Кпд дизеля и бензинового двигателя: КПД двигателя внутреннего сгорания. Сколько приблизительно равен, а также мощность в процентах

Содержание

Узнаем как ой КПД дизельного двигателя? Дизельный и бензиновый двигатель

КПД дизельного двигателя представляет собой отношение мощности, которая подается на коленчатый вал, к мощности, получаемой поршнем благодаря давлению газов, образующихся при воспламенении используемого топлива.

То есть эта величина является той энергией, которая преобразовывается из тепловой или термической энергии в механическую величину.

Бензиновые двигатели обладают принудительным зажиганием воздушно-топливной смеси искрой свечи.

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.

Особенности дизельных двигателей

КПД бензинового и дизельного двигателя существенно отличаются между собой. Дизели являются теми двигателями, в которых после сжатия нагретая топливно-воздушная смесь воспламеняется. Они намного экономичнее бензиновых аналогов из-за большей степени сжатия, способствующей полному сгоранию воздушно-топливной смеси.

Достоинства дизелей

КПД дизельного двигателя можно увеличить при создании сопротивления движения воздуха из-за отсутствия дроссельной заслонки, но это приводит к повышению расхода топлива.

Наибольший крутящий момент развивают дизели на небольшой частоте вращения коленчатого вала.

Устаревшие конструкции дизельных двигателей от бензиновых аналогов отличаются определенными недостатками:

  • большим весом и ценой при равной мощности;
  • повышенным шумом, создаваемым при сгорании топлива в цилиндрах;
  • меньшими оборотами коленчатого вала, повышенными инерциальными нагрузками.

Принцип деятельности

КПД современного дизельного двигателя определяется отношением полезной работы, совершаемой двигателем, к полной работе. Почти у всех автомобильных двигателей предполагается четыре такта:

  • впуск топливно-воздушной смеси;
  • сжатие;
  • рабочий ход;
  • выпуск отработанных газов.

Эффективность дизельного двигателя

КПД дизельного двигателя в процентах составляет порядка 35-40 процентов. Учитывая, что для бензинового агрегата показатель составляет до 25 %, дизель явно лидирует.

Если воспользоваться турбонаддувом, вполне модно увеличить КПД дизельного двигателя до 53 процентов.

Несмотря на сходство типа работы, дизель справляется с поставленной перед ним задачей намного качественнее и результативнее. Так как у него меньшее сжатие, воспламенение топлива происходит по другому принципу. Он будет меньше нагреваться, в результате чего на охлаждении происходит неплохая экономия. В дизеле нет свечей и катушек зажигания, следовательно, нет необходимости тратить дополнительную энергию генератора.

Для повышения эффективности работы бензинового двигателя добавляют пару выпускных и впускных клапанов, а на каждую свечу устанавливают отдельную катушку зажигания. Для управления дроссельной заслонкой используется электрический привод.

Эффективность топлива

Расчет КПД дизельного двигателя позволяет определить целесообразность его применения.

Дизель считается одним из вариантов двигателя внутреннего сгорания, для которого характерно после сжатия воспламенение рабочей смеси.

Для того чтобы выявить суть функционирования бензинового двигателя, и то, какой КПД дизельного двигателя, проводят математические расчеты.

Потери КПД

Сгорает не все топливо, некоторая его часть теряется вместе с выхлопными газами (теряется до 25 процентов КПД). В процессе функционирования двигатель тратит часть энергии на корпус, радиаторы, жидкость. Это приводит к дополнительной потере КПД. На все места, где существует трение: кольца, шатуны, поршни, потребляется дополнительная энергия, что негативно отражается на коэффициенте полезного действия.

Вариант определения

В технической документации можно найти информацию о мощности двигателя внутреннего сгорания. После заливки в него топлива и работы на максимальных оборотах в течение нескольких минут остатки топлива сливают. Вычтя из начального объема конечный результат, вооружившись плотностью, можно посчитать массу топливной смеси.

В настоящее время максимальной эффективностью обладает электрический силовой агрегат. Его КПД может достигать 95%, что является превосходным результатом. Если первые моторы при объеме двигателя 1,6 литра развивали не больше 70 лошадиных сил, то в наши дни этот показатель доходит до 150 лошадиных сил.

КПД – величина отношения мощности, подаваемой на коленчатый вал двигателя, к величине, получаемой от сгорания газовой смеси поршнем. В зависимости от того, какое топливо используется для работы автомобильного двигателя, КПД может варьироваться в диапазоне от 20 до 85 процентов. Безусловно, производители топливных систем ищут способы их улучшения, позволяющие существенно увеличить итоговую величину двигателя внутреннего сгорания.

Для снижения механических потерь от нагрузки генератора, трения в настоящее время в промышленности используют смазки. Но, несмотря на подобные достижения, полностью справиться с силой трения пока еще не удалось никому.

Даже после усовершенствований бензинового двигателя удалось добиться изменения у него коэффициента полезного действия до 20 процентов, только в некоторых случаях удается повышать КПД до 25 %.

Более высокий показатель коэффициента полезного действия свидетельствует о топливной эффективности. К примеру, при объеме дизельного двигателя 1,6 литра в городском цикле расход топлива составляет не более 5 литров. У бензинового аналога эта величина достигает 12 л. Сам дизельный агрегат гораздо легче и компактнее, к тому же считается более экологичным вариантом, чем бензиновый двигатель.

Эти положительные технические характеристики гарантируют дизелям более продолжительный эксплуатационный срок службы.

Заключение

Помимо многочисленных плюсов, есть у него и несколько недостатков, о которых также следует упомянуть. КПД двигателя внутреннего сгорания гораздо меньше 100 процентов, к тому же агрегат не выдерживает резкого понижения температуры воздуха.

Коэффициент полезного действия представляет собой величину, которая в процентном соотношении демонстрирует результативность функционирования механизма относительно преобразования тепловой энергии в полезную работу. ДВС осуществляет подобную деятельность, осуществляя преобразование тепловой энергии. Высвобождается она в результате сгорания в цилиндрах топливной смеси. КПД дизельного мотора является фактически совершенной механической работой, состоящей из отношения энергии, полученной от сгорания топлива, и мощности, отдаваемой установкой на коленчатом валу двигателя.

Эффективность работы современного дизельного агрегата определяется множеством различных факторов. В первую очередь, необходимо отметить тепловые и механические потери, возникающие в ходе работы двигателя такого типа. Кроме того, свою долю вносит в разнообразные потери и сила трения, которая появляется при тесном соприкосновении этих многочисленных деталей.

Основная часть расходуемой полезной энергии приходится на приведение в движение поршня, вращение внутри мотора различных деталей. Более 60 процентов сгорающего топлива требуется для обеспечения работы всех узлов автомобильного двигателя. При дополнительных потерях появляются существенные проблемы с дееспособностью навесного оборудования, разнообразных систем, механизмов.

Благодаря модернизации системы впрыска удалось внести позитивные изменения в значение коэффициента полезного действия, минимизировать потери.

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.

Какой мотор лучше – дизельный или бензиновый? Все аргументы «за» и «против»

Какие автомобили лучше: бензиновые или дизельные? Спорить тут бесполезно – лучше соберем все аргументы в пользу того или иного мотора

Редакция

Т-34 и самая недоступная Волга

Многим это уже представляется легендой, однако же лучший  танк Второй мировой войны – Т-34 – был дизельным. Бензин полыхает гораздо охотнее солярки – говорят, что именно это соображение склонило чашу весов в пользу дизеля. Сегодня, конечно же, подобные воспоминания в расчет не берутся: кому охота размышлять о каких-то суровых ДТП.

В советские времена дизельных легковушек не было. А одним из самых недоступных автомобилей была Волга, да не простая, а с дизельным мотором. Единицы таких машин просачивались из-за кордона обратно на родину – и о них ходили легенды. Мол, тянет как трактор, потребление, по сравнению с прожорливой бензиновой сестричкой – вообще «никакое». А самое главное, чего уж там скрывать, заключалось в том, что водители дизельных грузовиков завидовали коллегам на бензиновых машинах, поскольку те, то и дело, продавали свое топливо за полцены «налево». Солярка же оставалась невостребованной, а потому обладатели дизельной Волги были  желанными клиентами в любой точке страны. Нехорошо, конечно, но это правда. 

Расход

Раунд в пользу дизеля. КПД дизельного мотора выше, чем у бензинового, поскольку у него больше степень сжатия. Улучшает КПД и то обстоятельство, что, с точки зрения термодинамики, разница температур в начале и конце такта сжатия у него выше. На средних режимах дизели работают на более бедных смесях, нежели бензиновые – сгорание при этом более полное, так как кислорода полным-полно.

Отметим, что наддув на дизельных моторах появился гораздо раньше, чем на бензиновых. Поэтому по части технологии он лучше доведен. 

Стоимость топлива

Счет равный, как бы глупо это ни звучало. Понятно, что дизельное топливо априори должно стоить меньше бензина, поскольку они появляются на свет на противоположных участках процесса перегонки нефти. Однако же посмотрите на ценники АЗС… ДТ практически сравнялось по цене с 95-м бензином, значительно опережает 92-й, и уступает 98-му. Очевидной выгоды в пользу дизтоплива не видать.

Всесезонность

Раунд в пользу бензинового мотора – причем с несколькими нокдаунами. 

Главный недостаток дизеля заключается в том, что на морозе ему нужно особенное топливо. То, что было залито летом, зимой просто замерзнет! И если владельцы бензиновых машин спокойно заправляются круглый год (хотя, строго говоря, бензины тоже бывают зимними), то дизелеводы при заправке вынуждены  наводить справки: точно ли из этой раздаточной колонки поступает зимнее ДТ, которое не превратится в кисель? 

Второй зимний недостаток дизелей – холод в салоне.  Это – негативное следствие высокого КПД: чем ниже тепловые потери в двигателе, тем меньше и нагрев! И пока мотор полностью не прогреется, теплее точно не станет. А холодный движок – это зазоры, износы и снижение ресурса: от этого не уйти. 

Третий зимний недостаток, вообще говоря, является круглогодичным, но на морозе он особенно заметен. Речь об аккумуляторной кислотной батарее АКБ: при прочих равных условиях на дизеле ей приходится тяжелее, чем на бензиновом моторе. Высокое давление конца такта сжатия требует повышенного усилия от стартера, проворачивающего коленчатый вал, а стартер, в свою очередь, потребует для этого повышенный ток. Поэтому на дизелях используют батареи с повышенным током холодной прокрутки, а они, естественно, более дорогие. 

Экология

Хммм… Тут арбитры в замешательстве. И виноваты зеленые, постоянно ужесточающие требования к выхлопы моторов. 

Загнанные в угол инженеры обеднили смесь так, что на выходе появилась мельчайшие несгоревшие частицы углерода, они же – нанопыль или, проще говоря, сажа. А чтобы не расписаться в собственной беспомощности, решили объявить, что сажу изрыгают только дизели! Потом появились баки с мочевиной, сажевые фильтры, процессы выжигания – а еще возникли дизельгейты. В итоге дизельный мотор оказался виноватым во всех грехах.

Любопытно отметить, что особого вреда от дизельной сажи… практически нет! А вот нанопыль от бензиновых моторов с прямым впрыском топлива очень опасна для легких – онкологи прекрасно это знают. Иными словами, бензиновые моторы оказались даже вреднее дизельных. Но задний ход никто не включает, а обвинение с дизелей так и не снято. В общем, справедливый итог раунда – все-таки ничья.

Момент истины

Ничья! С крошечным преимуществом дизеля. С приходом массового даунсайзинга «наддутые» бензиновые моторы получили широкую полку момента, почти не уступающую дизелям.

Еще о потребительских свойствах

Раунд в пользу бензиновых моторов. Высокое давление в дизелях – это шумы и вибрации. Более узкий диапазон частоты вращения коленвала требует многоступенчатую коробку и частое переключение передач – иначе ездить неудобно. Топливная аппаратура дизеля сложнее и дороже, чем у бензинового мотора. Дизель – штука дорогая. 

Нелишне вспомнить, что в некоторые районы европейских городов въезд на дизелях запрещен: дескать, они портят экологию. Согласиться с такой логикой тяжело, но пока что запреты никто не снимал. 

Коммерция

Раунд в пользу дизеля. Такси, коммерческие автомобильчики, тяжелые грузовики – нормальная среда обитания для дизелей. Пока партия зеленых не надумала все это запретить…

Будущее

Будущее, как известно, за электромобилями – пусть и на бумаге. А пока что автоконцерны заявляют о прекращении новых разработок ДВС. На что они рассчитывают, сказать тяжело.

Редакция рекомендует:






Хочу получать самые интересные статьи

Отличие дизельных и бензиновых двигателей

1.

Презентация на тему «Отличие дизельных и бензиновых двигателей» ПРЕЗЕНТАЦИЯ НА ТЕМУ
«ОТЛИЧИЕ ДИЗЕЛЬНЫХ И
БЕНЗИНОВЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ»
Выполнили ученики 10
«Б» класса Сиденко
Максим и Мешков Марк

2. Чем отличается дизельный двигатель от бензинового?

3. Общие свойства двигателей

Бензиновый и дизельный
двигатель относятся к
двигателям внутреннего
сгорания. В них тепловая
энергия превращается в
механическую. Топливо сгорает
непосредственно в цилиндре.

4. Принцип работы бензинового двигателя

5. Принцип работы дизельного двигателя

6. Сравнение недостатков и преимуществ бензинового и дизельного моторов

7. К преимуществам бензинового двигателя относится: 1)более высокая литровая мощность 2)работа на высоких оборотах без замечаний

К преимуществам дизеля
можно отнести:
1) очень хорошую тягу при
небольших оборотах
2) работу без свечей
зажигания и трамблёра
3) небольшой расход
топлива.
К ПРЕИМУЩЕСТВАМ
БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
ОТНОСИТСЯ:
К недостаткам дизеля
отнесём:
1) необходимость более
частой замены масла и
фильтров
2) высокие шумовые
характеристики и
вибрацию
3) чувствительность
топливной системы.
К НЕДОСТАТКАМ
БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
ОТНЕСЁМ:
1)БОЛЕЕ ВЫСОКАЯ ЛИТРОВАЯ
МОЩНОСТЬ
2)РАБОТА НА ВЫСОКИХ
ОБОРОТАХ БЕЗ ЗАМЕЧАНИЙ
3) НИЗКИЕ ШУМОВЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ И ВИБРАЦИЯ.
1) НЕОБХОДИМОСТЬ ДЛЯ РАБОТЫ
СВЕЧЕЙ ЗАЖИГАНИЯ
2)ОЧЕНЬ ВЫСОКИЙ РАСХОД
ТОПЛИВА
3) ЗНАЧЕНИЕ МОЩНОСТИ,
КОТОРОЕ СОСТАВЛЯЕТ ПРИ
ОБОРОТАХ 3500–4000.

8. Сравнение КПД двигателей – бензин и дизель

Если сравнивать между собой КПД
бензинового и дизельного двигателя, то
следует отметить, что первый из них
недостаточно эффективен и преобразует в
полезное действие всего 25-30 %
произведенной энергии. Например, КПД
стандартного дизеля достигает 40 %, а
применение турбонаддува и
промежуточного охлаждения повышает
это значение до 50 %.

9. Подведём итог

Нельзя однозначно отдать предпочтение
бензиновому или дизельному двигателю.
Каждый из них имеет как преимущества, так и
недостатки. Проведя сравнительную
характеристику, можно отметить, что дизель
выигрывает по следующим критериям:
экологичность, надёжность, экономичность и
эффективность. При этом бензиновый мотор
не уступает по таким показателям, как
мощность, вибрация и шум.

Преимущества и недостатки дизельных двигателей

Споры между сторонниками бензиновых и дизельных двигателей в последние годы поутихли. Дизели постепенно избавились от своих неприглядных особенностей: стали тише, их меньше трясет, они по-прежнему экономные и теперь соответствуют современным экологическим стандартам. Последним аргументом против моторов на тяжелом топливе была скорость. Даже хороший крутящий момент на низких оборотах не позволял машине набирать высокую скорость авто. Так было раньше, а сейчас технологии вроде уникальных систем впрыска и турбин помогли дизелям на равных соперничать с «традиционными» бензиновыми собратьями даже в спортивных автомобилях.

И все-таки, при выборе той или иной модели необходимо знать про преимущества и недостатки дизельных двигателей.

Преимущества современного «дизеля»

  • Низкий расход топлива. Дизельные ДВС потребляют примерно на треть меньше горючего, чем бензиновые двигатели.
  • Уверенный разгон при отличной тяге. Большой крутящий момент помогает автомобилю ровно и уверенно разгоняться на любой скорости.
  • Низкий уровень токсичности вредных выбросов. Эффективные системы переработки топлива сделали из «грязного» дизеля миф прошлых лет.
  • Большой ресурс. Дизельные агрегаты обычно служат на порядок больше, чем бензиновые аналоги.
  • Высокий КПД. Дизельное топливо сгорает с большей «отдачей», чем бензиновое, благодаря особому способу воспламенения и продуманной конструкции камеры сгорания. Оптимальное давление, создаваемое в камере с высокой степенью сжатия, обеспечивает экономичный расход топлива с достижением максимальной мощности. Получается, что дизельный двигатель вырабатывает больше энергии, а значит — способен выдавать больше мощности, по сравнению с мотором на бензине.

Несмотря на очевидные преимущества дизельного двигателя над бензиновым, такой силовой агрегат, как и любое сложное техническое устройство, имеет свои недостатки. Так почему же многие автолюбители по-прежнему выбирают автомобили на бензине?

Недостатки дизельных моторов:

  • Стоимость. Цена на машину с дизельным агрегатом обычно на треть выше. Низкий расход топлива иногда очень долго окупает эту разницу, если автомобиль ездит мало.
  • Низкая цена на вторичном рынке. Через 5-7 лет эксплуатации дизельные варианты продаются сложнее. Все знают, что ремонт мотора с большим пробегом может обойтись в копеечку. Отсюда следующий пункт.
  • Дорогой ремонт. Восстановление работоспособности форсунок и прочие вещи, связанные с ремонтов дизельного двигателя нагоняют ужас на будущих владельцев. Это вовсе не значит, что бензиновые двигатели всегда дешевле в обслуживании, но обычно именно агрегаты на тяжелом топливе тянут с владельцев много денег (если что-то случилось).
  • Долгий прогрев двигателя в холодную погоду. Экономичное потребление топлива при высоком КПД делает дизельный агрегат более «холодным». Минимальный расход энергии на «самообслуживание» увеличивает время прогрева мотора.

Учитывая все плюсы и минусы дизельного двигателя, важно знать об особенностях его эксплуатации в зимний период. В отличие от бензиновых моторов, прогреть «дизель» тяжелее. Силовые агрегаты такого вида разогреваются до оптимальной температуры только в пути, когда нагрузка на систему достаточно велика. К сожалению, подобный принцип работы может стать причиной сокращения ресурса ДВС.

Большинство владельцев автомобиля с дизельным двигателем знают и о том, как долго прогревается салон в холодную погоду. Решается это проблема с помощью дополнительной климатической техники, за которую, конечно, придется доплатить.

Особенно пристальное внимание следует обратить на качество топлива для дизельного двигателя. Так называемая солярка бывает как летней, так и зимней. Летняя на морозе быстро становится густой массой из-за образования в ней парафина, в то время как в зимнее топливо добавляют присадки против кристаллизации. Чтобы избежать дорогостоящего ремонта необходимо искать заправочные станции с качественным горючим и не забывать вовремя переходить на зимнее топливо. Специально для облегчения процесса холодного пуска двигателя разработаны системы предпускового подогрева. Исправное состояние свечей накаливания гарантируют своевременный прогрев камеры сгорания, предваряющий запуск мотора.

Очевидно, что обслуживание и ремонт дизельного двигателя обходятся дороже, чем устранение неисправностей бензинового мотора. Независимо от объема, агрегат требует более частой замены масла, смазки и фильтров. Межсервисный интервал для машин с дизельным ДВС примерно в два раза короче, чем для авто с бензиновым «движком».

При любой неисправности двигателя и появлении значка индикации на панели управления незамедлительно обращайтесь к профессионалам сервисных станций. Специалисты технических центров ГК FAVORIT MOTORS оказывают весь перечень услуг по ремонту и обслуживанию автомобилей с дизельными двигателями любой модификации. Все работы выполняются с помощью современного оборудования и с использованием качественных запасных частей. Не рискуйте дорогостоящей силовой установкой вашего автомобиля. Только квалифицированный мастер, прошедший обучение в учебных центрах автопроизводителя, способен найти верное решение возникшей проблемы.


Каков КПД автомобиля?. Удивительная механика

Каков КПД автомобиля?

Да простит меня читатель, если я задам ему детский вопрос: каков КПД у автомобильного двигателя? «Совсем профессор от жизни отстал», – скорее всего подумает он и ответит, что из учебника физики следует: КПД бензинового двигателя достигает примерно 25 %, а дизельного – приближается к 40 %.

А может, не будем верить печатному слову, а лучше убедимся в этом сами. Заправим бак топливом «по горлышко» и проедем по городу, разумеется, без происшествий и «пробок», 100 км. А затем дольем бак из мерного сосуда снова до прежнего уровня. Если ваш автомобиль весит около тонны и работает на бензине, то долить придется в среднем около 10 л; для автомобиля той же массы с дизельным двигателем потребуется примерно 7 л солярки. Так как научные расчеты производятся не в литрах, даже не в поллитрах, а в килограммах, то для бензина, с учетом его плотности, это составит 7 кг, а для солярки – чуть больше 5 кг. При сжигании эти килограммы топлива выделят (можете проверить по справочнику!) 323 и 250 МДж энергии, соответственно. А затратит ваш автомобиль при движении со скоростью 50—60 км/ч (и это еще хорошо для города!) в среднем 25 МДж, о чем мы уже говорили выше. Поделим эту полезную работу на затраченную энергию и получим КПД для бензинового двигателя 7-8 %, а для дизеля – 10 %. Вот вам теория – 25 и 40 %, а вот суровая правда жизни – 7,5 и 10 %! Конечно, кое-что теряется и в трансмиссии, но это крохи по сравнению с потерями в двигателе.

Так что ж, врут авторы учебников? Нет, не врут, но лукавят. Тот КПД, что в них указан, относится к одному единственному режиму работы, называемому оптимальным.

Зависимость КПД двигателя внутреннего сгорания от мощности

А как, собственно, в научных институтах получают этот расход топлива? Испытуемый двигатель (не будем уточнять: оснащенный дополнительными системами – вентилятором, компрессором, генератором и т. д. или нет) устанавливают на специальный стенд, где его нагружают сопротивлениями, попросту – тормозят. Изменяют подачу топлива, момент сопротивления, частоту вращения, ведут строгий учет расхода топлива. Зная момент сопротивления и частоту вращения, можно определить мощность, а умножая эту мощность на время, получить работу в киловатт-часах. Правильнее, конечно, было бы выразить ее в джоулях. Так вот – 1 кВт·ч равен 3,6 МДж. Теперь, зная расход топлива в килограммах, можем отнести его к произведенной двигателем работе и получить так называемый удельный расход топлива. Чем современнее двигатель, тем меньше удельный расход топлива при наибольшей мощности и тем больше его КПД. Вот откуда эти 25 и 40 %!

А какова мощность, расходуемая двигателем при движении автомобиля со средней скоростью 50—60 км/ч? Оказывается, для оговоренной массы автомобиля она составляет около 4 кВт. Трудно в это поверить, но автомобиль с двигателем около 100 кВт тратит при этой скорости всего 4 % мощности. И какой КПД вы еще хотите получить при этом? Особенно с учетом привода от двигателя множества всяких дополнительных агрегатов.

Что же делать? Если попробовать ехать на нашем автомобиле при оптимальном режиме работы двигателя, то это составит около 180 км/ч, что не всегда нужно. Да и, честно говоря, при такой скорости почти все топливо уйдет на взбалтывание воздуха, или, по-научному, на аэродинамические потери.

Можно пойти по другому пути, поставив на наш автомобиль двигатель мощностью 5 кВт, то есть в 20 раз меньшей мощности. Тогда при скорости 60—70 км/ч наш автомобиль покажет рекордную экономичность, а двигатель – именно тот КПД, что указан в учебниках. Но, увы, такая скорость движения никого не устроит, не говоря уже о том, что разгоняться наш автомобиль будет медленнее товарного поезда.

Как же разрешить это противоречие, неужели никто об этом раньше не думал? Да нет же, думали. Уже чуть ли не полвека прошло с тех пор, как была предложена концепция так называемого «гибридного» силового агрегата. Предлагалось включать двигатель только при оптимальном режиме, чтобы запасать выработанную им «экономичную», а к тому же и «экологичную» энергию в накопителе, и выключать двигатель, когда он переполняется энергией (пусть отдохнет!), то есть использовать для движения автомобиля именно эту, самую дешевую и чистую энергию!

На заре автомобилизма и даже гораздо позже, в 50-е годы прошлого века, у нас в стране, когда дороги были не так загружены, эту энергию накапливали в самой массе автомобиля. Делалось это так: автомобиль разгоняли примерно до 80 км/ч почти на полной мощности двигателя, а следовательно, и при максимальном КПД. После этого двигатель выключали, а коробку передач ставили в нейтраль. На автомобилях тех лет делать это еще разрешалось. И автомобиль шел с неработающим двигателем и отключенной трансмиссией накатом чуть ли не целый километр, пока скорость не падала ниже 30 км/ч. Затем опять включалась трансмиссия, запускался двигатель и разгон повторялся. И так автомобиль ехал всю дорогу.

Такое движение по научному называется «регулярным импульсивным циклом». Благодаря этому циклу передовые водители-«стахановцы» тех лет экономили до 30 % топлива. При этом энергия двигателя, работающего почти в оптимальном режиме, накапливалась в массе самого автомобиля, как в аккумуляторе, и шла она на движение автомобиля накатом. Конечно же, никакой регулировки скорости движения такого автомобиля-накопителя произвести было невозможно. Его трансмиссия была отключена, разогнанный автомобиль был накопителем и потребителем собственной энергии. Как если бы поставить раскрученное колесо или маховик на ребро и дать ему возможность свободно катиться.

Конечно же, не это было моей целью. Автомобиль должен нести в себе накопленную кинетическую энергию, но при этом быть управляемым, причем лучше всего, чтобы скорость изменялась плавно и бесступенчато, а для этого нужен вариатор.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

3 Возможности повышения эффективного кпд поршневых двс

1. Возможности повышения эффективного кпд поршневых двс

На экономичность двигателя оказывает воздействие большое количество факторов. В данном разделе мы рассмотрим лишь те из них, которые связаны с одним из наиболее ответственных элементов рабочего процесса двигателя – подводом теплоты в цикле. Именно он в основном и определяет пути совершенствования поршневого ДВС согласно требованиям, обозначенным в предыдущем разделе. В ДВС подвод тепла осуществляется, в основном путем сжигания углеводородных топлив в воздухе.

Эталоном совершенства тепловой машины, к которым относятся и поршневые двигатели внутреннего сгорания, является тепловая машина, в которой реализуется цикл Карно. Как известно, КПД этого цикла зависит от температуры горячего источника Т1 и температуры холодильника Т2:

.

Практическая реализация этого цикла затруднена, что объясняется целым рядом факторов, главными из которых являются:

1. Сложность осуществления изотермических подвода и отвода теплоты.

2. Современные конструкционные материалы имеют предел по температурному режиму, что ограничивает допустимую максимальную температуру цикла. Если учесть, что КПД цикла Карно максимально в сравнении с другими циклами лишь при условии одинаковых температурных диапазонов в цикле, то в реальных условиях при заданных материалах другие циклы могут иметь более высокую максимальную температуру вследствие значительно меньшего времени воздействия ее на стенки рабочей камеры.

Представляет интерес сравнение КПД цикла Карно с циклами, реализуемыми в современных поршневых ДВС. Условия сравнения должны быть следующими:

1. Так как в современных ДВС в качестве окислителя используется кислород атмосферы, то в циклах должна быть общая начальная точка цикла, соответствующая параметрам окружающей среды.

Рекомендуемые файлы

2. В связи с тем, что основной схемой двигателя является поршневой двигатель с жестким кривошипно – шатунным механизмом, необходимо сравнивать эти циклы при одинаковой степени сжатия.

Рис. 1.1. Термодинамические циклы поршневого ДВС: Vz – изохора минимального объема; Va – изохора максимального объема; а – общая начальная точка циклов, соответствующая параметрам окружающей среды, с – точка конца сжатия для различных циклов; z – точка конца подвода теплоты для различных циклов

Если рассмотреть эти циклы в T-S координатах, то видно, что лишь при количестве тепла подведенном в цикле стремящемся к нулю, КПД цикла Карно и  КПД с подводом теплоты при р = const становятся равными КПД цикла с изохорным подводом теплоты. Поэтому при указанных выше ограничениях более эффективен цикл с подводом тепла при постоянном объеме. Однако на практике, сокращать продолжительность меньше 40 – 50 градусов угла п. к.в. нецелесообразно ввиду сильного роста механической и тепловой нагрузки на двигатель. Таким образом, 40 – 50 град. является оптимальной продолжительностью сгорания.

Известно, что увеличение степени сжатия и показателя адиабаты рабочего тела приводит к однозначному росту термического КПД цикла. Для цикла с подводом теплоты при постоянном объеме термический КПД определяется по формуле:

 .

Ниже приведены примерные значения показателя адиабаты для идеального газа: одноатомного – 1,67; двухатомного – 1,4; трех- и многоатомного – 1,29. Отсюда, нетрудно вычислить прирост термического КПД при переходе рабочего тела от трехатомной структуры к двухатомной. К двухатомным молекулам принадлежат  кислород и азот, к трехатомным – продукты полного сгорания – углекислый газ и вода. Таким образом, все мероприятия, которые направлены на сокращение коэффициента остаточных газов в рабочей камере будут приводить к росту КПД. Это означает, что с точки зрения термического КПД необходимо стремиться к повышению коэффициента наполнения на режимах близких к полной нагрузке и к обеднению смеси, а, следовательно, отказу от дросселирования на частичных нагрузках.

Характер изменения индикаторного и эффективного КПД в зависимости от степени сжатия и способа регулирования нагрузки более сложен. На рис. 1.2 представлены характерные зависимости эффективного КПД безнаддувного четырехтактного двигателя с качественным регулированием нагрузки от степени сжатия при различных нагрузках, полученные при частоте вращения коленчатого вала, соответствующей максимальному крутящему моменту. Продолжительность сгорания – 80 град. п.к.в. Видно, что повышение степени сжатия выше определенного значения приводит к падению эффективного КПД двигателя. Это обусловлено двумя основными причинами. Во-первых, увеличением механических потерь (рис. 1.3), поскольку с повышением степени сжатия растет давление газов в цилиндре двигателя (рис.1.4). При увеличении коэффициента избытка воздуха относительная доля механических потерь возрастает, соответственно снижается значение степени сжатия, соответствующее максимальному эффективному КПД.

Во-вторых, повышение степени сжатия при неизменной продолжительности сгорания влечёт большее отклонение от изохорного подвода теплоты. Это легко понять, если ввести условную величину:

где

Vh – часть рабочего объёма двигателя, на которую распространяется процесс теплоподвода. При изохорном подводе теплоты (Vh=0) это выражение переходит в известное выражение для степени сжатия (расширения):

Отношение этих величин характеризует отклонение от изохорности подвода теплоты в зависимости от объема камеры сгорания:

Видно, что с уменьшением объема камеры сгорания, а, следовательно, с увеличением степени сжатия, отклонение от изохорности при постоянной продолжительности теплоподвода увеличивается. Как следствие, с повышением степени сжатия (при неизменной продолжительности сгорания) индикаторный КПД будет расти гораздо медленнее термического и, при определённых условиях, даже снижаться (рис. 1.3). По этой же причине практически не увеличиваются максимальные значения температуры цикла (рис. 1.4). При меньшей продолжительности сгорания рост индикаторного КПД будет продолжаться до более высоких значений степени сжатия.

Таким образом, варьирование степени сжатия в диапазоне от 12,5 до 20 практически не влияет на эффективный КПД двигателя на полной нагрузке. Если учесть, что большинство транспортных двигателей эксплуатируется на частичных режимах (меньше половины максимальной мощности) до 50 – 70% общего времени, а на режимах холостого хода до 40%, то можно констатировать, что снижение степени сжатия до значений 12,5 — 15 не повлечёт ухудшения экономичности. При этом уровень нагрузок на элементы двигателя (рис. 1.4) значительно уменьшится (до 30%).

К тому же высокие степени сжатия приводят к необходимости увеличения массы и габаритов двигателя, что в условиях применения его в автомобилях и тракторах, как правило, приводит к увеличению расхода топлива, а также – к перерасходу материалов и энергии при производстве, как двигателей, так и агрегатов, на которые они устанавливаются.

Рис.1.2. Зависимость эффективного КПД от степени сжатия при различных нагрузках

Рис. 1.3. Зависимость механического (hm) и индикаторного (hi) КПД от степени сжатия при различных нагрузках

Рис. 1.4. Зависимости максимального давления и максимальной температуры цикла от степени сжатия.

На рис. 1.5 представлены характерные зависимости показателей четырехтактного двигателя от коэффициента избытка воздуха, полученные на режиме близком к холостому ходу (обороты двигателя n = 1000 об/мин и цикловая доза топлива постоянны). Рост эффективной мощности четырехтактного двигателя с увеличением коэффициента избытка воздуха объясняется ростом индикаторного КПД, а соответственно и индикаторной мощности, и снижением насосных потерь. В расчетах мощность насосных потерь включена в индикаторную мощность. Поэтому кривая 2 есть результат суммирования их влияний. Мощность механических потерь состоит только из потерь на трение. Увеличение с ростом коэффициента избытка воздуха индикаторного КПД является следствием относительного уменьшения количества продуктов сгорания, содержащих в основном трехатомные компоненты, которые обладают более высокой теплоемкостью.

На рис. 1.6 представлены зависимости показателей двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой от коэффициента избытка воздуха, полученные на режиме, близком к холостому ходу (обороты двигателя n = 2000 об/мин и цикловая доза топлива постоянны). Зависимость 2 на этом рисунке представляет собой, как и в случае с четырехтактным двигателем индикаторную мощность за вычетом мощности, затрачиваемой на насосные ходы двигателя. Поэтому мощность механических потерь определяется только потерями на трение.

Рис.1.5. Распределение мощностей при работе двигателя на режиме близком к холостому ходу: 1 – эффективная мощность; 2 – индикаторная мощность; 3 – мощность механических потерь; 4 – мощность насосных потерь двигателя

В случае двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой рост индикаторной мощности с увеличением коэффициента избытка воздуха практически компенсируется соответствующим ростом насосных потерь, что наряду с увеличением мощности механических потерь приводит к тому, что эффективная мощность изменяется меньше, чем в четырехтактном ДВС. Следовательно, менее значительно будет меняться и расход топлива.

Дросселирование на впуске вызывает рост относительного количества остаточных газов. Разбавление смеси остаточными газами может создать в цилиндре двигателя такие условия, когда воспламенение смеси или вообще прекращается, или сгорание развивается вяло. Отсюда вытекает необходимость обогащения смеси по мере дросселирования, поскольку максимумы скоростей воспламенения и распространения пламени лежат в области богатых смесей. Это приводит к выбросу в атмосферу продуктов неполного сгорания и перерасходу топлива. Поэтому, на практике, при переходе с количественного регулирования нагрузки двухтактного ДВС на качественное, выигрыш в топливной экономичности, видимо, будет более значительным.

Рис. 1.6. Зависимости показателей двигателя от коэффициента
избытка воздуха; режим, близкий к холостому ходу:
1 – эффективная мощность; 2 – индикаторная мощность; 3 – мощность механических потерь; 4 – мощность насосных потерь двигателя

Таким образом, как для двухтактных, так и четырехтактных двигателей в безнаддувном исполнении для повышения эффективного КПД необходимо, чтобы рабочий процесс позволял реализовать следующие основные требования:

1. Подвод теплоты в цикле, близкий к изохорному (40 – 50 град.пкв).

2. Отсутствие ограничений по степени сжатия (оптимальная находится в диапазоне 12 – 15).

3. Качественное регулирование – работа в широком диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха (1 – 6).

4. Учитывая, что двигатели находятся в составе автомобилей, экономичность которых также зависит от массы и размеров, необходимо добавить требование высокой удельной мощности, которая зависит и от частоты вращения. Как показала практика, достаточным диапазоном эксплуатации по целому ряду причин является диапазон, реализованный в современных двигателях с искровым воспламенением.

Необходимо упомянуть еще об одном требовании к рабочему процессу поршневого ДВС, которое, по всей видимости, в будущем может стать определяющим.

Массовое использование ископаемых источников сырья для производства моторных топлив привело к истощению углеводородных ресурсов. В свете надвигающегося глобального топливного кризиса многие ведущие научно-исследовательские организации и предприятия энергетической отрасли мира ведут широкомасштабные исследования по предотвращению его возможных негативных последствий. Анализ современных подходов позволил выделить два лидирующих направления в этом вопросе:

1. Увеличение энергоэффективности использования ископаемых топливных ресурсов

2. Замена современных товарных топлив на возобновляемые альтернативные топлива.

В современных условиях вопрос увеличения эффективности производства механической энергии не может быть решён без рассмотрения полного цикла производства и потребления топлива, что может быть описано системой «перерабатывающий завод – топливо – двигатель». С такой позиции можно установить взаимосвязь между эффективностью производства топлива и эффективностью его сжигания в традиционном поршневом ДВС. Так, например, увеличение коэффициента полезного действия бензинового двигателя обеспечивается за счёт повышения степени сжатия, что, в свою очередь, требует увеличения детонационной стойкости топлива, и, следовательно, существенное увеличение энергозатрат, усложнение производства и увеличение стоимости топлива.

Принципиальным решением этого вопроса могло бы стать использование нефтяных топлив широкого фракционного состава, что, по оценкам специалистов, должно значительно повысить эффективность переработки сырья за счёт отказа от дорогостоящих методов нефтепереработки, снижения требований к перерабатывающему оборудованию и экономии углеводородного сырья. Однако, традиционные типы поршневых двигателей не способны функционировать на таком топливе.

Осуществление второго пункта также имеет некоторые особенности. По данным ведущих двигателестроительных фирм мира, одним из наиболее предпочтительных альтернативных топлив, способным частично, а в перспективе и полностью, заменить традиционные нефтяные топлива, являются спирты, произведенные из лигноцеллюлозного сырья, в том числе биоэтанол. Объясняется это практически неисчерпаемой сырьевой базой (при производстве из органического сырья и отходов), простотой производства и хранения.

Тем не менее, как и в случае с традиционными топливами, анализ системы «перерабатывающий завод – топливо – двигатель» даёт более полное представление о перспективах внедрения этанола. В традиционных поршневых двигателях можно использовать только обезвоженный этанол (содержание воды менее 1%) ввиду  необходимости добавления бензина, что объясняется низкой испаряемостью и, как следствие низкими пусковыми свойствами этанола. При этом производство обезвоженного этанола значительно дороже обводненного – примерно в полтора-два раза. И если для производства обезвоженного этанола требуется специальное высокоорганизованное производство, то обводненный этанол можно производить, в том числе, и в условиях крупного сельскохозяйственного предприятия из отходов обычных посевных культур, без высоких требований к квалификации обслуживающего персонала.

В то же время, добавление в рабочую камеру двигателя воды является наиболее перспективным способом понижения токсичности отработавших газов. Этанол является наилучшим топливом, с точки зрения добавления воды, поскольку он образует с водой устойчивые смеси, а с товарными топливами вода не смешивается. Применение обводнённого этанола в качестве топлива для поршневого ДВС позволило бы одновременно радикально улучшить экологические характеристики двигателя, решить проблемы исчерпания источников углеводородного сырья и роста количества парниковых газов в атмосфере. Тем не менее, как уже отмечалось выше, воспламенять и сжигать обводнённый этанол в традиционных поршневых двигателях не представляется возможным.

Таким образом, как в случае с нефтяными топливами, так и в случае с альтернативными топливами производители вынуждены идти на компромисс между эффективностью производства топлива и эффективностью двигателя, функционирующего на этом топливе.

Обобщая вышесказанное, необходимо ещё раз отметить, что в современных условиях вопрос увеличения КПД производства механической энергии не может быть решён без рассмотрения полного цикла производства и потребления топлива. Анализ системы «перерабатывающий завод – топливо – двигатель» показывает, что существенного результата в этом вопросе можно добиться, если обеспечить эффективную работу поршневого двигателя внутреннего сгорания на дешёвых и простых в изготовлении видах топлива.

 Таким образом, еще одним требованием к рабочему процессу является возможность работы:

1. на любых современных товарных топливах (от дизельного топлива до высокооктановых бензинов;

2. на водных растворах этанола.

Рабочий процесс, реализующий все эти требования, обеспечит широкое применение нефтяных топлив широкого фракционного состава и водных растворов этанола в качестве моторного топлива и, одновременно, объединит лучшие качества дизелей и бензиновых двигателей. Широкое внедрение двигателя с таким рабочим процессом  позволит добиться существенного повышения эффективности производства топлив без ухудшения эффективности самого двигателя, что означает повышение энергоэффективности всей системы «перерабатывающий завод – топливо – двигатель». С экономической точки зрения необходимо также, чтобы рабочий процесс реализовывался на базе традиционного поршневого ДВС, т.е. имелась возможность конвертирования традиционных поршневых двигателей (в том числе уже эксплуатируемых).

Традиционные бензиновые двигатели имеют к моменту воспламенения уже подготовленную, близкую к однородной, смесь. Это условие налагает два ограничения:

1. по максимальной (вблизи 10) степени сжатия, т.к. в однородных смесях при повышенных степенях сжатия возникает детонация,

2. по максимальному обеднению топливовоздушной смеси, т.к. в однородных смесях бедный концентрационный предел искрового воспламенения близок к составу с a » 1.

Эти же ограничения практически исключают возможность реализации работы на низкооктановых топливах. С другой стороны однородная стехиометрическая смесь, в сочетании  с искровым воспламенением позволяют реализовать высокую удельную мощность.

Дизели имеют к моменту самовоспламенения неоднородную смесь, что позволяет реализовать качественное регулирование и бездетонационное сгорание. Однако снижение степени сжатия в быстроходных безнаддувных модификациях до вышеуказанного оптимального диапазона приводит к ухудшению процессов воспламенения и сгорания (будет рассмотрено в последующих разделах).

Дизели позволяют осуществить многотопливный цикл при высоких степенях сжатия (более 20). Повышенные значения максимального давления и жесткости сгорания цикла при высоких степенях сжатия определяют высокие нагрузки на детали цилиндропоршневой группы, что приводит к увеличению механических потерь и требует более прочной конструкции двигателя. При использовании топлив с низкими цетановыми числами (например, бензинов) указанные явления усиливаются, поэтому время работы дизеля на резервных топливах по техническим условиям не превышает 10% от общего ресурса двигателя. Снижение степени сжатия в дизелях до уровня 12 – 15 позволило бы снизить массу и габариты двигателя без увеличения расхода топлива. Однако в традиционном дизеле снижение степени сжатия менее 15 приводит к ухудшению смесеобразования, воспламенения и сгорания.

В связи с ограничениями по максимальной частоте вращения и минимальному значению коэффициента избытка воздуха дизели имеют низкую, относительно поршневых ДВС с искровым воспламенением, литровую мощность. Вес и габариты дизеля из-за высоких степеней сжатия достаточно большие. Соответственно, остается относительно низкой удельная мощность, что в условиях применения его в автомобилях и тракторах, как правило, приводит к увеличению расхода топлива, а также приводит к перерасходу материалов и энергии при производстве, как двигателей, так и агрегатов, на которые они устанавливаются.

Решение вышеперечисленных задач выдвигает ряд проблем смесеобразования, воспламенения и сгорания, которые необходимо разрешить в целях достижения высоких экологических и экономических показателей как двигателя, так и системы «перерабатывающий завод – топливо – двигатель» в целом.

Вопросы для самоконтроля

1. Цикл Карно. Причины отсутствия практической реализации цикла Карно.

2. Обоснуйте преимущества цикла двигателя с изохорным подводом теплоты. При каких условиях они справедливы. Причины необходимости увеличения продолжительности теплоподвода до 40 –50 град. угла пкв.

3. Каково влияние продолжительности теплоподвода на КПД? Как влияет на КПД величина теплоподвода?

4. Объясните причины влияния свойств рабочего тела на КПД двигателя.

Вам также может быть полезна лекция «6 Гигиенические регламенты применения добавок, улучшающих внешний вид пищевых продуктов».

5. Назовите способы регулирования мощности в поршневых ДВС, их суть. В каких типах поршневых двигателей они применяются?

6. Охарактеризуйте поведение индикаторного КПД в зависимости от степени сжатия. Как влияют на него свойства рабочего тела, скоростной режим двигателя?

7.  Как изменяется зависимость индикаторного КПД от степени сжатия при различных нагрузках. Влияет ли способ регулирования мощности на их протекание?

8. Охарактеризуйте поведение эффективного КПД в зависимости от степени сжатия. Как влияют на него свойства рабочего тела, нагрузка, способ регулирования, скоростной режим двигателя?

9. Объясните причины влияния способа регулирования мощности на эффективный КПД двигателя. Влияет ли способ регулирования мощности на КПД при полной нагрузке?

10. Охарактеризуйте зависимость степени сжатия, соответствующей максимальному эффективному КПД, от нагрузки при качественном регулировании мощности.

Бензиновые и дизельные двигатели: сравнение топливной экономичности

Бензиновые и дизельные двигатели — с точки зрения топливной эффективности — даже не обсуждается. В отличие от Европы и подавляющего большинства остального развитого мира, люди в Соединенных Штатах нередко не знают, что дизель является лучшим топливом, чем бензин, с точки зрения экономии топлива. Хотя это не является общеизвестным среди потребителей автомобилей в США, это правда. Дизельные двигатели лучше по расходу топлива, чем бензиновые двигатели.

Дизельные двигатели намного более экономичны, чем бензиновые двигатели сопоставимого размера.

Дизельные двигатели намного расходуют больше бензина, чем бензиновые двигатели.

Сравнивать топливную экономичность дизельного и бензинового двигателей нельзя. Дизельные двигатели обычно на 25-35% экономичнее бензиновых двигателей. Дизельные двигатели расходуют на четверть или треть меньше «газового» пробега, чем бензиновые двигатели.

Если бензиновый автомобиль расходует 30 миль на галлон, то аналогичный дизельный автомобиль расходует от 37,5 до 40,5 миль на галлон. В худшем случае дизельный двигатель проезжает 40 миль на каждые 30 миль, которые проезжает бензиновый двигатель на том же объеме топлива. В лучшем случае на каждые 65 миль, пройденных бензиновым двигателем, дизельный двигатель проедет 100 миль на том же объеме топлива.

Таким образом, сравнение суммы выбросов, производимых галлоном дизельного топлива на галлон, с количеством выбросов от галлона газа не имеет значения.

Причина в том, что даже несмотря на то, что дизельные двигатели производят на 13% больше углекислого газа на галлон, чем сопоставимые бензиновые двигатели, этот факт имеет очень мало общего с тем, сколько каждый из двигателей вырабатывает при практическом использовании. В то время как, по данным Европейской ассоциации производителей автомобилей, «1 кг дизельного топлива, сгоревшего в идеальных условиях, производит 2,65 кг CO2. 1 кг бензина, сожженного в идеальных условиях, производит 2,3 кг CO2», сравнение объемов дает очень мало полезной информации.

Таким образом, на милю бензиновый двигатель производит на 12-22% больше углекислого газа, чем сопоставимый дизельный двигатель. Другими словами, топливная экономичность дизельного двигателя определяет реальное соотношение выбросов дизельного топлива и бензина в гораздо большей степени, чем сравнение по объему.

Почему дизельные двигатели имеют больший пробег на «газе», чем бензиновые двигатели

Чтобы понять, почему дизельные двигатели намного эффективнее бензиновых, не нужно тестировать два двигателя сопоставимого размера — один с дизельным двигателем, а другой — с бензиновым двигателем — и сравнивать пробег на галлон. Вместо этого, чтобы понять, почему дизельные двигатели намного более экономичны, чем бензиновые двигатели, нужно понять три вещи, касающиеся бензина и дизеля, бензиновых двигателей и дизельных двигателей: плотность энергии, термический КПД и степень сжатия.

Плотность энергии, тепловой КПД и степень сжатия дизельного топлива по сравнению с газом

Первое существенное различие между дизельным топливом и бензином — плотность энергии. В галлоне дизельного топлива содержится больше энергии, чем в галлоне бензина.Плотность энергии дизельного топлива как минимум на 13% больше, чем у бензина. Часто плотность энергии дизельного топлива более чем на 13% больше, чем у бензина.

Так совпало, что существует прямая зависимость между плотностью энергии и загрязнением. Чем более энергоемкое топливо, тем больше загрязнения оно производит в объемном масштабе. Дизель производит на 13% или более энергии и на 13% больше выбросов. Но опять же, сравнение выбросов, произведенных по единице измерения объема, не дает полезной информации. Если поездка из одного места в другое составляет 50 миль и для преодоления этого расстояния в бензиновом автомобиле требуется галлон бензина, то для дизельного двигателя обязательно требуется только 6,5 галлона.

Вторым фактором, который отличает дизельные двигатели от бензиновых, также известных как «тепловые двигатели», является тепловой КПД. Тепловой КПД дизельного двигателя может быть в два раза выше, чем у бензинового двигателя. Термическая эффективность увеличивает эффективность использования топлива.

Третьим фактором, влияющим на эффективность использования топлива и выбросы двигателей внутреннего сгорания, является степень сжатия.Степень сжатия двигателя определяется сопротивлением сжатию топлива. Сопротивление сжатию — это то, какое давление сжатия топливо может выдержать без возгорания. Чем выше степень сжатия двигателя, тем лучше. Чем выше степень сжатия, тем больше полнота сгорания, сколько топлива сгорает при сгорании.

В сочетании плотность топлива дизельного топлива, тепловой КПД дизельных двигателей и степень сжатия дизельных двигателей делают транспортные средства и машины с дизельным двигателем значительно более экономичными, чем бензиновые двигатели. И эти три фактора также являются причиной того, что дизельные двигатели загрязняют окружающую среду меньше, чем бензиновые двигатели.

Плотность энергии бензина и дизельного топлива

Дизель

имеет плотность энергии на 15-25% выше, чем у бензина. Плотность энергии — это мощность топлива, количество энергии на единицу измерения — галлон, литр, кубический фут или метр и т. д. Как объясняет Исаак Рамос из Стэнфордского университета в статье под названием «Сравнение дизельного и бензинового топлива в потребительских автомобилях,

«Что касается энергии, следует помнить еще об одном важном показателе — плотности энергии дизельного топлива и бензина.Дизельное топливо тяжелее и маслянистее бензина, и для его получения требуется меньше очистки, его химический состав C14h40. Бензин, с другой стороны, C9h30. [4] При сгорании эти химические соединения соответствуют плотности энергии примерно 155 миллионов Дж на галлон для дизельного топлива и 132 миллиона Дж на галлон для бензина. Таким образом, с точки зрения удельной энергии дизель явно лидирует в химическом отношении».

Причина, по которой дизельное топливо имеет более высокую плотность энергии, чем бензин, заключается в структуре содержащихся в нем углеводородов.Углеводороды являются ценным компонентом ископаемого топлива. Углеводороды — это молекулы ископаемого топлива, которые воспламеняются, горят, сгорают и взрываются — окисляются. Именно окисление углеводородов заставляет вращаться современный мир.

Не все углеводороды одинаковы. Чем выше отношение водорода к углероду в углеводородах, тем легче ископаемое топливо. Кроме того, чем выше отношение атомов водорода к атомам углерода в молекулах углеводородов ископаемого топлива, тем меньше энергии ископаемого топлива на единицу объема, например, на галлон.Именно из-за того, что метан — он же «природный газ» — имеет очень маленькие молекулы углеводорода с очень высоким соотношением водорода к углероду, он является ископаемым топливом в газообразном состоянии.

С другой стороны, высокое соотношение атомов углерода к атомам водорода приводит к образованию тяжелых молекул с высокой плотностью энергии. Дизельные углеводороды имеют высокое отношение углерода к водороду. Бензин, с другой стороны, имеет среднее соотношение углерода к водороду по сравнению с другими видами ископаемого топлива. Таким образом, бензиновые углеводороды имеют очень низкое отношение углерода к водороду по сравнению с дизельными углеводородами.Из-за высокого отношения углерода к водороду дизельное топливо более энергоемкое, чем бензин.

Поскольку дизель производит больше энергии на галлон, литр, кубический фут или метр, это означает, что бензиновым двигателям требуется больше галлонов газа, чтобы преодолеть то же расстояние, что и дизельному двигателю на меньшем количестве топлива.

Но плотность топлива — не единственная причина, по которой автомобили с дизельным двигателем более экономичны, чем их бензиновые аналоги. Эффективность сгорания дизельных двигателей также делает их более экономичными.

Эффективность сгорания определяется двумя факторами: отношением кислорода к топливу и степенью сжатия.

Эффективность сгорания дизельных и бензиновых двигателей

Полнота сгорания — скорость окисления углеводородов — частично зависит от соотношения углеводородов и кислорода. Чем больше количество кислорода, добавляемого в топливно-кислородную смесь, тем выше процент топлива, которое сгорает. Без кислорода углеводороды не будут гореть независимо от того, сколько тепла или пламени-искры-воздействия.

Однако это не означает, что воздействие тепла и пламени не изменит неоксигенированные углеводороды. Углеводороды, которые не смешаны с кислородом, но которые подвергаются воздействию тепла и/или пламени, вступят в химическую реакцию. Но они не окислятся — воспламенятся, сгорят, сгорят, взорвутся. Химическая реакция, в которую вступают неоксигенированные углеводороды при воздействии тепла или пламени, обычно представляет собой химическую связь.

Полностью сгоревшее ископаемое топливо производит только два выброса: воду и углекислый газ.

В двигателе неоксигенированные углеводороды, подвергающиеся воздействию тепла и/или пламени, связываются вместе, образуя выбросы, широкий спектр различных выбросов. Продукты связанных несгоревших углеводородов в двигателе внутреннего сгорания включают монооксид углерода, оксиды натрия, оксиды азота, озон, ацетальдегид, ацетон, бензол, метилбензол, этилбензол и ксилолы.

Тогда возникает очевидный вопрос: почему бы просто не спроектировать все транспортные средства для работы на чрезвычайно обедненной топливной смеси с высоким содержанием кислорода? Дизельные двигатели могут работать на очень обедненной топливной смеси.

Но бензиновые двигатели не могут работать на обедненных топливно-воздушных смесях.

Почему бензиновые двигатели не могут сжигать топливо с высоким содержанием кислорода

Бензиновые двигатели не могут работать на обедненной топливно-воздушной смеси. Бензиновые двигатели всегда должны работать на богатой смеси. Идеальная смесь воздуха и топлива называется стехиометрическим отношением . Стехиометрическое соотношение — это точка, при которой количество кислорода точно соответствует необходимому для сжигания суммы топлива. Если кислорода меньше, чем требуется для достижения стехиометрического соотношения, автомобиль работает на обогащенной смеси.Если есть избыток кислорода — больше кислорода, чем требуется для достижения стехиометрического соотношения — двигатель работает на обедненной смеси.

Бензиновые двигатели не могут работать ни на стехиометрическом соотношении, ни на бедной смеси. Причина в том, что когда автомобиль работает при стехиометрическом соотношении, двигатель не может справиться с выделяемым теплом.

«Нагрузка на большинство двигателей внутреннего сгорания максимальна, когда они работают при стехиометрическом соотношении. Фронт пламени быстро распространяется, максимизируя пиковое давление и температуру и генерируя максимальную мощность для данного воздушного потока. [Бензиновые] двигатели, генерирующие большую мощность, рассчитаны на работу со значительным обогащением при пиковых температурах и внутреннем давлении. [Они предназначены для работы] при соотношении примерно 12:1, [а не] при стехиометрическом соотношении 14,7:1».

Работа бензинового двигателя при стехиометрической температуре вызовет перегрев двигателя, может привести к разрушению поршней и расплавлению прокладок. Работа на обедненной смеси — избыток воздуха, выталкивающий смесь за пределы стехиометрического соотношения, — также вызывает проблемы, в том числе обратный эффект, неустойчивый холостой ход, жесткий холодный пуск и т. д.

При работе бензинового двигателя со смесью воздух-топливо с равным стехиометрическим соотношением, что означает максимальную эффективность сгорания и минимальные выбросы, это невозможно сделать без разрушения двигателя.

С другой стороны, дизель

может работать на обедненной смеси.

Почему дизельные двигатели могут работать на очень бедной топливной смеси

С другой стороны, дизель

настолько энергоплотен, что в смесь можно добавить гораздо большее количество воздуха. Стехиометрическое соотношение дизельного топлива намного выше, чем у бензина, потому что, опять же, дизельное топливо значительно более плотное по энергии. «Типичные рабочие диапазоны дизельных двигателей распределяются между соотношением воздух/топливо от 18 до 70, в зависимости от рабочей точки».

Дизель начинает свое сгорание в локально обогащенной среде (прямо рядом с форсункой), но топливо в целом находится в довольно бедной смеси, поэтому, как только пламя начинается в обогащенной среде, оно горит в обедненной среде медленным и устойчивым пламенем. фронту, но высокие температуры пламени связаны с образованием NOx в процессе пикового сжигания обедненной смеси.Именно высокое давление и внезапный выброс энергии при работе на пике вызывают перегрев двигателей, а не температура пламени, поэтому дизель не перегревается.

Knock, также известный как предварительное сжигание. Причина в том, что бедные топливные смеси будут предварительно сгорать в бензиновом двигателе из-за слабого сопротивления сжатию бензина. Поскольку бензин представляет собой легкое топливо с низким энергопотреблением и высокой летучестью, бензин сгорает при меньшем давлении, чем тяжелое стабильное топливо, такое как дизельное топливо. Это означает, что бензиновые двигатели имеют гораздо более низкую степень сжатия, чем дизельные двигатели.

Чем выше давление углеводородов перед сгоранием, тем эффективнее сгорание. Эффективность сгорания и, следовательно, экономия топлива в бензиновых двигателях плохая, потому что сопротивление сжатию бензина низкое, когда бензин сильно насыщен кислородом.

Двигатели с высокой степенью сжатия, работающие на обедненной смеси, обеспечивают максимальную эффективность использования топлива. Но в бензиновых двигателях эти две переменные взаимоисключающие. Таким образом, чтобы повысить эффективность сгорания за счет увеличения степени сжатия бензинового двигателя, бензиновые двигатели должны работать на богатых топливных смесях, смеси, предотвращающей преждевременное сгорание.

В то время как лабораторное исследование, за которым последовало полевое исследование — два исследования, в которых сравнивается топливная экономичность дизельных и бензиновых двигателей, — дает наилучшие доказательства того, что дизельные двигатели превосходят их в отношении пробега «газа», плотности энергии, теплового КПД и степени сжатия. объясните почему . Дизельные двигатели более экономичны как на практике, так и в принципе. И именно теория, лежащая в основе этих сравнений, объясняет, почему дизельные двигатели, вероятно, всегда будут превосходить бензиновые двигатели в отношении эффективности использования топлива.

передовых стратегий сжигания | Департамент энергетики

Управление автомобильных технологий (VTO) финансирует исследования, направленные на более глубокое понимание процесса сгорания в двигателе и того, как образуются выбросы в цилиндрах двигателя, а также то, как сгорание и выбросы зависят от таких факторов, как характеристики распыления топлива, воздух в цилиндрах. движения и вид топлива. Это более глубокое понимание поможет исследователям разработать более эффективные стратегии передовых двигателей внутреннего сгорания, такие как низкотемпературное сгорание, сгорание разбавленного (обедненного) бензина и чистое сгорание дизельного топлива, которые обеспечивают очень низкий уровень выбросов оксидов азота (NOx) и твердых частиц ( ВЕЧЕРА).

Исследования сосредоточены на трех основных стратегиях сжигания топлива:

Все подходы к сжиганию топлива и связанные с ними критические технические вопросы, которые решает VTO, совместимы с отраслевой тенденцией к уменьшению размера двигателя и увеличению его мощности для повышения топливной экономичности транспортного средства. Кроме того, он также поддерживает исследования материалов, которые могут выдерживать высокие рабочие температуры и давления, необходимые для извлечения выгоды из потенциальных преимуществ этих двигателей.

Низкотемпературное сгорание

Низкотемпературное сгорание (LTC) представляет собой беспламенное ступенчатое сжигание топлива (бензина, дизельного топлива или биотоплива) в камере сгорания двигателя при температурах, которые ниже, чем при сгорании в обычном двигателе.Исследования показывают, что LTC может повысить эффективность на 20% по сравнению с существующими дизельными двигателями. Беспламенное сгорание при более низкой температуре является результатом сжатия топливно-воздушной смеси, разбавленной либо избыточным воздухом, либо рециркулирующими выхлопными газами. Этот процесс повышает плотность и температуру разбавленной смеси и вызывает ее автогинит (процесс, известный как воспламенение от сжатия).

В процессе LTC двигатель сжимает разбавленную топливно-воздушную смесь, повышая ее плотность и температуру.Этот процесс, известный как воспламенение от сжатия, вызывает самовоспламенение топливно-воздушной смеси. Чтобы разбавить топливно-воздушную смесь, чтобы в ней было меньше топлива, чем при обычном сгорании, двигатель использует либо избыточный всасываемый воздух, либо рециркулирующий выхлопной газ.

Ступенчатое горение — другой ключевой элемент LTC — достигается за счет контроля времени самовоспламенения и скорости выделения тепла. Этот процесс направлен на устранение чрезмерных скоростей сгорания, которые могут вызвать шум двигателя и повреждение конструкции, особенно при более высоких нагрузках.

VTO исследует ряд форм LTC, включая воспламенение от сжатия с однородным зарядом (HCCI), воспламенение от сжатия с предварительно смешанным зарядом (PCCI) и воспламенение от сжатия с регулируемой реактивностью (RCCI).

LTC предлагает ряд преимуществ по сравнению с современными двигателями:

  • Топливно-воздушная смесь и свойства продуктов сгорания делают двигатель более эффективным, чем обычные двигатели внутреннего сгорания.
  • Благодаря более низкой температуре сгорания двигатель теряет меньше энергии через стенки цилиндров в окружающую среду.Часть этой уменьшенной потери энергии позволяет цилиндру поддерживать более высокое давление в течение более длительного периода времени, позволяя двигателю выполнять больше работы. Часть энергии проявляется в виде более высокой энергии выхлопных газов, которую частично может улавливать турбонаддув.
  • LTC ​​на основе бензина не требует дросселирования всасываемого воздуха для регулирования нагрузки, что является основной причиной неэффективности современных бензиновых двигателей с искровым зажиганием.
  • LTC ​​не ограничивается «детонацией» (взрывное, неконтролируемое сгорание), как бензиновые двигатели с искровым зажиганием. В результате LTC позволяет бензиновым двигателям иметь высокую степень сжатия, аналогичную дизелям, увеличивая их топливную экономичность.
  • LTC ​​может обеспечить сверхнизкий уровень выбросов выхлопных газов, что может значительно снизить требования к дополнительной обработке, затраты и штрафы за экономию топлива.

В 2019 ФГ было продемонстрировано снижение расхода топлива автомобиля на 19,4% (по сравнению с базовым уровнем 2015 модельного года) благодаря стратегии сгорания, в которой используется LTC. Подробности этой оценки можно найти здесь.

ВТО поддерживает работу по решению ряда критических проблем, связанных с развитием низкотемпературного горения, таких как:

  • Сложность управления началом горения из-за отсутствия искры или впрыска топлива
  • Расширение диапазона нагрузки двигателя
  • Управление скоростью выделения тепла
  • Уменьшение отсутствия контроля во время переходных процессов, таких как изменение нагрузки и ускорение
  • Снижение потенциально более высоких выбросов углеводородов (HC) и монооксида углерода (CO)
  • Понимание того, может ли LTC быть более эффективен в сочетании с топливом, характеристики которого отличаются от характеристик бензина и дизельного топлива

Вернуться к началу

Сжигание разбавленного (или обедненного) бензина

я. е., расслоенные) смеси топлива и воздуха. В этом процессе двигатель разбавляет топливо либо большим количеством воздуха, чем требуется для его сжигания (избыток всасываемого воздуха), либо рециркулирующими выхлопными газами. Исследование Управления транспортных технологий (VTO) сосредоточено на версии без предварительного смешения (расслоения), поскольку она предлагает самый высокий потенциал для повышения эффективности. Эти двигатели могут работать на существующем бензине и смесях бензин/этанол и в первую очередь предназначены для автомобилей и легких грузовиков. Эта технология сгорания может обеспечить улучшение экономии топлива до 35% по сравнению с базовым бензиновым автомобилем 2009 года.

В послойном варианте процесса топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр. Он рассчитан таким образом, чтобы во время искры возле свечи зажигания образовывалась должным образом расслоенная горючая топливно-воздушная смесь.

Сгорание разбавленного бензина приводит к улучшению экономии топлива, потому что:

  • Двигатель использует количество впрыскиваемого топлива для управления нагрузкой, а не ограничивает поток всасываемого воздуха (дросселирование) для его управления. Большинство бензиновых автомобилей на дорогах имеют бензиновые двигатели с впрыском топлива в порт (PFI), которые используют дросселирование, что гораздо менее эффективно.
  • При частичной нагрузке продукты сгорания позволяют двигателю выполнять работу более эффективно по сравнению с обычными двигателями.
  • Двигатель имеет более низкую температуру продуктов сгорания при частичных нагрузках, чем обычный двигатель, и в результате теряет меньше тепла.

VTO поддерживает работу по решению критических задач, в том числе:

  • Определение наиболее эффективных стратегий смешивания топлива и воздуха, которые включают проблемы с конфигурациями портов, характеристиками распыления топлива и характеристиками смешивания
  • Инициирование воспламенения и распространение пламени в многослойных смесях
  • Решение проблем со стохастическими пропусками зажигания и детонацией (взрывное, неконтролируемое сгорание)
  • Снижение выбросов, которые отличаются от тех, которые происходят с обычными (PFI) двигателями

Вернуться к началу

Чистое дизельное сгорание

Чистое сжигание дизельного топлива, процесс горения происходит в процессе, очень похожем на сжигание обычного дизельного топлива. В обычном дизельном сгорании (также известном как диффузионное сгорание) скорость, с которой топливная струя смешивается с воздухом внутри цилиндра, прежде чем она достигнет пламени, определяет скорость, с которой топливо и воздух сгорают в пламени. При чистом сгорании дизельного топлива перед пламенем происходит большее смешивание топлива с воздухом. Это обеспечивает более чистое сгорание с меньшим образованием сажи, а также сохраняет или улучшает высокую эффективность дизельных двигателей. Добавление рециркулирующих выхлопных газов к потоку всасываемого воздуха разбавляет топливно-воздушную смесь, что приводит к снижению температуры сгорания и уменьшению образования NOx.Поскольку внутри цилиндра образуется меньше выбросов, чистые дизельные двигатели не должны так сильно полагаться на технологии последующей обработки для дальнейшего снижения выбросов.

Управление автомобильных технологий (VTO) поддерживает исследования, направленные на дальнейшее улучшение чистого сгорания дизельного топлива и обеспечение его конкурентоспособности по стоимости для всех легковых и коммерческих автомобилей. Это требует продвижения современных технологий, таких как компьютерное управление, многоимпульсный впрыск топлива, впрыск топлива под высоким давлением, использование рециркуляции выхлопных газов и управление потоками газа в цилиндрах.

Исследования VTO в области экологически чистых дизельных двигателей внутреннего сгорания для легковых и грузовых автомобилей направлены на решение важнейших задач, в том числе: а также контроль над распылением топлива и типами распыления при впрыске под высоким давлением и многоимпульсном впрыске

  • Улучшение горения с поднятым пламенем, когда пламя, отрывающееся от топливной форсунки, стабилизируется ниже по потоку от топливной струи.Чистые дизельные двигатели должны обеспечивать самовоспламенение обедненной топливом смеси непосредственно перед пламенем.
  • Улучшение впрыска дожигания для снижения выбросов как в цилиндрах, так и за счет доочистки
  • Дизельное топливо и бензин: все, что вам нужно знать

    Изображение изготовлено Custom Truck One Source

    Дизель и бензин являются нефтепродуктами. Несмотря на одинаковое происхождение, они имеют существенные различия в использовании. Дизель — это топливо для крупной техники, требующей большего крутящего момента, чем лошадиных сил.Для сравнения, бензин — это более легкое топливо, которое используется для транспортных средств, которым нужна скорость, а не грубая сила.

    Однако разница между ними намного больше, чем просто показатели мощности и крутящего момента. Читайте дальше, пока мы обсуждаем разницу между дизельным топливом и бензином, включая такие факторы, как долговечность, топливная экономичность и надежность.

    Дизель против бензина: принципиальная разница Изображение предоставлено Reader’s Digest

    Дизельное топливо и бензин получают из сырой нефти.Однако бензин более очищен, чем дизель. Это делает бензин более тонким по плотности и более летучим. Таким образом, при практическом использовании бензин сгорает быстрее, что позволяет ему производить больше мощности или лошадиных сил.

    В то время как дизельное топливо имеет большую плотность, оно испаряется медленнее. Он имеет более высокую плотность энергии, а это означает, что из дизельного топлива вырабатывается на 20% больше энергии, чем из того же количества бензина.

    Вот почему дизельным двигателям отдают предпочтение в больших машинах, поскольку они могут производить больше энергии при более низких оборотах и ​​обеспечивают больший крутящий момент.Напротив, бензиновые двигатели используются в легких транспортных средствах, которым требуется меньший крутящий момент и большая мощность, чтобы двигаться быстрее.

    Дизельный двигатель и бензиновый двигатель Изображение предоставлено TheNewsWheel

    И дизельное топливо, и бензин — это виды топлива, в которых для производства энергии используется внутреннее сгорание. В двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает, вызывая взрыв в замкнутом пространстве (камере сгорания). Поскольку сгорание происходит внутри двигателя, оно толкает поршень вниз, который затем приводит в движение коленчатый вал, а затем, в конечном итоге, приводит в движение колеса.

    Хотя оба двигателя используют одинаковую концепцию, разница заключается в процессе сгорания.

    В бензиновых двигателях топливо сначала смешивается с воздухом, а затем сжимается поршнем. Затем свеча зажигания создает искру, вызывающую взрыв (воспламенение). Затем взрыв снова перемещает поршень, который приводит в движение коленчатый вал и, в конечном итоге, приводит в движение колесо.

    Дизельному двигателю, однако, не нужны свечи зажигания для сгорания.

    Дизельные двигатели

    работают по системе, называемой впрыском с воспламенением от сжатия.В отличие от газовых двигателей, где для воспламенения требуется простая искра, дизельное топливо сначала необходимо испарить. Затем его направляют в камеру сгорания, где он воспламеняется при высокой температуре.

    Сжатый воздух используется для повышения температуры камеры сгорания. Когда поршень сжимает воздух, он становится горячее из-за давления. Горячий воздух при смешивании с испаряющимся дизельным топливом воспламеняется, и происходит возгорание. Свечи накаливания используются в некоторых двигателях для повышения температуры.

    Дизельные двигатели

    имеют высокую степень сжатия, что позволяет им быть более эффективными, чем бензиновые.Это означает, что они могут производить больше энергии по сравнению с газом.

    Дизельный и бензиновый двигатель: долговечность Изображение от Diesel Power Gear

    В целом, дизельные двигатели считаются более долговечными, чем бензиновые электростанции. Это одна из причин, почему часто можно увидеть так много дизельных рабочих грузовиков. Для сравнения, дизель может проехать гораздо больше миль, чем бензиновый двигатель, прежде чем потребуется техническое обслуживание и ремонт.

    Кроме того, ожидаемый срок службы дизельного двигателя составляет около 250 000–300 000 миль.Сколько автомобилей с бензиновым двигателем вы встречаете с таким пробегом? Причина огромной разницы в долговечности заключается как в конструкции двигателя , так и в типе топлива .

    Конструкция двигателя: Дизели

    — это большие двигатели с большими цилиндрами, большими коленчатыми валами, прочными поршнями и несколькими передачами. Эти силовые установки просты и работают за счет основных операций с шестернями. Кроме того, дизельные двигатели изготавливаются из сверхпрочных материалов, обеспечивающих непрерывную работу.Поскольку шестерни двигателя в основном фиксируются в заданном месте, их движение ограничено, а износ снижается.

    Однако бензиновые двигатели

    — сложные инженерные решения. Работая в основном с цепями и ремнями, они используют сотни мелких деталей, требующих большей точности. Регулярные операции с частыми остановками увеличивают нагрузку на двигатель, что увеличивает его износ.

    Тип топлива:

    Несмотря на то, что дизельное топливо является более плотным топливом, оно имеет консистенцию легкой нефти. Это означает, что он непрерывно смазывает цилиндр снова и снова, когда он движется. Кроме того, из-за большего размера двигателя масло может более свободно перемещаться внутри, что облегчает смазывание компонентов.

    Вязкость дизельного топлива также уменьшается с температурой; он становится менее плотным при высоких температурах. А поскольку его также легче сжечь, он снижает общий износ дизельного двигателя.

    С другой стороны, бензин скорее растворитель; он более кислый по сравнению с дизелем. Так как бензин сгорает внутри, это вызывает коррозию, делая поверхности двигателя более шероховатыми.Это увеличивает износ внутри бензинового двигателя.

    Дизель и бензин: топливная экономичность

    Другим важным отличием дизельного топлива от бензинового является топливная экономичность. Дизельные автомобили, как правило, более экономичны, чем автомобили с бензиновым двигателем, из-за большей плотности, производительности на низких оборотах и ​​более высокой степени сжатия.

    Как упоминалось ранее, дизель на 20% эффективнее бензина. Его более толстая плотность позволяет ему производить больше энергии с меньшим количеством топлива.Кроме того, дизельный двигатель может иметь ту же мощность, что и бензиновый, но при более низких оборотах. Другими словами, более медленная скорость сжигания топлива при той же мощности.

    Кроме того, существует более высокая степень сжатия, которая напрямую связана с тепловым КПД. Чем она выше, тем лучше будет гореть топливо. Это означает, что произойдет больше насыщенных взрывов и будет произведено больше энергии.

    Однако бензиновый двигатель никогда не сможет достичь такой высокой степени сжатия. Если бы это действительно произошло, избыточное тепло могло бы воспламенить топливо, что привело бы к неконтролируемому взрыву, повреждающему двигатель.Таким образом, газовые двигатели требуют низкой степени сжатия, что приводит к менее эффективному сгоранию.

    То, как используется каждый тип двигателя, также влияет на экономию топлива. Дизельные двигатели часто используются в больших буровых установках, которые обычно передвигаются по автомагистралям. Бензиновые двигатели используются ежедневными водителями, которые путешествуют по городу. Это использование с остановкой и движением сжигает больше топлива.

    Дизель и бензин: стоимость владения

    Стоимость владения дизельным автомобилем изначально кажется ниже. Дизельные автомобили более экономичны, долговечны и требуют меньше обслуживания.Дизельные двигатели трудно сломать. На самом деле дизельный двигатель легко может прослужить 20-30 лет, прежде чем потребуется капитальный ремонт.

    С другой стороны, бензиновый двигатель потребляет больше топлива, требует более частого обслуживания и может потребовать большего внимания после 150 000 миль пробега.

    Бензиновый двигатель может показаться неразумным выбором. Но в долгосрочной перспективе видно, что газовые двигатели могут принести больше пользы, чем дизельные, в зависимости от их использования. Потому что, несмотря на то, что дизель более надежен, он также и дороже.

    Для сравнения, автомобиль с дизельным двигателем будет стоить на момент покупки дороже, чем точно такой же автомобиль с бензиновым двигателем. Кроме того, затраты на техническое обслуживание и ремонт дизельного двигателя выше, чем у бензинового двигателя. Например, замена масла в газовом двигателе будет стоить около 20-40 долларов, тогда как замена дизельного масла стоит 50-70 долларов. Дизельные двигатели больше, поэтому им нужно больше моторного масла.

    Кроме того, дизельные двигатели обычно имеют более высокие цены на топливо. В настоящее время дизельное топливо стоит в среднем 3 доллара.27 галлон. У Chevrolet Silverado городской пробег составляет 22 мили на галлон для дизельного топлива и 19 миль на галлон для бензина. При пробеге более 10 000 миль средняя стоимость топлива составит около 1500 долларов за дизельное топливо и 1400 долларов за бензин (из расчета 3 доллара за галлон).

    Таким образом, учитывая дополнительную цену на автомобиль с дизельным двигателем, более высокие затраты на топливо и более дорогое обслуживание, стоимость владения дизельным двигателем выше, чем у бензинового, в течение десяти лет при пробеге 10 000 миль в год.

    Какой тип двигателя лучше для меня? Дизельные и бензиновые двигатели

    имеют свои уникальные преимущества.В общем, если вы проезжаете менее 12 000 миль в год при регулярном использовании, то газовый двигатель удовлетворит ваши потребности. Кроме того, если вы предпочитаете водить машину по принципу «вставай и иди», то вам, скорее всего, лучше отказаться от дизеля.

    Однако, если вы много ездите (более 15 000 миль в год), перевозите более тяжелые грузы или буксируете большие грузы, тогда вам подойдет дизель. Да, дизель будет иметь более высокие авансовые платежи и затраты на топливо, но его общая эффективность компенсирует это. Дизель также идеален, если вам нужно, чтобы двигатель работал на холостом ходу в течение нескольких часов подряд.

    Ознакомьтесь с нашей обширной коллекцией подержанных дизельных автомобилей, грузовиков и внедорожников. Обратите внимание, что наши запасы часто меняются и подлежат предварительной продаже. Обязательно спрашивайте нас о поступлении подержанных моделей дизельных двигателей.

    Купить подержанный автомобиль или грузовик в Trust Auto

    Позвольте профессионалам Trust Auto в Сайксвилле помочь вам выбрать правильный автомобиль для ваших нужд. Ищете ли вы надежный рабочий грузовик или комфортабельный семейный круизер, мы рассмотрим все детали.

    Покупка подержанного грузовика в Вирджинии? Покупка подержанного автомобиля в Вашингтоне, округ Колумбия? Тогда лучшие подержанные автомобили находятся всего в нескольких минутах езды. Покупка подержанного автомобиля в Пенсильвании? Покупаете подержанный внедорожник в Нью-Йорке? Затем узнайте, как наши услуги удаленной покупки помогут вам найти идеальный автомобиль, не выходя из дома.

    Не ищите ничего, кроме Trust Auto, если вы ищете «ближайшего дилера подержанных автомобилей». Откройте для себя наш широкий выбор высококачественных подержанных автомобилей с небольшим пробегом из Балтимора и за его пределами.

    Какой двигатель вам больше подходит?

    Потребители по-новому смотрят на автомобили с дизельным двигателем.

    За последние несколько лет производители в Северной Америке, в том числе иностранные компании, такие как Volkswagen, Audi и Subaru, внедрили дизельные двигатели в качестве опции, позволяющей увеличить пробег без использования гибридных технологий.

    За исключением полностью электрических моделей, в гибридных автомобилях наряду с электрическими используются бензиновые двигатели.

    Автомобили с бензиновым двигателем более популярны в Соединенных Штатах, тогда как на автомобили с дизельным двигателем приходится почти пятьдесят процентов продаж автомобилей в Европе.Потребители не всегда понимают отличия автомобилей с бензиновым двигателем от автомобилей с дизельным двигателем.

    Вот краткое изложение того, как они сравниваются.

    Пробег Дизели

    обычно являются лучшим выбором для потребителей, которые будут ездить на своем автомобиле или грузовике в основном по шоссе. На шоссе дизельные двигатели более эффективны, чем автомобили, работающие на бензине. Это связано с тем, что дизельное топливо содержит больше энергии, чем бензин; галлон дизельного топлива имеет до 30 процентов больше энергии, чем галлон газа.Это означает, что дизельное топливо имеет ценовое преимущество с точки зрения экономии топлива. При движении по городу разрыв между дизельным топливом и бензином уменьшается, но дизель имеет небольшое преимущество в увеличении пробега.

    Дизель

    обеспечивает больший крутящий момент, чем бензин. Высокий крутящий момент обеспечивает потрясающее ускорение, что дает дизельному топливу преимущество в показателях экономии топлива.

    Производительность

    Автомобили и небольшие грузовики, работающие на обычном дизельном топливе, на удивление работают лучше, чем бензиновые двигатели.Тем не менее, производительность дизельных двигателей снижается, когда потребители выбирают для работы биодизельное топливо, дизельное топливо черного цвета или другие типы улучшенного дизельного топлива.

    Экономические соображения

    В настоящее время в США почти нет разницы в сравнении бензина с дизельным топливом. Дизель колеблется и в разы выше, чем газ; тем не менее, он также иногда дешевле, поэтому он усредняется. Но, поскольку у дизельного двигателя пробег больше, чем у бензинового, затраты на топливо для дизельных двигателей ниже, чем для бензиновых двигателей, в течение всего срока службы автомобиля.Хотя автомобиль с дизельным двигателем стоит на 700 долларов дороже, чем та же модель, работающая на бензине, потребители должны учитывать мощность дизеля. Дизельный двигатель объемом 6,0 л обеспечивает такую ​​же мощность, как и бензиновый двигатель объемом 8,0 л, и в конечном итоге дизельный двигатель станет более экономичным вариантом.

    Потребители должны внимательно присмотреться к автомобилям с дизельным двигателем. Технологии позволяют им работать чисто и тихо, они выделяют меньше парниковых газов, чем бензиновые двигатели, и являются транспортными средствами с превосходными эксплуатационными характеристиками.

    Пост опубликован 25 июня 2014 г. и обновлен 21 января 2016 г.

    Энергоэффективность транспортных средств

     
     
    Рис. 1   В Гонконге автобусы, легкие автобусы и грузовики обычно используют дизельные двигатели.

    Большинство транспортных средств на дорогах оснащены двигателями внутреннего сгорания.Наиболее распространенные двигатели внутреннего сгорания для транспортных средств работают на бензине или дизельном топливе. В Гонконге частные автомобили в основном оснащены бензиновыми двигателями внутреннего сгорания, а коммерческие автомобили, например. автобусы и грузовики приводятся в движение дизельными двигателями внутреннего сгорания. Хотя оба двигателя имеют схожую конструкцию, они имеют существенные различия с точки зрения работы, энергоэффективности, а также количества и типов выбросов, которые они производят.


    Бензиновые и дизельные двигатели

    Рис.2   Бензиновый двигатель под капотом легкового автомобиля

    Конструкции бензинового двигателя и дизельного двигателя имеют два основных отличия. Во-первых, в бензиновых двигателях используется искровое зажигание, а в дизельных — воспламенение от сжатия. Внутри двигателя топливо сжигается для высвобождения и преобразования химической энергии в кинетическую энергию. В бензиновом двигателе (рис. 3) свеча зажигания производит искру для воспламенения смеси бензина и воздуха. В дизельном двигателе (рис. 4) воздух сжимается до высокой температуры, поэтому, когда в сжатый воздух нагнетается тонкий туман дизельного топлива, сильное тепло вызывает воспламенение дизельного топлива.Вот почему дизельный двигатель называют двигателем с воспламенением от сжатия.

    Рис. 3   Структура бензинового двигателя Рис. 4   Структура дизельного двигателя
    ……………. [вверху]

    Вторым отличием является диапазон степеней сжатия двигателей (см. анимацию ниже, чтобы понять значение «степени сжатия»).Дизельные двигатели предназначены для работы при более высокой степени сжатия, обычно от 15 до 20, в то время как бензиновые двигатели имеют более низкую степень сжатия, обычно от 8 до 10. Поскольку чем выше степень сжатия двигателя, тем выше тепловой КПД, поэтому дизельные двигатели обычно имеют топливная экономичность выше, чем у бензиновых двигателей. Для питания автомобиля аналогичного размера дизельный двигатель будет примерно на 15–25 % лучше по топливной экономичности, чем бензиновый двигатель [1].

    Но и у дизелей есть недостатки. Хотя дизельные двигатели более энергоэффективны, они производят значительно больше твердых частиц в выхлопных газах, чем бензиновые двигатели. Дизельные двигатели также немного шумнее и менее совершенны. Чтобы выдерживать высокую степень сжатия, дизельные двигатели более дороги в производстве. Эти факторы делают дизельные двигатели более подходящими для коммерческих автомобилей, поскольку эти автомобили обычно преодолевают большие расстояния каждый день, что делает важным преимущество дизельных двигателей в топливной экономичности.

    Взгляните на следующие две анимации бензинового и дизельного двигателей, чтобы лучше понять их работу.



    [наверх]  [вперед]

     

    Почему промышленные дизельные двигатели настолько эффективны? — Новые и подержанные генераторы, узлы и двигатели | Houston, TX

    Промышленные дизельные двигатели уже более века используются во множестве приложений, включая производство электроэнергии для нефтегазовой промышленности. Одна из основных причин успеха этого типа двигателя связана с его методом внутреннего сгорания, который способствует повышению эффективности двигателя и снижению расхода топлива.

    Отсутствие искры – эффективность обеспечивается сжатым воздухом

    Дизельный двигатель внутреннего сгорания воспламеняет распыленное топливо посредством впрыска в камеру сгорания. Сжатый воздух в цилиндре имеет повышенную температуру, так что происходит мгновенное сгорание без необходимости использования источника искрового зажигания.

    Дизельный двигатель имеет самый высокий тепловой КПД среди всех двигателей внутреннего сгорания. Благодаря высокому содержанию энергии (высокой плотности энергии) дизель обеспечивает большую мощность, чем при сжигании того же объема бензина.Дизельное топливо сгорает меньше, чем бензин.

    Высокая степень сжатия дизеля позволяет двигателям извлекать больше мощности из топлива при расширении горячего выхлопа. Эта большая степень расширения или сжатия увеличивает производительность двигателя, а также повышает его эффективность.

    Затраты на топливо на киловатт, произведенные дизельными двигателями, значительно ниже, чем при использовании других видов моторного топлива. При более высокой плотности энергии потребляется меньшее количество топлива. В результате дизельные двигатели имеют эффективность использования топлива, которая обычно на тридцать-пятьдесят процентов меньше, чем у газовых двигателей.

    Другие преимущества промышленных дизельных двигателей

    С момента начала их промышленного использования дизельные двигатели продолжали совершенствоваться в эксплуатации и преодолевать прежние недостатки, связанные с более высоким уровнем шума и затратами на техническое обслуживание.

    Дизельные двигатели, используемые для электрогенераторов, часто требуют меньших затрат на техническое обслуживание. Из-за более низких рабочих температур и отсутствия системы искрового зажигания их, как правило, легче обслуживать. Их надежность повышается благодаря устранению электрической системы зажигания, которая уменьшает любую паразитную нагрузку на двигатель и позволяет двигателю надежно работать в более влажном или холодном климате. Дизельные двигатели могут надежно работать в течение длительного периода времени. Например, дизельный агрегат с водяным охлаждением на 1800 об/мин может работать от 12 000 до 30 000 часов, прежде чем потребуется какое-либо серьезное техническое обслуживание. Газовый агрегат с водяным охлаждением при той же частоте вращения обычно работает всего 6000–10 000 часов, прежде чем ему потребуется техническое обслуживание.

    Дизельные двигатели обычно изготавливаются с повышенной прочностью деталей, что необходимо из-за высокого уровня сжатия и более высокого крутящего момента. Дизельное топливо, перегоняемое из нефти в виде легкого масла, обеспечивает повышенную смазывающую способность цилиндров и насос-форсунок, увеличивая срок их службы.

    Если дизельный двигатель более эффективен, разве это не правильный выбор для всех?

    Несмотря на то, что конструкция и эксплуатационные характеристики дизельных двигателей были значительно улучшены, то же самое произошло и с двигателями, работающими на природном газе и бензине, что позволяет им конкурировать с дизельными двигателями в условиях эксплуатации в тяжелых условиях и на удалении.

    Стоимость и доступность топлива могут отрицательно сказаться на использовании дизельных двигателей. В отдаленных районах или везде, где есть доступ к источнику природного газа, эта энергия дешевле.В противном случае дизельное топливо необходимо доставлять на объект автотранспортом с надбавкой к стоимости. Хранение топлива, возможность разлива топлива и риск его недоступности также могут быть негативными факторами при использовании дизельного топлива.

    Дизельные двигатели, несмотря на то, что в течение всего срока их эксплуатации были внесены заметные усовершенствования, стали более шумными. Этот фактор часто делает их непрактичными для некоторых сред, требующих резервного производства электроэнергии. Примеры могут включать больницы, библиотеки, пожарные и полицейские участки и другие виды использования в населенных пунктах.

    Необходимая прочная конструкция дизельных генераторов делает их более тяжелыми и менее мобильными, поскольку они обязательно состоят из крупных и тяжелых компонентов. Таким образом, в отличие от более мелких и легких генераторов, дизельные генераторы могут быть не самым предпочтительным устройством с точки зрения портативности.

    В то время как дизельные агрегаты широко используются из-за их многочисленных преимуществ, генераторы на природном газе сокращают разрыв: с развитием новых технологий в двигателях, корпусах и других компонентах различия между дизельными и газовыми генераторами уже не так четко определены. .

    Нужна помощь в выборе типа двигателя, подходящего для вашей генераторной установки?

    При выборе между дизельным двигателем и генераторной установкой и аналогичной установкой, работающей на природном газе, необходимо понимать плюсы и минусы каждого из них. Компания Worldwide Power Products обладает знаниями и опытом эксплуатации, которые помогут принять это решение. Свяжитесь с нами с вашими требованиями, и мы предоставим как лучший совет, так и лучшие доступные решения.

    Решили использовать промышленный дизельный двигатель? Просмотрите наши запасы

    У нас есть огромный запас новых и бывших в употреблении двигателей, генераторных установок и блоков нагрузки, чтобы удовлетворить ваши потребности. Наши инженеры, опытные торговые представители и технические специалисты всегда готовы помочь и подобрать оборудование в соответствии с вашими требованиями.

    Позвоните нам по телефону 713-434-2300, перейдите на наш веб-сайт www.wpowerproducts.com или перейдите по нашей ссылке https://www.wpowerproducts.com/sales/industrial-diesel/, чтобы получить полный перечень доступных единицы.

    Постоянно повышающаяся эффективность дизельного двигателя

    Рудольф Дизель в 1880-х годах сказал: «Появится автомобильный двигатель, и тогда я буду считать дело своей жизни завершенным.Он ясно знал, насколько важным было его изобретение. Но какое бы суждение ни следовало судить о работе всей жизни Дизеля, сам дизельный двигатель был далек от совершенства. Во-первых, его первые двигатели имели КПД всего около 26%. Но это было очень-очень давно.

    Потенциальная эффективность дизельного двигателя является горячей темой в 2015 году, спустя столетие. Это связано с тем, что Агентство по охране окружающей среды США и НАБДД оценивают потенциальную строгость новых правил эффективности для дизельных двигателей в рамках предложения «Фаза 2» по большегрузным автомобилям.Федеральные агентства имеют право регулировать двигатели большегрузных транспортных средств для достижения максимально возможных улучшений и принимать стандарты, требующие применения технологий, с надлежащим учетом затрат на соблюдение требований, времени разработки технологии и других соображений.

    Современные дизельные двигатели с воспламенением от сжатия доминируют в отрасли коммерческих грузовых автомобилей с эффективными двигателями, которые преобразуют около 43–44% энергии топлива в работу двигателя, на основе двигателей, сертифицированных в 2013–2014 годах. Чтобы соответствовать существующим нормам эффективности и выбросов углерода, тракторные двигатели, вероятно, сократят потребление топлива и выбросы CO2 на 6% в период с 2010 по 2017 год, или примерно на 1% в год. Вопрос на данный момент заключается в том, насколько более эффективными станут дизельные двигатели на следующем этапе правил, с 2017 по 2024–2027 годы.

    В июньском предложении EPA/NHTSA дизельные двигатели должны снизить расход топлива и выбросы CO2 на единицу работы на 4,2% с 2017 по 2027 год. Окончательные стандарты, вероятно, будут действовать еще три года, поэтому стандарты будут применяться до 2029 года. или 2030 г. Это будет означать, что выбросы CO2 двигателя сократятся в среднем на 0.от 3% до 0,4% в год до 2030 года. Как это соотносится с другими цифрами?

    Нельзя не задаться вопросом, что подумал бы Рудольф Дизель, узнав, что последние инновации в области дизельного топлива могут удвоить эффективность его первых дизельных конструкций?

    На приведенном ниже рисунке показаны существующие стандарты на 2014–2018 гг., предлагаемые стандарты на 2017–2027 гг., а также технологический потенциал от более широкого внедрения технологий на основе вышеупомянутого исследования WVU в граммах CO2 на тормозную мощность-час. Технологический потенциал, показанный на рисунке, предполагает, что тракторные двигатели могут достичь улучшения до 7% за счет технологии повышения эффективности с внедрением пакета двигателей «2020+» исследований WVU (т.е. за счет улучшений за счет снижения трения, паразитных компонентов, турбонаддува, дополнительной оптимизация сгорания и расширенные средства управления). Этот потенциал от этих дополнительных технологий примерно вдвое превышает тот, который агентства включили в предлагаемое правило на 2027 год.

    Кроме того, мы учитываем увеличение проникновения передовых технологий двигателей в анализе на рисунке.При более широком внедрении дополнительных технологий 2020+ и 15-процентном внедрении системы рекуперации отработанного тепла с органическим циклом Ренкина (WHR) (как предполагают агентства) сокращение выбросов CO2 во всем парке до 10% в 2027 году возможно. С более широким распространением технологий WHR и SuperTruck Министерства энергетики США технологический потенциал еще выше. Результаты показывают, что значительно более низкие выбросы CO2, чем предложенные стандартные уровни EPA-NHTSA, технически достижимы в период до 2025 года. Окончательный технологический потенциал всего автопарка может разумно соответствовать эффективности демонстраций SuperTruck Министерства энергетики США в 2014–2016 годах в период до 2030 года.

    Регуляторные стандарты фазы 1 США (2014–2017 гг.) и предложенной фазы 2 (2018–2030 гг.), технологический потенциал, технологический потенциал с повышенной рекуперацией отходящего тепла (WHR) и демонстрации SuperTruck Министерства энергетики США.

    Находящееся на рассмотрении решение США по стандартам двигателей может стать единственным реальным действием по существенному повышению эффективности дизельных двигателей в ближайшие 10–15 лет. По этой причине можно привести веские доводы в пользу того, что они должны продвигать технологический конверт настолько сильно, насколько это возможно на основе новых технологий повышения эффективности.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.