Содержание
КПД двигателя внутреннего сгорания – определение и сравнение + видео » АвтоНоватор
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.
Мнение эксперта
Руслан Константинов
Эксперт 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.
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.
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.
- Автор: Михаил
- Распечатать
Оцените статью:
(6 голосов, среднее: 2.8 из 5)
Поделитесь с друзьями!
Adblock
detector
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:
- Неполном сгорании топлива в цилиндрах.
- Расходе тепла.
- 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:
- Цилиндры оснащаются двумя впускными, а также двумя выпускными клапанами, вместо привычных конструкций в одном экземпляре.
- Свечи зажигания комплектуются отдельными катушками зажигания.
- 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:
- Более высокий показатель степени сжатия.
- Воспламенение топлива происходит по другому принципу.
- Корпусные детали нагреваются меньше.
- Благодаря меньшему количеству клапанов, снижены расходы энергии на преодоление сил трения.
- В конструкции дизеля отсутствуют привычные свечи, катушки зажигания, на которые требуется дополнительная энергия от электрогенератора.
- 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.
ДВС Против. EV — Знаете ли вы, насколько неэффективны двигатели внутреннего сгорания?
10 января 2020 г., 9:25 по восточноевропейскому времени
Автор: Густаво Энрике Руффо
Есть много причин любить электромобили. Они бесшумны, мощны и быстры, но, возможно, их наиболее часто наблюдаемая характеристика — эффективность. Джейсон Фенске из Engineering Explained уже рассказал нам об этом во время поездки, которую он совершил на своей модели 3. Во всяком случае, это видео выше, созданное Джонатаном Стюартом для Cleanerwatt 9.Канал 0008 на YouTube посвящен именно эффективности электромобилей.
Обычно мы предпочитаем, чтобы наши читатели были достаточно любопытны, чтобы они могли посмотреть видео, которые мы представляем. Мы могли бы сделать это здесь, просто говоря о том, что отходы — это плохо, и что двигатели внутреннего сгорания расточительны по своей природе.
Они не могут с этим поделать.
Самые эффективные двигатели внутреннего сгорания, доступные сегодня на рынке, имеют эффективность использования топлива 40 процентов. Это означает, что они могут преобразовать только 40 процентов энергии топлива в движение. Все остальное теряется в тепле и трении — все 60 процентов остались.
Другими словами, на каждые 100 долларов, которые вы тратите на заправку бака автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, вы буквально сжигаете эквивалент 60 долларов в лучшем случае. Видео показывает нам, что то, что вы получаете, намного меньше, чем у большинства автомобилей с ДВС.
Вы когда-нибудь задумывались о том, чтобы сэкономить эти 60 баксов или полностью использовать их для передвижения? Это возможность, которую предлагает электромобиль, и это лишь одна из соответствующих информационных частей, которые приносит это видео. Тот, который мы покажем здесь, вместо того, чтобы позволить его исключительно видео. Прости за это, Джонатан!
Знаете ли вы, что галлон бензина эквивалентен аккумуляторной батарее емкостью 33,7 кВтч? Это больше, чем может предложить новая Mazda MX-30 или Honda E.
Тем не менее, их дальность действия превышает 200 км (124 мили). С существенным недостатком: при весе галлона 6 фунтов (2,72 кг) аккумуляторная батарея с таким же количеством энергии весит 475,5 фунтов (215,7 кг). Это все равно, что носить с собой в машине двух больших взрослых людей все время.
По данным Агентства по охране окружающей среды, максимум, что вы можете получить от автомобиля, который сжигает только топливо, составляет 33 мили — с Chevrolet Spark. Если это гибрид, вы можете проехать 58 миль — с Hyundai Ioniq. Это 46,7 процента от того, что Mazda и Honda могут достичь с эквивалентом двух телохранителей на борту постоянно.
Если вы находитесь здесь, по адресу InsideEVs , вы, вероятно, хорошо осведомлены об этих преимуществах, но должно быть много людей, которых вы не знаете. Поделитесь с ними этой статьей, чтобы показать, что если они не сжигают деньги в буквальном смысле, то иметь автомобиль с двигателем внутреннего сгорания — это самое близкое, что они могут сделать для этого.
Знают ли ваши друзья-механизмы, что они зарабатывают более 60 процентов своих денег, превращаясь в тепло и дым, заправляя бак? Что еще хуже, быть избитым Теслой на дрэг-стрипе?
Это может быть более разумным призывом к покупке электромобиля, чем более здоровая окружающая среда или более чистый воздух. К сожалению.
Автор: Густаво Энрике Руффо
Бензиновый двигатель Toyota достиг тепловой эффективности 38 процентов
Энтони Ингрэм
Энтони Ингрэм
Большинство двигателей внутреннего сгорания невероятно неэффективно превращают сожженное топливо в полезную энергию.
Эффективность, с которой они это делают, измеряется с точки зрения «термического КПД», и большинство бензиновых двигателей внутреннего сгорания в среднем имеют тепловой КПД около 20 процентов. Дизели, как правило, выше, в некоторых случаях приближаясь к 40 процентам.
Компания Toyota разработала новый бензиновый двигатель, который, как утверждается, имеет максимальный тепловой КПД 38 процентов, что выше, чем у любого другого серийного двигателя внутреннего сгорания.
Новые агрегаты объемом 1,0 и 1,3 литра должны обеспечивать на 10-15% большую экономию по сравнению с их существующими эквивалентами.
Toyota применила несколько знакомых технологий в своих двигателях для достижения такого уровня эффективности.
Одним из них является тот же цикл сгорания, который используется в гибридных моделях фирмы — цикл Аткинсона.
Используемые на 1,3-литровом агрегате двигатели с циклом Аткинсона обычно имеют регулируемые фазы газораспределения, что позволяет впускным клапанам оставаться открытыми в начале такта сжатия. Более низкая плотность воздуха приводит к более эффективному сжиганию топлива и более высокому тепловому КПД.
Как правило, двигателям не хватает мощности по сравнению с обычными двигателями с циклом Отто, что компенсируется в гибридах дополнительной мощностью электродвигателя.
БОЛЬШЕ: 2015 Toyota Prius: следующий гибрид нацелен на 55 миль на галлон, больше места, лучшая управляемость
В 1,3-литровом двигателе степень сжатия 13,5 компенсирует часть потерянной компрессии в течение цикла двигателя — теоретически двигатель должен работать так же, как обычный 1,3-литровый агрегат.
Модернизированные впускные каналы, регулируемые фазы газораспределения и рециркуляция охлажденных выхлопных газов также используются для повышения эффективности двигателя.
В 1,0-литровом агрегате, разработанном совместно с Daihatsu, японским партнером Toyota, аналогичные технологии двигателя (на этот раз без цикла Аткинсона) обеспечивают 37-процентный тепловой КПД.
Тем не менее, благодаря использованию технологии «стоп-старт» новый двигатель на 30 процентов эффективнее эквивалентных 1,0-литровых двигателей в японском испытательном цикле JC08, ориентированном на город.
Toyota не подтвердила, в каких автомобилях будут использоваться новые двигатели, а также в том, будет ли какая-либо силовая установка поступать в США.
Вполне вероятно, что несколько автомобилей японского рынка и отдельные модели, такие как Yaris и Aygo, продаваемые за рубежом, в конечном итоге выиграют от этих агрегатов.
Это показывает, что в обычных бензиновых двигателях есть еще много возможностей для улучшения.
Обычные двигатели внутреннего сгорания будут оставаться доминирующими в дорожном транспорте, по крайней мере, в течение следующих нескольких десятилетий, поэтому любые усилия по их улучшению за это время заслуживают одобрения.
_________________________________________
Подписывайтесь на GreenCarReports в Facebook, Twitter и Google+
Теги:
Автомобильная техника
Двигатели
Эффективность топлива
Зеленый
Новости Тойоты
Пожертвовать:
- Отправьте нам чаевые
- Связаться с редактором
-
Обновление Ford Escape Hybrid, более быстрая зарядка Hyundai, технология Volvo EX90, генеральный директор Mercedes: Неделя в обратном направлении Какой электрический седан может заряжаться дома со скоростью 80 миль в час? Это наш взгляд на Неделю наоборот — прямо здесь, в Green Car Reports — за неделю, закончившуюся 28 октября 2022 года.
В интервью GCR генеральный директор Mercedes-Benz Ола Каллениус рассказал о широком повороте компании к электромобилям, включая эффективность его архитектуры следующего поколения, электрического G-Wagen и его программного обеспечения. Он также планирует сделать больше в зарядном пространстве. Hyundai представляет функцию кондиционирования аккумулятора, которая сократит Hyundai… -
Проверка Tesla, быстрозаряжаемые гигахабы BP, пик ископаемого топлива в 2020-х годах: сегодняшние автомобильные новости BP строит первый из своих увеличенных центров быстрой зарядки недалеко от Лос-Анджелеса. И будет ли пик спроса на ископаемое топливо в этом десятилетии? Это и многое другое здесь, в Green Car Reports. Нефтяной гигант BP планирует построить серию…
Бенгт Халворсон
-
BP планирует создать центры зарядки для электромобилей, сначала рядом с аэропортом Лос-Анджелеса
Первый центр с 48 портами рядом с аэропортом Лос-Анджелеса и в сотрудничестве с Hertz будет частично финансироваться за счет гранта в размере 2 миллионов долларов от Калифорнийской энергетической комиссии (CEC).
Стивен Эдельштейн
-
Отчеты: Тесла столкнется с Министерством юстиции и Комиссией по ценным бумагам и биржам США в связи с заявлениями о беспилотном вождении
Неподтвержденные сообщения Reuters и Wall Street Journal на этой неделе утверждают, что Тесла сталкивается с уголовным расследованием и гражданским расследованием со стороны двух соответствующих ветвей федерального правительства.
Бенгт Халворсон
-
МЭА: Мировой спрос на ископаемое топливо достигнет пика в этом десятилетии
Российское вторжение в Украину и связанная с этим экономическая неопределенность ускорили сроки, что привело к увеличению расходов на возобновляемые источники энергии, более чистые электромобили и к «историческому поворотному моменту», как ожидают власти.
Стивен Эдельштейн
-
Более быстрая зарядка Hyundai Ioniq, зарядные устройства для уличных фонарей, электрические школьные автобусы: сегодняшние автомобильные новости
Почти 1 миллиард долларов США пойдет на покупку электрических школьных автобусов по всей стране. Размещение зарядных устройств для электромобилей на фонарных столбах имеет смысл для сокращения выбросов CO2. И Hyundai делает свои поразительные заявления о быстрой зарядке для своих моделей Ioniq 5 и Ioniq 6 более доступными. Это и многое другое можно найти в Green Car Reports…
Бенгт Халворсон
-
2023 Hyundai Ioniq 5, Ioniq 6 сократили реальное время быстрой зарядки
Бенгт Халворсон
Электромобили Hyundai Ioniq 6 и Ioniq 5, а также, вероятно, Kia EV6, получат предварительную подготовку аккумуляторной батареи, которая ускорит быструю зарядку в дороге в холодную погоду, что, возможно, сделает заявленную 18-минутную зарядку до 80% нормы.
-
Отчет: Зарядка электромобилей на фонарных столбах — это решение с низким уровнем выбросов CO2 для городов
Зарядные устройства для уличных фонарей могут дать жителям квартир возможность заряжать электромобили и, согласно этому исследованию, делать это с более низким уровнем выбросов углерода.
Стивен Эдельштейн
-
Агентство по охране окружающей среды направляет почти 1 миллиард долларов на электрические школьные автобусы.
Воздух станет чище в 389 школьных округах, охватывающих все 50 штатов, округ Колумбия, несколько индейских племен и территории Соединенных Штатов.
Стивен Эдельштейн
-
Вопросы и ответы генерального директора Mercedes, электромобили Kia в США, гибрид Accord, домашняя зарядка Lucid на скорости 80 миль в час: сегодняшние автомобильные новости
Kia будет производить электромобили в США. Toyota использует батареи BYD для своего BZ3, но только в Китае. Lucid Air может очень быстро заряжаться дома. И мы говорим с генеральным директором Mercedes об электромобилях. Это и многое другое здесь, на…
Бенгт Халворсон
-
Электромобили Kia также будут производиться на «Метазаводе» Hyundai в Джорджии.
Производство Kia на заводе в Джорджии начнется в первой половине 2025 года, наряду с несколькими моделями Hyundai и Genesis EV.
В интервью GCR генеральный директор Mercedes-Benz Ола Каллениус рассказал о широком повороте компании к электромобилям, включая эффективность его архитектуры следующего поколения, электрического G-Wagen и его программного обеспечения. Он также планирует сделать больше в зарядном пространстве. Hyundai представляет функцию кондиционирования аккумулятора, которая сократит Hyundai… 
