Warum werden in Verbrennungsmotoren keine elektrischen Heizformen verwendet?

Warum sind elektrische Heizmethoden nicht beliebter, da die gesamte Aufgabe eines Verbrennungsmotors (ICE) darin besteht, Wärme in mechanische Energie umzuwandeln? Ich weiß, dass es einen Grund geben muss. Ich spreche nicht von Elektroautos oder so, sondern von Elektrizität zum Aufheizen und Arbeiten.

Weil es nicht sehr effizient wäre.

Der Hauptvorteil von Verbrennungsmotoren besteht darin, dass die Energiedichte ihrer Kraftstoffe (Benzin, Diesel) sehr gut ist. Mit einem relativ kleinen, leichten Panzer können Sie einen langen Weg zurücklegen. Der Nachteil von ihnen ist, dass sie nicht sehr effizient sind. Der größte Teil der Energie im Kraftstoff geht durch Reibung und Wärme verloren, und nur ein sehr kleiner Teil (<35%) wird tatsächlich in mechanische Bewegung umgewandelt.

Elektrofahrzeuge sind großartig, weil sie unglaublich effizient sind. Der Kraftstoff, den sie verwenden (Batterien), ist bei weitem nicht so kompakt und leicht wie Benzin oder Diesel für die Menge an Energie, die sie speichern, aber ein Elektromotor kann 90% dieser Energie in mechanische Bewegung umwandeln.

Die Verwendung von Elektrizität zum Erhitzen von Luft und zum Betreiben eines Motors basierend auf der Druckänderung würde die schlimmsten Aspekte dieser beiden Systeme kombinieren.

Obwohl andere Antworten gute Antworten in Bezug auf Energieverluste liefern, gibt es noch eine weitere Sache zu beachten.

Wie um alles in der Welt planen Sie, die Luft in einem winzigen Zylinder auf viele Kilowatt zu erwärmen? Dies ist erforderlich, da ein typischer Vierzylinder-Automotor 100 Kilowatt Leistung erzeugt und der Wirkungsgrad im besten Fall wahrscheinlich bei 33% liegt (hier wird von einem Nicht-Atkinson-Motor ausgegangen). Sie benötigen also 300 Kilowatt elektrische Heizung, von denen ein Zylinder 75 Kilowatt ausmacht.

Schlimmer noch, Sie müssen die Luft zu einem bestimmten Zeitpunkt (zwischen Kompressionshub und Expansionshub) erwärmen. Für eine optimale Effizienz sollte die Erwärmung zwischen diesen beiden Hüben sehr kurz sein. Nehmen wir nun an, dass der gesamte Expansionshub zum Erhitzen der Luft verwendet werden kann. Einer der vier Hübe bedeutet, dass die momentane Leistung 4 (Anzahl der Hübe) mal 75 Kilowatt oder 300 Kilowatt betragen muss. Pro Zylinder!

Haben Sie 300 Kilowatt elektrische Heizelemente gesehen? Wenn ja, werden Sie wahrscheinlich feststellen, dass es keine Möglichkeit gibt, ein solches Heizelement in einen Zylinder mit 86 mm Hub x 86 mm Bohrung in einem 2-Liter-Motor einzubauen. Es müsste tatsächlich in einen viel kleineren Raum passen, denn wenn das Kompressionsverhältnis 10 beträgt, sind in vertikaler Richtung nur etwa 8,6 mm verfügbar.

Sogar meine elektrische Innenheizung mit 1900 W, die ich im kalten finnischen Winter benutze, ist viel größer als 86 mm x 8,6 mm. Und das sind nur 1,9 Kilowatt, viel weniger als 300 Kilowatt.

Beachten Sie, dass es nicht möglich ist, die Heizung extern zu betreiben, dh die Luft zu erwärmen, bevor sie zum Motor gelangt. In diesem Fall würde der Luftdruck auch im Kompressionshub ansteigen, was dem Druckanstieg des Expansionshubs entgegenwirkt. Die Luft muss während des Kompressionshubs kalt und während des Expansionshubs heiß sein. Das Heizelement muss also wirklich motorintern sein.

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Verbrennungsmotoren können nicht alle Wärme in mechanische Arbeit drehen. Und wenn es eine Wärmequelle gibt, warum nicht zum Heizen verwenden?

Alle thermischen Zyklen, zum Beispiel der Carnot-Zyklus (ideal, der effektivste), der Otto-Zyklus (idealisierter Benzinmotor), der Dieselzyklus (idealisierter Dieselmotor), der Clausius-Rankine-Zyklus (ideale Dampfturbine), geben per Definition einen Teil der Wärme ab. Die realen Motoren wandeln noch weniger Energie in mechanische Arbeit und mehr Energie in die Wärme um.

Ein Teil der mechanischen Energie wird von der Lichtmaschine verbraucht, um die Batterie aufzuladen, die Zündkerzen, die ECU und andere Systeme mit Strom zu versorgen. Der Rest wird für die eigentliche Bewegung verwendet.

Wenn wir nur elektrische Heizungen verwenden, leiten wir die gesamte Wärme vom Motor ab und verwenden einen Teil der mechanischen Arbeit, um das Auto aufzuheizen. Es ist Doppelverschwendung. Wenn wir Luftheizung verwenden, haben wir einen Teil der vom Motor verschwendeten Energie verbraucht.

Vergleichen Sie als Beispiel den Kraftstoffverbrauch und das Fahrverhalten des Skoda Fabia 1.2 HTP (Honem to Prodej [so schnell wie möglich verkaufen]) mit Stereo, AC und Sitzheizungen. Wenn alle Systeme eingeschaltet sind, ist der Verbrauch erheblich höher und die Beschleunigung erheblich schlechter - alles, weil mehr Leistung eher auf die Lichtmaschine als auf die Räder übertragen wird. Das Ausschalten der Klimaanlage wird häufig angewendet, wenn versucht wird, mit solchen Autos zu überholen.

Elektrische Einzelheizung und elektrische Sitzheizungen werden optional für zusätzlichen Komfort verwendet. Das Aufheizen dauert weniger als eine Minute, unabhängig von der Umgebungstemperatur. Andererseits dauert das Aufwärmen des Motors in Bezug auf die Umgebungstemperatur einige Minuten bis einige zehn Minuten.

Randnotiz: Wenn Ihr Motor überhitzt, wird empfohlen, die Heizung vollständig einzuschalten. Dadurch wird ein Teil der Wärme vom defekten / überlasteten Kühler in die Kabine umgeleitet.

Der Zweck eines ICE besteht darin, chemische Energie in Bewegung umzuwandeln. Dies geschieht durch Zünden des Kraftstoffs, um keine Wärme an sich zu erzeugen, sondern um eine schnelle Ausdehnung der Partikel im Zylinder zu bewirken, was wiederum Druck erzeugt und daher eine Kraft auf den Kolben ausübt. Wärme ist einer von mehreren Faktoren, die bei dieser Erweiterung eine Rolle spielen. Bei den chemischen Reaktionen, die an der Verbrennung beteiligt sind, spielen jedoch eine Reihe anderer Faktoren eine Rolle. Diese konnten nicht einfach durch schnelles Erhitzen der Luft mit elektrischer Wärme simuliert werden. Es stellt sich heraus, dass die Umwandlung chemischer Energie in Wärme viel einfacher ist als die Umwandlung von Elektrizität in Wärme.

Wir verwenden jedoch elektrische Systeme, um Wärme in Verbrennungsmotoren zu erzeugen. Sie heißen Blockheizungen.

Wie die meisten Kommentare und Beiträge zeigen, wird nicht Wärme in mechanische Energie umgewandelt, sondern die Kraft des entzündeten Kraftstoffs (der Verbrennung) über die Kolben. Die Wärme ist meist Energieverschwendung, die vom Kühlmittel aufgenommen und abgeführt wird.

Bei extremen Temperaturen wird das Öl jedoch viskoser und benötigt mehr Energie, um sich zu bewegen. Dies kann zu Motorschäden führen, wenn versucht wird, kalt zu laufen, oder dazu, dass das System überhaupt nicht betrieben werden kann. Blockheizungen wurden entwickelt, um bestimmte Teile des Motors näher an ihrer idealen Betriebstemperatur zu halten, um das Starten zu erleichtern.

Während wir keinen Strom benötigen, um zusätzliche Wärme in einem bereits laufenden Motor zu erzeugen, verwenden wir ihn, um die Dinge warm zu halten, wenn er ausgeschaltet ist.

Ich weiß nicht, was Sie unter Aufheizen und Arbeiten verstehen, aber die elektrische Kabinenheizung vor dem Lancia Delta vor 86 ist das, worauf Sie sich beziehen?

Wenn Sie in den Motor eingesaugte Luft erwärmen möchten, ist dies eine schlechte Idee, da kalte Luft die höchste Dichte und damit den meisten für die Verbrennung verfügbaren Sauerstoff aufweist.

Erste Frage - Woher bekommen Sie den Strom? Der Strom, den wir verbrauchen, stammt aus anderen Quellen: Wasserkraft, Geothermie usw. In Kombination mit Umwandlungsverlusten war die Verwendung anderer Brennstoffe, bei denen es sich direkt um Kohle usw. handelt, zur Bereitstellung von Wärme effektiv. Jetzt, mit der globalen Erwärmung, bewegen wir uns weg in Richtung erneuerbarer Energien ...

Wärme ist eine Energieform, aber im Vergleich zu Elektrizität ist sie fauler. Es ist schwer, Arbeit daraus zu machen. Wenn Sie also eine Stromquelle hätten, wäre es viel besser, sie in einem Elektromotor mit einem Wirkungsgrad von 99% zu verwenden, als etwas zu heizen und dann an einem wirklich guten Tag Arbeit mit einem Wirkungsgrad von vielleicht 30% aus der Wärme zu extrahieren .

Und ich habe Boltzmanns Konstante nicht einmal erwähnt!