Ich erinnere mich aus meinem Physikunterricht, dass der ideale Gas-Carnot-Motor effizienter ist, wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und dem Thermostat ("Wärmeempfänger") größer ist ( http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/ hbase/thermo/carnot.html ).
Und ich dachte immer, dass dies auf reale Motoren anwendbar sein KÖNNTE, also muss ich zugeben, dass ich im Winter mit einem geringeren Kraftstoffverbrauch gerechnet habe. Leider habe ich die geldsparende Kraft eines Winterfrosts noch nicht erlebt.
Aber vielleicht waren meine Messungen fehlerhaft und Verbrennungsmotoren sind tatsächlich effizienter, wenn überschüssige Wärme leichter abgestrahlt wird?
PS: Ich weiß, dass ein kalter Motor auch dickflüssigeres/dickeres Öl bedeutet. Ich habe also direkt nach dem Starten meines Motors einen erheblichen Effizienzverlust (eigentlich Leistung) festgestellt. Aber ich interessiere mich mehr für eine stationäre Situation, wenn der Motor warm und bereit ist.
tl; dr: Die Umgebungslufttemperatur sollte im Allgemeinen die Motoreffizienz oder den Kraftstoffverbrauch nicht beeinträchtigen, wirkt sich jedoch auf die Gesamtleistung aus.
Verwechseln Sie Effizienz nicht mit Leistung . Das sind zwei getrennte Dinge. Wenn Ihre Ansaugladung dichter ist, können Sie mehr Kraftstoff darauf werfen und mehr Leistung erzeugen . ( HINWEIS: Die Idee für das Motormanagementsystem besteht darin, ein allgemeines Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 14,6: 1 aufrechtzuerhalten(auch stöchiometrisch oder kurz „stoisch“ genannt). Dies ist die sogenannte "perfekte" Mischung aus Luft und Kraftstoff, bei der der gesamte Kraftstoff verbrannt wird, ohne dass anschließend zusätzlicher Sauerstoff zurückbleibt. Leider wird die stoische Mischung meist nicht erreicht. Dies geschieht aufgrund von zwei auftretenden Problemen, die beide mit der Wärmemenge zu tun haben, die während des Verbrennungsprozesses erzeugt wird. Erstens kann die heißere Verbrennung eine Detonation verursachen. Zweitens, über einer Verbrennungstemperatur von etwa 1700 °F, Stickstoff in der Luft, die in den Motor gebracht wird (zusammen mit dem Sauerstoff – Luft enthält ~ 78 % Stickstoff und ~ 20 % Sauerstoff) und verbrennt. Dabei entsteht NO2 oder Stickstoffdioxid. Dies ist ein wichtiger Luftschadstoff und war die Hauptursache für sauren Regen, über den in den 70er Jahren in Kalifornien gesprochen wurde. Es ist auch sehr schlecht für uns zu atmen – tatsächlich giftig.)
Die Kehrseite davon ist die Effizienz , was im Zusammenhang mit Motoren bedeutet, mehr nutzbare Leistung aus der gleichen Menge Kraftstoff zu gewinnen. In den letzten Jahrzehnten wurden große Fortschritte in Richtung Motoreffizienz gemacht. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist die Turboaufladung. Einfach ausgedrückt ist die Turboaufladung eine Möglichkeit, die Wärmeenergie zu nutzen, die ansonsten im Abgasprozess verworfen wird. Der Turbo kann die Luftladung erhöhen, indem er den durch die Abgase erzeugten Druck nutzt, wodurch der Computer mehr Kraftstoff auf die Ansaugladung werfen und so mehr Leistung erzeugen kann. Dies könnte zu einer sehr großen "anderen" Diskussion führen, also belasse ich es hier. Unnötig zu sagen, dass die Leistung durch diese Methode effizienter als durch normales Ansaugen erzeugt wird und der Motor somit mehr Leistung mit weniger Kraftstoff erzeugen kann.
Eine andere Möglichkeit zur Verbesserung der Motoreffizienz besteht darin, das Verdichtungsverhältnis ( CR ) des Motors zu erhöhen. Eine allgemeine Faustregel für CR lautet, dass sich Ihre Leistungsabgabe mit jedem Punkt zusätzlicher CR um etwa 3 % erhöht. Wenn Sie die Leistung erhöhen, ohne mehr Kraftstoff hinzuzufügen, ist dies eine erhöhte Effizienz.
Eine kältere Luftladung, die in den Motor strömt, ist dichter und enthält mehr Sauerstoff als ihr wärmeres Gegenstück. Sie verbrauchen immer noch mehr Kraftstoff, um mehr Leistung zu erzeugen, daher gibt es keinen zusätzlichen Effizienzvorteil.
Obwohl Sie vorgeschlagen haben, einen Kaltstart nicht einzubeziehen, gibt es einen Grund, warum Sie während dieser Zeit keinen besseren Kraftstoffverbrauch sehen werden. Der Grund dafür ist, dass der Computer tatsächlich mehr Kraftstoff in die Mischung wirft, um für eine erhöhte Motorstabilität zu sorgen (damit er reibungslos läuft – wie es ein Choke bei einem Vergasermotor tun würde) und um dem Katalysator zu helfen, sich schneller aufzuwärmen, um ihm zu helfen, den Spitzenwirkungsgrad zu erreichen Schneller.
Tatsächlich können Verbrennungsmotoren um einiges effizienter sein, wenn sie die Wärme nutzen können, anstatt sie abzustrahlen. Denken Sie daran, dass Strahlungswärme verlorene Energie ist . Wenn Sie die Wärme nutzen können, um mehr Strom zu erzeugen oder den gleichen Strom effizienter zu erzeugen, sind Sie alle zusammen besser dran.
Ich spreche von einem Konzept, das ein Typ namens Henry "Smokey" Yunick in den frühen 80ern gemeistert hatte. Er arbeitete an einer Idee, die Ralph Johnson in den frühen 50er Jahren hatte, als Ralph bei GM arbeitete. Die Idee eines Heißluftmotors, in dem die Luft auf etwa 400 ° F erhitzt und homogenisiert wird(sehr gut gemischt) bis zu einem Punkt, an dem es keine Detonation mehr geben würde. Sie können den Artikel lesen, aber es gibt zwei Gründe, warum es heute nicht in Fahrzeugen vorhanden ist. Zuerst versuchten sie, daraus ein Bolt-On-Kit zu machen, konnten dies jedoch nicht, da dafür verbesserte Teile für die Kolben und Ringe erforderlich waren, was eigentlich nicht so sehr ein "Bolt-On" -Kit ist und es zu einem macht viel teurer als die Zielpreise, die sie anstrebten. Zweitens ist Smokey leider vor einiger Zeit gestorben. Viel zu viele seiner Geheimnisse starben mit ihm, als er die Einzelheiten in seinem Kopf behielt. Das ist wirklich traurig, denn er hat wirklich FANTASTISCHE Arbeit geleistet und revolutionäre Erfindungen und Ideen gehabt, die mit ihm gestorben sind.
Der Heißluftmotor widerspricht dem allgemeinen Denken über die Kaltluftinduktion und Ihre Frage. Die allgemeine Weisheit besagt, dass die Leistung umso besser ist, je kälter die Luft in den Motor eintritt. Und das gilt grundsätzlich für (was wir heute betrachten) normale Motoren (Smokeys Heißluftmotor ist ein Ausreißer).
Die niedrigere "kalte Seite" des Carnot-Zyklus führt sicher zu einer besseren theoretischen Effizienz, aber haben Sie berechnet, wie viel? 10-20 K kälterer Einlass bei gleicher Verbrennungstemperatur von 1000 K beeinflussen den Endwirkungsgrad um 1%. Und dieser Wirkungsgrad beträgt in jedem Fall 70 %, sodass Sie vermuten können, dass es so viele weitere Parameter gibt, die den endgültigen Wirkungsgrad auf 25 % senken, dass der Carnot in einem Auto wenig Relevanz hat.
Und in jedem Fall muss der Motor überarbeitet werden, um diese niedrigere "kalte Seite" zu verwenden, wenn Sie die gleiche Verbrennungstemperatur wünschen, denn wenn Sie bei einem normalen Motor nur die Ansaugluft absenken, senken Sie am Ende um den gleichen Betrag auch die Temperatur der "heißen Seite", wodurch der Effizienzgewinn noch weiter reduziert wird.
Im Winter verbrauchen Autos mehr Kraftstoff, weil die Luft dichter ist und man sie wegdrücken muss, die Reifen eine größere Reibung haben und man sie stärker drücken muss, das Öl im Getriebe dicker wird und mehr Verluste verursacht, man die Heizung und andere energieverbrauchende Funktionen nutzt (Das kommt natürlich vom Kraftstoff, Sie müssen das Auto weniger bewegen), der Kraftstoff ist in erster Linie anders, um die Verbrennung bei kalten Temperaturen zu verbessern (das heißt, er ist modifiziert, um besser zu verbrennen, hat aber weniger Energie im Inneren, also brauchen Sie mehr) und so weiter.
Im Winter können Sie bis zu 50 % weniger Kraftstoffverbrauch haben, in bestimmten Situationen sogar 100 % schlechter (dh der Kraftstoffverbrauch verdoppelt sich).
Als Beispiel für Ursachen für höheren Kraftstoffverbrauch: https://www.fueleconomy.gov/feg/coldweather.shtml
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Übrigens mein Fehler: für Carnot gilt der maximale Wirkungsgrad von 1-(T_low / T_high)), aber der Ottomotor hat einen anderen maximalen Wirkungsgrad, siehe https://physics.stackexchange.com/questions/168912/carnot- vs-otto
Das bedeutet auch, dass der Motor dem theoretischen Wirkungsgrad schon viel näher kommt, als er es oft ist.
Wenn man einen Motor nimmt, der im thermodynamischen Zyklus von Otto läuft (die für jeden Zyklus gewonnene Arbeit ist der Bereich innerhalb des P(V)-Diagramms), gegen die gleiche Last und mit optimaler Betriebstemperatur überall in seinem Schmiersystem: Ein kälterer Lufteinlass bedeutet, dass die Das Gemisch kann magerer gemacht werden, da die meiste Zeit (mit fortschreitender ECU-Rechenleistung immer weniger) das Gemisch auf der fetten Seite der stöchiometrischen Brennreaktion von 14:1 gehalten wird, um die Kammertemperaturen zu senken und unerwünschte Vorzündungen (Klopfen) zu vermeiden ). Wenn der Motor turboaufgeladen ist, ist die Temperatur zwischen heißer und kalter Seite der Turbine höher und der/die Zwischenkühler entziehen der Druckluft mehr Wärme. was Effizienzgewinne in allen Teilen des Betriebs impliziert. So sorgten die Leistungssteigerungen im Motorsport durch Einsatz von „
James Palmer
Ducati Killer