同时,通过回收尾气温度能量,用来加热空气,进而降低燃料消耗。再降低8%左右的燃料消耗。这样可以达到55%左右的热效率。
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