КПД квантового теплового двигателя впервые превысил максимальный КПД классического двигателя

Физика
Физики смогли

09:34
23 Март 2019

Сложность
6.4

James Klatzow et al. / Physical Review Letters, 2019

Физики из Великобритании и Израиля построили первый квантовый тепловой двигатель, эффективность которого превышает максимальную эффективность классического теплового двигателя. В качестве рабочего тела такого двигателя выступают два когерентных энергетических уровня NV-центра с наименьшей энергией, а в качестве тепловых резервуаров — возбужденные уровни. Работу, совершаемую двигателем, ученые измеряли с помощью микроволновых импульсов. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

Классический тепловой двигатель превращает тепло в работу, периодически нагревая и охлаждая рабочее тело. В рамках классической термодинамики можно показать, что максимальным коэффициентом полезного действия (КПД) среди тепловых двигателей обладает двигатель Карно, цикл которого состоит из периодов изотермического и адиабатического расширения и сжатия. На практике эффективность тепловых двигателей, работающих при сравнимых температурах нагревателя и холодильника, значительно ниже, чем у двигателя Карно. В частности, КПД паровых машин примерно в два раза меньше максимального достижимого КПД.

Теоретически эффективность теплового двигателя можно повысить за счет квантовых эффектов, которые не учитывает классическая термодинамика. Первыми такую возможность рассмотрели около шестидесяти лет назад физики Генри Сковил (Henry Scovil) и Эрих Шульц-Дюбуа (Erich Schulz-DuBois), которые связали эффективность трехуровневого мазера с эффективностью цикла Карно. А в 2015 году группа физиков под руководством Раама Уздина (Raam Uzdin) наконец разработала схему квантового двигателя, эффективность которого превышает эффективность цикла Карно. Для этого ученые рассмотрели двигатель, который работает в так называемом режиме малого действия (small-action limit), то есть совершает за цикл работу, малую по сравнению с постоянной Планка. В этом режиме корреляции между энергетическими уровнями двигателя играют важную роль, а потому могут существенно повысить его эффективность. Впрочем, подтвердить это предположение на практике физики не смогли.

Группа ученых под руководством Джеймса Клатцова (James Klatzow) наконец проверила предположение группы Уздина и построила квантовый двигатель, эффективность которого превышает эффективность классического двигателя, работающего в тех же условиях. Чтобы построить такой двигатель, физики использовали NV-центры — точечные дефекты алмаза, которые возникают при замещении атома углерода атомом азота. С одной стороны, такой центр ведет себя как водородоподобный атом; с другой стороны, заселенность его энергетических уровней удобно контролировать и измерять с помощью вспышек лазера. Во внешнем магнитном поле NV-центр можно рассматривать как когерентный магнитный двигатель, в котором два уровня с самой низкой энергией выступают в качестве рабочего тела, а возбужденные уровни моделируют тепловые резервуары с разными температурами. Чтобы связать рабочее тело с тепловыми резервуарами и извлечь из него работу, ученые светили на NV-центр оптическим и микроволновым лазером. Кроме того, ученые контролировали когерентность двух квантовых состояний рабочего тела в начале каждого цикла, изменяя продолжительность «теплового» лазерного импульса.

Схема эксперимента (a) и фотография установки (b)

James Klatzow et al. / Physical Review Letters, 2019

Поделиться

Схема квантового теплового двигателя, основанного не NV-центре во внешнем магнитном поле

James Klatzow et al. / Physical Review Letters, 2019

Поделиться

В этой схеме ученые реализовали три типа квантовых тепловых двигателей: непрерывный, двухфазный и четырехфазный. В двигателе первого типа передача тепла и связь с тепловыми резервуарами происходит одновременно и непрерывно; этот режим больше всего напоминает квантовый двигатель Сковила-Шульца. В двигателе второго типа извлечение работы отделено от передачи тепла, однако связь с холодным и горячим резервуарами происходит в одно и то же время. Наконец, в двигателе третьего типа все операции производятся последовательно (как в двигателе Карно). В классическом пределе это устройство переходит в двигатель Отто. Все три двигателя работали в режиме малого действия, то есть произведение продолжительности цикла и средней работы, которая в течение него производилась, было много меньше постоянной Планка.

Схема непрерывного, двухфазного и четырехфазного двигателей. Красные и синие стрелки обозначают связь с «горячим» и «холодным» тепловым резервуаром, оператор U — извлечению работы

James Klatzow et al. / Physical Review Letters, 2019

Поделиться

Наконец, физики измерили мощность квантовых двигателей и среднее количество работы, которое они совершали за один цикл. Оказалось, что в режиме малого действия и когерентных энергетических уровней рабочего тела все три двигателя были термодинамически эквивалентны, то есть совершали одинаковое количество работы. Более того, их эффективность превышала предельную эффективность классического теплового двигателя, который работал в тех же условиях. По оценкам ученых, расхождение между КПД, измеренном в этом режиме, и «максимальным» КПД составляло 2,4 сигма (p-value < 0,008). Впрочем, при ослаблении условий на когерентность и малость действия КПД квантового двигателя быстро падал.

Мощность когерентного двухфазного двигателя (a) и средняя работа, совершаемая за цикл (b), в зависимости от длины «тепловой» фазы, разрушающей когерентное состояние. Красными точками отмечены данные эксперимента, красной линией — теоретическая зависимость. Для сравнения приведены теоретические ограничения на аналогичные параметры классического теплового двигателя (синяя линия)

James Klatzow et al. / Physical Review Letters, 2019

Поделиться

Авторы статьи замечают, что построенный ими квантовый тепловой двигатель пока еще очень сложно применять на практике. В частности, потому, что совершаемая им работа «пропадает впустую» и измеряется только косвенно. Тем не менее, физики надеются, что их работа заинтересует других исследователей, которые построят более совершенные квантовые тепловые двигатели. Кроме того, ученые надеются, что их статья поможет разобраться, как работают природные микроскопические тепловые двигатели, например фотосинтетический аппарат.

Стоит отметить, что на архив электронных препринтов физики выложили работу еще в октябре 2017 года. Поэтому, несмотря на то, что до рецензируемого журнала она добралась только на этой неделе, ее уже успели процитировать в 13 новых статьях.

В ноябре 2017 года физики из Бразилии и Германии обнаружили, что корреляции между квантовыми состояниями могут «нарушить» второй закон термодинамики. Для этого ученые скоррелировали спины двух атомов, находящихся в тепловых состояниях с разными температурами, и показали, что в такой системе тепло течет от «холодного» атома к «горячему», а энтропия системы уменьшается. Впрочем, второй закон термодинамики это не нарушает, поскольку взаимная информация атомов в ходе процесса уменьшается, а «суммарная разупорядоченность» в целом растет.

Дмитрий Трунин

Читайте также

SpaceX и NASA изучат возможность полета корабля Dragon к телескопу «Хаббл»

Наземные телескопы увидели рождение пылевого облака после тарана астероида зондом DART

Антитела к бета-амилоиду замедлили прогрессирование болезни Альцгеймера на четверть

Под давлением

Чего не выдержало открытие комнатной сверхпроводимости

КПД двигателя внутреннего сгорания – познаем эффективность в сравнении

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.

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:

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:

1. Более высокий показатель степени сжатия.
2. Воспламенение топлива происходит по другому принципу.
3. Корпусные детали нагреваются меньше.
4. Благодаря меньшему количеству клапанов, снижены расходы энергии на преодоление сил трения.
5. В конструкции дизеля отсутствуют привычные свечи, катушки зажигания, на которые требуется дополнительная энергия от электрогенератора.
6. 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.

Энергетическая ценность солярки и бензина

Дизельное топливо состоит из более тяжелых углеводородов, чем бензин. Меньший КПД бензиновой установки сравнительно с дизелем также заключаются в энергетической составляющей бензина и особенности его сгорания. Полное сгорание равного количества солярки и бензина даст больше тепла именно в первом случае. Тепло в дизельном ДВС более полноценно преобразуется в полезную механическую энергию. Получается, при сжигании одинакового количества топлива за единицу времени именно дизель выполнит больше работы.

Также стоит учитывать особенности впрыска и создание надлежащих условий для полноценного сгорания смеси. В дизель топливо подается отдельно от воздуха, впрыскивается не во впускной коллектор, а напрямую в цилиндр в самом конце такта сжатия. Результатом становится более высокая температура и максимально полноценное сгорание порции рабочей топливно-воздушной смеси.

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.

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 , сам двигатель зачастую компактнее и легче, а так же в последнее время и экологичнее. Все эти положительные моменты, достигаются благодаря большему значению , 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.

Понятие коэффициента полезного действия (КПД) может быть применено к самым различным типам устройств и механизмов, работа которых основана на использовании каких-либо ресурсов. Так, если в качестве такого ресурса рассматривать энергию, используемую для работы системы, то результатом этого следует считать объем полезной работы, выполненной на этой энергии.

В общем виде формулу КПД можно записать следующим образом: n = A*100%/Q. В данной формуле символ n применяется в качестве обозначения КПД, символ A представляет собой объем выполненной работы, а Q — объем затраченной энергии. При этом стоит подчеркнуть, что единицей измерения КПД являются проценты. Теоретически максимальная величина этого коэффициента составляет 100%, однако на практике достигнуть такого показателя практически невозможно, так как в работе каждого механизма присутствуют те или иные потери энергии.

Анализ теплового цикла

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.

Каждый из этих процессов осуществляется по следующей схеме, которая определяет условия реализации цикла:

1. Изотермический — работа выполняется при постоянной температуре.
2. Изобарический — рабочий цикл реализуется при постоянном давлении.
3. Изометрический — тепловой процесс протекает при постоянном объеме
4. Адиабатический — цикл осуществляется при постоянной энтропии.

Для того чтобы процесс был максимально приближен к обратимому, есть два способа перемещения поршня: изотермический — это означает, что тепло постепенно поступает или выходит из резервуара при температуре, бесконечно отличающейся от температуры газа в поршне, и адиабатический, при котором теплообмен вообще не происходит, газ действует, как пружина.

Таким образом, когда подводится тепло и газ расширяется, температура газа должна оставаться такой же, как и у источника тепла, при этом газ расширяется изотермически. Точно так же позже он будет сжиматься в цикле изотермически, с выделением тепла.

Чтобы выяснить эффективность, нужно проследить за полным циклом двигателя, выяснить, сколько он работает, сколько тепла забирается из топлива и сколько энергии теряется при подготовке к следующему циклу.

Характеристики теплового цикла, связанного с тепловым двигателем, обычно описываются с помощью двух диаграмм изменения состояния: диаграммы PV, показывающей соотношение давление-объем, и диаграммы TS, демонстрирующей пару температура-энтропия.

Для постоянной массы газа работа теплового двигателя представляет собой повторяющийся цикл, и его PV-диаграмма будет выглядеть замкнутой фигурой.

Где теряется эффективность

Забегая вперёд можно констатировать, что для бензиновых двигателей КПД равен примерно 25 процентам. Почему так мало, и чем обусловлены такие цифры? Причины здесь в потерях: если взять некое количество топлива, и обозначить его ста процентами чистой энергии, передающейся мотору, то можно проследить все потери.

• Для начала следует разобрать топливную эффективность. Все мы в курсе, что топливо сгорает не полностью, и некоторая его часть просто выходит в виде отработанных газов и вместе с ними. А это уже потеря примерно четверти эффективности, то есть – минус 25%. Даже инжектор и другие современные системы не решают этого вопроса, хоть и стали очень эффективными.
• Далее идут тепловые потери. Мотор греет себя, воздух, другие элементы и узлы, к примеру, радиатор, охлаждающую жидкость, свой корпус, а также выхлоп. В этом месте эффективность теряет ещё около 35%.
• Немало процентов забирают механические потери. Это поршни, шестерни, кольца, подшипники и прочие элементы и узлы, где присутствует трение. Сюда же относим и нагрузки генератора, который при выработке электроэнергии заметно тормозит коленвал. Несмотря на то, что смазочные материалы стали гораздо эффективнее, вынь да положь ещё двадцать процентов потерь.

И что у нас остаётся в остатке? А всего 20%! Понятно, что это средний показатель, и бензиновые двигатели бывают более эффективными, но насколько – может ещё пять-семь процентов, не больше. Да и двигателей таких совсем немного. Итого из залитых десяти литров топлива, что автомобиль съедает на сто километров пробега, на полезную работу уходить всего два с половиной литра, а остальные семь-восемь литров попросту уходят в потери.

Лучшие двигатели внутреннего сгорания эффективны на 25%

Мощность и КПД

Мощность механизма или устройства равна работе, совершаемой в единицу времени. Работа(A) измеряется в Джоулях, а время в системе Си – в секундах. Но не стоит путать понятие мощности и номинальной мощности. Если на чайнике написана мощность 1 700 Ватт, это не значит, что он передаст 1 700 Джоулей за одну секунду воде, налитой в него. Это мощность номинальная. Чтобы узнать η электрочайника, нужно узнать количество теплоты(Q), которое должно получить определенное количество воды при нагреве на энное количество градусов. Эту цифру делят на работу электрического тока, выполненную за время нагревания воды.

Величина A будет равна номинальной мощности, умноженной на время в секундах. Q будет равно объему воды, умноженному на разницу температур на удельную теплоемкость. Потом делим Q на A тока и получаем КПД электрочайника, примерно равное 80 процентам. Прогресс не стоит на месте, и КПД различных устройств повышается, в том числе бытовой техники.

Напрашивается вопрос, почему через мощность нельзя узнать КПД устройства. На упаковке с оборудованием всегда указана номинальная мощность. Она показывает, сколько энергии потребляет устройство из сети. Но в каждом конкретном случае невозможно будет предсказать, сколько конкретно потребуется энергии для нагрева даже одного литра воды.

Например, в холодной комнате часть энергии потратится на обогрев пространства. Это связано с тем, что в результате теплообмена чайник будет охлаждаться. Если, наоборот, в комнате будет жарко, чайник закипит быстрее. То есть КПД в каждом из этих случаев будет разным.

На что тратиться полезная энергия?

Первый пункт здесь – это потери, возникающие непосредственно при горении топлива, ведь все топливо в двигателе никогда не сгорает, часть его улетает в выхлопную трубу. Эта часть, в среднем, составляет около 25%.

Следующим местом (точнее явлением), куда исчезает энергия, является тепло, выделяемое при горении. Возможно, кто-то из вас еще помнит со времен, проведенных на школьной скамье, что для получения тепла требуется энергия, соответственно, образуемое тепло – это есть потери энергии. Здесь стоит заметить, что тепла при работе двигателя внутреннего сгорания образуется с излишком, что требует внедрения серьезной системы охлаждения.

Далее, кроме тепла, выделяемого от горения, тепло выделяется и при самой работе двигателя, ведь все его части трутся, теряя тем самым часть своей энергии.

Подведя итог, получаем еще порядка 35-40% потерь энергии на образование тепла.

Ну, и третья группа потерь – это потери на обслуживание дополнительного оборудования. Помпа системы охлаждения, генератор, кондиционер и пр. – все они для своей работы тоже потребляют энергию. Энергия эта берется от работы двигателя – в размере порядка 10%.

Подведя итог, получаем, что, сжигая топливо, в реальности на «полезное» дело автомобиль затрачивает лишь четверть, а порой и вовсе пятую часть той энергии, которую вырабатывает его движок. Цифры средние, но разбежка в целом понятна.

Что такое КПД двигателя? 3 фактора, влияющих на эффективность работы двигателя

Одним из наиболее значимых параметров, которые определяют эффективность различных механизмов машины, является КПД двигателя внутреннего сгорания. Что собой представляет данное понятие, от чего зависит коэффициент полезного действия в случае с автомобильным двигателем? Какой двигатель эффективнее: дизельный или бензиновый? Можно ли увеличить КПД двигателя?

Вопрос о том, насколько мощность соответствует КПД двигателя внутреннего сгорания, интересует практически каждого автолюбителя. В идеале чем выше КПД, тем эффективнее должна быть силовая система. Если же переходить от теории к практике, КПД в районе 95 % наблюдается только у электрических двигателей. Если рассматривать двигатели внутреннего сгорания вне зависимости от типа используемого топлива, то об идеальных цифрах можно только рассуждать.

Разумеется, эффективность современных двигателей существенно повысилась, если сравнивать с моделями, которые были выпущены всего 10 лет назад. Выпускаемые в начале 2000 годов 1,5-литровые моторы были рассчитаны на 70 лошадиных сил, к данному параметру претензий не было. Сегодня же при аналогичном объёме речь идет о 150 лошадиных силах и более.

Производители теряют много времени, сил и ресурсов, чтобы медленно, но уверенно продвигаться в сторону увеличения КПД.

Содержание статьи

• Понятие «КПД двигателя»
• От чего зависит КПД?
• Коэффициент полезного действия: дизель или бензин?
  • Крутящий момент и мощность
  • Эффективность бензина и солярки
• Повышение КПД двигателя
• Выводы

Понятие «КПД двигателя»

Изначально рассмотрим, что такое КПД и как данное понятие рассматривать в аспекте автомобильного двигателя. Коэффициент полезного действия представлен показателем, с помощью которого отображается эффективность конкретного механизма относительно превращения полученной энергии в полезную работу. Показатель отображается в процентном соотношении.

В случае с двигателем внутреннего сгорания речь идет о преобразовании тепловой энергии, которая является продуктом сгорания топлива в цилиндрах мотора. КПД в данном случае отображает фактически реализуемую механическую работу, которая напрямую зависит от того, сколько поршень получит энергии от сгорания топлива. Также на данный параметр влияет итоговая мощность, которую установка отдаёт на коленчатом вале.

От чего зависит КПД?

Ошибочно полагать, что КПД дизельного или бензинового двигателя может хоть как-то приблизиться к 100 %. На самом деле итоговый параметр во многом зависит от потерь:

1. Потери при сгорании топлива стоит рассматривать первостепенно. Всё топливо, которое поступает в мотор, не может полностью сгорать, поэтому его часть просто улетает в выхлопную трубу. Потери в данном случае составляют около 25 %.
2. Тепловые потери находятся на втором месте по значению. Получение тепла невозможно без энергии. Следовательно, энергия теряется при образовании тепла. Поскольку в случае с двигателем внутреннего сгорания тепло образуется с избытком, возникает необходимость в эффективной системе охлаждения. Однако тепло выделяется не только при сгорании топлива, но также во время работы самого мотора. Это происходит за счёт трения его деталей, поэтому часть энергии он теряет самостоятельно. На эту группу потерь приходится около 35 — 40 %.
3. Последняя группа потерь имеет место в ходе обслуживания дополнительного оборудования. Расход энергии может идти на кондиционер, генератор, помпу системы охлаждения и прочие установки. Потери в данном случае составляют 10 %.

Страшно представить, что у нас остаётся, поскольку в случае с бензиновыми агрегатами это в среднем 20 %, в иных не более 5 — 7 % дополнительно. Следовательно, заливая 10 литров топлива, которые уходят за 100 км пробега, всего 2,5 литра уходит на полезную работу, тогда как остальные 7 — 8 литров считаются пустыми потерями.

Коэффициент полезного действия: дизель или бензин?

Сравнивая коэффициент полезного действия бензинового и дизельного силового агрегата, о низкой эффективности первого стоит сказать сразу. КПД бензинового мотора составляет всего 25 — 30 %. Если речь идет о дизельном аналоге, показатель в данном случае составляет 40 %. О 50 % может идти речь при установленном турбокомпрессоре. КПД на уровне 55 % допустим при условии использования на дизельном ДВС современной системы топливного впрыска в сочетании с турбиной.

Несмотря на то, что силовые установки конструктивно похожи, разница в производительности существенная, на что влияет принцип образования рабочей топливно-воздушной смеси и дальнейшая реализация воспламенения заряда. Также существенным фактором является вид используемого топлива. Оборотистость бензиновых силовых агрегатов более высока, если сравнивать с дизельными вариантами, но потери намного больше, поскольку полезная энергия расходуется на тепло. Как итог, эффективность преобразования энергии бензина в механическую работу намного ниже, а большая её часть просто рассеивается в атмосфере.

Крутящий момент и мощность

Если взять как основу одинаковый показатель рабочего объёма, мощность бензинового двигателя превосходит дизельный, но для её достижения обороты должны быть более высокими. Вместе с увеличением оборотов возрастают и потери, расход топлива повышается. Сам крутящий момент также не стоит упускать из виду, поскольку это сила, передающаяся на колёса от мотора, именно она и заставляет автомобиль двигаться. Таким образом, максимальный показатель крутящего момента бензиновыми двигателями достигается на более высоких оборотах.

Дизельный двигатель с аналогичными показателями способен на низких оборотах достичь максимума крутящего момента, а для реализации полезной работы расходуется меньше солярки. Следовательно, КПД дизельного двигателя выше, а топливо расходуется более экономно.

Если сравнивать с бензином, то солярка образует тепло в большей степени при более высокой температуре сгорания топлива. Также наблюдается более высокий параметр детонационной стойкости.

Эффективность бензина и солярки

Находящиеся в составе дизельного топлива углеводороды более тяжёлые, чем бензиновые. Во многом меньший коэффициент полезного действия бензинового мотора обусловлен особенностями сгорания бензинового топлива и его энергетической составляющей. Преобразование тепла в полезную механическую энергию в дизельном двигателе происходит более полноценно, следовательно, сжигание одинакового количества топлива за единицу времени позволяет дизелю выполнить больше работы.

Не стоит также упускать из виду создание необходимых для полного сгорания смеси условий и особенности впрыска. Подача топлива в дизельных моторах происходит отдельно от воздуха, поскольку впрыскивание осуществляется непосредственно в цилиндр на завершающем этапе такта сжатия, а не во впускной коллектор. Как итог, удаётся достичь более высокой температуры, а сгорание каждой порции топлива происходит максимально полноценно.

Повышение КПД двигателя

Топливная эффективность и КПД современных двигателей находятся на своём максимальном уровне, поскольку все усовершенствования, которые только могли иметь место в автомобильной инженерии, уже произошли. Тем не менее, производители стремятся повышать коэффициент полезного действия, но результат, который они получают, никак не сопоставим с огромными ресурсами, усилиями и временем, которое тратят для достижения цели. Итогом является увеличение КПД лишь на 2 — 3 %.

Частично именно эта ситуация стала причиной появления полноценной индустрии так называемого тюнинга двигателя в любой крупной стране. Речь идёт о многочисленных полукустарных мастерских, мелких фирмах и отдельных мастерах, которые доводят традиционные моторы массовых брендов для более высоких показателей, как в плане тяги, так и мощности или КПД. Это может быть форсирование, доработка, доводка и другие ухищрения, определяемые, как тюнинг.

Например, используемый впервые в 20-х годах турбонаддув воздуха, который поступает в двигатель, применяется и сейчас. Такое устройство было запатентовано ещё в 1905 году швейцарским инженером Альфредом Бюхи. В начале Второй мировой войны наблюдалось массовое внедрение систем прямого впрыска топлива в цилиндры поршневых моторов военной авиации. Следовательно, те передовые технические ухищрения, которые мы считаем современными, известны уже более 100 лет.

Выводы

В качестве итога стоит напомнить о том, что инженерам удалось шагнуть далеко вперёд от первых двигателей с КПД в районе 5 %. К тому же, изобретение идеального мотора с КПД под 100 % пока не представляется возможным, поэтому современные силовые установки находятся на пике своей эффективности. Единственный вариант для тех, кто принципиально нуждается в двигателе с 90-процентным КПД — это покупка электромобиля или машины с гибридным двигателем.

Формула КПД (коэффициент полезного действия)

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 потери. 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:

Это интересно: Рабочий тормозной цилиндр – как предупредить крупные неприятности?

Тепловая эффективность двигателя. Не такая страшная физика.

Обычно, если кто-то слышит слоган «тепловая эффективность двигателя», они сразу же меняют тему. Вы можете говорить о двигателях об их мощности, об их расходе топлива или — вызывая уважение собеседников как эксперта — о рабочих системах, таких как Дизель, Отто, Ванкель и Аткинсон. Но термическая эффективность звучит как домашняя работа по физике, то есть вызывает отвращение и негативные реакции. Между тем все это сливается в одно ….

КПД двигателя — обозначается латинским символом η (eta) — это параметр, который характеризует данный двигатель и означает, сколько подаваемого тепла преобразуется в полезную работу. В случае двигателя внутреннего сгорания это преобразование тепловой энергии, возникающей в результате сгорания топлива, в механическую энергию, выделяемую двигателем в результате вращения коленчатого вала.

Значения этой эффективности различны для разных типов двигателей и, например, для двигателей с искровым зажиганием составляют около 0,30–0,36, а для дизельных двигателей — около 0,40–0,45. Это означает не что иное, как то, что при заливке в бак 50 литров топлива только 15-18 литров бензина и 20-22,5 литра дизельного топлива используются для привода компонентов автомобиля. Остальное безвозвратно потеряно.

КПД дизельного двигателя – заметная эффективность

Показатель КПД для разных двигателей отличается и зависит от некоторых факторов. Бензиновые агрегаты имеют относительно низкий КПД, поскольку для них характерно большое количество тепловых и механических потерь, образующихся в процессе функционирования силовой установки данного типа.

Второй фактор – трение, возникающее в результате взаимодействия сопряженных деталей. Дополнительные потери вызваны работой других систем, механизмов и навесного оборудования и т.д.

Если сравнить дизельный мотор и бензиновый, то КПД дизеля значительно превышает КПД бензиновой установки. Бензиновые моторы имеют КПД в пределах 25% от количества полученной энергии. Иными словами, из потраченных в процессе функционирования мотора двигателя 10 л бензина только 3 л израсходованы на выполнение полезной для системы работы. Остальная часть энергии, образовавшаяся от сгорания бензина, разошлась на различные потери.

Что касается КПД дизельного агрегата атмосферного, то этот показатель достаточно высокий и составляет до 40%. Установка современного турбокомпрессора позволяет эту отметку увеличить до внушительных 50%. Современные системы топливного впрыска, установленные на дизельных ДВС, в совокупности с турбиной позволяют добиться КПД даже 55%.

Такая существенная разница в производительности конструктивно похожих дизельных и бензиновых ДВС обусловлена рядом факторов, к ним относятся:

Агрегаты, работающие на бензине, более оборотистые, чем дизельные, но имеют более существенные потери, которые вызваны расходом энергии на тепло. Соответственно, полезная энергия бензина менее эффективно преобразуется в полноценную механическую работу, в то же время большая доля рассеивается системой охлаждения.

Потери мощности — куда и почему

• топливная эффективность – топливо сгорает не полностью, небольшая его часть просто вылетает в выхлопную трубу. На этом этапе теряется 25%;
• тепловая – двигатель греет не только себя, но и другие его элементы. Для получения тепла требуется энергия, это и есть потери. На них тратится еще 35%;
• механические – во время движения механизмов возникает трение. Конечно, смазки ослабляют его действие, однако полностью победить его пока не удалось. Это еще 20%.

• Фейсбук
• Гугл+
• ЖЖ
• Blogger

На выходе получаем, что кпд двигателя составляет всего 20-25%. Фактически, если автомобиль расходует 10 л бензина на 100км, то на работу уйдет всего 2 л, остальное составляют потери.

На что тратиться полезная энергия?

Первый пункт здесь – это потери, возникающие непосредственно при горении топлива, ведь все топливо в двигателе никогда не сгорает, часть его улетает в выхлопную трубу. Эта часть, в среднем, составляет около 25%.

Следующим местом (точнее явлением), куда исчезает энергия, является тепло, выделяемое при горении. Возможно, кто-то из вас еще помнит со времен, проведенных на школьной скамье, что для получения тепла требуется энергия, соответственно, образуемое тепло – это есть потери энергии. Здесь стоит заметить, что тепла при работе двигателя внутреннего сгорания образуется с излишком, что требует внедрения серьезной системы охлаждения.

Далее, кроме тепла, выделяемого от горения, тепло выделяется и при самой работе двигателя, ведь все его части трутся, теряя тем самым часть своей энергии.

Подведя итог, получаем еще порядка 35-40% потерь энергии на образование тепла.

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.

Сравнение КПД тепловых двигателей — бензиновый и дизельный

Если сравнивать полезную мощность, то сразу отметим, что бензиновый не такой эффективный. Его величина составляет всего 25-30%, в то время как у дизельного она -40%.

Несмотря на схожесть агрегатов, у них различные виды смесебразования.

• У бензинового мотора поршни работают при более высоких температурах, что требует хорошего охлаждения. Поэтому тепловая энергия, которая могла бы трансформироваться в механическую, тратится впустую, тем самым снижая КПД.
• У дизельного – рабочая смесь воспламеняется при сжатии, поэтому давление в цилиндрах намного выше. Кроме того, мотор намного меньше и экологичнее.
  При низких оборотах и большом рабочем объеме уровень КПД может возрасти до 50%.

• Фейсбук
• Гугл+
• ЖЖ
• Blogger

Это интересно: Сварка кузова автомобиля: как правильно сделать её своими руками

Формула работы в физике

Для механической работы формула несложна: A = F x S. Если расшифровать, она равна приложенной силе на путь, на протяжении которого эта сила действовала. Например, мы поднимаем груз массой 15 кг на высоту 2 метра. Механическая работа по преодолению силы тяжести будет равна F x S = m x g x S. То есть, 15 x 9,8 x 2 = 294 Дж. Если речь идет о количестве теплоты, то A в этом случае равняется изменению количества теплоты. Например, на плите нагрели воду. Ее внутренняя энергия изменилась, она увеличилась на величину, равную произведению массы воды на удельную теплоемкость на количество градусов, на которое она нагрелась.

Асинхронный двигатель и стирлинг

Сегодня на рынке представлены асинхронные машины, большей частью которых являются элетрические. Асинхронный механизм преобразовывает электрическую энергию в механическую.

Основные их достоинства:

• простота изготовления и относительно низкая стоимость;
• высокая надежность;
• эксплуатационные затраты небольшие.

• Фейсбук
• Гугл+
• ЖЖ
• Blogger

Формула кпд рассчитывается следующим образом: η = P2 / P1 = (P1 — (Pоб — Pс — Pмх — Pд)) / P1, где Роб =Pоб1 + Роб2 – общие потери в обмотках асинхронного мотора. Для большинства современных механизмов такого типа, коэффициент достигает 80 – 90%.

Еще одним двигателем внутреннего сгорания, который может работать от любого источника тепла, является двигатель Стирлинга.

Следует учесть, что такие механизмы используют на космических аппаратах и современных подводных лодках.

• Фейсбук
• Гугл+
• ЖЖ
• Blogger

Он работает при любых температурах, не требует дополнительных систем для запуска, при этом их коэффициент полезного действия выше на 50-70, чем обычных двигателей.

КПД двигателя внутреннего сгорания – что это?

Во время работы, мотор превращает тепловую энергию, которая получилась от сгорания топлива, в механическую работу. Современные двигатели намного эффективнее, чем тем, которые были изготовлены лет 10 назад. Таким образом, коэффициент полезного действия рассчитывается на основании теххарактеристик, а также других показателей.

КПД это процентное отношение полезной работы к полной. Другими словами, это преобразование мощности, которая поступает на коленчатый вал двигателя, к мощности, которую получает поршень от сгорания топлива.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Все механизмы предназначены для выполнения определенной работы, которую называют полезной. Однако при этом часть энергии растрачивается. Для того чтобы выяснить эффективность работы, вполне подойдет формула кпд в физике: ɳ= А1/А2×100%, где А1 – полезная работа, выполненная машиной или двигателем, А2 – вся затраченная работа. При этом кпд обозначается символом η.

• Фейсбук
• Гугл+
• ЖЖ
• Blogger

Эффективность кпд измеряется в процентах и зависит от различных потерь, которые происходят в процессе работы.

КПД и мощность электродвигателя

КПД и мощность — это то, на что в первую очередь стоит обратить внимание при выборе асинхронного электродвигателя АИР. Суть работы любого эл двигателя заключается в том, что электрическая энергия, с сопутствующими преобразованию потерями, превращается в механическую. Чем меньше потери при протекании данного процесса, тем выше его КПД и тем эффективнее эл двигатель. Но, при всей важности коэффициента полезного действия, не стоит забывать о мощности мотора. Ведь даже при чрезвычайно высоком КПД и выдаваемой им мощности может быть недостаточно для решения необходимых вам задач. Поэтому при покупке очень важно знать не только, чему равен КПД электродвигателя, но и какую полезную мощность он сможет выдать на своем валу. Оба эти значения должны быть указаны производителем. Порой бывает и такое, что нет доступа к паспорту мотора (например, если вы покупаете его “с рук”, что крайне не рекомендуется делать) и приходится самостоятельно вычислять столь важные параметры. Для начала стоит определить: что такое коэффициент полезного действия, или попросту КПД. И так, это отношение полезной работы к затраченной энергии.

Определение КПД электродвигателя

Получается, для того чтобы определить этот параметр необходимо сравнить выдаваемую им энергию с энергией, необходимой ему чтобы функционировать. Вычисляется КПД с помощью выражения:

η=P2/P1 где η — КПД

P2- полезная механическая мощность электромотора, Вт P1- потребляемая двигателем электрическая мощность, Вт;

Коэффициент полезного действия это величина, находящаяся в диапазоне от 0 до 1, чем ближе ее значение к единице, тем лучше. Соответственно, если КПД имеет значение 0,95 — это показывает, что 95 процентов электрической энергии будут преобразованы им в механическую и лишь 5 процентов составят потери. Стоит отметить, что КПД не является постоянной величиной, он может меняться в зависимости от нагрузки, а своего максимума он достигает при нагрузках в районе 80 процентов от номинальной мощности, то есть от той, которую заявил производитель мотора. Современные асинхронные электродвигатели имеют номинальный КПД (заявленные производителем) 0,75 — 0,95. Потери при работе двигателя в основном обусловлены нагревом мотора (часть потребляемой энергии выделяется в виде тепловой энергии), реактивными токами, трением подшипников и другими негативными факторами. Под мощностью мотора понимают механическую мощь, которую он выдает на своем валу. В целом же мощность — это параметр, который показывает, какую работу совершает механизм за определенную единицу времени.

КПД электродвигателя это очень важный параметр определяющий, прежде всего эффективность использования энергоресурсов предприятия. Как известно КПД электродвигателя значительно снижается после его ремонта, об этом мы писали в этой статье. При уменьшении коэффициента полезного действия будут соответственно увеличены потери электроэнергии. В последнее время набирают популярность энергоэффективные электродвигатели разных производителей, в России популярны моторы производства ОАО «Владимирский электромоторный завод». Любые асинхронные электродвигатели представлены в каталоге продукции. Дополнительную полезную информацию Вы можете посмотреть в каталоге статей.

Максимальное значение кпд идеального двигателя

Как найти кпд двигателя, чье значение было бы идеальным и равнялось 100%. Возможно ли такое? Ответ на этот вопрос дал еще в 1824 г. инженер С. Карно. В своих разработках он придумал идеальную машину, где формула кпд теплового двигателя выглядит так: η=(T1 — Т2)/ T1.

• Фейсбук
• Гугл+
• ЖЖ
• Blogger

В результате было выяснено, что достичь 100% коэффициента можно лишь в том случае, если температура охладителя будет равна абсолютному нулю, а это невозможно, поскольку она не может быть ниже температуры воздуха.

Мощность и крутящий момент

Когда показатели рабочего объема одинаковые, мощность атмосферного бензинового двигателя выше, но достигается только при более высоких оборотах. Агрегат нужно сильнее «крутить», при этом потери возрастают, соответственно увеличивается расход топлива. Кроме этого, стоит упомянуть крутящий момент, под воздействием которого повышается сила, которая передается от двигателя на колеса и способствует движению автомобиля. Бензиновые двигатели выходят на максимальный уровень крутящего момента лишь высоких оборотах.

Атмосферный дизель с такими же параметрами достигает пика крутящего момента лишь при низких оборотах. Это способствует меньшему расходу топлива, необходимого для выполнения работы, в результате чего, КПД более высокий и топливо расходуется экономнее.

В равнении с бензином, дизельное топливо образует больше тепла, так как температура сгорания дизтоплива значительно выше, что способствует более высокой детонационной стойкости. Получается, у дизельного мотора полезная работа, произведенная на конкретном количестве топлива гораздо больше.

Накануне

В феврале 1893 г. Рудольф Дизель получил патент на двигатель, по имени изобретателя вот уже более ста лет называющийся «дизельным». Первый работоспособный образец мотора своей конструкции был изготовлен Р. Дизелем к началу 1897 г. и 28 января успешно прошел испытания. К этому времени четко обозначилась потребность народного хозяйства и военного ведомства в транспортном двигателе, работавшем на тяжелом топливе. С самого момента появления такой мотор нашел горячих приверженцев в нашей стране, а лицензию на выпуск дизельмотора приобрел завод Нобелей в Петербурге.

К числу достоинств моторов, работавших на тяжелом топливе, относились: отсутствие электрической системы зажигания, меньший на 25-35% удельный расход топлива и его меньшая пожароопасность. Более высокая плотность дизельного топлива позволяла использовать под него баки меньшего объема.

Уже в 1903 г. дизелем петербургского завода Нобелей был оснащен первый в мире теплоход «Вандал». Однако в деле внедрения дизельных двигателей на транспорте возникли и существенные трудности, поскольку для изготовления их топливных систем требовалось применение сложного, а следовательно, и более дорогого, прецизионного оборудования. Кроме того, дизели отличались в целом большей металлоемкостью и существенной удельной массой. Более высокое по сравнению с карбюраторными двигателями давление вспышки (примерно двух-четырех кратное) предъявляло повышенные требования к прочности и жесткости кривошипно-шатунного механизма. Ручной пуск дизельных двигателей был практически невозможен, что, в свою очередь, вызывало необходимость установки специальных пусковых устройств. Поэтому первые опыты с применением дизелей на автомобильном или воздушном транспорте не имели успеха, и они изначально не могли конкурировать с карбюраторными (бензиновыми) двигателями. Первоначально развитие получили малооборотные судовые дизели, а также мобильные дизель-генераторы, предназначавшиеся для снабжения электричеством отдаленных жилых, народнохозяйственных или иных объектов.

Это интересно

Наукой обосновано, что коэффициент полезного действия любого механизма всегда меньше единицы. Это связано со вторым началом термодинамики.

Для сравнения, коэффициенты полезного действия различных устройств:

• гидроэлектростанций 93-95%;
• АЭС – не более 35%;
• тепловых электростанций – 25-40%;
• бензинового двигателя – около 20%;
• дизельного двигателя – около 40%;
• электрочайника – более 95%;
• электромобиля – 88-95%.

Наука и инженерная мысль не стоит на месте. постоянно изобретаются способы, как уменьшить теплопотери, снизить трение между частями агрегата, повысить энергоэффективность техники.

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.

Коэффициент полезного действия (КПД) – широко используемая характеристика эффективности некоторой системы или устройства. В нашем случае этой системой выступает двигатель внутреннего сгорания. Казалось бы, о какой эффективности может идти речь в мире современных моторов, разве она не равна 100 процентам? Но оказывается, как нет в нашем мире идеально черного или белого, так нет и машины, у которой вся энергия, получаемая от горения топлива, полностью переходит в механическую энергию, а последняя в свою очередь в полезную энергию прижимающую пилота автомобиля в его кресло.

Литература

• [1] Котельников В., Медведь А. Авиационные дизели, или тернистый путь А.Д. Чаромского //Двигатель.-2002, №2(20).
• [2] Зубов Е. Легендарный В-2: три страницы судьбы //Двигатель. 1999, №4(4).
• [3] Пути к решению вопроса об отечественном тракторостроении // Бюллетень Научно-автомоторно-го института. — 1922, №4.
• [4] Бухарин Н.А. Современные тракторы. Устройство и эксплуатация. -М-Л., 1931.

источник: Александр Кириндас, Михаил Павлов «МЕХАНИЧЕСКАЯ ТЯГА. КПД ДИЗЕЛЯ» // «Техника и вооружение» Январь 2012

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.

Читать дальше: Замена механизма стеклоподъемника ваз 2107

На этом заканчиваю, читайте наш АВТОБЛОГ.

(26 голосов, средний: 4,08 из 5)

Наверняка, многие автолюбители задавались вопросом о том, насколько мощность двигателя внутреннего сгорания соответствует полезности. Предполагается, что чем у силовой системы показатель КПД выше, тем она эффективнее. Если говорить абсолютными категориями, то на сегодняшний день самый высокий коэффициент у электрических двигателей, в некоторых моделях он достигает порядка 95 процентов. Что же до двигателей внутреннего сгорания, то у большинства из них, вне зависимости от типа топлива этот показатель весьма далёк от идеальных цифр.

КПД двигателя внутреннего сгорания

Конечно, современные двигатели гораздо эффективнее тех, что были разработаны и выпущены лет десять назад, обусловлено это объективными причинами развития технологий. В начале нулевых мотор объёмом в полтора литра выдавал в среднем около семидесяти лошадиных сил, и это было нормальным. Сегодня количество голов в табуне такого же объёма может достигать более 150. Каждый шажочек в плане увеличения КРД двигателя даётся производителям кропотливым трудом и перебором проб, ошибок и удач.

О методах повышения КПД при техническом творчестве

Относительно скромные успехи государственных НИИ (не случайно основные сведения о работающих на тяжелом топливе моторах были получены на основе данных испытаний зарубежной техники или из иностранной литературы) вынудили изыскивать новые формы организации творческой деятельности. Одной из таких форм организации было создание конструкторских бюро под эгидой ОГПУ. Достаточно хорошо известно своими самолетами ОКБ-1 при заводе №39. ОКБ-2 при заводе №24 проектировало серию двигателей ФЭД (Феликс Эдмундович Дзержинский), в частности, в нем был создан 24-цилиндровый Х-образный дизель со смешанным клапанно-щелевым газораспределением ФЭД-8. Двигатель ФЭД-8 задумывался как авиационный. За разработку дизельного двигателя для нужд наземного транспорта взялись в АТТБ ОГПУ. Производственной базой новосозданного КБ стал Подольский завод. Работу КБ курировали начальник ЭКУ ОГПУ Миронов и начальник Техотдела ОГПУ Горяков.

Конструкторам АТТБ, без сомнения, были известны новейшие немецкие форкамерные транспортные дизели (шестицилиндровый «Даймлер-Бенц», а также четырех- и шестицилиндровые «Дейц»), но к разработке двигателя они подошли творчески. Конструкция дизеля «Дейц» была критически рассмотрена и свой выбор инженеры остановили на трехцилиндровом рядном моторе, который явился вполне самостоятельной конструкцией, а от «Дейц» полностью скопировали только форсунку.

Трехцилиндровый двигатель был относительно прост в производстве. Вместе с тем, и двухтактные и четырехтактные трехцилиндровые двигатели из-за наличия моментов сил инерции поршней и шатунов являлись несбалансированными, что вынуждало дополнительно усложнять их конструкцию путем введения успокоительного вала для компенсации моментов 1-го порядка. Наилучшим по плавности хода трехцилиндровым рядным двигателем считался двухтактный.

К моменту организации работ АТТБ ОГПУ было принято принципиальное решение об организации в нашей стране производства тракторов «Катерпиллер» (Caterpillar). Первоначально рассматривался трактор «Thirty», однако позднее выбор остановили на «Sixty». относилась к числу мировых лидеров в производстве тракторов, a «Sixty» считался одной из наиболее совершенных моделей гусеничного трактора конца 1920-х гг. Вместе с тем, этот трактор проектировался как народнохозяйственный, а не специальный военный быстроходный, поэтому он имел сравнительно низкие скорости движения. Одной из возможностей повышения скоростей движения было изменение передаточных чисел в трансмиссии. Однако с ростом скорости трактора неизбежно снижалось тяговое усилие.

Изменение скорости буксировки за счет перемены тягового усилия могло быть реализовано путем модернизации коробки скоростей или введения дополнительного устройства – мультипликатора или демультипликатора. Вероятно, впервые такая возможность повышения скорости артиллерийского трактора рассматривалась на заседании «Кометы» в 1922 г. при обсуждении заказа Обуховскому ) на тракторы Холт 75НР. Однако в то время проблему быстроходности (повышения максимальной скорости с примерно 3,5 до почти 5 верст в час) завод успешно решил за счет улучшения качества и точности изготовления узлов и повышения мощности двигателя с фактических 60 до 75 заявленных лошадиных сил.

При модернизации тракторов «Коммунар» этот принцип был реализован в разработке «скоростной» (разумеется, относительно) модификации 9ЕУ и более «тяговой» модификации 9А. В дальнейшем новшества были внедрены комплексно в наиболее совершенной модели 3-90, оснащенной мощным двигателем, что позволило получить трактор с удовлетворительными тяговыми и скоростными показателями.

Еще одним своеобразным недостатком трактора «Sixty» являлось использование дорогого легкого топлива. Создание мощного дизеля призвано было разрешить обе проблемы сразу.

Другим важным аспектом при освоении новых образцов вооружений (а трактор рассматривался в первую очередь как быстроходный военный) является существенная материальная нагрузка на народное хозяйство, поэтому важным фактором стала мобилизационная готовность государства – перевести экономику на военные рельсы с минимальными издержками. Создание на основе предполагавшегося к освоению массового трактора «Sixty» армейского тягача виделось чрезвычайно заманчивым.

Решить в кратчайшие сроки комплекс этих крайне непростых задач и должен был коллектив АТТБ.

Уже менее чем через год после выхода постановления ПБ ЦК Миронов и Горяков докладывали о проделанной в развитие решения Партии работе и об успехах курируемого ими конструкторского коллектива:

«Забронирован и вооружен пулеметом ДТ трактор «Катерпиллер».

Толщина брони: лоб, передок 6 мм, Верх 4 мм Защита мотора 3 мм Количество патронов 1260 шт.

На трактор поставлен работающий на нефти двухтактный бескомпрессорный дизель собственной конструкции, вместо американского газолинового двигателя, чем достигается большая экономия и по ценности и по его расходу/ 212-222 гр на силу час вместо 330-360 гр газолина/.

Трактор снабжен дополнительной коробкой скоростей/мультпликатор/ дающей возможность увеличить скорость его движения до 13,3 км/ч вместо 5,9 клм у Американского образца. Гусеница трактора облегчена весом, изготовлена из стали повышенного качества. Запроектирован вариант гусеницы на подрезиненных плицах.

Таким образом, трактор мобилизационно может быть превращен в забронированный и вооруженный тягач с повышенными скоростями движения».

В ходе заводских испытаний, завершенных к зиме 1931-1932 гг., от облегченной гусеницы отказались, отдав предпочтение оригинальной гусенице, заимствованной от трактора «Sixty».

На государственные испытания трактор был представлен в конце февраля 1932 г. под маркой КПД («Катерпиллер подольский дизельный»), Наряду с КПД испытаниям подверглись «Sixty» («Катерпиллер-60») и ряд других тракторов.

Испытания были призваны выявить тип трактора, пригодный для возки артиллерийских систем и других военных грузов. Тракторы оценивались по простоте обслуживания, экономичности, прочности конструкции и ряду иных параметров, в частности, определялись

«удобства обращения и легкости, как мастерского, так и особенно полевого ремонта – смена наиболее жизненных и страдающих частей».

Комиссия осмотрела тракторы 24 февраля 1932 г. Затем они прошли обкатку, динамометрирование, а в период с 1 по 16 марта состоялись пробеги протяженностью до 300 км по шоссе и 50 км по грунтовым дорогам, снежной целине ближнего Подмосковья в районе деревни Черной и по Хорошевскому шоссе (сейчас это уже в черте города).

Тракторы выводились на испытания с поездами в составе 203-мм гаубицы М-6, 152-мм мортиры с передком, 76-мм зенитной пушки, а также пары повозок П-26.

Суточный пробег составлял 8 ч, а в случае необходимости трактор оставался на ночевку в пути. В ходе интенсивных испытаний 5 марта на тракторе КПД были погнуты шпоры гусениц, а 8 марта сломан мультипликатор. Все ремонты КПД, как и других машин, удалось осуществить в полевых условиях.

При движении на малых скоростях все поезда двигались без затруднений. С ростом скорости буксировки до 8-10 км/ч наблюдалось виляние (занос) поезда. С повышением скорости до 16 км/ч виляние прицепов становилось очень сильным,

«угрожая возможностью закатиться в канаву или задеть за встречный экипаж задней прицепкой».

Во время очередного скоростного заезда трактор КПД съехал с дороги под откос, и его пришлось извлекать при помощи «Коммунара».

По итогам испытаний военные констатировали:

«Трактор Катерпиллер-60 прочен и прост, удобен в обращении. Исключительно надежно работает мотор в различных условиях, независимо от продолжительности беспрерывной работы».

В числе недостатков трактора «Sixty» были отмечены: скорость не выше 5,9 км/ч, громоздкая крыша, наличие несменных и вызывавших сильную тряску при движении на максимальной скорости по твердому грунту шпор, а также дефект помпы.

Трактор КПД имел те же недостатки гусеничного хода, что и у базовой модели, в связи с чем военные отметили, что он может надежно работать в тех же условиях, что и «Sixty». Выхлоп отработанных газов сильно демаскировал трактор, что было отмечено как серьезный недостаток. Пуск мотора сжатым воздухом также оказался ненадежным.

В целом предъявленная конструкция подтвердила очевидные преимущества дизельных двигателей и принципиальную возможность создания относительно быстроходного трактора на основе «Sixty», но выявленные дефекты воспрепятствовали принятию КПД на вооружение. Опыт разработки и испытаний трактора КПД был учтен при создании новых конструкций машин.

Использованы иллюстративные и документальные материалы РГВА.

Анализ теплового цикла

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.

Каждый из этих процессов осуществляется по следующей схеме, которая определяет условия реализации цикла:

• Изотермический — работа выполняется при постоянной температуре.
• Изобарический — рабочий цикл реализуется при постоянном давлении.
• Изометрический — тепловой процесс протекает при постоянном объеме
• Адиабатический — цикл осуществляется при постоянной энтропии.

Для того чтобы процесс был максимально приближен к обратимому, есть два способа перемещения поршня: изотермический — это означает, что тепло постепенно поступает или выходит из резервуара при температуре, бесконечно отличающейся от температуры газа в поршне, и адиабатический, при котором теплообмен вообще не происходит, газ действует, как пружина.

Таким образом, когда подводится тепло и газ расширяется, температура газа должна оставаться такой же, как и у источника тепла, при этом газ расширяется изотермически. Точно так же позже он будет сжиматься в цикле изотермически, с выделением тепла.

Чтобы выяснить эффективность, нужно проследить за полным циклом двигателя, выяснить, сколько он работает, сколько тепла забирается из топлива и сколько энергии теряется при подготовке к следующему циклу.

Характеристики теплового цикла, связанного с тепловым двигателем, обычно описываются с помощью двух диаграмм изменения состояния: диаграммы PV, показывающей соотношение давление-объем, и диаграммы TS, демонстрирующей пару температура-энтропия.

Для постоянной массы газа работа теплового двигателя представляет собой повторяющийся цикл, и его PV-диаграмма будет выглядеть замкнутой фигурой.

Мы пойдем своим путем

В качестве своеобразной альтернативы традиционному дизельному двигателю рассматривались калоризаторные нефтяные моторы. Один из таких моторов в 1903 г. запатентовал русский изобретатель Я. В. Мамин. В этом двигателе конструктор использовал дополнительную камеру с тепловым аккумулятором в виде вставного запальника («калоризатора»). Калоризатор перед началом работы двигателя нагревали от постороннего источника тепла, а затем дальнейшая работа двигателя обеспечивалась за счет самовоспламенения топлива. В качестве топлива для двигателя с калоризатором использовалась сырая нефть. Двигатели такого типа получили название «русский дизель».

Производство калоризаторных нефтяных двигателей не требовало сложного оборудования и отличалось крайней простотой, однако попытки их применения в качестве транспортных силовых установок оказались не вполне удачными. Пуск двигателя был крайне трудоемким процессом, поскольку осуществлялся путем длительного подогрева калоризатора. Они отличались тихоходностью и крайне низкой литровой мощностью. Конечно, необходимые на подогрев калоризатора затраты времени (20-30 мин), были вполне сопоставимы со временем разведения паров первых тракторов, но стремительное совершенствование карбюраторных двигателей на легком топливе ограничило область применения «русских дизелей» стационарными силовыми установки, в основном для привода сельхозмашин. Подобные двигатели нашли применение и на первых отечественных тракторах так называемого «русского типа».

Выбор калоризаторного нефтяного мотора для первых отечественных тракторов объяснялся стремлением максимально снизить трудоемкость изготовления и применить относительно дешевые конструкционные материалы, что теоретически должно было способствовать уменьшению стоимости изготовления и ремонта самого трактора. Другим важным аспектом снижения стоимости первых тракторов стало использование колесного движителя как отличающегося существенно меньшей металлоемкостью в сравнении с гусеничным, правда, в ущерб тяговым показателям. Важным недостатком тракторов «русского типа» оказалось то, что они на практике отличались неудовлетворительной топливной экономичностью и повышенным расходом воды, а также малой производительностью, поэтому их применение для пахоты было нерентабельно. В связи с этим большинство тракторов применялось в качестве передвижных силовых установок. Перспективы использования маломощных колесных тракторов в военных целях не могли оцениваться как благоприятные.

Несмотря на все возможные конструктивные противоречия, казалось заманчивым объединить преимущества гусеничного трактора и предельно простую конструкцию калоризаторного нефтяного мотора. В развитие данной оригинальной концепции в тракторной лаборатории НАМИ были разработаны проекты тракторов «Лабтрак» с нефтяными моторами различной мощности: сельскохозяйственного – 8,8 кВт (12 л.с.), двойного назначения – 19,1-20,6 кВт (26-28 л.с.) и военного – 35,3-38,2 кВт (48-52 л.с.). Наиболее детально были проработаны проекты тракторов с двигателями мощностью 19,1-20,6 кВт (26-28 л.с.).

В основу концепции проектирования тракторов «Лабтрак» были положены следующие принципы:

«1) Употребление высокосортных материалов, как например, стали никелевой, ванадиевой и др. изготовляемых на очень немногих русских заводах и в очень ограниченном количестве, – должно быть сведено до минимума и употребляться лишь там – где без этого будет резко нарушаться пропорция конструкции.

2) Конструкции всех 3-х моделей должны быть разработаны таким образом, чтобы иметь возможно более одинаковых деталей, каковые будут изготовляться по принципу взаимозаменяемости, чем будет достигаться удешевление как самого производства так и дальнейшего ремонта машин».

На тракторе Г.26-28 поперек продольной оси машины устанавливался двухцилиндровый двухтактный двигатель с горизонтальным расположением цилиндров. На концах коленчатого вала двигателя размещались две зубчатки и маховики. Промежуточный вал трансмиссии имел четыре цилиндрических шестерни, связанных с валом с помощью двух кулачковых и двух дисковых сцеплений. С использованием первых обеспечивалось изменение передаточных чисел трансмиссии или скоростей движения трактора. С помощью вторых осуществлялось управление (поворот) машиной за счет выключения одной из гусениц. Всего в состав трансмиссии входили восемь цилиндрических шестерен, которые располагались в глухих картерах. Крутящий момент от коленчатого вала двигателя на промежуточный вал трансмиссии мог передаваться с двух сторон (слева или справа),

«причем этими переборами и достигается изменение скорости».

За счет изменения передаточных чисел трансмиссии скорость движения трактора составляла от 3 до 6 км/ч. Движение задним ходом обеспечивалось реверсом двигателя. Гусеницы трактора, представлявшие собой тип промежуточных роликовых цепей, свободно подвешивались к раме трактора на передней поперечной рессоре и имели центр качания на основной оси, совпадавший с валом ведущих зубчаток.

Радиаторы системы охлаждения двигателя располагались слева и справа от него так, что вентиляторы для их охлаждения были связаны с маховиками коленчатого вала двигателя через фрикционы. Управление движением трактора и переключение передач осуществлялось с помощью двух рычагов. Для размещения водителя и одного пассажира трактор оборудовался двухместным сиденьем.

Трактор В.26-28 имел продольно установленный двигатель с вертикальным расположением цилиндров и маховиком на коленчатом валу. В трансмиссии трактора использовались три конические шестерни, одна из которых располагалась непосредственно на коленчатом валу двигателя, а две других – на промежуточном валу трансмиссии. Причем с последним они соединялись с помощью кулачковых муфт. Конические шестерни промежуточного вала трансмиссии, в свою очередь, были жестко связаны с внешними коробками дисковых сцеплений, с помощью которых осуществлялось управление трактором. Вся трансмиссия состояла из трех конических и шести цилиндрических шестерен, из которых одна пара имела внутреннее зацепление. Трансмиссия обеспечивала трактору две передачи переднего хода (переключение передач осуществлялась с помощью перемещения концевых малых шестерен промежуточного вала и сцеплением их с той или другой парой шестерен конечной передачи). Для движения задним ходом в зацепление вводились левая или правая коническая шестерня с промежуточным валом трансмиссии.

Гусеничный ход В.26-28 был аналогичен гусеничному ходу трактора Г.26-28. При необходимости гусеничный ход тракторов «Лабтрак» моделей В.26-28 и Г.26-28 мог заменяться колесным ходом с установкой переднего рулевого колеса.

Специальный военный трактор оснащался четырехцилиндровым двигателем, цилиндры которого отливались по два в одном блоке (как и в первом типе), а сами блоки имели угол развала 90º. Существовали два проекта тракторов: М.48-52 – с механической и Г.В.48-52 – с гидравлической трансмиссиями.

Детальное рассмотрение разработанных проектов тракторов показало, что они были «вполне согласованы с требованиями общегражданского транспорта и военных нужд чисто обозного характера». Также отмечалось:

«Конечно, это не касается боевых заданий, каковые требуют специальных машин, отличительным признаком которых является большая скорость их передвижения и значительная мощность двигателя. Но эти специфические требования уже вполне определенно указывают на то, что в этом типе согласовать требования сельского хозяйства и военного ведомства едва ли представится возможным».

Тракторы «Лабтрак» не нашли практического применения из-за недостатков, ставших очевидными еще на этапе проектирования.

Еще одним важным обстоятельством являлось то, что отечественные тракторы с нефтяными калоризаторными двигателями изготавливались кустарно-примитивным способом. Это негативно сказывалось на их стоимости и особенно очевидно проявилось с освоением выпуска на Путиловском , поэтому к 1925 г. на государственном уровне приняли решение о прекращении работ по тракторам «русского типа».

Типы систем питания

Карбюраторный вариант предполагает смешивание воздуха и бензина во впускном трубопроводе карбюратора. В последнее время выпуск таких вариантов двигателей существенно снижается из-за несущественной экономичности подобных двигателей, их несоответствия экологическим нормам современности.

В вариантах впрысковых двигателей подача топлива происходит с помощью одного инжектора (форсунки) в центральный трубопровод.

В случае распределительного впрыска топливо попадает внутрь двигателя несколькими инжекторами. В таком случае увеличивается максимальная мощность, что существенно увеличивает КПД дизельного двигателя.

При этом снижаются расходы бензина и токсичность обработанных газов за счет фиксированной дозировки топлива электронными системами управления автомобильным двигателем.

Рассуждая над тем, каков КПД современного дизельного двигателя, необходимо знать о системе впрыска бензиновой смеси в камеру хранения. Если подача топлива осуществляется порциями, это гарантирует работу двигателя на обедненных смесях, что помогает снижать расход топлива, уменьшать выброс в атмосферу вредных газов.

Базовые компоненты ESTEC

Бензиновый двигатель Газель Некст 2.7 л. устройство ГРМ, технические характеристики Evotech 2.7

Основными конструктивными особенностями ESTEC являются цикл Аткинсона, геометрическая степень сжатия 13,5:1 и система EGR с жидкостным охлаждением (обычный 1NR-FE имеет степень сжатия 11,5:1 и внутреннюю рециркуляцию выхлопных газов). Система бесступенчатого регулирования фаз VVT-iE с электроприводом является ключевым элементом в реализации цикла Аткинсона. Она позволяет быстро и с высокой точностью регулировать подъем впускных клапанов и избежать затруднений, возникающих из-за разницы температуры и давления масла при холодном пуске и на прогретом моторе.

В системе рециркуляции выхлопных газов используется эффективный охладитель и быстродействующий клапан. Кроме того, впускной трубопровод, охладитель и клапан непосредственно соединены между собой для уменьшения образования конденсата от охладителя.

Оптимизированная форма впускных каналов обеспечивает быстрое наполнение цилиндров, а создаваемое завихрение способствует улучшенному сгоранию смеси. Чтобы удовлетворить требованиям, как к производительности, так и к расходу топлива, выпускной коллектор выполнен по схеме 4-2-1. Это позволяет уменьшить количество остаточных газов в цилиндрах двигателя.

Восстановление производительности

Увеличение степени сжатия до 13,5:1 снизило крутящий момент со 104 Нм до 96 Нм. Чтобы восполнить эту потерю, Toyota применила выпускной коллектор измененной формы, уменьшающий количество остаточных газов и температуру в цилиндре; новую водяную рубашку, поддерживающую оптимальную температуру поверхности цилиндров; оптимизацию времени впрыска. Комбинация этих мер (из которых главную роль играет измененный выпускной коллектор) позволила повысить крутящий момент до 105 Нм.

Далее предоставляю Вашему вниманию калькулятор КПД WOT

дабы Вы могли иметь представление о том к какой категории относитесь Вы:

WGR

WN8

WN6

EFF

xTE

Начнем по порядку:

WGR — это официальный рейтинг от Wargaming, четырехзначный рейтинг.

Наверное самый сложный в плане прокачки статистики. Тут наибольшее влияние на результат КПД оказывают:

Средний урон за бой

Средний урон за счет засвета по рации

Средний урон за счет удержания на гусле (не важно, Вы ли наносите урон или союзники)

————————

wn8 — рейтинг WN8 более расширенная статистика игрока (эталонная статистика), в исходном виде — четырехзначный.

Наибольшее влияние на результат оказывают:

Суммарный нанесенный урон игрока

Суммарное количество уничтоженных

Тут необходимо отметить, что эта статистика сильно зависит от машины, на которой вы играете, т. к в эталонной статистике используются для расчетов показания эталона. Грубо говоря эталон урона ни ИСУ-152 будет 700. Так вот, если вы играете на этой ПТ-САУ, то Вы должны с выстрела выбивать эти самые 700 урона, выцеливая уязвимые места противника или пробивая в бок и корму. Другими словами, чем ближе Ваш урон к эталонному, тем выше Ваша статистика. (Примечание: цифра 700 взята «с потолка»…)

————————

wn6 — четырёхзначный КПД, взятый из за «бугра» и разработанный американскими игроками. Тут придется сильно попотеть, чтоб повысить данный КПД. Формула wn6 очень большая и сложная, но мы договорились что я Вас не буду «грузить» формулами, по этому передам основные моменты. Здесь нужно запомнить главное:

очки защиты базы не сильно влияют на КПД;

Первый засвет противника так же практически не оказывает влияния на КПД;

Захват базы вообще не учитывается;

Уничтожение танков низкого уровня оказывает меньшее влияние на рейтинг так что выбираете танк побольше Вас на пару уровней и кусаете;

Получается, что WN6 полностью зависит от Вашего вклада в бой

И особое внимание уделяется суммарному нанесенному урону игрока и суммарному количеству уничтоженных танков (при этом учитывается прочности врага, которого вы уничтожили)

Чтобы повысить этот рейтинг, я бы советовал Вам наносить побольше урона и «выносить» побольше техники противника. А это могут не все танки в игре. Например САУ, ПТ-САУ (топовые и предтоповые, а так же французские барабанные танки). Именно у них самый высокий показатель урона в минуту. Самым минимальным уроном за бой для Вас должны стать цифры выше 1500-2000.

————————

EFF — это старый добрый Рейтинг Эффективности, он же РЭ.

Для тех кто недавно «в танке», тут наибольшее влияние на результат оказывают:

Средний урон за бой;

Среднее количество фрагов (убитых противников) за бой;

Среднее количество очков защиты базы за бой;

Т.е. другими словами чтобы поднять этот КПД Вам необходимо демажить, убивать, еще и успевать на защиту собственной базы! Дерзайте

————————

xTE — это рейтинг, оценивающий Ваше умение играть на конкретном танке по сравнению со всеми другими игроками именно на этом танке.

Тут так эе как и в РЭ, основным будет:

Средний урон за бой;

Среднее количество фрагов за бой;

КПД WOT

Корпорация Weichai создала первый в мире дизельный двигатель для коммерческого транспорта с КПД выше 50%

Революция в двигателестроении

16 сентября 2020 года корпорация Weichai, ведущий производитель в области двигателестроения в Китае, возглавляемая Таном Сюйгуаном, провела в г. Цзинань (провинция Шаньдун) пресс-конференцию, в ходе которой было официально объявлено о выпуске дизельного двигателя для коммерческого транспорта с КПД выше 50%.

Здесь сразу требуются пояснения. КПД (коэффициент полезного действия) – это критерий оценки эффективности использования топлива в двигателе внутреннего сгорания. Чем выше этот показатель, тем меньше расход топлива, и выше энергоэффективность силового агрегата, а уровень выбросов ниже. С 1897 года – начала активного использования ДВС (т. е. двигателя внутреннего сгорания) – благодаря технологическим инновациям, КПД двигателей, работающих на дизельном топливе вырос с 26% до 46%. Этот технологический показатель стал общемировой проблемой в отрасли двигателестроения. К тому же, в наши дни, когда постоянно ужесточаются нормативы по выбросам, процесс роста КПД двигателей и вовсе замедлился.

Конференция Weichai не была рекламным мероприятием. Приглашенные на это событие специалисты из немецкой TÜV SÜD (Международная организация по инспектированию и сертификации) и «Китайского исследовательского центра автомобильных технологий» действительно подтвердили, что КПД нового дизельного двигателя компании составил 50,26%. В связи с этим, представителям корпорации Weichai был вручен подтверждающий сертификат.

Бесрецедентные меры

Корпорация Weichai активно работает в области двигателестроения уже более 70 лет. За этот период она накопила обширную интеллектуальную базу и опыт в производстве и разработке дизельных двигателей. Weichai постоянно работает в области ключевых технологий двегателестроения и стремится совершенствовать их. За последние 10 лет корпорация привлекла к своим разработкам около 200 докторов наук, более 300 высококвалифицированных специалистов, свыше 3000 исследователей со всего мира и инвестировала 4,5 миллиарда долларов. Такие меры позволили корпорации осуществить скачок в развитии собственных инновационных технологий в области дизельных двигателей. В г. Вэйфан (Китай) корпорация построила крупнейший в мире завод, способный изготавливать и продавать ежегодно более одного миллиона двигателей.

Последние несколько лет Weichai наращивала потенциал, который был направлен на проекты по повышению КПД двигателей внутреннего сгорания. Этот процесс еще сильнее ускорился в 2015 году, когда была сформирована специальная команда по технологическим инновациям, осуществлявшая огромное количество моделирований и стендовых испытаний. Эта группа ученых изучила и проанализировала тысячи разных проектов, постоянно пробовала и совершенствовала существующие решения, фиксировала повышение КПД на каждые 0,1%, пока наконец не добилась исторического прорыва.

Пять специальных технологий

Чтобы достичь результата были разработаны пять специальных технологий:

• технология согласованного сгорания;
• технология согласованного проектирования;
• технология распределения энергии выхлопа;
• технология зонирования смазки;
• технология интеллектуального управления.

Благодаря этим специализациям удалось решить ряд общих для всего мира трудностей и добиться – наиболее эффективного сгорания, низкой теплопередачи, высокой надежности двигателя, малых потерь на трение, низкого уровня выброса загрязняющих веществ и интеллектуального управления силовым агрегатом. Всё это и позволило создать двигатель с реальным КПД выше 50%.

Технология согласованного сгорания позволила сбалансировать соотношение между скоростью, концентрацией и другими физическими процессами в камере сгорания благодаря оптимизации проектирования газовых каналов, впрыска топлива, камеры сгорания и других систем. Это позволило в свою очередь повысить скорость сгорания на 30%.

Технология согласованного проектирования направлена на усовершенствование сгорания при чрезвычайно ограниченном запасе прочности при максимальном давлении в камере. Изменение массы отдельных деталей и дальнейшее укрепление цельной конструкции позволило повысить устойчивость системы к высокому давлению сгорания почти на 60%.

Технология распределения энергии выхлопа направлена на решение проблемы значительного повышения сложности контроля выбросов загрязняющих веществ, вызванной усовершенствованием процессов сгорания.

Технология зонирования смазки заключается в целевом применении различных технологий снижения трения в зависимости от свойств фрикционных пар системы. Данная технология позволила снизить трение системы на 20%.

Технология интеллектуального управления заключается в использовании преимуществ собственного электронного блока управления корпорации Weichai и разработке ряда более точных моделей прогнозирования, которые позволяют повысить эффективность каждой зоны работы дизельного двигателя.

Это только начало

Рост КПД в ДВС выше отметки в 50% безусловно является революцией в мировом двигателестроении. Корпорация Weichai уже получила поздравления от немецких компаний Bosch и FEV, австрийской AVL, американского Сообщества инженеров-автомехаников, Китайской ассоциации машиностроения, Промышленной китайской ассоциации двигателей внутреннего сгорания. Продолжают поступать поздравления от других авторитетных организаций и специалистов.

Weichai не только объявила о выходе первого в мире дизельного двигателя с реальным КПД, превышающим 50%, но также смогла добиться уровня выбросов, соответствующих требованиям национального стандарта G6/EU-VI. Корпорация первой создала возможности для серийного производства и коммерциализации продукта. Специалисты отрасли указывают на то, что повышение КПД с предыдущего уровня 46% до 50% позволит снизить расход дизельного топлива на 8% и соответственно снизить уровень выбросов CO₂ на 8%. Если отталкиваться от текущей оценки, согласно которой количество тяжелых дизельных двигателей на китайском рынке достигает 7 миллионов, то в случае замены всех дизельных двигателей на новые можно будет добиться экономии около 33,32 миллионов тонн дизельного топлива в год и снижения выбросов CO₂ на 104,95 миллиона тонн. Это станет огромным вкладом в решение экологических проблем.

Объявление о разработке первого в мире коммерческого дизельного двигателя с КПД выше 50% лишь подтвердило стремительный выход китайских технологий по созданию тяжелых дизельных двигателей на мировой уровень. В ходе проекта по разработке своего силового агрегата Weichai пользовалась поддержкой немецкой корпорации Bosch и других ведущих мировых организаций. На пресс-конференции Тан Сюйгуан объявил о том, что в будущем корпорация Weichai будет открыта к сотрудничеству и партнерству с компаниями со всего мира для движения к новой цели – создания дизельных двигателей с реальным КПД 55%!

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.

Значение, Определение, Предложения . Что такое КПД двигателя

• Онлайн-переводчик
• Грамматика
• Видео уроки
• Учебники
• Лексика
• Специалистам
• Английский для туристов
• Рефераты
• Тесты
• Диалоги
• Английские словари
• Статьи
• Биографии
• Обратная связь
• О проекте

Примеры

Значение слова «КПД»

Смотреть все значения слова КПД

Значение слова «ДВИГАТЕЛЬ»

Машина, превращающая какой-н. вид энергии в механическую работу, приводящая в движение что-н. .

Смотреть все значения слова ДВИГАТЕЛЬ

Предложения с «КПД двигателя»

На данной странице приводится толкование (значение) фразы / выражения «КПД двигателя», а также синонимы, антонимы и предложения, при наличии их в нашей базе данных.
Мы стремимся сделать толковый словарь English-Grammar.Biz, в том числе и толкование фразы / выражения «КПД двигателя», максимально корректным и информативным. Если у вас есть предложения или замечания по поводу корректности определения «КПД двигателя», просим написать нам в разделе «Обратная связь».

Эффективность и производительность двигателей остаются ключевыми факторами проектирования для производителей. Таким образом, производители двигателей постоянно работают над оптимизацией своих конструкций.

Производительность, топливная экономичность и выбросы по-прежнему остаются одними из главных областей, на которых производители концентрируют свои усилия при проектировании. «Мы рассматриваем двигатель как целостную систему и стараемся постоянно улучшать долговечность, расход топлива и мощность», — говорит Стефан Рудерт, руководитель инженерно-технического отдела и отдела сельского хозяйства подразделения Power Systems компании Rolls-Royce, отвечающего за бренд MTU.

Эффективность использования топлива окупается для конечных потребителей и положительно влияет на общую стоимость владения (TCO), поэтому она является приоритетной задачей для компании.

Он говорит, что номинальная мощность и кривые, а также поведение двигателя также являются важными областями, в которых Rolls-Royce пытается постоянно совершенствовать свою продукцию MTU. Кроме того, OEM-производители требуют более высоких номинальных мощностей, над достижением которых компания постоянно работает.

Рудерт говорит, что рыночные барьеры, такие как сертификаты, становятся все более значительными, сложными и важными как для производителей двигателей, так и для OEM-производителей. «Поэтому мы стараемся предложить нашим клиентам подходящее решение для всех требований и обеспечить доступность [для] наших двигателей по всему миру».

Компания MTU сотрудничала с такими компаниями, как ABB, для исследования использования систем с регулируемым клапанным механизмом для улучшения характеристик двигателя. постоянный процесс улучшения, а не серьезные аппаратные изменения. «Эта концепция разработана таким образом, что незначительные изменения не требуют новой общей системы», — объясняет он. «Улучшения часто делаются на уровне электроники и программного обеспечения».

Эту возможность можно увидеть на двигателях, которые позволяют выполнять обновления по воздуху, что распространено на рынке большегрузных автомобилей. Например, Mack Over The Air от Mack Trucks позволяет удаленно обновлять программное обеспечение компонентов трансмиссии и параметров транспортного средства для грузовиков, оснащенных двигателями Mack 2017 года или новее. «Mack Over The Air позволяет клиентам обеспечивать работу своих грузовиков на оптимальном уровне, не нарушая график работы в сегодняшней гиперконкурентной экономике «точно вовремя», — сказал Дэвид Пардью, вице-президент по подключенным транспортным средствам и службам безотказной работы Mack Trucks. пресс-релиз, анонсирующий технологию обновления программного обеспечения. Многие производители грузовиков предлагают беспроводное программирование своих двигателей. Volvo Trucks Россия

Производители могут оптимизировать эффективность и производительность двигателя разными способами. Во время COMVEC 2019 один OEM-производитель, который также производит двигатели, отметил, что пути повышения эффективности двигателя включают улучшение трения, снижение тепловых потерь и обеспечение эффективного турбонаддува.

Компания Jacobs Vehicle Systems разработала несколько систем регулируемых клапанов, которые разрабатываются для автомобильного рынка и в настоящее время оцениваются несколькими производителями двигателей и независимыми лабораториями для обеспечения управления температурой выхлопных газов. Это помогает контролировать выбросы и оптимизировать эффективность селективного каталитического восстановления (SCR) для достижения новых целей по выбросам NOx, запланированных Калифорнийским советом по воздушным ресурсам (CARB) и Агентством по охране окружающей среды США (EPA), говорит Робб Джанак, директор по новым технологиям, Jacobs Vehicle Systems.

«Многие из этих технологий также обеспечивают значительное улучшение расхода топлива, что помогает снизить вредные выбросы, что соответствует сокращению CO ₂ , требуемому в соответствии с CARB, EPA и правилами мировых рынков в соответствии с Парижским соглашением», — говорит он. . «Поскольку эти технологии проходят апробацию на рынке автомобильных дорог, они также готовы для рынка внедорожных автомобилей, поскольку в ближайшие годы перед ним встанет задача достижения аналогичных целей».

Двухступенчатое раннее открытие выпускного клапана Джейкобса (EEVO) работает путем открытия выпускного клапана во время такта расширения при нормальном событии сгорания. «Это выпускает горячие газы непосредственно в систему доочистки и используется для быстрого прогрева или регенерации дизельного сажевого фильтра (DPF). Быстрый прогрев необходим для соблюдения будущих норм NOx, поскольку система доочистки не начнет работать, пока не будет достигнута надлежащая рабочая температура», — говорит Джанак.

Система двухступенчатого регулируемого привода клапана (VVA) компании Jacobs повышает производительность и эффективность во всем рабочем диапазоне двигателя. Системы транспортных средств Jacobs

Между тем, технология двухступенчатой ​​внутренней рециркуляции отработавших газов (iEGR) компании открывает впуск или выпуск клапан по запросу во время работы двигателя, чтобы вернуть отработавшие выхлопные газы в следующий цикл сгорания. Это используется для снижения температуры сгорания и выбросов NOx. В других системах используется внешняя линия для подачи выхлопных газов обратно во впускной коллектор для повторного сжигания. Это делается с помощью дорогих клапанов, трубопроводов из нержавеющей стали и часто с помощью дополнительной системы охлаждения. Внутренняя рециркуляция отработавших газов позволяет избежать дополнительных сложностей за счет использования существующих клапанов двигателя и системы, встроенной в клапанный механизм.

Jacobs также предлагает технологию активной декомпрессии (ADT), которая выборочно удерживает клапан двигателя открытым на небольшую величину во время последовательности запуска и остановки двигателя. «Результатом является резкое снижение вибрации двигателя во время этих последовательностей», — говорит Джанак. «Это также снижает пусковой крутящий момент и общий износ системы стартера, что позволяет чаще запускать и останавливать двигатель, чтобы исключить ненужную работу двигателя на холостом ходу».

Улучшения в деактивации цилиндров

В 2018 году компания Jacobs представила свою технологию деактивации цилиндров (CDA), которая используется в моторном тормозе High Power Density (HPD). Система предназначена для снижения выбросов выхлопных газов при одновременном повышении экономии топлива. Джанак говорит, что CDA позволяет большому двигателю работать как меньшему двигателю, что помогает снизить расход топлива. Он также улучшает терморегуляцию выхлопных газов при низкой нагрузке и в условиях холостого хода, чтобы система дополнительной обработки работала с оптимальной эффективностью.

CDA позволяет большим двигателям экономить топливо по сравнению с меньшими двигателями за счет повышения температуры выхлопных газов для оптимальной работы SCR. Эта технология также помогает уменьшить трение распределительного вала и насосные потери в условиях частичной нагрузки.

Система использует механизм деактивации цилиндров с гидравлическим приводом для блокировки открытия впускных и выпускных клапанов. Деактивированные цилиндры действуют как газовая пружина и возвращают сжатую энергию воздуха обратно в кривошип. В то время как любое количество цилиндров с системой Jacobs может быть отключено, Джанак говорит, что недавние испытания показали снижение расхода топлива до 20% при работе на самых низких нагрузках двигателя с отключенными тремя цилиндрами.

Подробнее:  Jacobs представит технологию деактивации цилиндров

Более широкое использование моторных тормозов «Когда мы активируем систему HPD, мы отключаем обычные события впуска и выпуска и заменяем их специальными движениями, чтобы обеспечить двухтактное торможение двигателем. Это приводит к тому, что двигатель обеспечивает мощность торможения при каждом обороте двигателя, а не при каждом другом обороте», — объясняет он. «Это удваивает тормозную мощность при более низких оборотах двигателя, что улучшает управляемость в условиях, когда для достижения той же мощности со стандартным моторным тормозом требуется несколько переключений передач».

Он добавляет, что система HPD представляет собой решение для двигателей, которые теряют мощность торможения из-за уменьшения размеров. Моторный тормоз с высокой плотностью мощности (HPD) использует специальные движения для обеспечения торможения двухтактным двигателем. Jacobs Vehicle Systems

Кроме того, Джанак отмечает, что моторный тормоз HPD может улучшить торможение двигателей, работающих на природном газе, «которые исторически имели ограниченную мощность торможения двигателем. из-за более низкой степени сжатия и выбора турбо». Использование этой технологии позволяет двигателю, работающему на природном газе, соответствовать или превосходить мощность дизельного двигателя того же размера.

Джанак говорит, что использование моторных тормозов распространяется на новые области применения на рынке внедорожной техники, например, в сельском хозяйстве. Раньше двигатели сельскохозяйственной техники не могли использовать моторный тормоз, потому что клапанные механизмы часто содержали регуляторы гидравлических клапанов, которые не работали с традиционными моторными тормозами.

Чтобы решить эту проблему, компания Jacobs разработала технологию Fulcrum Bridge, которая позволяет интегрировать моторный тормоз в эти типы клапанных механизмов. Это устраняет необходимость установки и регулировки механического зазора в клапанном механизме между клапаном и распределительным валом, известного как зазор, с помощью гидравлических регуляторов зазора (HLA). Гидравлическая регулировка зазора обеспечивает более равномерное движение клапанов при любых условиях работы двигателя и износе в течение всего срока службы двигателя, повышая производительность двигателя и экономию топлива.

Использование технологии HLA выгодно как производителям двигателей, так и конечным пользователям. Это устраняет потенциальные узкие места на производственной линии, которые в противном случае были бы вызваны затяжкой двигателя. Устранение необходимости проверки и регулировки ресниц сокращает время простоя для клиентов. Компания заявляет, что этот процесс может быть особенно неудобным, поскольку необходима чистая среда при доступе к верхней части и открытии крышки клапана.

Ручная регулировка зазоров также может привести к неточностям, которые могут отрицательно сказаться на выбросах и расходе топлива. По данным компании, отклонение от оптимальной настройки всего на 0,01 см (0,0039дюймов) может быть достаточно, чтобы негативно повлиять на дыхание двигателя и его эффективность. Исключая ручную регулировку, производители могут обеспечить оптимальную работу двигателя.

Джанак говорит, что компания видит растущий спрос на рынке на моторные тормоза, которые работают с HLA, а также на повышенную тормозную мощность, которую может обеспечить моторный тормоз HPD. Он способен увеличить мощность торможения во всем диапазоне оборотов двигателя, что, по его словам, может быть полезно для горнодобывающего оборудования для дополнительного контроля на спуске.

Выбросы по-прежнему будут иметь значение.

С внедрением стандартов Tier 4 Final в США и Stage V в ЕС нормы выбросов для производителей внедорожных двигателей несколько замерли. Тем не менее, было предложено много будущих правил, а также введение более строгих стандартов выбросов в других регионах мира, таких как Индия и Китай. На рынке большегрузных автомобилей также продолжают вводиться новые правила.

По этим и многим другим причинам выбросы никогда не останутся без внимания производителей двигателей.

Рудерт говорит, что регулирование Стадии VI может быть возможно, хотя в настоящее время нет никаких известных деталей или дат введения в действие. «Идут дискуссии о том, что в будущем законодательстве ЕС Stage VI может быть указано соблюдение предельных значений выбросов, включая выбросы CO ₂ , в течение всего срока службы двигателя», — говорит он. «Однако благодаря совершенно новой разработке наших двигателей для Stage V мы чувствуем себя очень хорошо подготовленными для соответствия будущим стандартам».

Он также отмечает, что компания продолжает совершенствовать свою технологию нейтрализации отработавших газов, что поможет соответствовать любым будущим стандартам выбросов.

Двигатели MTU Stage V отличаются низким расходом топлива при высоком крутящем моменте. Rolls-Royce Power Systems

Джанак говорит, что по мере того, как внедорожная индустрия смотрит на потенциальные будущие нормы выбросов, ей будет сложно использовать некоторые из те же решения, что и на автомобильном рынке. Поскольку управление тепловым режимом трансмиссии должно осуществляться безопасно в опасных условиях, а ограниченное пространство внутри оборудования может препятствовать использованию больших систем охлаждения или доочистки, Джейкобс считает, что его решения для двигателей будут полезными. «Наши стратегии срабатывания регулируемых клапанов обеспечивают производительность, комплектацию и проверенную долговечность, позволяя свести к минимуму использование систем рециркуляции выхлопных газов и систем доочистки».

Забегая вперед, Рудерт говорит: «Двигатель внутреннего сгорания будет иметь еще долгое будущее, но не обязательно в качестве единственного источника энергии». Вместо этого он, вероятно, будет использоваться в сочетании с другими технологиями.

Плотность энергии аккумуляторов еще не достигла уровня, при котором они могут быть единственным источником питания для крупной внедорожной техники. Но при использовании двигателя в сочетании с аккумулятором или другим источником питания, например электродвигателем, можно использовать некоторые преимущества электрификации без ущерба для мощности или производительности.

Rolls-Royce, как и многие производители двигателей, в настоящее время разрабатывает альтернативные системы привода, которые могут использовать или не использовать двигатель и способны удовлетворить потребности тяжелого оборудования.

Компания также исследует другие варианты топлива, включая водородное и синтетическое топливо, производимое с использованием энергии из возобновляемых источников, которые могут стать реальной альтернативой дизельному топливу. Альтернативные варианты топлива обеспечат дополнительный способ соблюдения будущих норм выбросов, а также потенциальные возможности для оптимизации двигателя.

Благодаря этим исследовательским инициативам Rolls-Royce и другие производители продолжат уделять внимание трем ключевым элементам конструкции своих двигателей: топливной экономичности, производительности и выбросам.

Основы электромобилей | NRDC

Это девятый блог из серии о наших приключениях на электромобилях на Среднем Западе.

Отправляясь в наше электрическое путешествие по Среднему Западу, мы хорошо знали о многочисленных преимуществах, которые могут предоставить электромобили (EV): они становятся все более безопасными для окружающей среды, чем их бензиновые аналоги, растущая отрасль поддерживает многие виды новых рабочих мест и отсутствие выбросов выхлопных газов могут обеспечить существенную пользу для здоровья в наших наиболее уязвимых сообществах. После десяти дней за рулем и многочисленных бесед с владельцами, защитниками и производителями электромобилей мы ушли из поездки, ошеломленные бесчисленными дополнительными преимуществами и преимуществами вождения электромобиля. Позвольте нам объяснить:

Что такое электромобили? Эффективный, для одного 

Прежде чем мы углубимся в это, что такое электромобиль и как он работает? Электромобиль — это автомобиль, работающий на электричестве, и эта категория шире, чем вы думаете. Он включает в себя подключаемые гибриды, гибриды и электромобили на топливных элементах, но в этом блоге основное внимание будет уделено аккумуляторным электромобилям, иногда называемым BEV. В этих электромобилях нет выхлопных газов, так как электричество от аккумулятора приводит в действие электродвигатель, который затем вращает колеса и отправляет ваш автомобиль вперед.

Подобно тому, как энергоэффективность снизила выбросы в энергетическом секторе, эффективность также является основным фактором очистки транспортного сектора. Электродвигатели делают транспортные средства значительно более эффективными, чем двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Электродвигатели преобразуют более 85 процентов электрической энергии в механическую энергию или движение, по сравнению с менее чем 40 процентами для двигателя внутреннего сгорания. Эта эффективность еще ниже, если учесть потери в виде тепла в трансмиссии, которая представляет собой совокупность компонентов, передающих мощность, создаваемую в электродвигателе или двигателе внутреннего сгорания, на колеса. По данным Министерства энергетики (DOE), в электромобиле около 59-62 процента электроэнергии из сети идет на вращение колес, в то время как автомобили, работающие на газе, преобразуют только около 17-21 процента энергии от сжигания топлива в движение автомобиля. Это означает, что электромобиль примерно в три раза эффективнее автомобиля с ДВС. Потребность в меньшем количестве энергии для питания вашего автомобиля также помогает снизить стоимость.

Электромобили чистые и становятся только чище

Когда речь идет о качестве воздуха и изменении климата, электромобили являются особенно эффективным средством обезуглероживания и сведения к минимуму копоти и смога, поскольку их выбросы связаны с энергетическим сектором, т.к. сетка продолжает становиться чище, как и ваш автомобиль. Критики ошибочно задаются вопросом, действительно ли сегодня электромобили чище, но моделирование, проведенное в рамках EPRI-NRDC, и анализ жизненного цикла, проведенный Союзом обеспокоенных ученых (UCS), окончательно показывают, что это уже так. В среднем электромобиль выбрасывает вдвое меньше углекислого газа, чем автомобиль, работающий на газе. Для электромобилей это включает не только выбросы от электростанции, на которой производится электроэнергия для электромобиля, но и выбросы, связанные с производством самой батареи. Анализ UCS показывает, что даже электромобили, работающие от сети с преобладанием угля, по-прежнему чище, чем их аналоги с ДВС. Сеть может и должна продолжать добавлять чистые, возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнце. Как бы то ни было, мы принесли бы пользу планете, детям, пожилым людям и людям с ранее существовавшими респираторными заболеваниями, одновременно очищая транспортный сектор и поощряя широкое внедрение электромобилей.

Ездить на электромобиле веселее

Не забирай у меня. Возьмем это от Криса, профессионального автогонщика, которого мы встретили недалеко от Чикаго. Она знает все, что нужно знать об автомобилях, и они с мужем решили купить электромобиль Chevrolet Spark, потому что ни один другой автомобиль на рынке не вызывал столько острых ощущений. Или возьмем это от Джейн, трехкратного владельца электромобиля с самопровозглашенной потребностью в скорости, которую мы встретили за пределами Индианаполиса.

Так что же делает электромобили предпочтительным выбором для автолюбителей? Одним словом крутящий момент. В электромобиле мгновенный крутящий момент генерируется электрическим током и магнитными полями в электродвигателе, тогда как газовому двигателю требуется гораздо больше времени, чтобы сжечь газ и провернуть коленчатый вал. Этот мгновенный крутящий момент в электромобиле — это то, что отбрасывает вас назад к сиденью, когда вы ускоряетесь со светофора, оставляя всех остальных в пыли. Насколько хорош крутящий момент электромобиля? Ну, вы можете купить подержанный электромобиль Chevy Spark менее чем за 10 000 долларов, и он даст вам больше крутящего момента, чем Ferrari. Неплохая сделка, если вы спросите меня. 9Электромобили 0003

также обычно имеют низкий центр масс и равномерно распределенный вес из-за их «скейтборда». Это предпочтительный термин производителей электромобилей для шасси или базовой рамы транспортного средства, которая включает в себя аккумуляторную батарею, расположенную по днищу. Аккумуляторная батарея — один из самых тяжелых компонентов электромобиля, который заменяет громоздкий бензиновый двигатель более легким электродвигателем. Наличие всего этого веса у земли помогает автомобилю держаться дороги и мастерски маневрировать в поворотах.

Трансмиссия, или «скейтборд», от более старой версии электрического грузовика Workhorse средней грузоподъемности

Жизнь проще с электромобилем

В то время как противники часто считают необходимость зарядки электромобиля недостатком, а связанное с этим изменение поведения препятствием для внедрения электромобилей, владение электромобилем на самом деле становится еще более удобным для водителей.

Сегодня около 80 процентов зарядки электромобилей происходит дома из-за удобства и более низких затрат по сравнению с большинством общественных зарядок, не говоря уже о ценах на газ, которые уже делают электромобили наиболее финансово подкованным вариантом для некоторых. Поскольку дальность пробега электромобилей продолжает увеличиваться, даже водителям дальнего следования, таким как мы, придется делать меньше пит-стопов, чтобы убедиться, что в их автомобилях достаточно энергии, чтобы добраться до места назначения. Для водителей, которые переключаются с автомобиля, работающего на газе, на электромобиль, на одну работу меньше, поскольку они навсегда покидают заправочную станцию.

Но посещение заправочной станции — не единственное техническое обслуживание, которое сегодня необходимо большинству автомобилей на дорогах: механики регулярно посещают механика для замены жидкостей и различных движущихся частей. Если вы боитесь этих поездок так же, как и мы, задумывались ли вы о переходе на электромобиль? В электромобиле нет двигателя внутреннего сгорания, топливного бака или топливных насосов. Вам не нужно будет менять масло, а благодаря использованию рекуперативного торможения вам не нужно будет менять тормоза так часто. Многие электромобили даже не нуждаются в трансмиссии или не имеют ее. Те, которые имеют гораздо более простую односкоростную систему, в отличие от многоскоростных коробок передач в автомобилях, работающих на газе.

На самом деле, по словам Теслы, их трансмиссия имеет всего около 17 движущихся частей по сравнению с 200 или около того в типичной трансмиссии автомобиля с двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Разница становится еще более очевидной, если принять во внимание сложность узла, приводящего в движение автомобиль: двигатель с ДВС состоит из сотен движущихся частей, тогда как у электродвигателя обычно всего 2. С увеличением сложности увеличиваются затраты — не только первоначальные, но и дополнительные. снова, когда вам нужно тратить деньги на обслуживание сложных машин, которыми являются автомобили с ДВС. Электромобиль может в краткосрочной перспективе сэкономить деньги на топливе, а в долгосрочной перспективе сделать жизнь еще более удобной при обслуживании.

Электромобили скрытны

Когда мы впервые включили наш Chevy Bolt, мы сразу же заметили, насколько он тихий. По общему признанию, поначалу это может немного нервировать — мы даже не были уверены, включено ли оно! Но это беспокойство вскоре переросло в возбуждение, так как мы могли легко слушать музыку или вести беседу за рулем, не крича.

Преимущества бесшумной транспортировки выходят далеко за рамки удобства пассажиров. Шумовое загрязнение от транспортных средств, в том числе автобусов, в городских кварталах — это не просто неприятность, это фактор, способствующий широкому спектру заболеваний. Поскольку тенденция к урбанизации продолжается, становится все более важным, чтобы мы эффективно боролись с шумовым загрязнением. Электрификация автомобилей, автобусов, грузовиков и других шумных транспортных средств может помочь уменьшить многие виды загрязнения и помочь всем нам лучше спать по ночам.

Технология электромобилей продолжает совершенствоваться

Правомерная критика электромобилей заключается в том, что их запас хода может существенно уменьшиться в экстремально холодную погоду. Это было проблемой, которую мы неоднократно слышали во время нашей поездки по Среднему Западу, когда электрические автобусы в таких городах, как Индианаполис, испытывают снижение диапазона более чем на 40 процентов по сравнению с указанным диапазоном при 0 градусов по Фаренгейту. В этом случае производитель автобусов согласился поставить в Индианаполис инфраструктуру беспроводной зарядки, чтобы гарантировать, что автобусы смогут выполнять свои маршруты даже в самые холодные зимние дни, но эту проблему можно решить с помощью новых химических элементов аккумуляторов, которые не так чувствительны к климату. холод, или просто батареями с большей дальностью.

Вот как наш Bolt показал нам, сколько заряда батареи у нас осталось, а также внутреннюю и внешнюю температуру. Как видите, погода в тот день не требовала особого охлаждения, поэтому большая часть заряда батареи ушла на управление автомобилем.

Исследования показывают, что основной причиной уменьшения запаса хода в холода является использование обогрева салона автомобиля. Ранее в этом году AAA выпустила исследование, которое показало 12-процентное снижение дальности действия в холодную погоду (20 градусов по Фаренгейту) без включенного HVAC, но после включения обогревателя дальность действия упала на 41 процент. Это говорит о том, что есть много возможностей для улучшения, чтобы сделать отопление автомобиля более эффективным. Фактически, несколько производителей автомобилей уже работают над инновационными решениями. Многие электромобили, в том числе наш Chevy Bolt, оснащены подогревом руля и сидений. Оказывается, это на самом деле гораздо более эффективный способ согреть пассажиров, чем обдувать пространство вокруг них горячим воздухом. Попав под дождь во время грозы на Среднем Западе, мы опробовали эти функции обогрева и обнаружили, что на самом деле предпочитаем их.

Другие производители, в том числе Nissan, заменили электрический нагревательный элемент гораздо более эффективным тепловым насосом. В этой конструкции используется то же оборудование, которое используется для кондиционирования воздуха в автомобиле, для его обогрева, и было обнаружено, что этот процесс снижает потребление энергии, необходимой для обеспечения комфорта пассажиров, на 50 процентов. Поскольку для обогрева и охлаждения пассажира требуется меньше энергии от батареи, больше энергии можно использовать, чтобы доставить его туда, куда ему нужно.

Вы действительно должны попробовать один из

После 10 дней в нашем электромобиле мы были не только впечатлены опытом вождения и всеми чемпионами по электромобилям, которых мы встретили по пути, но также любопытством и интересом людей к нашей машине и наше путешествие. Когда мы заряжались, к нам подходили незнакомцы и задавали вопросы о том, на чем мы едем, как далеко он может проехать или сколько времени потребуется для зарядки. В эти первые дни внедрения электромобилей у всех по понятным причинам возникают тысячи вопросов, от того, как они работают, до того, как они могут их получить? Электромобили новые. Они классные. Они загадочно молчат. Важно, чтобы производители электромобилей, дилерские центры, городские политики и, да, водители электромобилей ответили на эти вопросы и помогли привлечь больше людей. Как только вы сядете за руль, у вас возникнет единственный вопрос: когда я смогу сделать это снова?

Мы отправились в поездку на электромобилях по Среднему Западу, чтобы поговорить о транспортной политике, подчеркнуть и без того растущую пользу электромобилей для местной экономики и разрушить стереотипы о том, что значит быть водителем электромобиля. Мы публикуем в блоге наши выводы, в том числе советы для других начинающих путешественников и политические предложения для дальнейшего прогресса.

Другие блоги, связанные с нашим электрическим приключением, включают:

• Вождение (на) чистой энергии: путешествие по Среднему Западу на электромобиле
• Положение в Штатах: электромобили и политика в отношении электромобилей на Среднем Западе
• Отчет о поездке: как жители Огайо покупают электромобили (это должно быть проще)
• Как избежать беспокойства по поводу дальности поездки с помощью контрольного списка для поездки на электромобиле
• Отчет о дорожной поездке: мультимодальные перевозки городов Среднего Запада
• Электромобили Среднего Запада на 5 картах
• Основы зарядки электромобилей
• Отчет о поездке: о взимании платы с чемпионов и государственной политике

Хотите вступить в бой? Мы нанимаем.

Bjorn’s Corner: Engiancy Repisitiency

By Bjorn Fehrm

18 декабрь 2015, © LeeS Co : Часть обсуждения следующей недели. КПД и, в частности, тепловой КПД двигателя в зависимости от коэффициента давления, PR.

У меня возник вопрос, если двигатель, работающий при более высокой степени сжатия, работает с более высоким тепловым КПД. Я знал достаточно по этому вопросу, чтобы знать, что у меня нет хорошего ответа, не проверив немного; реактивные двигатели не являются простыми приспособлениями.

Ранее я писал об эффективности ТРДД в углу. Статья была посвящена движущей силе. Теперь мы рассмотрим другую часть общей эффективности двигателя, тепловую эффективность или эффективность ядра.

Эффективность турбовентиляторного двигателя

В нашей части 2 «Основы характеристик самолета» мы рассмотрели основы эффективности двигателя. Вот краткое резюме:

Низкий расход топлива современных турбовентиляторных двигателей обусловлен их высокой эффективностью. Это можно разделить на эффективность выработки мощности на валу для привода вентилятора за счет энергии, запасенной в топливе, тепловой КПД , и КПД двигателя для преобразования этой мощности в эффективную тягу, движущую самолет вперед, тяговый КПД . Термическая эффективность достигается за счет сжигания топлива под очень высоким давлением (степень сжатия в автомобиле, степень сжатия в турбовентиляторных двигателях) и турбин, которые эффективно преобразуют энергию газа в энергию вала. Эффективность тяги достигается за счет перемещения большой воздушной массы с малой избыточной скоростью, чем меньше избыточная скорость, тем лучше.

Затем в предыдущем разделе я рассмотрел некоторые основы эффективности тяги: как низкий коэффициент давления вентилятора обеспечивает низкую избыточную скорость воздуха и что это, в свою очередь, требует вентилятора с высоким коэффициентом байпаса (BPR) для восстановления потерянной тяги. когда воздух движется медленнее из задней части двигателя.

Тепловой КПД

Для привода большого вентилятора требуется много мощности на валу, которая вырабатывается турбиной низкого давления двигателя. Чтобы генерировать всю эту мощность (около 30 000 для двигателя, который мы рассматривали, LEAP для Boeing 737 MAX), нам нужен поток воздуха с высоким давлением, создаваемым ядром. Эффективность выработки этой мощности описывает тепловой КПД двигателя и, в частности, КПД ядра двигателя.

Теперь к вопросу: Увеличивает ли более высокий PR тепловой КПД двигателя (при прочих равных условиях)? Короткий ответ: Да .

Более длинный ответ состоит в том, что это зависит также от нескольких других факторов. Более высокий PR (вызванный более быстрым вращением двигателя) может фактически снизить термический КПД, если он увеличивает несоответствие КПД компонентов двигателя и выходит за пределы оптимальной степени сжатия для используемой температуры на входе в турбину, рис. 1.9.0003

Рис. 1. Диаграмма КПД двигателя при изменении степени сжатия при различных температурах на входе в турбину (б) и КПД компрессор/турбина (в). Источник: книга Н. Кампсти «Реактивное движение».

На диаграммах показано, как КПД двигателя изменяется в зависимости от степени повышения давления при различных соотношениях температуры на входе в турбину. (T4) к температуре окружающего воздуха. (T2, все в Кельвинах, диаграмма b) и как КПД изменяется с PR при фиксированном T4/T2 с различными КПД компрессора и турбины (диаграмма с ). Эффективность турбины — это эффективность преобразования давления газа в мощность на валу, а эффективность компрессора — в обратном порядке.

Учитывая, что КПД компрессора и турбины сегодня ниже 95%, мы можем видеть, что КПД двигателя не увеличивается с PR выше определенного значения, зависящего от температуры на входе в турбину и КПД компрессора/турбины. Обычно современный двигатель, находящийся в эксплуатации, имеет отношение Т4/Т2 5-7 при крейсерском режиме и КПД компрессора/турбины, представленное линией 0,90.

Мы видим, что нет смысла превышать PR 40, так как тогда мы теряем эффективность. Для более старых двигателей с более низкими температурами на входе в турбину (связано с технологией материалов и сложностью охлаждения) и менее эффективными конструкциями компрессоров и турбин (отсутствуют инструменты трехмерного гидродинамического проектирования) оптимальное соотношение давлений должно быть ближе к 30.

Следует отметить, что оптимальное соотношение давлений ищется для круиза. Для взлета и набора высоты соотношение давлений на верхней стороне кривых является приемлемым, поскольку крейсерский полет является фазой, определяющей топливную эффективность самолета с большей дальностью полета. Мы также можем понять, почему двигатели малого радиуса действия могут быть оптимизированы с немного более низким крейсерским PR. Скороподъемность является значительной частью общей эффективности, и вся точка проектирования немного смещена в сторону снижения PR (при прочих равных условиях).

Вышеприведенное предполагает, что эффективность компрессоров и турбин постоянна в интересующем диапазоне оборотов. В реальном двигателе это не так. Разработчик компрессора/турбины может оптимизировать КПД в определенном диапазоне работы, но затем его КПД падает по обе стороны от этой границы. Это означает, что в реальной жизни кривые более острые. В пределах поля дизайнер может поместить этот взгляд в диапазон оборотов в минуту. Это адаптация двигателя к самолету и его эксплуатационному профилю; настройка ковша SFC (область оборотов и условий полета, при которых двигатель имеет самый низкий SFC).

Подводя итог : Разработчики двигателей задали для определенного поколения двигателей уровни T4 и КПД компрессора/турбины, которые могут быть достигнуты. Затем он комбинирует их с адаптированным диапазоном давления в двигателе, чтобы получить общий оптимум для топливной экономичности, а также для надежности (более высокий PR увеличивает температуру в конце компрессора до критических уровней для материалов, которые нужно использовать). Поскольку разные самолеты имеют разные рабочие профили, двигатели необходимо адаптировать к самолету, на котором они установлены.

Степень давления и степень сжатия

Степень давления реактивного двигателя и степень сжатия двигателя нашего автомобиля связаны. Степень сжатия бензинового двигателя около 10:1 эквивалентна PR 25, а дизельного двигателя 15:1 — PR 45. Таким образом, у каждого дизельного автомобиля под капотом двигатель с высоким PR!

Дизельный двигатель с высоким коэффициентом полезного действия более эффективен (хороший расход топлива для дизельных автомобилей), но также имеет общие проблемы с реактивным двигателем с высоким коэффициентом полезного действия, связанные с высоким содержанием NOx в выхлопных газах. Сегодняшние турбовентиляторные двигатели используют сложные схемы сгорания, чтобы решить эту проблему, дизельный мир также применяет решения.

Лазеры могут повысить эффективность двигателя на 27%

Утрехт, город с населением 350 000 человек, в основном передвигающийся на велосипедах, расположенный к югу от Амстердама, стал испытательным полигоном для методов двунаправленной зарядки, которые вызывают живой интерес автопроизводителей, инженеров, городских менеджеров и энергетических компаний во всем мире. Эта инициатива реализуется в условиях, когда обычные граждане хотят путешествовать, не вызывая выбросов, и все больше осознают ценность возобновляемых источников энергии и энергетической безопасности.

«Мы хотели перемен, — говорит Элко Эеренберг, один из заместителей мэра Утрехта и олдермен по вопросам развития, образования и общественного здравоохранения. Часть изменений связана с расширением городской сети зарядки электромобилей. «Мы хотим предсказать, где нам нужно построить следующую электрическую зарядную станцию».

Так что это хороший момент, чтобы подумать о том, где впервые появились концепции «автомобиль-сеть», и увидеть в Утрехте, как далеко они продвинулись.

Прошло 25 лет с тех пор, как эксперт по энергетике и окружающей среде Делавэрского университета Уиллетт Кемптон и экономист по энергетике из колледжа Грин-Маунтин Стив Летендре описали то, что они видели как «зарождающееся взаимодействие между электромобилями и системой электроснабжения». Этот дуэт вместе с Тимоти Липманом из Калифорнийского университета в Беркли и Алеком Бруксом из AC Propulsion заложил основу для передачи энергии от транспортного средства к сети.

Инвертор преобразует переменный ток в постоянный ток при зарядке автомобиля и обратно при подаче электроэнергии в сеть. Это хорошо для сетки. Еще предстоит ясно показать, почему это хорошо для водителя.

Их первоначальная идея заключалась в том, что автомобили в гараже будут иметь двустороннее компьютерное подключение к электросети, которая сможет получать питание от автомобиля, а также обеспечивать его питанием. Кемптон и Летендре
Статья 1997 года в журнале Transportation Research описывает, как энергия аккумуляторов от электромобилей в домах людей будет питать сеть во время аварийной ситуации или отключения электроэнергии. С уличными зарядными устройствами вам даже не понадобится дом.

В двунаправленной зарядке используется инвертор размером с житницу, расположенный либо в специальном зарядном устройстве, либо на борту автомобиля. Инвертор преобразует переменный ток в постоянный ток при зарядке автомобиля и обратно при подаче электроэнергии в сеть. Это хорошо для сетки. Еще предстоит ясно показать, почему это хорошо для водителя.

Это животрепещущий вопрос. Владельцы автомобилей могут заработать немного денег, возвращая немного энергии в сеть в подходящее время, или могут сэкономить на своих счетах за электроэнергию, или могут таким образом косвенно субсидировать эксплуатацию своих автомобилей. Но с того момента, как Кемптон и Летендре изложили концепцию, потенциальные пользователи также опасались потерять деньги из-за износа батареи. То есть, не приведет ли циклирование батареи к преждевременному износу самого сердца автомобиля? Эти нерешенные вопросы сделали неясным, приживутся ли когда-нибудь технологии «автомобиль-сеть».

Наблюдатели за рынком стали свидетелями целой череды моментов, когда технология «автомобиль-сеть» практически достигла цели. В 2011 году в Соединенных Штатах Университет Делавэра и базирующаяся в Нью-Джерси коммунальная компания NRG Energy подписали
технологическая лицензия на первое коммерческое развертывание технологии «автомобиль-сеть». Их исследовательское партнерство длилось четыре года.

В последние годы наблюдается всплеск этих пилотных проектов в Европе и США, а также в Китае, Японии и Южной Корее. В Соединенном Королевстве эксперименты
в настоящее время происходит в загородных домах с использованием внешних настенных зарядных устройств, измеряемых для предоставления владельцам транспортных средств кредита на их счета за коммунальные услуги в обмен на загрузку аккумулятора в часы пик. Другие испытания включают коммерческие автопарки, набор фургонов в Копенгагене, два электрических школьных автобуса в Иллинойсе и пять в Нью-Йорке.

Однако эти пилотные программы так и остались пилотными. Ни одна из них не превратилась в крупномасштабную систему. Это может скоро измениться. Опасения по поводу износа аккумуляторов ослабевают. В прошлом году Хета Ганди и Эндрю Уайт из
Университет Рочестера смоделировал экономику перехода от транспортного средства к сети и обнаружил, что затраты на износ аккумуляторов минимальны. Ганди и Уайт также отметили, что капитальные затраты на батареи со временем заметно снизились: с более чем 1000 долларов США за киловатт-час в 2010 году до примерно 140 долларов США в 2020 году.

По мере того, как технология перехода от транспортного средства к сети становится доступной, Утрехт становится одним из первых мест, где ее полностью внедряют.

Ключевой силой изменений, происходящих в этом продуваемом всеми ветрами голландском городе, является не тенденция мирового рынка или зрелость инженерных решений. Это мотивированные люди, которые также оказываются в нужном месте в нужное время.

Один из них — Робин Берг, основавший компанию под названием
We Drive Solar из его дома в Утрехте в 2016 году. Он превратился в оператора по совместному использованию автомобилей с 225 электромобилями различных марок и моделей — в основном Renault Zoes, а также Tesla Model 3s, Hyundai Konas и Hyundai Ioniq 5s. Попутно привлекая партнеров, Берг наметил способы обеспечить двунаправленную зарядку для парка We Drive Solar. Сейчас в его компании 27 автомобилей с возможностью двунаправленного движения, и ожидается, что в ближайшие месяцы будет добавлено еще 150.

В 2019 году король Нидерландов Виллем-Александр руководил установкой двунаправленной зарядной станции в Утрехте. Здесь король [в центре] показан вместе с Робином Бергом [слева], основателем We Drive Solar, и Жеромом Панно [справа], генеральным менеджером Renault в Бельгии, Нидерландах и Люксембурге. Патрик ван Катвейк/Getty Images

Собрать этот флот было непросто. Два двунаправленных Renault Zoe We Drive Solar — это прототипы, которые Берг получил в партнерстве с французским автопроизводителем. Серийные Zoe, способные к двунаправленной зарядке, еще не вышли. В апреле прошлого года Hyundai поставила We Drive Solar 25 двунаправленных дальнобойных Ioniq 5. Это серийные автомобили с модифицированным программным обеспечением, которые Hyundai выпускает в небольшом количестве. Компания планирует внедрить эту технологию в стандартную комплектацию будущей модели.

1500 абонентов We Drive Solar не должны беспокоиться об износе аккумуляторов — если это проблема компании, то Берг так не думает. «Мы никогда не доходим до краев аккумулятора», — говорит он, имея в виду, что аккумулятор никогда не заряжается до достаточно высокого или низкого уровня, чтобы существенно сократить срок его службы.

We Drive Solar — это не бесплатный сервис, который можно забрать из приложения и доставить туда, куда вы хотите. Для автомобилей предусмотрены специальные парковочные места. Абоненты бронируют свои автомобили, забирают и сдают их в одном и том же месте и ездят на них, куда хотят. В тот день, когда я был у Берга, две его машины направлялись в швейцарские Альпы, а одна направлялась в Норвегию. Берг хочет, чтобы его клиенты рассматривали определенные автомобили (и связанные с ними парковочные места) как свои собственные и регулярно пользовались одним и тем же транспортным средством, обретая чувство собственности на то, чем они вообще не владеют.

То, что Берг сделал решительный шаг в сфере совместного использования электромобилей и, в частности, в сетевых технологиях, таких как двунаправленная зарядка, неудивительно. В начале 2000-х он основал местного поставщика услуг под названием LomboXnet, установив антенны Wi-Fi в пределах прямой видимости на шпиле церкви и на крыше одного из самых высоких отелей города. Когда интернет-трафик начал переполнять его радиосеть, он проложил оптоволоконный кабель.

В 2007 году Берг получил контракт на установку солнечных батарей на крыше местной школы с идеей создания микросети. Сейчас он управляет 10 000 панелями на крышах школ по всему городу. В его шкафу в прихожей стоит коллекция счетчиков электроэнергии, которые отслеживают солнечную энергию, частично поступающую в аккумуляторы электромобилей его компании — отсюда и название компании We Drive Solar.

Берг не узнал о двунаправленной зарядке через Кемптона или кого-либо из первых чемпионов технологии «автомобиль-сеть». Он услышал об этом из-за
Катастрофа на АЭС Фукусима десять лет назад. В то время у него был Nissan Leaf, и он читал о том, как эти автомобили обеспечивали аварийное электроснабжение в районе Фукусимы.

«Хорошо, это интересная технология», — вспоминает Берг. «Есть ли способ масштабировать его здесь?» Nissan согласился отправить ему двунаправленное зарядное устройство, и Берг позвонил градостроителям Утрехта, сказав, что хочет проложить для него кабель. Это привело к большему количеству контактов, в том числе в компании, управляющей местной низковольтной сетью,
Стедин. После того, как он установил свое зарядное устройство, инженеры Стедина захотели узнать, почему его счетчик иногда работал в обратном направлении. Позже Ирэн тен Дам из Утрехтского агентства регионального развития узнала об его эксперименте и была заинтригована, став сторонником двунаправленной зарядки.

Берг и люди, работающие в городе, которым нравилось то, что он делал, привлекли новых партнеров, в том числе Стедина, разработчиков программного обеспечения и производителя зарядных станций. К 2019 году
Виллем-Александр, король Нидерландов, руководил установкой двунаправленной зарядной станции в Утрехте. «Как для города, так и для сетевого оператора самое замечательное то, что они всегда ищут способы масштабирования», — говорит Берг. Они не просто хотят сделать проект и сделать отчет о нем, говорит он. Они действительно хотят перейти к следующему шагу.

Следующие шаги выполняются все быстрее. В настоящее время в Утрехте имеется 800 двунаправленных зарядных устройств, разработанных и изготовленных голландской инженерной фирмой NieuweWeme. Скоро городу понадобится гораздо больше.

Количество зарядных станций в Утрехте резко возросло за последнее десятилетие.

«Люди покупают все больше и больше электромобилей, — говорит Иренберг, олдермен. Городские власти заметили всплеск таких покупок в последние годы только для того, чтобы услышать жалобы от жителей Утрехта на то, что им пришлось пройти долгий процесс подачи заявок, чтобы установить зарядное устройство там, где они могли бы его использовать. Эеренберг, ученый-компьютерщик по образованию, все еще работает над тем, чтобы развязать эти узлы. Он понимает, что город должен двигаться быстрее, если он хочет выполнить требование правительства Нидерландов о том, чтобы через восемь лет все новые автомобили были с нулевым уровнем выбросов.

Количество энергии, используемой для зарядки электромобилей в Утрехте, резко возросло в последние годы.

Несмотря на то, что аналогичные предписания по увеличению количества автомобилей с нулевым уровнем выбросов на дорогах в Нью-Йорке и Калифорнии в прошлом не срабатывали, сейчас потребность в электрификации автомобилей возрастает. И городские власти Утрехта хотят опередить спрос на более экологичные транспортные решения. Это город, который только что построил центральный подземный гараж на 12 500 велосипедов и потратил годы на то, чтобы прорыть автостраду, проходящую через центр города, и заменить ее каналом во имя чистого воздуха и здорового городского образа жизни.

Движущей силой этих изменений является Маттейс Кок, городской менеджер по энергопереходу. Он провел меня — естественно, на велосипеде — по новой зеленой инфраструктуре Утрехта, указав на некоторые недавние дополнения, такие как стационарная батарея, предназначенная для хранения солнечной энергии от множества панелей, которые планируется установить в местном жилом комплексе.

На этой карте Утрехта показана городская инфраструктура для зарядки электромобилей. Оранжевые точки — расположение существующих зарядных станций; красные точки обозначают разрабатываемые зарядные станции. Зеленые точки — возможные места для будущих зарядных станций.

«Вот почему мы все это делаем», — говорит Кок, отходя от своего велосипеда и указывая на кирпичный сарай, в котором находится трансформатор мощностью 400 киловатт. Эти трансформаторы являются последним звеном в цепи, которая идет от электростанции к высоковольтным проводам, к подстанциям среднего напряжения, к низковольтным трансформаторам и кухням людей.

В обычном городе таких трансформаторов тысячи. Но если слишком много электромобилей в одном районе нуждаются в зарядке, такие трансформаторы могут легко перегрузиться. Двунаправленная зарядка обещает облегчить такие проблемы.

Кок работает с другими в городском правительстве над сбором данных и созданием карт, разделяющих город на районы. Каждый из них аннотирован данными о населении, типах домохозяйств, транспортных средств и других данных. Вместе с нанятой группой по анализу данных и при участии обычных граждан они разработали алгоритм, основанный на политике, чтобы помочь выбрать лучшие места для новых зарядных станций. Город также включил стимулы для развертывания двунаправленных зарядных устройств в свои 10-летние контракты с операторами зарядных станций для транспортных средств. Итак, в этих зарядках пошли.

Эксперты ожидают, что двунаправленная зарядка будет особенно хорошо работать для транспортных средств, которые являются частью автопарка, движение которого предсказуемо. В таких случаях оператор может легко запрограммировать, когда заряжать и разряжать автомобильный аккумулятор.

We Drive Solar зарабатывает кредит, отправляя энергию аккумуляторов из своего парка в местную сеть в периоды пикового спроса и подзаряжая аккумуляторы автомобилей в непиковые часы. Если это так хорошо, водители не теряют запас хода, который им может понадобиться, когда они забирают свои машины. И эти ежедневные сделки по энергоснабжению помогают снизить цены для абонентов.

Поощрение схем совместного использования автомобилей, таких как We Drive Solar, нравится властям Утрехта из-за проблем с парковкой — хронической болезни, характерной для большинства растущих городов. Огромная строительная площадка недалеко от центра Утрехта скоро добавит 10 000 новых квартир. Дополнительное жилье приветствуется, но дополнительных 10 000 автомобилей не будет. Планировщики хотят, чтобы это соотношение было больше похоже на одну машину на каждые 10 домохозяйств, и количество выделенных общественных парковок в новых районах будет отражать эту цель.

Некоторые автомобили We Drive Solar, в том числе Hyundai Ioniq 5, поддерживают двунаправленную зарядку. We Drive Solar

Прогнозы крупномасштабной электрификации транспорта в Европе обескураживают. Согласно отчету Eurelectric/Deloitte, к 2030 году в Европе может быть от 50 до 70 миллионов электромобилей, для чего потребуется несколько миллионов новых точек зарядки, двунаправленных или иных. Для поддержки этих новых станций распределительным сетям потребуются сотни миллиардов евро инвестиций.

За утро до того, как Эеренберг сел со мной в мэрии, чтобы объяснить алгоритм планирования Утрехтской зарядной станции, на Украине разразилась война. Цены на энергоносители в настоящее время напрягают многие домохозяйства до предела. Бензин достиг 6 долларов за галлон (если не больше) в некоторых местах в Соединенных Штатах. В середине июня в Германии водителю скромного VW Golf пришлось заплатить около 100 евро (более 100 долларов США) за заправку бака. В Великобритании счета за коммунальные услуги выросли в среднем более чем на 50 процентов 1 апреля.

Война перевернула энергетическую политику на европейском континенте и во всем мире, сосредоточив внимание людей на энергетической независимости и безопасности и укрепив уже начатую политику, такую ​​как создание зон без выбросов в центрах городов и замена обычных автомобилей электрическими. те. Часто неясно, как лучше осуществить необходимые изменения, но моделирование может помочь.

Нико Бринкель, работающий над докторской диссертацией в
Лаборатория интеграции фотогальваники Вильфрида ван Сарка в Утрехтском университете фокусирует свои модели на местном уровне. В
Согласно своим расчетам, в Утрехте и его окрестностях укрепление низковольтной сети стоит около 17 000 евро за трансформатор и около 100 000 евро за километр сменного кабеля. «Если мы перейдем к полностью электрической системе, если мы добавим много энергии ветра, много солнечной энергии, много тепловых насосов, много электромобилей…», — его голос затихает. «Наша сеть не была предназначена для этого».

Но электрическая инфраструктура должна не отставать.
Одно из исследований Бринкеля предполагает, что если бы большая часть зарядных устройств для электромобилей была двунаправленной, такие расходы можно было бы распределить более управляемым образом. «В идеале, я думаю, было бы лучше, если бы и все новых зарядных устройств были двунаправленными», — говорит он. «Дополнительные расходы не так уж велики».

Берга не нужно убеждать. Он думал о том, что двунаправленная зарядка предлагает всем Нидерландам. Он полагает, что 1,5 миллиона электромобилей с двунаправленными возможностями — в стране с 8 миллионами автомобилей — уравновесят национальную энергосистему. «Тогда с возобновляемой энергией можно было делать что угодно», — говорит он.

Учитывая, что в его стране всего сотни автомобилей, способных заряжаться в обоих направлениях, 1,5 миллиона — это большое число. Но однажды голландцы действительно могут туда добраться.

Эта статья опубликована в печатном выпуске за август 2022 года под названием «Дорожное испытание технологии «автомобиль-сеть».

Как принудительная индукция является ключом к эффективности двигателя

• 30.12.14
• 3 мин Чтение
• Автор: Дэн Буллмор

КПД двигателя — очень широкое понятие и очень важный компонент физической дисциплины, известной как термодинамика. Для всех двигателей существует вычисляемый максимальный КПД. Поскольку законы термодинамики запрещают машины со 100% КПД, мы знаем, какой эффективности можно ожидать от стандартных поршневых двигателей. Мы знаем, что двигателям для совершения работы требуется определенное количество тепла. В случае автомобильного двигателя эта тепловая энергия поступает в виде потенциальной химической энергии, хранящейся в топливе. Чем больше мощность двигателя на единицу израсходованного топлива, тем выше КПД двигателя.

Двигатель стал эффективнее?

Не вдаваясь в сложные вопросы конструкции двигателя, легко заметить, что, снижая обороты двигателя, вы, как правило, расходуете меньше топлива. Это причина современных коробок передач с 7+ скоростями. Коробки передач со всеми этими скоростями способны поддерживать работу двигателя в узком и эффективном диапазоне мощности, что позволяет автомобилю потреблять меньше топлива на милю пробега. Но действительно ли двигатель стал более эффективным?

Не обязательно. Мы видим, что автомобиль как целостная система более эффективен, потому что подведенная энергия производит больше полезной продукции (мы получаем большее количество миль на галлон), но двигатель не обязательно производит больше мощности на единицу израсходованного топлива, это просто использовать топливо более разумно.

Расход дизельных автомобилей превышает 50 миль на галлон

Как мы уже говорили ранее, эффективность поршневых двигателей сильно ограничена просто из-за термодинамики и механических потерь в системе. Некоторые циклы горения более эффективны, чем другие. Несмотря на то, что дизельные двигатели обычно считаются более эффективными, фактический термодинамический цикл менее эффективен, чем цикл Отто, используемый в большинстве современных бензиновых двигателей. Это кажется нелогичным, потому что мы видим, что дизельные автомобили достигают более 50 миль на галлон, в то время как большинство газовых автомобилей все еще отстают в 30-х годах. Ответ на этот вопрос — принудительная индукция.

Одним из самых больших факторов, ограничивающих КПД двигателя, является способность цилиндров полностью наполняться новым зарядом воздуха при каждом такте впуска. Поскольку двигатели обычно засоряются впускным оборудованием и поскольку физически трудно направить такое количество воздуха в цилиндр только за счет всасывания, двигатель запускается с неполным зарядом. Способность двигателя полностью заполнять собственные цилиндры называется «объемным КПД» двигателя. Транспортные средства с принудительной индукцией могут полностью заполнить и даже переполняют свои цилиндры, эффективно обманывая цикл, делая его более эффективным. Это увеличение объемного КПД является одной из основных причин, по которой дизельные двигатели имеют тенденцию быть более эффективными.

Водитель выдвигает переднюю ногу

Вы можете подумать: «Но двигатели с турбонаддувом вырабатывают всю эту мощность и потребляют столько топлива! Как это может быть эффективнее?!» Когда мы строго рассматриваем производство энергии на единицу топлива, система на эффективнее. К сожалению, эта более высокая эффективность часто приводит к более полезной выработке мощности в более низком диапазоне оборотов, и в конечном итоге водитель развивает переднюю ногу, сводя на нет прирост эффективности использования топлива. Контрольной группой будут ранние дизельные двигатели, такие как в моем 19-м. 76 и 1983 Mercedes 300Ds. 83-й был с турбонаддувом, и его расход топлива был несколько лучше, чем у 76-го. Обе машины были медленнее холодной патоки, поэтому вас никогда не поощряли опускать молоток. Таким образом, мы смогли оценить экономию топлива на 83-м. Если бы было больше удовольствия от вождения, я уверен, что моя экономия топлива была бы ужасной.

Как говорят в мире термодинамики — Вы никогда не сможете победить. Вы также не можете безубыточности. Это закон!

Турбо + Дизель

Короче говоря, когда вы предлагаете идею турбонаддува или нагнетателя своей второй половинке или кому-то, у кого есть деньги на ваш проект, вы всегда можете объяснить высокую научную цель установки устройства принудительной индукции для увеличения эффективность вашего двигателя и, следовательно, экономить планету и много денег на расходах на топливо. В противном случае вы можете купить Jetta TDI. Дизельные двигатели Volvo Drive-E пока недоступны в США.

Купить Mercedes-Benz на FCP Euro

Дэн Буллмор – физик и инженер из Хьюстона, штат Техас. Предпочитая старое новому, Дэн владел многими автомобилями Mercedes и Volvo и посвятил много времени их обслуживанию и изучению.

Автор:

Дэн Буллмор

Дэн Буллмор — физик и инженер из Хьюстона, штат Техас. Предпочитая старое новому, Дэн владел многими автомобилями Mercedes и Volvo и посвятил много времени их обслуживанию и изучению.

Как повысить КПД двигателя внутреннего сгорания

Повышение КПД

В настоящее время много внимания уделяется эффективности двигателя внутреннего сгорания (ДВС), и проводится множество исследований для ее повышения. Но что такое КПД двигателя внутреннего сгорания и как его измерить? Эффективность любого двигателя просто рассчитывается из энергии топлива, подаваемой в единицу времени для выполнения работы, и выходной мощности на валу двигателя после вычитания всех потерь. Входная мощность топлива может быть получена из массы топлива и его теплотворной способности. Мощность вала можно измерить с помощью тормозного динамометра. Проще говоря, эффективность — это выход/вход. Средний ДВС имеет КПД от 20 до 30%, что очень мало.

Если мы посмотрим на тепловой баланс двигателей внутреннего сгорания для двигателей с искровым зажиганием или бензиновых двигателей, мы обнаружим, что эффективность тормозной нагрузки составляет от 21 до 28%, тогда как потери на охлаждающую воду составляют от 12 до 27%, потери на выхлоп составляет от 30 до 55 %, а потери из-за неполного сгорания составляют от 0 до 45 %.

Аналогичным образом, когда мы анализируем тепловой баланс двигателя с воспламенением от сжатия или дизельного двигателя, мы обнаруживаем, что эффективность тормозной нагрузки составляет от 29 до 42 %, а потери на охлаждающую воду составляют от 15 до 35 %, потери на выхлоп составляют от 25 до 45 %, а потери на неполное сгорание от 0 до 5 %.

Анализируя два баланса тепла, мы обнаруживаем, что в бензиновых двигателях потери из-за неполного сгорания могут быть довольно высокими. В этой статье мы обсудим различные технологии и методы, которые могут быть использованы для повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания, а также автомобилей.

Тепловой баланс

Факторы, ограничивающие эффективность двигателя внутреннего сгорания

Анализируя тепловой баланс, мы находим, что факторы, ограничивающие эффективность двигателя внутреннего сгорания, следующие:

• Потери тепла при охлаждении двигателя.
• Потери тепла с выхлопными газами.
• Потери на трение
• Потери эффективности трансмиссии. Потери в сцеплениях и гидромуфтах и ​​др.
• Потери на трение в шинах. Выбор шин — это компромисс между безопасностью, стабильностью и производительностью. Более безопасная шина обеспечивает минимальный тормозной путь, хорошую устойчивость, меньшее заносы, но меньшую топливную экономичность. Шина с меньшим контактом с поверхностью и большим контактом с линией будет экономичной, но небезопасной.
• Потери из-за неполного и неполного сгорания. Полное сгорание привело бы к образованию углекислого газа и воды.
• Потери из-за торможения
• Потери из-за вязкости смазочного масла.
• Степень сжатия. Чем выше степень сжатия, тем выше тепловой КПД. Поскольку в двигателях с искровым зажиганием или бензиновых двигателях степень сжатия ограничивается предварительным зажиганием (не в двигателях с воспламенением от сжатия или дизельных двигателях), дизельные двигатели примерно на 30% более эффективны, чем бензиновые двигатели.
• Сопротивление автомобиля
• Неправильная синхронизация клапанов
• Потери в приводных кулачковых валах
• Энергия, потребляемая вспомогательными агрегатами, такими как водяные и масляные насосы

Теорема Карно для КПД

Второй закон термодинамики утверждает, что его построить невозможно двигатель, который будет работать в полном цикле и не производить никакого другого эффекта, кроме подъема веса и охлаждения теплового резервуара. Таким образом, существует предел тепловой эффективности тепловых двигателей.

Сади Карно, французский военный инженер, исследовал второй закон и заявил, что «Никакая тепловая машина, работающая в цикле между двумя резервуарами с постоянной температурой, не может быть более эффективной, чем обратимая машина, работающая между теми же двумя резервуарами». Таким образом, максимальная эффективность любой тепловой машины достигается при использовании цикла Карно (две обратимые изотермы и две обратимые адиабатические). Предел Карно — это максимальный КПД, который может иметь любой двигатель. На сегодняшний день самый высокий КПД, который был получен, составляет 52% в морском дизельном двигателе мощностью

лошадиных сил.

Методы и технологии повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания

Ниже перечислены практические методы и новые технологии, помогающие повысить эффективность двигателей внутреннего сгорания:

• Рекуперативное торможение: При торможении автомобиля или автомобиля кинетическая энергия тратится впустую. в виде тепла рекуперативное торможение является идеальным методом, когда вы хотите затормозить свой автомобиль, чтобы контролировать скорость (например, при движении под уклон). В этом случае электромагнитное торможение осуществляется по мере того, как небольшие двигатели поглощают энергию и преобразуют ее в энергию батареи.
• Изменяемая синхронизация впрыска: уже используется в морских двигателях. При низких нагрузках и скоростях впрыск осуществляется опережающим образом, что позволяет поддерживать такое же среднее эффективное давление. Это не только повышает КПД двигателя при сохранении давления продувки, но и позволяет сжигать топливо более низкого качества.
• Изменяемая фаза газораспределения: В этом методе можно изменять время открытия и закрытия выпускных и впускных клапанов, влияя на эффективность двигателя. Этот метод может повысить эффективность на 4-5%.
• Отключение цилиндров: В больших двигателях на крейсерской скорости или на спуске половина цилиндров может быть отключена, что снижает потребность в топливе. Это не может быть сделано на небольших двигателях, так как двигатель станет неровным.
• Турбокомпрессоры: Турбокомпрессор представляет собой устройство для рекуперации отработавших газов, которое увеличивает давление наддува, тем самым оптимизируя сгорание. Повышает эффективность на 7-8%.
• Прямой впрыск топлива: в предыдущих двигателях топливо смешивалось с воздухом и впрыскивалось, но в настоящее время топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, и смешивание происходит в соответствии с профилем камеры сгорания. Повышает эффективность на 11-13%.
• Двойные свечи зажигания и многокомпонентные форсунки: поскольку фронт пламени начинается от свечи зажигания и движется наружу, некоторое количество топлива остается несгоревшим, поскольку выбрасывается до того, как фронт пламени достигает его. В цилиндре с двумя свечами зажигания создаются два фронта пламени, что способствует лучшему сгоранию.
• Использование смазочного масла правильной вязкости, поскольку вязкое масло может привести к потерям из-за трения.
• Интегрированные системы стартера и генератора: В этой системе двигатель немедленно останавливается на холостом ходу и запускается при нажатии на педаль акселератора.

Ссылки

Термодинамика и паровые двигатели R Yadav

Дизельные двигатели A.