Кпд двигателя внутреннего: КПД двигателя внутреннего сгорания. Сколько приблизительно равен, а также мощность в процентах

КПД двигателя внутреннего сгорания

 

Двигатели внутреннего сгорания не так эффективны, как могли бы быть. Они преобразуют только около 30% энергии топлива в работу, соответственно КПД низкий. Остальное теряется в виде тепла. Эта потерянная энергия должна рассеиваться, чтобы двигатель не перегревался.

Есть несколько способов повысить КПД двигателя.

1. Одним из них является разработка более эффективного цикла двигателя.
2. Другой заключается в использовании более качественных материалов, способных выдерживать более высокие температуры.
3. Наконец, мы можем использовать улучшенные системы охлаждения, чтобы избавиться от отработанного тепла.

Как измеряется КПД ДВС

Эффективность двигателя внутреннего сгорания определяется тем, сколько мощности он производит по сравнению с количеством потребляемого топлива.

Наиболее распространенным способом измерения эффективности двигателя является удельный расход топлива при торможении (BSFC), который представляет собой количество фунтов топлива, необходимое для производства одной лошадиной силы в час.

BSFC можно измерить двумя способами: нетто и брутто. Чистый BSFC измеряет количество топлива, израсходованного при работе двигателя под нагрузкой, а общий BSFC измеряет количество топлива, израсходованного при полностью открытой дроссельной заслонке.

Лучший способ повысить КПД двигателя — уменьшить его вес.

Этого можно добиться, используя более легкие материалы для компонентов двигателя или включив передовые конструктивные особенности, которые уменьшают количество необходимого материала. Уменьшение веса также облегчает двигателю ускорение и преодоление инерции, что улучшает приемистость и общую производительность.

Компоненты ДВС, влияющие на его КПД эффективность

На КПД двигателя внутреннего сгорания влияет множество факторов. Наиболее важным фактором является степень сжатия двигателя. Более высокая степень сжатия позволит сжечь больше топлива и создать большую мощность. Однако, если степень сжатия слишком высока, двигатель может работать плохо или даже повредиться.

Другие факторы, влияющие на эффективность, включают вес и размер двигателя, тип используемого топлива, а также возраст и состояние двигателя. Более легкий двигатель требует меньше энергии для движения, что делает его более эффективным.

Антон Вадимович Слесарчук

Автомеханик, стаж 26 лет

Двигатели, использующие дизельное топливо, обычно более эффективны, чем те, которые используют бензин, а старые двигатели, как правило, менее эффективны, чем новые.

КПД: механизмы, которые могут повысить эффективность ДВС

Двигатели внутреннего сгорания не очень экономичны. Существует ряд механизмов, которые можно использовать для повышения эффективности ДВС.

Одним из способов повышения эффективности является уменьшение количества тепловых потерь двигателя.

Этого можно добиться путем изоляции двигателя и нанесения керамического покрытия на стенки цилиндров.

Еще одним способом повышения КПД является уменьшение трения между движущимися частями двигателя. Этого можно добиться, используя специальные смазочные материалы и сконструировав двигатель так, чтобы между движущимися частями было меньше трения.

Проблемы повышения эффективности ДВС

1. Одной из задач повышения эффективности двигателя внутреннего сгорания является снижение тепловых потерь. Это можно сделать, улучшив изоляцию и используя более эффективную систему охлаждения.
2. Еще одной задачей является снижение паразитных потерь, таких как трение между движущимися частями и сопротивление ветру. Сокращение этих потерь может повысить КПД двигателя до 10%.
3. Наконец, еще одна проблема заключается в разработке более эффективного двигателя. Этого можно добиться за счет оптимизации формы двигателя и использования более легких материалов.

Спонсор статьи — сайт о пользе воды: vodavodichka.ru

Антон Вадимович Слесарчук

Автомеханик, стаж 26 лет

Установлено, что двигатель наиболее эффективен, когда он работает со скоростью около 1800 оборотов в минуту.

 

Как повысить кпд двигателя внутреннего сгорания

10 марта 2019      Двигатель и КПП

 Повышение КПД двигателя внутреннего сгорания (ДВС) интересует многих автолюбителей. Дело в том, что какую бы машину Вы не купили, всегда хочется иметь более мощный двигатель и ездить быстрее.

Как ни странно, но эти мечты осуществимы. Мощность двигателя можно увеличить. Кроме того можно изменить расход топлива и экологический класс вашего автомобиля.

Но начнём с простого. У бензинового двигателя внутреннего сгорания (ДВС) для воспламенения топливно-воздушной смеси используется свеча зажигания. У дизельного двигателя применяется форсунка.

Чтобы они более эффективно работали, обеспечивая хорошее воспламенение смеси, необходимо подавать на них высокую энергию.

Для дизельной форсунки важна не только конструкция (а конструктив важен и для свечи зажигания), но и давление питающего ее насоса. Для свечи бензинового ДВС важно напряжение, коммутируемое на первичную обмотку катушки зажигания. Поэтому насосы с повышенным давлением для дизельных форсунок и системы тиристорного зажигания для свечного поджига бензиновых моторов, повышают КПД и мощность двигателя.

ПОВЫШЕНИЕ КПД ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Если так просто повысить КПД двигателя, то почему этим не пользуются авто производители? Пользуются! Но только для коммерческих грузовиков и генераторов. Ведь у них КПД превышает 80%, при 60% у обычных. Стоя рядом с работающим грузовым автомобилем Volvo или Iveco, ощущается запах озона, а не дизельной гари. То же и с дизельными генераторами ведущих фирм.

Что касается автомобилей некоммерческих, тут есть две причины – обе, правда, коммерческие.

Первое – это очевидный корпоративный сговор о том, что легковой автомобиль не должен быть слишком экономичным. Ведь нефть нужно продавать. И если применяются технологии, снижающие расход топлива, то конечный потребитель сильно переплачивает за них в соответствии с ценой автомобиля.

Второе – это усложнение конструкции, которое также отражается на стоимости автомобиля, а последняя – на конкурентных качествах. Апологетами можно назвать Ford Mondeo (класс “C”) и Ford Ka (класс “A”), которые ухитрялись расходовать одинаковое количество бензина – 8 литров на 100 километров пробега. Как говорится, “почувствуйте разницу”. На “хитрые решения” наподобие повышения давления на насосе впрыска или тиристорного зажигания фирмы не идут по совокупности описанных двух факторов.

Рекомендуем прочитать  Какие свечи зажигания лучше выбрать для автомобиля

Итак, переходим к самому интересному: полезные хитрости. Естественно, что их применение требует дополнительных мер безопасности! Все должно делаться “правильными” руками, иначе возрастает риск возгорания автомобиля.

КАК ПОВЫСИТЬ КПД ДВИГАТЕЛЯ

Подгонка ТНВД- топливного насоса высокого давления. Он есть даже в системах с электронным управлением впрыска. С помощью установки нагнетающего насоса от бензиновой системы впрыска стоимостью около $100 можно получить до 10-16 Бар на входе в насос высокого давления.

Для профилактики преждевременного износа шестерен и плунжеров этого дорогостоящего агрегата стоит поставить насос подкачки с генератором тока. Обычная 20 Вт лампочка соединенная последовательно с мотором насоса дает ограничение давления на выходе 1 Бар. Это предотвращает сухое трение в вакуумных пузырях топлива при засорении топливного фильтра грязью или парафином.
Такая хитрость позволяет продлить срок жизни ТНВД, в особенности – там, где холодные зимы. Дело в том, что моторчик подкачки еще и подогревает солярку.

Существуют некоторые опасности при неправильной настройке. Это прорыв магистрали от насоса к входному фильтру ТНВД, так как рассчитана она на вакуумирование, а не на высокое давление. Соединения могут пропускать, а то и рассоединяться.

Кстати, наибольшее количество “убитых” ТНВД и плохого запуска дизельного двигателя, как раз и приходится на “подсос” воздуха во всасывающей магистрали топлива. А это даже в напорных трубопроводах при фланцевых соединениях имеет место быть (форвакуумный, или инжекторный эффект).

ЗАЖИГАНИЕ

По тиристорному зажиганию пишут много неправды про то, что искра сильнее, но короче. Это не так. Если на первичную обмотку катушки зажигания подаётся 300 вольт вместо 15, то вполне естественно, что при том же токе потребления в 5 ампер то же количество энергии будет израсходовано примерно за 1/20. На самом деле – около 1/10-1/5, в зависимости от конструкции LC контура и величины зазора.

Рекомендуем прочитать  АКПП — как правильно пользоваться коробкой автомат

Но никто же не ограничивает в мощности накачки в разумных пределах! И 15, и даже 30 ампер большинство электро систем автомобиля выдерживают: при 80 амперных генераторах можно себе позволить. Свечи, конечно, будут изнашиваться быстрее, но обычная толсто электродная свеча будет жить как высокотехнологичная.
Кстати, на двух электродных катушках зажигания она работает всего 5000 километров при условии смены полярности – электрод распыляется на одном полюсе катушки. И в качестве бонуса – 30% экономии топлива!

Почему важна продолжительная искра? Что происходит, если укоротить искру? Машина попросту не едет: сняли конденсатор с катушки зажигания, и мотор “не тянет”. Заводится, крутится вхолостую, а тяги нету даже чтобы тронуться. В цилиндрах происходит эффект вакуумной бомбы: один импульс поджигает небольшой шарик объема топлива, а дальше идёт процесс горения, а не фронтового воспламенения… “Бомба маленькая была”.

После ее подрыва вернувшаяся назад волна с уплотненным фронтом (эффект укладывания обломков в кучку на месте взрыва) не встречает дружественно поджигающей искры. Этот вариант аналогичен тому, когда дизельная форсунка не распыляет топливо. Крупные капли плохо горят.

ТЕРИСТОРНОЕ ЗАЖИГАНИЕ

Поэтому было придумано много искровое тиристорное зажигание. В нем количество искр определяется количеством периодов накачивающего генератора в отведенный промежуток времени для поджига. Подбирать нужно к конструкции системы зажигания, объему цилиндра и конструкции поршня.

У BMW – купольные поршни, что является наилучшим вариантом. Отсюда и любовь владельцев “москвичей” к тиристорным системам зажигания. О обратный фронт очень быстро возвращается, и искра может быть короткой. Это – один из факторов “вечной жизни” свечей в старых моторах BMW.

Относительно обычного транзисторного зажигания, система получается намного сложнее и опаснее. Мало того, что такая искра способна ударить током, так и 300 вольт, подаваемые на первичную обмотку катушки зажигания, способны убить горе-специалиста автосервиса (а там, похоже, только такие остались).

Рекомендуем прочитать  Как работает коробка передач автомат- АКПП

Тем не менее, система зажиганию Common Rail по цене намного дороже и конструктивно сложнее. Вдобавок, эта система как правило сильно изнашивает поршневую. Но зато, это в духе современной коммерции: платите в кассы! А мы за это продадим вам призрачное преимущество – большую мощность двигателя при том же объеме. Неужели просто объем больше нельзя поставить, загнав его в нужный режим по крутящему моменту компьютером, как у BMW?

Чип тюнинг двигателя

Кроме того, что мы Вам рассказали, есть и самый простой способ повысить КПД двигателя. Увеличить мощность мотора любого автомобиля можно не только на бензиновом но и дизельном силовом агрегате. С этой целью используется Чип Тюнинг двигателя.

В обычном бензиновом двигателе, без турбо наддува, чип тюнингом можно добиться большего нагнетания горючей смеси в цилиндры. Изменить режимы работы различных систем. Можно экспериментировать с установкой более высоких углов опережения системы зажигания. Менять показатель ограничения количества оборотов и многое другое.

У турбированных моторах можно изменять максимальное давление и настройку момента запуска турбо наддува.

Чип тюнинг увеличивает мощность и крутящий момент бензинового атмосферного двигателя на 5–10 %. Это относится и к атмосферным дизельным моторам. Стоит заметить, что чип тюнинг турбированного дизельного двигателя позволяет увеличить его мощность на 20–25 %. Кроме того крутящий момент увеличивается до 30%.

Метки: КПД двигателя

История появления тюнинга легковых автомобилей

Предыдущая запись

Dayanis Garcia – девушки и авто

Следующая запись

Повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания с течением времени

Aladayleh W, Alahmer A (2015) Рекуперация отработанного тепла выхлопных газов для ДВС с использованием двигателя Стирлинга бета-типа.

Дж. Энергия 2015: 1–8. https://doi.org/10.1155/2015/495418

CrossRef Google ученый

Ежегодник стандартов ASTM (1980) D613: стандартный метод определения цетанового числа дизельного топлива. Американское общество испытаний и материалов, Филадельфия, Пенсильвания, США

Google ученый

Ассанис Д., Хейвуд Дж. (1986) Разработка и использование компьютерного моделирования дизельной системы с турбонаддувом для усовершенствования характеристик двигателя и исследований теплообмена компонентов. SAE Trans 95 (документ SAE № 860329), 2,451–2,476. https://doi.org/10.4271/860329

Bernodusson J (2018) Сжигание ископаемого топлива. https://www.samgongustofa.is/media/siglingar/skyrslur/Combustion-of-fossil-fuels-2018-en-1.pdf. По состоянию на 14 апреля 2020 г.

Бхардж Р.С., Кумар Р., Сингх Г.Н. (2019) Бортовые стратегии контроля выбросов после сгорания топлива для дизельного двигателя в Индии в соответствии с нормами Bharat Stage VI. В: Расширенная диагностика двигателя. Спрингер, Сингапур, стр. 105–125

Google ученый

Блумберг П., Лавуа Г., Табачински Р. (1979) Феноменологические модели поршневых двигателей внутреннего сгорания. Prog Energy Combust Sci 5: 123–167. https://doi.org/10.1016/0360-1285(79)

-7

Перекрестная ссылка Google ученый

Боггс Д., Гилберт Х., Шехтер М. (1995) Двигатель с циклом Отто-Аткинсона: результаты экономии топлива и выбросов, а также конструкция оборудования. Двигатели SAE Trans J 104 (документ SAE № 950089): 220–232. https://www.jstor.org/stable/44633213

Бойд Т. (1950) Поиск пути в топливе и двигателях, том 4. Общество автомобильных инженеров, Уоррендейл, Пенсильвания, стр. 182–195. Документ SAE 500175. https://doi.org/10.4271/500175

Бойд Р.А. (2009) Предлагаемый метод продажи и спецификация качества водородного автомобильного топлива. Резюме текущей информации. Подкомитет стандартов по спецификациям топлива (FSS). Национальная рабочая группа США по развитию коммерческого измерения водорода

Google ученый

Буш Р., Хаммер Дж., Херинек Р., Вемайер К. (2012) Усовершенствованный учет топлива – требования к бензину и системные решения Bosch. В: Топливные системы для двигателей внутреннего сгорания. Издательство Woodhead, стр. 77–85

Google ученый

Caton J (2000) Обзор исследований с использованием второго закона термодинамики для изучения двигателей внутреннего сгорания. Двигатели SAE Trans J 109 (документ SAE № 2000–01–1081): 1252–1266. https://doi.org/10.4271/2000-01-1081

Caton J (2008) Результаты моделирования влияния степени сжатия и степени расширения на характеристики двигателя в цикле двигателя. J Eng Мощность газовых турбин 130 (5): 052809–1–052809–7. https://doi. org/10.1115/1.2939013

Caton JA (2009) Термодинамическая оценка использования спиртового топлива в двигателе с искровым зажиганием. Документ SAE № 2009-01-2621. https://doi.org/10.4271/2009-01-2621

Ценгель Ю.А., Болес М.А. (2007) Термодинамика: инженерный подход, 6-е издание (единицы СИ). McGraw-Hill Companies Inc., Нью-Йорк

Google ученый

Чакраварти В.К., Доу К.С., Пихл Дж.А., Конклин Дж.К. (2010) Исследование теоретического потенциала термохимической рекуперации тепла выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания. Энергетическое топливо 24:1529–1537. https://doi.org/10.1021/ef

3b

CrossRef Google ученый

Clenci A, Descombes G, Podevin P, Hara V (2007) Некоторые аспекты, касающиеся комбинации уменьшения размеров с турбонаддувом, переменной степенью сжатия и регулируемым подъемом впускного клапана. Proc Inst Mech Eng DJ Automob. Англ 221: 1287–1294. https://doi.org/10.1243/09544070JAUTO449

CrossRef Google ученый

Corti E, Moro D, Solieri L (2007) Оценка параметров IMEP и ROHR в режиме реального времени. Документ SAE № 2007-24-0068. https://doi.org/10.4271/2007-24-0068

Кревелинг Дж.Л. (1914) Средства утилизации отработанной энергии. Патент США US 1(118):269

Google ученый

DENSO разрабатывает новую дизельную систему Common Rail с самым высоким в мире давлением впрыска (2013 г.). https://www.denso.com/global/en/news/news-releases/2013/130626-01?

Diesel R (1894) Теория и конструкция ротационного теплового двигателя. Спон и Чемберлен, Лондон

Google ученый

Dunbar WR, Lior N (1994) Источники необратимости горения. Combust Sci Technol 103:41–61. https://doi.org/10.1080/00102209408907687

CrossRef Google ученый

EERE U (2003 г.

) Основные сведения: дизельный двигатель. Министерство энергетики США, Вашингтон, США. https://www1.eere.energy.gov/vehiclesandfuels/pdfs/basics/jtb_diesel_engine.pdf. По состоянию на 14 апреля 2020 г.

EPA (2011) Технологии легковых автомобилей, выбросы углекислого газа и тенденции экономии топлива: с 1975 по 2011 год, EPA420-R-12-001a. Отдел транспорта и климата. Управление транспорта и качества воздуха, Агентство по охране окружающей среды США

Google ученый

Факты о турбокомпаунде Wright (PDF). Вуд-Ридж, Нью-Джерси: Curtiss-Wright Corporation: Wright Aeronautical Division, 19 октября.56 Архивировано из оригинала (PDF) 16 февраля 2010 г. По состоянию на 21 июня 2020 г.

Google ученый

Феррари А., Чиоди М., Барженде М., Роберти П., Милло Ф., Вихель-Ранс Д. (2011) Виртуальная настройка гоночного двигателя для оптимизации характеристик круга с помощью всеобъемлющей модели двигатель-автомобиль-водитель. Документ SAE 2011-24-0141. https://doi.org/10.4271/2011-24-0141

Филипи З., Ассанис Д. (1991) Квазимерное компьютерное моделирование двигателя с искровым зажиганием с турбонаддувом и его использование для исследований совместимости 2- и 4-клапанных двигателей. . SAE Trans J Engines100 (документ SAE № 910075): 52–68. doi: https://doi.org/10.4271/910075

Фиш А., Рид И., Аффлек В., Хаскелл В. (1969) Управляющая роль холодного пламени в двухступенчатом воспламенении. Зажгите пламя 13:39–49. https://doi.org/10.1016/0010-2180(69)

-1

CrossRef Google ученый

Goldsmid H (1960) Принципы термоэлектрических устройств. Br J Appl Phys 11: 209–217. https://doi.org/10.1088/0508-3443/11/6/301

CrossRef Google ученый

Gray C (1988) Обзор системы изменения фаз газораспределения двигателя. Двигатели SAE Trans J 97 (документ SAE № 880386): 6,631–6,641. https://doi.org/10.4271/880386

Guardiola C, Pla B, Blanco-Rodriguez D, Eriksson L (2013) Эффективный в вычислительном отношении оценщик на основе фильтра Калмана для обновления справочных таблиц, применяемых для оценки NOx в дизельном топливе. двигатели. Контрольная инженерная практика 21 (11): 1455–1468. https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2013.06.015

CrossRef Google ученый

Heywood JB (1988) Основы двигателя внутреннего сгорания. Макгроу-Хилл, Нью-Йорк

Google ученый

Hussain Q, Brigham D, Maranville C (2009) Термоэлектрическая рекуперация тепла выхлопных газов для гибридных автомобилей. Двигатели SAE Int J 2(1):1132–1142. https://doi.org/10.4271/2009-01-1327

CrossRef Google ученый

Husted HL, Piock W, Ramsay G (2009) Улучшение эффективности использования топлива за счет обедненного, послойного сгорания с электромагнитной форсункой. Документ SAE 2009-01-1485. https://doi.org/10.4271/2009-01-1485

Международное энергетическое агентство (2012 г.) Дорожная карта технологий: экономия топлива дорожных транспортных средств. Технический отчет. https://webstore.iea.org/technology-roadmap-fuel-economy-of-road-vehicles

Исмаил Б.И., Ахмед В.Х. (2009) Производство термоэлектрической энергии с использованием энергии отработанного тепла в качестве альтернативной зеленой технологии. Recent Pat Electr и Electron Eng (ранее Recent Pat Electr Eng) 2 (1): 27–39

Google ученый

Джайн А., Сингх А.П., Агарвал А.К. (2017) Влияние раздельного впрыска топлива и рециркуляции отработавших газов на снижение выбросов NOx и твердых частиц в дизельном двигателе с низкотемпературным сгоранием (LTC). Энергия 122: 249–264. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.01.050

CrossRef Google ученый

Johnson BH (2015) Исследование пути к высокоэффективным, мощным двигателям внутреннего сгорания с помощью эксергетического анализа и стехиометрического прямого впрыска (докторская диссертация, Стэнфордский университет). https://purl.stanford.edu/cp633zj5935

Kamimoto T, Kobayashi H (1991) Процессы сгорания в дизельных двигателях. Prog Energy Combust Sci 17: 163–189. https://doi.org/10.1016/0360-1285(91)

-J

CrossRef Google ученый

Карим Н. (2000) Как работают турбонагнетатели. https://auto.howstuffworks.com/turbo.htm. По состоянию на 1 июня 2020 г.

Кинан Дж. (1951) Доступность и необратимость в термодинамике. Br J Appl Phys 2: 183–192. https://doi.org/10.1088/0508-3443/2/7/302

CrossRef Google ученый

Kim HS, Liu W, Chen G, Chu CW, Ren Z (2015) Связь между термоэлектрической добротностью и эффективностью преобразования энергии. Proc Natl Acad Sci 112:8205–8210. https://doi.org/10.1073/pnas.1510231112

CrossRef Google ученый

Коробицын М.А. (1998) Новые и перспективные технологии преобразования энергии. Анализ когенерационных, комбинированных и интегрированных циклов. Febroduck BV, Энсхеде

Google ученый

Кущ А.С., Басс Дж.К., Гамати С., Эльснер Н.Б. (2002) Термоэлектрические разработки по технологии HI-Z. Опубликовано: Конференция по исследованию эффективности дизельных двигателей и выбросов (DEER), 2002 г. Сан-Диего, Калифорния

Google ученый

Leithgoeb R, Henzinger F, Fuerhapter A, Gschweitl K, Zrim A (2003) Оптимизация новых усовершенствованных систем сжигания с использованием управления горением в реальном времени. Документ SAE № 2003-01-1053. https://doi.org/10.4271/2003-01-1053

Леоне Т., Позар М. (2001) Преимущество отключения цилиндров в экономии топлива – чувствительность к применению транспортного средства и эксплуатационным ограничениям. SAE Trans J Fuels Lubricants 110 (документ SAE № 2001-01-3591): 2039–2044. https://doi. org/10.4271/2001-01-3591

Levin K, Lebling K (2019) CO ₂ климатические данные, Институт мировых ресурсов. https://www.wri.org/blog/2019/12/co2-emissions-climb-all-time-high-again-2019-6-вынос-последние-климатические-данные. По состоянию на 14 апреля 2020 г.

Линденкамп Н., Стобер-Шмидт К., Эйлтс П. (2009) Стратегии сокращения выбросов NOx и твердых частиц в дизельных гибридных электромобилях, документ SAE 2009-01-1305. https://doi.org/10.4271/2009-01-1305

Lu X, Han D, Huang Z (2011) Проектирование и управление топливом для управления усовершенствованными режимами сгорания с воспламенением от сжатия. Prog Energy Combust Sci 37: 741–783. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2011.03.003

Перекрёстная ссылка Google ученый

Ma T (1988) Влияние изменения фаз газораспределения двигателя на экономию топлива. Двигатели SAE Trans J 97 (документ SAE № 880390): 6,665–6,672. https://www.jstor.org/stable/44547403

MacLean HL, Lave LB (2003) Оценка технологий автомобильных топливных/двигательных систем. Prog Energy Combust Sci 29 (1): 1–69. https://doi.org/10.1016/S0360-1285(02)00032-1

CrossRef Google ученый

Мичем Г. (1970) Изменяемая синхронизация кулачка как инструмент контроля выбросов. SAE Trans 79 (документ SAE № 700673): 2127–2144. https://www.jstor.org/stable/44723726

Моран М.Дж., Шапиро Х.Н., Беттнер Д.Д., Бейли М.Б. (2010) Основы инженерной термодинамики. Джон Вили и сыновья

Google ученый

Muller-Steinhagen HMG (2011) Цикл Ренкина. Термопедия. https://doi.org/10.1615/AtoZ.r.rankine_cycle

Перекрёстная ссылка Google ученый

Найт П., Фостер Д. (1983) Горение гомогенного заряда с воспламенением от сжатия. SAE Trans 92 (документ SAE № 830264): 1,964–1,979. https://doi.org/10.4271/830264

Нандхакумар С., Динеш К. (2017) Повышение эффективности двигателя внутреннего сгорания и теплового комфорта с помощью термоэлектрического генератора. Int J Adv Res Sci Eng 6: 439–444

Google ученый

Атомная энергия для всех. Тепловая эффективность дизельного цикла (2021 г.) https://www.nuclear-power.net/nuclear-engineering/thermodynamics/thermodynamic-cycles/diesel-cycle-diesel-engine/thermal-efficiency-for-diesel-cycle/

Ониши С., Джо С., Шода К., Джо П., Като С. (1979) Сгорание в атмосфере активного термоса (ATAC) – новый процесс сгорания для двигателей внутреннего сгорания. SAE Trans 88 (документ SAE № 7

): 1851–1860. https://www.jstor.org/stable/44658187

Пальма А., Дель Коре Д., Эспозито С. (2011) Концепция и управление HCCI, выполненные с использованием многоканальной технологии на бензиновых двигателях, документ SAE 2011-24-0026. https://doi.org/10.4271/2011-24-0026

Пайри Ф., Десантес Дж., Корбераан Дж. (1988) Исследование характеристик двигателя SI, включающего систему изменения фаз газораспределения с гидравлическим управлением. Двигатели SAE Trans J 97 (документ SAE № 880604): 6.1133–6.1145. https://www.jstor.org/stable/44547444

Quoilin S, Lemort V (2009) Технологическое и экономическое исследование систем органического цикла Ренкина. В кн.: Европейская конференция по экономике и управлению энергетикой в ​​промышленности. Виламоура, Португалия

Google ученый

Rakopoulos C, Giakumis E (2006) Анализ второго закона применительно к работе двигателей внутреннего сгорания. Prog Energy Combust Sci 32: 2–47. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2005.10.001

CrossRef Google ученый

Reitz RD (2013) Направления исследований двигателей внутреннего сгорания. Зажгите пламя 160: 1–8. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2012.11.002

CrossRef Google ученый

Рейц Р.Д., Огава Х., Пайри Р., Фанслер Т., Кокджон С., Мориёси Й., Агарвал А.К., Аркуманис Д., Ассанис Д., Бэ С., Булуучос К. (2020) Редакционная статья IJER: будущее двигателя внутреннего сгорания. Int J Engine Res 21: 3–10. https://doi.org/10.1177/1468087419877990

Перекрёстная ссылка Google ученый

Reitz R, Rutland C (1995) Разработка и тестирование моделей CFD дизельного двигателя. Prog Energy Combust Sci 21: 173–196. https://doi.org/10.1016/0360-1285(95)00003-Z

CrossRef Google ученый

Риссман Дж., Кеннан Х. (2013) Усовершенствованные дизельные двигатели внутреннего сгорания. Тематические исследования роли правительства в инновациях в области энергетических технологий, Американский совет по инновациям в области энергетики

Google ученый

Rizzoni G, Guzzella L, Baumann BM (1999) Унифицированное моделирование трансмиссии гибридных электромобилей. IEEE/ASME Trans Mechatron 4(3):246–257. https://doi.org/10.1109/3516.789683

CrossRef Google ученый

Robert Bosch GmbH (2021) Электромагнитный клапан форсунок высокого давления. https://www.bosch-mobility-solutions.com/en/products-and-services/passenger-cars-and-light-commercial-vehicles/powertrain-systems/gasoline-direct-injection/high-pressure-injection/

Shyani R, Caton J (2009) Термодинамический анализ использования рециркуляции выхлопных газов в двигателях с искровым зажиганием, включая второй закон термодинамики. Proc Inst Mech Eng Part D J Automobile Eng 223: 131–149. https://doi.org/10.1243/09544070JAUTO935

CrossRef Google ученый

Сингх А.П., Агарвал А.К. (2019a) Эксплуатационные характеристики и характеристики выбросов обычного дизельного двигателя с воспламенением от сжатия с частично смешанным зарядом и переключением режима сгорания в двигателе, работающем на биодизельном топливе. Int J Двигатель Res. https://doi.org/10.1177/1468087419860311

Перекрёстная ссылка Google ученый

Сингх А.П., Агарвал А.К. (2019b) Характеристики твердых частиц, выбрасываемых двигателями внутреннего сгорания с использованием усовершенствованных стратегий сгорания. В: Расширенная диагностика двигателя. Спрингер, Сингапур, стр. 57–71

Google ученый

Сингх А.П., Шарма Н., Сатсанги Д.П., Кумар В., Агарвал А.К. (2019) Горение с воспламенением от сжатия с регулируемой реактивностью с использованием спиртов. В: Расширенная диагностика двигателя. Спрингер, Сингапур, стр. 9.–28

Google ученый

Сингх А.П., Шарма Н., Кумар В., Агарвал А.К. (2020a) Экспериментальные исследования двигателя с воспламенением от сжатия с управляемой реактивностью, работающего на минеральном дизельном топливе/метаноле, работающего при переменных нагрузках двигателя и соотношениях предварительно смешанных смесей. Int J Двигатель Res. https://doi.org/10.1177/1468087420923451

Сингх А.П., Шарма Н., Сатсанги Д.П., Агарвал А.К. (2020b) Влияние давления впрыска топлива и соотношения предварительной смеси на двигатель внутреннего сгорания, работающий на минеральном дизельно-метанольном топливе, с регулируемой реактивностью в режиме воспламенения от сжатия . J Energy Res Technol 142(12):122301. https://doi.org/10.1115/1.4047320

Song R, Hu T, Liu S, Liang X (2008) Характеристики сгорания двигателя SI, работающего на смесях метанола с бензином, при холодном пуске. Front Energy Power Eng China 2 (4): 395–400. https://doi.org/10.1007/s11708-008-0081-7

CrossRef Google ученый

Splitter D, Wissink M, DelVescovo D, Reitz RD (2013) Работа двигателя RCCI с тепловым КПД 60%. Технический документ SAE 2013–01–0279. https://doi.org/10.4271/2013-01-0279

Шринивасан К., Маго П., Зданюк Г., Чамра Л. , Мидкифф К. (2008 г.) Повышение эффективности двигателя с усовершенствованным впрыском топлива на природном газе с низким пилотным зажиганием с использованием органических циклов Ренкина. ASME J Energy Resour Technol 130:022201-1–022201-7. https://doi.org/10.1115/1.23

CrossRef Google ученый

Субрамани Д.А., Дхинагаран Р., Прасант В.Р. (2020) Введение в турбонаддув — взгляд на систему управления воздухом. В проектировании и разработке дизельных двигателей большой мощности (стр. 85–19).3). Спрингер, Сингапур.

Google ученый

Сугияма Т., Хиёси Р., Такемура С., Аояма С. (2007a) Технология улучшения характеристик двигателя с использованием регулируемых механизмов. Двигатели SAE Trans J 116 (документ SAE № 2007-01-1290): 803–812. https://doi.org/10.4271/2007-01-1290.

Сугияма Т. , Хиёси Р., Такемура С., Аояма С. (2007b) Технология улучшения характеристик двигателя с использованием регулируемых механизмов. Двигатели SAE Trans J 116 (документ SAE № 2007-01-1290): 803–812. https://www.jstor.org/stable/44699316

Sun C, Kang D, Bohac SV, Boehman AL (2016) Влияние времени впрыска топлива и времени впрыска на сгорание с воспламенением от сжатия частично предварительно перемешанного заряда. Энергетическое топливо 30 (5): 4331–4345. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.6b00257

CrossRef Google ученый

Takeda Y, Keiichi N, Keiichi N (1996) Характеристики выбросов предварительно смешанного обедненного дизельного топлива с чрезвычайно ранним впрыском топлива. SAE Trans J Fuels Lubricants 105 (документ SAE № 961163): 938–947. https://www.jstor.org/stable/44729107

Таймаз I (2006 г.) Экспериментальное исследование энергетического баланса в дизельном двигателе с низким теплоотводом. Энергия 31: 364–371. https://doi.org/10.1016/j.energy.2005.02.004

CrossRef Google ученый

Ташкиран О.О., Эргенеман М. (2011) Экспериментальное исследование характеристик распыления дизельного топлива и процесса самовоспламенения. J Combust 2011: 1–20. https://doi.org/10.1155/2011/528126

Перекрёстная ссылка Google ученый

Teng H, Regner G, Cowland C (2006) Достижение высокой эффективности дизельных двигателей большой мощности за счет рекуперации отработанного тепла с использованием сверхкритического цикла Ренкина с органической жидкостью. In: Конгресс и выставка инженеров по коммерческим автомобилям SAE 2006. Технический документ SAE 2006–01–3522. https://doi.org/10.4271/2006-01-3522

Tritt TM, Subramanian MA (2006) Термоэлектрические материалы, явления и приложения: взгляд с высоты птичьего полета. Миссис Булл 31: 188–198. https://doi. org/10.1557/mrs2006.44

CrossRef Google ученый

Tuttle J (1980) Управление нагрузкой двигателя за счет позднего закрытия впускного клапана. SAE Trans 89 (документ SAE № 800794): 2429–2441. https://doi.org/10.4271/800794

Вишванатан Б. (2017 г.) Источники энергии: основы процессов химической конверсии и применения. Нефть. Elsevier, Амстердам, стр. 29–57

Google ученый

Wall J (2012) Презентация возможных будущих технологий двигателей Cummins, Cummins.

Google ученый

Вирбелейт Ф., Биндер К., Гвиннер Д. (1990) Разработка поршней с переменной высотой сжатия для повышения эффективности и удельной мощности двигателей внутреннего сгорания. Двигатели SAE Trans J 99 (документ SAE №

9): 543–557. https://doi.org/10.4271/

9

Повышение эффективности двигателя внутреннего сгорания — 1656 слов

СОДЕРЖАНИЕ

1. Аннотация
2. Введение
3. Применение ICE
4. Типы ICES
5. Эффективность двигателя
6. растворы
7. Заключение
8. Список. человечество давно. С момента изобретения ДВС в конце 1800 года наша жизнь во многом зависела от машин с ДВС. Однако недавние разработки в области охраны окружающей среды привели к тому, что инженеры вынуждены повышать эффективность двигателей внутреннего сгорания. Это давление совпадает с глобальным стремлением сделать машины «более экологичными» и более безвредными для окружающей среды. Благодаря этому движению многие инженеры изучили способы повышения эффективности ДВС.

   После изучения типов ДВС, их применения, последних технологических достижений в улучшении характеристик ДВС и препятствий, которые мешают реализации оптимальной эффективности этих двигателей, в этой статье предлагается использование системы изменения фаз газораспределения, турбонагнетателей, деактивации цилиндров, и технологии прямого впрыска как возможные способы повышения эффективности ДВС. Эти новые технологии продвигают возможные альтернативы для повышения эффективности двигателя внутреннего сгорания.

   Введение

   Двигатель внутреннего сгорания привлек большое внимание наблюдателей своей эффективностью. Действительно, благодаря выбросу парниковых газов двигателями внутреннего сгорания ДВС внесли значительный вклад в глобальный углеродный след. Помимо ДВС, инженеры разрабатывают более экономичные машины.

   Принципы разработки эффективных машин основаны на двух процессах – снижении энергопотребления и повышении энергоэффективности. Существует много типов двигателей внутреннего сгорания, но Сангури (2010) демонстрирует, что все ДВС работают одинаково. Модель сгорания ДВС характеризует воспламенение топлива (путем смешивания воздуха и топлива) для сжатия газов и получения энергии

   ДВС всегда не могли обеспечить максимальную производительность (по сравнению с впрыском топлива). На самом деле, Сангури (2010) объясняет, что большинство ДВС неэффективны, потому что пользователи получают только 20% всей энергии, производимой работающим двигателем. К счастью, сегодня инженеры изучают новые способы повышения эффективности использования топлива. Большинство этих разработок основано на развитии компьютерных технологий. На самом деле, компьютерные технологии управляют большинством автомобильных двигателей, производимых сегодня. Однако компьютерные технологии не смогли решить большую часть проблем эффективности ДВС.

   В этом документе предлагаются пять стратегий повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Эти стратегии основаны на новых технологиях, использованных за последние пять лет для повышения эффективности двигателя. К ним относятся непосредственный впрыск, отключение цилиндров, турбонагнетатели, изменение фаз газораспределения и использование чистого топлива. Однако, прежде чем анализировать эти технологии, в этой статье исследуется применение ДВС, типы двигателей внутреннего сгорания, а также возможные возможности и проблемы, связанные с оптимизацией эффективности двигателя.

   Применение ДВС

   Долгое время ДВС приводили в движение движущиеся машины. В основном ДВС применялись для приведения в движение подвижных машин. К таким машинам относятся автомобили, лодки и самолеты. Иногда ДВС также приводят в действие стационарные машины, такие как генераторы, но наиболее распространенное применение ДВС заключается в приведении в действие автомобильных двигателей (Ganesan, 2008).

   Фактически почти все автомобильные двигатели используют ДВС. Недавней тенденцией среди производителей автомобилей является замена ДВС на электродвигатели. Другие производители автомобилей изучают возможность объединения ДВС с электродвигателями, чтобы ДВС зажигались, когда электродвигатели теряют мощность.

   Типы ДВС

   Существует два основных типа двигателей внутреннего сгорания: дизельные двигатели и бензиновые двигатели (Gupta, 2006). Иногда бензиновые двигатели называют искровыми двигателями, а двигатели с компрессией — дизельными двигателями. Дизельные и бензиновые двигатели подразделяются на двухтактные и четырехтактные.

   Двухтактные двигатели менее эффективны, чем четырехтактные, потому что количество тактов, реализуемых при сгорании топлива, в четырехтактных двигателях больше, чем в двухтактном двигателе (обычно считается, что КПД четырехтактных двигателей больше, чем двухтактные двигатели, но это не так).

   Гупта (2006) поясняет, что по классификации ДВС подразделяются на поршневые и роторные двигатели. Роторные двигатели часто характеризуются наличием вращающейся лопасти. Это вращающееся лезвие работает для производства энергии для двигателя. Поршневые двигатели более распространены, чем роторные двигатели, и они популярны среди производителей автомобильных двигателей. Двигатель с искровым зажиганием и двигатель понимания составляют наиболее известные типы поршневых двигателей (Gupta, 2006).

   Эффективность двигателя

   Несколько проблем характеризуют стремление повысить эффективность двигателя внутреннего сгорания. Действительно, эффективность ДВС зависит от нескольких факторов, но самое главное, степень сжатия, трение и кислород влияют на эффективность ДВС. Эти факторы также подвержены другим экологическим и механическим проблемам, влияющим на эффективность двигателя.

   Степень сжатия: Степень сжатия обычно определяет мощность двигателя внутреннего сгорания (высокая степень сжатия означает высокую мощность двигателя, а низкая степень сжатия означает низкую мощность двигателя). Кроме того, степень сжатия определяет эффективность двигателя, поскольку высокие степени сжатия означают повышенную эффективность двигателя, а низкие степени сжатия означают низкую эффективность двигателя (Erjavec, 2005, стр. 673).

   Для бензиновых двигателей высокая степень сжатия означает низкую эффективность двигателя, а для дизельных двигателей высокая степень сжатия означает повышенную эффективность двигателя. Различия в КПД двигателя возникают из-за того, что бензин не сгорает легко при высокой степени сжатия, а дизель легко сгорает в таких условиях (Erjavec, 2005).

   Трение: В двигателе внутреннего сгорания трение возникает за счет движения частей двигателя. Трение приводит к потере энергии и действует как барьер, препятствующий реализации оптимальной полной эффективности. Фактически, ДВС может потребовать на 20% больше энергии для преодоления барьера трения (Erjavec, 2005). Эта потерянная энергия означает меньшую эффективность двигателя.

   Кислород: Производство энергии происходит при сгорании топлива. Этот процесс влияет на производство энергии ДВС, потому что машина преобразует химическую энергию в механическую энергию (посредством сгорания). В этой статье уже показано, что для воспламенения топливо смешивается с воздухом. Гуззелла и Ондер (2009) объясняют, что горение происходит в три этапа: сначала водород сгорает с образованием пара, углерод сгорает с образованием моноксида углерода и на последнем этапе моноксид углерода сгорает с образованием диоксида углерода (Гуцелла и Ондер, 2009).).

   Поскольку воздух содержит различные соединения, кислород составляет только 20% объема воздуха. Из этого небольшого процента кислород может истощиться до того, как произойдет полное сгорание. Неполное сгорание может впоследствии привести к образованию вредных соединений, что приведет к снижению эффективности машины (Guzzella and Onder, 2009).

   Другие: Помимо вышеперечисленных факторов, на эффективность работы ДВС влияют и другие сдерживающие факторы, такие как потери тепла (при охлаждении двигателя), потери тепла с выхлопными газами, лобовое сопротивление автомобиля, несовершенство фаз газораспределения, низкая вязкость масла. и большие потери энергии при разрушении (среди прочих факторов) (Sanguri, 2010). В совокупности эти факторы служат препятствием для предотвращения повышения эффективности двигателя за счет внутреннего сгорания.

   Решения

   За исключением вышеуказанных проблем (препятствующих повышению КПД двигателя), несколько решений могут повысить КПД двигателя. К ним относятся непосредственный впрыск, отключение цилиндров, турбонаддув, изменение фаз газораспределения и использование чистого топлива.

   Прямой впрыск: Технология прямого впрыска улучшает воспламенение топлива (Graham, 2008, стр. 3). Первоначально топливо и воздух смешивались в коллекторе двигателя, но после внедрения технологии прямого впрыска топливо смешивается с воздухом в цилиндре для повышения эффективности двигателя (Graham, 2008, стр. 3). На следующей диаграмме показано, как работает непосредственный впрыск топлива

   Рисунок 1: Прямой впрыск топлива (Источник: Graham, 2008)

   На приведенной выше диаграмме топливо смешивается в цилиндре, а не во впускном коллекторе автомобиля. Благодаря вышеупомянутой технологии обеспечивается лучший контроль за расходом топлива (но эта эффективность также зависит от ускорения и крейсерского режима двигателя/автомобиля).

   Деактивация цилиндров: Технология деактивации цилиндров заключается в отключении неиспользуемых цилиндров, когда в этом возникает необходимость. Отключение цилиндров часто происходит, когда автомобилю требуется меньше энергии (Graham, 2008, стр. 3). Таким образом, количество используемых цилиндров двигателя уменьшается по мере необходимости. Эффективность этой технологии достигает пика при снижении энергопотребления. Этот тип технологии широко применяется в современных двигателях, таких как автомобильные двигатели V6 или V8 (Graham, 2008).

   Турбонагнетатели: Основная технология, характеризующая работу турбонагнетателя, заключается в увеличении сжатия воздуха (в цилиндрах), так что из используемого топлива вырабатывается больше мощности (Graham, 2008). На следующей диаграмме показан двигатель с турбонаддувом

   Рисунок 2: Цилиндр с турбонаддувом под давлением (Источник: Graham, 2008)

   На приведенной выше диаграмме сжатие воздуха в цилиндре увеличивается для увеличения мощности двигателя. В связи с этим увеличивается сгорание топлива и повышается КПД двигателя. Точно так же меньше расход топлива. Эти преимущества имеют большое значение для сокращения общих отходов топлива, но технология турбонаддува подвергалась критике за то, что она не была полностью экономичной.

   Однако сторонники этой технологии выдвинули мнение, что эта технология повышает эффективность ДВС, увеличивая мощность двигателей меньшего размера (Graham, 2008). Поэтому в целом технологии турбонаддува повышают эффективность ДВС.

   Регулировка фаз газораспределения: В прошлом было невозможно изменить объем топлива (или воздуха), поступающего в двигатель внутреннего сгорания. Однако с внедрением технологии изменения фаз газораспределения стало легко изменять объем воздуха и топлива, поступающих в двигатель внутреннего сгорания (тем самым оптимизируя работу двигателя при минимальном расходе топлива) (Graham, 2008, стр. 5).

   Изменение подачи воздуха и топлива происходит благодаря оптимальному распределительному клапану, который обеспечивает максимальную мощность от впрыскиваемого топлива. Благодаря таким технологиям двигатели меньшего размера могут давать большую мощность (как это делают двигатели с турбонаддувом).

   Чистое топливо: Использование чистого топлива повышает эффективность двигателей внутреннего сгорания (Graham, 2008). Примером чистого топлива является дизельное топливо с низким содержанием серы. Этот тип топлива делает сгорание двигателя более чистым и позволяет двигателям иметь эффективное сгорание. В целом, чистое топливо повышает эффективность двигателя.

   Заключение

   Грэм (2008) объясняет, что двигатели внутреннего сгорания будут существовать еще долгое время. Таким образом, на волне экологического сознания разумно внедрять новые технологии, повышающие эффективность двигателей внутреннего сгорания.

   После взвешивания выводов, сделанных в этой статье, использование чистого топлива, улучшенное регулирование фаз газораспределения, турбонаддув, деактивация цилиндров и непосредственный впрыск представляют собой наилучшие варианты повышения эффективности ДВС.