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.
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.
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:
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:
Таким образом, в остатке КПД не более 20%. Сегодня существует бензиновые варианты, у которых показатель КПД несколько увеличен – до 25%, но, к сожалению, их не так много. К примеру, если автомобиль расходует 10 л топлива на 100 км, то всего лишь 2 л уйдут на работу двигателя, а все остальные – это потери.
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:
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.
Для постоянной массы газа работа теплового двигателя представляет собой повторяющийся цикл, и его PV-диаграмма будет выглядеть замкнутой фигурой.
У какого двигателя самый большой КПД?
Теперь хочу поговорить о бензиновом и дизельном вариантах, и выяснить кто же из них наиболее эффективный.
Если сказать простыми, языком и не лезть в дебри технических терминов то – если сравнить два КПД бензинового и дизельного агрегатов – эффективнее из них, конечно же дизель и вот почему:
1) Бензиновый двигатель преобразует только 25 % энергии в механическую, а вот дизельный около 40%.
2) Если оснастить дизельный тип турбонаддувом, то можно достигнуть КПД в 50-53%, а это очень существенно.
Так почему он так эффективен? Все просто — не смотря на схожей тип работы (и тот и другой являются агрегатами внутреннего сгорания) дизель выполняет свою работу намного эффективнее. У него большее сжатие, да и топливо воспламеняется от другого принципа. Он меньше нагревается, а значит происходит экономия на охлаждении, у него меньше клапанов (экономия на трении), также у него нет, привычных нам, катушек зажигания и свечей, а значит не требуется дополнительные энергетические затраты от генератора. Работает он с меньшими оборотами, не нужно бешено раскручивать коленвал — все это делает дизельный вариант чемпионом по КПД.
О топливной эффективности дизеля
ИЗ более высокого значения коэффициента полезного действия – следует и топливная эффективность. Так, например двигатель 1,6 литра может расходовать по городу всего 3 – 5 литров, в отличие от бензинового типа, где расход 7 – 12 литров. У дизеля намного больше крутящий момент, сам двигатель зачастую компактнее и легче, а так же в последнее время и экологичнее. Все эти положительные моменты, достигаются благодаря большему значению степени сжатия, есть прямая зависимость КПД и сжатия, смотрим небольшую табличку.
Однако не смотря на все плюсы у него также много и минусов.
Как становится понятно, КПД двигателя внутреннего сгорания далек от идеала, поэтому будущее однозначно за электрическими вариантами – осталось только найти эффективные аккумуляторы, которые не боятся мороза и долго держат заряд.
На этом заканчиваю, читайте наш АВТОБЛОГ.
(66 голосов, средний: 3,71 из 5)
Похожие новости
Синий дым из выхлопной трубы
Для чего нужны стойки стабилизатора
Добавить комментарий Отменить ответ
Комментарии
Почитай «Одноэтажная Америка». Там 2 советских писателя (журналисты) Ильф и Петров проехали по Америке в 20-х годах ПРОШЛОГО века на машине класса «Волги» около 10000 км. СРЕДНИЙ расход бензина был «меньше 10 литров». Сейчас-бы такую машину.
Читаю: — Дизель . работает с меньшими оборотами, не нужно бешено раскручивать коленвал . Ну так никто не заставляет бензомотор раскручивать до «бешеных оборотов». НО это делают, и делают не во вред, а пользы для, так что это не недостаток, а необходимость .
Я купил себе Беху в 90-м обьемом 2.5 литра и неслыханной по тем временам мощей -150 коней. Расход был 9-10 литров бензина по трассе. Ноне езжу на Ниссане 1.0 литра 146 коней и расходом до 5литров бензина. Как план . Это за каких-то 30ть лет. А ранее кто-то писал о неэффективности эл моторов в России (бо холодно),так не забудте ,что характеристики эл .двига с понижением температур возрастают, а о примере успешного использования эл.двигов можно убедится на БЕЛАЗАх успешно работающих в Кемерово (без остановок).
Наддув и турбонадув форсируют мотор но снижают кпд при приросте мощности на 20% расход топлива вырастает на большую величину в зависимости от совершенства наддува. Да у сверхтихоходных стационарных дизелей КПД может превышать 50% Но достигается это тем что двигатели очень сильно дефорсированы и работают на очень сильно обедненной смеси воздух-топливо.На автомобильных дизелях более 50% энергии сгорания топлива улетает в атмосферу вместе с выхлопными газами чем больше удельная мощность тем выше потери, у бензиновых эти показатели еще хуже.Можно сделать двигатель для автомобиля с КПД свыше 50% но тогда при сегодняшних размерах у него мощность будет несколько лошадиных сил и это согласитесь маловато. Ну а самое главное основные потери топлива не на движение а на преодоление сопротивлений (воздух дорожное покрытие подЪемы) и на ускорения-торможения поэтому борьба за экономичность в этих направлениях гораздо эффективней нежели погоня за кпд.
Прочел комментарий Георгия от 13.08.19.где все-тупые идиоты,и двоечники не знают физику и Законы термодинамики; потому, для самого умного «Г» В цикле Карно, рассматриваются четыре последовательных процесса: ВС, СЖ, РХ и ВЫХ. тогда,КПД до 67%/ норма. Однако, однотактный, цикл, с одновременным РХ и СЖ, одним и тем же поршнем, рисует иную диаграмм.
