內燃機：真的好嗎？

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內燃機：您是否曾經停下來思考過引擎效率？答案可能會讓你大吃一驚！事實證明，內燃機的效率非常低。例如，大多數柴油引擎的熱效率達不到 50%。燃燒一加侖柴油時，所產生的能量只有不到一半轉化為機械能。換句話說，在典型的皮卡車柴油引擎中，實際產生的能量中只有不到 50% 能夠驅動車輛。 汽油動力車輛的效率低下更為明顯。其中許多浪費了燃料燃燒過程中產生的約 80% 的能量。汽油引擎通常會透過廢氣釋放 80% 以上的能量或將其消散到周圍環境中。 內燃機 內燃機！ 內燃機的這種低效率是熱力學定律所固有的，它決定了熱效率，或者簡單地說，決定了引擎的低效率。這樣，內燃機透過燃燒燃料產生機械功，釋放的熱量僅部分轉換為機械能。然而，大部分能量在過程中損失了。 詳細解釋為什麼內燃機本質上效率低下需要對熱力學有廣泛的了解。更簡潔的解釋是，燃料燃燒、引擎和周圍環境之間的溫差決定了熱效率，即燃燒引擎的低效率。 什麼是熱效率？熱力學定律是什麼？ 內燃機的效率被評估為熱效率的總和，後者是熱力學的直接結果。 LearnThermo.com 將熱效率定義為「動力循環或熱機性能的衡量標準」。

根據韋氏字典，熱效率的嚴格定義是「熱機消耗的熱量與消耗的燃料中總熱量的比率」。對外行人來說，熱效率的一個更實際的定義是理解內燃機燃燒燃料時產生的能量與轉換成機械能的能量之間的關係。 內燃機 下圖顯示了奧托引擎（四衝程引擎）的效率如何隨著時間的推 美國電話號碼 移而提高。然而，這並不好，或者說，效率低。 熱效率公式提供了更直接的解釋。熱能，即損失的熱量，除以輸入系統的熱量，熱量相當於能量。此除法的結果代表系統的熱效率，顯示有效供給內燃機（至少是帶有活塞的內燃機）曲軸的能量。 熱力學的兩個定律是決定內燃機熱效率的基礎。 熱力學第一定律： 熱效率以及內燃機的效率受熱力學基本定律的控制。根據熱力學第一定律，能量產生不能超過能量輸入。換句話說，引擎產生的能量，無論是損失還是用於推進，永遠不會超過注入燃燒室的燃料的潛在能量。 這個定律很直觀，與能量守恆定律結合，能量既不能被創造也不能被毀滅。因此，熱力學第一定律是一個強化能量是常數這個觀念的公式。如果我們用金錢來比喻這條定律，我們就不可能得到超過四分之四的美元。 雖然第一定律對於理解內燃機的效率至關重要，但熱力學第二定律解釋了為什麼這些引擎效率低。 熱力學第二定律： 根據熱力學第二定律，要達到100%的熱效率是不可能的。



根據卡諾定理，內燃機的潛在效率是有限的。該定理指出，即使是理想的無摩擦引擎也無法將接近 100% 的傳入熱量轉化為功。限制因素是熱量進入引擎的溫度和引擎釋放廢熱的環境溫度。 燃料燃燒過程中產生的大部分能量都損失了，從而加熱了引擎。這是透過傳導熱傳遞發生的。以熱量形式損失的能量負責透過對流熱傳遞加熱引擎周圍的空氣。熱量沒有轉化為機械能，而是使引擎和周圍大氣變暖。由於溫差而導致引擎周圍空氣和引擎本身的能量損失，是內燃機效率低下的原因。 此外，內燃機產生的大部分能量只是透過排氣管排出，而不會轉化為機械能。 熱-能-損失和卡諾定理 內燃機 內燃機的卡諾循環！ 燃燒燃料與周圍環境的溫差直接影響引擎的熱效率。這種差異越大，能量損失就越大。卡諾定理表明，燃燒燃料與周圍金屬和空氣之間的溫度差異越大，引擎的效率就越低。 卡諾極限代表燃燒過程中產生的轉化為機械能的最大能量。此限制由燃燒熱與元件溫度以及燃燒過程周圍大氣之間的差異決定。溫差越大，卡諾極限越低，表示熱能轉換為機械功的效率越低。 汽油引擎與柴油引擎的熱效率是多少？ 汽油引擎的熱效率非常低。儘管有些公司在提高汽油引擎的熱效率方面取得了進展，但匹配老式柴油引擎的燃燒效率是一項極具挑戰性的任務。