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趣头条|汽车发动机热效率为什么普遍＜40%，不能达到100%吗？


内容概述：热效率概念 ， 电动机水平 ， 100%转化与热力学第二定律 。
「活塞往复循环式·内燃式热机」是燃油动力汽车的主要发动机选项 ， 这种机器的热效率平均只有35% ， 优秀机型勉强可达到41% 。 比如丰田的NA机型就能达到这种水平 ， 然而因进气方式过于落后所以实际能耗还是很高 。 那么热效率为什么这么低 ， 到底什么是热效率呢？
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基础知识点：热效率指燃烧燃油产生的热能总量 ， 与通过发动机实际转化的机械能的比例 。 比如消耗一公斤汽油产生44000千焦的能量 ， 实际只有35%（15400kj）左右的机械能 ， 剩余的大部分都被浪费了哦 。
参考能量守恒定律可以得出这样一个结论：燃烧产生的热能均转化为其他类型的能量 ， 只是超60%是不可利用的能量形态 。 那么有没有可能把这些能量都利用起来呢？答案是绝对不可能的 。
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内燃机的结构非常复杂 ， 气门、活塞、连杆、曲轴、飞轮等等结构在运转过程中都会损耗能量 。 尤其是存在物理接触（摩擦）的部分会有相当大程度的损耗 ， 比如一直需要机油润滑的活塞与气缸 。 其次进排气过程中也会因缸压与温度的变化而损耗热能 ， 同时机体材料本身也要吸热 ， 所以这些结构的损耗比例总会达到60%左右 。
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目前能量转化效率最高的发动机类型为【永磁同步电机】 ， 这机器的转化率比异步电机还要高10%左右 ， 标准为90%~97% 。 为什么这种机器能够实现高效率呢？
原因在于电机的能量转化不依靠燃烧 ， 而是电流转化为电磁场 ， 利用磁极互斥的原理驱动转子运转 。 而且转子是悬浮固定与机体内部 ， 存在磨损的只有由很多钢珠组成的轴承 。 那么能量转化过程的损耗可以忽略 ， 摩擦损耗的能量又很小 ， 这种机器有没有可能达到100%效率呢？
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热效率100%实现不了
不论内燃机还是电动机 ， 一旦达到100%的转化率就基本相当于永动机了 。 虽然这没有违背能量守恒定律 ， 但是却违背了「热力学第二定律」 。 内能一定会全部转化为其他能量 ， 但是早摩擦起到的过程中必然存在无规则的热传导 ， 这种能量应该是无法转化为机械能利用的 。
电动机的转子轴承运转时会摩擦生热 ， 即使连转子都完全悬浮似乎也还要切割空气吧 ， 所以这种机器都做不到100%能量转化 。 那么结构复杂很多的低效率内燃机就更不可能了！
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总结&预测：优秀内燃式热机在Turbo时代很难超越40%的大关 ， 少数机构测试的陶瓷材料发动机、涡扇机等60%左右的机器也不可能在汽车上普及；前者的超高制造成本决定了不现实 ， 后者的高温尾喷火焰综合实际道路资源也没有普及的价值 。
所以内燃机最终还会是往复循环式的落后形态 ， 这种机器会在动力电池制造成本足够低 ， 或者专用充电道路普及后 ， 被高效率的电机全面取代 。
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