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燃料自動車において常に議論されるのが「熱効率」です。 高性能を求めるなら高効率が必要ですし、低燃費を求めるなら高効率も必要です。 しかし、内燃機関の熱効率はどの程度の基準に達することができるのでしょうか?
量産エンジンの最高基準は 45% を超えません。 現時点では、BYDの1.5L NAアトキンソンサイクルが43.02％という最高水準となっている。 ほとんどのエンジンの基準は約 35% です。 ディーゼルエンジンの熱効率は35％～45％程度とそれほど高くありません。
エンジンの熱効率を大幅に高める方法はあるのでしょうか？ 現在の半分、さらには2倍にまで引き上げることができれば、燃料自動車の将来はどうなるでしょうか？
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内燃機関の熱効率は高くはありませんが、これは非常にどうしようもない事実です。 実験室に眠っている超高熱効率エンジンは50％強で、その材料は「セラミック複合材料」だ。 ここでいう陶磁器とは、焼くために使用されるもので、瓶や瓶を作るための陶磁器とは概念が異なります。 これは高水準のナノコンポジット材料であり、製造コストが非常に高い。
そして、このセラミックエンジンの熱効率さえも約50％にすぎません。 内燃エンジンの熱効率を制限するものは何ですか? ！ 下の写真を参照してください。
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吸気および排気損失、摩耗損失、冷却損失、および燃焼適正損失。これらの損失のうち最も誇張されているのは「冷却損失」です。 いわゆる内燃機関または外燃機関は、燃料の燃焼によって生成される熱エネルギーに依存する「熱機関」です。 、そして複雑な機械構造を通じて機械エネルギー、つまり動力に変換されます。
熱力学の第 2 法則は、熱エネルギーが高温の物体から低温の物体に伝達されると述べています。 燃料の燃焼時の火炎温度は非常に高くなります。 ガソリンは 1200 度、ディーゼルは 1800 度に達することがあります。 発生する熱エネルギーがいかに誇張されているかがわかります。 エンジン本体の温度は火炎温度よりはるかに低いですが、エンジンの材質にも限界があります。 閾値を超えると溶けてしまいます。 したがって、材料は多量の熱エネルギーを吸収することになりますが、熱エネルギーを吸収するだけではだめなので、冷却システムが必要になります。
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冷却システムは 2 つの部分に分かれています。 1つは外部の電子ファンと気流で、外部から体の熱エネルギーを吸収して冷却します。 もう1つは、燃焼によって発生する熱エネルギーを吸収し、内部から冷却する内部の不凍液冷却剤です。 この方法によってのみ、エンジン材料の溶解を防ぐことができます。 ダメージはありますが、これによっても多量の熱エネルギーが失われ（吸収され）、電力に変換できる部分が大幅に減少します。
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したがって、エンジンの熱効率を向上させるには、冷却損失を減らすことが重要です。 これを低減するには、エンジン材料の耐熱限界を高めることが考えられます。 現状では選択できる高規格素材は非常に限られているようです。 ナノセラミック複合材料も考えられますが、この材料ではエンジンを作るのに莫大な費用がかかります。
その結果、内燃機関は無限サイクルに入ってしまいます。 高効率内燃機関は製造コストが非常に高く、普及の可能性がありません。 通常の材料で作られた内燃機関は熱効率が高くなく、出力や燃料消費量の限界が非常に低い。
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材料科学のブレークスルーがない限り、内燃機関の熱効率の向上を期待するのは非現実的ですが、ブレークスルーはありません。 したがって、既存の材料の範囲内で、他の技術を使用して高効率のエンジンを作成するしかありません。 高効率を実現する方向性は「油を燃やさない」こと！
電気モーターなど。
パワーバッテリーパックを介してモーター巻線に入力される電流は電磁界を形成し、永久磁石の磁極または別のコイルのセットの磁極を「相互に反発」させることでローターを駆動できます。 構造は非常にシンプルですが、重要なのは力学的エネルギーを変換する原理です。 熱エネルギーの代わりに磁場を利用することで、冷却損失の問題が解決されます。 電子構造は非常にシンプルであり、機械抵抗損失も極めて低いです。
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したがって、モーターの「熱効率」の限界は非常に誇張される可能性があり、超高規格の永久磁石同期モーターは 97.5% に達する可能性があります。 これは内燃機関では到達できない高さです。 非同期 AC モーターは、高速範囲での損失が低くなります。 類似点と相違点を組み合わせて使用すると、電気駆動システムの効率は非常に理想的になります。
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高効率、高性能、低エネルギー消費のエンジンを一般的な材料で構築できます。 もう内燃機関をわざわざ研究する理由はないようです。 今打破しなければならないのは動力電池の製造コストだ。 高密度かつ低コストのバッテリーが作成できる限り、パワーバッテリーと電気自動車は燃料自動車を直接置き換えることができます。
これまでは、内燃エンジンが車両内で「発電機」の役割を果たすには、プラグイン ハイブリッド技術と航続距離延長技術を使用するだけで済みました。 機械は低速で動作し、高効率モーターの通常の駆動要件を満たすために少量の電気エネルギーを変換します。 クルマにとってこのモードは駆動系の熱効率を極めて高い水準にすることに相当し、内燃機関を心配する必要はもうありません。
