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"L'efficacité thermique" est une question toujours débattue dans les véhicules à carburant. Si vous souhaitez des performances élevées, vous avez besoin d’un rendement élevé, et si vous souhaitez une faible consommation de carburant, vous avez également besoin d’un rendement élevé. Mais jusqu’où peut atteindre le rendement thermique d’un moteur à combustion interne ?
La norme la plus élevée pour les moteurs produits en série ne dépasse pas 45 %. À l'heure actuelle, le cycle NA Atkinson de 1,5 L de BYD a le niveau le plus élevé de 43,02 %. Les normes pour la plupart des moteurs se situent autour de 35 %. Le rendement thermique des moteurs diesel est compris entre 35 % et 45 %, ce qui n’est pas très élevé.
Existe-t-il un moyen d'augmenter considérablement le rendement thermique du moteur ? S’il peut être augmenté de moitié, voire doubler, par rapport au niveau actuel, à quoi ressemblera l’avenir des véhicules à carburant ?
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Le rendement thermique des moteurs à combustion interne ne peut pas être élevé, ce qui est un fait très impuissant ; les moteurs à très haut rendement thermique encore en laboratoire sont à un peu plus de 50 % et les matériaux qu'ils utilisent sont des « matériaux composites céramiques ». Ici, les soi-disant céramiques sont utilisées pour brûler. Le concept de la céramique pour la fabrication de bouteilles et de pots est différent. Il s'agit d'un matériau nanocomposite de haute qualité et le coût de fabrication est très élevé.
Et même le rendement thermique de ce moteur en céramique n'est que d'environ 50 %. Qu'est-ce qui limite le rendement thermique des moteurs à combustion interne ? ! Reportez-vous à l'image ci-dessous.
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Pertes d'admission et d'échappement, pertes d'usure, pertes de refroidissement et pertes d'adéquation de la combustion, la plus exagérée de ces pertes est la « perte de refroidissement » ; les moteurs à combustion interne ou moteurs à combustion externe sont des « moteurs thermiques » qui dépendent de l'énergie thermique générée par la combustion du carburant. , puis converti en énergie mécanique, c'est-à-dire en puissance, grâce à une structure mécanique complexe.
La deuxième loi de la thermodynamique stipule que l’énergie thermique sera transférée des objets à haute température aux objets à basse température. La température de la flamme lors de la combustion du carburant est très élevée. L'essence peut atteindre 1 200 degrés et le diesel peut atteindre 1 800 degrés. On peut voir à quel point l’énergie thermique générée est exagérée ; et la température du corps du moteur est bien inférieure à la température de la flamme, mais le matériau du moteur a également une limite. S'il dépasse le seuil, il fondra. Par conséquent, le matériau absorbera une grande quantité d’énergie thermique, mais il ne peut pas seulement absorber de l’énergie thermique, un système de refroidissement est donc nécessaire.
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Le système de refroidissement est divisé en deux parties. L’un est le ventilateur électronique externe et le flux d’air qui absorbent l’énergie thermique du corps de l’extérieur pour le refroidir. L’autre est le liquide de refroidissement antigel interne qui absorbe l’énergie thermique générée par la combustion et la refroidit de l’intérieur. C'est la seule façon d'éviter que les matériaux du moteur ne fondent. Dommages, mais cela perdra (absorbera) également une grande quantité d'énergie thermique, et la partie pouvant être convertie en énergie sera considérablement réduite.
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Ainsi, si vous souhaitez améliorer l’efficacité thermique du moteur, l’essentiel est de réduire les pertes de refroidissement. La manière de la réduire consiste à augmenter la limite de résistance thermique du matériau du moteur. À l’heure actuelle, il semble que les matériaux de haute qualité pouvant être sélectionnés soient extrêmement limités. Des matériaux composites nanocéramiques peuvent être envisagés, mais avec ce matériau, le coût de construction d'un moteur serait ridicule.
En conséquence, le moteur à combustion interne est entré dans un cycle infini. Le coût de fabrication des moteurs à combustion interne à haut rendement est extrêmement élevé et il n’y a aucune possibilité de vulgarisation. L'efficacité thermique des moteurs à combustion interne fabriqués à partir de matériaux ordinaires ne peut pas être élevée et les limites de puissance et de consommation de carburant sont très faibles.
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Il n’est pas réaliste d’espérer améliorer l’efficacité thermique des moteurs à combustion interne sans une percée dans la science des matériaux, mais il n’y aura pas de percée. Par conséquent, nous ne pouvons utiliser d’autres technologies pour créer des moteurs à haut rendement que dans le cadre des matériaux existants. La direction pour atteindre un rendement élevé est de « ne pas brûler d’huile » !
Comme les moteurs électriques.
L'entrée de courant électrique dans l'enroulement du moteur à travers la batterie de puissance forme un champ électromagnétique, qui peut entraîner le rotor en « repoussant mutuellement » les pôles magnétiques de l'aimant permanent ou les pôles magnétiques d'un autre ensemble de bobines ; la structure peut être très simple, mais le point clé est le principe de conversion de l'énergie mécanique. Champ magnétique au lieu d'énergie thermique, le problème des pertes de refroidissement est résolu. La structure électronique est très simple et la perte de résistance mécanique est également extrêmement faible.
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Par conséquent, la limite « d'efficacité thermique » du moteur peut être très exagérée, et le moteur synchrone à aimant permanent de très haute qualité peut atteindre 97,5 % ! C’est une hauteur hors de portée des moteurs à combustion interne. Les moteurs AC asynchrones présentent de faibles pertes dans la plage de vitesse élevée. Si les similitudes et les différences sont utilisées ensemble, l’efficacité du système d’entraînement électrique sera tout à fait idéale.
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Des moteurs à haut rendement, hautes performances et à faible consommation d’énergie peuvent être construits à partir de matériaux ordinaires. Il semble qu’il n’y ait plus aucune raison de s’intéresser à l’étude des moteurs à combustion interne ; ce qu’il faut maintenant résoudre, c’est le coût de fabrication des batteries électriques. Tant que des batteries haute densité et à faible coût peuvent être créées, les batteries électriques et les véhicules électriques peuvent remplacer directement les véhicules à carburant ;
Avant cela, il suffisait d'utiliser la technologie hybride rechargeable et la technologie à autonomie étendue pour permettre au moteur à combustion interne de jouer le rôle de « générateur » dans le véhicule. La machine fonctionnerait à basse vitesse et convertirait une petite quantité d’énergie électrique pour répondre aux exigences normales de conduite du moteur à haut rendement. Pour les voitures, ce mode équivaut à faire en sorte que l'efficacité thermique du système d'entraînement atteigne des normes extrêmement élevées, de sorte qu'il n'y a plus lieu de s'inquiéter du moteur à combustion interne.
