題:
為何內燃機中不使用電加熱形式
DeusIIXII
2017-02-07 18:40:46 UTC
view on stackexchange narkive permalink

由於內燃機(ICE)的全部工作都是將熱量轉化為機械能,所以電加熱方法為何不普及?我知道一定有原因。我不是在談論電動汽車或其他任何東西,而是要用電加熱和工作。

當然可以了。在越來越多的汽車中,電加熱座椅正變得越來越普遍。甚至我的'76 Triump也有座椅供暖系統,我相信這是標準選擇,那時它甚至不是真正昂貴的汽車。
活塞發動機將化學爆炸轉化為旋轉,熱量很大程度上是不需要的副產物。與電動馬達(a-la Tesla / Prius等)相比,將電熱轉換為運動的效率較低。
該問題的前提是否正確,還是對該問題的編輯導致對OP的意圖的誤解? ICE的工作不是將熱量轉化為機械能。 OP可能在問為什麼整體上沒有在更多的發動機中使用電加熱(錯誤地將其稱為ICE),並且不一定專門指內燃。這將導致問題的答案完全不同。
看到這就是為什麼我很困惑。在我的研究中,我經常聽到內燃機是將熱量轉化為運動的熱力發動機。現在你的說法不是。可能這些東西令人困惑。
@DeusIIXII Keeta是錯誤的,它們是熱機。
@immibis ICE無疑是熱機,但總體工作是將化學能轉化為機械能(通過熱量)。
Deus,我認為您真的對ICE的工作方式感到困惑。 John U的評論是我對您的問題的唯一合理答案。從技術上講,對於汽油發動機,電加熱非常流行-火花塞圓弧周圍產生的極高熱量用於點燃爆炸性燃料混合物和世界上每一個汽油發動機都使用電加熱。但是,將活塞向下推動的熾熱,膨脹,爆炸的氣體是化學反應的副產品,而不是電子反應的副產品。僅使用大火花就無法輕鬆實現相同的無汽油版本
有一些相反的裝置,它們從冷卻系統和廢氣中收集熱量並發電。它們被稱為“熱電偶”,可以用來對電池進行trick流充電,以最小化交流發電機的尺寸/重量,或者將來完全取消交流發電機。
評論不作進一步討論;此對話已[移至聊天](http://chat.stackexchange.com/rooms/53340/discussion-on-question-by-deusiixii-why-arent-electric-forms-of-heating-used-in) 。
這是可能的並且已經完成:https://en.wikipedia.org/wiki/Electric-steam_locomotive
使用發動機轉動交流發電機,而交流發電機又用來在發動機中產生熱量,從而使發動機轉動,後者用來轉動交流發電機,發電機產生的電能將由發動機使用,該發電機用來轉動交流發電機...此時,由於熱量和摩擦的損失,您失去了所有有用的勢能。
八 答案:
raydowe
2017-02-07 19:16:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

因為效率不高。

內燃機的主要優點是其燃料(汽油,柴油)的能量密度非常好。您可以在相對較小的輕型坦克上走很長一段路。它們的缺點是效率不是很高。燃料中的大部分能量都因摩擦和熱量而損失,實際上只有一小部分(<35%)轉變為機械運動。他們使用的燃料(電池)在能量存儲方面遠不及汽油或柴油那麼輕巧,但是電動機可以將90%以上的能量轉化為機械運動。

使用電力加熱空氣並根據壓力變化運行發動機將結合這兩個系統的最壞方面。

這是關鍵。是的,您可以使用電力加熱活塞中的空氣以推動汽車前進。但是,與使用相同的電力直接為電動機供電相比,其效率將大大降低。內燃發動機的優勢在於它們可以以汽油的形式存儲動力,這不方便進行有用的工作(我們能做的最好的就是這些發動機之一,效率為30-35%),但是*非常*在能量密度方面很方便。如果您已經有電,這是一種方便的能源,那麼不妨直接使用它。
@CortAmmon即使您使用汽油驅動電動汽車,到目前為止,我們目前最合理的方法是使ICE以理想的RPM驅動(與傳統的發動機/變速箱系統相比,它可以為您提供更高的效率),從而產生電能。驅動電動引擎。即使這樣,也很難擊敗第二台發動機和電池所需的額外重量(和成本)。
juhist
2017-02-07 20:27:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

儘管其他答案可以很好地解決與能量損失有關的問題,但還有其他需要考慮的問題。

您打算如何在一個小功率的小圓筒中加熱幾千瓦的空氣?這是必需的,因為典型的四缸汽車發動機會產生100千瓦的功率,而在最佳情況下,效率可能約為33%(假設此處為非阿特金森循環發動機)。因此,您需要300千瓦的電加熱,其中一個氣缸的份額為75千瓦。

更糟糕的是,您需要在特定時間(壓縮衝程和膨脹衝程之間)加熱空氣。為了獲得最佳效率,加熱應該在這兩個衝程之間的瞬間進行,但是現在讓我們假設整個膨脹衝程都可以用來加熱空氣。四個衝程之一意味著瞬時功率需要是75千瓦或300千瓦乘以4(衝程數)。每個氣缸!

您看到過300千瓦的電加熱元件嗎?如果有的話,您可能會意識到無法將這種加熱元件放入2升發動機的86毫米行程x 86毫米缸徑氣缸內。實際上,它需要安裝在更小的空間中,因為如果壓縮比為10,則垂直方向上只有大約8.6mm。

即使我在寒冷的芬蘭語期間使用的1900W電室內加熱器冬天要比86毫米x 8.6毫米大得多。而且只有1.9千瓦,遠遠少於300千瓦。

請注意,無法在外部設置加熱器,即在空氣進入發動機之前對其進行加熱。在這種情況下,空氣的壓力也會在壓縮衝程中上升,從而抵消了膨脹衝程的壓力上升。您確實需要壓縮衝程中的空氣是冷的,而膨脹衝程中的空氣是熱的。因此加熱元件確實必須在發動機內部。

儘管這也是一個問題,但它遠不如基本效率問題重要。如果您稍微調整一下數字,這實際上是可行的–考慮一下> 50 kW的連續流熱水器非常適合汽車引擎部門。現在,加熱水的效果總是比加熱空氣更好,但是將壓縮空氣加熱到很高的溫度所產生的功率密度要比將大氣壓空氣加熱到僅安全的家庭溫度要高得多,因此與室內加熱器相比沒有意義。
“您打算如何在一個小千瓦的小圓筒中加熱空氣?”我不知道,但我會先在車後部放一個汽油發電機! :-D
@DavidRicherby我寧願先將汽油注入汽缸並用火花點火。但是實際上,如果我們僅談論電力,那麼您有一個正確的觀點:電池無法匹敵汽油的能量密度。
正如您提到的,(均勻地)加熱四分之一的衝程非常慷慨;實際上,每個氣缸的峰值加熱速率可能在1-10兆瓦的範圍內。
Crowley
2017-02-07 23:17:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

tl; dr
內燃機不能將所有熱量轉化為機械功。如果有熱源,為什麼不使用它進行加熱?


所有熱循環,例如卡諾循環(最理想,最有效),奧托循環(理想的汽油發動機),柴油循環(理想的柴油發動機),克勞修斯-朗肯循環(理想的蒸汽輪機)會散發一部分熱量根據定義。真正的發動機將更少的能量轉化為機械功,而將更多的能量轉化為熱量。

一部分機械能被交流發電機消耗,為電池充電,為火花塞,ECU和其他系統供電。其餘的用於實際運動。

如果僅使用電子加熱器,我們將排走發動機的所有熱量,並利用部分機械功來加熱汽車。這是雙重浪費。如果使用空氣加熱,我們會浪費部分引擎的能源。

例如,比較斯柯達 Fabia 1.2 HTP (謹記,請盡快出售),帶有立體聲,交流電和座椅加熱器。當所有系統都打開時,功耗會大大增加,而加速度會大大惡化-所有這些都是因為更多的動力分配給了交流發電機,而不是車輪。嘗試超車時,通常會採用關閉AC的策略。

使用電子獨立的加熱裝置和座椅電子加熱器作為選裝件,以提高舒適性。不管環境溫度如何,加熱它們的時間都不到一分鐘,而相對於環境溫度而言,對發動機進行加熱要花費幾分鐘到數十分鐘。

注意,如果您的發動機是如果過熱,建議完全打開加熱裝置-它將部分熱量從發生故障/散熱器超負荷轉移到機艙。

實際上,從理論上講,您可以使用效率> 100%的熱泵來代替電阻加熱。熱泵的效率> 100%乘以內燃機的<100%效率,這意味著總效率可以任意接近100%。但是,實際上,熱泵比電阻加熱更加荒謬。正如我在回答中指出的那樣,加熱元件必須很大。熱泵?更大。
@juhist熱泵需要機械動力才能將熱量從較冷的加熱器輸送到較冷的加熱器。這就是為什麼冰箱和空調配有壓縮機的原因。為什麼要使用熱泵將能量從> 100°C發動機傳遞到<30°C機艙?珀耳帖細胞類似。壓縮機由交流發電機代替,氣體介質由電荷代替。
@juhist您從其他POW處理問題。您將討論工作氣體的電加熱-用電代替汽油。 :)
啊,是的,的確如此。我沒有足夠仔細地閱讀您的答案。
-1
@juhist熱泵效率不超過100%。您正在考慮性能係數(COP),它可能是3或4的因數。放100瓦特,您可以300或400瓦特的速度移動熱量。看起來太過分了!但不是。現實是,僅僅移動熱量不會產生任何新能量。第二,熱泵的輸出溫度與環境溫度不會有很大差異。這大大減少了您可以從輸出中回收的能量(請參閱“卡諾效率”)。
Michael Lay
2017-02-08 02:26:46 UTC
view on stackexchange narkive permalink

ICE的目的是將化學能轉化為運動。它通過點燃燃料而不是本身產生熱量,而是引起氣缸內顆粒的快速膨脹,進而產生壓力,從而在活塞上施加力來實現。熱量是該膨脹中起作用的許多因素之一。然而,許多其他因素在涉及燃燒的化學反應中起作用。這些不能通過簡單地用電熱快速加熱空氣來模擬。事實證明,將化學能轉化為熱能,也更容易有效地將電轉化為熱能。

化學能用於釋放熱量。如果我正確理解氣體定律,粒子就會通過改變溫度而膨脹。
@DeusIIXII,我明白你的意思。在進一步的研究中,所涉及的氣體膨脹似乎比我想像的要復雜,並且有幾個因素起作用,最大的因素是(我認為)溫度升高導致壓力升高。
我和你在一起。當時我也認為它更複雜。我知道這將是一個巨大的話題,但伙計。大聲笑。
@Michael-請相應地編輯答案。有了它,您的答案是不正確的。
@DeusIIXII術語也很快變得棘手。在許多情況下,當您談論熱量時,您實際上是在談論“浪費”熱量-無法用於工作的部分。但這在處理熱力發動機時並不是真正合適的,熱力發動機的唯一目的是從熱差中提取盡可能多的功:)但是請注意,正是這種“擠壓”給您帶來了相當低的效率,而不是汽油燃燒。為什麼要使用電熱機(效率約30%)而不是電*電機*(效率約90%)?電動機又輕又便宜:)
Anonymous Coward
2017-02-08 03:37:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

但是我們確實使用電氣系統在內燃機中產生熱量。他們被稱為整體加熱器。

正如大多數評論和帖子所指出的那樣,不是熱量轉化為機械能,而是經過活塞燃燒的燃料(燃燒)產生的力。熱量大部分是浪費的能量,被冷卻劑吸收並轉移出去。

但是,在極端溫度下,油變得更加粘稠,需要更多的能量才能移動。嘗試低溫運行時,這可能會導致發動機損壞,或者根本無法運行系統。缸體加熱器的設計可使發動機的某些部分保持在接近理想運行溫度的位置,以使其易於啟動。 ,我們確實會在關閉時使用它來保暖。

我不確定您對塊式加熱器的引用如何回答OP的問題?
大塊加熱器不是用來給車輪供電的,而是一個內務處理系統。
Steve Matthews
2017-02-07 20:12:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

我不知道您所說的加熱和工作是什麼意思,但是您所指的是86年前的藍旗亞三角洲特色電動艙加熱系統?

如果您要加熱空氣引入引擎後,這是一個壞主意,因為冷空氣具有最高的密度,因此可燃燒的氧氣最多。

關於第二段:這就是為什麼渦輪增壓發動機在渦輪和進氣之間使用中間冷卻器的原因。
Solar Mike
2017-02-07 20:14:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

第一個問題-您從哪裡獲得電力?我們使用的電力來自其他來源的水電,地熱等,再加上轉換損失,這意味著使用其他直接可用的煤等燃料提供熱量是有效的。現在,隨著全球變暖,我們正在轉向可再生能源...

不。即使存在轉換損失,電功率也比ICE更有效。阻礙電動汽車普及的問題是電池容量/續航能力不足。
phunctor
2017-02-09 05:50:22 UTC
view on stackexchange narkive permalink

熱量 是能量的一種形式,但與電相比,它卻是懶惰的。很難從中完成工作。因此,如果您有電,最好將其以99%的效率在電動機中使用,而不是使用它加熱某些東西,然後在真正好的一天以30%的效率從熱源中提取功。

我什至沒有提到玻爾茲曼常數!



該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
Loading...