Содержание статьи
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.
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.
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:
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Оценка статьи:
Загрузка...motorsguide.ru
Количество просмотров публикации Эффективный КПД двигателя - 1352
Эффективный удельный расход топлива
Механический КПД двигателя
Эффективная мощность Nе развиваемая двигателем, всегда меньше его индикаторной мощности Ni, так как часть последней затрачивается на преодоление механических потерь и на привод нагнетателя. Чем меньше механические потери в двигателе, тем соответственно большая часть индикаторной мощности должна быть передана валу двигателя.
Механическим КПД двигателя (ηМ) принято называть отношение эффективной мощности двигателя к индикаторной:
Из этой формулы мы можем выразить эффективную мощность через индикаторную мощность и механический к. п. д. следующим образом: Nе = ηМ ·Ni.
Из приведенных формул видно, что механический КПД представляет собой долю, которую составляет эффективная мощность двигателя от индикаторной. Чтобы найти эффективную мощность двигателя, нужно его индикаторную мощность Ni умножить на механический КПД ηМ .
Для двигателей без нагнетателя величина механического к. п. д. составляет примерно 0,85÷0,90. Это значит, что на преодоление механических потерь в двигателе затрачивается от 10 до 15 процентов его индикаторной мощности. Для двигателей, имеющих нагнетатели с механическим приводом от коленчатого вала, значительная доля индикаторной мощности дополнительно затрачивается на вращение нагнетателя. Вследствие этого механический КПД таких двигателей получается соответственно меньшим и составляет в среднем около 0,70÷0,90.
Для двигателя АШ-62ИР, имеющего низконапорный нагнетатель, величина механического КПД составляет 0,80÷0,90.
Эффективным удельным расходом топлива (Се) или, сокращенно, эффективным расходом топлива принято называть расход топлива в единицу времени (Сh), отнесенный к единице эффективной мощности (Ne), развиваемой двигателем.
В случае если двигатель развивает эффективную мощность Ne и расходует в единицу времени Сh топлива, то его эффективный расход Се будет: Се = Сh·N e
Эффективный удельный расход показывает, какое количество топлива в час крайне важно израсходовать двигателю для развития единицы мощности (одной лошадиной силы). У двигателя АШ-62ИР эффективный расход топлива зависит от режима работы и равен 200÷300 г/л.с. · ч.
Степень использования тепла, внесенного в двигатель топливом для получения эффективной работы, характеризуется эффективным к. п. д.
Эффективным КПД (ηе), принято называть отношение тепла, превращенного двигателем в эффективную работу (Le), к теплу, внесенному топливом в двигатель (Q).
Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, эффективный к. п. д. учитывает все потери энергии в двигателе и характеризует его в целом как тепловую машину и как систему механизмов.
У современных авиационных поршневых двигателей величина ηе составляет 0,2÷0,3. Это означает, что только 20÷30% израсходованного топлива используется на создание полезной мощности, остальные 70÷80% безвозвратно теряются. Для двигателя АШ-62ИР ηе≈0,20.
referatwork.ru
Коэффициент полезного действия (КПД) - термин, которые можно применить, пожалуй, к каждой системе и устройству. Даже у человека есть КПД, правда, наверно, пока не существует объективной формулы для его нахождения. В этой статье расскажем подробно, что такое КПД и как его можно рассчитать для различных систем.
КПД – это показатель, характеризующий эффективность той или иной системы в отношении отдачи или преобразования энергии. КПД – безмерная величина и представляется либо числовым значением в диапазоне от 0 до 1, либо в процентах.
КПД обозначается символом Ƞ.
Общая математическая формула нахождения КПД записывается следующим образом:
Ƞ=А/Q, где А – полезная энергия/работа, выполненная системой, а Q – энергия, потребляемая этой системой для организации процесса получения полезного выхода.
Коэффициент полезного действия, к сожалению, всегда меньше единицы или равен ей, поскольку, согласно закону сохранения энергии, мы не можем получить работы больше, чем потрачено энергии. Кроме того, КПД, на самом деле, крайне редко равняется единице, так как полезная работа всегда сопровождается наличием потерь, например, на нагрев механизма.
Тепловой двигатель – это устройство, превращающее тепловую энергию в механическую. В тепловом двигателе работа определяется разностью количества теплоты, полученного от нагревателя, и количества теплоты, отданной охладителю, а потому КПД определяется по формуле:
Считается, что высочайший КПД обеспечивают двигатели, работающие по циклу Карно. В данном случае КПД определяется по формуле:
Электрический двигатель – это устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую, так что КПД в данном случае – это коэффициент эффективности устройства в о
elhow.ru
3.1 двигатели с нормальным КПД: Двигатели общепромышленного назначения, КПД которых соответствует уровню, достигнутому в производстве двигателей серии АИ.
3.1 двигатели с нормальным КПД: Двигатели общепромышленного назначения, КПД которых соответствует уровню, достигнутому в производстве двигателей серии АИ.
Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.
двигатели с нормальным КПД — Двигатели общепромышленного назначения, КПД которых соответствует уровню, достигнутому в производстве двигателей серии АИ. [ГОСТ Р 51677 2000] Тематики электродвигатель асинхронный … Справочник технического переводчика
Двигатели с нормальным КПД — English: Motors with normal efficiency Двигатели общепромышленного назначения, КПД которых соответствует уровню, достигнутому в производстве двигателей серии АИ (по ГОСТ Р 51677 2000) Источник: Термины и определения в электроэнергетике.… … Строительный словарь
двигатели с повышенным КПД (энергосберегающие двигатели) — 3.2 двигатели с повышенным КПД (энергосберегающие двигатели): Двигатели общепромышленного назначения, у которых суммарные потери мощности не менее чем на 20 % меньше суммарных потерь мощности двигателей с нормальным КПД той же мощности и частоты… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Двигатели с повышенным КПД (Энергосберегающие двигатели) — English: Energoeconomic motors Двигатели общепромышленного назначения, у которых суммарные потери мощности не менее чем на 20 % меньше суммарных потерь мощности двигателей с нормальным КПД той же мощности и частоты вращения (по ГОСТ Р 51677 2000) … Строительный словарь
ГОСТ Р 51677-2000: Машины электрические асинхронные мощностью от 1 до 400 кВт включительно. Двигатели. Показатели энергоэффективности — Терминология ГОСТ Р 51677 2000: Машины электрические асинхронные мощностью от 1 до 400 кВт включительно. Двигатели. Показатели энергоэффективности оригинал документа: 3.1 двигатели с нормальным КПД: Двигатели общепромышленного назначения, КПД… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 31605-2012: Машины электрические асинхронные мощностью от 1 до 400 кВт включительно. Двигатели. Показатели энергоэффективности — Терминология ГОСТ 31605 2012: Машины электрические асинхронные мощностью от 1 до 400 кВт включительно. Двигатели. Показатели энергоэффективности оригинал документа: 3.1 двигатели с нормальным КПД: Двигатели общепромышленного назначения, КПД… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
показатели энергоэффективности — 5.1 Показателями энергоэффективности являются: коэффициент полезного действия, представляющий отношение полезной мощности на валу двигателя, выраженной в киловаттах, к активной мощности, потребляемой двигателем из сети, выраженной в киловаттах;… … Справочник технического переводчика
Четырехтактный двигатель — Бензиновые двигатели это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило,… … Википедия
Четырёхтактный мотор — Бензиновые двигатели это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило,… … Википедия
Бензиновый двигатель внутреннего сгорания — Бензиновый двигатель W16 Bugatti Veyron Бензиновые двигатели это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической и … Википедия
normative_reference_dictionary.academic.ru
