Если сравнивать дизельную генераторную установку с бензиновым двигателем, то дизельный двигатель имеет значительно более высокий КПД, чем бензиновый. КПД бензиновых двигателей составляет около 25-30 % от общего количества вырабатываемой энергии.
Каков КПД автомобиля?
Простите меня, если я задам читателю детский вопрос: Каков КПД автомобильного двигателя? Он, вероятно, подумает: «Профессор оторвался от жизни» и ответит, что КПД бензинового двигателя составляет около 25%, а дизельного — почти 40%, согласно учебникам физики.
А может быть, нам не стоит верить печатному слову, а посмотреть самим. Давайте заполним бак до горловины топливом и проедем 100 километров по городу без происшествий и пробок. А затем наполним резервуар из мерной емкости до первоначального уровня. Если ваш автомобиль весит около тонны и работает на бензине, вам следует добавить в среднем около 10 литров; для автомобиля такого же веса с дизельным двигателем следует добавить около 7 литров дизельного топлива. Поскольку научные расчеты ведутся не в литрах и даже не в пол-литрах, а в килограммах, то для бензина, с учетом его плотности, это 7 килограммов, а для дизельного топлива — чуть больше 5 килограммов. При сжигании этих килограммов топлива получается 323 или 250 МДж энергии (об этом вы можете прочитать в справочнике!). При скорости 50-60 км/ч (и это еще хорошо для города!) ваш автомобиль потребляет в среднем 25 МДж, как мы уже говорили выше. Если разделить эту полезную работу на потребленную энергию, то мы получим КПД 7-8% для бензинового двигателя и 10% для дизельного. Это теория — 25% и 40%, а вот суровая правда жизни — 7,5% и 10%! Конечно, что-то теряется в коробке передач, но это мелочи по сравнению с потерями в двигателе.
Так лгут ли авторы руководств? Нет, они не лгут, но они обманывают. Указанная в них мощность относится к единственному режиму работы, который описывается как оптимальный.
Зависимость КПД двигателя внутреннего сгорания от выходной мощности
А как на самом деле научные институты определяют этот расход топлива? Проверяемый двигатель (независимо от того, оснащен он дополнительными системами — нагнетателем, компрессором, генератором и т.д. или нет) устанавливается на специальный испытательный стенд. — Неважно, оснащен ли он дополнительными системами — нагнетателем, компрессором, генератором и т.д.) устанавливается на специальном испытательном стенде, где на него нагружают резисторы, которые просто тормозят. Они изменяют подачу топлива, крутящий момент резистора, скорость и ведут строгий учет расхода топлива. Зная момент сопротивления и скорость, можно определить мощность и умножить ее на время, чтобы получить работу в киловатт-часах. Конечно, правильнее было бы выразить его в джоулях. Таким образом, 1 кВт/ч равен 3,6 МДж. Если теперь мы знаем расход топлива в килограммах, мы можем соотнести его с работой, выполняемой двигателем, и получить так называемый удельный расход топлива. Чем современнее двигатель, тем ниже удельный расход топлива при максимальной мощности и тем выше его КПД. Вот откуда берутся 25 и 40 процентов!
А сколько энергии потребляет двигатель, когда автомобиль движется со средней скоростью 50-60 км/ч? Получается, что для данной массы автомобиля она составляет около 4 кВт. В это трудно поверить, но автомобиль с двигателем мощностью около 100 кВт использует только 4 процента мощности на этой скорости. И какой эффективности вы все еще хотите достичь с помощью этого? Особенно если учесть, что двигатель питает всевозможные дополнительные устройства.
Что же делать? Если попытаться управлять нашим автомобилем в оптимальном режиме работы двигателя, то он достигает примерно 180 км/ч, что не всегда необходимо. И, откровенно говоря, на такой скорости почти все топливо расходуется на турбулентность воздуха или, говоря научным языком, аэродинамические потери.
Мы также можем пойти другим путем, добавив к двигателю нашего автомобиля 5 кВт мощности, что в 20 раз меньше. Тогда на скорости 60-70 км/ч наш автомобиль будет иметь рекордные показатели, а двигатель будет выдавать мощность, указанную в руководствах. Но, к сожалению, такая скорость движения никого не удовлетворит, не говоря уже о том, что наш автомобиль будет разгоняться медленнее товарного поезда.
Читайте также
Театр начинается с вешалки для одежды и опыта самостоятельного приобретения автомобиля — с приобретения собственного автомобиля. И здесь, в самом, казалось бы, безобидном месте, таится «засада». И не один. И результатом неправильного выбора является целая серия
Страхование автомобиля Страхование только что приобретенного автомобиля — это момент, который необходимо рассмотреть отдельно, даже если он непосредственно связан с покупкой. Однако многие начинающие водители, решившие приобрести автомобиль, спотыкаются о
Проблемы долговечности автомобиля
Долговечность автомобиля Долговечность автомобиля зависит от количества пройденных километров, срока службы и условий эксплуатации. Не менее важным фактором является техническое обслуживание. Со временем необходимо проводить техническое обслуживание двигателя и рулевого управления автомобиля,
Допустимая концентрация угарного газа (CO) и углеводородов (HC) в отработавших газах автомобиля с карбюраторами устанавливается на холостом ходу.
Эффективный КПД
В настоящее время источниками механической энергии в автомобилях являются в основном тепловые двигатели, особенно двигатели внутреннего сгорания. Преобразование энергии топлива в механическую энергию в них сопряжено со значительными потерями, поэтому сначала необходимо найти способы уменьшить эти потери и добиться максимальной эффективности использования энергии, содержащейся в топливе.
Важным показателем является КПД двигателя, который показывает, сколько энергии топлива преобразуется в механическую работу. КПД двигателя — это свойство двигателя, которое отражает степень использования тепла с учетом всех видов потерь, как тепловых, так и механических. Он представляет собой соотношение между полезной механической работой и общим потреблением тепла. В соответствии с приведенным выше определением:
Читайте также: Замена лампы автомобиля Лада Приора.
Замена грузовых автомобилей Lada Priora Замена грузовых автомобилей Lada Priora Замена грузовых автомобилей Lada Priora Замена грузовых автомобилей Lada Priora, где Ae — полезная механическая работа, а Q1 — подводимое тепло.
Можно также выразить фактический КПД через другие коэффициенты полезного действия двигателя:
ηe = ηi-ηm = ηt-ηg-ηm,
где ηi — индексный КПД, ηm — механический КПД, ηt — тепловой КПД и ηg — относительный КПД.
Например, при работе двигателя внутреннего сгорания 1/3 энергии топлива преобразуется в механическую работу, 1/3 отдается в окружающую среду при охлаждении и 1/3 рассеивается в виде тепла в выхлопных газах. Использование двух последних видов теплопотерь означает экономию энергии, более рациональное использование мощности двигателя и улучшение теплового баланса автомобиля.
Использование тепла, поглощенного охлаждающей жидкостью, которое в принципе должно отбираться от двигателя для обогрева салона или кузова, является типичным примером экономии топлива, необходимой для автономного отопления. Аналогичные примеры включают в себя нагрев выхлопных газов кузовов грузовиков, перевозящих рефрижераторные грузы (руду, уголь, жидкости), где энергия выхлопа используется для привода турбокомпрессора или вспомогательной турбины.
Последнее обновление 02.03.2012 Опубликовано 24.03.2011
Сравнение КПД двигателей – бензин и дизель
Если сравнивать эффективность дизельных и бензиновых двигателей, то очевидно, что дизель более эффективен:
- Бензиновый агрегат преобразует лишь 25 % энергии в механическую, в то же время дизельный до 40%.
- Дизельный двигатель, оснащенный турбонаддувом, достигнет 50-53% КПД, а это уже существенно.
Какова же эффективность дизельного двигателя? Все просто — несмотря на практически одинаковый принцип работы (оба двигателя являются двигателями внутреннего сгорания), дизельный двигатель работает намного эффективнее. Он воспламеняется на другой основе и имеет более высокую степень сжатия. Дизель меньше нагревается для экономии охлаждения и имеет меньшее количество клапанов (значительная экономия на трении). Кроме того, в этом устройстве нет свечей зажигания, катушек и, следовательно, нет потребления энергии генератором. Дизельный двигатель работает на более низкой скорости (коленчатому валу не нужно вращаться). Это делает его чемпионом по эффективности.
КПД дизельного двигателя – заметная эффективность
Показатель эффективности для разных двигателей различен и зависит от нескольких факторов. Бензиновые генераторные установки имеют относительно низкий КПД из-за больших тепловых и механических потерь, возникающих при работе этого типа генераторных установок.
Второй фактор — это трение, которое возникает из-за взаимодействия компонентов, подходящих друг к другу. Дополнительные потери вызваны работой других систем, механизмов и компонентов и т.д.
Если сравнивать дизельный и бензиновый двигатели, то мощность дизельного двигателя намного выше, чем у бензинового. КПД бензиновых двигателей составляет 25% от подводимой к ним энергии. Другими словами, из 10 литров бензина, потребляемых двигателем, только 3 литра используются для выполнения полезной работы системы. Остальная энергия, полученная при сгорании бензина, теряется в результате различных потерь.
Читайте также: Секреты идеального зимнего стеклоочистителя
Что касается КПД атмосферной дизельной установки, то он достаточно высок — 40 %. При установке современного турбокомпрессора этот показатель может быть увеличен до впечатляющих 50 %. Современные системы впрыска в дизельных двигателях в сочетании с турбиной позволяют достичь КПД до 55 %.
Столь значительная разница в производительности между конструктивно схожими дизельными и бензиновыми двигателями объясняется рядом факторов, в том числе:
- Вид топлива.
- Способ образования топливно-воздушной смеси.
- Реализация воспламенения заряда.
Бензиновые агрегаты вращаются больше, чем дизельные, но имеют большие потери из-за расхода энергии на нагрев. В результате полезная энергия бензина менее эффективно преобразуется в полную механическую работу, и большая часть энергии теряется через систему охлаждения.
На что тратиться полезная энергия?
Первый пункт — это потери, возникающие непосредственно при сгорании топлива, поскольку все топливо в двигателе никогда не сгорает, и часть его уходит в выхлоп. В среднем эта доля составляет около 25 %.
Следующая точка (или, скорее, следующее явление), где энергия исчезает, — это тепло, выделяющееся при сгорании. Некоторые из вас, возможно, помнят со школьных времен, что для выработки тепла требуется энергия, поэтому выработанное тепло — это энергия, которая теряется. На этом этапе стоит отметить, что двигатель внутреннего сгорания выделяет избыточное тепло, что требует внедрения серьезной системы охлаждения.
Помимо тепла, выделяемого при сгорании топлива, тепло выделяется и во время работы самого двигателя, так как все его части трутся и, таким образом, часть энергии теряется.
Читайте также: Контрактные двигатели — дилемма 🙂 Но компания 8M All Motors знает ответ.
Подводя итог, мы имеем примерно на 35-40% больше потерь энергии при производстве тепла.
Ну, и третья группа потерь — это потери на обслуживание дополнительного оборудования. Насос системы охлаждения, генератор, кондиционер и т.д. — все они также потребляют энергию для выполнения своей работы. Эта энергия берется из работы двигателя — порядка 10%.
В итоге автомобиль использует лишь четверть, а иногда даже пятую часть энергии, вырабатываемой его двигателем, для «полезной» работы по сжиганию топлива. Цифры усредненные, но разница очевидна.
Сравнение КПД двигателей – бензин и дизель
Если сравнивать эффективность дизельных и бензиновых двигателей, то очевидно, что дизель более эффективен:
- Бензиновый агрегат преобразует лишь 25 % энергии в механическую, в то же время дизельный до 40%.
- Дизельный двигатель, оснащенный турбонаддувом, достигнет 50-53% КПД, а это уже существенно.
Какова производительность дизельного двигателя? Все очень просто: несмотря на практически одинаковый принцип работы (оба двигателя являются двигателями внутреннего сгорания), дизельный двигатель намного эффективнее. У него совершенно другой принцип зажигания и более высокая степень сжатия. Дизельный двигатель меньше нагревается, что приводит к экономии на охлаждении, и имеет меньшее количество клапанов (значительная экономия на трении). Кроме того, в этом устройстве нет свечей зажигания, катушек и, следовательно, нет потребления энергии генератором. Дизельный двигатель работает на более низкой скорости (коленчатому валу не нужно вращаться). Это делает его чемпионом по эффективности.
О топливной эффективности дизеля
Более высокий КПД также означает лучшую топливную экономичность. Например, 1,6-литровый двигатель расходует от 3 до 5 литров в городе, в то время как бензиновый двигатель потребляет от 7 до 12 литров. У дизельного двигателя гораздо выше крутящий момент, сам двигатель зачастую компактнее и легче, а в последнее время он стал еще и более экологичным. Все эти положительные характеристики достигаются благодаря более высокой степени сжатия. Существует прямая зависимость между мощностью и компрессией, см. небольшую таблицу.
Однако, несмотря на преимущества, он имеет и множество недостатков.
Становится ясно, что производительность двигателей внутреннего сгорания далека от оптимальной, поэтому будущее явно за электрическими вариантами — осталось только найти мощные аккумуляторы, которые не боятся морозов и долго сохраняют заряд.
На этом пока все, читайте наш АВТОБЛОГ.
Похожие новости
- Масло зимой
- Через сколько менять масло в коробке?
- Как бортировать колесо?
Добавить комментарий Отменить ответ
КПД двигателя внутреннего сгорания
Коэффициент производительности (COP) — это широко используемая характеристика для производительности системы или устройства. В нашем случае такой системой является двигатель внутреннего сгорания. Похоже, что в мире современных двигателей, о которых можно говорить, КПД не равен 100%? Но оказывается, что в нашем мире нет идеального черного или белого, поэтому не существует автомобиля, в котором вся энергия, полученная при сгорании топлива, полностью преобразуется в механическую энергию, а та, в свою очередь, в полезную энергию, питая водителя в его кресле.
На что тратиться полезная энергия?
Первый пункт — это потери, возникающие непосредственно при сгорании топлива, поскольку все топливо в двигателе никогда не сгорает, и часть его уходит в выхлоп. В среднем эта доля составляет около 25 %.
Следующая точка (или, скорее, следующее явление), где энергия исчезает, — это тепло, выделяющееся при сгорании. Некоторые из вас, возможно, помнят со школьных времен, что для выработки тепла требуется энергия, поэтому выработанное тепло — это энергия, которая теряется. На этом этапе стоит отметить, что двигатель внутреннего сгорания выделяет избыточное тепло, что требует внедрения серьезной системы охлаждения.
Помимо тепла, выделяемого при сгорании топлива, тепло выделяется и во время работы самого двигателя, так как все его части трутся и, таким образом, часть энергии теряется.
Подводя итог, мы имеем примерно на 35-40% больше потерь энергии при производстве тепла.
Ну, и третья группа потерь — это потери на обслуживание дополнительного оборудования. Насос системы охлаждения, генератор, кондиционер и т.д. — все они также потребляют энергию для выполнения своей работы. Эта энергия берется из работы двигателя — порядка 10%.
В итоге автомобиль использует лишь четверть, а иногда даже пятую часть энергии, вырабатываемой его двигателем, для «полезной» работы по сжиганию топлива. Цифры усредненные, но разница очевидна.
КПД бензинового и дизельного двигателя
Следует отметить, однако, что КПД двигателя внутреннего сгорания различен для бензиновых и дизельных двигателей: 20 % и 40 % соответственно. Это объясняется тем, что, хотя механическое обслуживание и тепловые потери сопоставимы в бензиновых и дизельных двигателях, количество топлива, сжигаемого при сгорании, больше в дизельных двигателях.
Если вспомнить историю двигателя внутреннего сгорания, когда КПД составлял чуть более 5%, то можно сказать, что инженеры сделали большой скачок вперед, а учитывая, что трудно достичь 100% КПД и, следовательно, идеального двигателя, можно сказать, что современные двигатели, скорее всего, достигнут максимально возможного КПД.
Видео.
Среди множества характеристик различных механизмов автомобиля решающее значение имеет работа двигателя внутреннего сгорания. Чтобы прояснить это понятие, нам нужно точно знать, что такое классический двигатель внутреннего сгорания.
Прежде всего, двигатель преобразует тепловую энергию, образующуюся при сгорании топлива, в определенное количество механической работы. В отличие от паровых двигателей, эти двигатели легче и компактнее. Они гораздо более экономичны и потребляют строго определенное жидкое и газообразное топливо. Поэтому эффективность современных двигателей рассчитывается на основе их технических характеристик и других параметров.
КПД (коэффициент мощности) — это отношение между мощностью, фактически передаваемой на вал двигателя, и мощностью, поступающей к поршню через газы. Если мы сравним эффективность двигателей с разным рабочим объемом, то обнаружим, что для каждого двигателя это значение различно.
Фактический КПД двигателя зависит от различных механических потерь в различных фазах работы. На потери влияет движение отдельных частей двигателя и возникающее при этом трение. К ним относятся поршни, поршневые кольца и различные подшипники. Эти компоненты являются причиной наибольшей доли, около 65 % от общих потерь. Кроме того, существуют потери, вызванные работой машин, таких как насосы, магниты и другие, которые могут составлять до 18 %. Небольшая часть потерь обусловлена сопротивлением топливной системы в процессе впуска и выпуска.
В основном, эффективность снижается из-за тепловых потерь. Силовой агрегат нагревает все элементы системы, включая охлаждающую жидкость, радиатор и отопитель, и тепло теряется вместе с ними. Часть его теряется с выхлопными газами. В среднем до 35 % эффективности приходится на тепловые потери и еще 25 % — на топливную экономичность. Еще 20 % составляют механические потери, т.е. фрикционные элементы (поршни, втулки и т.д.). Высококачественные моторные масла помогают снизить трение, но полностью устранить этот фактор невозможно.
Учитывая низкий КПД двигателя, можно показать потери графически, например, в зависимости от количества топлива. При среднем расходе топлива 10 литров на 100 пройденных километров требуется всего 2-3 литра топлива, остальное — потери. Дизель имеет меньшие потери, чем двигатель внутреннего сгорания, оснащенный сжиженным газом. Если вопрос высокой эффективности двигателя стоит на первом месте, есть варианты с эффективностью 90%, но это электромобили и автомобили с гибридным двигателем. Как правило, они несколько дороже, а из-за особенностей эксплуатации (требуется регулярная подзарядка и ограниченный запах езды) такие автомобили пока еще редкость в нашей стране.
Сравнение КПД двигателей – бензин и дизель
Если мы сравним эффективность бензинового двигателя с эффективностью дизельного двигателя, то обнаружим, что первый не обладает достаточной эффективностью и преобразует в полезную энергию только 25-30 % вырабатываемой энергии. Так, КПД типичного дизельного двигателя достигает 40 %, а использование турбонаддува и промежуточного охлаждения увеличивает это значение до 50 %.
Хотя эти два двигателя идентичны по конструкции, они имеют разный тип смесеобразования. Следовательно, поршни в карбюраторном двигателе работают при более высоких температурах, что требует соответствующего охлаждения. По этой причине тепловая энергия, которая могла бы быть преобразована в механическую, рассеивается впустую, что снижает общую эффективность.
Однако для повышения эффективности бензинового двигателя принимаются определенные меры. Например, на каждый цилиндр можно установить два впускных и выпускных клапана, а не один впускной и один выпускной, как раньше. Кроме того, некоторые двигатели имеют отдельную катушку зажигания для каждой свечи зажигания. Во многих случаях дроссельная заслонка управляется электрически, а не простым проводом.
КПД дизельного двигателя – заметная эффективность
Дизельный двигатель — это тип двигателя внутреннего сгорания, в котором воспламенение смеси происходит во время сжатия. По этой причине давление воздуха в цилиндре намного выше, чем в бензиновом двигателе. Если сравнить КПД дизельного двигателя с КПД других типов, то дизельный двигатель имеет самый высокий КПД.
При низкой скорости и большом рабочем объеме эффективность может превышать 50 %.
Следует отметить сравнительно небольшой расход дизельного топлива и низкое содержание загрязняющих веществ в выхлопных газах. В целом, эффективность двигателя внутреннего сгорания полностью зависит от его конструкции и дизайна. Во многих автомобилях низкая эффективность компенсируется различными усовершенствованиями для повышения общей производительности.