なぜ内燃機関では電気的な加熱が使用されないのですか

内燃機関（ICE）の仕事はすべて、熱を機械エネルギーに変換することであるため、電気加熱方式が一般的ではないのはなぜですか？理由があるに違いない。私は電気自動車などについて話しているのではなく、電気を使って加熱して仕事をしています。

あまり効率的ではないからです。

内燃機関の主な利点は、燃料（ガソリン、ディーゼル）のエネルギー密度が非常に高いことです。比較的小型の軽戦車で長い道のりを進むことができます。それらの欠点は、あまり効率的でないことです。燃料のエネルギーの大部分は摩擦と熱によって失われ、実際には非常に小さな部分（<35％）だけが機械的運動に変わります。

電気自動車は非常に効率的であるため、素晴らしいです。彼らが使用する燃料（バッテリー）は、貯蔵するエネルギー量に対してガソリンやディーゼルに匹敵するほどコンパクトで軽量ではありませんが、電気モーターはそのエネルギーの90％以上を機械的運動に変えることができます。

電気を使用して空気を加熱し、圧力変化に基づいてエンジンを運転すると、これら両方のシステムの最悪の側面が組み合わされます。

他の答えはエネルギー損失に関連する良い答えを提供しますが、考慮すべき追加事項があります。

一体何キロワットの小さなシリンダーで空気を加熱するつもりですか？典型的な4気筒車のエンジンは100キロワットの電力を生成するため、これが必要です。効率はおそらく最高のケースで約33％です（ここではアトキンソンサイクルエンジンではないと仮定）。したがって、300キロワットの電気暖房が必要になりますが、そのうち1つのシリンダーのシェアは75キロワットです。

さらに悪いことに、特定の瞬間（圧縮行程と膨張行程の間）に空気を加熱する必要があります。最高の効率を得るには、加熱はこれら2つのストロークの間の非常に瞬間的な期間でなければなりませんが、膨張ストローク全体を使用して空気を加熱できると仮定しましょう。4つのストロークの1つは、瞬間的な電力が4（ストローク数）×75キロワットまたは300キロワットである必要があることを意味します。シリンダーごと！

300キロワットの電熱素子を見たことがありますか？持っている場合は、2リットルのエンジンの86 mmストロークx 86 mmのボアシリンダー内にこのような発熱体を配置する方法がないことをおそらく理解しています。圧縮率が10の場合、垂直方向に使用できるのは約8.6mmだけなので、実際にははるかに小さいスペースに収まる必要があります。

フィンランドの寒い冬に使用する私の1900W電気室内ヒーターでさえ、86 mm x 8.6 mmよりもはるかに大きいです。そして、それはたったの1.9キロワットで、300キロワットよりはるかに少ないです。

ヒーターを外部に持つ、つまり空気がエンジンに到達する前に加熱することはできないことに注意してください。この場合、圧縮行程でも空気の圧力が上昇し、膨張行程の圧力上昇に対抗します。圧縮行程中は空気が冷たく、膨張行程中は熱くなければなりません。したがって、発熱体は実際にエンジンの内部にある必要があります。

tl; dr
内燃エンジンは、すべての熱を機械的仕事に変えることはできません。そして、熱源がある場合、それを加熱に使用しないのはなぜですか？

カルノーサイクル（理想的、最も効果的）、オットーサイクル（理想化されたガソリンエンジン）、ディーゼルサイクル（理想化されたディーゼルエンジン）、クラウジウス-ランキンサイクル（理想的な蒸気タービン）などのすべての熱サイクルは、定義により熱の一部を放散します。実際のエンジンは、より少ないエネルギーを機械的仕事に、さらに多くのエネルギーを熱に変えます。

機械的エネルギーの一部はオルタネーターによって消費され、バッテリーの充電、点火プラグ、ECUおよびその他のシステムへの電力供給を行います。残りは実際のモーションに使用されます。

電気ヒーターのみを使用する場合、エンジンからの熱をすべて捨て、機械的作業の一部を使用して車を加熱します。それは二重廃棄物です。空気加熱を使用すると、エンジンからの無駄なエネルギーの一部を不正に使用していました。

例として、Skoda Fabia 1.2 HTP（honem to prodej [できるだけ早く販売]）の燃料消費量と運転経験をステレオヒーター、ACヒーター、シートヒーターと比較します。すべてのシステムがオンの場合、消費電力は大幅に増加し、加速は著しく悪化します。これは、より多くの電力が車輪ではなくオルタネーターに向けられたためです。ACをオフにすることは、このような車で追い越そうとするときによく使用される戦術です。

快適性を高めるためのオプションのエクストラとして、電気独立ヒーターおよび電気シートヒーターが使用されます。周囲温度に関係なくそれらを加熱するのに1分未満かかりますが、一方でエンジンを暖めることは周囲温度に関して数分から数十分かかります。

サイドノートは、エンジンが過熱している場合、完全に加熱することをお勧めします-故障/過負荷のラジエーターからの熱の一部をキャビンにリダイレクトします。

ICEの目的は、化学エネルギーを運動に変換することです。これは、燃料自体に熱を発生させるのではなく、シリンダー内の粒子を急速に膨張させて圧力を発生させ、ピストンに力を加えることによってこれを行います。熱は、その拡大に関与する多くの要因の1つです。ただし、燃焼に関与する化学反応には他の多くの要因が関与します。これらは、空気を電気熱で急速に加熱するだけではシミュレートできませんでした。化学エネルギーを熱に変換することも、電気を熱に変換することを効率的に行うことがはるかに簡単であることが判明しました。

ただし、電気システムを使用して、内燃機関で熱を発生させます。それらはブロックヒーターと呼ばれています。

コメントと投稿のほとんどが指摘しているように、機械的エネルギーに変換されるのは熱ではなく、ピストンを介した点火燃料（燃焼）からの力です。熱は主に無駄なエネルギーであり、クーラントによって吸収され、伝達されます。

しかし、極端な温度ではオイルはより粘性が高くなり、移動するためにより多くのエネルギーが必要になります。これにより、冷気で運転しようとしたときにエンジンが損傷したり、システムをまったく実行できなくなることがあります。ブロックヒーターは、エンジンの特定の部分を理想的な運転温度に近づけて、始動を容易にするように設計されました。

そのため、すでに稼働しているエンジンで余分な熱を生成するために電気は必要ありませんが、オフのときに物を暖かく保つためにそれを使用します。

ヒートアップして仕事をするという意味はわかりませんが、86ランチアデルタ以前の電気キャビンヒーティングが特徴です。

エンジンに導入された空気を加熱する場合は、冷たい空気の密度が最も高く、したがって燃焼に利用できる酸素が最も多いため、これは悪い考えです。

最初の質問-どこから電気を入手しますか？私たちが使用する電気は、水力、地熱などの他のソースから得られます。変換の損失と相まって、熱を供給するために直接利用可能な石炭などの他の燃料を使用することが効果的であるということです。今、地球温暖化に伴い、再生可能エネルギーに向かっています...

熱はエネルギーの一種ですが、電気と比較すると怠です。仕事をするのは難しいです。したがって、電力源があれば、それを使用して何かを加熱し、熱から仕事を抽出するよりも、99％の効率で電気モーターで使用する方がはるかに良いでしょう。 。

そして、私はボルツマン定数についても言及しませんでした！