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.
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.
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.
Тем не менее, для того чтобы повысить КПД бензинового двигателя, принимаются определенные меры. Например, на один цилиндр могут устанавливаться два впускных и выпускных клапана, вместо конструкции, когда размещается один впускной и один выпускной клапан. Кроме того, в некоторых двигателях на каждую свечу устанавливается отдельная катушка зажигания. Управление дроссельной заслонкой во многих случаях осуществляется с помощью электропривода, а не обыкновенным тросиком.
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.
Нет в мире более бесполезной штуки, чем личный автомобиль. Подобное утверждение звучит очень странно от автомобильного энтузиаста, который к тому же десять лет проработал журналистом, но это действительно так! Не поймите неправильно, я не спорю с тем, что личный автомобиль полезен в хозяйстве: я говорю немножко о другом. А именно: автомобиль – это перевод ресурсов. Без вариантов. А все из-за врожденно низкого коэффициента полезного действия двигателя.
Наверняка вы помните цифры КПД двигателя внутреннего сгорания из школьной программы: это примерно 20-30%. Иными словами, только 20-30% энергии, выделяемой при сгорании топлива, конвертируется в мощность! Если еще учесть трансмиссионные потери (а заодно и механический КПД двигателя – этим термином обозначают энергию, которая завязла во вспомогательных агрегатах), то «косвенный» КПД двигателя внутреннего сгорания – то есть та энергия, которая перемещает автомобиль – и того ниже! Остальная энергия уходит, по сути, на нагрев атмосферы: это – тепло, выделяемое выпускной системой и радиатором охлаждения. То и другое автопроизводители стремятся применять с пользой: например, автомобильная печка использует тепло двигателя для нагрева кабины. А вот выхлопные газы... Ну, они – ключевой элемент в самом изящном «лайф-хаке», используемом автопроизводителями для повышения КПД двигателя. Имя этого «лайф-хака» – турбонаддув.
Идея турбонаддува заключается в том, чтобы использовать «бесполезные» отработавшие газы для повышения КПД двигателя внутреннего сгорания. Энтузиастам, которые плотно соприкасаются с этой темой, прекрасно известен принцип действия турбонаддува: отработавшие газы раскручивают турбину, которая механически соединена с центробежным компрессором – вот он уже под большим давлением (от 0,5 и вплоть до трех баров) гонит воздух в цилиндры. Массовое применение турбонаддува началось в Японии в 80-90-е годы прошлого века. Сегодня тенденцию подхватила еще и Европа: большинство современных машин из Старого Света оснащено турбонаддувом. Вкупе с высокоточным непосредственным впрыском топлива, который позволяет каждую каплю горючего применять с пользой, это позволило добиться роста КПД двигателей по экспоненте: даже скромные 1,6-литровые двигатели нынче выдают около 200 сил!
КПД дизельных двигателей – отдельная история. Приведенные несколькими абзацами ранее цифры в 20-30% - это усредненный КПД бензинового двигателя. Современные дизельные двигатели – не чета старым тракторным моторам: в них используется высокоточный впрыск под большим давлением, хитрый турбонаддув с изменяемой геометрией, поэтому по мощности они уже не уступают своим бензиновым собратьям. Кстати, о турбонаддуве с изменяемой геометрией: его чаще используют именно в дизельных двигателях, поскольку для изготовления подобных турбин для бензиновых моторов требуются дорогие сплавы. Почему? Все дело в температуре горения: в дизельных двигателях она значительно (на несколько сотен градусов) ниже! КПД двигателя в таком случае выше уже по одной этой причине: меньше энергии превращается в бесполезное тепло! Как следствие – полезного тепла тоже меньше: все знают, что дизельные двигатели (а вместе с ней – печка в салоне) дольше нагреваются... Что касается конкретных цифр КПД двигателей внутреннего сгорания, работающих на дизельном топливе, то некоторые источники говорят о 40%. Разница по сравнению с бензиновыми двигателями значительная! С учетом более скромного расхода топлива, а также более низкой температуры горения «солярки», такие показатели выглядят вполне правдоподобно.
Разговор о КПД двигателя автомобиля не был бы полным без упоминания роторно-поршневых силовых агрегатов. Из всех моторов, широко применяемых в автомобильной промышленности, именно они – двигатели с максимальной КПД. Не надо быть ученым, чтобы это понять, достаточно вооружиться здравым смыслом: если у обычного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания за два оборота коленвала происходит один мощностной такт, то в роторном двигателе за один оборот происходит аж три вспышки топлива! У такого двигателя КПД равен примерно 45 процентам. Почему же такие моторы не получили широкого применения, и кроме как в спортивных «Маздах» мы их больше нигде не видим? Простой ответ – грязный выхлоп: КПД у таких двигателей выше, мощность – больше, но и вредных выбросов тоже много. Поэтому от них даже Mazda – и та отказалась... КПД двигателя – вопрос не только его конструкции: не меньшее значение имеет еще и топливо, которое в нем используется.
Данная статья размещена на сайте Econcar, поэтому было бы очень странно, если бы в ней не был упомянут энергетик для моторов: как и полагается, его применение способствует повышению КПД двигателя внутреннего сгорания, за счет снижения температуры горения, не говоря уже о том, что в его присутствии топлива в цилиндрах сгорает больше, чем без него.
Пётр Максимов, специально для www.econcar.ru
econcar.nichost.ru
Cтраница 1
Сравнение двигателей по КПД затруднено ввиду отсутствия этого показателя у большинства сравниваемых асинхронных двигателей. [1]
Сравнение двигателя ДБУ-10 с управляемыми двигателям: различного принципа действия примерно той же мощност ( табл. 5 - 2) показывает, что БДПТ по своим показателям в ряд случаев превосходит как асинхронные, так и коллекторные двигг тели постоянного тока. Двигатели ДБУ обладают столь же боль шим техническим ресурсом, что и асинхронные, столь же высоко чувствительностью. Наличие канала импульсного управления по; воляет использовать экономичные миниатюрные выходные каскад; в усилителях следящих систем, а следовательно, и все преимущ ства микроэлектронной, техники. [3]
Сравнение двигателей Дизеля с бензиновыми двигателями показывает, что наряду со сходными элементами в этих двигателях существует и ряд существенных различий. [4]
Сравнение двигателей ДМГ и ВЛ-ЛГ-450н показывает, что, несмотря на существенные конструктивные отличия их друг от друга, правила эксплуатации их одинаковые. Такой же порядок эксплуатации имеют и маслонаполненные электродвигатели других типов. Периодичность профилактических осмотров, как правило, устанавливается в зависимости от конкретных производственных условий, но не реже одного раза в полгода. Кроме того, рекомендуется один раз в год промывать полости ротора и камер подшипников, полностью заменять смазку в подшипниковых узлах, производить испытания и смену масла. При эксплуатации необходимо, как вообще для любого электродвигателя, вести журнал, в котором регулярно записываются показания измерительных приборов, время работы и остановки, а также причины остановки электродвигателя. [5]
Сравнение двигателей ДМГ и ВП-ЛГ-450н показывает, что, несмотря на существенные конструктивные отличия их друг от друга, правила эксплуатации их одинаковы. Такой же порядок эксплуатации имеют и маслонаполненные электродвигатели других типов. [6]
Для сравнения двигателей разного литража и разной оборотности параметр ga оказывается менее показательным, так как вес электрооборудования, приборов питания и некоторых других агрегатов мало зависит от размеров двигателя, а потому оказывает на величину Одв этих двигателей не одинаковое влияние. Для двигателей средней и большой мощности наблюдается тенденция уменьшения литрового веса двигателя с увеличением диаметра его цилиндров. [7]
При сравнении следующих двигателей наблюдаются те же различия, что и в предыдущем случае. [8]
Было проведено сравнение двигателя Стирлинга и газовой турбины в модификациях, рассчитанных на использование солнечной энергии. Газовая турбина была специально сконструирована фирмой Гарретт, а двигатель Стирлинга был взят из серии, выпускаемой фирмой Юнайтед Стирлинг. [10]
Однако при сравнении двигателей различных типов возникает проблема подбора эквивалентных систем, иначе сравнение не принесет большой пользы. [11]
Для удобства расчетов и сравнения разных двигателей между собой можно площадь, заключенную внутри контура индикаторной диаграммы, превратить в равновеликий прямоугольник, построенный на том же основании. Указанное построение выполнено на рис. 4 под индикаторной диаграммой. [12]
КПД характеризуют степень совершенства двигателя и служат для сравнения двигателей и анализа их работы. [13]
Для механизмов с частыми пусками и реверсами важно сравнение двигателей по динамическим показателям. Безредукторные электроприводы более динамичны и предпочтительны для регулируемых электроприводов, так как их проще разгонять, тормозить, регулировать скорость. Поэтому они широко применяются для шахтных подъемных установок и прокатных станов. [14]
Институт автоматики ( г. Киев) и др. Представляет интерес сравнение двигателей примерно одинаковых мощностей при одной и той же скорости в ращения, но различных типов. [15]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
