發動機的熱效率能不能達到100%,達到之後意味著什麼?

如果汽車發動機的熱效率達到100%,這就意味著前人創立的理論體系分崩瓦解,人類已經超神。

發動機的熱效率能不能達到100%,達到之後意味著什麼?

對於發動機來說,氣缸內進入空氣,然後按照14。7:1的比例混入霧化後的汽油,再透過活塞將空氣和汽油混合後可燃氣壓縮,最後火花塞點火,這團可燃氣嘣的一下燃燒膨脹,推動活塞,活塞後連著曲軸,發動機就算動起來。

發動機的熱效率能不能達到100%,達到之後意味著什麼?

這其中,就出現了一個概念,叫做發動機熱效率,指的是缸內可燃氣體對活塞做的功和放熱量的比值。簡單來說,就是燃料所含能量轉化為動力的比例。

目前熱效率最高的量產發動機,是比亞迪的驍雲1。5L,其熱效率達到了43%。而根據預測,發動機理論熱效率可達86。7%。這種理論熱效率就好像臺架上的實驗發動機,下了實驗臺,真實熱效率至少要少個10%。

發動機的熱效率能不能達到100%,達到之後意味著什麼?

但是,不管理論熱效率能不能到86。7%,反正是到不了100%的,這是由發動機本身的技術特性決定的。

發動機簡單來說就是把熱能轉化成機械能,依靠膨脹做功來推動活塞做往復運動就是最好的證明。因為是熱能轉化成機械能,就難免存在熱能損失。

這種熱能損失是多個方面的,一部分被冷卻氣缸的冷卻水帶走了,變成了滾燙的發動機冷卻系統。一部分在排氣的時候從排氣門出去,最後從排氣管出來,變成了滾燙的排氣系統。剩下的,才是有效的功,也就是發動機的真實熱效率。目前主流的發動機熱效率,國產車在37%~43%之間,合資車在39%~43%之間。離100%的熱效率差的有點遠。

發動機的熱效率能不能達到100%,達到之後意味著什麼?

而且,到了現在這個地步,技術已經研究的差不多了,再想辦法提高熱效率,其實已經很難了。就拿目前量產發動機最高的比亞迪來說,為了把熱效率堆到43%,可是下來一番狠功夫。

從理論來說,想要提高熱效率,可以從這幾個角度下手:提高壓縮比,讓汽油霧化的更加均勻;降低接觸表面之間的摩擦力,減少阻力;更智慧化的熱管理系統,幫助發動機降低熱損耗,提高效率;延長下壓行程,提高動力利用率等等。

以比亞迪的這款43%熱效率發動機來說,採用了15。5:1的超高壓縮比,使汽油燃燒的更徹底。使用了阿特金森迴圈,是膨脹比大於壓縮比,可以有效提高熱效率。採用了EGR廢氣再迴圈技術,將部分燃燒後拍出的氣體再次引起氣缸二次燃燒,減少了排氣損失,提高了熱效率。還取消了大部分的輪系,比如空調,採用電驅動,進一步減少了摩擦損失,提高了熱效率。

發動機的熱效率能不能達到100%,達到之後意味著什麼?

在這麼處心積慮的情況下,這款發動機的熱效率也只是到了43%,已經是國際領先水平,那100%熱效率的發動機,得有多難?

根據前人創立的理論體系,燃料在燃燒轉化為熱量並進一步轉化為動力的過程中,會有能量損失,因此任何發動機和動力裝置的熱效率數值都小於1。也就是說,只要發動機還像現在這樣子製造,那就永遠不可能達到100%的熱效率,因為會有損失。哪怕只是一點點損失,也只是99。999999%的熱效率,永遠達不到100%。

所以,若是發動機的熱效率達到了100%,那些大牛的板材板子估計壓不住了。像傳說中的永動機,說不定已經面世了。至於現在大力發展的新能源車,說不定這點星星之火,直接就被100%熱效率的發動機一瓢子給撲滅了。