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

Содержание

Кпд двигателя внутреннего сгорания равен

КПД двигателя внутреннего сгорания – дизель и бензин. Кто эффективнее и лучше.

Подробнее о потерях

Если забегать вперед, то можно уверенно сказать что КПД бензинового двигателя находится в пределах от 20 до 25 %. И на это много причин. Если взять поступающее топливо и пересчитать его на проценты, то мы как бы получаем «100% энергии», которая передается двигателю, а дальше пошли потери:

1) Топливная эффективность. Не все топливо сгорает, небольшая его часть уходит с отработанными газами, на этом уровне мы уже теряем до 25% КПД. Конечно, сейчас топливные системы улучшаются, появился инжектор, но и он далек от идеала.

2) Второе это тепловые потери. Двигатель прогревает себя и множество других элементов, такие как радиаторы, свой корпус, жидкость которая в нем циркулирует. Также часть тепла уходит с выхлопными газами. На все это еще до 35% потери КПД.

3) Третье это механические потери

. НА всякого рода поршни, шатуны, кольца – все места, где есть трение. Сюда можно отнести и потери от нагрузки генератора, например чем больше электричества вырабатывает генератор, тем сильнее он тормозит вращение коленвала.  Конечно, смазки также шагнули вперед, но опять же полностью трение еще никому не удалось победить – потери еще 20 %

Таким образом, в сухом остатке, КПД равняется около 20%! Конечно из бензиновых вариантов есть выделяющиеся варианты, у которых этот показатель увеличен до 25%, но их не так много.

ТО есть если ваш автомобиль расходует топлива 10 литров на 100 км, то из них всего 2 литра уйдут непосредственно на работу, а остальные это потери!

Конечно можно увеличить мощность, например за счет расточки головки, смотрим небольшое видео.

Если вспомнить формулу то получается:

Значения КПД бензиновых и дизельных двигателей

Тем удивительнее то, что данный параметр для бензиновых агрегатов со всеми их высокотехнологичными ухищрениями равен… 20-25%. Львиная доля энергии, полученная при сгорании топлива, расходуется непосредственно на потери и лишь малая часть непосредственно на полезную работу двигателя внутреннего сгорания. У дизельных моторов картина не в пример лучше коэффициент полезного действия атмосферных моторов находится на уровне 40% и достигает 50% и более при наличии турбонагнетателя, который используется повсеместно и превращает ДВС более эффективную установку.

КПД парового двигателя

Для приведения в действие силового агрегата необходимо преобразовать тепловую энергию, появляющуюся при сжигании топливовоздушной смеси, в механическую. Раньше применялись паровые двигатели, в которых сгорало твердое топливо (уголь, дрова), поршни приходили в движение под воздействием расширяющегося пара. Размеры таких силовых установок были в несколько раз больше по габаритам, чем современные двигатели, работающие на топливе другого вида.

В паровых машинах поршневого типа КПД не превышает значения 10%. В настоящее время такие устройства почти не применяются, т. к. считается, что не существует кардинальных способов увеличить их коэффициент полезного действия.

С целью увеличения данного показателя, применяют источники тепла, обладающие наименьшей стоимостью. Например, на больших ТЭЦ используется атомная энергия. Вдобавок, применяются современные технологии, при которых отработанное тепло не уходит бесполезно в атмосферу, а используется для отопительных систем в многоквартирных домах. Потери здесь составляют не больше 10 процентов. Современные паровые турбины обладают коэффициентом КПД, равным 50 – 60%.

Интересно: В развитых странах Европы (Швейцарии, Австрии) большой популярностью пользуются паровозы. Их используют в качестве туристического транспорта для перевозки пассажиров по горным дорогам. Благодаря многочисленным усовершенствованиям, экономические показатели паровозов часто соперничают как с электровозами, так и тепловозами.

У какого двигателя самый большой КПД?

Теперь хочу поговорить о бензиновом и дизельном вариантах, и выяснить кто же из них наиболее эффективный.

Если сказать простыми, языком и не лезть в дебри технических терминов то – если сравнить два КПД бензинового и дизельного агрегатов – эффективнее из них, конечно же дизель и вот почему:

1) Бензиновый двигатель преобразует только 25 % энергии в механическую, а вот дизельный около 40%.

2) Если оснастить дизельный тип турбонаддувом, то можно достигнуть КПД в 50-53%, а это очень существенно.

Так почему он так эффективен? Все просто — не смотря на схожей тип работы (и тот и другой являются агрегатами внутреннего сгорания) дизель выполняет свою работу намного эффективнее. У него большее сжатие, да и топливо воспламеняется от другого принципа. Он меньше нагревается, а значит происходит экономия на охлаждении, у него меньше клапанов (экономия на трении), также у него нет, привычных нам, катушек зажигания и свечей, а значит не требуется дополнительные энергетические затраты от генератора. Работает он с меньшими оборотами, не нужно бешено раскручивать коленвал —  все это делает дизельный вариант чемпионом по КПД.

Средний КПД электрических двигателей

Стоит отметить, что КПД электродвигателя постоянного тока (и переменного тоже) изменяется в зависимости от нагрузки:

  1. При холостом ходе КПД равен 0%.
  2. При нагрузке 25% КПД равен 83%.
  3. При нагрузке 50% КПД равен 87%.
  4. При нагрузке 75% КПД равен 88%.
  5. При нагрузке 100% КПД равен 87%.

Одна из причин падения коэффициента полезного действия — асимметрия токов, когда подается разное напряжение на каждой из трех фаз. Если, к примеру, на первой фазе будет напряжение 410 В, на второй — 403 В, а на третьей — 390 В, то среднее значение будет равно 401 В. Асимметрия в данном случае будет равна разнице между максимальным и минимальным напряжением на фазах (410-390), то есть 20 В. Формула КПД электродвигателя для расчета потерь будет иметь вид в нашей ситуации: 20/401*100 = 4.98%. Это значит, что мы теряем 5% КПД при работе из-за разности напряжений на фазах.

Основные характеристики работы моторов

Главная функция двигателя — превращение электрической энергии в механическую. КПД является показателем продуктивности выполнения данной функции. Формула КПД электродвигателя строится так:

n = p2/p1,

где p1 — это подведенная электрическая мощность, а p2 — полезная механическая мощность, вырабатываемая электромотором.

Однако, не всё так просто. Функции двигателя и область его использования, многие другие переменные будут уточнять расчет и делать его более индивидуальным.

КПД бензинового и дизельного двигателя

При этом стоит оговориться, что у бензиновых и дизельных машин КПД двигателя внутреннего сгорания различен: 20% против 40% (соответственно). Данный факт имеет место быть потому, что несмотря на то, что потери на обслуживание механики и нагрев планеты в бензиновых моторах и «дизелях» сопоставимы, количество сжигаемого в процессе горения топлива у дизельных двигателей выше.

Подводя итоги и вспомнив историю появления двигателя внутреннего сгорания, когда КПД составлял немногим более 5%, можно сказать, что инженеры шагнули далеко вперед, а учитывая факт того, что 100% КПД, а по сути идеального двигателя, им вряд ли удастся добиться, можно утверждать, что современные двигатели, скорее всего, достигли своего верха возможного КПД, поэтому неудивительно, что сегодня все чаще автомобилистам предлагаются машины с гибридными двигателями и электромобили, ведь КПД движка у них (электромобилей) – для справки – порядка 90%.

О топливной эффективности дизеля

ИЗ более высокого значения коэффициента полезного действия – следует и топливная эффективность. Так, например двигатель 1,6 литра может расходовать по городу всего 3 – 5 литров, в отличие от бензинового типа, где расход 7 – 12 литров. У дизеля намного больше крутящий момент, сам двигатель зачастую компактнее и легче, а так же в последнее время и экологичнее. Все эти положительные моменты, достигаются благодаря большему значению степени сжатия, есть прямая зависимость КПД и сжатия, смотрим небольшую табличку.

Однако не смотря на все плюсы у него также много и минусов.

Как становится понятно, КПД двигателя внутреннего сгорания далек от идеала, поэтому будущее однозначно за электрическими вариантами – осталось только найти эффективные аккумуляторы, которые не боятся мороза и долго держат заряд.

На этом заканчиваю, читайте наш АВТОБЛОГ.

(55 голосов, средний: 3,78 из 5)

КПД реактивного двигателя

Воздушно-реактивный тепловой мотор работает на химической энергии топливного состава. Его мощность расходуется на создание кинетической энергии ракеты и преодоление атмосферного сопротивления. Коэффициент полезного действия таких агрегатов минимальный, по своему значению он является самым маленьким, его значение не превышает даже 1%. Здесь более корректно обсуждать КПД не двигателя, а ракетного топлива, а также, насколько эффективно оно используется.

Типы систем питания

Карбюраторный вариант предполагает смешивание воздуха и бензина во впускном трубопроводе карбюратора. В последнее время выпуск таких вариантов двигателей существенно снижается из-за несущественной экономичности подобных двигателей, их несоответствия экологическим нормам современности.

В вариантах впрысковых двигателей подача топлива происходит с помощью одного инжектора (форсунки) в центральный трубопровод.

В случае распределительного впрыска топливо попадает внутрь двигателя несколькими инжекторами. В таком случае увеличивается максимальная мощность, что существенно увеличивает КПД дизельного двигателя.

При этом снижаются расходы бензина и токсичность обработанных газов за счет фиксированной дозировки топлива электронными системами управления автомобильным двигателем.

Рассуждая над тем, каков КПД современного дизельного двигателя, необходимо знать о системе впрыска бензиновой смеси в камеру хранения. Если подача топлива осуществляется порциями, это гарантирует работу двигателя на обедненных смесях, что помогает снижать расход топлива, уменьшать выброс в атмосферу вредных газов.

Максимальное значение кпд идеального двигателя

Как найти кпд двигателя, чье значение было бы идеальным и равнялось 100%. Возможно ли такое? Ответ на этот вопрос дал еще в 1824 г. инженер С. Карно. В своих разработках он придумал идеальную машину, где формула кпд теплового двигателя выглядит так: η=(T1 — Т2)/ T1.

  • Фейсбук
  • Гугл+
  • ЖЖ
  • Blogger

В результате было выяснено, что достичь 100% коэффициента можно лишь в том случае, если температура охладителя будет равна абсолютному нулю, а это невозможно, поскольку она не может быть ниже температуры воздуха.

Далее предоставляю Вашему вниманию калькулятор КПД WOT

дабы Вы могли иметь представление о том к какой категории относитесь Вы:

И тут рождается логичный вопрос, а по какой статистике лучше ориентироваться?! К сожалению, на этот вопрос у меня нет ответа, тут как говорится, на вкус и цвет товарищей нет. Выбирать именно Вам! Но далее, в двух словах я расскажу Вам о той статистике, которая используется на сайте XVM мода, а именно:

WGR

WN8

WN6

EFF

xTE

Начнем по порядку:

WGR — это официальный рейтинг от Wargaming, четырехзначный рейтинг.

Наверное самый сложный в плане прокачки статистики. Тут наибольшее влияние на результат КПД оказывают:

Средний урон за бой

Средний урон за счет засвета по рации

Средний урон за счет удержания на гусле (не важно, Вы ли наносите урон или союзники)

————————

wn8 — рейтинг WN8 более расширенная статистика игрока (эталонная статистика), в исходном виде — четырехзначный.

Наибольшее влияние на результат оказывают:

Суммарный нанесенный урон игрока

Суммарное количество уничтоженных

Тут необходимо отметить, что эта статистика сильно зависит от машины, на которой вы играете, т.к в эталонной статистике используются для расчетов показания эталона. Грубо говоря эталон урона ни ИСУ-152 будет 700. Так вот, если вы играете на этой ПТ-САУ, то Вы должны с выстрела выбивать эти самые 700 урона, выцеливая уязвимые места противника или пробивая в бок и корму. Другими словами, чем ближе Ваш урон к эталонному, тем выше Ваша статистика. (Примечание: цифра 700 взята «с потолка»…)

————————

wn6 — четырёхзначный КПД, взятый из за «бугра» и разработанный американскими игроками. Тут придется сильно попотеть, чтоб повысить данный КПД. Формула wn6 очень большая и сложная, но мы договорились что я Вас не буду «грузить» формулами, по этому передам основные моменты. Здесь нужно запомнить главное:

очки защиты базы не сильно влияют на КПД;

Первый засвет противника так же практически не оказывает влияния на КПД;

Захват базы вообще не учитывается;

Уничтожение танков низкого уровня оказывает меньшее влияние на рейтинг так что выбираете танк побольше Вас на пару уровней и кусаете;

Получается, что WN6 полностью зависит от Вашего вклада в бой

И особое внимание уделяется суммарному нанесенному урону игрока и суммарному количеству уничтоженных танков (при этом учитывается прочности врага, которого вы уничтожили)

Чтобы повысить этот рейтинг, я бы советовал Вам наносить побольше урона и «выносить» побольше техники противника. А это могут не все танки в игре. Например САУ, ПТ-САУ (топовые и предтоповые, а так же французские барабанные танки). Именно у них самый высокий показатель урона в минуту. Самым минимальным уроном за бой для Вас должны стать цифры выше 1500-2000.

————————

EFF — это старый добрый Рейтинг Эффективности, он же РЭ.

Для тех кто недавно «в танке», тут наибольшее влияние на результат оказывают:

Средний урон за бой;

Среднее количество фрагов (убитых противников) за бой;

Среднее количество очков защиты базы за бой;

Т.е. другими словами чтобы поднять этот КПД Вам необходимо демажить, убивать, еще и успевать на защиту собственной базы! Дерзайте

————————

xTE — это рейтинг, оценивающий Ваше умение играть на конкретном танке по сравнению со всеми другими игроками именно на этом танке.

Тут так эе как и в РЭ, основным будет:

Средний урон за бой;

Среднее количество фрагов за бой;

КПД WOT

Придуман способ повысить КПД автодвигателей

Наверняка, многие автолюбители задавались вопросом о том, насколько мощность двигателя внутреннего сгорания соответствует полезности. Предполагается, что чем у силовой системы показатель КПД выше, тем она эффективнее. Если говорить абсолютными категориями, то на сегодняшний день самый высокий коэффициент у электрических двигателей, в некоторых моделях он достигает порядка 95 процентов. Что же до двигателей внутреннего сгорания, то у большинства из них, вне зависимости от типа топлива этот показатель весьма далёк от идеальных цифр.

КПД двигателя внутреннего сгорания

Конечно, современные двигатели гораздо эффективнее тех, что были разработаны и выпущены лет десять назад, обусловлено это объективными причинами развития технологий. В начале нулевых мотор объёмом в полтора литра выдавал в среднем около семидесяти лошадиных сил, и это было нормальным. Сегодня количество голов в табуне такого же объёма может достигать более 150. Каждый шажочек в плане увеличения КРД двигателя даётся производителям кропотливым трудом и перебором проб, ошибок и удач.

Где теряется эффективность

Забегая вперёд можно констатировать, что для бензиновых двигателей КПД равен примерно 25 процентам. Почему так мало, и чем обусловлены такие цифры? Причины здесь в потерях: если взять некое количество топлива, и обозначить его ста процентами чистой энергии, передающейся мотору, то можно проследить все потери.

  • Для начала следует разобрать топливную эффективность. Все мы в курсе, что топливо сгорает не полностью, и некоторая его часть просто выходит в виде отработанных газов и вместе с ними. А это уже потеря примерно четверти эффективности, то есть – минус 25%. Даже инжектор и другие современные системы не решают этого вопроса, хоть и стали очень эффективными.
  • Далее идут тепловые потери. Мотор греет себя, воздух, другие элементы и узлы, к примеру, радиатор, охлаждающую жидкость, свой корпус, а также выхлоп. В этом месте эффективность теряет ещё около 35%.
  • Немало процентов забирают механические потери. Это поршни, шестерни, кольца, подшипники и прочие элементы и узлы, где присутствует трение. Сюда же относим и нагрузки генератора, который при выработке электроэнергии заметно тормозит коленвал. Несмотря на то, что смазочные материалы стали гораздо эффективнее, вынь да положь ещё двадцать процентов потерь.

И что у нас остаётся в остатке? А всего 20%! Понятно, что это средний показатель, и бензиновые двигатели бывают более эффективными, но насколько – может ещё пять-семь процентов, не больше. Да и двигателей таких совсем немного. Итого из залитых десяти литров топлива, что автомобиль съедает на сто километров пробега, на полезную работу уходить всего два с половиной литра, а остальные семь-восемь литров попросту уходят в потери.


Лучшие двигатели внутреннего сгорания эффективны на 25%

Проблемы КПД ДВС

Дизель или бензин

А что в этом плане показывают дизельные агрегаты, и эффективнее ли они бензиновых собратьев? Если не лезть в самые гущи технических джунглей, то коротко можно констатировать, что в плане КПД дизельные двигатели будут эффективнее бензиновых. Если бензиновый агрегат преобразовывает всего 25 % топливной энергии в энергию механическую, то показатели дизельных моторов достигают 40%. А если дизель оснастить качественной турбиной, то КПД может достигать и пятидесяти процентов.

Подошла ли эволюция двигателей внутреннего сгорания к своему пику? Возможно. Поэтому сейчас всё больше автопроизводителей обращают внимание на электрическую тягу. Осталось лишь разработать эффективные батареи, не боящиеся мороза, и долго держащие заряд.


КПД электрического двигателя двигателя

Сравнение КПД двигателей – бензин и дизель

Если сравнивать между собой КПД бензинового и дизельного двигателя, то следует отметить, что первый из них недостаточно эффективен и преобразует в полезное действие всего 25-30 % произведенной энергии. Например, КПД стандартного дизеля достигает 40 %, а применение турбонаддува и промежуточного охлаждения повышает это значение до 50 %.

Статья в тему: Ремонт гидротрансформатора АКПП – делаем самостоятельно

Оба двигателя, несмотря на схожесть конструкции, имеют различные виды смесеобразования. Поэтому поршни карбюраторного мотора работают при более высоких температурах, требующих качественного охлаждения. Из-за этого тепловая энергия, которая могла бы превратиться в механическую, рассеивается без всякой пользы, понижая общее значение КПД.

Тем не менее, для того чтобы повысить КПД бензинового двигателя, принимаются определенные меры. Например, на один цилиндр могут устанавливаться два впускных и выпускных клапана, вместо конструкции, когда размещается один впускной и один выпускной клапан. Кроме того, в некоторых двигателях на каждую свечу устанавливается отдельная катушка зажигания. Управление дроссельной заслонкой во многих случаях осуществляется с помощью электропривода, а не обыкновенным тросиком.

Асинхронный двигатель и стирлинг

Сегодня на рынке представлены асинхронные машины, большей частью которых являются элетрические. Асинхронный механизм преобразовывает электрическую энергию в механическую.

Основные их достоинства:

  • простота изготовления и относительно низкая стоимость;
  • высокая надежность;
  • эксплуатационные затраты небольшие.

  • Фейсбук
  • Гугл+
  • ЖЖ
  • Blogger

Формула кпд рассчитывается следующим образом: η = P2 / P1 = (P1 — (Pоб — Pс — Pмх — Pд)) / P1, где Роб =Pоб1 + Роб2 – общие потери в обмотках асинхронного мотора. Для большинства современных механизмов такого типа, коэффициент достигает 80 – 90%.

Еще одним двигателем внутреннего сгорания, который может работать от любого источника тепла, является двигатель Стирлинга.

Следует учесть, что такие механизмы используют на космических аппаратах и современных подводных лодках.

  • Фейсбук
  • Гугл+
  • ЖЖ
  • Blogger

Он работает при любых температурах, не требует дополнительных систем для запуска, при этом их коэффициент полезного действия выше на 50-70, чем обычных двигателей.

Экономичность

Чаще всего автомобили с дизельными двигателями покупают ради экономии денег на топливе. Но возможно ли сэкономить свои средства, приобретая дизель? Давайте попробуем разобраться.

Как уже упоминалось выше, дизельные двигатели имеют более высокую степень сжатия. Благодаря этому повышается КПД (коэффициент полезного действия), который на 20-40 % выше, чем у бензиновых собратьев. А значит нетрудно догадаться, что дизельный мотор скушает гораздо меньше топлива на километр пути, нежели его бензиновый конкурент. Кроме этого у дизельного двигателя впрыск топлива происходит непосредственно в камеру сгорания, а значит, его потери минимальны. У бензиновых же моторов топливо смешивается с воздухом во впускном коллекторе.

Все бы хорошо, но уже давно прошли те времена, когда литр солярки стоил на порядок дешевле литра даже самого низкокачественного бензина. В современных реалиях стоимость дизтоплива уже переплюнула дорогой 95-й бензин, а значит, экономия топлива практически нивелируется разницей в цене.

Приведем простой пример. Дизельный Ford Focus расходует 5.2 литра топлива на 100 км пути, его бензиновая версия – 6.4 литра на 100 км. При этом в большинстве районов нашей необъятной родины солярка в основном на 3 рубля дороже самого распространенного 92-го бензина. Путем нехитрого подсчета выясняем, что для того, чтобы закрыть разницу в стоимости вам придется проехать на дизеле не менее 145 тысяч километров. При ежегодном пробеге большинства автолюбителей 20-30 тыс. км покупать дизель ради экономии – как минимум нецелесообразно.

Т-34

Лучший танк Второй мировой войны — Т-34 — был дизельным. Говорят, что начальные споры пресек горящий факел, поочередно опущенный в ведра с бензином и соляркой. Первое, понятное дело, полыхнуло так, что мало не показалось. А вот во втором факел зашипел и потух.
Лучший танк Второй мировой войны — Т-34 — был дизельным. Говорят, что начальные споры пресек горящий факел, поочередно опущенный в ведра с бензином и соляркой. Первое, понятное дело, полыхнуло так, что мало не показалось. А вот во втором факел зашипел и потух.

Конечно, вряд ли покупатель современного автомобиля задумывается о вероятности сгореть в крупных ДТП с собственным участием. Хотя, наверное, это принесло бы лишний плюсик дизелю. Но еще совсем недавно, в эпоху СССР, о дизелях мечтали совсем по другой причине. Что скрывать: многие добрые люди всеми силами старались тогда тибрить горючее с государева транспорта. И вид КАМАЗов с тепловозами был по этой причине особенно тягостен: мол, вон сколько топлива пропадает.

Накануне

В феврале 1893 г. Рудольф Дизель получил патент на двигатель, по имени изобретателя вот уже более ста лет называющийся «дизельным». Первый работоспособный образец мотора своей конструкции был изготовлен Р. Дизелем к началу 1897 г. и 28 января успешно прошел испытания. К этому времени четко обозначилась потребность народного хозяйства и военного ведомства в транспортном двигателе, работавшем на тяжелом топливе. С самого момента появления такой мотор нашел горячих приверженцев в нашей стране, а лицензию на выпуск дизельмотора приобрел завод Нобелей в Петербурге.

К числу достоинств моторов, работавших на тяжелом топливе, относились: отсутствие электрической системы зажигания, меньший на 25-35% удельный расход топлива и его меньшая пожароопасность. Более высокая плотность дизельного топлива позволяла использовать под него баки меньшего объема.

Уже в 1903 г. дизелем петербургского завода Нобелей был оснащен первый в мире теплоход «Вандал». Однако в деле внедрения дизельных двигателей на транспорте возникли и существенные трудности, поскольку для изготовления их топливных систем требовалось применение сложного, а следовательно, и более дорогого, прецизионного оборудования. Кроме того, дизели отличались в целом большей металлоемкостью и существенной удельной массой. Более высокое по сравнению с карбюраторными двигателями давление вспышки (примерно двух-четырех кратное) предъявляло повышенные требования к прочности и жесткости кривошипно-шатунного механизма. Ручной пуск дизельных двигателей был практически невозможен, что, в свою очередь, вызывало необходимость установки специальных пусковых устройств. Поэтому первые опыты с применением дизелей на автомобильном или воздушном транспорте не имели успеха, и они изначально не могли конкурировать с карбюраторными (бензиновыми) двигателями. Первоначально развитие получили малооборотные судовые дизели, а также мобильные дизель-генераторы, предназначавшиеся для снабжения электричеством отдаленных жилых, народнохозяйственных или иных объектов.

КПД двигателя внутреннего сгорания – что это?

Во время работы, мотор превращает тепловую энергию, которая получилась от сгорания топлива, в механическую работу. Современные двигатели намного эффективнее, чем тем, которые были изготовлены лет 10 назад. Таким образом, коэффициент полезного действия рассчитывается на основании теххарактеристик, а также других показателей.

КПД это процентное отношение полезной работы к полной. Другими словами, это преобразование мощности, которая поступает на коленчатый вал двигателя, к мощности, которую получает поршень от сгорания топлива.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Все механизмы предназначены для выполнения определенной работы, которую называют полезной. Однако при этом часть энергии растрачивается. Для того чтобы выяснить эффективность работы, вполне подойдет формула кпд в физике: ɳ= А1/А2×100%, где А1 – полезная работа, выполненная машиной или двигателем, А2 – вся затраченная работа. При этом кпд обозначается символом η.

  • Фейсбук
  • Гугл+
  • ЖЖ
  • Blogger

Эффективность кпд измеряется в процентах и зависит от различных потерь, которые происходят в процессе работы.

Немного грамоты:

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическаяэнергиятоплива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.

Несмотря на то, что ДВС являются несовершенным типом тепловых машин (сильный шум, токсичные выбросы, меньший ресурс), благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) ДВС очень широко распространены, например на транспорте.

Схема работы четырехтактного
цилиндрадвигателя,цикл Отто:
1. впуск 2. сжатие 3. рабочий ход 4. выпуск

Основными типами ДВС являются:

Поршневые двигатели

— камерой сгорания является цилиндр, где тепловая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из возвратно-поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма. По типу используемого топлива делятся на:

Бензиновые

— смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе и далее во впускном коллекторе, или во впускном коллекторе при помощи распыляющих форсунок (механических или электрических), или непосредственно в цилиндре при помощи распыляющих форсунок, далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи.

Дизельные

— специальное дизельное топливо впрыскивается в цилиндр под высоким давлением. Горючая смесь образуется (и сразу же сгорает) непосредственно в цилиндре по мере впрыска порции топлива. Возгорание смеси происходит под действием высокого давления и, как следствие, температуры в камере.

Газовые

— двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях:

— смеси сжиженных газов — хранятся в баллоне под давлением насыщенных паров (до 16 атм.). Испарённая в испарителе жидкая фаза или паровая фаза смеси ступенчато теряет давление в газовом редукторе до близкого атмосферному, и всасывается двигателем во впускной коллектор через воздушно-газовый смеситель или впрыскивается во впускной коллектор посредством электрических форсунок. Зажигание осуществляется при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи.

— сжатые природные газы — хранятся в баллоне под давлением 150—200 атм. Устройство систем питания аналогично системам питания сжиженным газом, отличие — отсутствие испарителя.

—генераторный газ — газ, полученный превращением твёрдого топлива в газообразное. В качестве твердого топлива используются — уголь, торф, древесина

Газодизельные

— основная порция топлива приготавливается, как в одной из разновидностей газовых двигателей, но зажигается не электрической свечой, а запальной порцией дизтоплива, впрыскиваемого в цилиндр аналогично дизельному двигателю.

Роторно-поршневые

— за счёт вращения в камере сгорания многогранного ротора динамически формируются объёмы, в которых происходит обычный цикл ДВС.

Газотурбинные двигатели

— энергия расширяющихся продуктов горения передаётся на лопатки газовой турбины.

ДВС с впрыском воды
.
Комбинированный двигатель внутреннего сгорания

— двигатель внутреннего сгорания, представляющий собой комбинацию из поршневой (роторно-поршневой) и лопаточной машины (турбина, компрессор), в котором в осуществлении рабочего процесса участвуют обе машины. Примером комбинированного ДВС служит поршневой двигатель с газотурбинным наддувом (турбонаддув).

Экологические последствия работы тепловых двигателей:

Интенсивное использование тепловых машин на транспорте и в энергетике (тепловые и атомные электростанции) ощутимо влияет на биосферу Земли. Хотя о механизмах влияния жизнедеятельности человека на климат Земли идут научные споры, многие ученые отмечают факторы, благодаря которым может происходить такое влияние:

Парниковый эффект

– повышение концентрации углекислого газа (продукт сгорания в нагревателях тепловых машин) в атмосфере. Углекислый газ пропускает видимое и ультрафиолетовое излучение Солнца, но поглощает инфракрасное излучение, идущее в космос от Земли. Это приводит к повышению температуры нижних слоев атмосферы, усилению ураганных ветров и глобальному таянию льдов.

Прямое влияние ядовитых выхлопных газов на живую природу

(канцерогены, смог, кислотные дожди от побочных продуктов сгорания).

Разрушение озонового слоя

при полетах самолетов и запусках ракет. Озон верхних слоев атмосферы защищает все живое на Земле от избыточного ультрафиолетового излучения Солнца.

Выход из создающегося экологического кризиса лежит в повышении КПД

тепловых двигателей, использовании исправных двигателей и нейтрализаторов вредных выхлопных газов.

Вопреки постулату:

Эксперты подсчитали, если увеличить КПД всех двигателей внутреннего сгорания (ДВС) хотя бы на один процент, мировая экономика выиграет более триллиона долларов!

Но законы классической термодинамики, сформулированные еще два века назад, определили потолок для коэффициента полезного действия тепловых машин. Во всем «виноват» французский военный инженер Сади Карно, который вывел эталон определения КПД для тепловых двигателей. Только часть хаотической энергии тепла можно перевести в работу. И, как теплотехники ни старались, но выйти за пределы железной формулы никому не удавалось. КПД тепловых машин, в частности ДВС, на сегодняшний день не превышает 50%.

Однако девять лет назад казахстанский физик подверг обструкции незыблемый фундамент термодинамики. Ильдар Ибрагимов, не стесняясь маститых академиков, заявил на международной конференции, что классическая термодинамика — частный случай его теории, анизотропной термодинамики. Понятие это пока не распространено в физике. Продемонстрировать теорию можно на примере камеры сгорания ДВС. В ней движение молекул хаотично, часть частиц воздействует на поршень, совершая полезную работу, а другая часть беспорядочно бьется о стенки камеры, нагревая двигатель. И в принципе никто не пытался как-то изменить поведение молекул в двигателе, потому что существовал незыблемый постулат термодинамики: число степеней свободы — величина, заданная абсолютно, и ее менять нельзя. По мнению Ильдара, этот постулат на сегодняшний день устарел.

Суть нового эффекта:

В камере сгорания задается направление молекул на поршень — полезная работа увеличивается, хаотичное движение частиц уменьшается и, следовательно, уменьшается нагрев двигателя. Парадокс — эти элементарные выводы гораздо проще понять дилетанту, не имеющему к физике никакого отношения.

В конце 90−х опытное конструкторское бюро совместно с Министерством обороны РК провело серию испытаний с ошеломляющими (эпитет на самом деле скромный) результатами.

Заключение:

Для любого автомобильного концерна результаты исследований выглядят фантастичными. Чтобы повысить КПД двигателя на доли процентов производители затрачивают миллиарды долларов. Классическая теория Карно оставляет единственную возможность для повышения КПД и мощности в двигателестроении — увеличивать температуру горения топлива. Но этот путь ограничен термостойкостью материалов, из которых изготавливают тепловые машины. Для незначительного увеличения КПД автопроизводителям приходится многократно усложнять систему охлаждения мотора. Керамические двигатели внутреннего сгорания большого эффекта не дали — слишком дорогой материал. Казахстанский физик изменил лишь форму камеры сгорания, исходя из расчетов на основе новой термодинамической теории.

Ученые к простым революционным выводам относятся иначе — кому охота переписывать всю физику и пересматривать свои взгляды на законы материи?

Кпд дизельного двигателя


Дизельный мотор и бензиновый: сравнение КПД

Коэффициент полезного действия (КПД) является величиной, которая в процентном отношении выражает эффективность того или иного механизма (двигателя, системы) касательно преобразования полученной энергии в полезную работу.

Что касается двигателя внутреннего сгорания (ДВС), такой силовой агрегат осуществляет преобразование тепловой энергии. Данная высвобождающаяся энергия является результатом сгорания топлива в цилиндрах двигателя. КПД мотора представляет собой фактически совершенную механическую работу, которая состоит в соотношении полученной поршнем энергии от сгорания топлива и конечной мощности, которая отдается установкой на коленчатом валу ДВС.

Почему КПД дизеля выше

Показатель КПД для различных двигателей может сильно отличаться и зависит от ряда факторов. Бензиновые моторы имеют относительно низкий КПД благодаря большому количеству механических и тепловых потерь, которые возникают в процессе работы силового агрегата данного типа.

Вторым фактором выступает трение, возникающее при взаимодействии сопряженных деталей. Большую часть расхода полезной энергии составляет приведение в движение поршней двигателя, а также вращение деталей внутри мотора, которые конструктивно закреплены на подшипниках. Около 60% энергии сгорания бензина расходуется только на обеспечение работы этих узлов.

Дополнительные потери вызывает работа других механизмов, систем и навесного оборудования. Также учитывается процент потерь на сопротивление в момент впуска очередного заряда топлива и воздуха, а далее выпуска отработавших газов из цилиндра ДВС.

Если сравнить дизельную установку и мотор на бензине, дизельный двигатель имеет заметно больший КПД сравнительно с бензиновым агрегатом. Силовые агрегаты на бензине имеют КПД на отметке около 25-30% от общего количества полученной энергии.

Другими словами, из потраченных на работу двигателя 10 литров бензина только 3 литра израсходованы на выполнение полезной работы. Остальная энергия от сгорания топлива разошлась на потери.

Что касается КПД атмосферного дизельного агрегата, то этот показатель составляет около 40%. Установка турбокомпрессора позволяет увеличить отметку до внушительных 50%. Использование современных систем топливного впрыска на дизельных ДВС в сочетании с турбиной позволило добиться КПД около 55%.

Такая разница в производительности конструктивно схожих бензиновых и дизельных ДВС напрямую связана с видом топлива, принципом образования рабочей топливно-воздушной смеси и последующей реализацией воспламенения заряда. Бензиновые агрегаты более оборотистые по сравнению с дизельными, но большие потери связаны с расходами полезной энергии на тепло. Получается, энергия бензина менее эффективно превращается в полноценную механическую работу, а большая доля попросту рассеивается системой охлаждения в атмосферу.

Мощность и крутящий момент

При одинаковом показателе рабочего объёма, мощность атмосферного бензинового мотора выше, но достигается при более высоких оборотах. Двигатель нужно «крутить», потери возрастают, увеличивается расход топлива. Также необходимо упомянуть крутящий момент, под которым в буквальном смысле понимается сила, которая передается от мотора на колеса и движет автомобиль. Бензиновые ДВС выходят на максимум крутящего момента при более высоких оборотах.

Аналогичный атмосферный дизель выходит на пик крутящего момента при низких оборотах, при этом расходует меньше солярки для выполнения полезной работы, что означает более высокий КПД и экономию топлива.

Солярка образует больше тепла по сравнению с бензином, температура сгорания дизтоплива выше, показатель детонационной стойкости более высокий. Получается, у дизельного ДВС произведённая полезная работа на определенном количестве топлива больше.

Энергетическая ценность солярки и бензина

Дизельное топливо состоит из более тяжелых углеводородов, чем бензин. Меньший КПД бензиновой установки сравнительно с дизелем также заключаются в энергетической составляющей бензина и особенности его сгорания. Полное сгорание равного количества солярки и бензина даст больше тепла именно в первом случае. Тепло в дизельном ДВС более полноценно преобразуется в полезную механическую энергию. Получается, при сжигании одинакового количества топлива за единицу времени именно дизель выполнит больше работы.

Также стоит учитывать особенности впрыска и создание надлежащих условий для полноценного сгорания смеси. В дизель топливо подается отдельно от воздуха, впрыскивается не во впускной коллектор, а напрямую в цилиндр в самом конце такта сжатия. Результатом  становится более высокая температура и максимально полноценное сгорание порции рабочей топливно-воздушной смеси.

Итоги

Конструкторы постоянно стремятся повысить КПД как дизельного, так и бензинового двигателя. Увеличение количества впускных и выпускных клапанов на один цилиндр, активное применение систем изменения фаз газораспределения, электронное управление топливным впрыском, дроссельной заслонкой и другие решения позволяют существенно повысить коэффициент полезного действия. В большей мере это касается дизельного двигателя.

Благодаря таким особенностям современный дизель способен  полностью сжечь насыщенную углеводородами порцию дизтоплива в цилиндре и выдать большой показатель крутящего момента на низких оборотах. Низкие обороты означают меньшие потери на трение и возникающее в результате трения сопротивление. По этой причине дизельный мотор сегодня является одним из наиболее производительных и экономичных типов ДВС, КПД которого зачастую превышает отметку в 50%.

Какой КПД дизельного двигателя? Дизельный и бензиновый двигатель

КПД дизельного двигателя представляет собой отношение мощности, которая подается на коленчатый вал, к мощности, получаемой поршнем благодаря давлению газов, образующихся при воспламенении используемого топлива.

То есть эта величина является той энергией, которая преобразовывается из тепловой или термической энергии в механическую величину.

Бензиновые двигатели обладают принудительным зажиганием воздушно-топливной смеси искрой свечи.

Типы систем питания

Карбюраторный вариант предполагает смешивание воздуха и бензина во впускном трубопроводе карбюратора. В последнее время выпуск таких вариантов двигателей существенно снижается из-за несущественной экономичности подобных двигателей, их несоответствия экологическим нормам современности.

В вариантах впрысковых двигателей подача топлива происходит с помощью одного инжектора (форсунки) в центральный трубопровод.

В случае распределительного впрыска топливо попадает внутрь двигателя несколькими инжекторами. В таком случае увеличивается максимальная мощность, что существенно увеличивает КПД дизельного двигателя.

При этом снижаются расходы бензина и токсичность обработанных газов за счет фиксированной дозировки топлива электронными системами управления автомобильным двигателем.

Рассуждая над тем, каков КПД современного дизельного двигателя, необходимо знать о системе впрыска бензиновой смеси в камеру хранения. Если подача топлива осуществляется порциями, это гарантирует работу двигателя на обедненных смесях, что помогает снижать расход топлива, уменьшать выброс в атмосферу вредных газов.

Особенности дизельных двигателей

КПД бензинового и дизельного двигателя существенно отличаются между собой. Дизели являются теми двигателями, в которых после сжатия нагретая топливно-воздушная смесь воспламеняется. Они намного экономичнее бензиновых аналогов из-за большей степени сжатия, способствующей полному сгоранию воздушно-топливной смеси.

Достоинства дизелей

КПД дизельного двигателя можно увеличить при создании сопротивления движения воздуха из-за отсутствия дроссельной заслонки, но это приводит к повышению расхода топлива.

Наибольший крутящий момент развивают дизели на небольшой частоте вращения коленчатого вала.

Устаревшие конструкции дизельных двигателей от бензиновых аналогов отличаются определенными недостатками:

  • большим весом и ценой при равной мощности;
  • повышенным шумом, создаваемым при сгорании топлива в цилиндрах;
  • меньшими оборотами коленчатого вала, повышенными инерциальными нагрузками.

Принцип деятельности

КПД современного дизельного двигателя определяется отношением полезной работы, совершаемой двигателем, к полной работе. Почти у всех автомобильных двигателей предполагается четыре такта:

  • впуск топливно-воздушной смеси;
  • сжатие;
  • рабочий ход;
  • выпуск отработанных газов.

Эффективность дизельного двигателя

КПД дизельного двигателя в процентах составляет порядка 35-40 процентов. Учитывая, что для бензинового агрегата показатель составляет до 25 %, дизель явно лидирует.

Если воспользоваться турбонаддувом, вполне модно увеличить КПД дизельного двигателя до 53 процентов.

Несмотря на сходство типа работы, дизель справляется с поставленной перед ним задачей намного качественнее и результативнее. Так как у него меньшее сжатие, воспламенение топлива происходит по другому принципу. Он будет меньше нагреваться, в результате чего на охлаждении происходит неплохая экономия. В дизеле нет свечей и катушек зажигания, следовательно, нет необходимости тратить дополнительную энергию генератора.

Для повышения эффективности работы бензинового двигателя добавляют пару выпускных и впускных клапанов, а на каждую свечу устанавливают отдельную катушку зажигания. Для управления дроссельной заслонкой используется электрический привод.

Эффективность топлива

Расчет КПД дизельного двигателя позволяет определить целесообразность его применения.

Дизель считается одним из вариантов двигателя внутреннего сгорания, для которого характерно после сжатия воспламенение рабочей смеси.

Для того чтобы выявить суть функционирования бензинового двигателя, и то, какой КПД дизельного двигателя, проводят математические расчеты.

Потери КПД

Сгорает не все топливо, некоторая его часть теряется вместе с выхлопными газами (теряется до 25 процентов КПД). В процессе функционирования двигатель тратит часть энергии на корпус, радиаторы, жидкость. Это приводит к дополнительной потере КПД. На все места, где существует трение: кольца, шатуны, поршни, потребляется дополнительная энергия, что негативно отражается на коэффициенте полезного действия.

Вариант определения

В технической документации можно найти информацию о мощности двигателя внутреннего сгорания. После заливки в него топлива и работы на максимальных оборотах в течение нескольких минут остатки топлива сливают. Вычтя из начального объема конечный результат, вооружившись плотностью, можно посчитать массу топливной смеси.

В настоящее время максимальной эффективностью обладает электрический силовой агрегат. Его КПД может достигать 95%, что является превосходным результатом. Если первые моторы при объеме двигателя 1,6 литра развивали не больше 70 лошадиных сил, то в наши дни этот показатель доходит до 150 лошадиных сил.

КПД – величина отношения мощности, подаваемой на коленчатый вал двигателя, к величине, получаемой от сгорания газовой смеси поршнем. В зависимости от того, какое топливо используется для работы автомобильного двигателя, КПД может варьироваться в диапазоне от 20 до 85 процентов. Безусловно, производители топливных систем ищут способы их улучшения, позволяющие существенно увеличить итоговую величину двигателя внутреннего сгорания.

Для снижения механических потерь от нагрузки генератора, трения в настоящее время в промышленности используют смазки. Но, несмотря на подобные достижения, полностью справиться с силой трения пока еще не удалось никому.

Даже после усовершенствований бензинового двигателя удалось добиться изменения у него коэффициента полезного действия до 20 процентов, только в некоторых случаях удается повышать КПД до 25 %.

Более высокий показатель коэффициента полезного действия свидетельствует о топливной эффективности. К примеру, при объеме дизельного двигателя 1,6 литра в городском цикле расход топлива составляет не более 5 литров. У бензинового аналога эта величина достигает 12 л. Сам дизельный агрегат гораздо легче и компактнее, к тому же считается более экологичным вариантом, чем бензиновый двигатель.

Эти положительные технические характеристики гарантируют дизелям более продолжительный эксплуатационный срок службы.

Заключение

Помимо многочисленных плюсов, есть у него и несколько недостатков, о которых также следует упомянуть. КПД двигателя внутреннего сгорания гораздо меньше 100 процентов, к тому же агрегат не выдерживает резкого понижения температуры воздуха.

Коэффициент полезного действия представляет собой величину, которая в процентном соотношении демонстрирует результативность функционирования механизма относительно преобразования тепловой энергии в полезную работу. ДВС осуществляет подобную деятельность, осуществляя преобразование тепловой энергии. Высвобождается она в результате сгорания в цилиндрах топливной смеси. КПД дизельного мотора является фактически совершенной механической работой, состоящей из отношения энергии, полученной от сгорания топлива, и мощности, отдаваемой установкой на коленчатом валу двигателя.

Эффективность работы современного дизельного агрегата определяется множеством различных факторов. В первую очередь, необходимо отметить тепловые и механические потери, возникающие в ходе работы двигателя такого типа. Кроме того, свою долю вносит в разнообразные потери и сила трения, которая появляется при тесном соприкосновении этих многочисленных деталей.

Основная часть расходуемой полезной энергии приходится на приведение в движение поршня, вращение внутри мотора различных деталей. Более 60 процентов сгорающего топлива требуется для обеспечения работы всех узлов автомобильного двигателя. При дополнительных потерях появляются существенные проблемы с дееспособностью навесного оборудования, разнообразных систем, механизмов.

Благодаря модернизации системы впрыска удалось внести позитивные изменения в значение коэффициента полезного действия, минимизировать потери.

Дизельный мотор и бензиновый: сравнение КПД

Коэффициент полезного действия (КПД) является величиной, которая в процентном отношении выражает эффективность того или иного механизма (двигателя, системы) касательно преобразования полученной энергии в полезную работу.

Что касается двигателя внутреннего сгорания (ДВС), такой силовой агрегат осуществляет преобразование тепловой энергии. Данная высвобождающаяся энергия является результатом сгорания топлива в цилиндрах двигателя. КПД мотора представляет собой фактически совершенную механическую работу, которая состоит в соотношении полученной поршнем энергии от сгорания топлива и конечной мощности, которая отдается установкой на коленчатом валу ДВС.

Рекомендуем также прочитать статью о том, какой моторесурс имеет дизельный двигатель по сравнению с бензиновым. Из этой статьи вы узнаете об основных факторах, влияющих на ресурс ДВС до первого капитального ремонта.

Почему КПД дизеля выше

Показатель КПД для различных двигателей может сильно отличаться и зависит от ряда факторов. Бензиновые моторы имеют относительно низкий КПД благодаря большому количеству механических и тепловых потерь, которые возникают в процессе работы силового агрегата данного типа.

Вторым фактором выступает трение, возникающее при взаимодействии сопряженных деталей. Большую часть расхода полезной энергии составляет приведение в движение поршней двигателя, а также вращение деталей внутри мотора, которые конструктивно закреплены на подшипниках. Около 60% энергии сгорания бензина расходуется только на обеспечение работы этих узлов.

Дополнительные потери вызывает работа других механизмов, систем и навесного оборудования. Также учитывается процент потерь на сопротивление в момент впуска очередного заряда топлива и воздуха, а далее выпуска отработавших газов из цилиндра ДВС.

Статья в тему:  Точная проверка уровня масла в моторе

Если сравнить дизельную установку и мотор на бензине, дизельный двигатель имеет заметно больший КПД сравнительно с бензиновым агрегатом. Силовые агрегаты на бензине имеют КПД на отметке около 25-30% от общего количества полученной энергии.

Другими словами, из потраченных на работу двигателя 10 литров бензина только 3 литра израсходованы на выполнение полезной работы. Остальная энергия от сгорания топлива разошлась на потери.

Что касается КПД атмосферного дизельного агрегата, то этот показатель составляет около 40%. Установка турбокомпрессора позволяет увеличить отметку до внушительных 50%. Использование современных систем топливного впрыска на дизельных ДВС в сочетании с турбиной позволило добиться КПД около 55%.

Такая разница в производительности конструктивно схожих бензиновых и дизельных ДВС напрямую связана с видом топлива, принципом образования рабочей топливно-воздушной смеси и последующей реализацией воспламенения заряда. Бензиновые агрегаты более оборотистые по сравнению с дизельными, но большие потери связаны с расходами полезной энергии на тепло. Получается, энергия бензина менее эффективно превращается в полноценную механическую работу, а большая доля попросту рассеивается системой охлаждения в атмосферу.

Рекомендуем также прочитать статью о том, как увеличить мощность дизельного двигателя при помощи чип-тюнинга. Из этой статьи вы узнаете о том, что такое прошивка ЭБУ двигателя и какие результаты достигаются путем изменения штатных параметров контроллера.

Мощность и крутящий момент

При одинаковом показателе рабочего объёма, мощность атмосферного бензинового мотора выше, но достигается при более высоких оборотах. Двигатель нужно «крутить», потери возрастают, увеличивается расход топлива. Также необходимо упомянуть крутящий момент, под которым в буквальном смысле понимается сила, которая передается от мотора на колеса и движет автомобиль. Бензиновые ДВС выходят на максимум крутящего момента при более высоких оборотах.

Статья в тему:  Как заменить цепь ГРМ своими руками

Аналогичный атмосферный дизель выходит на пик крутящего момента при низких оборотах, при этом расходует меньше солярки для выполнения полезной работы, что означает более высокий КПД и экономию топлива.

Солярка образует больше тепла по сравнению с бензином, температура сгорания дизтоплива выше, показатель детонационной стойкости более высокий. Получается, у дизельного ДВС произведённая полезная работа на определенном количестве топлива больше.

Энергетическая ценность солярки и бензина

Дизельное топливо состоит из более тяжелых углеводородов, чем бензин. Меньший КПД бензиновой установки сравнительно с дизелем также заключаются в энергетической составляющей бензина и особенности его сгорания. Полное сгорание равного количества солярки и бензина даст больше тепла именно в первом случае. Тепло в дизельном ДВС более полноценно преобразуется в полезную механическую энергию. Получается, при сжигании одинакового количества топлива за единицу времени именно дизель выполнит больше работы.

Также стоит учитывать особенности впрыска и создание надлежащих условий для полноценного сгорания смеси. В дизель топливо подается отдельно от воздуха, впрыскивается не во впускной коллектор, а напрямую в цилиндр в самом конце такта сжатия. Результатом  становится более высокая температура и максимально полноценное сгорание порции рабочей топливно-воздушной смеси.

 

КПД двигателя: бензиновый, дизельный

КПД двигателя внутреннего сгорания означает значение соотношение двух величин: мощность, подающаяся в процессе функционирования мотора на коленчатый вал к мощности, которая получается поршнем посредством давления газов, образовавшихся при воспламенении топлива. Проще говоря, это преобразование тепловой или термической энергии, которая образуется при сгорании топливной смеси (бензин и воздух) в механическую.

На эффективность КПД двигателя влияют совокупность различных механических потерь, возникающих на разных стадиях функционирования, а также движение отдельных деталей двигателя, вызывающих трение. Эти детали вызывают наибольшие потери, составляющие примерно 70 % от их общего количества. К ним частям относятся поршни, поршневые кольца, подшипники. Помимо этого, потери возникают от функционирования таких механизмов, как магнето, насосы и пр., которые могут достигать до 20%. Наименьшую часть потерь составляют сопротивления, возникающие в процессе впуска/выпуска в топливной системе.

Сравнение КПД двигателей – бензин и дизель

Если сравнить КПД дизельного и бензинового моторов – эффективнее из них, конечно, дизель, причина в следующем:

  1. Бензиновый агрегат преобразует лишь 25 % энергии в механическую, в то же время дизельный до 40%.
  2. Дизельный двигатель, оснащенный турбонаддувом, достигнет 50-53% КПД, а это уже существенно.

Так в чем заключается эффективность дизельного мотора? Все очень просто – не смотря на практически идентичный тип работы (оба мотора являются ДВС) дизель функционирует намного эффективнее. Топливо у него воспламеняется совсем по другому принципу, а также у него большее сжатие. Дизель меньше нагревается, соответственно, происходит экономия на охлаждении, так же у него меньше клапанов (значительная экономия на трении). Кроме этого, у такого агрегата нет свечей, катушек, а значит, нет и энергетических затрат от генератора. Функционирует дизельный двигатель с меньшими оборотами (коленвал не приходится раскручивать). Все это его делает чемпионом по КПД.

КПД дизельного двигателя – заметная эффективность

Показатель КПД для разных двигателей отличается и зависит от некоторых факторов. Бензиновые агрегаты имеют относительно низкий КПД, поскольку для них характерно большое количество тепловых и механических потерь, образующихся в процессе функционирования силовой установки данного типа.

Второй фактор – трение, возникающее в результате взаимодействия сопряженных деталей. Дополнительные потери вызваны работой других систем, механизмов и навесного оборудования и т.д.

Если сравнить дизельный мотор и бензиновый, то КПД дизеля значительно превышает КПД бензиновой установки. Бензиновые моторы имеют КПД в пределах 25% от количества полученной энергии. Иными словами, из потраченных в процессе функционирования мотора двигателя 10 л бензина только 3 л израсходованы на выполнение полезной для системы работы. Остальная часть энергии, образовавшаяся от сгорания бензина, разошлась на различные потери.

Что касается КПД дизельного агрегата атмосферного, то этот показатель достаточно высокий и составляет до 40%. Установка современного турбокомпрессора позволяет эту отметку увеличить до внушительных 50%. Современные системы топливного впрыска, установленные на дизельных ДВС, в совокупности с турбиной позволяют добиться КПД даже 55%.

Такая существенная разница в производительности конструктивно похожих дизельных и бензиновых ДВС обусловлена рядом факторов, к ним относятся:

  • Вид топлива.
  • Способ образования топливно-воздушной смеси.
  • Реализация воспламенения заряда.

Агрегаты, работающие на бензине, более оборотистые, чем дизельные, но имеют более существенные потери, которые вызваны расходом энергии на тепло. Соответственно, полезная энергия бензина менее эффективно преобразуется в полноценную механическую работу, в то же время большая доля рассеивается системой охлаждения.

Мощность и крутящий момент

Когда показатели рабочего объема одинаковые, мощность атмосферного бензинового двигателя выше, но достигается только при более высоких оборотах. Агрегат нужно сильнее «крутить», при этом потери возрастают, соответственно увеличивается расход топлива. Кроме этого, стоит упомянуть крутящий момент, под воздействием которого повышается сила, которая передается от двигателя на колеса и способствует движению автомобиля. Бензиновые двигатели выходят на максимальный уровень крутящего момента лишь высоких оборотах.

Атмосферный дизель с такими же параметрами достигает пика крутящего момента лишь при низких оборотах. Это способствует меньшему расходу топлива, необходимого для выполнения работы, в результате чего, КПД более высокий и топливо расходуется экономнее.

В равнении с бензином, дизельное топливо образует больше тепла, так как температура сгорания дизтоплива значительно выше, что способствует более высокой детонационной стойкости. Получается, у дизельного мотора полезная работа, произведенная на конкретном количестве топлива гораздо больше.

Энергетическая ценность солярки и бензина

В состав солярки входит больше тяжелых углеводородов, нежели в бензин. Меньший КПД такого мотора сравнительно с дизельным агрегатом обусловлен энергетической составляющей бензина и способом его сгорания. При сгорании равного количества бензина и солярки большее количество тепла характерно для бензина. Тепло в дизельном агрегате более полноценно преобразуется в механическую энергию. Соответственно, при сжигании равного количества топлива за определенное количество времени именно дизельный мотор выполнит больше работы.

Помимо этого, нужно учитывать особенности впрыска и условия, способствующие качественному сгоранию смеси. В дизельный агрегат топливо поступает отдельно от воздуха и впрыскивается напрямую цилиндр в конце сжатия, минуя впускной коллектор. Результатом этого процесса становится температура, более высокая, чем у бензинового мотора и максимальное сгорание топливно-воздушной смеси.

Подробнее о потерях

Если сравнивать бензиновый и дизельный и ДВС, можно сказать что КПД бензинового мотора находится на более низком уровне – в пределах 20-25 %. Это обусловлено рядом причин. Если, к примеру, взять поступающее в ДВС топливо и «перевести» его в проценты, то получится как бы «100% энергии», которая передается мотору, а дальше, потери КПД:

  1. Топливная эффективность. Далеко не все потребляемое топливо сгорает, его большая часть уходит с отработанными газами. Потери на этом уровне составляют до 25% КПД. Сегодня, конечно, топливные системы усовершенствуются, появился инжектор, но и это не решает проблему на 100%.
  2. Второе – это тепловые потери. Часть тепла уходит из ДВС с выхлопными газами, кроме этого, мотор прогревает себя и ряд других элементов: свой корпус, жидкость в ДВС, радиатор. На все это приходится еще в пределах 35%.
  3. Третье, на что расходуется КПД – это механические потери. К ним относятся составляющие силового агрегата, где есть трение: шатуны, кольца, всякого рода поршни и т.д. Также сюда можно отнести потери, обусловленные нагрузкой от генератора, к примеру, чем больше электричества он вырабатывает, тем сильнее он притормаживает вращение коленвала. Конечно, различные смазки для ДВС играют свою роль, но все-таки полностью проблему трения они не решают, а это еще дополнительные потери до 20 % КПД.

Таким образом, в остатке КПД не более 20%. Сегодня существует бензиновые варианты, у которых показатель КПД несколько увеличен – до 25%, но, к сожалению, их не так много. К примеру, если автомобиль расходует 10 л топлива на 100 км, то всего лишь 2 л уйдут на работу двигателя, а все остальные – это потери.

Конечно, есть вариант увеличить мощность за счет расточки головки, но к нему прибегают довольно редко, поскольку это вносит определенные изменения в конструкцию ДВС.

Конструкторы постоянно стремятся увеличить КПД как бензинового, так и дизельного агрегатов. Увеличение количества выпускных/впускных клапанов, управление топливным впрыском (электронное), дроссельная заслонка, активное использование систем изменения фаз газораспределения и другие эффективные решения позволяют значительно повысить КПД. Конечно, в большей степени это относится к дизельным установкам.

С помощью таких усовершенствований современный дизель способен практически полностью сжечь дизтопливо в цилиндре, выдав максимальный показатель крутящего момента. Именно низкие обороты означают незначительные потери во время трения и возникающее в результате этого сопротивление. По этой причине дизельный двигатель является одним из производительных и экономичных, КПД которого довольно часто превышает отметку в 50%.

КПД двигателя- Отличия бензинового и дизельного двигателя

Известно, что эффективность работы автомобильного двигателя внутреннего сгорания находится в прямой зависимости от величины коэффициента полезного действия. КПД двигателя выражается в виде соотношения мощностей, передаваемых на коленвал и поршни. Современные ДВС отличаются наибольшей эффективность, в сравнении с устаревшими аналогами. Например, мотор объемом 1,6 л., раньше развивал мощность не более 70 лошадиных сил, а теперь этот параметр часто достигает 150 л. с.

КПД парового двигателя

Для приведения в действие силового агрегата необходимо преобразовать тепловую энергию, появляющуюся при сжигании топливовоздушной смеси, в механическую. Раньше применялись паровые двигатели, в которых сгорало твердое топливо (уголь, дрова), поршни приходили в движение под воздействием расширяющегося пара. Размеры таких силовых установок были в несколько раз больше по габаритам, чем современные двигатели, работающие на топливе другого вида.

В паровых машинах поршневого типа КПД не превышает значения 10%. В настоящее время такие устройства почти не применяются, т. к. считается, что не существует кардинальных способов увеличить их коэффициент полезного действия.

С целью увеличения данного показателя, применяют источники тепла, обладающие наименьшей стоимостью. Например, на больших ТЭЦ используется атомная энергия. Вдобавок, применяются современные технологии, при которых отработанное тепло не уходит бесполезно в атмосферу, а используется для отопительных систем в многоквартирных домах. Потери здесь составляют не больше 10 процентов. Современные паровые турбины обладают коэффициентом КПД, равным 50 – 60%.

Интересно: В развитых странах Европы (Швейцарии, Австрии) большой популярностью пользуются паровозы. Их используют в качестве туристического транспорта для перевозки пассажиров по горным дорогам. Благодаря многочисленным усовершенствованиям, экономические показатели паровозов часто соперничают как с электровозами, так и тепловозами.

Чем отличаются КПД бензинового и дизельного двигателя

В отличие от паровых механизмов, топливом для двигателей внутреннего сгорания служит бензин или солярка. Двигатели внутреннего сгорания бензиновый и дизельный имеют схожие конструкции. Однако образование топливовоздушных смесей у них происходит по-разному.

Читайте также…  Высокие обороты двигателя на холостом ходу

В карбюраторном агрегате элементы поршневой группы функционируют при сверхвысоких температурах. Соответственно, они нуждаются в более качественном охлаждении. При этом наблюдается большой расход тепловой энергии. Вследствие неэффективного рассеивания тепла в окружающей среде, понижается коэффициент полезного действия бензинового силового агрегата.

  • КПД бензинового двигателя равняется 25-30 %;
  • дизельного – 40 %;
  • с установкой турбонаддува достигает 50 процентов соответственно.

Роторно-поршневые тепловые двигатели обладают высоким КПД, его значение превышает 40%. Это намного выше бензиновых аналогов, но немного отстает от дизельных моторов.

Турбореактивные самолетные двигатели работают совершенно по другому принципу, который существенно отличается от автомобильных ДВС. Благодаря сравнительно высокому КПД, они пользуются большой популярностью в авиастроении. Чаще всего турбореактивные агрегаты устанавливаются на крупных лайнерах большой грузоподъемности.

Как написано в учебниках физики, чтобы найти КПД двигателя, нужно разделить значение выполненной работы на величину затраченной энергии. При расчете коэффициента полезного действия ДВС полезная работа делится на количество тепла, полученного при сгорании топлива.

Основные потери КПД в двигателях внутреннего сгорания происходят при:

  1. Неполном сгорании топлива в цилиндрах.
  2. Расходе тепла.
  3. Механических потерях.

При неполном сгорании эффективность снижается за счет выхода четвертой части объема топлива с отработавшими газами. Здесь потери КПД двигателя составляют почти 25%. Благодаря появлению инжекторов, работа топливных систем становится более эффективной, но не идеальной.

Часть тепловой энергии уходит на прогрев корпусных деталей двигателя, рабочих узлов, моторного масла, радиатора и пр. Тепло также уходит с выхлопными газами. На данном этапе потери КПД составляют не меньше 35 процентов.

Несмотря на смазывание трущихся поверхностей, энергия расходуется на преодоление сил трения. Это происходит при сопряжении таких элементов, как шатуны, цилиндры, поршни, маслосъемные, компрессионные кольца и т. д. При вырабатывании электричества генератор тоже отбирает немалую долю энергии двигателя. В результате механических потерь, КПД ДВС снижается еще на 20%.

Читайте также…  Селектор АКПП — Правильное переключение передач

КПД двигателя рассчитывается по специальным формулам, в которых участвуют показатели работы, энергии и потерь.

Интересно: Существуют некоторые методы повышения КПД бензиновых двигателей внутреннего сгорания:

  1. Цилиндры оснащаются двумя впускными, а также двумя выпускными клапанами, вместо привычных конструкций в одном экземпляре.
  2. Свечи зажигания комплектуются отдельными катушками зажигания.
  3. Вместо обыкновенного тросика управления дроссельной заслонкой, используется электрический привод.

От чего зависит КПД дизельного двигателя

Если сравнивать эффективность бензинового и дизельного моторов, выяснится, что второй обладает лучшими показателями:

  • замечено, что, бензиновые двигатели преобразуют только одну четвертую часть использованной энергии в механическую работу;
  • в то время, как дизельные – 40% соответственно;
  • при установке турбонаддува в дизеле, КПД газотурбинного двигателя возрастает до 50 и более процентов.

Конструкция и принцип работы дизелей способствуют наибольшей эффективности в сравнении с карбюраторными двигателями. Причины лучшего КПД дизельного двигателя:

  1. Более высокий показатель степени сжатия.
  2. Воспламенение топлива происходит по другому принципу.
  3. Корпусные детали нагреваются меньше.
  4. Благодаря меньшему количеству клапанов, снижены расходы энергии на преодоление сил трения.
  5. В конструкции дизеля отсутствуют привычные свечи, катушки зажигания, на которые требуется дополнительная энергия от электрогенератора.
  6. Коленчатый вал дизеля раскручивается с меньшими оборотами.

В сравнении с дизелями, электрические двигатели считаются более эффективными. Двигатель с самым большим КПД – это электрический. При создании более долговечных аккумуляторных батарей, которым не страшны морозы, автомобильная промышленность постепенно перейдет на выпуск электромобилей в больших количествах.

КПД реактивного двигателя

Воздушно-реактивный тепловой мотор работает на химической энергии топливного состава. Его мощность расходуется на создание кинетической энергии ракеты и преодоление атмосферного сопротивления. Коэффициент полезного действия таких агрегатов минимальный, по своему значению он является самым маленьким, его значение не превышает даже 1%. Здесь более корректно обсуждать КПД не двигателя, а ракетного топлива, а также, насколько эффективно оно используется.

Резюме

При производстве современных двигателей внутреннего сгорания заводы-изготовители вкладывают большие средства в погоне за повышением КПД своей продукции хотя бы на несколько процентов. С этой целью, инженеры усовершенствуют и усложняют конструкции моторов, используют новые материалы для изготовления отдельных элементов.

Иногда случается, что финансовые затраты разработчиков нецелесообразны, в сравнении с полученным результатом в 2 – 3%. Поэтому бывает выгоднее подвергать стандартные двигатели различным форсированиям, доводкам, доработкам при помощи тюнинговых усовершенствований в небольших ремонтных мастерских. В результате чего увеличивается мощность и прочие тяговые характеристики силовых агрегатов.



Кпд двигателей внутреннего сгорания

КПД двигателя внутреннего сгорания – это значение отношения двух величин, мощности которая подается на коленчатый вал двигателя к мощности получаемой поршнем, за счет давления газов, которые образовались путем воспламенения топлива(Если сказать простым языком, то это преобразование термической или тепловой энергии, которая появляется при сгорании топливной смеси (воздух и бензин) в механическую. Нужно отметить что такое уже бывало, например у паровых силовых установок — также топливо под воздействием температуры толкало поршни агрегатов).

Бензиновые двигатели имеют принудительное зажигание топливо-воздушной смеси искровыми свечами. Различаются по типу системы питания:
в карбюраторных смешение бензина с воздухом начинается в карбюраторе и продолжается во впускном трубопроводе. В настоящее время выпуск таких двигателей снижается из-за низкой экономичности и несоответствия современным экологическим нормам;
в впрысковых двигателях топливо может подаваться одним инжектором (форсункой) в общий впускной трубопровод (центральный, моновпрыск) или несколькими инжекторами перед впускными клапанами каждого цилиндра (распределенный впрыск). В них возможно некоторое увеличение максимальной мощности и снижение расхода бензина и токсичности отработавших газов за счет более точной дозировки топлива электронной системой управления двигателем;
двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина в камеру сгорания, который подается в цилиндр несколькими порциями, что оптимизирует процесс сгорания, позволяет двигателю работать на обедненных смесях, соответственно уменьшается расход топлива и выброс вредных веществ.

Дизели — двигатели, в которых воспламенение смеси топлива с воздухом происходит от повышения ее температуры при сжатии. По сравнению с бензиновыми эти двигатели обладают лучшей экономичностью (на 15-20%) благодаря большей (в два и более раз) степени сжатия (см. ниже), улучшающей процессы горения топливо-воздушной смеси. Достоинством дизелей является отсутствие дроссельной заслонки, которая создает сопротивление движению воздуха на впуске и увеличивает расход топлива. Максимальный крутящий момент (см. ниже) дизели развивают на меньшей частоте вращения коленчатого вала (в обиходе — «тяговиты на низах»).
Дизели устаревших конструкций обладали по сравнению с бензиновыми двигателями и рядом недостатков:
большей массой и стоимостью при одинаковой мощности из-за высокой степени сжатия (в 1,5-2 раза больше), увеличивавшей давление в цилиндрах и нагрузки на детали, что заставляло изготавливать более прочные элементы двигателя, увеличивая их габариты и вес;
большей шумностью из-за особенностей процесса горения топлива в цилиндрах;
меньшими максимальными оборотами коленвала из-за более высокой массы деталей, вызывавшей большие инерционные нагрузки. По этой же причине дизели, как правило, менее приемисты — медленнее набирают обороты.

Практически все автомобильные двигатели работают по циклу, состоящему из четырех тактов:

-впуск воздуха или его смеси с топливом;
-сжатие рабочей смеси,
-рабочий ход при сгорании рабочей смеси;
-выпуск отработавших газов.

Эффективность:

Если сравнить два КПД бензинового и дизельного агрегатов – эффективнее из них, конечно же дизель и вот почему:

1) Бензиновый двигатель преобразует только 25 % энергии в механическую, а вот дизельный около 40%.

2) Если оснастить дизельный тип турбонаддувом, то можно достигнуть КПД в 50-53%, а это очень существенно.

Все просто — не смотря на схожей тип работы (и тот и другой являются агрегатами внутреннего сгорания) дизель выполняет свою работу намного эффективнее. У него большее сжатие, да и топливо воспламеняется от другого принципа. Он меньше нагревается, а значит происходит экономия на охлаждении, у него меньше клапанов (экономия на трении), также у него нет, привычных нам, катушек зажигания и свечей, а значит не требуется дополнительные энергетические затраты от генератора. Работает он с меньшими оборотами, не нужно бешено раскручивать коленвал — все это делает дизельный вариант чемпионом по КПД.

Тем не менее, для того чтобы повысить КПД бензинового двигателя, принимаются определенные меры. Например, на один цилиндр могут устанавливаться два впускных и выпускных клапана, вместо конструкции, когда размещается один впускной и один выпускной клапан. Кроме того, в некоторых двигателях на каждую свечу устанавливается отдельная катушка зажигания. Управление дроссельной заслонкой во многих случаях осуществляется с помощью электропривода, а не обыкновенным тросиком.

Топливная эффективность:

Понятно что, чем больше степень сжатия, тем меньше требуется топлива и тем больше процент КПД двигателя.

Дизель является одной из разновидностей двигателей внутреннего сгорания, в котором воспламенение рабочей смеси производится в результате сжатия. Поэтому давление воздуха в цилиндре намного выше, чем у бензинового двигателя. Сравнивая КПД дизельного двигателя с КПД других конструкций, можно отметить его наиболее высокую эффективность.

Следует обратить внимание на сравнительно небольшой расход дизельного топлива и низкое содержание вредных веществ в отработанных газах. Таким образом, значение коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания полностью зависит от его типа и конструкции. Во многих автомобилях низкий КПД перекрывается различными усовершенствованиями, позволяющими улучшить общие технические характеристики.

О потерях:

Если взять поступающее топливо и пересчитать его на проценты, то мы как бы получаем «100% энергии», которая передается двигателю, а дальше пошли потери:

1)Топливная эффективность. Не все топливо сгорает, небольшая его часть уходит с отработанными газами, на этом уровне мы уже теряем до 25% КПД. Конечно, сейчас топливные системы улучшаются, появился инжектор, но и он далек от идеала.

2) Второе это тепловые потери. Двигатель прогревает себя и множество других элементов, такие как радиаторы, свой корпус, жидкость которая в нем циркулирует. Также часть тепла уходит с выхлопными газами. На все это еще до 35% потери КПД.

3) Третье это механические потери. НА всякого рода поршни, шатуны, кольца – все места, где есть трение. Сюда можно отнести и потери от нагрузки генератора, например чем больше электричества потребляет генератор, тем сильнее он тормозит вращение коленвала. Конечно, смазки также шагнули вперед, но опять же полностью трение еще никому не удалось победить – потери еще 20 %

Таким образом, в сухом остатке, КПД равняется около 20%! Конечно из бензиновых вариантов есть выделяющиеся варианты, у которых этот показатель увеличен до 25%, но их не так много.

Нахождение:

Определение КПД двигателя внутреннего сгорания. Найдите в технической документации мощность данного двигателя внутреннего сгорания. Залейте в него топливо, это может быть бензин или дизельное топливо, и заставьте проработать на максимальных оборотах некоторое время, которое замеряйте с помощью секундомера, в секундах. Слейте остатки и определите объем сгоревшего топлива, отняв от первоначального объема конечный. Найдите его массу, умножив объем, переведенный в м³, на его плотность в кг/ м³.

Пример задачи:

Определите КПД двигателя трактора, которому для выполнения работы 15МДж потребовалось израсходовать 1,2 кг топлива с удельной теплотой сгорания 42 МДж/кг.

Узнаем как ой КПД дизельного двигателя? Дизельный и бензиновый двигатель

КПД дизельного двигателя представляет собой отношение мощности, которая подается на коленчатый вал, к мощности, получаемой поршнем благодаря давлению газов, образующихся при воспламенении используемого топлива.

То есть эта величина является той энергией, которая преобразовывается из тепловой или термической энергии в механическую величину.

Бензиновые двигатели обладают принудительным зажиганием воздушно-топливной смеси искрой свечи.

Типы систем питания

Карбюраторный вариант предполагает смешивание воздуха и бензина во впускном трубопроводе карбюратора. В последнее время выпуск таких вариантов двигателей существенно снижается из-за несущественной экономичности подобных двигателей, их несоответствия экологическим нормам современности.

В вариантах впрысковых двигателей подача топлива происходит с помощью одного инжектора (форсунки) в центральный трубопровод.

В случае распределительного впрыска топливо попадает внутрь двигателя несколькими инжекторами. В таком случае увеличивается максимальная мощность, что существенно увеличивает КПД дизельного двигателя.

При этом снижаются расходы бензина и токсичность обработанных газов за счет фиксированной дозировки топлива электронными системами управления автомобильным двигателем.

Рассуждая над тем, каков КПД современного дизельного двигателя, необходимо знать о системе впрыска бензиновой смеси в камеру хранения. Если подача топлива осуществляется порциями, это гарантирует работу двигателя на обедненных смесях, что помогает снижать расход топлива, уменьшать выброс в атмосферу вредных газов.

Особенности дизельных двигателей

КПД бензинового и дизельного двигателя существенно отличаются между собой. Дизели являются теми двигателями, в которых после сжатия нагретая топливно-воздушная смесь воспламеняется. Они намного экономичнее бензиновых аналогов из-за большей степени сжатия, способствующей полному сгоранию воздушно-топливной смеси.

Достоинства дизелей

КПД дизельного двигателя можно увеличить при создании сопротивления движения воздуха из-за отсутствия дроссельной заслонки, но это приводит к повышению расхода топлива.

Наибольший крутящий момент развивают дизели на небольшой частоте вращения коленчатого вала.

Устаревшие конструкции дизельных двигателей от бензиновых аналогов отличаются определенными недостатками:

  • большим весом и ценой при равной мощности;
  • повышенным шумом, создаваемым при сгорании топлива в цилиндрах;
  • меньшими оборотами коленчатого вала, повышенными инерциальными нагрузками.

Принцип деятельности

КПД современного дизельного двигателя определяется отношением полезной работы, совершаемой двигателем, к полной работе. Почти у всех автомобильных двигателей предполагается четыре такта:

  • впуск топливно-воздушной смеси;
  • сжатие;
  • рабочий ход;
  • выпуск отработанных газов.

Эффективность дизельного двигателя

КПД дизельного двигателя в процентах составляет порядка 35-40 процентов. Учитывая, что для бензинового агрегата показатель составляет до 25 %, дизель явно лидирует.

Если воспользоваться турбонаддувом, вполне модно увеличить КПД дизельного двигателя до 53 процентов.

Несмотря на сходство типа работы, дизель справляется с поставленной перед ним задачей намного качественнее и результативнее. Так как у него меньшее сжатие, воспламенение топлива происходит по другому принципу. Он будет меньше нагреваться, в результате чего на охлаждении происходит неплохая экономия. В дизеле нет свечей и катушек зажигания, следовательно, нет необходимости тратить дополнительную энергию генератора.

Для повышения эффективности работы бензинового двигателя добавляют пару выпускных и впускных клапанов, а на каждую свечу устанавливают отдельную катушку зажигания. Для управления дроссельной заслонкой используется электрический привод.

Эффективность топлива

Расчет КПД дизельного двигателя позволяет определить целесообразность его применения.

Дизель считается одним из вариантов двигателя внутреннего сгорания, для которого характерно после сжатия воспламенение рабочей смеси.

Для того чтобы выявить суть функционирования бензинового двигателя, и то, какой КПД дизельного двигателя, проводят математические расчеты.

Потери КПД

Сгорает не все топливо, некоторая его часть теряется вместе с выхлопными газами (теряется до 25 процентов КПД). В процессе функционирования двигатель тратит часть энергии на корпус, радиаторы, жидкость. Это приводит к дополнительной потере КПД. На все места, где существует трение: кольца, шатуны, поршни, потребляется дополнительная энергия, что негативно отражается на коэффициенте полезного действия.

Вариант определения

В технической документации можно найти информацию о мощности двигателя внутреннего сгорания. После заливки в него топлива и работы на максимальных оборотах в течение нескольких минут остатки топлива сливают. Вычтя из начального объема конечный результат, вооружившись плотностью, можно посчитать массу топливной смеси.

В настоящее время максимальной эффективностью обладает электрический силовой агрегат. Его КПД может достигать 95%, что является превосходным результатом. Если первые моторы при объеме двигателя 1,6 литра развивали не больше 70 лошадиных сил, то в наши дни этот показатель доходит до 150 лошадиных сил.

КПД – величина отношения мощности, подаваемой на коленчатый вал двигателя, к величине, получаемой от сгорания газовой смеси поршнем. В зависимости от того, какое топливо используется для работы автомобильного двигателя, КПД может варьироваться в диапазоне от 20 до 85 процентов. Безусловно, производители топливных систем ищут способы их улучшения, позволяющие существенно увеличить итоговую величину двигателя внутреннего сгорания.

Для снижения механических потерь от нагрузки генератора, трения в настоящее время в промышленности используют смазки. Но, несмотря на подобные достижения, полностью справиться с силой трения пока еще не удалось никому.

Даже после усовершенствований бензинового двигателя удалось добиться изменения у него коэффициента полезного действия до 20 процентов, только в некоторых случаях удается повышать КПД до 25 %.

Более высокий показатель коэффициента полезного действия свидетельствует о топливной эффективности. К примеру, при объеме дизельного двигателя 1,6 литра в городском цикле расход топлива составляет не более 5 литров. У бензинового аналога эта величина достигает 12 л. Сам дизельный агрегат гораздо легче и компактнее, к тому же считается более экологичным вариантом, чем бензиновый двигатель.

Эти положительные технические характеристики гарантируют дизелям более продолжительный эксплуатационный срок службы.

Заключение

Помимо многочисленных плюсов, есть у него и несколько недостатков, о которых также следует упомянуть. КПД двигателя внутреннего сгорания гораздо меньше 100 процентов, к тому же агрегат не выдерживает резкого понижения температуры воздуха.

Коэффициент полезного действия представляет собой величину, которая в процентном соотношении демонстрирует результативность функционирования механизма относительно преобразования тепловой энергии в полезную работу. ДВС осуществляет подобную деятельность, осуществляя преобразование тепловой энергии. Высвобождается она в результате сгорания в цилиндрах топливной смеси. КПД дизельного мотора является фактически совершенной механической работой, состоящей из отношения энергии, полученной от сгорания топлива, и мощности, отдаваемой установкой на коленчатом валу двигателя.

Эффективность работы современного дизельного агрегата определяется множеством различных факторов. В первую очередь, необходимо отметить тепловые и механические потери, возникающие в ходе работы двигателя такого типа. Кроме того, свою долю вносит в разнообразные потери и сила трения, которая появляется при тесном соприкосновении этих многочисленных деталей.

Основная часть расходуемой полезной энергии приходится на приведение в движение поршня, вращение внутри мотора различных деталей. Более 60 процентов сгорающего топлива требуется для обеспечения работы всех узлов автомобильного двигателя. При дополнительных потерях появляются существенные проблемы с дееспособностью навесного оборудования, разнообразных систем, механизмов.

Благодаря модернизации системы впрыска удалось внести позитивные изменения в значение коэффициента полезного действия, минимизировать потери.

Почему кпд дизельного двигателя больше чем кпд бензинового двигателя


Почему дизельный двигатель экономичнее, в отличии от бензинового?

Как правило, дизельный автомобиль сжигает на 35% меньше топлива на 100 километров, чем бензиновый автомобиль, с аналогичным объемом двигателя. Почему же так происходит? Попробуем разобраться.
Дизель производит больше энергии

Дизель как топливо имеет более высокую энергетическую ценность, по сравнению с бензином. Соответственно каждый литр дизеля производит больше энергии, чем эквивалентный литр бензина. Дизель содержит 38,6 Мега-Джоулей на литр энергии, а литр бензина содержит только 34,8 МДж энергии. Это означает, что дизель при сгорании выделяет большее количество тепла, обладает большей детонационной силой, чем бензин. Это означает, что вам нужно использовать меньше количество дизельного топлива для достижения определенной мощности, нежели бензина. Разница в количестве, как правило составляет примерно на 30-40%, меду дизельным топливом и бензином, в пользу дизтоплива.

Дизелю не нужна искра

Дизельное топливо не так легко воспламеняется, как бензин. Но, тем не менее, оно может автоматически загораться при высокой температуре, и в этом заключается, сам принцип работы дизельного двигателя. Воздух сжимается до высокого соотношения около 18: 1 или 21: 1 в цилиндре, а при сжатии он сильно нагревается. Когда эта температура внутри цилиндра в двигателе превышает 210 градусов по Цельсию (температура самовоспламенения дизельного топлива), в цилиндр впрыскивается небольшое облако дизельного топлива, которое затем самовоспламеняется. И, вот почему при низких температурах для запуска дизельного двигателя требуется больше времени, потому что поршням нужно выполнить несколько циклов сжатия, прежде чем воздух в камере сгорания нагреется, чтобы воспламенить дизельное топливо. Некоторые автомобили используют в качестве подогрева свечи накаливания, для использования в холодную погоду.

Точная подача топлива

Поскольку дизельное топливо непосредственно распыляется в цилиндр, с точной дозировкой количества топлива, в соответствии с разными режимами и нагрузками на двигатель, при этом оно полностью выгорает, что увеличивает время горения и повышает эффективность.

Это также является причиной того, что дизельные двигатели не выдают большие обороты. В настоящее время, некоторые бензиновые двигатели нового поколения используют аналогичные технологии, такие как и бензиновый двигатель Hyundai Sonata GDI (с прямым впрыском), который технически обеспечивает лучшую экономичность, и больший крутящий момент.

Дизели развивают больше крутящего момента

Высокий коэффициент сжатия в дизельном двигателе означает, что ему нужны более мощные, и более длинные поршни и шатуны для лучшего сжатия воздуха. Дизель имеет более высокую тепловую эффективность, чем бензиновый двигатель. И, эта увеличенная длина поршней также означает, что дизель имеет лучшее механическое преимущество, чем бензиновый двигатель, и развивает более высокий крутящий момент. Крутящий момент — это вращательная сила, создаваемая двигателем, и, поскольку в дизельном двигателе больше такой силы вырабатывается при более низких оборотах, то это в большей степени способствует экономии топлива.

Уважаемые гости — переходите на мой канал, кликнув —
Pit Stop, ставьте лайки и не забывайте подписываться (это Вас ни к чему не обяжет, а Вы будете чаще встречать мои статьи в ленте Дзен), впереди ещё много нового и интересного!
Источник


Формула работы в физике

Для механической работы формула несложна: A = F x S. Если расшифровать, она равна приложенной силе на путь, на протяжении которого эта сила действовала. Например, мы поднимаем груз массой 15 кг на высоту 2 метра. Механическая работа по преодолению силы тяжести будет равна F x S = m x g x S. То есть, 15 x 9,8 x 2 = 294 Дж. Если речь идет о количестве теплоты, то A в этом случае равняется изменению количества теплоты. Например, на плите нагрели воду. Ее внутренняя энергия изменилась, она увеличилась на величину, равную произведению массы воды на удельную теплоемкость на количество градусов, на которое она нагрелась.

Бензиновый и дизельный двигатель — что лучше

На протяжении многих десятилетий между бензиновыми и дизельными двигателями идет «война», оспаривать существование которой нет никакого смысла. Сегодня многие автопроизводители одни и те же модели снабжают как бензиновыми, так и дизельными силовыми установками, потому утверждать, что тот или иной тип двигателя является предпочтительным, нельзя. Но мы все же попытаемся выяснить все о преимуществах и недостатках бензина и дизеля, чтобы вы в будущем сделали верный выбор.

Зачастую на автофорумах встречаются темы, где автомобилисты пишут об использовании бензина для дизельных двигателей и наоборот. Сразу же поспешим предупредить вас, что использование топлива, тип которого не предназначен для двигателя – это полная ерунда и первый решительный шаг к тому, чтобы мотор вашей «стальной лошадки» испустил дух. Все дело в принципиальной разнице между дизельными и бензиновыми двигателями, которые отличаются способом воспламенения рабочей смеси в цилиндрах. Каковы же эти принципы?

Чем «живет» бензиновый мотор

Топливовоздушная смесь в такой силовой установке формируется за пределами цилиндра, а именно во впускном коллекторе (это, естественно, если не учитывать возможность непосредственного впрыска). Окончательное перемешивание паров бензина и воздуха происходит в конце такта сжатия. Тогда в камере сгорания двигателя образуется топливная смесь, называемая гомогенной и распределяемая равномерно по объему. Сжатие приводит к повышению температуры смеси, которая нагревается до 500°С, что значительно ниже той температуры, которая необходима для воспламенения бензина. После этого наступает черед свечей зажигания, которые дают искру и поджигают смесь.

Как видите, все довольно просто, если вникнуть. Для тех, кто не задумывался об этом, сразу становится понятен смысл определения «двигатель внутреннего сгорания». Дизельные установки также именуются ДВС, но при этом их принцип работы в корне отличается от бензиновых агрегатов.

КПД двигателя: бензиновый, дизельный

Среди множества характеристик механизмов в автомобиле важное значение имеет КПД двигателя. Наверняка многие автовладельцы задаются вопросом: что собой представляет классический ДВС и его КПД, ведь от этого показателя напрямую зависит работа силового агрегата – чем он выше, тем эффективнее его работа. Сегодня самым эффективным считается электрический тип мотора, его КПД способен достигать 90-95 %, а вот двигатели внутреннего сгорания, будь то бензин или дизель, по этому значению далеки от идеала.

Резюме

При производстве современных двигателей внутреннего сгорания заводы-изготовители вкладывают большие средства в погоне за повышением КПД своей продукции хотя бы на несколько процентов. С этой целью, инженеры усовершенствуют и усложняют конструкции моторов, используют новые материалы для изготовления отдельных элементов.

Иногда случается, что финансовые затраты разработчиков нецелесообразны, в сравнении с полученным результатом в 2 – 3%. Поэтому бывает выгоднее подвергать стандартные двигатели различным форсированиям, доводкам, доработкам при помощи тюнинговых усовершенствований в небольших ремонтных мастерских. В результате чего увеличивается мощность и прочие тяговые характеристики силовых агрегатов.

Коэффициент полезного действия (КПД) – широко используемая характеристика эффективности некоторой системы или устройства. В нашем случае этой системой выступает двигатель внутреннего сгорания. Казалось бы, о какой эффективности может идти речь в мире современных моторов, разве она не равна 100 процентам? Но оказывается, как нет в нашем мире идеально черного или белого, так нет и машины, у которой вся энергия, получаемая от горения топлива, полностью переходит в механическую энергию, а последняя в свою очередь в полезную энергию прижимающую пилота автомобиля в его кресло.

КПД двигателя – что это такое

КПД двигателя внутреннего сгорания означает значение соотношение двух величин: мощность, подающаяся в процессе функционирования мотора на коленчатый вал к мощности, которая получается поршнем посредством давления газов, образовавшихся при воспламенении топлива. Проще говоря, это преобразование тепловой или термической энергии, которая образуется при сгорании топливной смеси (бензин и воздух) в механическую.

На эффективность КПД двигателя влияют совокупность различных механических потерь, возникающих на разных стадиях функционирования, а также движение отдельных деталей двигателя, вызывающих трение. Эти детали вызывают наибольшие потери, составляющие примерно 70 % от их общего количества. К ним частям относятся поршни, поршневые кольца, подшипники. Помимо этого, потери возникают от функционирования таких механизмов, как магнето, насосы и пр., которые могут достигать до 20%. Наименьшую часть потерь составляют сопротивления, возникающие в процессе впуска/выпуска в топливной системе.

Сравнение КПД двигателей – бензин и дизель

Если сравнить КПД дизельного и бензинового моторов – эффективнее из них, конечно, дизель, причина в следующем:

  1. Бензиновый агрегат преобразует лишь 25 % энергии в механическую, в то же время дизельный до 40%.
  2. Дизельный двигатель, оснащенный турбонаддувом, достигнет 50-53% КПД, а это уже существенно.

Так в чем заключается эффективность дизельного мотора? Все очень просто – не смотря на практически идентичный тип работы (оба мотора являются ДВС) дизель функционирует намного эффективнее. Топливо у него воспламеняется совсем по другому принципу, а также у него большее сжатие. Дизель меньше нагревается, соответственно, происходит экономия на охлаждении, так же у него меньше клапанов (значительная экономия на трении). Кроме этого, у такого агрегата нет свечей, катушек, а значит, нет и энергетических затрат от генератора. Функционирует дизельный двигатель с меньшими оборотами (коленвал не приходится раскручивать). Все это его делает чемпионом по КПД.

Это интересно

Наукой обосновано, что коэффициент полезного действия любого механизма всегда меньше единицы. Это связано со вторым началом термодинамики.

Для сравнения, коэффициенты полезного действия различных устройств:

  • гидроэлектростанций 93-95%;
  • АЭС – не более 35%;
  • тепловых электростанций – 25-40%;
  • бензинового двигателя – около 20%;
  • дизельного двигателя – около 40%;
  • электрочайника – более 95%;
  • электромобиля – 88-95%.

Наука и инженерная мысль не стоит на месте. постоянно изобретаются способы, как уменьшить теплопотери, снизить трение между частями агрегата, повысить энергоэффективность техники.

КПД дизельного двигателя – заметная эффективность

Показатель КПД для разных двигателей отличается и зависит от некоторых факторов. Бензиновые агрегаты имеют относительно низкий КПД, поскольку для них характерно большое количество тепловых и механических потерь, образующихся в процессе функционирования силовой установки данного типа.

Второй фактор – трение, возникающее в результате взаимодействия сопряженных деталей. Дополнительные потери вызваны работой других систем, механизмов и навесного оборудования и т.д.

Если сравнить дизельный мотор и бензиновый, то КПД дизеля значительно превышает КПД бензиновой установки. Бензиновые моторы имеют КПД в пределах 25% от количества полученной энергии. Иными словами, из потраченных в процессе функционирования мотора двигателя 10 л бензина только 3 л израсходованы на выполнение полезной для системы работы. Остальная часть энергии, образовавшаяся от сгорания бензина, разошлась на различные потери.

Подробнее о потерях

Если сравнивать бензиновый и дизельный и ДВС, можно сказать что КПД бензинового мотора находится на более низком уровне – в пределах 20-25 %. Это обусловлено рядом причин. Если, к примеру, взять поступающее в ДВС топливо и «перевести» его в проценты, то получится как бы «100% энергии», которая передается мотору, а дальше, потери КПД:

  1. Топливная эффективность. Далеко не все потребляемое топливо сгорает, его большая часть уходит с отработанными газами. Потери на этом уровне составляют до 25% КПД. Сегодня, конечно, топливные системы усовершенствуются, появился инжектор, но и это не решает проблему на 100%.
  2. Второе – это тепловые потери. Часть тепла уходит из ДВС с выхлопными газами, кроме этого, мотор прогревает себя и ряд других элементов: свой корпус, жидкость в ДВС, радиатор. На все это приходится еще в пределах 35%.
  3. Третье, на что расходуется КПД – это механические потери. К ним относятся составляющие силового агрегата, где есть трение: шатуны, кольца, всякого рода поршни и т.д. Также сюда можно отнести потери, обусловленные нагрузкой от генератора, к примеру, чем больше электричества он вырабатывает, тем сильнее он притормаживает вращение коленвала. Конечно, различные смазки для ДВС играют свою роль, но все-таки полностью проблему трения они не решают, а это еще дополнительные потери до 20 % КПД.

Таким образом, в остатке КПД не более 20%. Сегодня существует бензиновые варианты, у которых показатель КПД несколько увеличен – до 25%, но, к сожалению, их не так много. К примеру, если автомобиль расходует 10 л топлива на 100 км, то всего лишь 2 л уйдут на работу двигателя, а все остальные – это потери.

Конечно, есть вариант увеличить мощность за счет расточки головки, но к нему прибегают довольно редко, поскольку это вносит определенные изменения в конструкцию ДВС.

Конструкторы постоянно стремятся увеличить КПД как бензинового, так и дизельного агрегатов. Увеличение количества выпускных/впускных клапанов, управление топливным впрыском (электронное), дроссельная заслонка, активное использование систем изменения фаз газораспределения и другие эффективные решения позволяют значительно повысить КПД. Конечно, в большей степени это относится к дизельным установкам.

С помощью таких усовершенствований современный дизель способен практически полностью сжечь дизтопливо в цилиндре, выдав максимальный показатель крутящего момента. Именно низкие обороты означают незначительные потери во время трения и возникающее в результате этого сопротивление. По этой причине дизельный двигатель является одним из производительных и экономичных, КПД которого довольно часто превышает отметку в 50%.

Мощность и крутящий момент

Когда показатели рабочего объема одинаковые, мощность атмосферного бензинового двигателя выше, но достигается только при более высоких оборотах. Агрегат нужно сильнее «крутить», при этом потери возрастают, соответственно увеличивается расход топлива. Кроме этого, стоит упомянуть крутящий момент, под воздействием которого повышается сила, которая передается от двигателя на колеса и способствует движению автомобиля. Бензиновые двигатели выходят на максимальный уровень крутящего момента лишь высоких оборотах.

Атмосферный дизель с такими же параметрами достигает пика крутящего момента лишь при низких оборотах. Это способствует меньшему расходу топлива, необходимого для выполнения работы, в результате чего, КПД более высокий и топливо расходуется экономнее.

В равнении с бензином, дизельное топливо образует больше тепла, так как температура сгорания дизтоплива значительно выше, что способствует более высокой детонационной стойкости. Получается, у дизельного мотора полезная работа, произведенная на конкретном количестве топлива гораздо больше.

Выхлопные газы

В плане экологии дизельные автомобили так же впереди. Систему выхлопа с каждым годом совершенствуют и доводят до норм Евро-4 и Евро-5. Современные модели стали оснащать сажевым фильтром, который дополнительно очищает выхлопные газы.

Энергетическая ценность солярки и бензина

В состав солярки входит больше тяжелых углеводородов, нежели в бензин. Меньший КПД такого мотора сравнительно с дизельным агрегатом обусловлен энергетической составляющей бензина и способом его сгорания. При сгорании равного количества бензина и солярки большее количество тепла характерно для бензина. Тепло в дизельном агрегате более полноценно преобразуется в механическую энергию. Соответственно, при сжигании равного количества топлива за определенное количество времени именно дизельный мотор выполнит больше работы.

Помимо этого, нужно учитывать особенности впрыска и условия, способствующие качественному сгоранию смеси. В дизельный агрегат топливо поступает отдельно от воздуха и впрыскивается напрямую цилиндр в конце сжатия, минуя впускной коллектор. Результатом этого процесса становится температура, более высокая, чем у бензинового мотора и максимальное сгорание топливно-воздушной смеси.

Преимущества и недостатки дизельных и бензиновых двигателей Мерседес — Новости

Выбирая автомобиль с бензиновым или дизельным мотором, каждый руководствуется собственными предпочтениями, а также ориентируясь на тип кузова машины, ее предназначение и даже на условия, в которых она будет эксплуатироваться. При этом важно понимать преимущества и недостатки дизельных либо бензиновых ДВС.

Принцип работы

Бензиновый двигатель Mercedes, как и у любой другой модели авто с подобной силовой установкой, работает на физических законах сжигания топлива. Во впускном коллекторе бензин под большим давлением смешивается с воздухом, из чего образуется топливовоздушная смесь. Затем ТВС равномерно распределяется по всему объему камеры сгорания, куда от свечи зажигания подается искра.

В дизельном ДВС этот процесс построен на иных физических законах. В установке также происходит сжатие, но давление доходит до 30–50 бар, при котором ТВС нагревается до высоких температур: капли жидкости испаряются и смесь самовоспламеняется.

КПД мотора и мощность

При высоком сжатии сгорание топливной смеси проходит более эффективно, за счет чего КПД дизельной силовой установки почти в два раза выше. Но такой мотор не способен достигнуть того порога мощности, что по силам бензиновому двигателю.

Шумность

Трудно сравнивать этот показатель у различных типов моторов, многое зависит от «возраста» установки и ее состояния, качества топлива и смазочных материалов. И, наверное, не всегда нужно обращать на него внимание, потому что кузов автомобиля имеет свою шумоизоляцию, что и влияет на финальные показания.

Выхлоп

В Евросоюзе планируют до 2030 года полностью отказаться от бензиновых автоагрегатов из-за серьезной опасности для экологии. А вот дизельные ДВС стандарта «Евро-4» и выше в сочетании с сажевым фильтром оказывают минимальное воздействие на природу.

Безопасность

Отсутствие системы зажигания взрывного типа, медленное испарение топлива делают дизель более безопасным как для самого автомобиля, так и для его владельца.

Эксплуатация

В силу предыдущей особенности дизельная установка считается более долговечной. Высокое давление требует применения прочных сплавов в изготовлении множества элементов мотора. Долгий срок службы гарантирован только при качественном топливе, к которому такой двигатель предъявляет высокие требования. В отличие от более неприхотливого бензинового ДВС.

Отличаются дизельные силовые установки и медленным прогревом, когда после запуска двигателя в холодное время года начинать движение рекомендуется только через 10−15 минут. Наряду с этим данному мотору не страшна вода, так как отсутствует электрическая схема зажигания, что обуславливает установку дизельных ГВС на кроссоверы и внедорожники.

Расходы на обслуживание

Бензиновые двигатели в силу своей неприхотливости не требуют частой замены топливных и воздушных фильтров. Их конструкция не настолько сложная, как у оппонентов, починить которые смогут далеко не в каждом СТО. К тому же одна и та же восстановительная процедура будет стоить дороже для дизельных моторов, чем для бензиновых. Однако это характерно лишь в кратковременной перспективе: в будущем ДВС на бензине придется менять раньше из-за повышенного износа.

Это и определяет цену двигателей — дизельный всегда дороже бензинового мотора.

Дополнительные плюсы и минусы

Бензиновые ДВС

«+»

  • Лучше переносят низкие температуры
  • Устойчивы в работе на высоких оборотах

«–»

  • Повышенный расход топлива
  • Меньшая долговечность

Дизельные ДВС

«+»

  • Экономичные и долговечные
  • Отличаются высоким крутящим моментом

«–»

  • Большая масса
  • В мороз требуют особого ухода

Итог

Правильно ли сравнивать бензиновый и дизельный моторы? Очевидно, что эти силовые установки применяются для конкретных задач, которые каждый автовладелец ставит перед собой самостоятельно.

Nissan утверждает, что он сделал газовый двигатель более экономичным с точки зрения теплоизоляции, но есть одна загвоздка

Излишне говорить, что испытательный двигатель Nissan с 50% -ной термической эффективностью несколько нетрадиционен.

Nissan

Одна из замечательных особенностей бензина заключается в том, что это невероятно энергоемкое топливо. Мы говорим о примерно в 100 раз более энергоемкой, чем литий-ионный аккумулятор. Проблема в том, что бензиновые двигатели не очень эффективны, поэтому большая часть хранимой химической энергии теряется в виде тепла, что, наряду с выбросами, возникающими при сжигании бензина, означает, что бензиновые двигатели оставляют много возможностей для улучшения.

За последние несколько десятилетий двигатели стали значительно эффективнее, в том числе в тепловом отделе. Большинство современных бензиновых двигателей имеют тепловой КПД около 40%. Это означает, что 40% энергии, создаваемой при сжигании топлива, превращается в движение. Согласно отчету, опубликованному в пятницу агентством Reuters, Nissan считает, что нашла способ увеличить это число до 50%.

Получите информационный бюллетень Roadshow

Узнайте о последних автомобилях и тенденциях в автомобилестроении, от суперкаров до внедорожников.Поставляется по вторникам и четвергам.

Если повысить тепловой КПД двигателя так сложно, как Nissan это удалось? Ну, для начала, двигатель, который якобы сделал это, немного отличается от двигателя вашего типичного легкового автомобиля. Вместо того, чтобы приводить колеса автомобиля в движение через трансмиссию, система Nissan E-Power использует бензиновый двигатель для зарядки аккумулятора, который приводит в действие колеса с помощью электродвигателей.

Поскольку нагрузка на двигатель более или менее постоянна, поскольку он питает генератор, Nissan может более агрессивно настраивать двигатель, чтобы он лучше работал в более узком наборе ситуаций.Это позволяет двигателю работать на гораздо более бедной (больше воздуха, меньше топлива) смеси при гораздо более высокой степени сжатия. Это достигается за счет более агрессивного нагнетания смешанной топливно-воздушной смеси в цилиндр и использования более сильной искры для его воспламенения.

Все это часть системы, которую Nissan называет STARC, или «сильный, неустойчивый и надлежащим образом растянутый надежный канал зажигания». Это, наряду с более традиционной системой рециркуляции выхлопных газов, позволило Nissan достичь 46% теплового КПД в ходе испытаний.Последние 4% он составил за счет использования «технологий утилизации отходящего тепла», хотя неясно, что именно. Мы обратились за разъяснениями, но не получили ответа вовремя для публикации.

Nissan E-Power был представлен еще в 2016 году, и хотя он еще не появился в США, мы были бы удивлены, если бы он этого не сделал в какой-то момент.

Nissan Leaf Plus 2020: Едем дальше и быстрее, чем раньше

Посмотреть все фото

Сейчас играет: Смотри: Nissan Frontier 2022 года: что старое, наконец-то новое

5:11

Nissan работает над двигателем с 50-процентным тепловым КПД

По большому счету, газовые двигатели внутреннего сгорания не так уж и эффективны, поскольку большая часть того, что они производят, — это отработанное тепло.Считается, что Toyota предлагает самый термически эффективный автомобильный двигатель внутреннего сгорания из производимых на сегодняшний день — 2,0-литровый четырехцилиндровый атмосферный двигатель, обеспечивающий 41-процентный тепловой КПД. Другими словами, 41 процент работы этого двигателя используется для питания автомобиля, а 59 процентов — это просто бесполезное тепло.

Nissan заявляет, что добился прорыва в области теплового КПД внутреннего сгорания, разработав двигатель с 50-процентным тепловым КПД. Но есть большая разница между этим новым двигателем Nissan и четырехцилиндровым двигателем Toyota — первый предназначен только для работы в очень узком диапазоне.Nissan разрабатывает этот двигатель в качестве генератора для серийных гибридных автомобилей, в которых только электродвигатель приводит в движение колеса. Двигатель внутреннего сгорания вырабатывает энергию для зарядки аккумулятора, который питает двигатель. Между двигателем и колесами нет механической связи.

Этот двигатель будет использоваться в системе Nissan e-POWER будущего поколения, которая в настоящее время используется на японском рынке Note. Nissan смог достичь 50-процентного теплового КПД в ходе испытаний, существенно настроив двигатель для работы в очень определенном диапазоне скорости и нагрузки.Поскольку двигатель не ведет колеса, ему не обязательно работать с такими широкими параметрами.

«В обычном двигателе существуют ограничения на управление уровнем разбавления топливовоздушной смеси для реагирования на изменение движущих нагрузок, с некоторыми компромиссами между различными рабочими условиями, такими как расход газа в цилиндрах, метод зажигания и сжатие. соотношение, которое может принести в жертву эффективность ради выходной мощности », — говорится в сообщении Nissan. «Однако специальный двигатель, работающий в оптимальном диапазоне частоты вращения и нагрузки для выработки электроэнергии, позволяет значительно повысить термический КПД.«

Nissan

Двигатель настроен на работу с очень разбавленной топливовоздушной смесью и работает с высокой степенью сжатия. Nissan особо не рассказывал о самом двигателе, отказавшись указывать размер, количество цилиндров и степень сжатия. На фотографиях, опубликованных Nissan, показан одноцилиндровый макет двигателя на испытательном стенде, поэтому кажется, что компания еще не определилась с точной формой этого двигателя.

Nissan стремится к 100-процентной углеродной нейтральности к 2050 году, и для достижения этой цели он вкладывает большие средства в электромобили с аккумулятором и автомобили, в которых используется его система e-POWER.Эта система кажется отличной альтернативой электромобилю, особенно в местах, где отсутствует инфраструктура для зарядки.

На данный момент единственный известный нам двигатель внутреннего сгорания с тепловым КПД более 50 процентов — это 1,6-литровый двигатель Mercedes-AMG Formula 1 V-6. Но в этом двигателе используются технологии, слишком дорогие и сложные для массовых дорожных автомобилей. Неясно, когда мы увидим этот новый двигатель от Nissan, но такие разработки показывают, что жизнь во внутреннем сгорании еще может существовать.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Как движется двигатель внутреннего сгорания

ЧИКАГО — Норвегия, Индия, Франция, Ирландия и Великобритания: судя по ряду стран, объявивших о запрете в будущем на продажу новых бензиновых и дизельных двигателей. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС), по-видимому, имеют срок годности от 2025 до 2040 года.Некоторые крупные автопроизводители также пообещали отказаться от ДВС: Volkswagen нацелился на 2026 год в качестве последнего модельного года для автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями, поскольку полностью поддерживает электрификацию.

Несмотря на ожидающие решения запреты, требования по экономии топлива и появление электромобилей (EV), пока не забывайте о ДВС. Регулирующее давление и давление со стороны конкурентов выжимают еще больше миль — и лет — из 143-летней технологии.

«Мои внуки выйдут на пенсию до того, как ICE уйдет; Я не уверен, что он когда-нибудь уйдет », — сказал Джеймс Мартин, старший аналитик североамериканского отдела прогнозирования силовых агрегатов и соответствия нормативным требованиям лондонской компании IHS Markit.

Перспективные технологии

«Конкуренция со стороны электромобилей заставляет компании, которые специализируются на ДВС и полагаются на него, чтобы улучшить его, а также в повышении его эффективности», — сказал Мартин, указывая на то, как автопроизводители, такие как Toyota и Mazda, производят двигатели с тепловым КПД — мерой процента сожженного топлива, которое двигатель может преобразовать в двигательную установку — в диапазоне от 41% до 42%. Это можно сравнить с более типичным диапазоном от 20% до 30%.

Между тем, по мере того как автопроизводители реагируют на давление со стороны регулирующих органов, включая ужесточение стандартов экономии топлива, количество денег на милю за галлон усовершенствования, которое они готовы потратить, чтобы вывести технологию на рынок, растет, сказал он.«Если раньше вы не использовали бы технологию, если бы она стоила более 10 долларов за милю за галлон улучшений, теперь компании ищут технологии, которые стоят 25 долларов, 30 долларов за милю за галлон улучшений, чтобы соответствовать требованиям, поскольку стоимость электрификации намного выше », — сказал он.

На что автопроизводители тратят деньги на исследования и разработки? Мартин указывает на некоторые из наиболее многообещающих подходов.

Турбонаддув. Одна технология заставляет маленькие двигатели казаться больше: уменьшение размера двигателя, но поддержание его мощности за счет добавления турбонагнетателей.Эти более компактные и легкие двигатели потребляют меньше топлива, потому что они работают при более высоком давлении в цилиндрах. В сочетании с турбонаддувом и уменьшением габаритов достигается экономия топлива от 5% до 7%.

Электрификация сделает эти двигатели еще более экономичными. «В некоторых случаях они смогут начать ускорять работу двигателя еще до того, как автомобиль начнет движение», — сказал Мартин. «Это устраняет то, что называется« турбо-задержкой »- когда вы нажимаете педаль газа, двигатель начинает работать, а затем включается турбонаддув, который дает вам действительно большой толчок.С электрическими турбокомпрессорами вы получите такое ускорение на ранней стадии, чтобы не было колебаний, за которыми следует большой толчок. Вы просто получаете постепенное ускорение ».

Отключение цилиндра. Другая многообещающая технология — отключение цилиндров — заставляет большой двигатель в транспортном средстве, таком как пикап или внедорожник, казаться меньше с точки зрения расхода топлива. С помощью этой технологии двигатель отключает подачу топлива к части своих цилиндров, когда они не нужны — например, пикап, едущий по шоссе, или пикап.перетаскивание тяжеловесного груза в горы. Новая форма этой технологии, Dynamic Skip Fire от Delphi Technologies, может значительно сократить количество используемых цилиндров, позволяя, например, пикапу Chevrolet Silverado работать от одного или до восьми цилиндров. .

Улучшения экономии топлива могут варьироваться от 4% до 5% для более старых форм деактивации цилиндров и от 10% до 12% для динамических форм, когда каждый цилиндр независимо включается и выключается во время каждого цикла по мере необходимости.

HCCI. В 2018 году Mazda Motor Corp. представила двигатель Skyactiv-X, который японский автопроизводитель назвал ДВС «следующего поколения».

«Технология, которую они используют, называется воспламенением от сжатия однородного заряда (HCCI). По сути, это позволяет бензиновому двигателю работать в очень похожем на дизель цикле в течение продолжительных периодов времени », — сказал Мартин. Вместо зажигания свечи зажигания для воспламенения смеси паров газа, как в бензиновом двигателе, Skyactiv-X сжимает топливную смесь так сильно, что она воспламеняется — как в дизельном двигателе.По словам Mazda, в результате на 15% выше топливная эффективность и крутящий момент, чем у обычного двигателя.

Пять лет назад Мартин назвал бы технологию HCCI интересной в теории, но никогда не готовой к производству. Он основан на других технологиях и возможностях, которые большинству автопроизводителей было нерентабельно реализовывать вместе. «Mazda, по-видимому, нашла способ заставить это работать», — сказал он.

Турбокомпрессор с переменной степенью сжатия. Еще одна технология, которую Мартин назвал бы отличной в теории, но никогда не готовой к производству, — это Nissan Motor Co.Турбодвигатель с переменным сжатием (VC-Turbo) Ltd., также представленный в 2018 году. 2-литровый турбодвигатель может мгновенно изменять степень сжатия с экономичной 14 до 1 на более мощную 8 к 1. И снова Мартин посчитал эту технологию слишком сложной: она представила новый набор движущихся частей и требует системы управления для измерения времени движений. Но японская компания Nissan разобралась и добавила VC-Turbo в свои Infiniti QX50 и Nissan Ultima 2019 года. Новый двигатель обеспечивает на 15% повышение комбинированной экономии топлива по сравнению с предыдущим 3-м двигателем Ultima.5-литровый двигатель V6.

В поисках оптимальной точки

Совершенствование технологии трансмиссии также может иметь большое значение для повышения топливной экономичности ДВС, позволяя двигателю дольше работать в «золотом уголке» своих идеальных условий, сказал Мартин. А еще большие улучшения в экономии топлива ДВС возможны с электрификацией.

«Люди начинают видеть синергизм между различными формами электрификации, улучшающими ДВС, вместо того, чтобы просто конкурировать с ним», — сказал он, указав на распространение мягких и полногибридных двигателей, внедряемых автопроизводителями, которые стремятся обеспечить ужесточение экономии топлива. цели в США и по всему миру.

«В той степени, в которой электрификация автомобиля снимает часть нагрузки с ДВС, она позволяет разработчикам ДВС спроектировать этот двигатель так, чтобы он работал с наиболее эффективной пропускной способностью для этого двигателя, чтобы таким образом они могли улучшить экономию топлива», — сказал он. сказал. Мягкая гибридизация может обеспечить улучшение экономии топлива ДВС на 5–15%, в то время как полная гибридизация расширяет этот диапазон до 15–20%, а подключаемые гибриды могут сэкономить 25% или больше.

В поддержании жизни ICE также есть человеческий фактор.Не каждый потребитель сможет управлять сегодняшним электромобилем, зарядка которого при 80% емкости аккумулятора может занять до 30 минут. «Для некоторых людей идеальным вариантом будет электромобиль; для некоторых — кошмар, — сказал Мартин. «Им нужно что-то, где они могли бы восполнить источник энергии за считанные минуты, а не часы. Если у них есть автомобиль с ДВС, но с некоторыми усовершенствованиями за счет электрификации, они все равно смогут достичь обоих целей ».

Между тем, не каждая страна может в ближайшем будущем взять на себя полностью электрическую транспортную инфраструктуру.Мартин ожидает, что те, кто объявил о запрете на использование бензиновых и дизельных транспортных средств, найдут удачную технологическую среду между двигателями ДВС и электромоторами.

Он цитирует смягчение программы Калифорнийских оригинальных автомобилей с нулевым уровнем выбросов (ZEV). Поручение, принятое в 1990 году, первоначально требовало, чтобы основные автопроизводители производили 10% своих новых автомобилей ZEV к 2003 году, если они хотели и дальше продавать свои автомобили в штате. В ответ на реалии рынка и отставание потребительского спроса на электромобили Калифорния постепенно скорректировала полномочия, чтобы разрешить разную степень ZEV.

«Легче установить политику и отойти от нее к тому, что имеет смысл, чем позволить отрасли органически занять правильное положение», — сказал Мартин. Он ожидает аналогичного сдвига в странах, в которых введены запреты на ICE.

«Со временем они возвращаются к тому, что возможно и является наиболее экономически целесообразным для автопроизводителей и регионов», — сказал он.

Члены помогают сделать нашу журналистику возможной. Станьте участником CSP сегодня и получите эксклюзивные преимущества, включая неограниченный доступ ко всему нашему контенту.Подпишите здесь.

Концепции высокоэффективных двигателей с интегральной схемой, 2015 г. — Содержание

Технический документ

Сравнительный анализ и результаты уменьшенного форсированного двигателя

2015-01-1266

14.04.2015

Стандарты по выбросам парниковых газов (GHG) и экономии топлива (FE) для легковых автомобилей на 2012-2025 гг. Требуют, чтобы трансмиссии автомобилей стали намного более эффективными. Одна ключевая технологическая стратегия, которую производит производитель автомобилей….

Технический документ

Характеристика требований к высокоэффективному топливу с октановым числом по требованию в современном двигателе с искровым зажиганием с системой двойного впрыска

2015-01-1265

14.04.2015

В нормативно-правовой среде для двигателей с искровым зажиганием (SI), где основное внимание постоянно уделяется повышению экономии топлива и сокращению вредных выбросов, проблемы для достижения будущего….

Технический документ

Octane-on-Demand как инструмент для высокоэффективных двигателей с искровым зажиганием и снижения выбросов парниковых газов

2015-01-1264

14.04.2015

В этой статье исследуется потенциал сокращения выбросов парниковых газов (ПГ), связанных с транспортом, за счет внедрения высокоэффективных двигателей с искровым зажиганием с системой двухтопливного впрыска для индивидуальной настройки двигателя….

Журнальная статья

Повышение теплового КПД бензинового двигателя

2015-01-1263

14.04.2015

Целью данного исследования было повышение термического КПД в условиях стехиометрического отношения воздух-топливо и бензинового топлива с октановым числом 91 RON. Повышение степени сжатия и разжижения ….

Технический документ

Взаимодействие между режимами наддува и газораспределения в бензиновом двигателе с прямым впрыском и сильным наддувом, работающем с циклом Миллера

2015-01-1262

14.04.2015

Уменьшение габаритов бензиновых двигателей стало популярным и эффективным подходом к сокращению выбросов CO2 легковыми автомобилями.Обычно это достигается в виде форсированного бензинового двигателя с прямым впрыском …

Технический документ

Оценка потенциальных преимуществ автомобильного бензинового 2-тактного двигателя

2015-01-1261

14.04.2015

В настоящей статье оценивается использование концепции 2-тактного двигателя (2S) в автомобильном бензиновом двигателе. На первом этапе обсуждается выбранная архитектура двигателя.Принимая во внимание требование ….

Журнальная статья

Концепции двигателя расширения с двойным сжатием: путь к высокой эффективности

2015-01-1260

14.04.2015

Топливная эффективность двигателя внутреннего сгорания (ДВС) — это баланс между хорошей показанной эффективностью и механической эффективностью. Высокая эффективность достигается при очень разбавленной топливно-воздушной смеси и….

Технический документ

Новый кривошипно-шатунный механизм, повышающий эффективность двигателя и снижающий выбросы CO2

2015-01-1259

14.04.2015

В этом исследовании представлен новый кривошипно-шатунный механизм, который позволяет легко и быстро регулировать степень сжатия. Поясняются и освещаются новый кривошипно-шатунный механизм и ход поршня. Основная идея заключается в том, что ….

Журнальная статья

Новая концепция снижения дросселирования в системе бензинового двигателя с двойным наддувом

2015-01-1258

14.04.2015

Уменьшенные бензиновые двигатели имеют значительно меньшие потери на дросселирование, чем у безнаддувных аналогов.Тем не менее, даже бензиновый двигатель с очень маленькими габаритами может пострадать от относительной …

Журнальная статья

Смеситель системы рециркуляции ОГ конденсатора LPL с контуром среднего давления

2015-01-1257

14.04.2015

Система рециркуляции ОГ с охлаждением LPL — это проверенное средство повышения эффективности бензинового двигателя с прямым впрыском и турбонаддувом. Одним из наиболее серьезных препятствий, которые необходимо преодолеть при внедрении системы LPL EGR, является dea….

Технический документ

Исследование по снижению расхода топлива тяжелым дизельным двигателем, специально разработанным для грузовиков дальнего следования по шоссе

2015-01-1256

14.04.2015

Применение высокоэффективных дизельных двигателей, гибридных систем, систем рекуперации отработанного тепла (WHR), систем нейтрализации выхлопных газов и усовершенствованных трансмиссий было изучено в качестве возможных подходов к улучшению….

Технический документ

Исследование высокоэффективного и компактного двигателя с прямым впрыском этанола (EDI) в двух различных конфигурациях с целью замены бензиновых двигателей большого рабочего объема

2015-01-1255

14.04.2015

В документе представлена ​​схема двигателя с прямым впрыском этанола (EDI) с мощным форсированным двигателем и экстремальным уменьшением габаритов, который представляет собой мощное средство снижения выбросов при сниженных производственных затратах.Подводная лодка ….

Технический документ

Разработка системы внутреннего сгорания для достижения 40% теплового КПД двигателя для гибридных автомобилей

2015-01-1254

14.04.2015

В последние годы настоятельно требуется повышение теплового КПД двигателя. Поскольку максимальный тепловой КПД двигателя особенно важен для высоковольтных автомобилей, технологии улучшения теплового КПД двигателя ….

Журнальная статья

Оценка охлаждаемой системы рециркуляции ОГ низкого давления в бензиновом двигателе с прямым впрыском с турбонаддувом

2015-01-1253

14.04.2015

Использование рециркуляции отработавших газов при низком давлении (EGR) предназначено для уменьшения рабочего объема в бензиновых двигателях с турбонаддувом и повышения экономии топлива.Конструкции системы рециркуляции ОГ низкого давления имеют преимущество ….

Технический документ

Уменьшение габаритов двигателей внутреннего сгорания

2015-01-1252

14.04.2015

Уменьшение габаритов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) уже признано очень подходящим методом для одновременного повышения показанной эффективности преобразования топлива (IFCE) и снижения выбросов CO ….

Технический документ

Результаты испытаний управления температурой выхлопных газов и переходными процессами с оппозитным поршнем в нескольких цилиндрах

2015-01-1251

14.04.2015

В недавней статье «Демонстрация двухтактного многоцилиндрового двигателя с оппозитными поршнями», опубликованной на выставке SAE SIAT в Индии в январе 2015 года, компания Achates Power представила работу, относящуюся к первой декаде….

Технический документ

Зарядные технологии для оптимизации выбросов CO2 путем миллеризации

2015-01-1250

14.04.2015

В последние несколько лет подход к уменьшению габаритов бензинового прямого впрыска (GDI) был доминирующей технологией бензиновых двигателей, используемой для снижения выбросов CO2 и обеспечения отличных переходных характеристик ….

Эффективность преобразования топлива — х-инженер.org

Двигатели внутреннего сгорания производят механическую работу (мощность) за счет сжигания топлива. В процессе сгорания топливо окисляется (сгорает). Этот термодинамический процесс выделяет тепла , которое частично преобразуется в механической энергии .

Рассмотрим двигатель внутреннего сгорания как систему с определенной границей. В исходном состоянии двигатель будет содержать около реагентов и , в основном топливо и воздух. После процесса сгорания двигатель будет в конечном состоянии, содержащем продуктов сгорания и (выхлопные газы).

Изображение: Схема процесса сгорания

Применение первого закона термодинамики к нашей системе двигателя между начальным и конечным состояниями дает:

\ [Q_ {RP} — W_ {RP} = U_P — U_R \ tag { 1} \]

где:

Q [Дж] — теплопередача
Вт [Дж] — механическая работа
U [Дж] — внутренняя энергия
Т [K] — температура
p [Па] — давление
В [м 3 ] — объем

Эффективность сгорания

В реальных двигателях процесс сгорания является неполным .Это означает, что не вся энергия топлива, подаваемого в двигатель, высвобождается в процессе сгорания. Есть несколько факторов, которые могут влиять на процесс сгорания, наиболее важными из которых являются воздухозаборник и распыление топлива (размер капель).

Для горения топлива внутри цилиндра требуется воздух (кислород). Если доступного кислорода недостаточно, не все топливо сгорает, поэтому при сгорании выделяется только часть энергии (например, около 96%).

Если мы проанализируем выхлопной газ двигателя внутреннего сгорания, мы увидим, что он содержит как продуктов неполного сгорания, (монооксид углерода CO, оксиды азота NO x , несгоревшие углеводороды HC, сажа PM), так и продуктов полного сгорания. (углекислый газ CO 2 и вода H 2 O).

Изображение: Функция эффективности сгорания от соотношения топливно-воздушного эквивалента

Если двигатель работает в условиях обедненной смеси , количество продуктов неполного сгорания невелико из-за избытка кислорода. В рабочих условиях rich и эти количества становятся более существенными, поскольку кислорода недостаточно для полного сгорания топлива.

Поскольку часть химической энергии топлива не полностью высвобождается внутри двигателя во время процесса сгорания, полезно определить эффективность сгорания.

Эффективность сгорания η c [-] определяется как соотношение между энергией, выделяемой сгоревшим топливом, и теоретическим содержанием энергии в массе топлива в течение одного полного цикла двигателя.

\ [\ eta_c = \ frac {H_R (T_A) — H_P (T_A)} {m_f \ cdot Q_ {HV}} \ tag {2} \]

где:

H R [Дж] — энтальпия ( внутренняя энергия) реагента
H P [Дж] — энтальпия (внутренняя энергия) продукта
T A [K] — температура окружающей среды
м f [кг] — масса топлива, введенного за цикл
Q HV [Дж / кг] — теплотворная способность топлива

Теплотворная способность

Теплотворная способность (также известная как энергетическая ценность или теплотворная способность ) фиксированного количества топлива — это количество тепла выделяется при его сгорании.Теплотворная способность топлива — это величина теплоты реакции, измеренная при постоянном давлении / объеме и стандартной температуре (26 ° C) для полного сгорания единицы массы топлива.

Любое топливо имеет два типа теплотворной способности:

  • более высокая теплотворная способность (HHV), также известная как общая теплотворная способность
  • более низкая теплотворная способность (LHV), также известная как чистая теплотворная способность (определяется вычитая теплоту испарения воды из более высокой теплотворной способности)

В качестве примера в таблице ниже мы можем увидеть теплотворные способности для наиболее распространенных и альтернативных видов топлива, используемых в двигателях внутреннего сгорания:

6 6 29,84
Топливо Нижняя теплотворная способность [МДж / кг] Высшая теплотворная способность [МДж / кг]
Водород 119.96 141,88
Природный газ 47,13 52,21
Обычный бензин 43,44 46,52
Обычное дизельное топливо 42,78 42,78
Сжиженный углеводородный газ (СНГ) 46,60 50,14
Сжиженный природный газ (СПГ) 48.62 55,19
Бутан 45,27 49,20
Пропан 46,28 50,22

Эффективность термического преобразования

Эффективность термического преобразования на цикл соотносится с фактической работой химическая энергия, выделяемая в процессе сгорания.

Эффективность теплового преобразования определяется как соотношение между работой за цикл W c [Дж] и энергией, выделяемой сгоревшим топливом.

\ [\ eta_t = \ frac {W_c} {H_R (T_A) — H_P (T_A)} \ tag {3} \]

Эффективность термического преобразования показывает, какая часть сгоревшего топлива превращается в полезную механическую работу.

Эффективность преобразования топлива

Эффективность преобразования топлива определяется как соотношение между полезной механической работой, производимой двигателем, и теоретическим содержанием энергии в массе топлива.

\ [\ eta_f = \ frac {W_c} {m_f \ cdot Q_ {HV}} \ tag {4} \]

Работа за цикл Вт c [Дж] может быть записана как функция мощности и скорости двигателя :

\ [W_c = \ frac {P \ cdot n_R} {N} \ tag {5} \]

где:

P [Вт] — мощность двигателя (указанная)
Н [об / с] — частота вращения двигателя
n R [-] — количество оборотов коленчатого вала для каждого рабочего хода на цилиндр

Масса топлива , используемая на цикл двигателя м f [кг] может быть записана как функция массового расхода топлива и частоты вращения двигателя:

\ [m_f = \ frac {\ dot {m} _f \ cdot n_R} {N} \ tag {6} \]

, где m f (точка) [кг / с] — массовый расход топлива.

Замена (5) и (6) на (4) дает выражение для функции эффективности преобразования топлива для мощности двигателя, массового расхода топлива и теплотворной способности топлива:

\ [\ eta_f = \ frac {P} {\ dot {m} _f \ cdot Q_ {HV}} \ tag {7} \]

Удельный расход топлива двигателем SFC [кг / Дж] — это соотношение между массовым расходом топлива и указанной мощностью двигателя:

\ [SFC = \ frac {\ dot {m} _f} {P} \ tag {8} \]

Замена (8) в (7) дает выражение для функции эффективности преобразования топлива, состоящей из удельного расхода топлива и теплотворной способности топлива:

\ [ \ eta_f = \ frac {1} {\ text {SFC} \ cdot Q_ {HV}} \ tag {9} \]

Эффективность преобразования топлива также является продуктом между эффективностью сгорания и эффективностью теплового преобразования.6} = 0,307 \]

Эффективность преобразования топлива двигателя составляет 30,7%.

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

Новый высокоэффективный двигатель указывает путь к достижению целевых показателей выбросов CO2

Пройдет несколько лет, прежде чем все автомобили на немецких, европейских и международных дорогах будут оснащены двигателями без выбросов CO2. Даже если с 2025 года не будет разрешено продавать новые автомобили с двигателями внутреннего сгорания, можно разумно предположить, что потребуется как минимум до 2040 года, чтобы (почти) все автомобили с бензиновым и дизельным двигателем исчезли с дорог.Таким образом, для достижения целевых показателей выбросов CO2 к 2030 году автомобили с двигателями внутреннего сгорания также должны стать значительно более энергоэффективными.

В рамках исследовательского проекта, инициированного Исследовательской ассоциацией двигателей внутреннего сгорания (FVV), известного как « ICE2025 +, », ученые из немецких городов Аахен, Брауншвейг, Дармштадт и Штутгарт изучили, «в какой степени эффективность бензиновых двигателей» могут быть увеличены с помощью различных технологических комбинаций.Оказалось, что во всех изученных трансмиссиях двигатель внутреннего сгорания поддерживался электрическим приводом. Особенно если говорить о городском транспорте. «Но мы провели все тесты и моделирование таким образом, чтобы в конце пути в аккумуляторе оставалось столько же электричества, сколько в начале», — поясняет профессор д-р инж. Кристиан Бейдл, руководитель Института двигателей внутреннего сгорания и приводов транспортных средств Технического университета Дармштадта.«Это позволяет внимательно следить за тем, как меняются уровни эффективности в результате различных мер, которые были выполнены на двигателе».

Жесткие рамочные условия

Проект, на завершение которого ушло около двух с половиной лет, начался с того, что исследователи определили, какие технические изменения могут значительно повысить эффективность двигателя. Однако эти изменения должны были соответствовать двум основным условиям: во-первых, они должны были быть «зрелыми технологиями», у которых есть реальная вероятность внедрения в серийное производство до 2030 года.Во-вторых, они планировали изучить комбинации нескольких технологий, а не отдельные технологии по отдельности.

Подпишитесь на нашу рассылку новостей!

Ваш еженедельный обзор инноваций Каждое воскресенье лучшие статьи недели в вашем почтовом ящике.

«Простое добавление отдельных показателей было недопустимым вариантом, поскольку не учитывались взаимодействия между технологиями», — поясняет профессор д-р инж. Питер Эйлтс, руководитель Института двигателей внутреннего сгорания Технического университета Брауншвейга.Как и в случае комбинаций регулируемого сжатия и гибкого выбора фаз газораспределения, рециркуляции выхлопных газов, клапанов управления движением заряда, форкамерного зажигания, впрыска воды, а также конфигурации двигателя как длинноходного двигателя. Все они были изучены. Ученые подтвердили влияние на расход топлива сначала на основе расчетов, затем с помощью различных испытаний двигателей, а также экстраполировали другие потенциальные преимущества на основе своих выводов.

В режиме работы на метаноле новый высокоэффективный двигатель достигает КПД не менее 40% практически во всем диапазоне двигателей.© vka / RWTH Aachen

Наконец, исследователи использовали результаты испытаний и расчетов для определения расхода топлива в различных гибридных транспортных средствах. И не только расход топлива «для официальных данных о расходе в соответствующем испытательном цикле». но также и в реальном дорожном движении в реальном времени. Для этого они выбрали профиль вождения, который отвечает требованиям так называемых тестов RDE (« Real Driving Emissions» ). «Нам удалось объединить технологии таким образом, чтобы показатели потребления в условиях RDE были ниже, чем те, которые были определены в испытательном цикле WLTP (« Согласованная во всем мире процедура испытаний легковых автомобилей »)», — говорит проф.Д-р инж. Стефан Пишингер, заведующий кафедрой двигателей внутреннего сгорания в RWTH Ахенском университете.

Повышение эффективности более чем на 40 процентов

Результаты показали, что более 40 процентов энергии топлива может использоваться в реальном дорожном движении, если доступные технологии для двигателя внутреннего сгорания оптимально согласованы. Например, в среднеразмерном автомобиле с гибридным приводом разработанный высокоэффективный двигатель уже мог использовать 42 процента энергии, содержащейся в топливе.Общий коэффициент полезного действия можно также повысить до 46 процентов за счет использования синтетического топлива (электронного топлива).

В конце концов, исследователи также изучили потенциал «двигателей , работающих на обедненной смеси ». Другими словами, двигатели, работающие с высоким уровнем избытка воздуха. Они обнаружили, что уровни эффективности двигателя могут быть увеличены на два-три процентных пункта в обширных диапазонах карт двигателя. «Это означает, что эффективность в 50 процентов вполне достижима», — говорит профессор д-р инж. Майкл Бархенде, заведующий кафедрой автомобильных приводов Института автомобильных технологий Штутгартского университета.

Электронное топливо как «секретное оружие»

«Результаты исследовательского проекта актуальны для обсуждения преимуществ электронного топлива», — подчеркивает Бархенде. «Во многих анализах предполагается, что КПД двигателя внутреннего сгорания составляет не более 25 процентов. Исследование теперь показывает, что более 40 процентов может быть достигнуто в реальном движении, если двигатель, трансмиссия и гибридные компоненты будут правильно спроектированы с учетом концепции привода », — объясняет ученый. «Работа на синтетическом топливе делает гибридные двигатели не только углеродно-нейтральными, но и почти нет никакой разницы в общей эффективности по сравнению с другими альтернативами привода, если синтетическое топливо производится в местах с гораздо большим количеством часов солнечного света или уровней ветра, чем это возможно в Германии. .”

Между тем FVV уже планирует свой следующий проект. «ICE2030 » — это использование водорода для повышения эффективности. «Кроме того, следует изучить синергизм с другими высокоэффективными технологиями, такими как сверхбедное сжигание».

Рекордный КПД для газового двигателя

Двухлитровый четырехцилиндровый газовый двигатель с форкамерой на испытательном стенде в лаборатории двигателей Empa. Кредит: Empa

В конце мая в Брюсселе состоялась финальная встреча проекта «Горизонт 2020» «GasOn» с Комиссией Евросоюза.Целью этого проекта ЕС было дальнейшее развитие газовых двигателей для автомобилей и фургонов. В нем приняли участие около 20 партнеров, в том числе ETH Zurich и Empa, а также четыре европейских производителя автомобилей и известные поставщики. Транспортные средства, работающие на газе, обычно выделяют меньше загрязняющих веществ, чем автомобили с бензиновым или дизельным двигателем. Они, вероятно, приобретут значение в будущем из-за возможности использования возобновляемых источников энергии.

Помимо электрических и водородных силовых агрегатов, газовые двигатели также играют важную роль в Швейцарском центре энергетических исследований в области мобильности («SCCER Mobility»), возглавляемом ETH Zurich.Это связано с тем, что автомобили, работающие на предварительно обработанном биогазе или синтетическом метане («электронный газ»), имеют очень низкие выбросы CO 2 . Синтетический метан производится из возобновляемой избыточной электроэнергии и CO 2 . Предварительно обработанный биогаз и синтетический метан можно смешивать по желанию, и, с октановым числом до 130, они имеют значительно более высокую стойкость к детонации, чем бензин, что делает их идеальным топливом для двигателей внутреннего сгорания. При высоких нагрузках, например, на автомагистрали, автомобили с бензиновым двигателем уже достигают более высокого КПД, чем бензиновые двигатели.

Однако эффективность все еще может быть значительно увеличена — из-за высокой детонационной стойкости метана — потому что сегодняшние газовые двигатели в легковых автомобилях обычно представляют собой лишь слегка адаптированные бензиновые двигатели, то есть концепции, которые еще не были оптимизированы для работы с метаном. Чтобы выявить этот неиспользованный потенциал, в 2015 году был запущен проект ЕС «GasOn». Исследователи из ETH Zurich и Empa также участвовали в этом проекте в рамках рабочего пакета под руководством Volkswagen Group Research.

Разобрали форкамеру. Кредит: Empa

Оптимизированный для газа двигатель

Для газового двигателя объемом два литра был реализован высокоэффективный процесс сгорания: бедная газовая смесь воспламеняется с помощью форкамеры с ограничением потока размером с гильзу. В лаборатории аэротермохимии и систем сгорания ETH базовые эксперименты проводились на оптически доступных двигателях. Они использовались для исследования поведения воспламенения в форкамере и перетекания горячих лучей в основную камеру сгорания.На основе этих данных были разработаны численные инструменты для детального расчета процессов с использованием компьютерного моделирования. Эти результаты позволили Volkswagen Group Research оптимизировать конструкцию форкамеры и основной камеры сгорания. Ученые Empa настроили двигатель и исследовали процесс сгорания. Использовалась система управления двигателем, разработанная Институтом динамических систем и технологий управления ETH Zurich, которая координирует сложную общую систему и в то же время позволяет адаптироваться к новым открытиям.

Разрез головки блока цилиндров испытуемого двигателя: в центре видна форкамеру со свечой зажигания и подачей газа. Кредит: Empa

Результат: рекордная эффективность для двигателей легковых автомобилей

По сравнению с современным уровнем техники, потребление нового газового двигателя с форкамерным процессом сгорания было снижено на 20 процентов (пересчитано в стандартное потребление WLTP для легкового автомобиля среднего размера).Максимальный КПД в наилучшей конфигурации двигателя составил более 45 процентов, при этом КПД более 40 процентов был достигнут в широком рабочем диапазоне. Такие значения в настоящее время достигаются только значительно более крупными двигателями, такими как те, которые используются в коммерческих транспортных средствах, стационарных или морских двигателях. 45 процентов — это новый рекорд для двигателей легковых автомобилей. Для сравнения: бензиновые двигатели обычно имеют КПД от 35 до 40 процентов. В проекте GasOn еще не рассматривается обработка выхлопных газов такого двигателя; по-прежнему необходимы дальнейшие исследования из-за процесса сжигания обедненной смеси.

В целом, было показано, что газовые двигатели обладают потенциалом для достижения такой же эффективности, как (значительно более крупные) дизельные двигатели. Кроме того, они могут легко работать с любой смесью возобновляемого биогенного или синтетического метана и, таким образом, обеспечивать очень низкие выбросы CO 2 . Участвующие производители автомобилей сейчас собираются выяснить, как результаты проекта GasOn могут быть перенесены на серийные автомобили.


Pinnacle Engines разрабатывает эффективный бензиновый двигатель с низким уровнем выбросов с использованием суперкомпьютеров.
Предоставлено Швейцарские федеральные лаборатории материаловедения и технологий

Ссылка : Рекордный КПД для газового двигателя (20 июня 2019 г.) получено 22 декабря 2021 г. с https: // физ.org / news / 2019-06 -fficiency-gas.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *