Mengapa bentuk pemanas listrik tidak digunakan dalam mesin pembakaran internal

Karena seluruh pekerjaan mesin pembakaran internal (ICE) adalah mengubah panas menjadi energi mekanik, mengapa metode pemanas listrik tidak lebih populer? Saya tahu pasti ada alasan. Saya tidak berbicara tentang mobil listrik atau apa pun, tetapi menggunakan listrik untuk memanaskan dan melakukan pekerjaan.

Karena itu tidak akan sangat efisien.

Keuntungan utama dari mesin pembakaran internal adalah bahwa kepadatan energi bahan bakar mereka (bensin, solar) sangat baik. Anda dapat menggunakan tangki yang relatif kecil dan ringan. Kekurangannya adalah mereka tidak terlalu efisien. Sebagian besar energi dalam bahan bakar hilang karena gesekan dan panas, dan hanya sebagian kecil (<35%) yang benar-benar berubah menjadi gerakan mekanis.

Kendaraan listrik sangat bagus karena mereka sangat efisien. Bahan bakar yang mereka gunakan (baterai) berada di tempat yang tidak sepadat dan seringan bensin atau diesel untuk jumlah energi yang mereka simpan, tetapi motor listrik dapat mengubah 90% energi menjadi gerak mekanis.

Menggunakan listrik untuk memanaskan udara dan menjalankan mesin berdasarkan perubahan tekanan akan menggabungkan aspek terburuk dari kedua sistem ini.

Meskipun jawaban lain memberikan jawaban yang baik terkait dengan kehilangan energi, ada hal tambahan yang perlu dipertimbangkan.

Bagaimana Anda berencana untuk memanaskan udara dalam silinder kecil di banyak kilowatt? Ini diperlukan, karena mesin mobil empat silinder tipikal menghasilkan tenaga 100 kilowatt, dan efisiensinya mungkin sekitar 33% dalam kasus terbaik (dengan asumsi mesin non-Atkinson-cycle di sini). Jadi, Anda membutuhkan 300 kilowatt pemanas listrik, di mana satu silinder berbagi 75 kilowatt.

Lebih buruk lagi, Anda perlu memanaskan udara pada saat tertentu (antara stroke kompresi dan stroke ekspansi). Untuk efisiensi terbaik, pemanasan harus periode yang sangat sesaat antara dua pukulan ini, tetapi mari kita asumsikan bahwa seluruh langkah ekspansi dapat digunakan untuk memanaskan udara. Satu dari empat pukulan berarti bahwa daya sesaat perlu 4 (jumlah pukulan) dikali 75 kilowatt atau 300 kilowatt. Per silinder!

Pernahkah Anda melihat 300 kilowatt elemen pemanas listrik? Jika sudah, Anda mungkin menyadari bahwa tidak ada cara untuk meletakkan elemen pemanas di dalam silinder bore 86 mm x 86 mm dalam mesin 2 liter. Sebenarnya perlu masuk dalam ruang yang jauh lebih kecil, karena jika rasio kompresi adalah 10, hanya sekitar 8.6mm tersedia dalam arah vertikal.

Bahkan pemanas interior listrik 1900W saya yang saya gunakan selama musim dingin Finlandia yang dingin jauh lebih besar dari 86 mm x 8,6 mm. Dan itu hanya 1,9 kilowatt, jauh lebih kecil dari 300 kilowatt.

Perhatikan bahwa memiliki pemanas secara eksternal, yaitu memanaskan udara sebelum masuk ke mesin, tidak dimungkinkan. Dalam hal ini, tekanan udara akan meningkat pada langkah kompresi juga, melawan peningkatan tekanan dari langkah ekspansi. Anda benar-benar membutuhkan udara dingin selama langkah kompresi dan panas selama langkah ekspansi. Jadi elemen pemanas benar-benar harus internal ke mesin.

tl; dr
Mesin pembakaran internal tidak dapat mengubah semua panas menjadi pekerjaan mekanis. Dan jika ada sumber panas, mengapa tidak menggunakannya untuk pemanasan?

Semua siklus termal, misalnya siklus Carnot (Ideal, paling efektif), siklus Otto (mesin bensin ideal), Siklus diesel (mesin diesel ideal), siklus Clausius-Rankine (turbin uap ideal), menghilangkan sebagian panas menurut definisi. Mesin nyata mengubah lebih sedikit energi menjadi kerja mekanis dan lebih banyak energi menjadi panas.

Bagian dari energi mekanik dikonsumsi oleh alternator untuk mengisi baterai, menyalakan busi, ECU dan sistem lainnya. Sisanya digunakan untuk gerakan sebenarnya.

Jika kita menggunakan pemanas listrik saja, kita akan membuang semua panas dari mesin dan menggunakan bagian dari pekerjaan mekanik untuk memanaskan mobil. Ini limbah ganda. Jika kami menggunakan pemanas udara, kami memiliki penggunaan yang keras untuk sebagian energi yang terbuang dari mesin.

Sebagai contoh, bandingkan konsumsi bahan bakar dan kemahiran mengemudi Skoda Fabia 1.2 HTP (honem to prodej [sell it ASAP]) dengan stereo, AC, dan pemanas jok. Ketika semua sistem menyala, konsumsinya jauh lebih tinggi dan akselerasi lebih buruk - semua karena lebih banyak daya diarahkan ke alternator daripada ke roda. Mematikan AC umumnya taktik yang digunakan ketika mencoba menyalip dengan mobil tersebut.

Pemanas independen listrik dan pemanas kursi listrik digunakan sebagai tambahan opsional untuk meningkatkan kenyamanan. Dibutuhkan kurang dari satu menit untuk memanaskannya terlepas dari suhu sekitar, di sisi lain pemanasan mesin membutuhkan waktu dari menit hingga puluhan menit sehubungan dengan suhu sekitar.

Catatan, jika mesin Anda terlalu panas, disarankan untuk menyalakan pemanas sepenuhnya - itu akan mengarahkan sebagian panas dari radiator yang rusak / kelebihan beban ke kabin.

Tujuan dari ICE adalah untuk mengubah energi kimia menjadi gerak. Hal ini dilakukan dengan menyalakan bahan bakar bukan untuk menghasilkan panas per se tetapi untuk menyebabkan ekspansi cepat partikel dalam silinder, yang pada gilirannya menciptakan tekanan, dan karenanya memberikan gaya pada piston. Panas adalah salah satu dari sejumlah faktor yang berperan dalam ekspansi itu. Namun sejumlah faktor lain ikut berperan dalam reaksi kimia yang terlibat dalam pembakaran. Ini tidak dapat disimulasikan dengan hanya memanaskan udara dengan cepat dengan panas listrik. Mengubah energi kimia menjadi panas juga, ternyata, jauh lebih mudah dilakukan secara efisien yang mengubah listrik menjadi panas.

Tapi kami menggunakan sistem listrik untuk menciptakan panas di mesin pembakaran internal. Mereka disebut pemanas Blok.

Seperti yang ditunjukkan oleh sebagian besar komentar dan posting, bukan panas yang diubah menjadi energi mekanik, melainkan kekuatan dari bahan bakar yang dinyalakan (pembakaran) melalui piston. Panas sebagian besar merupakan energi yang terbuang, yang diserap dan dipindahkan oleh pendingin.

Namun pada suhu ekstrem minyak menjadi lebih kental, membutuhkan lebih banyak energi untuk bergerak. Ini dapat menyebabkan kerusakan mesin ketika mencoba menjalankan dingin, atau ketidakmampuan untuk menjalankan sistem sama sekali. Blok pemanas dirancang untuk menjaga bagian-bagian tertentu dari mesin lebih dekat ke suhu kerja ideal mereka agar lebih mudah untuk memulai.

Jadi, sementara kita tidak membutuhkan listrik untuk membuat panas tambahan di mesin yang sudah berjalan, kita menggunakannya untuk menjaga hal-hal yang hangat ketika mati.

Saya tidak tahu apa yang Anda maksud dengan memanaskan dan melakukan pekerjaan tetapi Lancia Delta fitur pra-86 pemanasan kabin listrik itu yang Anda maksud?

Jika Anda bermaksud memanaskan udara yang dimasukkan ke dalam mesin, ini adalah ide yang buruk karena udara dingin memiliki kepadatan tertinggi dan karenanya paling banyak oksigen tersedia untuk pembakaran.

Pertanyaan pertama - dari mana Anda mendapatkan listrik? Listrik yang kami gunakan berasal dari sumber hidro, panas bumi dll. Dikombinasikan dengan kehilangan konversi berarti bahwa menggunakan bahan bakar lain yang secara langsung tersedia, batu bara, dll untuk menyediakan panas telah efektif. Sekarang, dengan pemanasan global maka kita bergerak menuju energi terbarukan ...

Panas adalah bentuk energi, tetapi dibandingkan dengan listrik, itu lebih malas. Sulit untuk menyelesaikannya. Jadi jika Anda memiliki sumber listrik, Anda akan jauh lebih baik menggunakannya dalam motor listrik, dengan efisiensi 99%, daripada menggunakannya untuk memanaskan sesuatu dan kemudian mengekstraksi kerja dari panas dengan efisiensi mungkin 30% pada hari yang benar-benar baik .

Dan saya bahkan tidak menyebutkan konstanta Boltzmann!