Удивительно, но эти мечты возможны. Эффективность двигателя может быть увеличена. Они также могут изменить расход топлива и экологический класс автомобиля.
Влияние степени сжатия на индикаторный КПД двигателя
Одним из наиболее важных параметров, определяющих эффективность различных механизмов двигателя, является КПД двигателя внутреннего сгорания. Что это за концепция? А от чего зависит коэффициент полезного действия в случае автомобильных двигателей? Какие двигатели эффективнее — дизельные или бензиновые? Можно ли повысить эффективность двигателя?
Почти каждый водитель хочет знать, соответствует ли выдаваемая мощность производительности двигателя внутреннего сгорания. В идеале, чем выше КПД, тем более эффективной должна быть двигательная установка. Теоретически и практически, только электродвигатели имеют КПД около 95%. Если рассматривать двигатели внутреннего сгорания, то идеальный коэффициент — это просто предположение, независимо от типа используемого топлива.
Действительно, характеристики современных двигателей значительно улучшены по сравнению с моделями десятилетней давности. Мощность 1,5-литрового двигателя, выпущенного в начале 2000 года, составляла 70 л.с., и по этому параметру не было никаких нареканий. Сегодня, при том же рабочем объеме, мы говорим о более чем 150 л.с.
Производители тратят много времени, усилий и ресурсов на медленное, но неуклонное движение к повышению эффективности.
Читайте также: обзор и технические характеристики Lada VestaSport 2020.LadaVesta2020Sport.Характеристики Lada VestaSport.
Понятие «КПД двигателя»
Во-первых, давайте рассмотрим, что такое производительность и как она рассматривается с точки зрения двигателя автомобиля. Коэффициенты эффективности выражаются в виде показателей, показывающих эффективность того или иного механизма с точки зрения преобразования полученной энергии в полезные проекты. Цена выражается в процентах.
В случае двигателей внутреннего сгорания это преобразование тепловой энергии, которая является продуктом сгорания топлива в цилиндре двигателя. Степень эффективности в данном случае указывает на фактически выполненную механическую работу. Он напрямую связан с количеством энергии, получаемой поршнем при сгорании топлива. На этот параметр также влияет конечная мощность, подаваемая устройством на коленчатый вал.
Вариант определения
Информацию о мощности двигателей внутреннего сгорания можно найти в технической документации. Топливо было разлито, двигатель работал несколько минут на максимальных оборотах, после чего остатки топлива были слиты. На основе плотности можно рассчитать массу топливной смеси путем вычитания конечного результата из начального объема.
Сегодня электрические силовые установки имеют самый высокий КПД. Их эффективность может достигать 95%, что является отличным результатом. Первые 1,6-литровые двигатели выдавали всего 70 л.с., а сегодня эта цифра может достигать 150 л.с.
Степень КПД — это отношение мощности, подводимой к коленчатому валу двигателя, к количеству газа, образующегося при сгорании газовой смеси от поршня. В зависимости от типа топлива, используемого для работы двигателя автомобиля, эффективность может составлять от 20 до 85 процентов. Конечно, производители топливных систем ищут способы модернизации своих систем, чтобы значительно увеличить конечную стоимость двигателя внутреннего сгорания.
В настоящее время трение используется в промышленности для снижения механических потерь при заряде генератора. Однако, несмотря на эти изменения, силы трения еще не полностью преодолены.
Даже после усовершенствования бензиновых двигателей эффективность все равно может упасть до 20%, а в некоторых случаях и до 25%.
Более высокий КПД указывает на эффективность использования топлива. Например, 1,6-литровый дизельный двигатель потребляет менее 5 литров топлива в городском цикле. С аналоговым бензином эта цена достигает 12 литров. Дизельные двигатели намного легче и компактнее бензиновых, но считаются более экологичными.
Эти превосходные технические характеристики обеспечивают более длительный срок службы дизельных двигателей.
Смотреть галерею.
По сравнению с обычным транзисторным зажиганием, эта система намного сложнее и опаснее. Такие искры не только могут вызвать поражение электрическим током, но и 300 вольт, подаваемые на первичную обмотку катушки зажигания, могут убить обезоруженных специалистов по обслуживанию автомобилей (а только такие люди, похоже, и остались).
Повышение эффективности двигателей внутреннего зажигания
Если так легко улучшить характеристики двигателя, почему бы не использовать это в автомобилестроении? Они делают это! Но только в коммерческих грузовиках и генераторах. Ведь их КПД составляет более 80% по сравнению с 60% у обычных двигателей. Стоя рядом с грузовиком Volvo или Iveco на дороге, вы можете почувствовать запах озона, а не дизельного топлива. То же самое можно сказать и о дизельных генераторах крупных компаний.
Что касается некоммерческих автомобилей, то здесь есть две причины — но обе относятся к коммерческим автомобилям.
Первая — это очевидный корпоративный сговор о том, что легковые автомобили не должны быть слишком дешевыми. В конце концов, нефть нужно продавать. А если используются технологии, снижающие расход топлива, то конечный потребитель платит за них очень дорого, в зависимости от цены автомобиля.
Вторая — сложность конструкции, которая также влияет на стоимость автомобиля, что сказывается на его конкурентоспособности. Умудряясь потреблять одинаковое количество бензина (8 литров на 100 километров), Ford Mondeo (‘C’ категория) и Ford Car (‘A’ категория) являются апологетами. По их словам, они «чувствуют разницу». Компания не использует «умные решения», такие как повышение давления в инфузионном насосе или поджигание его тиристором, из-за кумулятивного эффекта двух описанных факторов.
А теперь наступает самое интересное: полезные приемы. Конечно, их использование требует дополнительных мер безопасности! Все нужно делать «правой» рукой. В противном случае вы увеличиваете риск воспламенения автомобиля.
Как улучшить производительность двигателя
Запуск топливного насоса — насоса высокого давления. Также присутствует в системах с электронным управлением распылением. Установка нагнетателя от системы впрыска бензина стоит около 100 долларов США и может достигать 10-16 бар на входе насоса высокого давления.
Стоит оснастить бустерный насос генератором, чтобы предотвратить преждевременный износ шестерен и поршней этого дорогостоящего агрегата. Обычная лампа мощностью 20 Вт, подключенная последовательно с двигателем насоса, обеспечивает предельное выходное давление в 1 бар. Это предотвращает сухое трение вакуумного топливного пузырька, если топливный фильтр засорится грязью или парафином. Этот прием продлевает срок службы топливных форсунок, особенно в условиях холодной зимы. Проблема в том, что двигатели также нагревают топливо.
В случае неправильной регулировки существует несколько рисков. Это разрывная линия от насоса до входного фильтра HPF, поскольку она предназначена для вакуумного всасывания, а не для высокого давления. Соединения могут протекать или обрываться.
Кстати, большинство «убитых» ТНВД и запусков дизельных двигателей — это просто забор воздуха во впускном топливопроводе. Это также справедливо для напорных линий с фланцевыми соединениями (эффект предварительного вакуума или инжектора).
Зажигание.
По поводу тиристорного зажигания пишут не много правды о том, что искра сильнее, но меньше. Неправда. Если на первичную обмотку катушки зажигания подается напряжение 300 вольт вместо 15 вольт, то логично предположить, что при той же мощности потребления в 5 ампер будет потребляться то же количество энергии, но примерно в 1/20 части. На самом деле, в зависимости от конструкции LC цепи и размера зазора, он составляет около 1 / 10-1/5.
Но никто не ограничивает производительность насоса разумными пределами! И 15, большая часть электрической системы автомобиля может выдержать даже 30 ампер: с 80-амперным генератором вы можете себе это позволить. Конечно, штекеры изнашиваются быстрее, но обычные штекеры с более толстыми электродами работают так же, как и высокотехнологичные штекеры. Кстати, двухэлектродная катушка зажигания прослужит всего 5000 км, если поменять полярность. Электроды напыляются на один полюс катушки. А в качестве бонуса — экономия топлива на 30%!
Почему важна устойчивая искра? Что происходит при уменьшении искры? Автомобиль не заводится: конденсатор снят с катушки зажигания, а двигатель не «тянет». Он заводится и крутится на холостом ходу, но не имеет тяги и даже не может завестись. В цилиндре происходит явление вакуумной бомбы: импульс воспламеняет маленький шарик топлива, затем происходит сгорание, но не фронтальный пожар … ‘Бомба была маленькой’.
После взрыва волна, возвращающаяся со сжатым лбом (результат укладки обломков в месте детонации), не встречает дружественной зажигательной искры. Этот вариант аналогичен тому, когда дизельные форсунки не впрыскивают топливо. Крупные капли плохо горят.
В заключение урока необходимо отметить, что французский инженер Этьен Ленуар в 1860 году изобрел локомотив, а затем и двигатель внутреннего сгорания.
Коэффициент полезного действия тепловых двигателей
Посмотрев этот видеоурок, учащиеся узнают о том, что называется КПД теплового двигателя. В ней обсуждается роль тепловых двигателей в жизни человека.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к видеоурокам по этому и другим наборам, необходимо приобрести их в каталоге и добавить в личный кабинет.
В случае неправильной регулировки существует несколько рисков. Это разрывная линия от насоса до входного фильтра HPF, поскольку она предназначена для вакуумного всасывания, а не для высокого давления. Соединения могут протекать или обрываться.
О двигателях внутреннего сгорания
В конце 19 века немецкий конструктор Август Отто предложил проект двигателя внутреннего сгорания с карбюратором для приготовления смеси.
Давайте рассмотрим его работу более подробно. Каждый цикл состоит из четырех путей: впуск, сжатие, путь и выхлоп.
Во время первого запуска топливная смесь впрыскивается в цилиндр и сжимается поршнем. При достижении максимального сжатия включается система зажигания (искра от свечи зажигания). В результате этого небольшого взрыва температура в камере сгорания достигает 16 000-18 000 градусов Цельсия. Образующиеся газы оказывают давление на поршень, который толкает поршень и вращает коленчатый вал, соединенный с поршнем. Это коленчатый вал, который приводит в движение автомобиль.
Охлажденный газ выбрасывается в атмосферу через выпускной клапан. Для улучшения характеристик устройства разработчики увеличили степень сжатия топливной смеси, которая впоследствии воспламенялась «преждевременно».
Немецкие инженеры Diesel нашли интересный способ преодолеть эту трудность…
Движение поршня сжимает свежий воздух в цилиндре дизеля. Это позволило увеличить степень сжатия в несколько раз. Температура в камере сгорания достигает 900 °C. В конце пути сжатия происходит впрыск топлива. Маленькие капли топлива, смешанные со сжатым воздухом, самопроизвольно воспламеняются. Образующиеся газы расширяются и толкают плунжер в рабочий тракт.
Поэтому дизельные двигатели отличаются от карбюраторных.
- в типе используемого топлива. Карбюраторные двигатели — это бензиновые двигатели. Дизельные двигатели — потребляют только дизельное топливо.
- Дизель на 15-20% дешевле карбюраторных двигателей за счет более высокой степени сжатия, но его обслуживание дороже, чем у его конкурента — бензинового двигателя.
- К недостаткам дизеля можно отнести то, что дизельное топливо застывает и его приходится подогревать в холодные российские зимы.
- Недавние исследования американских ученых показали, что выбросы от дизельных двигателей менее вредны, чем от аналогичных бензиновых двигателей.
Конкуренция между двумя типами двигателей внутреннего сгорания на протяжении многих лет привела к распределению их использования. Наиболее мощные дизельные двигатели устанавливаются на морской транспорт, тракторы и автомобили большой грузоподъемности, а карбюраторные — на автомобили малой и средней грузоподъемности, моторные лодки и мотоциклы.
Коэффициент полезного действия (КПД)
Эффективность работы каждой машины зависит от ее производительности. Локомотивы, выбрасывающие выхлопные газы в атмосферу, имеют очень низкий КПД — от 1 до 8 процентов, бензиновые двигатели — до 30 процентов, а обычные дизельные двигатели — до 40 процентов. Очевидно, что инженеры всегда искали пути повышения эффективности.
Талантливый французский инженер Сади Карно разработал теорию работы идеального теплового двигателя.
Он рассуждал так: чтобы обеспечить повторяемость цикла, расширение рабочего материала при нагреве должно быть заменено сжатием в исходном состоянии. Этот процесс может осуществляться только под действием внешних сил. И работа этих сил должна быть меньше, чем полезная работа самого рабочего вещества. Для этого необходимо охладить радиатор, чтобы снизить давление. Тогда граф окружностей принимает форму замкнутого контура, известного как круг Карнауха. Максимальный КПД идеального двигателя рассчитывается по следующему уравнению
Где n — сам коэффициент эффективности, а T1 и T2 — абсолютные температуры нагревателя и охладителя. Они рассчитываются по формуле T = t + 273 где t — температура в градусах Цельсия. Из уравнения видно, что для повышения эффективности необходимо увеличить температуру нагревателя, которая ограничена тепловым сопротивлением материала, или уменьшить температуру холодильника. Максимальная эффективность достигается при t = 0 K, что также технически невозможно.
Фактическая скорость всегда будет ниже, чем идеальный КПД теплового двигателя. Сравнивая фактические факторы с идеальными, можно определить запас улучшений в существующих двигателях.
В этом направлении последнее поколение бензиновых двигателей оснащается системами впрыска (инжекторами). Это позволяет добиться полного сгорания топлива с помощью электроники и повышает эффективность.
Изучаются пути снижения трения в движущихся частях двигателя и улучшения качества используемого топлива.
Прежде природа угрожала человеку, а теперь человек угрожает природе
Нынешние поколения уже сталкиваются с последствиями неразумной деятельности человека. Кроме того, большие объемы тепловых двигателей, используемых на транспорте электростанций, в сельском хозяйстве и паровых турбинах, вносят значительный вклад в хрупкое равновесие природы.
Этот пагубный эффект выражается в масштабных выбросах и увеличении содержания углекислого газа в атмосфере. Процесс горения включает в себя потребление атмосферного кислорода в масштабах, превышающих производство атмосферного кислорода всей растительностью на Земле.
Большая часть тепла от двигателя рассеивается в окружающую среду. Этот процесс усугубляется парниковым эффектом, который повышает среднегодовую температуру Земли. А глобальное потепление оказывает разрушительное воздействие на все цивилизации.
Чтобы не допустить ухудшения ситуации, необходима эффективная очистка выхлопных газов, то есть переход к новым экологическим стандартам, предъявляющим более жесткие требования к содержанию вредных газов.
Очень важно использовать только высококачественное топливо. Использование водорода в качестве топлива является перспективным, поскольку вместо вредных выбросов он производит воду.
В недалеком будущем большинство бензиновых автомобилей будут заменены электромобилями.
Только благодаря нашему сотрудничеству мы сможем сохранить этот удивительный мир, который природа подарила нашей планете.
Однако интенсивное использование тепловых двигателей для энергетики и транспорта оказывает негативное воздействие на окружающую среду. При работе тепловых двигателей в атмосферу выбрасывается большое количество горячих паров или газов, что приводит к тепловому загрязнению атмосферы.
Сравнение КПД двигателей – бензин и дизель
Сравнивая эффективность бензиновых и дизельных двигателей, следует отметить, что первые недостаточно эффективны и только 25-30% производимой энергии преобразуется в полезную энергию. Например, КПД типичного дизельного двигателя составляет до 40%. При избыточном сжатии и промежуточном охлаждении это значение увеличивается до 50%.
Тема нашей статьи: ремонт автоматической коробки передач — сделай сам
Несмотря на сходство, эти два двигателя имеют разные способы образования смеси. По этой причине поршни карбюраторных двигателей работают при более высоких температурах и требуют соответствующего охлаждения. Это означает, что тепловая энергия, которая могла бы быть преобразована в механическую, расходуется и рассеивается, снижая общую эффективность.
Тем не менее, были приняты определенные меры для повышения эффективности бензиновых двигателей. Например, вместо конструкции с одним впускным и одним выпускным клапаном на каждый цилиндр можно установить два впускных и два выпускных клапана. Кроме того, некоторые двигатели имеют отдельные катушки зажигания для каждой свечи зажигания. Управление дроссельной заслонкой часто осуществляется с помощью электропривода, а не простого троса.
Асинхронный двигатель и стирлинг
Сегодня на рынке представлены асинхронные машины, большинство из которых являются электрическими. Асинхронные машины преобразуют электрическую энергию в механическую.
- Простота строительства и относительно низкая стоимость.
- Высокая надежность ;
- Низкие эксплуатационные расходы.
Формула КПД рассчитывается следующим образом: η = P2/ P1 = (P1-(Rob-Pc-Pmh-Pd))/ P1, где Rob = Pob1+Rob2 — суммарные потери в обмотке асинхронного двигателя. В современных механизмах такого типа этот коэффициент достигает 80-90%.
Еще один двигатель внутреннего сгорания, который может работать от любого источника тепла, — это двигатель Стирлинга.
Отметим, что подобные механизмы используются в космических кораблях и современных подводных лодках.
Они работают при любых температурах, не требуют дополнительной системы для запуска, а их коэффициент полезного действия на 50-70 выше, чем у обычных двигателей.
Экономичность
В большинстве случаев автомобили с дизельными двигателями приобретаются для экономии расходов на топливо. Но можно ли сэкономить, купив дизельный автомобиль? Узнайте.
Как упоминалось выше, дизельные двигатели имеют более высокую степень сжатия. Это обеспечивает более высокую эффективность (коэффициент полезного действия), которая на 20-40% выше, чем у бензиновых аналогов. Легко предположить, что дизельные двигатели потребляют гораздо меньше топлива на километр пробега, чем их бензиновые конкуренты. Кроме того, впрыск топлива в дизельных двигателях происходит непосредственно в камере сгорания, что сводит к минимуму потери. В бензиновых двигателях топливо смешивается с воздухом во впускном коллекторе.
Все будет хорошо, но давно прошли те времена, когда литр дизельного топлива стоил намного дешевле, чем литр самого низкокачественного бензина. В сегодняшних реалиях стоимость дизельного топлива уже превышает стоимость дорогого 95-го бензина. Это означает, что экономия топлива практически нивелируется разницей в цене.
Вот простой пример. Дизельный Ford Focus потребляет 5,2 литра топлива на 100 километров. Его бензиновая версия — 6,4 литра на 100 км. При этом в большинстве уголков нашей необъятной родины дизельное топливо в основном на 3 рубля дороже бензина, который стоит самые обычные 92 рубля. Простой расчет показывает, что для того, чтобы компенсировать разницу в стоимости, вам необходимо проехать на дизельном топливе не менее 145 000 километров. При пробеге от 20 000 до 30 000 километров в год для большинства водителей покупать дизель по экономическим соображениям по меньшей мере неудобно.
Лучший танк Второй мировой войны, Т-34, был дизельным. По их словам, первоначальные споры были подавлены горящим факелом, который разгружали в ведра, чередуя бензин и дизельное топливо. Первый, конечно, загорелся. Но во второй факел погас с жужжащим звуком. Лучший танк Второй мировой войны, Т-34, был дизельным. Говорят, что первый спор был остановлен горящим факелом, погруженным в ведра с чередующимися бензином и дизельным топливом. Первый, конечно, загорелся. Но в следующую секунду факел погас с жужжащим звуком.
Конечно, современный покупатель автомобиля вряд ли задумывается о возможности получить ожоги в серьезной аварии, в которую он попадет. Но это, вероятно, принесет дизелю дополнительные преимущества. Но совсем недавно, в советские времена, люди мечтали о дизелях совсем по другим причинам. Есть что скрывать: многие благонамеренные люди сделали все возможное, чтобы содрать топливо с общественного транспорта. И появление грузовиков КАМАЗ с дизельным двигателем было особенно печальным именно по этой причине: сколько топлива теряется?
