КПД двигателя- Отличия бензинового и дизельного двигателя. Кпд автомобильных двигателей


Ученые нашли способ повысить КПД автомобильных двигателей

Повысить КПД двигателя внутреннего сгорания обычного автомобиля и снизить количество вредных выбросов в выхлопных газах позволит смешение дизельного топлива с бензином в нужной пропорции прямо внутри цилиндров, уверены авторы инновации, описанной в докладе на конференции "Изучение эффективности и экологичности дизельных двигателей", проходящей в Детройте, США.

МОСКВА, 4 авг - РИА Новости. Повысить КПД двигателя внутреннего сгорания обычного автомобиля и снизить количество вредных выбросов в выхлопных газах позволит смешение дизельного топлива с бензином в нужной пропорции прямо внутри цилиндров, уверены авторы инновации, описанной в докладе на конференции "Изучение эффективности и экологичности дизельных двигателей", проходящей в Детройте, США.

Команда Рольфа Рейтца (Rolf Reitz) из Университета Висконсин-Мэдисон в США разработала технологию, позволяющую использовать преимущества обоих видов топлива для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Согласно этой технологии, впрыск дизельного топлива и бензина в цилиндр осуществляется последовательно в ходе каждого цикла, а соотношение подбирается автоматически исходя из режима, в котором в данный момент работает двигатель.

В режиме сильной нагрузки, когда, например, тяжело нагруженный автомобиль едет в гору, оптимальное соотношение между бензином и дизельным топливом составляет примерно 85/15, тогда как на ровной дороге соотношение может быть примерно 1/1. Подбор этого соотношения необходим для самовоспламенения топливной смеси в цилиндрах двигателя, в противном случае автомобиль заглохнет.

"Роль дизельного топлива в смеси можно представить себе как роль свечи зажигания, такой же, как и в обычном карбюраторном двигателе, однако в данном случае вместо свечей работают капельки дизельного спрея, воспламеняясь под давлением. Свойства такого топлива контролируются временем впрыска дизельного топлива в цилиндр, уже содержащий бензин, и количеством ДТ", - сказал Рейтц, слова которого приводит пресс-служба университета.

Рабочая температура такого двигателя может быть почти в два раза ниже, чем у обычного, что существенно снижает потери тепла и повышает КПД. Кроме того, точный контроль процесса воспламенения топлива в цилиндрах позволяет добиться более полного сгорания топлива с меньшим выбросом микрочастиц несгоревшего материала (копоти) и токсичных оксидов азота, выбрасываемых в атмосферу обычными дизельными двигателями.

По оценкам автора доклада, переход всех автомобилей и грузовиков США на такое гибридное топливо позволит сэкономить до трети всей потребляемой этой страной нефти.

Свои теоретические концепции и модельные расчеты команда исследователей подтвердила с помощью экспериментальной установки, основу которой составляет переработанный дизельный двигатель карьерного экскаватора фирмы Caterpillar.

Ученым даже удалось поставить мировой рекорд, заставив этот сравнительно небольшой двигатель работать с КПД 53%. До этого самыми эффективными среди двигателей внутреннего сгорания считались огромные корабельные двухтактные дизельные двигатели с КПД 50%.

"Более того, за счет низкого давления впрыска эта технология может быть перенесена и на маленькие двигатели легковых автомобилей, КПД которых обычно не превышает 25%", - заключил Рейтц.

ria.ru

Каков КПД автомобиля?. Удивительная механика

Каков КПД автомобиля?

Да простит меня читатель, если я задам ему детский вопрос: каков КПД у автомобильного двигателя? «Совсем профессор от жизни отстал», – скорее всего подумает он и ответит, что из учебника физики следует: КПД бензинового двигателя достигает примерно 25 %, а дизельного – приближается к 40 %.

А может, не будем верить печатному слову, а лучше убедимся в этом сами. Заправим бак топливом «по горлышко» и проедем по городу, разумеется, без происшествий и «пробок», 100 км. А затем дольем бак из мерного сосуда снова до прежнего уровня. Если ваш автомобиль весит около тонны и работает на бензине, то долить придется в среднем около 10 л; для автомобиля той же массы с дизельным двигателем потребуется примерно 7 л солярки. Так как научные расчеты производятся не в литрах, даже не в поллитрах, а в килограммах, то для бензина, с учетом его плотности, это составит 7 кг, а для солярки – чуть больше 5 кг. При сжигании эти килограммы топлива выделят (можете проверить по справочнику!) 323 и 250 МДж энергии, соответственно. А затратит ваш автомобиль при движении со скоростью 50—60 км/ч (и это еще хорошо для города!) в среднем 25 МДж, о чем мы уже говорили выше. Поделим эту полезную работу на затраченную энергию и получим КПД для бензинового двигателя 7-8 %, а для дизеля – 10 %. Вот вам теория – 25 и 40 %, а вот суровая правда жизни – 7,5 и 10 %! Конечно, кое-что теряется и в трансмиссии, но это крохи по сравнению с потерями в двигателе.

Так что ж, врут авторы учебников? Нет, не врут, но лукавят. Тот КПД, что в них указан, относится к одному единственному режиму работы, называемому оптимальным.

Зависимость КПД двигателя внутреннего сгорания от мощности

А как, собственно, в научных институтах получают этот расход топлива? Испытуемый двигатель (не будем уточнять: оснащенный дополнительными системами – вентилятором, компрессором, генератором и т. д. или нет) устанавливают на специальный стенд, где его нагружают сопротивлениями, попросту – тормозят. Изменяют подачу топлива, момент сопротивления, частоту вращения, ведут строгий учет расхода топлива. Зная момент сопротивления и частоту вращения, можно определить мощность, а умножая эту мощность на время, получить работу в киловатт-часах. Правильнее, конечно, было бы выразить ее в джоулях. Так вот – 1 кВт·ч равен 3,6 МДж. Теперь, зная расход топлива в килограммах, можем отнести его к произведенной двигателем работе и получить так называемый удельный расход топлива. Чем современнее двигатель, тем меньше удельный расход топлива при наибольшей мощности и тем больше его КПД. Вот откуда эти 25 и 40 %!

А какова мощность, расходуемая двигателем при движении автомобиля со средней скоростью 50—60 км/ч? Оказывается, для оговоренной массы автомобиля она составляет около 4 кВт. Трудно в это поверить, но автомобиль с двигателем около 100 кВт тратит при этой скорости всего 4 % мощности. И какой КПД вы еще хотите получить при этом? Особенно с учетом привода от двигателя множества всяких дополнительных агрегатов.

Что же делать? Если попробовать ехать на нашем автомобиле при оптимальном режиме работы двигателя, то это составит около 180 км/ч, что не всегда нужно. Да и, честно говоря, при такой скорости почти все топливо уйдет на взбалтывание воздуха, или, по-научному, на аэродинамические потери.

Можно пойти по другому пути, поставив на наш автомобиль двигатель мощностью 5 кВт, то есть в 20 раз меньшей мощности. Тогда при скорости 60—70 км/ч наш автомобиль покажет рекордную экономичность, а двигатель – именно тот КПД, что указан в учебниках. Но, увы, такая скорость движения никого не устроит, не говоря уже о том, что разгоняться наш автомобиль будет медленнее товарного поезда.

Как же разрешить это противоречие, неужели никто об этом раньше не думал? Да нет же, думали. Уже чуть ли не полвека прошло с тех пор, как была предложена концепция так называемого «гибридного» силового агрегата. Предлагалось включать двигатель только при оптимальном режиме, чтобы запасать выработанную им «экономичную», а к тому же и «экологичную» энергию в накопителе, и выключать двигатель, когда он переполняется энергией (пусть отдохнет!), то есть использовать для движения автомобиля именно эту, самую дешевую и чистую энергию!

На заре автомобилизма и даже гораздо позже, в 50-е годы прошлого века, у нас в стране, когда дороги были не так загружены, эту энергию накапливали в самой массе автомобиля. Делалось это так: автомобиль разгоняли примерно до 80 км/ч почти на полной мощности двигателя, а следовательно, и при максимальном КПД. После этого двигатель выключали, а коробку передач ставили в нейтраль. На автомобилях тех лет делать это еще разрешалось. И автомобиль шел с неработающим двигателем и отключенной трансмиссией накатом чуть ли не целый километр, пока скорость не падала ниже 30 км/ч. Затем опять включалась трансмиссия, запускался двигатель и разгон повторялся. И так автомобиль ехал всю дорогу.

Такое движение по научному называется «регулярным импульсивным циклом». Благодаря этому циклу передовые водители-«стахановцы» тех лет экономили до 30 % топлива. При этом энергия двигателя, работающего почти в оптимальном режиме, накапливалась в массе самого автомобиля, как в аккумуляторе, и шла она на движение автомобиля накатом. Конечно же, никакой регулировки скорости движения такого автомобиля-накопителя произвести было невозможно. Его трансмиссия была отключена, разогнанный автомобиль был накопителем и потребителем собственной энергии. Как если бы поставить раскрученное колесо или маховик на ребро и дать ему возможность свободно катиться.

Конечно же, не это было моей целью. Автомобиль должен нести в себе накопленную кинетическую энергию, но при этом быть управляемым, причем лучше всего, чтобы скорость изменялась плавно и бесступенчато, а для этого нужен вариатор.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

tech.wikireading.ru

КПД двигателя- Отличия бензинового и дизельного двигателя Motoran

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.

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.

motoran.ru

Двигатель ESTEC с самым высоким в мире тепловым КПД

Инженеры Toyota разработали способ применения цикла Аткинсона, используемого в тойотовских гибридах с 1997 года, для работы в двигателях обычных, не гибридных автомобилей. Цикл Аткинсона с высокой степенью сжатия — обычный способ, используемый в ДВС гибридов для повышения тепловой эффективности. Однако обратной стороной высокой степени сжатия является снижение крутящего момента, недостаток которого в гибридах компенсирует электромотор. Тепловая эффективность при малых нагрузках намного важнее для обычных ДВС, чем для ДВС, работающих в гибридных силовых установках. Похоже, что разработчикам Toyota удалось решить эту проблему.

Результатом их работы стал новый 1,3-литровый рядный четырехцилиндровый бензиновый двигатель ESTEC (Economy with Superior Thermal Efficient Combustion). На русский язык это определение можно перевести как «Экономия с высокоэффективным сгоранием». По заводской классификации мотор получил обозначение 1NR-FKE. Он развивает мощность 99 л.с. — это на 4 л.с. больше, чем мощность двигателя 1NR-FE, используемого в тойотовских автомобилях А и В-сегмента, таких как Yaris, iQ и др. Термический КПД ESTEC достигает 38% — это столько же, как и у ДВС, используемых в гибридах. Кроме того, при малых нагрузках ESTEC имеет улучшенную на 11% топливную экономичность.

Термический КПД современных моторов находится в пределах 36%, в то время как у ДВС, используемых в гибридах, он превышает 38%. Для достижения такого показателя в гибридных ДВС, кроме цикла Аткинсона, применяется охлаждаемая система EGR, электрический насос ОЖ и технологии низкого трения.В будущем такие же решения будут использоваться и в обычных ДВС, а термический КПД обоих типов двигателей превысит 40%. Считается также, что улучшение тепловой эффективности позволит преодолеть слабость атмосферных бензиновых ДВС при малых нагрузках. Превышение 40% уровня КПД будет достигаться, в основном, применением охлаждаемых EGR и развитием технологий сжигания бедных смесей. В дополнение к этим основным направлениям рассматриваются также технологии снижения трения и улучшение систем подъема клапанов.

Базовые компоненты ESTEC

Основными конструктивными особенностями ESTEC являются цикл Аткинсона, геометрическая степень сжатия 13,5:1 и система EGR с жидкостным охлаждением (обычный 1NR-FE имеет степень сжатия 11,5:1 и внутреннюю рециркуляцию выхлопных газов). Система бесступенчатого регулирования фаз VVT-iE с электроприводом является ключевым элементом в реализации цикла Аткинсона. Она позволяет быстро и с высокой точностью регулировать подъем впускных клапанов и избежать затруднений, возникающих из-за разницы температуры и давления масла при холодном пуске и на прогретом моторе.

В системе рециркуляции выхлопных газов используется эффективный охладитель и быстродействующий клапан. Кроме того, впускной трубопровод, охладитель и клапан непосредственно соединены между собой для уменьшения образования конденсата от охладителя.

Оптимизированная форма впускных каналов обеспечивает быстрое наполнение цилиндров, а создаваемое завихрение способствует улучшенному сгоранию смеси. Чтобы удовлетворить требованиям, как к производительности, так и к расходу топлива, выпускной коллектор выполнен по схеме 4-2-1. Это позволяет уменьшить количество остаточных газов в цилиндрах двигателя.

Восстановление производительности

Увеличение степени сжатия до 13,5:1 снизило крутящий момент со 104 Нм до 96 Нм. Чтобы восполнить эту потерю, Toyota применила выпускной коллектор измененной формы, уменьшающий количество остаточных газов и температуру в цилиндре; новую водяную рубашку, поддерживающую оптимальную температуру поверхности цилиндров; оптимизацию времени впрыска. Комбинация этих мер (из которых главную роль играет измененный выпускной коллектор) позволила повысить крутящий момент до 105 Нм.

При малых нагрузках из-за работы охлаждаемой EGR происходят чрезмерные колебания крутящего момента. Для устранения этого недостатка используются система регулирования выпускных клапанов (Exhaust VVT) и внутренняя рециркуляция выхлопных газов. При средних и больших нагрузках работа Exhaust VVT приостанавливается, а шаг клапана системы EGR увеличивается.

Охлаждение является эффективной мерой против снижения крутящего момента у двигателей с высокой степенью сжатия. Однако одновременно это приводит к увеличению расхода топлива из-за повышения трения и потерь на охлаждение. В обычных моторах верхняя часть цилиндра нагревается больше, чем нижняя. Из-за неравномерного нагрева увеличивается трение в цилиндре. В ESTEC новая водяная рубашка со специальной прокладкой выравнивает температуру в разных частях поверхности цилиндра, снижая потери на трение и возможность возникновения детонации.

Цикл Аткинсона

Цикл Аткинсона

В двигателе, работающем по циклу Аткинсона, на такте впуска впускной клапан закрывается не вблизи НМТ, а значительно позже. Это дает целый ряд преимуществ.

Во-первых, снижаются насосные потери, т. к. часть смеси, когда поршень прошел НМТ и начал движение вверх, выталкивается назад во впускной коллектор (и используется затем в другом цилиндре), что снижает в нем разрежение. Горючая смесь, выталкиваемая из цилиндра, также уносит с собой часть тепла с его стенок.

Так как длительность такта сжатия по отношению к такту рабочего хода уменьшается, то двигатель работает, по так называемому, циклу с увеличенной степенью расширения, при котором энергия отработанных газов используется более длительное время, т. е., с уменьшением потерь выпуска. Таким образом,получаем лучшие экологические показатели, экономичность и больший КПД, но меньшую мощность.

avtonov.info

КПД автомобильных двигателей - Дом Солнца

Повысить КПД двигателя внутреннего сгорания обычного автомобиля и снизить количество вредных выбросов в выхлопных газах позволит смешение дизельного топлива с бензином в нужной пропорции прямо внутри цилиндров, уверены авторы инновации, описанной в докладе на конференции "Изучение эффективности и экологичности дизельных двигателей", проходящей в Детройте, США. Команда Рольфа Рейтца (Rolf Reitz) из Университета Висконсин-Мэдисон в США разработала технологию, позволяющую использовать преимущества обоих видов топлива для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Согласно этой технологии, впрыск дизельного топлива и бензина в цилиндр осуществляется последовательно в ходе каждого цикла, а соотношение подбирается автоматически исходя из режима, в котором в данный момент работает двигатель.

В режиме сильной нагрузки, когда, например, тяжело нагруженный автомобиль едет в гору, оптимальное соотношение между бензином и дизельным топливом составляет примерно 85/15, тогда как на ровной дороге соотношение может быть примерно 1/1. Подбор этого соотношения необходим для самовоспламенения топливной смеси в цилиндрах двигателя, в противном случае автомобиль заглохнет. "Роль дизельного топлива в смеси можно представить себе как роль свечи зажигания, такой же, как и в обычном карбюраторном двигателе, однако в данном случае вместо свечей работают капельки дизельного спрея, воспламеняясь под давлением. Свойства такого топлива контролируются временем впрыска дизельного топлива в цилиндр, уже содержащий бензин, и количеством ДТ", - сказал Рейтц, слова которого приводит пресс-служба университета.

Рабочая температура такого двигателя может быть почти в два раза ниже, чем у обычного, что существенно снижает потери тепла и повышает КПД. Кроме того, точный контроль процесса воспламенения топлива в цилиндрах позволяет добиться более полного сгорания топлива с меньшим выбросом микрочастиц несгоревшего материала (копоти) и токсичных оксидов азота, выбрасываемых в атмосферу обычными дизельными двигателями.

По оценкам автора доклада, переход всех автомобилей и грузовиков США на такое гибридное топливо позволит сэкономить до трети всей потребляемой этой страной нефти. Свои теоретические концепции и модельные расчеты команда исследователей подтвердила с помощью экспериментальной установки, основу которой составляет переработанный дизельный двигатель карьерного экскаватора фирмы Caterpillar.

Ученым даже удалось поставить мировой рекорд, заставив этот сравнительно небольшой двигатель работать с КПД 53%. До этого самыми эффективными среди двигателей внутреннего сгорания считались огромные корабельные двухтактные дизельные двигатели с КПД 50%. "Более того, за счет низкого давления впрыска эта технология может быть перенесена и на маленькие двигатели легковых автомобилей, КПД которых обычно не превышает 25%", - заключил Рейтц.

www.sunhome.ru

Какой КПД у двигателя автомобиля

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%

 

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

Похожие публикации

autoobozrevatel.ru

Способ оценки кпд двс автомобиля

СПОСОБ ОЦЕНКИ КПД ДВС АВТОМОБИЛЯ

(путем сравнения с характеристиками электромобиля)Иногда у автовладельцев, занимающихся доработкой своего автомобиля, возникает потребность оценить, хотя бы приблизительно, кпд двигателя автомобиля после внесения каких либо изменений в его конструкцию. Сделать это бывает довольно затруднительно по причине отсутствия дорогостоящего испытательного оборудования. Вместе с тем, если не требуется особая точность, можно попробовать оценить кпд двигателя, рассмотрев характеристики электромобиля аналогичной массы. Сегодня уже появилось достаточно много мелкосерийных и опытных моделей электромобилей от различных производителей. В первом приближении можно считать, что кпд электродвигателя не так сильно зависит от режимов работы и составляет около 0,85 (по заявлениям производителей). Можно предположить, что потери в электромобиле при движении (на трение, аэродинамические и т.п.) будут близки потерям в оцениваемом автомобиле при близком значении их массы. Поэтому, если рассчитать удельный расход энергии электромобиля, переведя его, учитывая энергоемкость бензина, в привычные литры бензина на 100 км, можно оценить кпд двс сравнив полученную цифру расхода для электромобиля с расходом топлива на автомобиле с доработанным двс. Во сколько раз расход бензина в двс больше энергорасхода в электромобиле, во столько раз кпд двс меньше кпд электродвигателя (0,85). Конечно, расход бензина в двс нужно оценивать при спокойном движении по незагруженной трассе. То есть для оценки кпд двс достаточно только измерить расход топлива и сравнить его с энергопотреблением аналогичного по массе электромобиля.

Результаты поиска характеристик электромобилей приведены в таблице. При этом данные спорткаров и грузовых электромобилей не рассматривались. В графе 2 приведена емкость батареи, в графе 3 пробег на одной зарядке, в графе 4 масса электромобиля. Учитывая, что 1 литр бензина по энергоемкости соответствует 9,167кВт*час, разделив величину емкости батареи на эту величину и пробег (в сотнях км.) получаем удельный расход в литрах на 100км (графа 5). В графе 6 приведен расход, отнесенный к 1 тонне веса автомобиля.

Если проанализировать графу 6, то видно, что эта зависимость близка к линейной, что свидетельствует о наличии постоянной составляющей в силах сопротивления, не зависящей от массы автомобиля и оказывающей большее влияние при меньшей массе.

Электромобиль

Емкость аккум.кВт*час Запас ходакм Масса

кг

Расходл.бензина/

100км

Удельный

расход

л.бензина/

100км*1тонну

Расход

(расчет)

л.бензина/

100км

Погрешность %
1 2 3 4 5 6 7 8
Lumeneo

SMERA

10 150 500 0.73 1.45 0.67 8%
Aptera

Motors

12 160 680 0.82 1.21 0.86 5%
Murray

T.27

12 150 700 0.87 1.24 0.88 1%
Smart For Two

Electric Drive

14 150 854 1.02 1.19 1.03 1%
Mitsubishi

i-MIEV

16 144 1080 1.22 1.13 1.22
Таврия электро

(самоделка)

9,6 80 1250 1.31 1.05 1.34 2%
Renault

Fluence Z.E.

22 160 1543 1.5 0.97 1.5

Из анализа таблицы нетрудно вывести эмпирическую формулу удельного расхода топлива в зависимости от массы автомобиля.Р=(1,506-0,347Мт)*МтГде Р – расход бензина в литрах на 100 км

Мт – масса автомобиля в тоннах

Результаты расчета по этой формуле для масс электромобилей приведены в графе 7.

В графе 8 приведена погрешность расчета по сравнению с данными производителей.

Анализируя эту погрешность можно сделать вывод о вполне приемлемой точности расчета расхода топлива при анализе автомобилей массой от 0,6 до 1,6-1,7 тонны.

^

  1. В зависимости от массы автомобиля определяем, какой бы расход имел наш автомобиль, если бы кпд его двигателя равнялся 0,85 по формуле

Р=(1,506-0,347Мт)*Мт(Например: при массе автомобиля в 1 тонну и кпд двигателя 0,85 удельный расход бензина составлял бы: Р=(1,506-0,347*1)*1= 1,159 литров/100км)

  1. ^ (Например: Действительный расход составляет 4,5 литра на 100км )
  1. ^

КПД= 0,85*Р/Рд(В нашем случае КПД=0,85* 1,159/4,5=0,22)Таким образом, если у нас есть автомобиль в 1 тонну, который показывает расход 4,5 литра на 100 км, то это свидетельствует о том, что кпд двигателя этого автомобиля равен 0,22.

Хотя, наверное, нужно учесть, что это оценочная характеристика и погрешности оценки никак не меньше 15 процентов.ВЫВОД:КПД двигателя автомобиля массой в 1 тонну, который показывает расход 4,5 литра на 100 км, находится в пределах от 0,19 до 0,25 .

Алексей Варежкин

auto-ally.ru