resim
Yakıtlı araçlarda "Isıl verim" her zaman tartışılan bir konudur. Yüksek performans istiyorsanız yüksek verime, düşük yakıt tüketimi istiyorsanız yüksek verime de ihtiyacınız var. Peki içten yanmalı bir motorun ısıl verimliliği ne kadar yüksek bir standarda ulaşabilir?
Seri üretilen motorlar için en yüksek standart %45'i geçmiyor. Şu anda BYD'nin 1,5L NA Atkinson döngüsü %43,02 ile en yüksek standarda sahiptir. Çoğu motor için standartlar %35 civarındadır. Dizel motorların ısıl verimleri %35 ila %45 aralığında olup bu oran çok yüksek değildir.
Motorun termal verimliliğini önemli ölçüde artırmanın bir yolu var mı? Mevcut seviyenin yarısına hatta iki katına kadar artırılabilirse yakıtlı araçların geleceği nasıl olacak?
resim
İçten yanmalı motorların ısıl verimi yüksek olamaz ki bu da çok çaresiz bir gerçektir; Halen laboratuvarda bulunan ultra yüksek termal verimli motorların oranı %50'nin biraz üzerindedir ve kullandıkları malzemeler "seramik kompozit malzemeler"dir. Buradaki sözde seramikler yakmak için kullanılıyor. Şişe ve kavanoz yapımında kullanılan seramiklerin konsepti ise farklı. Bu yüksek standartlı bir nanokompozit malzemedir ve üretim maliyeti çok yüksektir.
Ve bu seramik motorun termal verimliliği bile yalnızca %50 civarındadır. İçten yanmalı motorların ısıl verimliliğini ne sınırlar? ! Aşağıdaki resme bakın.
resim
Giriş ve egzoz kayıpları, aşınma kayıpları, soğutma kayıpları ve yanma yeterliliği kayıpları, bu kayıpların en abartılı olanı "soğutma kaybı"dır; İçten yanmalı motorlar veya dıştan yanmalı motorlar olarak adlandırılan motorlar, yakıtın yakılmasıyla üretilen ısı enerjisine dayanan "ısı motorlarıdır". ve daha sonra karmaşık bir mekanik yapı sayesinde mekanik enerjiye yani güce dönüştürülür.
Termodinamiğin ikinci yasası, ısı enerjisinin yüksek sıcaklıktaki nesnelerden düşük sıcaklıktaki nesnelere aktarılacağını belirtir. Yakıtın yanma alev sıcaklığı çok yüksektir. Benzin 1200 dereceye, mazot ise 1800 dereceye ulaşabilmektedir. Üretilen ısı enerjisinin ne kadar abartılı olduğu görülmektedir; ve motor gövde sıcaklığı alev sıcaklığından çok daha düşüktür ancak motorun malzemesinin de bir sınırı vardır. Eğer eşiği aşarsa eriyecektir. Bu nedenle malzeme büyük miktarda ısı enerjisi emecektir ancak yalnızca ısı enerjisini ememez, bu nedenle bir soğutma sistemine ihtiyaç vardır.
resim
Soğutma sistemi iki bölüme ayrılmıştır. Bunlardan biri, vücudun ısı enerjisini dışarıdan emerek onu soğutmaya yarayan harici elektronik fan ve hava akışıdır. Diğeri ise yanma sonucu oluşan ısı enerjisini emerek içeriden soğutan dahili antifriz soğutucudur. Ancak bu şekilde motor malzemelerinin erimesi önlenebilir. Hasar, ancak bu aynı zamanda büyük miktarda ısı enerjisini de kaybedecek (emecek) ve güce dönüştürülebilecek kısım büyük ölçüde azalacaktır.
resim
Dolayısıyla, eğer motorun termal verimliliğini artırmak istiyorsanız, esas olan soğutma kaybını azaltmaktır. Bunu azaltmanın yolu ise motor malzemesinin ısıya dayanım sınırını arttırmaktır. Şu anda seçilebilecek yüksek standarttaki malzemelerin son derece sınırlı olduğu görülüyor. Nano-seramik kompozit malzemeler düşünülebilir ancak bu malzemeyle bir motor yapmanın maliyeti çok saçma olur.
Bunun sonucunda içten yanmalı motor sonsuz bir döngüye girmiştir. Yüksek verimli içten yanmalı motorların üretim maliyeti son derece yüksektir ve yaygınlaşma ihtimali yoktur. Sıradan malzemelerden yapılan içten yanmalı motorların ısıl verimi yüksek olamaz, güç ve yakıt tüketimi sınırları ise çok düşüktür.
resim
Malzeme biliminde bir atılım olmadığı sürece içten yanmalı motorların ısıl verimliliğinin artırılmasını beklemek gerçekçi değildir, ancak bir atılım da olmayacaktır. Dolayısıyla diğer teknolojileri ancak mevcut malzemeler kapsamında yüksek verimli motorlar yaratabilmek için kullanabiliyoruz. Yüksek verim elde etmenin yönü "yağ yakmamak"tır!
Mesela elektrik motorları.
Güç pili paketi aracılığıyla sarılan motora elektrik akımı girişi, kalıcı mıknatısın manyetik kutuplarını veya başka bir bobin grubunun manyetik kutuplarını "karşılıklı olarak iterek" rotoru çalıştırabilen bir elektromanyetik alan oluşturur; yapısı çok basit olabilir ama kilit nokta mekanik enerjiyi dönüştürme prensibidir. Termal enerji yerine manyetik alan, soğutma kayıpları sorununu çözer. Elektronik yapısı çok basittir ve mekanik direnç kaybı da son derece düşüktür.
resim
Bu nedenle, motorun "termal verim" sınırı çok abartılabilir ve ultra yüksek standarttaki sabit mıknatıslı senkron motor %97,5'e ulaşabilir! Bu, içten yanmalı motorların ulaşamayacağı bir yüksekliktir. Asenkron AC motorlar yüksek hız aralığında düşük kayıplara sahiptir. Benzerlikler ve farklılıklar bir arada kullanılırsa elektrikli tahrik sisteminin verimliliği çok ideal olacaktır.
resim
Sıradan malzemeler kullanılarak yüksek verimli, yüksek performanslı ve düşük enerji tüketen motorlar üretilebilir. Artık içten yanmalı motorları incelemeye gerek yok gibi görünüyor; Şimdi kırılması gereken şey, güç pillerinin üretim maliyetidir. Yüksek yoğunluklu ve düşük maliyetli piller oluşturulabildiği sürece, Güç pilleri ve elektrikli araçlar doğrudan yakıtlı araçların yerini alabilir;
Bundan önce, içten yanmalı motorun araçta bir "jeneratör" rolünü oynamasına izin vermek için yalnızca plug-in hibrit teknolojisi ve genişletilmiş menzil teknolojisinin kullanılması gerekliydi. Makine, yüksek verimli motorun normal sürüş gereksinimlerini karşılamak için düşük hızlarda çalışacak ve az miktarda elektrik enerjisini dönüştürecektir. Arabalar için bu mod, tahrik sisteminin termal verimliliğinin son derece yüksek standartlara ulaşmasıyla eşdeğerdir, dolayısıyla artık içten yanmalı motor hakkında endişelenmenize gerek yoktur.
