Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Кпд двигателя что такое


КПД бензинового и дизельного двигателя

КПД двигателя – что это такое

КПД двигателя внутреннего сгорания означает значение соотношение двух величин: мощность, подающаяся в процессе функционирования мотора на коленчатый вал к мощности, которая получается поршнем посредством давления газов, образовавшихся при воспламенении топлива. Проще говоря, это преобразование тепловой или термической энергии, которая образуется при сгорании топливной смеси (бензин и воздух) в механическую.

На эффективность КПД двигателя влияют совокупность различных механических потерь, возникающих на разных стадиях функционирования, а также движение отдельных деталей двигателя, вызывающих трение. Эти детали вызывают наибольшие потери, составляющие примерно 70 % от их общего количества. К ним частям относятся поршни, поршневые кольца, подшипники. Помимо этого, потери возникают от функционирования таких механизмов, как магнето, насосы и пр., которые могут достигать до 20%. Наименьшую часть потерь составляют сопротивления, возникающие в процессе впуска/выпуска в топливной системе.

Сравнение КПД двигателей – бензин и дизель

Если сравнить КПД дизельного и бензинового моторов – эффективнее из них, конечно, дизель, причина в следующем:

  1. Бензиновый агрегат преобразует лишь 25 % энергии в механическую, в то же время дизельный до 40%.
  2. Дизельный двигатель, оснащенный турбонаддувом, достигнет 50-53% КПД, а это уже существенно.

Так в чем заключается эффективность дизельного мотора? Все очень просто – не смотря на практически идентичный тип работы (оба мотора являются ДВС) дизель функционирует намного эффективнее. Топливо у него воспламеняется совсем по другому принципу, а также у него большее сжатие. Дизель меньше нагревается, соответственно, происходит экономия на охлаждении, так же у него меньше клапанов (значительная экономия на трении). Кроме этого, у такого агрегата нет свечей, катушек, а значит, нет и энергетических затрат от генератора. Функционирует дизельный двигатель с меньшими оборотами (коленвал не приходится раскручивать). Все это его делает чемпионом по КПД.

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:

  • Вид топлива.
  • Способ образования топливно-воздушной смеси.
  • Реализация воспламенения заряда.

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.

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.

Энергетическая ценность солярки и бензина

В состав солярки входит больше тяжелых углеводородов, нежели в бензин. Меньший КПД такого мотора сравнительно с дизельным агрегатом обусловлен энергетической составляющей бензина и способом его сгорания. При сгорании равного количества бензина и солярки большее количество тепла характерно для бензина. Тепло в дизельном агрегате более полноценно преобразуется в механическую энергию. Соответственно, при сжигании равного количества топлива за определенное количество времени именно дизельный мотор выполнит больше работы.

Помимо этого, нужно учитывать особенности впрыска и условия, способствующие качественному сгоранию смеси. В дизельный агрегат топливо поступает отдельно от воздуха и впрыскивается напрямую цилиндр в конце сжатия, минуя впускной коллектор. Результатом этого процесса становится температура, более высокая, чем у бензинового мотора и максимальное сгорание топливно-воздушной смеси.

Подробнее о потерях

Если сравнивать бензиновый и дизельный и ДВС, можно сказать что КПД бензинового мотора находится на более низком уровне – в пределах 20-25 %. Это обусловлено рядом причин. Если, к примеру, взять поступающее в ДВС топливо и «перевести» его в проценты, то получится как бы «100% энергии», которая передается мотору, а дальше, потери КПД:

  1. Топливная эффективность. Далеко не все потребляемое топливо сгорает, его большая часть уходит с отработанными газами. Потери на этом уровне составляют до 25% КПД. Сегодня, конечно, топливные системы усовершенствуются, появился инжектор, но и это не решает проблему на 100%.
  2. Второе – это тепловые потери. Часть тепла уходит из ДВС с выхлопными газами, кроме этого, мотор прогревает себя и ряд других элементов: свой корпус, жидкость в ДВС, радиатор. На все это приходится еще в пределах 35%.
  3. Третье, на что расходуется КПД – это механические потери. К ним относятся составляющие силового агрегата, где есть трение: шатуны, кольца, всякого рода поршни и т.д. Также сюда можно отнести потери, обусловленные нагрузкой от генератора, к примеру, чем больше электричества он вырабатывает, тем сильнее он притормаживает вращение коленвала. Конечно, различные смазки для ДВС играют свою роль, но все-таки полностью проблему трения они не решают, а это еще дополнительные потери до 20 % КПД.

Таким образом, в остатке КПД не более 20%. Сегодня существует бензиновые варианты, у которых показатель КПД несколько увеличен – до 25%, но, к сожалению, их не так много. К примеру, если автомобиль расходует 10 л топлива на 100 км, то всего лишь 2 л уйдут на работу двигателя, а все остальные – это потери.

Конечно, есть вариант увеличить мощность за счет расточки головки, но к нему прибегают довольно редко, поскольку это вносит определенные изменения в конструкцию ДВС.

Конструкторы постоянно стремятся увеличить КПД как бензинового, так и дизельного агрегатов. Увеличение количества выпускных/впускных клапанов, управление топливным впрыском (электронное), дроссельная заслонка, активное использование систем изменения фаз газораспределения и другие эффективные решения позволяют значительно повысить КПД. Конечно, в большей степени это относится к дизельным установкам.

С помощью таких усовершенствований современный дизель способен практически полностью сжечь дизтопливо в цилиндре, выдав максимальный показатель крутящего момента. Именно низкие обороты означают незначительные потери во время трения и возникающее в результате этого сопротивление. По этой причине дизельный двигатель является одним из производительных и экономичных, КПД которого довольно часто превышает отметку в 50%.

Что такое КПД двигателя? (с рисунками)

Эффективность двигателя означает способность двигателя преобразовывать доступную энергию из своего топлива в полезную рабочую мощность. Современный бензиновый двигатель внутреннего сгорания работает в среднем примерно на 20-30% эффективности двигателя. Оставшиеся от 70 до 80 процентов тепловой энергии бензина выводятся из двигателя в виде тепла отработавших газов, механической звуковой энергии или потерь на трение. На холостом ходу КПД двигателя равен нулю, поскольку двигатель не движется на транспортном средстве и использует только вспомогательные устройства, такие как водяной насос и генератор.

Дизельные двигатели более эффективны, чем бензиновые, отчасти потому, что они используют высокое сжатие для зажигания топлива.

Дизельные двигатели немного более эффективны. Дизельный двигатель использует высокое сжатие, чтобы зажечь его топливо. Это более высокое сжатие компенсирует паразитную потерю тепла двигателя и приводит к примерно 40-процентному КПД двигателя от холостого хода до почти 2000 оборотов в минуту.Такой КПД двигателя наблюдается только у дизельных двигателей с прямым впрыском.

Неэффективность паровых поршневых двигателей привела к гибели паровозов.

Степень сжатия двигателя повлияет на его эффективность.Частично это связано со способностью двигателя преобразовывать тепло от процесса зажигания в работу, производящую энергию. Типичный бензиновый автомобильный двигатель работает с коэффициентом сжатия не более 10: 1. И наоборот, типичный дизельный двигатель может работать с коэффициентом сжатия до 25: 1. Чем выше степень сжатия, тем выше общая эффективность двигателя.

Количество кислорода, которое может поглотить двигатель, напрямую влияет на его способность работать более эффективно.Это причина для введения закиси азота в топливную систему бензинового двигателя. Закись азота добавляет молекулы кислорода в топливо, позволяя сжигать больше топлива в камере сгорания. Это сжигание добавленного топлива позволяет двигателю работать более эффективно.

Тип топлива также напрямую влияет на коэффициент полезного действия двигателя.Бензин с более высоким октановым числом позволит двигателю работать с более высокой степенью сжатия. Это в свою очередь создает большую эффективность двигателя. Такие виды топлива, как нитрометан, вырабатывают кислород, создавая тем самым большую мощность, позволяя сжигать больше топлива в двигателе.

Некоторые двигатели еще менее эффективны. Например, поршневой паровой двигатель работает примерно с 8-процентным КПД двигателя.Это было основным фактором гибели паровоза. С другой стороны, паровые турбины работают с КПД, равным или превышающим КПД дизельного двигателя. Вот почему паровая турбина используется для электростанций. Газотурбинный двигатель является наиболее эффективным из всех двигателей при работе на полную мощность. Они используются для производства электроэнергии в периоды интенсивного использования и отключаются после удовлетворения дополнительных потребностей.

Внедорожники, как правило, получают меньший расход бензина, чем автомобили меньшего размера.,

Повышение эффективности двигателя IC

  • Запустите двигатель, работающий на низком топливе, то есть используйте избыток воздуха. Хорошо известно, что экономичный расход топлива повышает эффективность. В прежние времена в крейсерских условиях двигатели всегда работали на 15% лишнего воздуха - это было экономично. Так что же случилось, чтобы изменить это? Проблема заключается в трехкомпонентном (CO, UHC, NOx) катализаторе, используемом на выхлопах двигателя. Это работает, только если соотношение воздух / топливо двигателя (по массе) является стехиометрическим (химически правильным). Для бензина это соотношение составляет 14.6: 1. Компьютер двигателя, действуя совместно с датчиком воздушного потока двигателя, электронными топливными форсунками и датчиком выхлопного кислорода, поддерживает стехиометрическое соотношение для большей части вашего вождения. Только при таком соотношении катализатор может окислять CO и UHC (до CO 2 и H 2 O) и химически восстанавливать NOx (до N 2 ). (UHC = несгоревшие углеводороды.) Человечество нуждается в катализаторе обедненного NOx. Тогда мы могли бы повысить эффективность и продолжать быть чистыми!
  • Также необходимы способы улучшения обедненной воспламеняемости в бензиновых двигателях.То есть способность сжигать настоящий обедненный ограничен топливом. Если смесь бензин-воздух слишком обедненная, пламя не будет иметь достаточной скорости, чтобы пройти через цилиндр за время, допустимое для числа оборотов двигателя, которое требуется водителю, или пламя даже не запустит пропуски зажигания в цилиндре, и тогда катализатор окислять огромное количество UHC и, следовательно, может перегреться (что может означать, что вы должны купить новый катализатор).

    Фон:

    Первый курс по термодинамике может научить эффективности цикла Отто (который является идеальным циклом, используемым для моделирования бензинового двигателя с искровым зажиганием).Такой курс вывел бы следующее уравнение для эффективности цикла Отто:

    ч

    = 1 1 / р против г-1

    Степень сжатия двигателя - против . На самом деле, это соотношение объема. Это отношение объема в цилиндре, когда поршень находится в нижней части цилиндра, к объему в цилиндре, когда поршень находится в его верхнем положении: r v = V , нижняя / V, , верхняя .

    Большинство автомобильных двигателей имеют степень сжатия от 9 до 10.5 ассортимент. Отметим: чем выше степень сжатия, тем выше эффективность! Параметр g представляет собой отношение удельных теплот, т.е. удельной теплоемкости при постоянном давлении к удельной теплоемкости при постоянном объеме. С практической точки зрения, чем выше g, тем выше эффективность. Газ, такой как гелий или аргон, состоящий только из атомов, имеет максимально возможное значение g, 1,67. С другой стороны, комнатный воздух, состоящий в основном из молекул O 2 и N 2 , имеет g 1,4. У паров топлива г меньше, чем у воздуха.Смесь воздуха и паров бензина, введенных в двигатель, имеет значение g около 1,35. Когда эта смесь сжимается и нагревается во время такта сжатия, ее g падает до 1,33. При сгорании (когда поршень находится рядом с его верхним положением), топливо окисляется до CO 2 (и немного CO) и H 2 O, и г падает еще больше. Он падает в диапазоне 1.20-1.25. Общая эффективная g для всего цикла для использования в приведенном выше уравнении эффективности составляет около , 1,27, .

    Практическое правило: чем больше сложность молекул, тем ниже g.Нижний предел равен 1. Атомы аргона и гелия только перемещаются, то есть движутся по прямым путям, пока не встретят другой атом. Молекулы воздуха помещения перемещаются и вращаются (около 2 их осей). Горячий воздух начинает вибрировать (как два ядра, соединенные пружиной). Молекулы паров топлива имеют много возможностей вибрировать даже при комнатной температуре. Продукты сгорания вибрируют. Тем не менее, только перевод молекул нажимает на поршень. Другие способы молекулярного движения ничего не делают для толкания поршня.Таким образом, когда g падает (что указывает на большую вибрацию молекул), h падает. Бедный двигатель (то есть двигатель с избыточным воздухом) имеет более холодный процесс сгорания и больше воздуха относительно топлива, чем типичный двигатель с химически правильной смесью. Таким образом, его g выше, а его h больше.

    Вставьте g = 1,27 в вышеприведенное уравнение эффективности, предположим, что r v = 10, и вы получите h = 0,46. Умножьте это примерно на 0,75, чтобы учесть эффекты реального цикла (например, время, необходимое для горения, потери тепла на охлаждающую жидкость и выпускные клапаны, которые открываются до того, как поршень полностью достигнет нижнего положения), и вы получите h = 0.35. Это эффективность (приведенная выше) использования химической энергии топлива для проталкивания поршней. Умножьте это на механическую эффективность двигателя, которая учитывает механическое трение в двигателе и работу по подкачке воздуха (и топлива), которую необходимо выполнить, и вы получите конечную или общую эффективность двигателя. Конечно, механическая эффективность зависит от условий вождения. Чем выше частота вращения двигателя, тем больше потери на трение. Чем более закрыт дроссель (т. Е. Чем дальше от педали находится нога), тем выше потери при прокачке.Для типичного вождения в США общая эффективность двигателя составляет около 20%. Обратите внимание, ваша педаль на самом деле не педаль газа, это воздушная педаль! Добавьте механические потери на трансмиссию и реальную ось от трения (или потери от трения коробки передач) и расход нескольких важных аксессуаров, и вы получите 15% -ую эффективность использования топлива на колесо для типичного автомобиля с автоматическим приводом в США.

  • Более высокая степень сжатия. Здесь мы ограничены самовоспламенением бензинового стука. То есть, если компрессия бензинового двигателя выше примерно 10.5, если октановое число топлива не является высоким, происходит детонационное горение. Это раздражает, и если оно будет постоянным, может произойти повреждение двигателя. Таким образом, бензиновые двигатели ограничены по своей эффективности из-за неспособности топлива плавно гореть в двигателях с высокой степенью сжатия.
  • Однако дизельный двигатель не подпадает под это ограничение. Он работает с высокой степенью сжатия. Отчасти это объясняет его высокую эффективность. Он также работает экономно, и его насосная работа низкая, что еще больше повышает его эффективность по сравнению с бензиновым двигателем.Человечеству нужны тихие, бездымные, без запаха дизели!

  • Нам нужны новые циклы для практического использования. Примером является цикл Аткинсона. Это имеет меньшую степень сжатия, чем степень расширения. Это означает, что T C снижается, поскольку сгоревший газ охлаждается по мере их расширения, что делает цикл эффективным. Мы выбрасываем меньше тепла через выхлоп.
  • Запустите двигатель в оптимальных условиях, что означает низкое трение (умеренная частота вращения двигателя) и низкую работу насоса (воздушный дроссель более открыт).Попытайтесь приблизиться к эффективности «толкания поршней» на 35%. Это уже происходит в некоторых стационарных поршневых двигателях, например, больших, медленных поршневых двигателях, используемых на компрессорных станциях трубопроводов. Также это важная характеристика двигателей, используемых в гибридных бензин-электрических транспортных средствах. Пусть бензиновый двигатель в гибридной бензиново-электрической электростанции работает только с хорошим открытием дроссельной заслонки и умеренными оборотами. Пример одного типа коммерчески доступного гибридного двигателя («параллельный» тип) находится по адресу:
  • .

    Узнайте об объемной эффективности и как она влияет на производительность двигателя

    Объемный КПД - это термин, который довольно часто обсуждается при обсуждении двигателей внутреннего сгорания. Однако на удивление мало кто понимает, что такое объемная эффективность и как она на самом деле влияет на производительность двигателя.

    В этом посте мы обсудим объемную эффективность, предоставим формулу объемной эффективности и покажем несколько примеров ее применения к конкретным примерам двигателей.

    Что такое объемная эффективность?

    Объемный Эффективность (VE) - это фактическое количество воздуха, протекающего через двигатель, по сравнению с его теоретическим максимумом. По сути, это мера того, насколько полны цилиндры.

    VE выражается в процентах. Двигатель, работающий на 100% VE, означает, что мы захватили 100% воздуха, который теоретически может удерживать цилиндр при массе . Объем всегда измеряет одно и то же, но ограничения облегчают массу воздуха / топлива по сравнению с тем, что теоретически держит цилиндр.Инерционная настройка впуска, головок, кулачка и выхлопа может сделать объем более тяжелым. Чем оно тяжелее, тем больше воздуха / топлива в нем можно сжечь для получения энергии.

    Как рассчитывается?

    Формула для объемной эффективности Is:

    VE = (CFM X 3456) / (CID X RPM)

    В этой формуле CFM - это количество воздуха (в кубических футах в минуту), прокачиваемого через двигатель. Это НЕ рейтинг CFM карбюратора. Это может быть трудно измерить и требует специального испытательного оборудования.

    Как объемная эффективность влияет на производительность?

    Объемная эффективность может быть сложной темой. Плотность воздуха меняется в зависимости от температуры и высоты. Следовательно, VE может меняться в зависимости от окружающей среды.

    На уровне моря воздух более плотный. Это означает, что внутри цилиндра больше молекул воздуха. В горах всё наоборот. Тот же двигатель будет работать при более высоком VE на уровне моря, чем в горах.

    Вы можете улучшить VE, упрощая поток воздуха.Эта идея стоит за впускными коллекторами вторичного рынка, комплектами для холодного воздуха, портирующими и полирующими головками цилиндров и коллекторами. Закачивание большего количества воздуха также является идеей для нагнетателей , турбо и закиси . Эти силовые сумматоры заставляют больше воздуха в цилиндре. Когда топливная система и система зажигания правильно настроены, это может поднять VE более чем на 100 процентов и произвести тонны энергии.

    В таблице ниже приведены некоторые общие оценки VE для различных типов двигателей:

    Тип двигателя

    VE%

    Современный сток двигатель

    85%

    Слегка модифицированный двигатель

    *

    100%

    Модифицированный двигатель

    **

    115%

    * Слегка модифицированный = рабочий кулачок , портированные головки ГБЦ, рабочий впускной коллектор , жатки , модернизация зажигания
    ** Высокая степень модификации = агрессивный кулачок, рабочий впускной коллектор, жатки, модернизация зажигания, , конфигурация вторичного рынка, гоночные головки цилиндров , степень сжатия 14: 1 или выше

    Как объемная эффективность связана с кривой Dyno вашего двигателя

    VE основан на кривой динамометрической мощности двигателя.Пример на графике ниже - атмосферный двигатель объемом 440 кубических дюймов. Мы знаем, что это составляет 592 лошадиных силы, и мы знаем, что это делает при 6700 оборотах в минуту.

    Формула для оценки VE при различных оборотах от динамограммы двигателя:

    лошадиных сил x 4235 / CID x об / мин = VE

    592 x 4235 = 2,507,120

    440 x 6700 = 2948000

    2,507,120 / 2,948,000 = 0,85 процента VE

    Обратите внимание, что двигатель достиг пика в 92% VE между 5500 и 5800 оборотами в минуту - после того, как максимальный крутящий момент начал падать.Это число не полезно в калькуляторе карбоната, но это хороший показатель производительности. Однако, поскольку теперь мы знаем, что этот двигатель имеет 85% VE чуть ниже красной черты, мы могли бы использовать его для определения показателя CFM для углеводов, используя стандартную формулу CFM:

    CID x оборотов в минуту x VE / 3,456

    440 x 7000 x .85 = 2 681 000

    2 681 000/3456 = 757 куб.

    Карбонат в 750 куб.Двигатель тратит впустую растущее количество воздуха, превышающее пиковую мощность, поэтому немного больше углеводов может быть преимуществом в чистом гоночном двигателе.

    Автор: Брайан Наттер После стажировки в ВВС США, Брайан Наттер учился в Хьюстоне, штат Техас, в Школе автомобильных машинистов в штате Техас в 1997 году. В начале своей автомобильной карьеры он работал на сборщиков двигателей Скотта Шафироффа и СиДжея Баттена, а затем несколько лет развивал работу поршни в Wiseco Piston Co.Сегодня Брайан разрабатывает детали для саммита Racing Equipment и регулярно участвует в разработке OnAllCylinders. Для удовольствия он управляет своим 427-сильным C5 Z06 в гонках на наземных скоростях ECTA, на соревнованиях по уличным автомобилям OPTIMA®, а также на трассе автокросса, драг-рейсинга и трековых дней. ,

    Смотрите также


    avtovalik.ru © 2013-2020
    Карта сайта, XML.