Защо ДВГ никога няма да бъде ефективен като електромотор

Автомобилните производители получиха право да продължат да продават термични автомобили още дълго време, но няма да се откажат от електрическите превозни средства. Те са наясно, че ключът към истинската ефективност е именно в електрическото задвижване, докато изгарянето на гориво е на границата на възможностите си.

Електромобилите все още не могат да се наложат в Европа, като това се дължи на голям брой фактори, които са добре известни – високи цени, ограничен пробег, опасения за батерията, дългото време за зареждане, както и липса на инфраструктура за зареждане. В същото време обаче има нещо, което по-старите автомобилните марки или пренебрегват, или не са успели да постигнат и то е свързано с ефективността.

За разлика от тях, китайските компании го правят успешно и вече предлагат технически напреднали двигатели с горене, без да бъдат принудени да прибягват до електрификация, което е точно обратното на западните производители. Те избраха да въведат основни електрифицирани системи - като 48 MHEV, за да намалят разхода на гориво и замърсяващите емисии. И сега оставят ефективността в ръцете на синтетичните горива.

Процесът на Карно или как физиката определя ефективността в ДВГ

Въпреки това, те са забравили, че ефективността на двигателите с вътрешно горене се определя от граници, поставени от физиката, а не от политиката, и от процес, който е почти на 200 години. Това е процесът на Карно, който е отговорен за посочването на теоретичната горна граница на ефективността на всеки топлинен двигател.

Това е цикъл, при който газ осцилира между два топлинни резервоара и се абсорбира при високи температури, като част от топлината се превръща в механична работа, а друга се освобождава при по-ниска температура. Разликата между температурите определя ефективността, която е по-висока колкото по-високи са температурите на горенето и толкова по-ниски са загубите на изгорелите газове.

Но повишаването на температурата на горене има негативни последици както за компонентите, участващи в процеса, които са подложени на по-голямо натоварване, така и за разхода на гориво, тъй като изисква по-голямо охлаждане, както и за околната среда, и за увеличаване на замърсяващите емисии. Процесната теория на Карно казва, че перфектен двигател с вътрешно горене може да постигне ефективност над 60%, но на практика огромното мнозинство от съвременните двигатели са далеч от това. Всъщност ефективността на дизела е близо 40%, а тази на бензина обикновено е по-ниска.

Ефективността на синтетичните горива, за които става дума

Това са причините, поради които производителите прибягват до използването на различни технологии, за да намалят загубите на ефективност при реални условия на шофиране, комбинирайки използването на турбини с директно впръскване или променливо време на клапаните.

Въпреки това, те показват, че съвършенството не съществува и че границите на ефективността все още са налице. Преодоляването на бариерата в ефективността на двигателя с вътрешно горене е възможно само в два случая – с plug-in хибриди (PHEV) и удължители на обхвата (EREV), и така с помощта на електрически мотор.

Те нямат проблема с процеса на Карно. Реалността на електрическите мотори е наложена от самата им природа и няма място за обсъждане, защото те не се нуждаят да преобразуват енергията в топлина и след това в движение, така че ефективността на електромоторите надвишава 90%. Ниво, което двигателите с вътрешно горене никога няма да достигнат, дори ако китайците се стараят усърдно, както са правили през последните години. А европейските производители няма да прекрачат границите на ефективността с синтетични горива, какво и да правят.