为啥引擎火力没法全开？能量去哪儿了

  在日常驾驶中，我们是不是曾思考过，发动机燃烧燃料产生的能量是否全部用于驱动车辆？答案是否定的。实际上，发动机的热效率很难达到100%。那么，是什么问题造成了这一点？那些未被利用的能量又去了哪里？本文将为您解答这些问题。

  首先，让我们来解释一下什么是发动机热效率。简单来说，发动机热效率是指发动机输出的机械功与燃料燃烧产生的能量之间的比值。可以将其比喻为工厂中产品的合格率，数值越高，表示原料浪费越少，生产效率越高。如果发动机热效率能达到100%，就从另一方面代表着燃烧的燃料所产生的能量完全转化为车辆行驶的动力，发动机不会发热、产生噪音或震动。然而，这在现实中是不可能实现的。

  为什么热效率无法达到 100% 呢？我们大家可以从两个方面来解释。首先，汽油在发动机中无法完全燃烧。这类似于我们吃东西，不可能将摄入的食物完全消化。观察汽车的排气管，黑色的残留物就是未完全燃烧的物质。

  另一方面，发动机在工作过程中不可避免地会产生热量损失、机械损失和泵气损失。首先，我们来看看热量损失。发动机运行时，温度非常高，这些热量其实就是燃烧燃料产生的，但大部分热量都被浪费了。例如，汽车的冷却系统为避免发动机因高温而损坏，一定要通过冷却液带走热量。在这样的一个过程中，至少 30% 的热量被消耗掉。假如没有冷却系统，发动机可能会在极短的时间内因高温而熔化，因为燃料在气缸内燃烧时的温度接近 2000K，即约 1727℃，而铁的熔点仅为 1538℃。

  接下来，我们来谈谈机械损失。发动机内部有许多部件，如活塞、连杆和曲轴等。这些部件在工作时会产生摩擦。类似于用手快速摩擦物体时会感到发热，这正是摩擦消耗能量的表现。为了确认和保证发动机内部的这些部件能够顺畅运转，必须添加润滑油。然而，即使如此，摩擦仍然会消耗相当一部分能量。

  此外，还有泵气损失。在发动机运行过程中，要一直进行进气和排气。进气时，空气被吸入气缸；排气时，燃烧后的废气被排出。这一过程同样会消耗能量。类似于用吸管吸饮料时需要用力才能将饮料吸上来，发动机在进气和排气过程中也需要消耗一定的能量。

  这些损失的能量具体都去哪里了呢？刚才提到的冷却系统带走的热量，这部分能量直接散发到了周围环境中。发动机工作时产生的噪音，实际上也是一种能量形式，这些能量以声波的形式传播出去。此外，在排气过程中，高温废气带走了大量热量，这部分能量也浪费了。据估算，汽车排气带走的热量占比至少达到30%左右。

  尽管发动机的热效率无法达到 100%，但工程师们一直在不懈努力，力求提高这一指标。自 1876 年德国人奥托制造出世界上第一台四冲程内燃机，其热效率仅为 14%，到如今市面上量产的动力系统，热效率普遍可达 40% 左右，这一进步凝聚了无数工程师的心血。例如，马自达最新量产的 Skyactiv-X 发动机，热效率达到了 43%；而丰田的混动系统热效率也达到了 41%。虽然从 14% 提高到 43% 仅提升了 29%，但每 1% 的提升都代表着巨大的技术进步，这与运动员挑战 100 米短跑极限相似，每缩短零点零几秒，都需要付出巨大的努力。

  发动机热效率无法达到100%，这是由物理原理决定的。然而，随着科学技术的发展，未来在材料学与发动机设计等方面可能会有新的突破，从而逐步提升发动机的热效率。在现阶段，我们一定要接受这一现实，并且认识到，提高发动机热效率对于节约能源和降低油耗具备极其重大意义。

  今天关于发动机热效率为何无法达到100%，以及其他能量去向的讲解就到这里。如果您觉得本文对您起到一定的帮助，恳请您点赞并关注，这将是对我们最大的支持和鼓励。