如果汽車發動機的熱效率達到100%,這意味著什麼?

夢醒時分-月兒moon


熱機的能量轉化效率達到100%,這意味存在科學幻想的童鞋又多一枚。

任何物質產生熱能以100%的轉化率被機器利用轉化為動能,這一理論符合能量守恆定律,因為宇宙中的所有能量本就是以一種形態轉化為另一種或多種形態,在轉化前與後的能量總量不會丟失也不會消弭;但是這一理論違反了熱力學第二定律,因為其忽視了能量轉化過程中的熵增原理,可理解為熱能轉化為其他能量時會從有序的轉化變成無需的轉化,無序變化總會將熱能轉化為非有效功。

熱力學第二定律說明了宇宙中所有涉及熱轉化現象的宏觀過程都符合熵的現象,不論是燃料燃燒產生的熱能還是摩擦產生的熱量,在轉化過程中都會引起其他形態的能量轉化;參考這一定律得出的結論為:內燃式熱機是不可能做到100%熱能與內能的轉化。

以汽油機為例其最佳運行溫度理論值能達到平均40%就是高水準,而在冷啟動階段熱效率會低到離譜。

燃料燃燒的本質是烴類能量物質與氧氣產生的高溫化學反應,反應過程中符合熱力學第二定律,為分子無規則的劇烈運動,在這一狀態下能量為熱能;而分子劇烈運動推動活塞連桿曲軸運轉產生的轉矩,這一力道可理解為有效功,所謂的發動機有200或400N·m的扭矩指的正是有效功的量化,這一力矩的比例與燃燒產生的總能量比例為熱效率,高水準的汽油動力內燃式熱機也就是40%左右。

而在發動機冷啟動時熱效率要低的多,因為燃燒產生的熱能自發的以有序到無序的狀態傳遞至低溫物體,但反向從低溫物體傳遞至高溫物體則無法實現;那麼冷啟動時發動機的溫度與環境溫度相同,低溫的金屬則要不斷的吸收熱能進行升溫,直到聚積的熱能達到材料的相對飽和狀態後才能吸收熱能,這一部分熱能才能夠以分子不規則運動狀態通過熱機的結構原理轉化為動能。

發動機的溫度無法恆定在理想的高溫範圍內,所以僅僅一個“冷啟動”問題就算否定了100%熱效率;其次達到缸體的理想溫度後,發動機的運行步驟為【進氣、壓縮、爆燃、排氣】,從自然界吸入的空氣溫度是很低的,低溫空氣在高壓下以湍流狀態吸入或被壓縮至氣缸,這一瞬間對缸體的溫度是絕對會有影響的,這一影響也就造成了熱能的二次轉化;再次空氣中的氮氣會吸收熱量,而氮氣在空氣中的比例約為78%,熱能被氮氣怎麼解決?

所以熱效率能達到100%的熱機以現有的文明等級是不會出現的,利用電流形成電磁場、利用電磁場轉化動能的電動機,其效率也僅僅為90%以上,理論上沒有一種機器可以實現100%的能量轉換,至少在能量守恆定律和熱力學第二定律沒有被推翻之前。




天和Auto


熱效率100%意味著什麼?答案很簡單,發動機的空氣能和燃油燃燒的熱能全部轉化為發動機的扭矩輸出,理想科幻大片。給大家普及一下發動機常見的變化。

不需要冷卻和潤滑系統,也沒有排氣系統,因為燃燒過程沒有熱量外洩,全部轉化為機械能。活塞和缸壁也是0摩擦,只起傳遞力的作用,整機工作溫和無噪聲,遠優於電機。



扭矩完全根據噴油量來確定,功率幾乎是一條線不會掉頭。假設全速全負荷每個轉速噴油量一樣,那麼最終的功率扭矩曲線圖如下。


提升燃油熱效率的方法有很多。現在燃油熱效率最高的車已經不是豐田的凱美瑞了,二是馬自達的skyactiv-X,熱效率達到了48%,油耗在任意工況路段都比原來的sktactiv-G降低了10%以上,可惜在全球電動的趨勢下,馬自達也沒有繼續研究燃油車的意願。


深藍月華


我們以本田的1.5T為例,本田這發動機194馬力,38的熱效率,如果變成100熱效率,則這臺發動機將輸出510匹的動力。按現在的情況來看,0.75-1l的發動機的動力輸出足以匹配豪車,一般家用車的排量在0.3-0.5l就差不多了。也就是說世面上買的都是0.5升的雅閣凱美瑞帕薩特等,0.8升的寶馬5 奧迪a6等,1升的寶馬7奧迪a8奔馳s。


用戶4021344991592


這是超越地球人科技水平的,非要討論就幻想一下吧。

真到了100%,首先是發動機可以減小排量,排氣量3.0L發動機動力的車,只要現在1.0L發動機就能做到。其次,和發動機匹配的一系列動力系統,都可以優化減小。

動力系統優化後,整車的重量下降,發動機艙需要的空間減小,給予汽車設計更大的自由。

再有就是省油了唄


用戶73242136994


“發動機熱效率”眾所周知,發動機是靠燃油的燃燒做功的,通過燃燒產生的熱能來推動汽車運動,是一個由熱能轉換為機械能的過程。但是由於燃油不可能100%的完全燃燒乾淨,發動機還有進排氣的損耗、機械的阻力等等,因此只有一部分熱能可以轉化為最終的機械能,我們稱這部分能夠轉化為機械能的熱能為有效利用熱能,所謂熱效率就是有效利用熱能與燃料燃燒熱能的比值。目前船用內燃機的熱效率在45%左右,大部分汽車發動機的熱效率在35%左右,也就是說燃油所產生的熱能只有三分之一可以轉換為機械能。

除了發動機熱效率外,汽車各系統同樣會有效率損耗。換句話說,即使一輛車的發動機熱效率很高,但若其它方面控制不到位,那麼多出來的發動機熱效率同樣會被損耗掉。另外,所謂發動機熱效率最高達到多少多少,其最高是有條件的,就好像最大功率一樣,需要發動機轉速達到一定條件才行,發動機在日常使用過程中能否達到最高熱效率的條件很難說,即使達到了也有可能是一觸即過,因此在面對一些廠家宣傳自己發動機熱效率多高時,可以感嘆其發動機技術的研發實力,但也要清楚這在日常的用車環境中並不會帶來太大影響,不要被髮動機熱效率洗腦。(Bee)


鹿人甲說車


意味著,熱能直接轉化成電能的技術成熟了。

意味著沒有廢氣熱量排放。或者在排放的過程中熱量被全部吸收並轉化成電能。

熱能轉化成機械能,雖然是一步到位,但是能量效率一直在百分之四十左右,很難提升,不如改個路線,先把熱能轉化成電能,再把電能轉化成機械能。

如果真的實現,意味著汽車可以實現不燒油也能走路了,空氣中本來就有足夠的熱能,既然發動機能把汽油燃燒的熱能全部轉化成動能,那說明已經有非常高效的熱能吸收裝置,或者說熱能儲存裝置。能夠把所有產生的熱能全部吸收並儲存,既然能吸收內部產生的,那外部空氣中的熱能,應該也能吸收,而且吸收的效率如此高,即使沒有汽油,光是吸收空氣中的熱能和太陽的熱能,也足夠它開起來了。


神龍大師


意味著以前我們學的所有科學技術全部推翻


請叫我紅魔


意味著永動機就要出現了!!


用戶5895734594405


意味著喝高了。


河馬行空1


首先你沒有暖風可用


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