Ortam sıcaklığı motor verimliliğini ve yakıt tüketimini nasıl etkiler?


13

Fizik sınıfımdan, ısı kaynağı ile termostat ("ısı alıcı") arasındaki sıcaklık farkı daha büyükse ( http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/ ) ideal gaz Carnot motorunun daha verimli olduğunu hatırlıyorum. hbase / thermo / carnot.html ).

Ve her zaman bunun gerçek hayattaki motorlar için geçerli olabileceğini düşündüm, bu yüzden itiraf etmeliyim ki, kış aylarında daha düşük yakıt tüketimi bekledim. Ne yazık ki, bir kış donunun para tasarrufu gücünü henüz yaşamadım.

Ama belki de ölçümlerim hatalıydı ve aşırı ısı daha kolay yayılırsa yanmalı motorlar gerçekten daha verimli?

Not: Soğuk bir motorun daha viskoz / kalın yağ anlamına geldiğini biliyorum. Bu yüzden motorumu çalıştırdıktan hemen sonra önemli bir verimlilik kaybı (güç) fark ettim. Ancak, motor sıcak ve hazır olduğunda, sabit bir durumla daha fazla ilgileniyorum.


2
Kış yakıt tüketiminizin bir komplikasyonu, benzin istasyonlarında satılan yakıt karışımının kışın farklı olmasıdır. Kış karışım gazı daha uçucudur ve aracı çalıştırır. Aynı zamanda daha az enerji yoğun olduğundan, tank başına daha az mil sürüyorsunuz. Daha fazla bilgiyi
James Palmer

Harika bir soru. Ne zaman taze özledim üzgün. @Paulster olsa çivilenmiş gibi görünüyor. :-)
DucatiKiller

Yanıtlar:


10

tl; dr: Ortam havası sıcaklığı genellikle motor verimliliğine veya yakıt tüketimine müdahale etmemeli, ancak toplam güç çıkışını etkileyecektir.

Verimliliği güç çıkışı ile karıştırmayın . Bunlar iki ayrı şey. Giriş şarjınız daha yoğun olduğunda, ona daha fazla yakıt atabilir ve daha fazla güç yaratabilirsiniz . ( NOT: Motor yönetim sistemi fikri, genel bir 14.6: 1 hava-yakıt oranını korumaktır(kısaca stokiyometrik veya "stoacı" olarak da adlandırılır). Bu, daha sonra fazladan oksijen bırakılmadan tüm yakıtın yakıldığı "mükemmel" hava ve yakıt karışımıdır. Ne yazık ki, stoacı karışım genellikle elde edilmez. Bu, her ikisi de yanma işlemi sırasında oluşan ısı miktarı ile ilgili olan iki problemden kaynaklanır. İlk olarak, sıcak yanma patlamaya neden olabilir. İkincisi, yaklaşık 1700 ° C'lik bir yanma sıcaklığının üzerinde, motora getirilen havadaki azot (oksijen ile birlikte - hava -% 78 azot ve ~% 20 oksijen içerir) ve yanar. Bu NO2 veya Azot Dioksit oluşturur. Bu büyük bir hava kirleticisidir ve Kaliforniya'daki 70'lerde konuşulan asit yağmurunun başlıca nedeniydi. Nefes almamız da çok kötü - aslında toksik.)

Bunun çevirme tarafı, motorlar bağlamında aynı miktarda yakıttan daha fazla kullanılabilir güç elde etmek anlamına gelen verimliliktir . Son birkaç on yılda motor verimliliğine doğru büyük adımlar atıldı. Bunu başarma yollarından biri turbo şarj etmektir. Basit bir ifadeyle, turbo şarj, egzoz işleminde başka şekilde atılan ısı enerjisini kullanmanın bir yoludur. Turbo, egzoz gazlarından oluşturulan basıncı kullanarak hava yükünü artırabilir, bu da bilgisayarın giriş şarjına daha fazla yakıt atmasını ve böylece daha fazla güç üretmesini sağlar. Bu çok büyük bir “diğer” tartışmaya yol açabilir, bu yüzden burada bırakacağım. Söylemeye gerek yok, güç bu yöntemle normal aspirasyondan daha verimli hale getirilir ve böylece motor daha az yakıtla daha fazla güç üretebilir.

Motor verimliliğini artırmanın bir başka yolu, motorun sıkıştırma oranını ( CR ) arttırmaktır . CR için genel bir kural, eklenen CR'nin her noktası için güç çıkışınızın yaklaşık% 3 artacağıdır. Daha fazla yakıt eklemeden güç çıkışını arttırıyorsanız, bu daha fazla verimlilik demektir.

Motora giren daha soğuk bir hava yükü daha yoğun olacak ve daha sıcak olan karşıtından daha fazla oksijen içerecektir. Daha fazla güç oluşturmak için hala daha fazla yakıt kullanıyorsunuz, bu nedenle ek bir verimlilik avantajı yok.

Soğuk bir çalıştırma eklememenizi önermekle birlikte, bu dönemde daha iyi yakıt tüketimi görmemenizin bir nedeni vardır. Bunun nedeni, bilgisayarın daha fazla motor kararlılığı sağlamak için karışıma daha fazla yakıt atmasıdır (sorunsuz bir şekilde çalışmasına yardımcı olun - bir karbür motorda bir bobin gibi) ve katalitik konvertörün daha hızlı ısınmasına yardımcı olmak ve en yüksek verime ulaşmasına yardımcı olmaktır. Daha hızlı.

Aslında, yanmalı motorlar ısıyı yaymak yerine kullanabilirlerse biraz daha verimli olabilirler . Yayılan ısının enerji kaybolduğunu unutmayın . Isıyı daha fazla güç üretmek veya aynı gücü daha verimli bir şekilde oluşturmak için kullanabilirseniz, hep birlikte daha iyisinizdir.

Bahsettiğim, Yunick'in 80'li yılların başında hakim olduğu Henry "Smokey" adında bir adam. Ralph GM'de çalışırken 50'li yılların başlarında Ralph Johnson'ın ortaya koyduğu bir fikir üzerinde çalıştı. Havanın 400 ° C'ye kadar ısıtıldığı ve homojenleştirildiği bir sıcak hava motoru fikri(çok iyi harmanlanmıştır) patlamasının olmayacağı bir noktaya kadar. Makaleyi okuyabilirsiniz, ancak bugün araçlarda bulunmamasının nedeni iki kattır. İlk olarak, bunu bir cıvata bağlantılı kit haline getirmeye çalıştılar, ancak bunu yapamadılar çünkü pistonlar ve halkalar için yükseltilmiş parçalar gerektiriyordu, bu da aslında bir "cıvata bağlantılı" kit değil. hedefledikleri fiyatlardan çok daha pahalı. İkincisi, Smokey maalesef bir süre önce öldü. Çok fazla sırrı, ayrıntılarını kafasında tutarken onunla birlikte öldü. Bu gerçekten üzücü, çünkü gerçekten harika bir iş yaptı ve onunla birlikte ölen devrimci icatlar ve fikirler vardı.

Sıcak hava motoru, soğuk hava indüksiyonu ve sorunuz hakkında ortak düşünme karşısında uçar. Ortak bilgelik, motora giren hava ne kadar soğuk olursa, çıktı o kadar iyi olur. Ve bu (bugün düşündüğümüz) normal motorlarla (Smokey'in sıcak hava motoru bir aykırı değer) temelde doğrudur.


1
Sıcak hava motoru en iyi ihtimalle aldatmaca gibi görünüyor.
FarO

Bu arada, sıkıştırma oranını sadece bu kadar artırarak (kendi kendine yanmayı göz ardı ederek) gelişmiş verimlilik elde edebilirsiniz: belirli bir noktada sıkıştırmak için kullandığınız enerji o kadar artar, artan verimlilik ile geri ödenmez.
FarO

@OlafM - İlk düzenin saf mekanik dehası olan Smokey Yunick'i araştırmanız gerekiyor. Başarılarına bakın ve geri dönün ve bana bir "aldatmaca" motoru ürettiğini kanıtlayın. Fikrin "ortak bilgelik" karşısında uçması, bir aldatmaca ürettiği anlamına gelmez. Nikola Tesla'nın çizgisindeydi, ama mekanik bir bakış açısıyla ... Bence bilgeliğinin büyük bir kısmı ne yazık ki her iki durumda da dünya için üzücü bir kayıp olan onunla birlikte mezara gitti.
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

1
Hayır, bu fizik. Çalışmıyor ve böyle olduğu bilinen bir aldatmaca . "Smokey Yunick aldatmaca" kontrol edin. Rüyasını mahvettiğim için üzgünüm :) Zaten sıcak gaz sıkıştırıyor ??? sıkıştırmak için enerji sıcaklıkla çok artar, örneğin turbodan sonra intercoolerde hava NEDEN soğutulur. Fizik ve termodinamik ile gazların formüllerini biliyor musunuz? temel bir mühendislik derecesi yeterlidir. Yine de, cevabınızın bir kısmı soru ile tamamen konu dışı. İlişkisiz olduğu ve ek yararlı bilgi sağlamadığı için her durumda kaldırmalısınız.
FarO

@OlafM - Bu benim hayalim değil, bu yüzden inanmak istediğine inan. Bilim sadece son deney kadar iyidir. Dediğiniz gibi bir aldatmaca ise - kanıtlayın .
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

5

Carnot döngüsünün daha düşük "soğuk tarafı" daha iyi teorik verime yol açar, ama ne kadar hesapladınız? Aynı 1000 K yanma sıcaklığına sahip 10-20 K daha soğuk alım, nihai verimliliği% 1 etkiler. Ve bu verimlilik her durumda% 70'tir, bu nedenle nihai verimliliği% 25'e düşüren çok daha fazla parametre olduğunu tahmin edebilirsiniz, Carnot'un bir arabada çok az ilgisi vardır.

Ve her durumda, aynı yanma sıcaklığını istiyorsanız, motor daha düşük "soğuk tarafı" kullanmak için yeniden tasarlanmalıdır, çünkü normal bir motorda emme havasını düşürürseniz, aynı miktarda alçalırsınız ayrıca "sıcak tarafı" sıcaklık ", verimlilik kazancını daha da azaltır.

Kış arabalarında hava daha yoğun olduğu ve onu itmeniz gerektiğinden, lastiklerin daha fazla sürtünmeye sahip olması ve daha sert itmeniz gerekir, şanzımandaki yağ kalınlaşır ve daha fazla kayba neden olur, ısıtma kullanırsınız ve enerji kullanan diğer özellikleri (tabii ki yakıttan gelir, arabayı hareket ettirmek için daha az şeyiniz vardır), yakıt soğuk havalarda yanmayı arttırmak için ilk etapta farklıdır (bu, daha iyi yanacak şekilde değiştirilmiştir, ancak içeride daha az enerjiye sahiptir, bu nedenle daha), vb.

Kışın% 50'ye kadar daha kötü yakıt ekonomisine sahip olabilirsiniz, belirli durumlarda% 100 daha da kötü olabilir (yani, yakıt tüketimi iki katına çıkar).

Daha yüksek yakıt tüketiminin nedenlerine örnek olarak: https://www.fueleconomy.gov/feg/coldweather.shtml

Düzenle

Bu arada, hatam: 1- (T_low / T_high) maksimum verimliliği Carnot için geçerlidir, ancak Otto motorunun farklı bir maksimum verimliliği vardır, bkz. Https://physics.stackexchange.com/questions/168912/carnot- vs-otto

Bu aynı zamanda motorun teorik verime sık sık olsa da olduğundan çok daha yakın olduğu anlamına gelir.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.