Como a temperatura ambiente afeta a eficiência do motor e o consumo de combustível?

Lembro-me da minha aula de física que o motor Carnot a gás ideal é mais eficiente se a diferença de temperatura entre a fonte de calor e o termostato ("recipiente de calor") for maior ( http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/ hbase / thermo / carnot.html ).

E sempre achei que isso PODE ser aplicável a motores da vida real, então tenho que admitir que esperava um menor consumo de combustível durante o inverno. Infelizmente, ainda não experimentei o poder de economizar dinheiro da geada de um inverno.

Mas talvez minhas medições tenham falhas, e os motores de combustão sejam realmente mais eficientes se o excesso de calor for irradiado com mais facilidade?

PS: Eu sei que um motor frio também significa óleo mais viscoso / espesso. Então notei uma perda significativa de eficiência (potência, na verdade) logo após ligar o motor. Mas estou mais interessado em uma situação estacionária, quando o motor está quente e pronto.

dr: a temperatura do ar ambiente geralmente não deve interferir na eficiência do motor ou no consumo de combustível, mas afetará a potência total.

Não confunda eficiência com potência . Essas são duas coisas separadas. Quando sua carga de entrada é mais densa, você pode jogar mais combustível nela e criar mais energia . ( NOTA: A idéia para o sistema de gerenciamento do motor é manter uma proporção geral de 14,6: 1 ar / combustível(também chamado de estequiométrico ou "estóico"). Essa é a chamada mistura "perfeita" de ar e combustível, onde todo o combustível é queimado sem deixar oxigênio extra depois. Infelizmente, a mistura estoica geralmente não é obtida. Isso acontece devido a dois problemas que surgem, ambos relacionados à quantidade de calor criada durante o processo de combustão. Primeiro, a combustão mais quente pode causar detonação. Segundo, acima de uma temperatura de combustão de cerca de 1700degF, o nitrogênio no ar é trazido para o motor (junto com o oxigênio - o ar contém ~ 78% de nitrogênio e ~ 20% de oxigênio) e queima. Isso cria NO2 ou dióxido de nitrogênio. Este é um dos principais poluentes atmosféricos e foi a principal causa de chuva ácida mencionada nos anos 70 na Califórnia. Também é muito ruim para nós respirar - tóxico de fato.)

O outro lado disso é a eficiência , que no contexto dos motores significa obter mais energia útil da mesma quantidade de combustível. Grandes avanços foram feitos nas últimas duas décadas em direção à eficiência do motor. Uma das maneiras pelas quais eles conseguiram isso é através do carregamento turbo. Em termos simples, o turbo-carregamento é uma maneira de utilizar a energia térmica, caso contrário descartada no processo de exaustão. O turbo é capaz de aumentar a carga de ar usando a pressão criada pelos gases de escape, o que permite ao computador jogar mais combustível na carga de entrada, aumentando assim a potência. Isso pode levar a uma discussão muito grande sobre "outros", então deixarei aqui. Escusado será dizer que a energia é gerada com mais eficiência por esse método do que por aspiração normal e, portanto, o motor pode produzir mais energia com menos combustível.

Outra maneira de melhorar a eficiência do motor é aumentar a taxa de compressão ( CR ) do motor. Uma regra geral para o CR é que, para cada ponto de CR adicionado, sua potência aumentará em cerca de 3%. Se você está aumentando a potência sem adicionar mais combustível, isso aumenta a eficiência.

Uma carga de ar mais fria entrando no motor será mais densa e conterá mais oxigênio do que sua contraparte mais quente. Você ainda está usando mais combustível para criar mais energia, portanto, não há benefícios adicionais em eficiência.

Embora você tenha sugerido não incluir uma partida a frio, há um motivo para você não ver melhor consumo de combustível durante esse período. O motivo é que o computador realmente lança mais combustível na mistura para proporcionar maior estabilidade do motor (ajuda a mantê-lo funcionando sem problemas - como um estrangulamento faria em um motor com carburador) e para ajudar o conversor catalítico a aquecer mais rapidamente, ajudando-o a atingir a eficiência máxima Mais rápido.

Na verdade, os motores de combustão podem ser um pouco mais eficientes se puderem utilizar o calor em vez de irradiá-lo. Lembre-se de que o calor irradiado é perda de energia . Se você pode utilizar o calor para produzir mais energia ou criar a mesma energia com mais eficiência, é melhor ficarmos todos juntos.

O que estou falando é sobre um conceito que um cara chamado Henry "Smokey" Yunick havia dominado no início dos anos 80. Ele trabalhou com uma idéia que Ralph Johnson teve no início dos anos 50, enquanto Ralph trabalhava na GM. A idéia de um motor de ar quente no qual o ar é aquecido a cerca de 400degF e homogeneizado(misturado muito bem) a um ponto em que não teria detonação. Você pode ler o artigo, mas a razão pela qual ele não está presente nos veículos hoje é duas vezes. Primeiro, eles tentaram transformá-lo em um kit parafusado, mas não puderam fazê-lo porque exigiam peças atualizadas para os pistões e anéis, o que na verdade não é tanto um kit "parafusado" e o torna um muito mais caro do que os preços-alvo pelos quais eles estavam atirando. Em segundo lugar, Smokey infelizmente morreu há algum tempo. Muitos de seus segredos morreram com ele enquanto ele mantinha os detalhes em sua cabeça. Isso é realmente triste, porque ele fez um trabalho verdadeiramente IMPRESSIONANTE e teve invenções e idéias revolucionárias que morreram com ele.

O motor de ar quente voa diante do pensamento comum sobre indução de ar frio e sua pergunta. O senso comum afirma que, quanto mais frio o ar entra no motor, melhor a saída. E isso é basicamente verdade com (o que consideramos hoje) os motores normais (o motor de ar quente de Smokey é um desvio).

O "lado frio" mais baixo do ciclo de Carnot leva a uma melhor eficiência teórica, com certeza, mas você calculou quanto? A ingestão mais fria de 10 a 20 K com a mesma temperatura de combustão de 1000 K afeta a eficiência final em 1%. E que a eficiência é de 70% em qualquer caso, então você pode adivinhar que existem muitos outros parâmetros para reduzir a eficiência final para 25%, que o Carnot tem pouca relevância em um carro.

E, de qualquer forma, o motor precisa ser reprojetado para usar esse "lado frio" mais baixo, se você deseja a mesma temperatura de combustão, porque se você abaixa a entrada de ar em um motor normal, acaba diminuindo na mesma quantidade também o "lado quente" da temperatura ", reduzindo ainda mais o ganho de eficiência.

No inverno, os carros consomem mais combustível porque o ar é mais denso e você precisa empurrá-lo para longe, os pneus têm maior atrito e você precisa pressioná-los com mais força, o óleo na transmissão fica mais espesso e causa mais perdas, você usa aquecimento e outros recursos que usam energia (que é proveniente do combustível, é claro, você tem menos para mover o carro), o combustível é diferente em primeiro lugar para melhorar a combustão em temperaturas frias (isso significa que é modificado para queimar melhor, mas tem menos energia no interior, então você precisa mais) e assim por diante.

Você pode ter até 50% de economia de combustível pior no inverno, em situações específicas até 100% pior (ou seja, o consumo de combustível dobra).

Como exemplo de causas de maior consumo de combustível: https://www.fueleconomy.gov/feg/coldweather.shtml

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A propósito, meu erro: a eficiência máxima de 1- (T_low / T_high)) se aplica ao Carnot, mas o mecanismo Otto tem uma eficiência máxima diferente, consulte /physics/168912/carnot- vs-otto

Isso também significa que o mecanismo já está muito mais próximo da eficiência teórica do que normalmente.