Ich erinnere mich aus meinem Physikunterricht, dass der Idealgas-Carnot-Motor effizienter ist, wenn der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Thermostat ("Wärmeempfänger") größer ist ( http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/ hbase / thermo / carnot.html ).
Und ich habe immer gedacht, dass dies für echte Motoren gelten 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 in der Tat effizienter, wenn überschüssige Wärme leichter abgestrahlt wird?
PS: Ich weiß, dass ein kalter Motor auch dickflüssigeres Öl bedeutet. Daher bemerkte ich gleich nach dem Starten meines Motors einen deutlichen Leistungsverlust. Mich interessiert aber eher eine stationäre Situation, wenn der Motor warm und bereit ist.
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Antworten:
tl; dr: Die Umgebungslufttemperatur sollte im Allgemeinen den Motorwirkungsgrad oder den Kraftstoffverbrauch nicht beeinträchtigen, wirkt sich jedoch auf die Gesamtleistung aus.
Verwechseln Sie Effizienz nicht mit Leistung . Dies sind zwei verschiedene Dinge. Wenn Ihre Aufnahmeladung dichter ist, können Sie mehr Kraftstoff darauf werfen und mehr Leistung erzeugen . ( HINWEIS: Die Idee für das Motormanagementsystem ist, ein allgemeines Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 14,6: 1 aufrechtzuerhalten(auch stöchiometrisch oder kurz "stoisch" genannt). Dies ist das sogenannte "perfekte" Gemisch aus Luft und Kraftstoff, bei dem der gesamte Kraftstoff verbrannt wird, ohne dass anschließend zusätzlicher Sauerstoff übrig bleibt. Leider wird die stoische Mischung normalerweise nicht erhalten. Dies geschieht aufgrund zweier Probleme, die beide mit der Wärmemenge zu tun haben, die während des Verbrennungsprozesses entsteht. Erstens kann die heißere Verbrennung eine Detonation verursachen. Ab einer Verbrennungstemperatur von etwa 1700 ° F enthält der in den Motor eingebrachte Luftstickstoff (zusammen mit dem Sauerstoff - Luft enthält ~ 78% Stickstoff und ~ 20% Sauerstoff) und verbrennt. Dies erzeugt 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 - giftig in der Tat.)
Die Kehrseite davon ist der Wirkungsgrad , was im Zusammenhang mit Motoren bedeutet, mit der gleichen Kraftstoffmenge mehr nutzbare Leistung zu erzielen. In den letzten Jahrzehnten wurden große Fortschritte in Richtung Motoreffizienz erzielt. Dies haben sie unter anderem durch Turboaufladung erreicht. In einfachen Worten ist das Turboladen ein Weg, die Wärmeenergie zu nutzen, die sonst im Abgasprozess verworfen wird. Der Turbo ist in der Lage, die Luftladung durch Verwendung des aus den Abgasen erzeugten Drucks zu erhöhen, 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 lasse ich es hier. Es erübrigt sich zu erwähnen, dass die Leistung durch diese Methode effizienter als durch normales Ansaugen erzeugt wird und der Motor somit mit weniger Kraftstoff mehr Leistung erzeugen kann.
Eine andere Möglichkeit zur Verbesserung des Motorwirkungsgrades besteht darin, das Kompressionsverhältnis ( CR ) des Motors zu erhöhen . Eine allgemeine Faustregel für CR ist, dass sich Ihre Leistung für jeden Punkt der CR-Zugabe um etwa 3% erhöht. Wenn Sie die Leistung erhöhen, ohne mehr Kraftstoff hinzuzufügen, wird der Wirkungsgrad erhöht.
Eine kältere Luftladung, die in den Motor gelangt, ist dichter und enthält mehr Sauerstoff als das wärmere Gegenstück. Sie verbrauchen immer noch mehr Kraftstoff, um mehr Leistung zu erzeugen, sodass sich kein zusätzlicher Effizienzvorteil ergibt.
Sie haben zwar vorgeschlagen, auf einen Kaltstart zu verzichten, aber es gibt einen Grund, warum Sie in diesem Zeitraum keinen besseren Kraftstoffverbrauch sehen werden. Der Grund dafür ist, dass der Computer tatsächlich mehr Kraftstoff in die Mischung schüttet, um die Motorstabilität zu erhöhen (dies sorgt dafür, dass der Motor reibungslos läuft - wie es ein Choke bei einem vergasten Motor tun würde) und dass sich der Katalysator schneller aufwärmt, um seine maximale Effizienz zu erreichen schneller.
Tatsächlich können Verbrennungsmotoren viel effizienter sein, wenn sie die Wärme nutzen, anstatt sie abzustrahlen. Denken Sie daran, dass abgestrahlte Wärme Energie verloren geht . Wenn Sie die Wärme nutzen können, um mehr Strom zu erzeugen oder den gleichen Strom effizienter zu erzeugen, sind Sie insgesamt besser dran.
Ich spreche von einem Konzept, das Henry "Smokey" Yunick in den frühen 80ern gemeistert hatte. Er arbeitete an einer Idee, die Ralph Johnson in den frühen 50er Jahren hatte, während Ralph bei GM arbeitete. Die Idee eines Heißluftmotors, bei dem die Luft auf rund 400 Grad Celsius erwärmt und homogenisiert wird(sehr gut gemischt) bis zu einem Punkt, an dem es nicht zur Detonation kommen würde. Sie können den Artikel lesen, aber der Grund, warum er heute in Fahrzeugen nicht vorkommt, ist zweifach. Zuerst versuchten sie, einen Schraubensatz daraus zu machen, konnten dies jedoch nicht tun, da dafür verbesserte Teile für die Kolben und Ringe erforderlich waren, was in der Tat nicht so sehr einem Schraubensatz entspricht und ihn zu einem macht viel teurer als die Zielpreise, für die sie schossen. Zweitens ist Smokey leider vor einiger Zeit gestorben. Viel zu viele seiner Geheimnisse starben mit ihm, als er die Einzelheiten im Kopf behielt. Das ist wirklich traurig, denn er hat wirklich FANTASTISCHE Arbeit geleistet und hatte revolutionäre Erfindungen und Ideen, die mit ihm starben.
Der Heißluftmotor fliegt angesichts der allgemeinen Überlegungen zur Kaltluftansaugung und Ihrer Frage. Es ist allgemein bekannt, dass die Leistung umso besser ist, je kälter die Luft ist, die in den Motor strömt. Und dies trifft im Grunde genommen auf (was wir heute als normal ansehen) Motoren zu (Smokeys Heißluftmotor ist ein Ausreißer).
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Die niedrigere "kalte Seite" des Carnot-Zyklus führt zwar zu einer besseren theoretischen Effizienz, aber haben Sie berechnet, wie viel? 10-20 K kälterer Einlass bei gleicher Verbrennungstemperatur von 1000 K beeinträchtigen den Endwirkungsgrad um 1%. Und dieser Wirkungsgrad liegt in jedem Fall bei 70%. Sie können also davon ausgehen, dass es so viele weitere Parameter gibt, die den endgültigen Wirkungsgrad auf 25% senken, dass der Carnot für ein Auto von geringer Bedeutung ist.
In jedem Fall muss der Motor überarbeitet werden, um diese niedrigere "Kaltseite" zu verwenden, wenn Sie die gleiche Verbrennungstemperatur wünschen, denn wenn Sie nur die Ansaugluft in einem normalen Motor senken, senken Sie am Ende um den gleichen Betrag auch die "heiße Seite" Temperatur, die den Wirkungsgradgewinn noch mehr reduziert.
Im Winter verbrauchen Autos mehr Kraftstoff, weil die Luft dichter ist und man sie wegschieben muss, die Reifen mehr Reibung haben und stärker schieben muss, das Öl im Getriebe dicker wird und mehr Verluste verursacht, man heizt und die anderen Funktionen, die Energie verbrauchen (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 (dies bedeutet, dass er für eine bessere Verbrennung modifiziert ist, aber weniger Energie enthält, sodass Sie ihn benötigen mehr) und so weiter.
Sie können im Winter bis zu 50% weniger Kraftstoff verbrauchen, in bestimmten Situationen sogar 100% weniger (dh der Kraftstoffverbrauch verdoppelt sich).
Als Beispiel für Ursachen für einen höheren Kraftstoffverbrauch: https://www.fueleconomy.gov/feg/coldweather.shtml
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Übrigens, mein Fehler: Der maximale Wirkungsgrad von 1- (T_low / T_high) gilt für Carnot, aber der Ottomotor hat einen anderen maximalen Wirkungsgrad, siehe /physics/168912/carnot- vs-otto
Dies bedeutet auch, dass der Motor dem theoretischen Wirkungsgrad bereits viel näher kommt als oft.
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