КПД двигателя внутреннего сгорания – определение и сравнение + видео

КПД двигателя внутреннего сгорания – познаем эффективность в сравнении

Среди множества характеристик различных механизмов в автомобиле решающее значение имеет КПД двигателя внутреннего сгорания. Для того чтобы выяснить суть этого понятия, необходимо точно знать, что представляет собой классический двигатель внутреннего сгорания.

КПД двигателя внутреннего сгорания – что это такое?

В первую очередь, мотор преобразует тепловую энергию, возникающую при сгорании топлива, в определенное количество механической работы. В отличие от паровых машин, эти двигатели более легкие и компактные. Они гораздо экономичнее и потребляют строго определенное жидкое и газообразное топливо. Таким образом, КПД современных двигателей рассчитывается на основании их технических характеристик и прочих показателей.

КПД (коэффициент полезного действия) представляет собой отношение фактически передаваемой мощности на вал двигателя к мощности, получаемой поршнем за счет действия газов. Если провести сравнение КПД двигателей различной мощности, то можно установить, что это значение для каждого из них имеет свои особенности.

Эффективный КПД двигателя зависит от различных механических потерь на разных стадиях работы. На потери влияет движение отдельных частей мотора и возникающее при этом трение. Это поршни, поршневые кольца и различные подшипники. Эти детали вызывают наибольшую величину потерь, составляющие примерно 65 % от их общего количества. Кроме того, потери возникают от действия таких механизмов, как насосы, магнето и прочие, которые могут дойти до 18 %. Незначительную часть потерь составляют сопротивления, возникающие в топливной системе во время процесса впуска и выпуска.

Больше всего КПД снижается из-за тепловых потерь. Силовая установка прогревает все элементы системы, включая охлаждающую жидкость, радиатор охлаждения и отопителя, вместе с этим теряется тепло. Часть теряется вместе с выхлопными газами. В среднем на тепловые потери приходится до 35% от КПД, а на топливной эффективности ещё 25%. Ещё около 20% занимают механические потери, т.е. на элементы, создающие трение (поршни, кольца и т. д.). Снизить трение помогают качественные моторные масла, но полностью исключить этот фактор невозможно.

Учитывая низкий КПД двигателя можно представить потери более наглядно, например, на количестве топлива. При среднем расходе топлива 10 литров на сто километров пробега на прохождение этого участка уходит лишь 2-3 литра топлива, остальное потери. У дизеля потери меньше, как и к ДВС с газобаллонным оборудованием. Если вопрос высокого КПД двигателя принципиален, то есть на варианты с коэффициентом 90%, но это электромобили и авто с двигателем гибридного типа. Как правило, их стоимость несколько выше и из-за специфики эксплуатации (нужна регулярная подзарядка и ограничен запах хода) такие машины в нашей стране пока редкость.

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 %.

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.

КПД дизельного двигателя – заметная эффективность

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.

При наличии низких оборотов и большого рабочего объема показатель КПД может превысить 50 %.

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.

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

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.

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:

Читайте также:
Карбюратор К151 ГАЗель: способы устранения неисправностей и ремонт своими руками + видео

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 потер
и
. 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:

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.

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.

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.

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 , сам двигатель зачастую компактнее и легче, а так же в последнее время и экологичнее. Все эти положительные моменты, достигаются благодаря большему значению , 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.

Понятие коэффициента полезного действия (КПД) может быть применено к самым различным типам устройств и механизмов, работа которых основана на использовании каких-либо ресурсов. Так, если в качестве такого ресурса рассматривать энергию, используемую для работы системы, то результатом этого следует считать объем полезной работы, выполненной на этой энергии.

В общем виде формулу КПД можно записать следующим образом: n = A*100%/Q. В данной формуле символ n применяется в качестве обозначения КПД, символ A представляет собой объем выполненной работы, а Q — объем затраченной энергии. При этом стоит подчеркнуть, что единицей измерения КПД являются проценты. Теоретически максимальная величина этого коэффициента составляет 100%, однако на практике достигнуть такого показателя практически невозможно, так как в работе каждого механизма присутствуют те или иные потери энергии.

Анализ теплового цикла

Тепловой цикл включает в себя четыре термодинамических базовых процесса. Вначале происходит преобразование состояния рабочего тела, а затем, возвращение его в исходное состояние: сжатие, получение тепла, расширение и отвод тепла.

Читайте также:
Ремкомплект главного тормозного цилиндра – как заменить самостоятельно? + Видео

Каждый из этих процессов осуществляется по следующей схеме, которая определяет условия реализации цикла:

  1. Изотермический — работа выполняется при постоянной температуре.
  2. Изобарический — рабочий цикл реализуется при постоянном давлении.
  3. Изометрический — тепловой процесс протекает при постоянном объеме
  4. Адиабатический — цикл осуществляется при постоянной энтропии.

Для того чтобы процесс был максимально приближен к обратимому, есть два способа перемещения поршня: изотермический — это означает, что тепло постепенно поступает или выходит из резервуара при температуре, бесконечно отличающейся от температуры газа в поршне, и адиабатический, при котором теплообмен вообще не происходит, газ действует, как пружина.

Таким образом, когда подводится тепло и газ расширяется, температура газа должна оставаться такой же, как и у источника тепла, при этом газ расширяется изотермически. Точно так же позже он будет сжиматься в цикле изотермически, с выделением тепла.

Чтобы выяснить эффективность, нужно проследить за полным циклом двигателя, выяснить, сколько он работает, сколько тепла забирается из топлива и сколько энергии теряется при подготовке к следующему циклу.

Характеристики теплового цикла, связанного с тепловым двигателем, обычно описываются с помощью двух диаграмм изменения состояния: диаграммы PV, показывающей соотношение давление-объем, и диаграммы TS, демонстрирующей пару температура-энтропия.

Для постоянной массы газа работа теплового двигателя представляет собой повторяющийся цикл, и его PV-диаграмма будет выглядеть замкнутой фигурой.

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%

Мощность и КПД

Мощность механизма или устройства равна работе, совершаемой в единицу времени. Работа(A) измеряется в Джоулях, а время в системе Си – в секундах. Но не стоит путать понятие мощности и номинальной мощности. Если на чайнике написана мощность 1 700 Ватт, это не значит, что он передаст 1 700 Джоулей за одну секунду воде, налитой в него. Это мощность номинальная. Чтобы узнать η электрочайника, нужно узнать количество теплоты(Q), которое должно получить определенное количество воды при нагреве на энное количество градусов. Эту цифру делят на работу электрического тока, выполненную за время нагревания воды.

Величина A будет равна номинальной мощности, умноженной на время в секундах. Q будет равно объему воды, умноженному на разницу температур на удельную теплоемкость. Потом делим Q на A тока и получаем КПД электрочайника, примерно равное 80 процентам. Прогресс не стоит на месте, и КПД различных устройств повышается, в том числе бытовой техники.

Напрашивается вопрос, почему через мощность нельзя узнать КПД устройства. На упаковке с оборудованием всегда указана номинальная мощность. Она показывает, сколько энергии потребляет устройство из сети. Но в каждом конкретном случае невозможно будет предсказать, сколько конкретно потребуется энергии для нагрева даже одного литра воды.

Например, в холодной комнате часть энергии потратится на обогрев пространства. Это связано с тем, что в результате теплообмена чайник будет охлаждаться. Если, наоборот, в комнате будет жарко, чайник закипит быстрее. То есть КПД в каждом из этих случаев будет разным.

На что тратиться полезная энергия?

Первый пункт здесь – это потери, возникающие непосредственно при горении топлива, ведь все топливо в двигателе никогда не сгорает, часть его улетает в выхлопную трубу. Эта часть, в среднем, составляет около 25%.

Следующим местом (точнее явлением), куда исчезает энергия, является тепло, выделяемое при горении. Возможно, кто-то из вас еще помнит со времен, проведенных на школьной скамье, что для получения тепла требуется энергия, соответственно, образуемое тепло – это есть потери энергии. Здесь стоит заметить, что тепла при работе двигателя внутреннего сгорания образуется с излишком, что требует внедрения серьезной системы охлаждения.

Далее, кроме тепла, выделяемого от горения, тепло выделяется и при самой работе двигателя, ведь все его части трутся, теряя тем самым часть своей энергии.

Подведя итог, получаем еще порядка 35-40% потерь энергии на образование тепла.

Ну, и третья группа потерь – это потери на обслуживание дополнительного оборудования. Помпа системы охлаждения, генератор, кондиционер и пр. – все они для своей работы тоже потребляют энергию. Энергия эта берется от работы двигателя – в размере порядка 10%.

Подведя итог, получаем, что, сжигая топливо, в реальности на «полезное» дело автомобиль затрачивает лишь четверть, а порой и вовсе пятую часть той энергии, которую вырабатывает его движок. Цифры средние, но разбежка в целом понятна.

Читайте также:
Замена помпы (водяного насоса) на Хендай Акцент своими руками +видео

Турбомотор мощнее атмосферника того же объема, а расход ниже на 30%: да/нет?

Эксперты «За рулем» подготовили новую порцию ответов на непраздные вопросы о двигателях.

Что считается рабочим объемом двигателя? Например, 2 литра — это значит, что в цилиндры помещаются 2 литра рабочей смеси?

Рабочий объем цилиндра — это пространство, которое освобождает поршень при движении от верхней до нижней мертвой точки. Какая бы ни была сложная форма у днища поршня, на рабочий объем она никак не повлияет. Еще существует объем камеры сгорания. Это всё то пространство между головкой блока цилиндров и поршнем, которое остается в момент, когда поршень находится в верхнем положении — верхней мертвой точке.

Рабочей смеси в цилиндр может поместиться как меньше, так и больше, чем рабочий объем, — всё зависит от степени и фаз открытия клапанов, оборотов, конструкции впуска и так далее. Даже чисто геометрически — когда поршень придет в нижнюю мертвую точку в конце такта впуска, смесь имеет возможность заполнить как рабочий объем цилиндра, так и объем камеры сгорания.

Рабочий объем — это постоянная величина?

Рабочий объем определяется геометрией базовых деталей — коленвала и блока цилиндров. А вот степень сжатия конструкторы мечтают менять «на ходу». Можно — хоть и сложно — менять физическую степень сжатия, то есть соотношение рабочего объема к общему объему цилиндра и камеры сгорания. Для этого в серийном моторе Nissan VC-Turbo отодвигают блок цилиндров от нижней части с коленвалом. А можно играть фактической степенью сжатия, запуская в цилиндр меньше смеси — например, за счет регулирования фаз газораспределения. При этой схеме поршень начнет сжимать смесь в цилиндре только после того, как клапаны будут закрыты.

Как рабочий объем связан с крутящим моментом, мощностью и коэффициентом полезного ­действия (КПД)?

С ростом суммарного рабочего объема всех цилиндров увеличиваются мощность и крутящий момент двигателя. КПД многоцилиндрового двигателя несколько выше, чем одноцилиндрового — поскольку средние цилиндры изолированы от бесполезной передачи тепла в атмосферу крайними, меньше потери энергии.

Рабочий объем одного цилиндра у дизельного двигателя может быть очень большим. Например, у судовых двигателей диаметр поршня может достигать метра, а ход — 2,5 м. В такой цилиндр может забраться человек. А вот у двигателей, работающих на легком топливе, диаметр цилиндра редко превышает 100 мм. При большем диаметре велика вероятность детонации. Ход поршня обычно ненамного отличается от диаметра цилиндра.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

КПД — это безразмерная величина, говорящая о степени совершенства технического устройства по части передачи энергии или ее преобразования из одной формы в другую. Обычно ее указывают в процентах. КПД паровоза — примерно 8%, двигателей внутреннего сгорания — 30–40%, тепловых электростанций — до 60%, электрических генераторов — 95%. А вот КПД любого электрического нагревателя всегда 100%. Конечная форма превращения энергии — в тепло! Что бы там ни говорили в телерекламе с уважаемым знатоком…

Верно ли, что при равных объемах атмосферного и турбированного моторов у последнего выше мощность и ниже расход на 30%?

Что касается разницы в мощности — да, примерно так. А вот расход топлива для автомобилей одного класса и поколения, с двигателями с наддувом и без него, обычно отличается процентов на 15–20.

Применение турбонаддува — очень эффективный способ создания компактных и мощных моторов. Но на гражданских автомобилях редко можно увидеть, что размер моторного отсека за счет установки наддувного мотора удалось намного сократить. То же самое и с массой силового агрегата. Ведь к весу поршневого двигателя добавляется турбокомпрессор с обслуживающими его системами и интеркулер. И только в автоспорте, где форсировка достигается высокими давлениями наддува, такие моторы намного легче и компактнее. Но ресурс их невелик.

Может ли большой рабочий объем сочетаться с малым ­размером двигателя?

Всё зависит от конструкции. Наиболее компактными получаются V‑образные моторы при малом угле развала цилиндров. Вспомним фольксвагеновские VR6, где шесть цилиндров V‑образного мотора с углом развала всего 15 градусов накрывает одна головка блока цилиндров. Компактными, но с большим рабочим объемом получаются и W‑образные двигатели. Звездообразные моторы, применявшиеся в авиации, были очень короткими — почти как одноцилиндровые.

ВЫКАЗАТЬ ЗНАКОМСТВО И УМЕНИЕ

Из обязательного постановления о порядке езды по городу С.-Петербургу на авто­мобилях от 25 июня 1910 г.):

…При проверке теоретических познаний испытуемое лицо должно выказать знакомство с работой двигателя, знание частей автомобиля и особенно частей, важных для безо­пасности езды.

…При проверке практических познаний испытуемое лицо должно выказать умение проверять тормоза и приборы управления автомобилем, привести в действие и остановить мотор.

…Автомобили в отношении управления разделяются на два класса: а — автомобили с двигателями внутреннего сгорания; б — автомобили с электрическими двигателями.

  • Полная история самых больших моторов — тут.
  • Хотите пройти техосмотр без проблем? Тогда вам нужна качественная аптечка «За рулем» с оптимальным составом и лучший огнетушитель по результатам наших тестов. Идеальным дополнением станет набор автомобилиста в удобной сумке.

КПД двигателя внутреннего сгорания – познаем эффективность в сравнении

Элементы тепловой машины

Конструкции тепловых машин отличаются разнообразием. Однако, из каких бы частей двигатель не состоял, он всегда содержит рабочее тело, холодильник и нагреватель (рис. 1).


Рис. 1. Любой тепловой двигатель всегда содержит три ключевых элемента

Например, в двигателе внутреннего сгорания рабочим телом будут пары топлива и воздух.

В двигателе внутреннего сгорания роль нагревателя совместно выполняют свеча и поршень. Однако, поршень выполняет функции нагревателя только тогда, когда он сжимает газ. А свеча зажигает сжатый газ с помощью искры и вызывает горение топлива.

Чтобы передать остатки тепловой энергии атмосфере, двигатели с воздушным охлаждением имеют специальные ребристые поверхности на наружной части цилиндров.

А двигатели, в которых используется жидкостное (водяное) охлаждение, содержат насос, прокачивающий жидкость в специальных полостях двигателя и радиатор с вентилятором. Жидкость интенсивно охлаждается в радиаторе, а вентилятор обеспечивает обдув, чтобы ускорить охлаждение. Температура охлаждающей жидкости всегда выше температуры окружающего воздуха.

Читайте также:
Замена бензонасоса на Форд Фокус 1,2,3 своими руками: как поменять моторчик топливного насоса, фильтра, реле + видео

Какие функции выполняет каждый элемент

От нагревателя рабочее тело — газ, или пар, получает запас тепловой энергии (рис. 2). Затем, полученная энергия делится на две, как правило, неравные части. За счет одной части совершается работа.


Рис. 2. Функции ключевых элементов тепловых машин

А оставшаяся часть передается холодильнику (например, атмосфере) и рассеивается окружающей средой.

Роль холодильника в тепловом двигателе

Совершая работу, рабочее тело – расширяющийся газ, охлаждается. Температура (T_), до которой газ охладился, называется температурой холодильника.

Так как газ, расширяясь, охлаждается, а при охлаждении энергию нужно куда-то девать, то никакая тепловая машина без холодильника работать не сможет. Чтобы функционировать, тепловая машина обязательно должна отдавать часть тепловой энергии холодильнику.

Обычно температура (T_) немного выше температуры окружающей среды. Но если речь идет о паровых машинах, оснащенных специальным приспособлением для конденсации отработанного пара и его охлаждения – конденсатором, то (T_) может быть несколько ниже температуры окружающей атмосферы (рис. 3).


Рис. 3. Если холодильником служит атмосфера, то температура холодильника выше атмосферной, а если – конденсатор, то температура холодильника ниже температуры окружающей среды

Примечание: Паровой конденсатор применяется только в конструкциях паровых двигателей.

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.

На какие части делится энергия нагревателя

Мы выяснили, что за счет одной части энергии газ совершает работу. Вторая часть полученной от нагревателя энергии передается холодильнику, который затем рассеивает ее в окружающее пространство (рис. 4).

Эта теплота выбрасывается в атмосферу вместе с отработанным паром, или сгоревшими выхлопными газами турбин и двигателей внутреннего сгорания – то есть, теряется безвозвратно. Главное то, что никакой газ не превращает свою внутреннюю энергию в работу полностью. Часть энергии неизбежно будет утеряна.

На полезную работу тратится только часть полученной энергии.


Рис. 4. Энергия нагревателя частично расходуется на совершение работы, оставшаяся часть теряется в окружающую среду

Посмотрев на рисунок 4, легко составить связь между энергией нагревателя, работой и энергией холодильника.

(large Q_ left(text <Дж>right) ) – тепловая энергия, полученная от нагревателя;

(large Q_ left(text <Дж>right) ) – тепловая энергия, переданная холодильнику;

(large A left(text <Дж>right) ) – работа, которую совершил расширяющийся газ (пар);

Так как часть энергии теряется, работа всегда будет меньше полученной энергии. Работу и энергию измеряют в джоулях. Работа – это затраченная энергия, то есть, разница между конечной и начальной энергией.

[large boxed < Q_— left| Q_ right| = A >]

Примечание: Полученная энергия берется со знаком «плюс», а утерянная – со знаком «минус». Нам уже известно, что энергия (Q_), переданная холодильнику и утерянная, будет отрицательной. Запишем ее по модулю, чтобы не учитывать в формуле ее знак.

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.

Читать дальше: Замена механизма стеклоподъемника ваз 2107

На этом заканчиваю, читайте наш АВТОБЛОГ.

(26 голосов, средний: 4,08 из 5)

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.

Формулы коэффициента полезного действия

Мы уже выяснили, что работа газа всегда меньше полученной теплоты. Чтобы ответить на вопрос, какую часть от полученной теплоты будет составлять работа, составим дробь:

(large A left(text <Дж>right) ) – работа газа;

Эту дробь обозначают греческой буквой «эта» (eta) и называют коэффициентом полезного действия (КПД). Так как этот коэффициент дает понятие о том, как соотносятся работа, совершенная газом и, полученная им тепловая энергия.

Читайте также:
Загорелась лампочка давления масла (на холостых оборотах на горячую и в прочих случаях): симптомы и причины

Числитель этой дроби всегда меньше знаменателя, математики такие дроби называют правильными. Если КПД теплового двигателя описывается правильной дробью, значит, он не может превышать единицу (рис. 5).


Рис. 5. КПД отвечает на вопрос: какая часть полученной энергии тратится на полезную работу

КПД теплового двигателя не превышает единицу, так как описывается правильной дробью.

Если подставить в числитель выражение для работы, получим развернутое выражение для вычисления КПД:

Правая часть уравнения – это две дроби, имеющие одинаковые знаменатели. Если записать правую часть в виде отдельных дробей, то можно получить такое соотношение:

Подставим его в выражение для КПД и получим еще одну формулу:

Анализ теплового цикла

Тепловой цикл включает в себя четыре термодинамических базовых процесса. Вначале происходит преобразование состояния рабочего тела, а затем, возвращение его в исходное состояние: сжатие, получение тепла, расширение и отвод тепла.

Каждый из этих процессов осуществляется по следующей схеме, которая определяет условия реализации цикла:

  • Изотермический — работа выполняется при постоянной температуре.
  • Изобарический — рабочий цикл реализуется при постоянном давлении.
  • Изометрический — тепловой процесс протекает при постоянном объеме
  • Адиабатический — цикл осуществляется при постоянной энтропии.

Для того чтобы процесс был максимально приближен к обратимому, есть два способа перемещения поршня: изотермический — это означает, что тепло постепенно поступает или выходит из резервуара при температуре, бесконечно отличающейся от температуры газа в поршне, и адиабатический, при котором теплообмен вообще не происходит, газ действует, как пружина.

Таким образом, когда подводится тепло и газ расширяется, температура газа должна оставаться такой же, как и у источника тепла, при этом газ расширяется изотермически. Точно так же позже он будет сжиматься в цикле изотермически, с выделением тепла.

Чтобы выяснить эффективность, нужно проследить за полным циклом двигателя, выяснить, сколько он работает, сколько тепла забирается из топлива и сколько энергии теряется при подготовке к следующему циклу.

Характеристики теплового цикла, связанного с тепловым двигателем, обычно описываются с помощью двух диаграмм изменения состояния: диаграммы PV, показывающей соотношение давление-объем, и диаграммы TS, демонстрирующей пару температура-энтропия.

Для постоянной массы газа работа теплового двигателя представляет собой повторяющийся цикл, и его PV-диаграмма будет выглядеть замкнутой фигурой.

Какой максимальный КПД может иметь тепловой двигатель

Талантливый французский ученый и инженер Сади Карно в 1824 году придумал идеальную тепловую машину. В качестве рабочего тела в ней выступал идеальный газ. А сосуд, в который заключен газ, обернут теплоизоляцией, которую можно мысленно снять, когда возникнет такая необходимость.

Проведя мысленный эксперимент, Карно рассчитал, какую часть полученной энергии можно превратить в полезную работу при идеальных условиях. Другими словами, он рассчитал, какой максимально возможный КПД может иметь идеальный тепловой двигатель.

Для КПД идеального двигателя он получил такую формулу:

(large T_ left(Kright) ) – температура нагревателя в градусах Кельвина;

(large T_ left(Kright) ) – температура холодильника в градусах Кельвина;

Из формулы следует:

Чем больше различаются температуры нагревателя и холодильника, тем выше будет КПД.

Если температура нагревателя сравняется с температурой холодильника, то полезной работы машина не совершит (large eta = 0 ).

Максимальный КПД даже для идеального теплового двигателя всегда меньше единицы.

Температура холодильника не может равняться абсолютному нулю, так как достигнуть абсолютного нуля температуры не получается.

Примечание: В идеальном двигателе нет потерь энергии, так как полностью отсутствует трение между его движущимися частями. В реальных двигателях трение есть, поэтому КПД реальных двигателей всегда ниже, чем КПД идеального двигателя.

КПД реальных тепловых двигателей

КПД лучших образцов реальных двигателей, выпускаемых мировой промышленностью:

  • паровых машин — менее 10 процентов.
  • большинства двигателей внутреннего сгорания – до 30 процентов.
  • газовых турбин — примерно 40 процентов.
  • двигателя внутреннего сгорания Дизеля – около 44 процентов.

В настоящее время инженеры и ученые-физики работают над тем, чтобы в реальных двигателях уменьшить трение и потери тепловой энергии. Чтобы повысить давление в цилиндре, применяют дополнительные компрессоры и турбины. Это дает выигрыш еще в несколько процентов полезности, однако, сокращает срок службы таких двигателей.

Так называемые «атмосферники» — атмосферные двигатели внутреннего сгорания, в которых не применяются дополнительные турбины и компрессоры, повышающие рабочее давление в цилиндрах, могут без капитального ремонта прослужить на автомобилях весьма длительное время.

Некоторые автомобили, оснащенные особо удачными конструкциями двигателей, успевали без капитального ремонта двигателя проехать до 1 миллиона километров. Из-за этого, такие конструкции двигателей получили в народе название «миллионники». К сожалению, ныне выпуск подобных двигателей резко сокращен, из экономических соображений.

Далее предоставляю Вашему вниманию калькулятор КПД WOT

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

Разбираемся с электрокарами и ДВС

После видео стасяо-сана «Разбираемся с Теслой и другими ЭЛЕКТРОКАРАМИ” возникло много вопросов по его мнению. В данной статье я не ставлю себе целью показать что все однозначно так, или иначе.

Я всего лишь обращу внимание на некоторые моменты.

Начать стоит со слов автора…

«А что такое кпд? Фактически это расшифровывается как коэффициент полезного действия, и это просто условный показатель, который показывает насколько эффективно, совершается то и иное действие, или насколько эффективно передается энергия и так далее.»

Так как показатель условный, то условно можно спорить о цифрах бесконечно. Ведь что считать «точкой отсчета»? Если все наши показатели приблизительны?

Поэтому предлагаю для чистоты разума и нервов считать ВСЕ озвученные цифры в видео стасяо верными!

Конечно это не так, но о цифрах будет немного в конце статьи. Так что любителям поспорить о математике я оставлю возможность порассуждать на эту тему.

Еще одной причиной такого подхода является очевидная трудность сбора объективных данных… т. е. Я знаю где «копать», но на Асафьева работали целой командой, и поэтому для такого же ответа нужен аналогичный подход.

«От угля в девятнадцатом году было выброшено 14 миллиардов 620 миллионов тонн, а всего что использует нефть и ее продукты, это электростанции на нефти, предприятия, вся техника на свете, и так далее. это 12 миллиардов 250 миллионов тонн! Почти на два с половиной миллиарда меньше чем от угля. И плюс еще докидывайте от всей газовой промышленности 7.5 миллиардов тонн выбросов. Поэтому все активисты кто орет про то «что автомобили это главный источник СО2 в мире могут смело идти . »

В начале сравнение цифр выбросов СО2 в 2019 году, где кратко поясняется что выбросы по углю и всей нефтяной промышленности отличаются незначительно… но потом «прицепом» идет 7.5 млрд. Тонн СО2 от газовой промышленности, что смешно, так как газ разве не надо считать вместе с нефтью?

Читайте также:
Как делается замена шаровых опор на Рено Логан, как поменять на видео, советы по диагностике и проведению работ

В итоге это первая ошибка, ведь считая газ мы понимаем что выбросов от нефтегазовой промышленности (а так ее правильнее называть) будет больше!

Но запомним это сравнение. Далее оно нам еще пригодится.

«Смотрим на эту инфо графику! На момент 2019 года 84.3 % от мировой энергии вырабатывалась за счет сжигания ископаемых. На момент 2000 года от ископаемых мы получали 86.1 % от всей энергии в мире. Т.е. доля чистой энергии повысилась на 1.8 % от общего объема. Серьезное движение к светлому будущему надо заметить.»

Как говорилось в известном выражении «Существуют три вида лжи: ложь, наглая ложь и статистика».

Рассказ о 2% это правда, если не учитывать фактора того что в эти цифры входят все страны. Правильнее было бы применить статистику с учетом количества электромобилей и альтернативной энергетики в каждой стране, и проценты сразу бы стали немного другими.

Так в Норвегии, Дании, Швеции и Финляндии например «зеленая» энергетика занимает намного больший процент в балансе энергетики (и там же ставятся рекорды по продажам электромобилей).

Очень интересный факт — в период с 1900 года до 1919 года доля нефти в мировой энергетике вполне могла составлять те же 2%, если бы можно было бы подсчитать ВСЮ ЭНЕРГЕТИКУ МИРА в то время.

«При этом если посмотреть внимательно сектор зеленой энергии то самый жирный кусок там будет ГЭС. Гидроэлектростанции — 6.4% если быть точным. От которых сейчас мир начинает отказываться! В смысле погоди почему отказываться? Они хорошие и полезные! Экологи то каким № это дело допускают? А вот именно из-за экологов только из-за нормальных, здравомыслящих, и сворачивают все мировые программы по постройкам гидроэлектростанций. И правильно делают! Потому что во-первых, их строительство приводит к затоплению пахотных земель, так как ГЭС создает препятствия для протока воды и она встает озерами, а как вы можете догадаться уменьшение количества пахотных земель это не есть хорошо! Во вторых, из-за блокирования потока воды земля нормально не пропитывается питательными веществами от дождевых осадков, и так как карта грунтовых вод сильно меняется, и мало того что пахотные земли затопляются, так еще и та земля которую не затопило при строительстве ГЭС лишается питательных элементов, и отдает меньше урожая и в целом растительности.»

«В третьих блокируется миграция рыб, и они исчезают целыми популяциями»

В целом согласен с эко-выводами, но вот насчет будущего уже описывал мнение ученых в статье «Таяние ледников обеспечит гидроэнергетику в будущем?». Экология в этом плане даже выиграет.

Так же не стоит забывать о потенциале развития малых ГЭС, о которых нам намекают некоторые животные.

«Вот какой кпд у всего этого хозяйства?(электростанции) Да! Верно! Он низкий! Кпд в 35 процентов на современных электростанциях это прям нормальный хороший показатель в среднем по больнице. В лучшем случае можно получить 60 процентов кпд у парогазовых установок, но их очень мало. Поэтому для наших расчетов берем средний по больнице кпд 35 — 40 % и вот вам к стати еще график изменения кпд на электростанциях с 2003 по 2013 год! Как мы можем заметить за десять лет кпд никак не поменялся!»

Замечание о кпд ценно хотя бы лишь тем что линия газа все таки поднялась… и это за 10 лет. Что происходило после 2013 года уже вызывает вопросы — неужели прогресс в области электростанций остановился?

А пока запомним что кпд парогазовых установок около 60 %.

«Парни, нам обещают что кпд их моторов варьируется от 80 до 90 % в зависимости от манеры езды. В тестах на экономичность, в тех же самых в которых ставят паспортный расход топлива «Тесла» показала кпд в 94%, но мы с вами знаем что паспортный расход это штука эфемерная и нереальная, в жизни он выше, и с электрокарами то же самое»

«Но возьмем официальные цифры от 80 до 90 %, и возьмем среднюю 85 % кпд у электромотора «Тесла». Прошу заметить что это абсолютно недостижимая цифра для ДВС! Это очень важно!»

КПД электромотора как мы видим подсчитано, но мало что сказано о кпд ДВС. Создается определенная недосказанность в этом вопросе. Ведь как мы помним ранее статсяо говорил о кпд двс 35-40%, а значит можно ошибочно решить что этот показатель как и у мотора «теслы» постоянен, и так же не одинаков с просадкой в 10% как у «Теслы».

Начать стоит с того что кпд в данном случае это показатель до выхода энергии через вал электродвигателя/ДВС. Это важно понимать.

Дальше уже идут потери, которые в случае сравнения ДВС и электромотора у них разные.

В идеальном розовом мире ДВС, где супер вариатор в паре с супер ДВС мог бы стабильно перемещать автомобиль, изменяя передаточное число так, чтоб обороты двигателя всегда были стабильно в точке схождения мощности и момента (это точка где кпд самый высокий), можно было бы говорить о равенстве с электромотором. Разумеется если попутно решить проблемы с понижением кпд из-за торможения двигателя, холостого хода и расходов энергии на прогрев мотора (все эти потери есть и в электромоторе, но они минимальны, плюс еще наличие рекуперации сглаживает эти потери).

Читайте также:
Диагностика кондиционера автомобиля – как обслужить его самому? + видео

«Поэтому берем нашу несчастную цифру 28.35 % энергии которая осталась после зарядки автомобиля, отнимаем еще 15% и по итогу получаем гордые 24% кпд с маленьким хвостиком. То есть мы с вами получаем что финальная эффективность электрокаров в кпд от изначального получения электроэнергии до перемещения вашей задницы в пространстве 24 %! У вас сначала где-то там сжигается топливо, преобразуется в электроэнергию с потерями, потом доставляется до хранилища с потерями, потом преобразуется с потерями, потом доставляется до вашего дома с потерями, заряжает ваш автомобиль с потерями и электромотор крутит ваши колеса то же с потерями, а ужасный и неэффективный двс, который вот прям тут сам в себе потребляет топливо, и преобразует его в энергию движения имеет кпд 35 — 40 %.»

На вопросе о кпд нужно вспомнить то что изначально я просил вас запомнить. А именно соотношение угольной и нефтяной промышленности и кпд парогазовых электростанций.

Начнем с первого… В целом сравнение «угольного» электрокара (такой вывод исходя из источника энергии по стасяо) и бензиново-дизельного автомобиля это не совсем корректно по выбросам и кпд.

Это как сравнивать что лучше и быстрее бьет в голову? Бутылка шампанского? Самогон? Или 5 литров пива? Вроде говорим об одном и том же, но разница сразу ощущается.

Можно вспомнить технологии «угольных» ДВС, и сравнить их с «угольными» электрокарами для более равноправного сравнения.

Во-вторых, вспоминая про парогазовые электростанции нужно обратить внимание на то что вопреки названию гореть там может практически все что угодно. Нефть т. е. Дизель, уголь-биомасса после газификации. Таким образом заменяя цифру от электростанций на 60% мы видим совсем другую картину. Ведь главный тренд на отказ от ДВС, но куда по вашему денется вся добыча нефти и газа после такого перехода? Моментально исчезнет, и останется только уголь? Или все же просто поменяет конечный пункт сжигания ради энергии?

С чем я в корне не согласен с некоторыми эко-активистами, это что электромобиль убьет автомобиль на традиционном топливе, а заодно и нефтегазовую промышленность. Нет не убьет! Сожрет изнутри да…

Тут хорошо подойдет аналогия с самкой богомола, поедающей своего незадачливого партнера (это пример лишь дань традиции особого юмора стасяо).

Ведь по сути происходит именно это…

Как указывалось еще в «экологии» нефте-компании активно инвестируют в альтернативную энергетику и электромобили. Ведь процесс перерождения (благодаря смерти самца богомола появляется потомство) лучше контролировать самому… чем допустить хаотичное движение в этом направлении.

Так же можно вспомнить что нефть-газ имеют тенденцию к снижению добычи, но это еще полбеды. Гораздо хуже то что качество углеводородов становится хуже, что удорожает переработку. Сланцевая нефть это не от хорошей жизни, а скорее шаг вперед по инерции. Проще такой «сироп» сжечь на ТЭС чем перерабатывать. Тем более спрос они себе смогут обеспечить, за счет проблем альтернативной энергетики.

«Кпд у современных моторов 35 — 40 % почти в два раза выше чем полный цикл получения энергии и преобразование его в движение у электрокаров. А у современных дизелей у теплоходов кпд 50 — 55 %.»

Не стоит забывать и об обычных ДВС в качестве генератора электроэнергии. Сейчас этот показатель у небольших домашних генераторов может быть ровно в 2 раза меньше чем у больших моторов, но это вовсе не значит что показатель в 50% кпд для небольшого ДВС-генератора недостижим.

«В энергетике есть такой термин сезонность, это типа не зима весна лето, а кое-что другое… сезонность на электростанциях означает что какой-то тип электростанции или какая-то конкретная электростанция не может выдавать один и тот же объем энергии постоянно. У всех угольных, нефтяных, газовых и атомных электростанций, а вообще у всех электростанций работающих на топливе понятия сезонность нет как явление. Они могут постоянно и стабильно, не зависимости от времени суток, времени года, погоды, или там ретроградного меркурия выдавать нам электричество. Есть только предельная мощность, а внутри уже играйся как, хочешь.»

«У всех электростанций которые работают на возобновляемых источниках энергии есть сезонность. Они не могут постоянно, стабильно и прогнозируемо выдавать нам электричество.»

«Плюс надо понимать что потребление энергии это штука нестабильная. Мы потребляем энергию неравномерно. Днем например когда светит солнце, и мы все либо на работе, либо где-то шляемся по городу потребление одно, а когда вечером все возвращаются домой, включают свет, включают телек -ютубчик, начинают стирать, готовить еду, когда включается вся иллюминация в городе. Потребление совершенно другое. И в случае электростанций на топливе это легко регулируется.»

Проблема сезонности нет у традиционных ТЭС и АЭС, но есть проблема отсутствия спроса, а точнее снижения потребления ниже оптимального уровня.

Из-за этого сначала снижается кпд станции, так как она работает на слишком низких нагрузках, а затем возникает опасность полного выключения (а запуск это опять же потеря времени и кпд).

Разумеется у сезонных солнечных панелей и ветряков такой проблемы нет, и более того потенциальные варианты решений тут уже не раз обсуждались на Хабре.

В двух словах это о том что электромобиль, так же как и автомобиль большую часть времени проводит в неподвижном состоянии. Поэтому будучи подключенным к умной зарядной станции, которая имеет связь с энергосистемой, батарея электрокара может быть заряжена с учетом необходимости в энергобалансе всей системы при котором в пике потребления батареи не будут заряжаться. Соответственно когда потребление упадет до минимумов заряд продолжится с выгодой для кпд электростанций.

«Все современные моторы давно уже выполняют нормы евро 6, а то и евро 6 Д, и от них выбросов намного меньше чем от электроэнергии которую вы получаете из розетки. Именно это я имел ввиду, когда говорил в документалке что причина тут не в экологии, а в глобальной энергетике. Аргумент что в городах сейчас вместо воздуха смог и говно, может существовать только от того, что у нас не все двигатели заточены под современные требования норм по выхлопам, автопарк то в основном старый! Между автомобилями 2000-х и автомобилями 2020-х по чистоте выхлопов просто пропасть! Вот какая разница между современными нормами и нормами прошлого! А на электростанциях выбросы не очищаются настолько сильно как в автомобиле! Да там есть системы очистки выбросов, но они не настолько эффективны как в двс с их катализаторами, системами рециркуляции и дожигания отработанных газов и так далее… и поэтому в текущей картине мира электромобили это не решение! Он по общим цифрам в энергетике даже рядом не валялся!»

Нюанс в том что мировой автопарк не состоит в основном из современных автомобилей/двс. Во многом причина этому цена подобных доработок.

Читайте также:
Как выставить зажигание на ВАЗ 2107, инструкция по установке на карбюраторе и инжекторе

Беда так же в том, что даже условно современные моторы сейчас часто заканчивают свою жизнь в странах третьего мира с анти-экологичными доработками, которые снижают стоимость эксплуатации и владения, а также те же евро-нормы. Таким образом изначальный евро 6 в последствии сначала начнет потреблять сверх-нормы топливо из-за несвоевременного обслуживания, а потом и вовсе избавится от «катализаторов» став полноценным евро 0.

Стоит задуматься над вопросом почему при всем совершенстве современных моторов евро 6 мы не видим массового перехода на них? Почему никто не спешит выкидывать/сдавать в металл старые моторы и ставить экологичные?

Разве могло бы что-то остановить этот процесс если бы экономически это было возможно?

Но нет… вы не увидите в мире примеров такого массового перехода. Даже если вспомнить Кубу с ее раритетами или антипод — Швейцарию. Везде это лишь вопрос тюнинга, но никак не экономики.

Всё правда может стать еще хуже с вступлением в силу норм евро 7. Этот стандарт загоняет ДВС в рамки такого удорожания конструкции, что даже сами автокомпании отказываются от дальнейших разработок моторов. При таких ограничениях проще и выгоднее уже делать только электромобили… или моторы работающие в узком диапазоне оборотов на бензине, так как дизельное эко-дополнение по евро 7 самое дорогое в этом стандарте.

И как обещал немного цифр…

Осторожно! В видео присутствует риторика ненависти ( хейтспич ).

В этом видео кратко рассмотрен вопрос кпд двс с учетом добычи от скважины и до попадания топлива в бак.

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.

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.

Читайте также:
Расширительный бачок системы охлаждения автомобиля: для чего нужен, принцип работы, где находится и что в него заливают

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%.

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 двигателя внутреннего сгорания – познаем эффективность в сравнении

Что такое КПД

Коэффициент полезного действия машины или механизма – это важная величина, характеризующая энергоэффективность данного устройства. Понятие используется и в повседневной жизни. Например, когда человек говорит, что КПД его усилий низкий, это значит, что сил затрачено много, а результата почти нет. Величина измеряет отношение полезной работы ко всей совершенной работе.

Согласно формуле, чтобы найти величину, нужно полезную работу разделить на всю совершенную работу. Или полезную энергию разделить на всю израсходованную энергию. Этот коэффициент всегда меньше единицы. Работа и энергия измеряется в Джоулях. Поделив Джоули на Джоули, получаем безразмерную величину. КПД иногда называют энергоэффективностью устройства.

Если попытаться объяснить простым языком, то представим, что мы кипятим чайник на плите. При сгорании газа образуется определенное количество теплоты. Часть этой теплоты нагревает саму горелку, плиту и окружающее пространство. Остальная часть идет на нагревание чайника и воды в нем. Чтобы рассчитать энергоэффективность данной плитки, нужно будет разделить количество тепла, требуемое для нагрева воды до температуры кипения на количество тепла, выделившееся при горении газа.

Данная величина всегда ниже единицы. Например, для любой атомной электростанции она не превышает 35%. Причиной является то, что электростанция представляет собой паровую машину, где нагретый за счет ядерной реакции пар вращает турбину. Большая часть энергии идет на нагрев окружающего пространства. Тот факт, что η не может быть равен 100%, следует из второго начала термодинамики.

Падение КПД и общие потери в электродвигателе

Существует множество негативных факторов, под влиянием которых складывается количество общих потерь в электрических двигателях. Существуют специальные методики, позволяющие заранее их определить. Например, можно определить наличие зазора, через который мощность частично подается из сети к статору, и далее — на ротор.

Потери мощности, возникающие в самом стартере, состоят из нескольких слагаемых. В первую очередь, это потери, связанные с и частичным перемагничиванием сердечника статора. Стальные элементы оказывают незначительное влияние и практически не принимаются в расчет. Это связано со скоростью вращения статора, которая значительно превышает скорость магнитного потока. В этом случае ротор должен вращаться в строгом соответствии с заявленными техническими характеристиками.

Значение механической мощности вала ротора ниже, чем электромагнитная мощность. Разница составляет количество потерь, возникающих в обмотке. К механическим потерям относятся трения в подшипниках и щетках, а также действие воздушной преграды на вращающиеся части.

Для асинхронных электродвигателей характерно наличие дополнительных потерь из-за наличия зубцов в статоре и роторе. Кроме того, в отдельных узлах двигателя возможно появление вихревых потоков. Все эти факторы в совокупности снижают КПД примерно на 0,5% от номинальной мощности агрегата.

При расчете возможных потерь используется и формула КПД двигателя, позволяющая вычислить уменьшение этого параметра. Прежде всего учитываются суммарные потери мощности, которые напрямую связаны с нагрузкой двигателя. С возрастанием нагрузки, пропорционально увеличиваются потери и снижается коэффициент полезного действия.

В конструкциях асинхронных электродвигателей учитываются все возможные потери при наличии максимальных нагрузок. Поэтому диапазон КПД этих устройств достаточно широкий и составляет от 80 до 90%. В двигателях повышенной мощности этот показатель может доходить до 90-96%.

Коэффициент полезного действия это характеристика эффективности работы, какого либо устройства или машины. КПД определяется как отношение полезной энергии на выходе системы к общему числу энергии подведенной к системе. КПД величина безразмерная и зачастую определяется в процентах.

Читайте также:
Почему горит лампочка давления масла ВАЗ 2114/2115: как определить причину и устранить неисправность

Любая система, совершающая какую либо работу, должна из вне получать энергию, с помощью которой и будет совершаться работа. Возьмем, к примеру, трансформатор напряжения. На вход подается сетевое напряжение 220 вольт, с выхода снимается 12 вольт для питания, к примеру, лампы накаливания. Так вот трансформатор преобразует энергию на входе до необходимого значения, при котором будет работать лампа.

Но не вся энергия, взятая от сети, попадет к лампе, поскольку в трансформаторе существуют потери. Например, потери магнитной энергии в сердечнике трансформатора. Или потери в активном сопротивлении обмоток. Где электрическая энергия будет переходить в тепловую не доходя до потребителя. Эта тепловая энергия в данной системе является бесполезной.

Поскольку потерь мощности избежать невозможно в любом системе то коэффициент полезного действия всегда ниже единицы.

КПД можно рассматривать как для всей системы целиком, состоящей из множество отдельных частей. Так и определять КПД для каждой части в отдельности тогда суммарный КПД будет равен произведению коэффициентов полезного действия всех его элементов.

В заключение можно сказать, что КПД определяет уровень совершенства, какого либо устройства в смысле передачи или преобразования энергии. Также говорит о том, сколько энергии подводимой к системе расходуется на полезную работу.

Примеры расчета КПД

Пример 1. Нужно рассчитать коэффициент для классического камина. Дано: удельная теплота сгорания березовых дров – 107Дж/кг, количество дров – 8 кг. После сгорания дров температура в комнате повысилась на 20 градусов. Удельная теплоемкость кубометра воздуха – 1,3 кДж/ кг*град. Общая кубатура комнаты – 75 кубометров.

Чтобы решить задачу, нужно найти частное или отношение двух величин. В числителе будет количество теплоты, которое получил воздух в комнате (1300Дж*75*20=1950 кДж ). В знаменателе – количество теплоты, выделенное дровами при горении (10000000Дж*8 =8*107 кДж). После подсчетов получаем, что энергоэффективность дровяного камина – около 2,5%. Действительно, современная теория об устройстве печей и каминов говорит, что классическая конструкция не является энергоэффективной. Это связано с тем, что труба напрямую выводит горячий воздух в атмосферу. Для повышения эффективности устраивают дымоход с каналами, где воздух сначала отдает тепло кладке каналов, и лишь потом выходит наружу. Но справедливости ради, нужно отметить, что в процессе горения камина нагревается не только воздух, но и предметы в комнате, а часть тепла выходит наружу через элементы, плохо теплоизолированные – окна, двери и т.д.

Пример 2. Автомобиль проделал путь 100 км. Вес машины с пассажирами и багажом – 1400 кг. При этом было затрачено14 литров бензина. Найти: КПД двигателя.

Для решения задачи необходимо отношение работы по перемещению груза к количеству тепла, выделившемуся при сгорании топлива. Количество тепла также измеряется в Джоулях, поэтому не придется приводить к другим единицам. A будет равна произведению силы на путь( A=F*S=m*g*S). Сила равна произведению массы на ускорение свободного падения. Полезная работа = 1400 кг x 9,8м/с2 x 100000м=1,37*108 Дж

Удельная теплота сгорания бензина – 46 МДж/кг=46000 кДж/кг. Восемь литров бензина будем считать примерно равными 8 кг. Тепла выделилось 46*106*14=6.44*108 Дж. В результате получаем η ≈21%.

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.

Читайте также… Запуск двигателя в мороз- Как правильно заводить двигатель зимой

КПД двигателя внутреннего сгорания – что это такое?

В первую очередь, мотор преобразует тепловую энергию, возникающую при сгорании топлива, в определенное количество механической работы. В отличие от паровых машин, эти двигатели более легкие и компактные. Они гораздо экономичнее и потребляют строго определенное жидкое и газообразное топливо. Таким образом, КПД современных двигателей рассчитывается на основании их технических характеристик и прочих показателей.

КПД (коэффициент полезного действия) представляет собой отношение фактически передаваемой мощности на вал двигателя к мощности, получаемой поршнем за счет действия газов. Если провести сравнение КПД двигателей различной мощности, то можно установить, что это значение для каждого из них имеет свои особенности.

Эффективный КПД двигателя зависит от различных механических потерь на разных стадиях работы. На потери влияет движение отдельных частей мотора и возникающее при этом трение. Это поршни, поршневые кольца и различные подшипники. Эти детали вызывают наибольшую величину потерь, составляющие примерно 65 % от их общего количества. Кроме того, потери возникают от действия таких механизмов, как насосы, магнето и прочие, которые могут дойти до 18 %. Незначительную часть потерь составляют сопротивления, возникающие в топливной системе во время процесса впуска и выпуска.

Мнение экспертаРуслан КонстантиновЭксперт по автомобильной тематике. Окончил ИжГТУ имени М.Т. Калашникова по специальности «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». Опыт профессионального ремонта автомобилей более 10 лет. Потери КПД двигателя внутреннего сгорания, особенно бензинового, весьма существенные. В пересчёте на топливовоздушную смесь чистая энергия, передающаяся двигателю, составляет до 100%, а вот после этого начинаются потери.

Больше всего КПД снижается из-за тепловых потерь. Силовая установка прогревает все элементы системы, включая охлаждающую жидкость, радиатор охлаждения и отопителя, вместе с этим теряется тепло. Часть теряется вместе с выхлопными газами. В среднем на тепловые потери приходится до 35% от КПД, а на топливной эффективности ещё 25%. Ещё около 20% занимают механические потери, т.е. на элементы, создающие трение (поршни, кольца и т. д.). Снизить трение помогают качественные моторные масла, но полностью исключить этот фактор невозможно.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: