Кпд двс в среднем составляет: КПД двигателя внутреннего сгорания. Сколько приблизительно равен, а также мощность в процентах

Содержание

Кпд двс в среднем — Автомобильный портал AutoMotoGid

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.

Чем отличаются КПД бензинового и дизельного двигателя

В отличие от паровых механизмов, топливом для двигателей внутреннего сгорания служит бензин или солярка. Двигатели внутреннего сгорания бензиновый и дизельный имеют схожие конструкции. Однако образование топливовоздушных смесей у них происходит по-разному.

В карбюраторном агрегате элементы поршневой группы функционируют при сверхвысоких температурах. Соответственно, они нуждаются в более качественном охлаждении. При этом наблюдается большой расход тепловой энергии. Вследствие неэффективного рассеивания тепла в окружающей среде, понижается коэффициент полезного действия бензинового силового агрегата.

КПД бензинового двигателя равняется 25-30 %;
дизельного – 40 %;
с установкой турбонаддува достигает 50 процентов соответственно.

Роторно-поршневые тепловые двигатели обладают высоким КПД, его значение превышает 40%. Это намного выше бензиновых аналогов, но немного отстает от дизельных моторов.

Турбореактивные самолетные двигатели работают совершенно по другому принципу, который существенно отличается от автомобильных ДВС. Благодаря сравнительно высокому КПД, они пользуются большой популярностью в авиастроении. Чаще всего турбореактивные агрегаты устанавливаются на крупных лайнерах большой грузоподъемности.

Как написано в учебниках физики, чтобы найти КПД двигателя, нужно разделить значение выполненной работы на величину затраченной энергии. При расчете коэффициента полезного действия ДВС полезная работа делится на количество тепла, полученного при сгорании топлива.

Основные потери КПД в двигателях внутреннего сгорания происходят при:

Неполном сгорании топлива в цилиндрах.
Расходе тепла.
Механических потерях.

При неполном сгорании эффективность снижается за счет выхода четвертой части объема топлива с отработавшими газами. Здесь потери КПД двигателя составляют почти 25%. Благодаря появлению инжекторов, работа топливных систем становится более эффективной, но не идеальной.

Часть тепловой энергии уходит на прогрев корпусных деталей двигателя, рабочих узлов, моторного масла, радиатора и пр. Тепло также уходит с выхлопными газами. На данном этапе потери КПД составляют не меньше 35 процентов.

Несмотря на смазывание трущихся поверхностей, энергия расходуется на преодоление сил трения. Это происходит при сопряжении таких элементов, как шатуны, цилиндры, поршни, маслосъемные, компрессионные кольца и т. д. При вырабатывании электричества генератор тоже отбирает немалую долю энергии двигателя. В результате механических потерь, КПД ДВС снижается еще на 20%.

КПД двигателя рассчитывается по специальным формулам, в которых участвуют показатели работы, энергии и потерь.

Интересно: Существуют некоторые методы повышения КПД бензиновых двигателей внутреннего сгорания:

Цилиндры оснащаются двумя впускными, а также двумя выпускными клапанами, вместо привычных конструкций в одном экземпляре.

Свечи зажигания комплектуются отдельными катушками зажигания.
Вместо обыкновенного тросика управления дроссельной заслонкой, используется электрический привод.

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:

Более высокий показатель степени сжатия.
Воспламенение топлива происходит по другому принципу.
Корпусные детали нагреваются меньше.

Благодаря меньшему количеству клапанов, снижены расходы энергии на преодоление сил трения.
В конструкции дизеля отсутствуют привычные свечи, катушки зажигания, на которые требуется дополнительная энергия от электрогенератора.
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.

КПД реактивного двигателя

Воздушно-реактивный тепловой мотор работает на химической энергии топливного состава. Его мощность расходуется на создание кинетической энергии ракеты и преодоление атмосферного сопротивления. Коэффициент полезного действия таких агрегатов минимальный, по своему значению он является самым маленьким, его значение не превышает даже 1%. Здесь более корректно обсуждать КПД не двигателя, а ракетного топлива, а также, насколько эффективно оно используется.

Резюме

При производстве современных двигателей внутреннего сгорания заводы-изготовители вкладывают большие средства в погоне за повышением КПД своей продукции хотя бы на несколько процентов. С этой целью, инженеры усовершенствуют и усложняют конструкции моторов, используют новые материалы для изготовления отдельных элементов.

Иногда случается, что финансовые затраты разработчиков нецелесообразны, в сравнении с полученным результатом в 2 – 3%. Поэтому бывает выгоднее подвергать стандартные двигатели различным форсированиям, доводкам, доработкам при помощи тюнинговых усовершенствований в небольших ремонтных мастерских. В результате чего увеличивается мощность и прочие тяговые характеристики силовых агрегатов.

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

Что такое КПД двигателя внутреннего сгорания.

Отношение полезной энергии к полной (затраченной), выраженное в процентном отношении, и есть искомый КПД двигателя внутреннего сгорания. Разберемся, куда же теряется энергия.

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.

КПД бензинового и дизельного двигателя.

При этом стоит оговориться, что у бензиновых и дизельных машин КПД двигателя внутреннего сгорания различен: 20% против 40% (соответственно). Данный факт имеет место быть потому, что несмотря на то, что потери на обслуживание механики и нагрев планеты в бензиновых моторах и «дизелях» сопоставимы, количество сжигаемого в процессе горения топлива у дизельных двигателей выше.

Подводя итоги и вспомнив историю появления двигателя внутреннего сгорания, когда КПД составлял немногим более 5%, можно сказать, что инженеры шагнули далеко вперед, а учитывая факт того, что 100% КПД, а по сути идеального двигателя, им вряд ли удастся добиться, можно утверждать, что современные двигатели, скорее всего, достигли своего верха возможного КПД, поэтому неудивительно, что сегодня все чаще автомобилистам предлагаются машины с гибридными двигателями и электромобили, ведь КПД движка у них (электромобилей) – для справки – порядка 90%.

Видео.

Среди множества характеристик различных механизмов в автомобиле решающее значение имеет КПД двигателя внутреннего сгорания. Для того чтобы выяснить суть этого понятия, необходимо точно знать, что представляет собой классический двигатель внутреннего сгорания.

КПД двигателя внутреннего сгорания – что это такое?

В первую очередь, мотор преобразует тепловую энергию, возникающую при сгорании топлива, в определенное количество механической работы. В отличие от паровых машин, эти двигатели более легкие и компактные. Они гораздо экономичнее и потребляют строго определенное жидкое и газообразное топливо. Таким образом, КПД современных двигателей рассчитывается на основании их технических характеристик и прочих показателей.

КПД (коэффициент полезного действия) представляет собой отношение фактически передаваемой мощности на вал двигателя к мощности, получаемой поршнем за счет действия газов. Если провести сравнение КПД двигателей различной мощности, то можно установить, что это значение для каждого из них имеет свои особенности.

Эффективный КПД двигателя зависит от различных механических потерь на разных стадиях работы. На потери влияет движение отдельных частей мотора и возникающее при этом трение. Это поршни, поршневые кольца и различные подшипники. Эти детали вызывают наибольшую величину потерь, составляющие примерно 65 % от их общего количества. Кроме того, потери возникают от действия таких механизмов, как насосы, магнето и прочие, которые могут дойти до 18 %. Незначительную часть потерь составляют сопротивления, возникающие в топливной системе во время процесса впуска и выпуска.

Больше всего КПД снижается из-за тепловых потерь. Силовая установка прогревает все элементы системы, включая охлаждающую жидкость, радиатор охлаждения и отопителя, вместе с этим теряется тепло. Часть теряется вместе с выхлопными газами. В среднем на тепловые потери приходится до 35% от КПД, а на топливной эффективности ещё 25%. Ещё около 20% занимают механические потери, т.е. на элементы, создающие трение (поршни, кольца и т. д.). Снизить трение помогают качественные моторные масла, но полностью исключить этот фактор невозможно.

Учитывая низкий КПД двигателя можно представить потери более наглядно, например, на количестве топлива. При среднем расходе топлива 10 литров на сто километров пробега на прохождение этого участка уходит лишь 2-3 литра топлива, остальное потери. У дизеля потери меньше, как и к ДВС с газобаллонным оборудованием. Если вопрос высокого КПД двигателя принципиален, то есть на варианты с коэффициентом 90%, но это электромобили и авто с двигателем гибридного типа. Как правило, их стоимость несколько выше и из-за специфики эксплуатации (нужна регулярная подзарядка и ограничен запах хода) такие машины в нашей стране пока редкость.

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 %.

Оба двигателя, несмотря на схожесть конструкции, имеют различные виды смесеобразования. Поэтому поршни карбюраторного мотора работают при более высоких температурах, требующих качественного охлаждения. Из-за этого тепловая энергия, которая могла бы превратиться в механическую, рассеивается без всякой пользы, понижая общее значение КПД.

Тем не менее, для того чтобы повысить КПД бензинового двигателя, принимаются определенные меры. Например, на один цилиндр могут устанавливаться два впускных и выпускных клапана, вместо конструкции, когда размещается один впускной и один выпускной клапан. Кроме того, в некоторых двигателях на каждую свечу устанавливается отдельная катушка зажигания. Управление дроссельной заслонкой во многих случаях осуществляется с помощью электропривода, а не обыкновенным тросиком.

КПД дизельного двигателя – заметная эффективность

Дизель является одной из разновидностей двигателей внутреннего сгорания, в котором воспламенение рабочей смеси производится в результате сжатия. Поэтому давление воздуха в цилиндре намного выше, чем у бензинового двигателя. Сравнивая КПД дизельного двигателя с КПД других конструкций, можно отметить его наиболее высокую эффективность.

При наличии низких оборотов и большого рабочего объема показатель КПД может превысить 50 %.

Следует обратить внимание на сравнительно небольшой расход дизельного топлива и низкое содержание вредных веществ в отработанных газах. Таким образом, значение коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания полностью зависит от его типа и конструкции. Во многих автомобилях низкий КПД перекрывается различными усовершенствованиями, позволяющими улучшить общие технические характеристики.

Кпд двигателя внутреннего сгорания составляет 20

Крутящий момент и мощность

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

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

Эффективность бензина и солярки

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

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

Повышение КПД двигателя

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

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

Выводы

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

Что такое КПД двигателя внутреннего сгорания.

На что тратиться полезная энергия?

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

КПД бензинового и дизельного двигателя.

Формулы, используемые на уроках «Задачи на КПД тепловых двигателей».

Название величины

Обозначение

Единица измерения

Формула

Масса топлива

Удельная теплота сгорания топлива

Полезная работа

А_п =»» ɳ Q

Затраченная энергия

Q =»» qm

КПД

Относится ли ружьё к тепловым двигателям? Да, так как при выстреле внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача № 1. Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 110,4 МДж потребовалось 8 кг бензина.

Задача № 2. Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 220,8 МДж потребовалось 16 кг бензина.

Задача № 3. Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 27,6 МДж потребовалось 2 кг бензина.

Задача № 4. На теплоходе установлен дизельный двигатель мощностью 80 кВт с КПД 30%. На сколько километров пути ему хватит 1 т дизельного топлива при скорости движения 20 км/ч? Удельная теплота сгорания дизельного топлива 43 МДж/кг.

Задача № 5. Патрон травматического пистолета «Оса» 18×45 мм, содержит резиновую пулю массой 8,4 г. Определите КПД патрона, если пуля при выстреле приобрела скорость 140 м/с. Масса порохового заряда патрона составляет 0,18 г, удельная теплота сгорания пороха 3,8 • 106 Дж/кг.

Задача № 6. Первый гусеничный трактор конструкции А. Ф. Блинова, 1888 г., имел два паровых двигателя. За 1 ч он расходовал 5 кг топлива, у которого удельная теплота сгорания равна 30 • 10 6 Дж/кг. Вычислите КПД трактора, если мощность двигателя его была равна около 1,5 кВт.

Задача № 7. Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 2,3 • 10 4 кДж, и при этом израсходовал бензин массой 2 кг. Вычислите КПД этого двигателя.

Задача № 8. За 3 ч пробега автомобиль, КПД которого равен 25%, израсходовал 24 кг бензина. Какую среднюю мощность развивал двигатель автомобиля при этом пробеге?

Задача № 9. Двигатель внутреннего сгорания мощностью 36 кВт за 1 ч работы израсходовал 14 кг бензина. Определите КПД двигателя.

Задача № 10. ОГЭ Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, 80 % теплоты, полученной от нагревания, передаёт охладителю. Количество теплоты, получаемое рабочим телом за один цикл от нагревателя, Q₁ =»» 6,3 Дж. Найти КПД цикла ɳ и работу А, совершаемую за один цикл.

Задача № 11. ЕГЭ Тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А =»» 2,94 кДж и отдаёт за один цикл охладителю количество теплоты Q₂ =»» 13,4 кДж. Найти КПД цикла ɳ.

Краткая теория для решения Задачи на КПД тепловых двигателей.

Это конспект по теме «ЗАДАЧИ на КПД тепловых двигателей». Выберите дальнейшие действия:

Кпд двс автомобиля

КПД двигателя внутреннего сгорания. Сколько приблизительно равен, а также мощность в процентах

Наверное, каждый задавался вопросом о КПД (Коэффициенте Полезного Действия) двигателя внутреннего сгорания. Ведь чем выше этот показатель, тем эффективнее работает силовой агрегат. Самым эффективным на данный момент времени считается электрический тип, его КПД может достигать до 90 – 95 %, а вот у моторов внутреннего сгорания, будь то дизель или бензин он мягко сказать, далек от идеала …

ОГЛАВЛЕНИЕ СТАТЬИ

Если честно, то современные варианты моторов намного эффективнее своих собратьев, которые были выпущены лет так 10 назад, и причин этому масса. Сами подумайте раньше вариант 1,6 литра, выдавал всего 60 – 70 л.с. А сейчас это значение может достигать 130 – 150 л.с. Это кропотливая работа над увеличением КПД, в который каждый «шажок» дается методом проб и ошибок. Однако давайте начнем с определения.

КПД двигателя внутреннего сгорания – это значение отношения двух величин, мощности которая подается на коленчатый вал двигателя к мощности получаемой поршнем, за счет давления газов, которые образовались путем воспламенения топлива.

Если сказать простым языком, то это преобразование термической или тепловой энергии, которая появляется при сгорании топливной смеси (воздух и бензин) в механическую. Нужно отметить что такое уже бывало, например у паровых силовых установок — также топливо под воздействием температуры толкало поршни агрегатов. Однако там установки были в разы больше, да и само топливо было твердое (обычно уголь или дрова), что затрудняло его перевозку и эксплуатацию, постоянно нужно было «поддавать» в печь лопатами. Моторы внутреннего сгорания намного компактнее и легче «паровых», да и топливо намного проще хранить и перевозить.

Подробнее о потерях

Если забегать вперед, то можно уверенно сказать что КПД бензинового двигателя находится в пределах от 20 до 25 %. И на это много причин. Если взять поступающее топливо и пересчитать его на проценты, то мы как бы получаем «100% энергии», которая передается двигателю, а дальше пошли потери:

1) Топливная эффективность. Не все топливо сгорает, небольшая его часть уходит с отработанными газами, на этом уровне мы уже теряем до 25% КПД. Конечно, сейчас топливные системы улучшаются, появился инжектор, но и он далек от идеала.

2) Второе это тепловые потери. Двигатель прогревает себя и множество других элементов, такие как радиаторы, свой корпус, жидкость которая в нем циркулирует. Также часть тепла уходит с выхлопными газами. На все это еще до 35% потери КПД.

3) Третье это механические потери. НА всякого рода поршни, шатуны, кольца – все места, где есть трение. Сюда можно отнести и потери от нагрузки генератора, например чем больше электричества вырабатывает генератор, тем сильнее он тормозит вращение коленвала. Конечно, смазки также шагнули вперед, но опять же полностью трение еще никому не удалось победить – потери еще 20 %

Таким образом, в сухом остатке, КПД равняется около 20%! Конечно из бензиновых вариантов есть выделяющиеся варианты, у которых этот показатель увеличен до 25%, но их не так много.

ТО есть если ваш автомобиль расходует топлива 10 литров на 100 км, то из них всего 2 литра уйдут непосредственно на работу, а остальные это потери!

Конечно можно увеличить мощность, например за счет расточки головки, смотрим небольшое видео.

Если вспомнить формулу то получается:

У какого двигателя самый большой КПД?

Теперь хочу поговорить о бензиновом и дизельном вариантах, и выяснить кто же из них наиболее эффективный.

Если сказать простыми, языком и не лезть в дебри технических терминов то – если сравнить два КПД бензинового и дизельного агрегатов – эффективнее из них, конечно же дизель и вот почему:

1) Бензиновый двигатель преобразует только 25 % энергии в механическую, а вот дизельный около 40%.

2) Если оснастить дизельный тип турбонаддувом, то можно достигнуть КПД в 50-53%, а это очень существенно.

Так почему он так эффективен? Все просто — не смотря на схожей тип работы (и тот и другой являются агрегатами внутреннего сгорания) дизель выполняет свою работу намного эффективнее. У него большее сжатие, да и топливо воспламеняется от другого принципа. Он меньше нагревается, а значит происходит экономия на охлаждении, у него меньше клапанов (экономия на трении), также у него нет, привычных нам, катушек зажигания и свечей, а значит не требуется дополнительные энергетические затраты от генератора. Работает он с меньшими оборотами, не нужно бешено раскручивать коленвал — все это делает дизельный вариант чемпионом по КПД.

О топливной эффективности дизеля

ИЗ более высокого значения коэффициента полезного действия – следует и топливная эффективность. Так, например двигатель 1,6 литра может расходовать по городу всего 3 – 5 литров, в отличие от бензинового типа, где расход 7 – 12 литров. У дизеля намного больше крутящий момент, сам двигатель зачастую компактнее и легче, а так же в последнее время и экологичнее. Все эти положительные моменты, достигаются благодаря большему значению степени сжатия, есть прямая зависимость КПД и сжатия, смотрим небольшую табличку.

Однако не смотря на все плюсы у него также много и минусов.

Как становится понятно, КПД двигателя внутреннего сгорания далек от идеала, поэтому будущее однозначно за электрическими вариантами – осталось только найти эффективные аккумуляторы, которые не боятся мороза и долго держат заряд.

На этом заканчиваю, читайте наш АВТОБЛОГ.

КПД двигателя внутреннего сгорания:3 фактора, влияющих на мощность

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

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

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

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

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

От чего зависит КПД

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

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

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

Коэффициент полезного действия: дизель или бензин?

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

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

Крутящий момент и мощность

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

Эффективность бензина и солярки

Повышение КПД двигателя

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

Выводы

Пожалуйста, оцените этот материал!

(2 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка…

Если Вам понравилась статья, поделитесь ею с друзьями!

Какой КПД у двигателя автомобиля

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

КПД двигателя внутреннего сгорания

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

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%

Дизель или бензин

А что в этом плане показывают дизельные агрегаты, и эффективнее ли они бензиновых собратьев? Если не лезть в самые гущи технических джунглей, то коротко можно констатировать, что в плане КПД дизельные двигатели будут эффективнее бензиновых. Если бензиновый агрегат преобразовывает всего 25 % топливной энергии в энергию механическую, то показатели дизельных моторов достигают 40%. А если дизель оснастить качественной турбиной, то КПД может достигать и пятидесяти процентов.

Подошла ли эволюция двигателей внутреннего сгорания к своему пику? Возможно. Поэтому сейчас всё больше автопроизводителей обращают внимание на электрическую тягу. Осталось лишь разработать эффективные батареи, не боящиеся мороза, и долго держащие заряд.

КПД электрического двигателя двигателя

КПД двигателя внутреннего сгорания.

Что такое КПД двигателя внутреннего сгорания.

На что тратиться полезная энергия?

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

КПД бензинового и дизельного двигателя.

Видео.

КПД двигателя внутреннего сгорания – познаем эффективность в сравнении

КПД парового двигателя

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

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 %

Конечно можно увеличить мощность, например за счет расточки головки, смотрим небольшое видео.

Если вспомнить формулу то получается:

От чего зависит КПД дизельного двигателя

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.

Более высокий показатель степени сжатия.
Воспламенение топлива происходит по другому принципу.
Корпусные детали нагреваются меньше.
Благодаря меньшему количеству клапанов, снижены расходы энергии на преодоление сил трения.
В конструкции дизеля отсутствуют привычные свечи, катушки зажигания, на которые требуется дополнительная энергия от электрогенератора.
Коленчатый вал дизеля раскручивается с меньшими оборотами.

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

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.

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:

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

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

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

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

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

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

Где теряется эффективность

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.

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?

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

КПД парового двигателя

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.

Чем отличаются КПД бензинового и дизельного двигателя

КПД бензинового двигателя равняется 25-30 %;
дизельного – 40 %;
с установкой турбонаддува достигает 50 процентов соответственно.

Основные потери КПД в двигателях внутреннего сгорания происходят при:

Неполном сгорании топлива в цилиндрах.
Расходе тепла.
Механических потерях.

Формула работы в физике

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

От чего зависит КПД дизельного двигателя

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.

Более высокий показатель степени сжатия.
Воспламенение топлива происходит по другому принципу.
Корпусные детали нагреваются меньше.
Благодаря меньшему количеству клапанов, снижены расходы энергии на преодоление сил трения.
В конструкции дизеля отсутствуют привычные свечи, катушки зажигания, на которые требуется дополнительная энергия от электрогенератора.
Коленчатый вал дизеля раскручивается с меньшими оборотами.

Повышение эффективности электродвигателей

Электрические двигатели обладают некоторыми недостатками, которые плохо влияют на эффективность работы. Это слабый пусковой момент, высокий пусковой ток и несогласованность механического момента вала с механической нагрузкой. Это приводит к тому, что КПД устройства снижается.

Для повышения эффективности стараются обеспечить нагрузку двигателя до 75% и выше и увеличивать коэффициенты мощности. Также есть специальные приборы для регулирования частоты подаваемого тока и напряжения, что тоже приводит к повышению эффективности и росту КПД.

Одним из самых популярных приборов для увеличения КПД электродвигателя является устройство плавного пуска, которое ограничивает скорость роста пускового тока. Также уместно использовать и частотные преобразователи для изменения скорости вращения мотора путем изменения частоты напряжения. Это приводит к снижению расхода электроэнергии и обеспечивает плавный пуск двигателя, высокую точность регулировки. Также увеличивается пусковой момент, а при переменной нагрузке стабилизируется скорость вращения. В результате эффективность электродвигателя повышается.

КПД реактивного двигателя

Резюме

Относительный КПД действительного цикла с высоким давлением

КПД г/а описывает отношение реально замеряемой работы в цилиндре (индикаторный цикл), совершаемой в результате создания давления в цилиндре, к работе теоретического цикла (рис. 2). Этот КПД включает потерн теплоты и потери на газообмен. Граничными условиями являются:

• реальный газ; • тепловые потери; • конечная скорость подвода и отвода теплоты; • неременная теплоемкость. Все параметры смесеобразования сильно влияют на процесс сгорания и,таким образом, на его совершенство.

Рис.4 Дизели очень сильно различаются по размерам и области применения. Отсюда следуют различия в их эффективности. Наибольший КПД достмга ется большими тихо ходными дизелями 7„ — теоретический КПД изменяется в зависимости от степени сжатия Читайте также: Как выбрать свечи зажигания, или не мучай свой автомобиль

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

КПД бензинового и дизельного двигателя.

Где теряется эффективность

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.

Читать дальше: Резина на трактор т 25

Лучшие двигатели внутреннего сгорания эффективны на 25%

КПД двигателя внутреннего сгорания – что это такое?

О топливной эффективности дизеля

Однако не смотря на все плюсы у него также много и минусов.

Читать дальше: Замена механизма стеклоподъемника ваз 2107

На этом заканчиваю, читайте наш АВТОБЛОГ.

(26 голосов, средний: 4,08 из 5)

КПД двигателя внутреннего сгорания

Сравнение КПД двигателей – бензин и дизель

http://xn—-8sban6b6a.xn--p1ai/rukovodstvo/kpd-dvs-avtomobilya.html
Источник http://xn--34-6kc4bzaa.xn--p1ai/sovety/kpd-avto.html

Кпд двигателя внутреннего сгорания равен

КПД двигателя внутреннего сгорания – дизель и бензин. Кто эффективнее и лучше.

Подробнее о потерях

1) Топливная эффективность. Не все топливо сгорает, небольшая его часть уходит с отработанными газами, на этом уровне мы уже теряем до 25% КПД. Конечно, сейчас топливные системы улучшаются, появился инжектор, но и он далек от идеала.

2) Второе это тепловые потери. Двигатель прогревает себя и множество других элементов, такие как радиаторы, свой корпус, жидкость которая в нем циркулирует. Также часть тепла уходит с выхлопными газами. На все это еще до 35% потери КПД.

3) Третье это механические потери. НА всякого рода поршни, шатуны, кольца – все места, где есть трение. Сюда можно отнести и потери от нагрузки генератора, например чем больше электричества вырабатывает генератор, тем сильнее он тормозит вращение коленвала. Конечно, смазки также шагнули вперед, но опять же полностью трение еще никому не удалось победить – потери еще 20 %

Конечно можно увеличить мощность, например за счет расточки головки, смотрим небольшое видео.

Если вспомнить формулу то получается:

Значения КПД бензиновых и дизельных двигателей

Тем удивительнее то, что данный параметр для бензиновых агрегатов со всеми их высокотехнологичными ухищрениями равен… 20-25%. Львиная доля энергии, полученная при сгорании топлива, расходуется непосредственно на потери и лишь малая часть непосредственно на полезную работу двигателя внутреннего сгорания. У дизельных моторов картина не в пример лучше коэффициент полезного действия атмосферных моторов находится на уровне 40% и достигает 50% и более при наличии турбонагнетателя, который используется повсеместно и превращает ДВС более эффективную установку.

КПД парового двигателя

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.

У какого двигателя самый большой КПД?

Теперь хочу поговорить о бензиновом и дизельном вариантах, и выяснить кто же из них наиболее эффективный.

1) Бензиновый двигатель преобразует только 25 % энергии в механическую, а вот дизельный около 40%.

2) Если оснастить дизельный тип турбонаддувом, то можно достигнуть КПД в 50-53%, а это очень существенно.

Средний КПД электрических двигателей

Стоит отметить, что КПД электродвигателя постоянного тока (и переменного тоже) изменяется в зависимости от нагрузки:

При холостом ходе КПД равен 0%.
При нагрузке 25% КПД равен 83%.
При нагрузке 50% КПД равен 87%.
При нагрузке 75% КПД равен 88%.
При нагрузке 100% КПД равен 87%.

Одна из причин падения коэффициента полезного действия — асимметрия токов, когда подается разное напряжение на каждой из трех фаз. Если, к примеру, на первой фазе будет напряжение 410 В, на второй — 403 В, а на третьей — 390 В, то среднее значение будет равно 401 В. Асимметрия в данном случае будет равна разнице между максимальным и минимальным напряжением на фазах (410-390), то есть 20 В. Формула КПД электродвигателя для расчета потерь будет иметь вид в нашей ситуации: 20/401*100 = 4.98%. Это значит, что мы теряем 5% КПД при работе из-за разности напряжений на фазах.

Основные характеристики работы моторов

Главная функция двигателя — превращение электрической энергии в механическую. КПД является показателем продуктивности выполнения данной функции. Формула КПД электродвигателя строится так:

n = p2/p1,

где p1 — это подведенная электрическая мощность, а p2 — полезная механическая мощность, вырабатываемая электромотором.

Однако, не всё так просто. Функции двигателя и область его использования, многие другие переменные будут уточнять расчет и делать его более индивидуальным.

КПД бензинового и дизельного двигателя

О топливной эффективности дизеля

Однако не смотря на все плюсы у него также много и минусов.

На этом заканчиваю, читайте наш АВТОБЛОГ.

(55 голосов, средний: 3,78 из 5)

КПД реактивного двигателя

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.

Максимальное значение кпд идеального двигателя

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

Фейсбук
Гугл+
ЖЖ
Blogger

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

Далее предоставляю Вашему вниманию калькулятор КПД WOT

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

И тут рождается логичный вопрос, а по какой статистике лучше ориентироваться?! К сожалению, на этот вопрос у меня нет ответа, тут как говорится, на вкус и цвет товарищей нет. Выбирать именно Вам! Но далее, в двух словах я расскажу Вам о той статистике, которая используется на сайте XVM мода, а именно:

WGR

WN8

WN6

EFF

xTE

Начнем по порядку:

WGR — это официальный рейтинг от Wargaming, четырехзначный рейтинг.

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

Средний урон за бой

Средний урон за счет засвета по рации

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

————————

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

Наибольшее влияние на результат оказывают:

Суммарный нанесенный урон игрока

Суммарное количество уничтоженных

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

————————

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

очки защиты базы не сильно влияют на КПД;

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

Захват базы вообще не учитывается;

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

Получается, что WN6 полностью зависит от Вашего вклада в бой

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

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

————————

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

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

Средний урон за бой;

Среднее количество фрагов (убитых противников) за бой;

Среднее количество очков защиты базы за бой;

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

————————

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

Тут так эе как и в РЭ, основным будет:

Средний урон за бой;

Среднее количество фрагов за бой;

КПД WOT

Что означает в формуле кпд теплового двигателя. КПД двигателя внутреннего сгорания. Падение КПД и общие потери в электродвигателе

Среди множества характеристик различных механизмов в автомобиле решающее значение имеет КПД двигателя внутреннего сгорания . Для того чтобы выяснить суть этого понятия, необходимо точно знать, что представляет собой классический двигатель внутреннего сгорания.

КПД двигателя внутреннего сгорания – что это такое?

КПД (коэффициент полезного действия) представляет собой отношение фактически передаваемой мощности на вал двигателя к мощности, получаемой поршнем за счет действия газов . Если провести сравнение КПД двигателей различной мощности, то можно установить, что это значение для каждого из них имеет свои особенности.

КПД дизельного двигателя – заметная эффективность

При наличии низких оборотов и большого рабочего объема показатель КПД может превысить 50 %.

Что такое КПД двигателя внутреннего сгорания.

На что тратиться полезная энергия?

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

КПД бензинового и дизельного двигателя.

Видео.

«Физика — 10 класс»

Что такое термодинамическая система и какими параметрами характеризуется её состояние.
Сформулируйте первый и второй законы термодинамики.

Именно создание теории тепловых двигателей и привело к формулированию второго закона термодинамики.

Запасы внутренней энергии в земной коре и океанах можно считать практически неограниченными. Но для решения практических задач располагать запасами энергии ещё недостаточно. Необходимо так же уметь за счёт энергии приводить в движение станки на фабриках и заводах, средства транспорта, тракторы и другие машины, вращать роторы генераторов электрического тока и т. д. Человечеству нужны двигатели — устройства, способные совершать работу. Большая часть двигателей на Земле — это тепловые двигатели .

Тепловые двигатели — это устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую работу.

Принцип действия тепловых двигателей.

Для того чтобы двигатель совершал работу, необходима разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Во всех тепловых двигателях эта разность давлений достигается за счёт повышения температуры рабочего тела (газа) на сотни или тысячи градусов по сравнению с температурой окружающей среды. Такое повышение температуры происходит при сгорании топлива.

Одна из основных частей двигателя — сосуд, наполненный газом, с подвижным поршнем. Рабочим телом у всех тепловых двигателей является газ, который совершает работу при расширении. Обозначим начальную температуру рабочего тела (газа) через T 1 . Эту температуру в паровых турбинах или машинах приобретает пар в паровом котле. В двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах повышение температуры происходит при сгорании топлива внутри самого двигателя. Температуру Т 1 называют температурой нагревателя .

Роль холодильника.

По мере совершения работы газ теряет энергию и неизбежно охлаждается до некоторой температуры Т 2 , которая обычно несколько выше температуры окружающей среды. Её называют температурой холодильника . Холодильником является атмосфера или специальные устройства для охлаждения и конденсации отработанного пара — конденсаторы . В последнем случае температура холодильника может быть немного ниже температуры окружающего воздуха.

Таким образом, в двигателе рабочее тело при расширении не может отдать всю свою внутреннюю энергию на совершение работы. Часть тепла неизбежно передаётся холодильнику (атмосфере) вместе с отработанным паром или выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин.

Эта часть внутренней энергии топлива теряется. Тепловой двигатель совершает работу за счёт внутренней энергии рабочего тела. Причём в этом процессе происходит передача теплоты от более горячих тел (нагревателя) к более холодным (холодильнику). Принципиальная схема теплового двигателя изображена на рисунке 13.13.

Рабочее тело двигателя получает от нагревателя при сгорании топлива количество теплоты Q 1 , совершает работу А» и передаёт холодильнику количество теплоты Q 2 .

Для того чтобы двигатель работал непрерывно, необходимо рабочее тело вернуть в начальное состояние, при котором температура рабочего тела равна Т 1 . Отсюда следует, что работа двигателя происходит по периодически повторяющимся замкнутым процессам, или, как говорят, по циклу.

Цикл — это ряд процессов, в результате которых система возвращается в начальное состояние.

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя.

Невозможность полного превращения внутренней энергии газа в работу тепловых двигателей обусловлена необратимостью процессов в природе. Если бы тепло могло самопроизвольно возвращаться от холодильника к нагревателю, то внутренняя энергия могла бы быть полностью превращена в полезную работу с помощью любого теплового двигателя. Второй закон термодинамики может быть сформулирован следующим образом:

Второй закон термодинамики:
невозможно создать вечный двигатель второго рода, который полностью превращал бы теплоту в механическую работу.

Согласно закону сохранения энергии работа, совершаемая двигателем, равна:

А» = Q 1 — |Q 2 | , (13.15)

где Q 1 — количество теплоты, полученной от нагревателя, a Q2 — количество теплоты, отданной холодильнику.

Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя называют отношение работы А», совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученной от нагревателя:

Так как у всех двигателей некоторое количество теплоты передаётся холодильнику, то η

Максимальное значение КПД тепловых двигателей.

Законы термодинамики позволяют вычислить максимально возможный КПД теплового двигателя, работающего с нагревателем, имеющим температуру Т 1 , и холодильником с температурой Т 2 , а также определить пути его повышения.

Впервые максимально возможный КПД теплового двигателя вычислил французский инженер и учёный Сади Карно (1796-1832) в труде «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» (1824).

Карно придумал идеальную тепловую машину с идеальным газом в качестве рабочего тела. Идеальная тепловая машина Карно работает по циклу, состоящему из двух изотерм и двух адиабат, причем эти процессы считаются обратимыми (рис. 13.14). Сначала сосуд с газом приводят в контакт с нагревателем, газ изотермически расширяется, совершая положительную работу, при температуре Т 1 , при этом он получает количество теплоты Q 1 .

Затем сосуд теплоизолируют, газ продолжает расширяться уже адиабатно, при этом его температура понижается до температуры холодильника Т 2 . После этого газ приводят в контакт с холодильником, при изотермическом сжатии он отдаёт холодильнику количество теплоты Q 2 , сжимаясь до объёма V 4

Как следует из формулы (13.17), КПД машины Карно прямо пропорционален разности абсолютных температур нагревателя и холодильника.

Главное значение этой формулы состоит в том, что в ней указан путь увеличения КПД, для этого надо повышать температуру нагревателя или понижать температуру холодильника.

Любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру Т 1 , и холодильником с температурой Т 2 , не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины: Процессы, из которых состоит цикл реальной тепловой машины, не являются обратимыми.

Формула (13.17) даёт теоретический предел для максимального значения КПД тепловых двигателей. Она показывает, что тепловой двигатель тем эффективнее, чем больше разность температур нагревателя и холодильника.

Лишь при температуре холодильника, равной абсолютному нулю, η = 1. Кроме этого доказано, что КПД, рассчитанный по формуле (13.17), не зависит от рабочего вещества.

Но температура холодильника, роль которого обычно играет атмосфера, практически не может быть ниже температуры окружающего воздуха. Повышать температуру нагревателя можно. Однако любой материал (твёрдое тело) обладает ограниченной теплостойкостью или жаропрочностью. При нагревании он постепенно утрачивает свои упругие свойства, а при достаточно высокой температуре плавится.

Сейчас основные усилия инженеров направлены на повышение КПД двигателей за счёт уменьшения трения их частей, потерь топлива вследствие его неполного сгорания и т. д.

Для паровой турбины начальные и конечные температуры пара примерно таковы: Т 1 — 800 К и Т 2 — 300 К. При этих температурах максимальное значение коэффициента полезного действия равно 62 % (отметим, что обычно КПД измеряют в процентах). Действительное же значение КПД из-за различного рода энергетических потерь приблизительно равно 40 %. Максимальный КПД — около 44% — имеют двигатели Дизеля.

Охрана окружающей среды.

Трудно представить современный мир без тепловых двигателей. Именно они обеспечивают нам комфортную жизнь. Тепловые двигатели приводят в движение транспорт. Около 80 % электроэнергии, несмотря на наличие атомных станций, вырабатывается с помощью тепловых двигателей.

Однако при работе тепловых двигателей происходит неизбежное загрязнение окружающей среды. В этом заключается противоречие: с одной стороны, человечеству с каждым годом необходимо всё больше энергии, основная часть которой получается за счёт сгорания топлива, с другой стороны, процессы сгорания неизбежно сопровождаются загрязнением окружающей среды.

При сгорании топлива происходит уменьшение содержания кислорода в атмосфере. Кроме этого, сами продукты сгорания образуют химические соединения, вредные для живых организмов. Загрязнение происходит не только на земле, но и в воздухе, так как любой полёт самолёта сопровождается выбросами вредных примесей в атмосферу.

Одним из следствий работы двигателей является образование углекислого газа, который поглощает инфракрасное излучение поверхности Земли, что приводит к повышению температуры атмосферы. Это так называемый парниковый эффект. Измерения показывают, что температура атмосферы за год повышается на 0,05 °С. Такое непрерывное повышение температуры может вызвать таяние льдов, что, в свою очередь, приведёт к изменению уровня воды в океанах, т. е. к затоплению материков.

Отметим ещё один отрицательный момент при использовании тепловых двигателей. Так, иногда для охлаждения двигателей используется вода из рек и озёр. Нагретая вода затем возвращается обратно. Рост температуры в водоёмах нарушает природное равновесие, это явление называют тепловым загрязнением.

Для охраны окружающей среды широко используются различные очистительные фильтры, препятствующие выбросу в атмосферу вредных веществ, совершенствуются конструкции двигателей. Идёт непрерывное усовершенствование топлива, дающего при сгорании меньше вредных веществ, а также технологии его сжигания. Активно разрабатываются альтернативные источники энергии, использующие ветер, солнечное излучение, энергию ядра. Уже выпускаются электромобили и автомобили, работающие на солнечной энергии.

Коэффициент полезного действия (КПД) — термин, которые можно применить, пожалуй, к каждой системе и устройству. Даже у человека есть КПД, правда, наверно, пока не существует объективной формулы для его нахождения. В этой статье расскажем подробно, что такое КПД и как его можно рассчитать для различных систем.

КПД-определение

КПД — это показатель, характеризующий эффективность той или иной системы в отношении отдачи или преобразования энергии. КПД — безмерная величина и представляется либо числовым значением в диапазоне от 0 до 1, либо в процентах.

Общая формула

КПД обозначается символом Ƞ.

Общая математическая формула нахождения КПД записывается следующим образом:

Ƞ=А/Q, где А — полезная энергия/работа, выполненная системой, а Q — энергия, потребляемая этой системой для организации процесса получения полезного выхода.

Коэффициент полезного действия, к сожалению, всегда меньше единицы или равен ей, поскольку, согласно закону сохранения энергии, мы не можем получить работы больше, чем потрачено энергии. Кроме того, КПД, на самом деле, крайне редко равняется единице, так как полезная работа всегда сопровождается наличием потерь, например, на нагрев механизма.

КПД теплового двигателя

Тепловой двигатель — это устройство, превращающее тепловую энергию в механическую. В тепловом двигателе работа определяется разностью количества теплоты, полученного от нагревателя, и количества теплоты, отданной охладителю, а потому КПД определяется по формуле:

Ƞ=Qн-Qх/Qн, где Qн — количество теплоты, полученное от нагревателя, а Qх — количество теплоты, отданное охладителю.

Считается, что высочайший КПД обеспечивают двигатели, работающие по циклу Карно. В данном случае КПД определяется по формуле:

Ƞ=T1-T2/T1, где Т1 — температура горячего источника, T2 — температура холодного источника.

КПД электрического двигателя

Электрический двигатель — это устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую, так что КПД в данном случае — это коэффициент эффективности устройства в отношении преобразования электрической энергии в механическую. Формула нахождения КПД электрического двигателя выглядит так:

Ƞ=P2/P1, где P1 — подведенная электрическая мощность, P2 — полезная механическая мощность, выработанная двигателем.

Электрическая мощность находится как произведение тока и напряжения системы (P=UI), а механическая — как отношение работы к единице времени (P=A/t)

КПД трансформатора

Трансформатор — это устройство, которое преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения, сохраняя частоту. Кроме того, трансформаторы также могут преобразовывать переменный ток в постоянный.

Коэффициент полезного действия трансформатора находится по формуле:

Ƞ=1/1+(P0+PL*n2)/(P2*n), где P0 — потери режима холостого хода, PL — нагрузочные потери, P2 — активная мощность, отдаваемая нагрузке, n — относительная степень нагружения.

КПД или не КПД?

Стоит заметить, что помимо КПД существует еще ряд показателей, которые характеризуют эффективность энергетических процессов, и иногда мы можем встретить описания типа — КПД порядка 130%, однако в данном случае нужно понимать, что термин применен не совсем корректно, и, вероятнее всего, автор или производитель понимает под данной аббревиатурой несколько иную характеристику.

К примеру, тепловые насосы отличаются тем, что они могут отдавать больше теплоты, чем расходуют. Так, холодильная машина может отвести от охлаждаемого объекта больше теплоты, чем затрачено в энергетическом эквиваленте на организацию отвода. Показатель эффективности холодильной машины называется холодильным коэффициентом, обозначается буквой Ɛ и определяется по формуле: Ɛ=Qx/A, где Qx — тепло, отводимое от холодного конца, A — работа, затраченная на процесс отвода. Однако иногда холодильный коэффициент называют и КПД холодильной машины.

Интересно также, что КПД котлов, работающих на органическом топливе, рассчитывается обычно по низшей теплоте сгорания, при этом он может получиться больше единицы. Тем не менее, его все равно традиционно называют КПД. Можно определять КПД котла по высшей теплоте сгорания, и тогда он всегда будет меньше единицы, однако в данном случае неудобно будет сравнивать показатели котлов с данными других установок.

Известно, что вечный двигатель невозможен. Это связано с тем, что для любого механизма справедливо утверждение: совершённая с помощью этого механизма полная работа (в том числе на нагревание механизма и окружающей среды, на преодоление силы трения) всегда больше полезной работы.

Например, больше половины работы двигателя внутреннего сгорания совершается впустую тратится на нагревание составных частей двигателя; некоторое количество теплоты уносят выхлопные газы.

Часто необходимо оценивать эффективность механизма, целесообразность его использования. Поэтому, чтобы рассчитывать, какая часть от совершённой работы тратится впустую и какая часть с пользой, вводится специальная физическая величина, которая показывает эффективность механизма.

Эта величина называется коэффициентом полезного действия механизма

Коэффициент полезного действия механизма равен отношению полезной работы к полной работе. Очевидно, коэффициент полезного действия всегда меньше единицы. Эту величину часто выражают в процентах. Обычно её обозначают греческой буквой η (читается «эта»). Сокращённо коэффициент полезного действия записывают КПД.

η = (А_полн /А_полезн) * 100 %,

где η КПД, А_полн полная работа, А_полезн полезная работа.

Среди двигателей наибольший коэффициент полезного действия имеет электрический двигатель (до 98 %). Коэффициент полезного действия двигателей внутреннего сгорания 20 % — 40 %, паровой турбины примерно 30 %.

Отметим, что для увеличения коэффициента полезного действия механизма часто стараются уменьшить силу трения. Это можно сделать, используя различные смазки или шарикоподшипники, в которых трение скольжения заменяется трением качения.

Примеры расчета КПД

Рассмотрим пример. Велосипедист массой 55 кг поднялся на велосипеде массой 5 кг на холм, высота которого 10 м, совершив при этом работу 8 кДж. Найдите коэффициент полезного действия велосипеда. Трение качения колёс о дорогу не учитывайте.

Решение. Найдём общую массу велосипеда и велосипедиста:

m = 55 кг + 5 кг = 60 кг

Найдем их общий вес:

P = mg = 60 кг * 10 Н/кг = 600 Н

Найдём работу, совершённую на подъём велосипеда и велосипедиста:

Aполезн = РS = 600 Н * 10 м = 6 кДж

Найдём КПД велосипеда:

А_полн /А_полезн * 100 % = 6 кДж / 8 кДж * 100 % = 75 %

Ответ: КПД велосипеда равен 75 %.

Рассмотрим ещё один пример. На конец плеча рычага подвешено тело массой m. К другому плечу прилагают силу F, направленную вниз, и его конец опускается на h. Найдите, насколько поднялось тело, если коэффициент полезного действия рычага равен η %.

Решение. Найдём работу, совершённую силой F:

η % от этой работы совершено на то, чтобы поднять тело массой m. Следовательно, на поднятие тела затрачено Fhη / 100. Так как вес тела равен mg, тело поднялось на высоту Fhη / 100 / mg.

Альтернативный двигатель — Энергетика и промышленность России — № 1 (65) январь 2006 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 1 (65) январь 2006 года

Поршневые, газотурбинные и жидкостно-реактивные двигатели производят более 60% всей вырабатываемой человечеством энергии. Несмотря на существование многочисленных альтернативных вариантов – атомных реакторов, топливных элементов, солнечных батарей и т. д., львиная доля полезной работы производится установками, в основе которых лежат идеи столетней давности. Производители двигателей скептически относятся к возможности радикально изменить технологии. Однако такие возможности есть. Это доказал инженер Михаил Кузнецов. Его разработка – объемно‑струйный двигатель «Перун» – заинтересовала такие серьезные компании, как «Даймлер-Крайслер», «Ман» и др. Предлагаемая инновация объединила достоинства своих предшественников – двигателей поршневого внутреннего сгорания, газотурбинного и жидкостно-реактивного.

Сейчас поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) остаются самым распространенным классом тепловых машин. За год их выпускают в мире более 40 млн. Они используются в большинстве транспортных средств, реже – в энергоустановках.

От поршневых – до реактивных

Преимущество поршневых ДВС в том, что они обеспечивают большой крутящий момент при различных скоростях вращения мотора и различных режимах съема с него мощности. Но у этих установок низкий показатель выхода мощности на единицу веса – 0,8 кг / кВт, относительно низкий КПД – около 30%, а удельный расход топлива составляет в среднем около 250 г / кВт-ч. Кроме того, несмотря на все ухищрения конструкторов, эти двигатели остаются одними из основных загрязнителей окружающей среды: топливо в цилиндре не сгорает полностью – и этот недостаток невозможно ликвидировать ни с помощью компьютерного управления, ни путем дожигания выхлопных газов.

Еще один распространенный тип ДВС – газотурбинные двигатели (ГТД). Струя пара или продуктов горения топлива истекает из сопла на лопасти турбины, вызывая ее вращение. КПД таких двигателей достигает 90%. Однако значительную часть (до 60%) вырабатываемой механической энергии приходится расходовать на привод компрессора, который сжимает поток воздуха, поступающего в камеру сгорания для ее же охлаждения и для увеличения полноты сгорания топлива. К примеру, автомобильный ГТД «Ровер» развивает около 265 кВт мощности, а ее эффективная составляющая в три раза меньше – около 90 кВт. Высок в таких двигателях и удельный эффективный расход топлива: 300‑400 г/кВт-ч. К тому же чем меньше турбина, тем выше ее обороты, – и следовательно, нужна громоздкая система редукторов. В двигателе мощностью 40 кВт, например, турбина раскручивается со скоростью 60 тыс. оборотов в минуту. Поэтому изготовление ГТД экономически невыгодно, если его мощность составляет менее 110 кВт. Это ограничивает область применения ГТД, и они крайне редко используются в качестве автомобильных моторов. С другой стороны, они незаменимы в стационарной энергетике и авиации, где необходимо производство таких мощностей, получение которых на поршневых силовых устройствах было бы экономически нецелесообразным.

Если считать КПД главным критерием определения эффективности двигателей, то дальше создания жидкостных реактивных двигателей (ЖРД) идти было уже некуда. Топливо сгорает в камере полностью при температуре в тысячи градусов. Это обеспечивает максимальный КПД при самом чистом выхлопе рабочего тела, создающего реактивную тягу. Но по ряду причин – высокой температуры выхлопных газов, крайне низкого ресурса самого двигателя и, главное, экономической нецелесообразности использования при небольших мощностях – сфера применения ЖРД ограничивается ракетно-космической техникой.

Идея – старая, устройство – новое

Справедливости ради стоит отметить, что первая попытка улучшить характеристики двигателя внутреннего сгорания за счет кардинального изменения одного из основных элементов – поршня – была предпринята задолго до изобретения Кузнецова. Феликс Ванкель еще в 1936 году получил патент на роторную силовую установку (первый автомобиль с таким мотором сошел с конвейера в 1963 году), в которой уже не было возвратно-поступательного движения поршня. Его мощность оказывалась равной мощности поршневого мотора с вдвое большим рабочим объемом. Возможность создания мощного, но легкого и малогабаритного двигателя вызвала огромный интерес со стороны автомобилестроителей, десятками стоявших в очереди за покупкой лицензии на его производство (кстати, одним из последних отметился там ВАЗ). Но конструкторы, по большому счету, так и не смогли уменьшить удельный расход топлива, а ресурс работы двигателя оставался крайне низким, поэтому большого распространения он не получил.

После этого были попытки (в середине 1950‑х их предприняли американские инженеры, а в 1970-х – японские) разработать принципиальную схему сферической роторной машины (СРМ), совмещавшей принципы работы поршневого и газотурбинного двигателей. Но особым успехом они не увенчались.

Михаил Кузнецов решил заняться воплощением идеи, почерпнутой им из публикации в журнале «Техника – молодежи» 35-летней давности. Именно там он впервые увидел схему объемной сферической роторной машины. В марте 1999 года изобретение было зарегистрировано Российским агентством по патентам и товарным знакам, а Московский Международный институт промышленной собственности оценил интеллектуальную собственность Кузнецова в 5,64 млн. долларов.

Как повысить эффективность?

Кузнецов нашел простое и красивое решение: вынес камеру сгорания, работающую по принципу ЖРД, за пределы сферической роторной машины, что значительно повысило ресурс работы двигателя. В этом – одно из главных преимуществ нового устройства. Отдельная камера сгорания позволяет использовать все преимущества жидкостно-реактивных и газотурбинных двигателей. Можно достичь высоких – до 2900 градусов по Цельсию – температур рабочего тела, при этом топливо будет выгорать полностью. К тому же такое решение дает возможность совершенствовать камеру сгорания отдельно от других составляющих двигателя.

Роторный узел образует в полости корпуса СРМ два расширительных контура. Каждый из них состоит из двух камер переменного объема. За один оборот они совершают полный рабочий цикл (сжатие и расширение). Смена рабочих циклов происходит автоматически за счет перекрытия впускных и выпускных каналов ротора.

При использовании в двигателе одной сферической роторной машины один контур работает в качестве двигателя, а камеры второго контура – в качестве компрессора, задача которого подавать сжатый воздух в камеру сгорания. Еще одно преимущество изобретения Кузнецова состоит в том, что возможны варианты, в которых можно использовать одновременно несколько роторных машин в одном двигателе. Простое увеличение их числа позволит управлять «литровой мощностью» всей установки. Скажем, в самолете все силовые компоненты двигателя будут включаться при взлете, а при крейсерском режиме часть из них можно вывести в режим ожидания. Это существенно увеличивает надежность и ресурс двигательной установки в целом, что особенно важно в авиации.

Пятикратное увеличение мощности

Профессор Технического университета имени Баумана, заведующий кафедрой поршневых и комбинированных двигательных установок Николай Иващенко отмечает, что «Перун» особенно привлекателен для малой авиации. Сотрудники его кафедры провели расчет математической модели двигателя, который подтвердил его работоспособность. Специалисты доказали, что «Перун» обладает низким удельным весом на единицу эффективной мощности и, соответственно, небольшими габаритами. Если такой двигатель поместить в объемы существующего моторного отсека современного танка, то его мощность увеличится в пять раз – с 2 тыс. до 10 тыс. кВт.

Профессор МАИ Валентин Рыбаков отметил, что роторная машина в двигателе Кузнецова при сопоставимых с газотурбинными устройствами мощностях совершает значительно меньшее число оборотов (40-киловаттный ГТД вращается со скоростью 60 тыс. оборотов в минуту, а СРМ достигает той же мощности при 12 тыс. оборотов в минуту), что упрощает редукционный механизм. Профессионалы особо подчеркивают следующие преимущества изобретения: отсутствие возвратного механизма, высокий механический КПД и возможность использования установки в качестве компрессора или гидронасоса.

Естественно, не все технические проблемы решены: велики потери при перетекании продуктов сжигания топлива из камеры в камеру, дорого обходится точнейшая обработка деталей сферической роторной машины, а прочность конструкции ротора при высоких оборотах вызывает сомнения. Технические вопросы можно было бы решить, если бы дело дошло до стендовых испытаний хотя бы одного опытного образца. Но с этим как раз проблема. Внедрение инновации такого уровня требует больших инвестиций и времени. Сам Кузнецов утверждает, что для доведения его проекта до ума понадобится семь‑десять лет и не менее 100…200 млн. долларов. Первый этап – проектный – может занять полтора года и стоить около 100 тыс. долларов.

Кроме того, «Перун» бросает серьезный вызов традиционному двигателестроению. Авиационные, автомобильные и энергостроительные концерны потратили уже немало денег на доводку старых идей, и для них объемно‑струйный двигатель – слишком радикальный способ повысить конкурентоспособность своей продукции. Может быть, поэтому переговоры с потенциальными инвесторами пока ни к чему не привели.

Эффективность холодного запуска двигателя внутреннего сгорания: обзор проблемы, причин и возможных решений

https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.03.002Получить права и содержание

Основные моменты

•: источники IC анализируется и оценивается эффективность холодного запуска двигателя.
•: Возможные решения рассматриваются вместе, а выгода оценивается количественно.
•: Обсуждаются возможные конфликты между различными подсистемами двигателя.
•: При холодном пуске наблюдается снижение расхода топлива до 7%.
•: Наблюдается сокращение выбросов до 40% при холодном пуске.

Реферат

Законодательство о выбросах от транспортных средств продолжает ужесточаться в целях минимизации воздействия двигателей внутреннего сгорания на окружающую среду. Одной из областей, вызывающих серьезную озабоченность в этом отношении, является холодный запуск; тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания значительно ниже при холодном пуске, чем при достижении автомобилем устойчивых температур из-за неоптимальных температур смазочного материала и компонентов.Стремление к тепловому КПД (как двигателя внутреннего сгорания, так и транспортного средства в целом) привело к испытаниям множества решений для оценки их достоинств и влияния на другие системы транспортного средства на этапе прогрева (и при необходимости внедряются. ). Общая цель этих подходов — уменьшить потери энергии, чтобы системы и компоненты достигли предполагаемого диапазона рабочих температур как можно скорее после запуска двигателя. В случае с двигателем это в первую очередь касается системы смазки.Вязкость смазочного материала очень чувствительна к температуре, а повышенная вязкость при низких температурах приводит к более высоким потерям на трение и перекачивание, чем можно было бы наблюдать при заданной рабочей температуре. Подходы, используемые для решения этой проблемы, включают использование материалов с фазовым переходом (для снижения скорости охлаждения в течение периода после работы двигателя) [1], [2] и использование термобарьерных покрытий в попытке изолировать цилиндр. растачивать и предотвращать потерю тепла (таким образом увеличивая количество энергии, используемой для работы тормоза [3]).Также был опробован ряд системных изменений, включая отводные системы в смазочном контуре для снижения тепловых потерь. Здесь представлен критический обзор исследований в области управления температурным режимом транспортного средства на этапе холодного запуска, которые были продиктованы желанием улучшить как двигатель, так и общий КПД двигателя транспортного средства. Обзор включает в себя как разработки системы, так и вопросы выбора материалов, а также роль, которую эти две области должны сыграть в решении этой критической проблемы.

Ключевые слова

Энергоэффективность

Холодный запуск двигателя

Экономия топлива

Смазка

Изоляция

Материалы фазового перехода

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Ссылки на статьи

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Экономика и энергия
Год II — № 7
Март / Апрель / 1998

Главный Стр. Решебника
Эффективность двигателя внутреннего сгорания
Продажи и парк автомобилей Otto в Бразилии
Энергия Основные показатели сектора в 1997 г.
Как Повышение эффективности капитала

Графическая версия:
MAK
Editorao Eletrnic a
marcos @ rio-point.com
Исправлено:
Пятница, 22 апреля 2005 г.

http://ecen.com

КПД ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Омар Кампос Феррейра
omar @ ecen .com
Английская версия:
Фрида Эйдельман
[email protected]
ВСТУПЛЕНИЕ
Двигатели внутреннего сгорания разработаны по passu с технологиями добычи и переработки нефти.Важность пара двигатель-нефть в мировом экономическом развитии в ХХ веке и росте Из-за экологических проблем, связанных с его использованием, возникают опасения, как долго он прослужит. Основные вопросы: а) каковы перспективы поставок нефти? б) до чего точка может быть увеличена эффективность двигателя? в) как преимущества внутреннего двигатели внутреннего сгорания и недостатки высокого выброса загрязняющих веществ в атмосферу и углекислый газ примириться?
О поставках нефти, компания E&E представила сводку из самых последних прогнозов, которые сходятся к 220 миллиардам тонн в качестве наилучшей оценки первоначальные запасы «традиционных» нефти, половина из которых была извлечена и использовал.Существует также соглашение между специализированными организациями по вопросу о развитие перспективных геологоразведочных работ: до 2050 г. добыча должна быть снижена до 20% от нынешнего. Поскольку в настоящее время КПД составляет 32%, очевидно, что в дальнейшем развитие двигателя не сможет компенсировать падение добычи нефти, даже если рассматриваемый предел был бы установленным Принципом Энергии Сохранение. Таким образом, как с экономической точки зрения, так и с точки зрения защиты окружающей среды двигатель эффективность имеет фундаментальное значение, поскольку при заданном потреблении энергии больше эффективность подразумевает меньший расход топлива и меньшие выбросы загрязняющих веществ.
ЭМПИРИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭВОЛЮЦИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ
Мы предлагаем оценку с использованием той же методологии мы использовали для оценки запасов нефти, которая имеет то преимущество, что дает последовательный лечение по обоим вопросам. Нас вдохновила статья профессора Исраэля Варгаса ( «Бразильский энергетический сценарий и обзор окружающей среды», CBPF -CS-003/92) и использовал тот же источник данных («Energy and Power», Chauncey Starr, Scientific Американский, т. 225, 3, 1971),
график, описывающий эволюцию конверсии эффективность для получения энергии.Поскольку в статье также представлены данные по конверсии к электроэнергии, мы полагаем, что автор обращается в первом случае к внутренним двигатель внутреннего сгорания, так как паровые турбины теперь используются почти исключительно в термоэлектрических растения. Есть и другие способы прогнозирования эффективности, например, исследование о эволюция материальных технологий, но более сложная, потому что они не рассматривают все факторы, обуславливающие эволюцию, такие как затраты, удельная мощность, доступность соответствующее топливо и т. д.График охватывает период с 1880 по 2000 год со значениями экстраполировано с 1960 года, но мы использовали только данные этого века, в котором внутренние двигатели внутреннего сгорания эффективно проникли на рынок, а паровые турбины были ограничены электростанции.
Мы также понимаем, что данные отражают средний эффективность всех двигателей, не отличая дизельных двигателей от двигателей Отто. В период Считается, что турбины все еще имели небольшое присутствие в промышленности.Используемая методология логистическая проекция, уже представленная в e&e («Футурология: Игра с Логистическая функция «, Омар Кампос Феррейра / 1996), основные уравнения:
1 -Уравнение Вольтерра-Лотки
2 — выведено из 1
3 — преобразовано из 2
Первым шагом к определению эффективности как функции времени является проверьте, адаптируется ли логистическая функция к экспериментальным данным.В настоящее время случае исходный рисунок уже предлагает логистическую форму, но для того, чтобы иметь Для надежной проекции необходимо оценить константы уравнения (2). Большинство естественный способ — сначала определить предельное значение КПД и константу (а) уравнения (1) путем корректировки расчетного отношения эволюции эффективности, как функция КПД по параболе (эта настройка более чувствительна к отклонений, чем у логарифмической функции, которая их ослабляет). эволюция эффективности основана на наблюдаемых значениях.Для каждого временного интервала существует отношение, соответствующее средней точке интервала, чтобы уравнивание методом наименьших квадратов. После получения констант можно использовать уравнение (3) для экстраполяции. Наблюдаемые и расчетные данные приведены в следующая таблица.
Таблица 1
Год 1902 1907 1912 1918 1923 1929 1935 1947 1958 1967 1975
ч 4,0 5,0 7,0 10,0 20,0 28,0
ч 0,10 0,18 0,25 0,43 0,47
ч _усл. * 0,15 0,19 0,25 0,38 0,49
Ф ** -2,56 -2,32 -1,94 -1,52 -0,58 0,007
ч _усл. 4,0 5,5 7,0 10,0 20,0 28,1
* h _доп.. — скорректированное значение скорости роста эффективности.
** F =
Скорректированная функция показана на рисунках 1 и 2. Поскольку исходная значения КПД имеют большие относительные отклонения, парабола плохо настраивается к этим значениям. Чтобы устранить это неудобство, можно повторить процедуру, но у нас есть не сделано, потому что интересующим параметром является предельная эффективность, скорректированная значение параболы составляет 56%.
График 1
Скорость изменения эффективности двигателей цикла Отто, наблюдаемая и скорректированные значения.

График 2
Изменение эффективности во времени, наблюдаемые и скорректированные значения
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ОЦЕНКИ
Найденное значение предельного КПД является когерентным. с другими данными. Если мы рассмотрим один цикл Карно между адиабатическим горением температура бензина (2300 К) и допустимая рабочая температура стали (925 К), ожидаемая эффективность составит 59%. Наибольшая эффективность уже достигнута в морском судоходстве. Дизельный двигатель мощностью 90 000 л.с. составляет 52%.В двигателях Otto Cycle, использующих бензин C (с безводный спирт) он достигает 32%, а те, которые используют гидратированный спирт, достигают 38%. С другой стороны, если мы рассмотрим эффективность как исключительную функцию степени сжатия, спиртовой двигатель со степенью сжатия 12 л должен достигать 52,5%. Следовательно, можно заметить, что еще есть значительный запас для развития двигателя, а не достаточный, чтобы компенсировать снижение добычи нефти, но все еще значительный в условия экономии топлива и снижения выбросов CO ₂ и загрязняющих веществ в атмосферу (CO, HC, NOx, альдегиды и т. Д.) Возможность использования тройной смеси бензина — спирт — вода, уже продемонстрированные в предварительных экспериментах, позволят объединить бензин и спирт в качестве переходного топлива для будущих решений (включая гидратированные сам спирт), сочетающий теплотворные свойства первого с антидетонационными свойства спирта и воды. Вероятно, что развитие внутреннего двигатель внутреннего сгорания будет ориентирован на более точный анализ соответствующих термодинамические циклы.Сравнение ожидаемого КПД двигателя Otto Cycle, рассчитанного как исключительная функция степени сжатия, с эффективностью, измеренной в двигателях используя настоящую технологию, можно заметить большую разницу, демонстрируя неадекватность модели, используемой при анализе цикла, основанной исключительно на энергии Принцип сохранения. Возможное уточнение, на первый взгляд, проистекает из учитывая необратимость реальных преобразований топливной смеси ( Второй закон термодинамики).
К числу причин потери доступности топливной энергии относятся: теплообмен при конечной разности температур и турбулентном потоке в дроссельная секция (клапан регулировки расхода воздуха или дроссельная заслонка, впускной и выпускной клапан). Попадание воды в двигатель и ее испарение на впуске коллектор, где давление меньше атмосферного, охлаждает смесь позволяя уменьшить отвод тепла и, следовательно, необратимость, связанную с с внешним охлаждением.
Можно заметить, что проведенный анализ позволяет заметные скачки в развитии технологий, как это было в сороковых годах, с введение тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора, что позволило повысить степень сжатия от 5: 1, допускаемая бензином без присадок, до 7: 1. Полученные результаты путем смешивания безводного спирта с бензином в Бразилии показывают, что антидетонационные эффект было бы правильнее отнести к этильному радикалу, чем к свинцу.
Этот пример анализа служит цели подтверждая общепринятую гипотезу о том, что технологическое развитие следует за логистический закон, так как в этом случае у нас есть измеримый параметр состояния технология, которая является термической эффективностью двигателя.

Действительно ли они эффективнее?

Их провозгласили новым поколением автомобилей, которые могут превзойти бензиновые автомобили по безопасности, эксплуатационным расходам, характеристикам и дизайну.Однако в последнее время повышенное внимание уделяется электромобилям (EV), и некоторые задаются вопросом, являются ли они более эффективными, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), учитывая, что в них используется энергия, работающая на угле. Дебаты также подняли мнения по поводу выбросов, возникающих в процессе производства аккумуляторов электромобилей.

Однако верны ли эти утверждения? Смотрим…

КПД

Электромобили полагаются на зарядку от местной электросети, и хотя угольные электростанции не являются свободными от выбросов, исследование BloombergNEF показывает, что выбросы углекислого газа от транспортных средств с батарейным питанием были примерно на 40 процентов ниже, чем у двигателей внутреннего сгорания в прошлом году. год.Это преимущество будет расти по мере того, как генераторы откажутся от угля и будут получать больше энергии от ветряных и солнечных электростанций — переход, который уже происходит во всем мире, почти повсюду, кроме Юго-Восточной Азии.

Согласно Глобальному прогнозу электромобилей Международного энергетического агентства (МЭА) на 2019 год: Расширение масштабов перехода на электрическую мобильность [i] , Увеличение объемов электрического транспорта на дорогах мира привело к прогнозируемому снижению выбросов CO _{2 эквивалента} -выбросы до 2030 г.Электромобили во всем мире выбросили около 38 млн т CO ₂ -экв. В течение 2018 года по сравнению с 78 млн. Т CO ₂-экв., Которые эквивалентный парк двигателей внутреннего сгорания выбрасывал бы за тот же период времени. Согласно IEA , мировой парк электромобилей в 2018 году потребил около 58 ТВтч электроэнергии, при этом на Китай приходится около 80% мирового спроса на электроэнергию для электромобилей.

Однако при определении общей эффективности транспортного средства необходимо учитывать источник электроэнергии для электромобилей, и хотя питание электромобиля от угля не так экологически безопасно, как использование электричества из возобновляемых источников, это не означает, что электромобили с угольной зарядкой не так эффективны, как Автомобили с ДВС.Анализ Bloomberg показывает, что, хотя самая большая разница в повышении эффективности транспортных средств наблюдалась в Великобритании, где развита отрасль возобновляемых источников энергии, электромобили по-прежнему были более эффективными в Китае, который в большей степени зависит от угля [ii].

Электродвигатель электромобиля имеет КПД примерно 85–90% при преобразовании энергии, работающей на угле, в энергию. Согласно оценкам Bloomberg, в результате технологических усовершенствований выбросы от двигателей внутреннего сгорания будут сокращаться примерно на 1,9% в год до 2040 года, в то время как выбросы электромобилей будут падать на 3–10% в год.

«Электромобили преобразуют более 77 процентов электроэнергии из сети в энергию на колесах. Обычные автомобили с бензиновым двигателем преобразуют только около 12–30% энергии, хранящейся в бензине, в приводы в движение », — сообщает Министерство энергетики США [iii].

Трудность для автомобилей с ДВС заключается в обеспечении гибкости вождения; они приносят в жертву термодинамическую эффективность. Как отмечает The Driven, «бензиновые и дизельные автомобили очень неэффективны в преобразовании энергии в своих баках в движение за рулем… более 60 процентов энергии тратится в виде тепла ».

В частности, при езде по городу двигатели расходуют топливо на холостом ходу или работают с очень низкой мощностью по сравнению с их проектной мощностью, а двигатели с низкой мощностью достигают очень низкого КПД. Однако электростанции, работающие на ископаемом топливе, спроектированы и эксплуатируются таким образом, чтобы обеспечить максимальную термодинамическую эффективность, обычно достигающую 40–55%. Фактически, электромобиль, заряжаемый бензиновым генератором , работающим на , будет потреблять меньше бензина в целом, чем обычный автомобиль.

И, в отличие от электромобилей, большинство обычных транспортных средств не рекуперируют энергию, потраченную на тепло, путем торможения на светофоре.

Также существуют выбросы, связанные с разведкой нефти и газа, транспортировкой и переработкой их в топливо, а также транспортировкой его местным дистрибьюторам перед транспортировкой на автозаправочные станции.

По данным Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США, «Гибридные и подключаемые к электросети электромобили могут способствовать повышению энергетической безопасности, экономии топлива, снижению затрат на топливо и сокращению выбросов.[iv] »Департамент далее заявляет, что« электромобили не выбрасывают загрязняющие вещества из выхлопной трубы, хотя электростанция, производящая электричество, может их выделять. Электроэнергия от атомных, гидро-, солнечных или ветряных электростанций не загрязняет воздух ».

Выбросы аккумулятора и преимущества в течение срока службы

Источники сырья (описанные здесь в предыдущей статье) и производственный процесс, необходимый для производства аккумуляторов электромобилей, также вызвали споры по поводу их выбросов.

Недавнее исследование, опубликованное ScienceDirect, показывает, что, хотя загрязнение, создаваемое при добыче и производстве аккумуляторов, остается таким же или немного выше, чем процесс производства бензиновых или дизельных двигателей, , где производится аккумулятор, оказывает большое влияние на выбросы, образующиеся во время этого процесса.

Китай по-прежнему является крупнейшим в мире рынком электромобилей с почти половиной производства электромобилей в мире.1 миллион продано в 2018 году. Около 45 процентов электромобилей на дорогах в 2018 году приходилось на Китай (всего 2,3 миллиона), за ним следовали Европа, на которую приходилось 24 процента мирового автопарка, и США — 22 процента. [v].

В связи с размером рынка страны исследование ScienceDirect сравнивает процесс производства электромобилей и автомобилей с ДВС в Китае и показывает, что повышение эффективности производственного процесса и инфраструктуры имеет жизненно важное значение для сокращения выбросов при производстве электромобилей.Китайские производители аккумуляторов производят на 60 процентов больше CO2 при производстве, чем производство двигателей ДВС, но, согласно отчету, производители страны могут сократить свои выбросы до 66 процентов, если они будут внедрять американские или европейские производственные технологии — также ожидается, что Китай стремительно продвигаться к внедрению электромобилей по мере дальнейшего роста отрасли возобновляемых источников энергии [vi].

По мере развития технологий производства литий-ионных аккумуляторов и других альтернативных аккумуляторов, а также дальнейшего развития технологий переработки и повторного использования электромобилей и списанных аккумуляторов электромобилей (ранее рассматриваемых здесь), существует потенциал для значительного сокращения выбросов CO ₂ выбросов в Китае, а также на других ключевых производственных рынках.

Однако, хотя электромобили производят большую часть своих выбросов в результате производственного процесса и источников энергии, срок службы электромобилей и автомобилей с ДВС дает им явное преимущество.

При поддержке Министерства энергетики США в исследовании ICTT отмечается разница в выбросах (нет сгорания, нет выбросов из выхлопной трубы). Хотя The Driven также указывает:

«Недавние исследования, которые включают полный жизненный цикл различных типов транспортных средств, а также их данные о колесах, показали, что даже при выработке электроэнергии на основе ископаемого топлива и потерях мощности во время передачи от выработки электроэнергии к заправке аккумулятора электромобили было обнаружено, что уровень производства парниковых газов ниже… даже в богатой углем австралийской энергосистеме электромобили производят на 40 процентов меньше парниковых газов по сравнению с аналогичными автомобилями с ДВС.Фактически, их расчеты показывают, что для проезда 1 км в среднем бензиновом автомобиле требуется 1,36 кВтч / км, в то время как средний показатель для электромобилей составляет всего 0,28 кВтч / км — показатель энергопотребления почти в пять раз меньше, чем для автомобилей с бензиновым двигателем. . »

По мере того, как электромобили становятся все более распространенными, переработка аккумуляторов повысит эффективность и снизит потребность в добыче сырья, а это означает, что у электромобилей будет значительно меньше выбросов в течение срока их службы, независимо от источника, вырабатывающего электроэнергию, питающую автомобиль.

Выводы

Будущее выглядит все более электрическим: все больше электросетей в настоящее время движутся в сторону увеличения производства возобновляемой энергии, электромобили производят меньше выбросов в течение своего срока службы независимо от источника энергии, а производители автомобилей стремятся производить больше альтернативных электромобилей для массового потребления. — рынок, и многие автопроизводители объявили о планах вывести на рынок электрические версии своих автомобилей в ближайшие несколько лет.

В настоящее время транспорт составляет 19 процентов от общего объема выбросов в Австралии, и эта доля растет как в абсолютном, так и в процентном выражении [vii].Крайне важно решить эту проблему для снижения выбросов углерода в экономику. Для перехода на электромобили не нужно ждать, пока электричество будет декарбонизировано: факты очевидны: чем раньше мы перейдем на электромобили, тем быстрее будут достигнуты экологические преимущества.

[i] Глобальный прогноз по электромобилям Международного энергетического агентства (МЭА) на 2019 год: Расширение масштабов перехода к электрической мобильности

[ii] https://www.bloomberg.com/news/articles/2019-01-15/electric-cars-seen-getting-cleaner-even-where-grids-rely-on-coal

[iii] https: // www.fueleconomy.gov/feg/evtech.shtml

[iv] https://afdc.energy.gov/fuels/electricity_benefits.html

[v] Глобальный прогноз по электромобилям Международного энергетического агентства (МЭА) на 2019 год: Расширение масштабов перехода к электрической мобильности

[vi] https://www.bloomberg.com/news/articles/2019-01-15/electric-cars-seen-getting-cleaner-even-where-grids-rely-on-coal

[vii] http://www.environment.gov.au/system/files/resources/4aa038fc-b9ee-4694-99d0-c5346afb5bfb/files/australias-emissions-projection-2019-report.pdf

Связанный анализ

Анализ

Электроэнергетика делает тяжелую работу по сокращению выбросов

Федеральное правительство обнародовало цель по нулевым чистым выбросам к 2050 году, а также последние прогнозы выбросов в масштабах всей экономики. Прогнозы показывают тяжелый подъем, который произошел в электроэнергетическом секторе, и указывают на сохраняющуюся ведущую роль, которую этот сектор будет играть в сокращении выбросов парниковых газов в стране.Но это также довольно четко показывает, что другим секторам необходимо будет сделать больше, если Австралия хочет достичь своей цели к 2050 году.

28 октября 2021

Анализ

Важнейшие полезные ископаемые и возобновляемые источники энергии: проблемы с поставками

МЭА недавно выпустило свой флагманский отчет «Перспективы развития мировой энергетики на 2021 год», в котором отражены возникающие тенденции и их потенциальное влияние на развитие энергетических систем.В то время как основное внимание уделяется общей доле энергетических рынков с разбивкой по генерации и типу топлива, в отчете также содержится некоторая информация о возникающих рисках для энергетической безопасности по мере того, как мир движется к сетям с более низким уровнем выбросов, что, как он отмечает, может оказаться на «ухабистой» дороге. .

28 октября 2021

Анализ

Не пора ли полностью пересмотреть механизм резервных мощностей штата Вашингтон?

В последние годы на оптовом рынке электроэнергии штата Вашингтон постоянно проводились реформы.Стратегия трансформации энергетики была принята в 2019 году для обеспечения надежности и безопасности энергосистемы. Перенесемся вперед, и те же проблемы, которые привели к этой работе, усилились, и теперь у нас есть Этап 2. Мы смотрим, что это означает для Механизма резервных мощностей и генераторов в SWIS.

21 октября 2021

Как двигатель внутреннего сгорания повлиял на транспорт? — MVOrganizing

Как двигатель внутреннего сгорания повлиял на транспорт?

Как двигатель внутреннего сгорания повлиял на транспорт? Это сделало производство автомобилей дешевле и эффективнее.Он использовал бензин и масло для создания мощного двигателя. Это привело к массовому производству автомобилей и самолетов.

Как двигатель внутреннего сгорания изменил мир?

В то время как двигатели Отто требовали свечей зажигания для сгорания топлива, двигатель Дизеля достигал этого с высокой степенью сжатия. Эти изобретения могли использоваться в автомобилях, локомотивах, кораблях и самолетах и проложили путь массовой мобильности и постоянно растущему обмену людьми и товарами во всем мире.

Почему двигатель внутреннего сгорания эффективнее парового двигателя?

К началу 1900-х годов двигатель внутреннего сгорания заменил паровой двигатель в качестве наиболее широко применяемой энергогенерирующей системы не только из-за его более высокого теплового КПД (отсутствует передача тепла от газов сгорания вторичному рабочему телу, что приводит к потери эффективности), но еще и потому, что это…

Что делал двигатель внутреннего сгорания в период промышленной революции?

Это была эпоха исключительных изменений в технологических продуктах или оборудовании, которые позволили внести изменения в производство, сельское хозяйство, транспорт, связь, банковское дело и многое другое.Двигатель внутреннего сгорания был изобретением, которое позволило приводить в действие автомобили и изменило жизнь, которую мы знаем.

Какое ключевое влияние оказал двигатель внутреннего сгорания?

Развитие двигателя внутреннего сгорания помогло освободить людей от тяжелейшего ручного труда, сделало возможным создание самолетов и других видов транспорта и помогла произвести революцию в производстве электроэнергии.

Для чего используются двигатели внутреннего сгорания?

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются наиболее распространенной формой тепловых двигателей, поскольку они используются в транспортных средствах, лодках, кораблях, самолетах и поездах.Они названы так потому, что топливо воспламеняется для выполнения работы внутри двигателя. Затем в качестве выхлопных газов выбрасывается та же смесь топлива и воздуха.

Какие 3 системы главного двигателя?

Системы двигателя

Система запуска.
Топливная система.
Система зажигания.
Система охлаждения.
Система смазки.
Система впуска.
Выхлопная система.
Система зарядки.

Какие три типа двигателей внутреннего сгорания?

Наиболее распространенным двигателем внутреннего сгорания является четырехтактный бензиновый двигатель с однородным зарядом и искровым зажиганием.

Как работает двигатель внутреннего сгорания?

В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) воспламенение и сгорание топлива происходит внутри самого двигателя. Затем двигатель частично преобразует энергию сгорания в работу. После того, как поршень сжимает топливно-воздушную смесь, искра воспламеняет ее, вызывая возгорание.

Какие основные части двигателя внутреннего сгорания?

Самыми основными компонентами двигателя внутреннего сгорания являются цилиндр, поршень и коленчатый вал.К ним прикреплены другие компоненты, которые увеличивают эффективность возвратно-поступательного движения и преобразуют это движение во вращательное движение коленчатого вала.

Что означает горение?

Горение, химическая реакция между веществами, обычно включающими кислород, обычно сопровождающаяся выделением тепла и света в виде пламени.

Каков КПД двигателя внутреннего сгорания?

Большинство двигателей внутреннего сгорания невероятно неэффективны при превращении сожженного топлива в полезную энергию.Эффективность, с которой они это делают, измеряется термином «тепловой КПД», и большинство бензиновых двигателей внутреннего сгорания в среднем составляют около 20 процентов теплового КПД.

Какие 3 категории эффективности двигателя?

Соответственно, общий тепловой КПД тормоза двигателя является продуктом сгорания, термодинамики, газообмена и механического КПД.

Энергопотери двигателя. Сводка убытков. Топливная энергия. Эффективность горения. Термодинамическая эффективность.Тепловые потери.
Эффективность с точки зрения топлива.

Какой двигатель дает большую эффективность?

Дизельные двигатели

Какой тип двигателя наиболее эффективен?

электродвигатель

Почему двигатели такие неэффективные?

Бензиновые двигатели часто выбрасывают более 80% производимой энергии из выхлопной трубы или теряют эту энергию в окружающую среду вокруг двигателя. Причины такой неэффективности двигателей внутреннего сгорания являются следствием законов термодинамики.В процессе сгорания топливо окисляется (сгорает).

Какая тепловая машина самая эффективная?

Цикл Карно

Почему машина никогда не может иметь 100% КПД?

Машина не может быть эффективна на 100 процентов, потому что производительность машины всегда меньше затрат. Определенный объем работы, выполняемой на машине, теряется на преодоление трения и подъем некоторых движущихся частей машины.

Эффективен ли двигатель Карно 100?

Для достижения 100% эффективности (η = 1) Q2 должен быть равен 0, что означает, что все тепло от источника преобразуется в работу.Температура раковины означает отрицательную температуру по абсолютной шкале, при которой температура больше единицы.

Может ли тепловая машина быть на 100 эффективнее?

Тепловые двигатели часто работают с КПД от 30% до 50% из-за практических ограничений. Тепловые двигатели не могут достичь 100% теплового КПД () согласно Второму закону термодинамики.

Почему не используются двигатели Стирлинга?

Вот краткий ответ: двигатели Стирлинга не подходят для применений, в которых требуется быстрое изменение уровня выходной мощности, например для автомобилей.Кроме того, они, как правило, тяжелее (и дороже), чем бензиновые или дизельные двигатели аналогичной мощности.

Может ли двигатель Стирлинга питать дом?

Двигатель Стирлинга Microgen вырабатывает переменный ток (50 Гц) и вырабатывает 1 кВт электроэнергии; идеально подходит для использования в домашних условиях.

Используются ли сегодня двигатели Стирлинга?

Сегодня двигатели Стирлинга используются как в игрушках, так и в вентиляторах для дровяных печей, в комбинированных теплоэлектростанциях для предприятий и в двигателях самых бесшумных и смертоносных подводных лодок в море.

Может ли двигатель Стирлинга приводить в движение автомобиль?

Благодаря этому набору выгодных характеристик двигатели Стирлинга подходят для использования в качестве двигателей транспортных средств. небольшой пригородный вагон с теплоаккумулятором / двигателем Стирлинга. Тепловую батарею можно заряжать в течение ночи с помощью недорогой электроэнергии или сжигания природного газа.

Как долго можно эксплуатировать двигатель Стирлинга?

«Это возможно, и вы можете получить около 5 000 часов работы этого двигателя. Но у вас есть механизмы износа, и вы не можете сконструировать такой двигатель, который работал бы вечно.Если вам нужен долгий срок службы, порядка десяти или двадцати лет непрерывной работы, вы должны устранить все механизмы износа ».

Эффективность преобразования топлива — x-engineer.org

Двигатели внутреннего сгорания производят механическую работу (мощность) за счет сжигания топлива. В процессе сгорания топливо окисляется (сгорает). Этот термодинамический процесс выделяет тепла , которое частично преобразуется в механической энергии .

Рассмотрим двигатель внутреннего сгорания как систему с определенной границей.В исходном состоянии двигатель будет содержать около реагентов , в основном топливо и воздух. После процесса сгорания двигатель будет в конечном состоянии, содержащем продуктов сгорания (выхлопные газы).

Изображение: Схема процесса горения

Применение первого закона термодинамики к нашей системе двигателя между начальным и конечным состояниями дает:

\ [Q_ {RP} — W_ {RP} = U_P — U_R \ tag { 1} \]

где:

Q [Дж] — теплопередача
Вт [Дж] — механическая работа
U [Дж] — внутренняя энергия
Т [K] — температура
p [Па] — давление
В [м ³] — объем

Эффективность сгорания

В реальных двигателях процесс сгорания является неполным .Это означает, что не вся энергия топлива, подаваемого в двигатель, высвобождается в процессе сгорания. Есть несколько факторов, которые могут влиять на процесс сгорания, наиболее важными из которых являются воздухозаборник и распыление топлива (размер капель).

Для горения топлива внутри цилиндра требуется воздух (кислород). Если доступного кислорода недостаточно, не все топливо сгорает, поэтому при сгорании выделяется только часть энергии (например, около 96%).

Если мы проанализируем выхлопной газ двигателя внутреннего сгорания, мы увидим, что он содержит как продуктов неполного сгорания, (монооксид углерода CO, оксиды азота NO _x, несгоревшие углеводороды HC, сажа PM), так и продуктов полного сгорания. (диоксид углерода CO ₂ и вода H ₂ O).

Изображение: функция эффективности сгорания от соотношения топливно-воздушного эквивалента

Если двигатель работает в условиях обедненной смеси , количество продуктов неполного сгорания невелико из-за избытка кислорода. В рабочих условиях богатых эти количества становятся более существенными, поскольку кислорода недостаточно для полного сгорания топлива.

Поскольку часть химической энергии топлива не полностью высвобождается внутри двигателя во время процесса сгорания, полезно определить эффективность сгорания.

Эффективность сгорания η _c [-] определяется как соотношение между энергией, выделяемой сгоревшим топливом, и теоретическим содержанием энергии в массе топлива в течение одного полного цикла двигателя.

\ [\ eta_c = \ frac {H_R (T_A) — H_P (T_A)} {m_f \ cdot Q_ {HV}} \ tag {2} \]

где:

H _R [J] — энтальпия ( внутренняя энергия) реагента
H _P [Дж] — энтальпия (внутренняя энергия) продукта
T _A [K] — температура окружающей среды
м _f [кг] — масса топлива, введенного за цикл
Q _HV [Дж / кг] — теплотворная способность топлива

Теплотворная способность

Теплотворная способность (также известная как энергетическая ценность или теплотворная способность ) фиксированного количества топлива — это количество тепла выделяется при его сгорании.Теплотворная способность топлива — это величина теплоты реакции, измеренная при постоянном давлении / объеме и стандартной температуре (26 ° C) для полного сгорания единицы массы топлива.

Любое топливо имеет два типа теплотворной способности:

более высокая теплотворная способность (HHV), также известная как общая теплотворная способность
более низкая теплотворная способность (LHV), также известная как чистая теплотворная способность (определяется вычитая теплоту испарения воды из более высокой теплотворной способности)

В качестве примера в таблице ниже мы можем увидеть теплотворную способность для наиболее распространенных и альтернативных видов топлива, используемых в двигателях внутреннего сгорания:

99 29,84

Топливо	Нижняя теплотворная способность [МДж / кг]	Высшая теплотворная способность [МДж / кг]
Водород	119.96	141,88
Природный газ	47,13	52,21
Обычный бензин	43,44	46,52
Обычное дизельное топливо	42,78	45,760
Сжиженный углеводородный газ (СНГ)	46,60	50,14
Сжиженный природный газ (СПГ)	48.62	55,19
Бутан	45,27	49,20
Пропан	46,28	50,22

Эффективность термического преобразования

Эффективность термического преобразования связывает фактическую работу за цикл с количеством топлива химическая энергия, выделяемая в процессе сгорания.

Эффективность теплового преобразования определяется как соотношение между работой за цикл W _c [Дж] и энергией, выделяемой сгоревшим топливом.

\ [\ eta_t = \ frac {W_c} {H_R (T_A) — H_P (T_A)} \ tag {3} \]

Эффективность термического преобразования показывает, какая часть сгоревшего топлива превращается в полезную механическую работу.

Эффективность преобразования топлива

Эффективность преобразования топлива определяется как соотношение между полезной механической работой, производимой двигателем, и теоретическим содержанием энергии в массе топлива.

\ [\ eta_f = \ frac {W_c} {m_f \ cdot Q_ {HV}} \ tag {4} \]

Работа за цикл Вт _c [Дж] может быть записана как функция мощности и скорости двигателя :

\ [W_c = \ frac {P \ cdot n_R} {N} \ tag {5} \]

где:

P [W] — мощность двигателя (указанная)
N [rot / s] — частота вращения двигателя
n _R [-] — количество оборотов коленчатого вала для каждого рабочего хода на цилиндр

Масса топлива , используемая на цикл двигателя m _f [кг] может быть записана как функция массового расхода топлива и частоты вращения двигателя:

\ [m_f = \ frac {\ dot {m} _f \ cdot n_R} {N} \ tag {6} \]

где m _f (точка) [кг / с] — массовый расход топлива.

Замена (5) и (6) на (4) дает выражение для функции эффективности преобразования топлива для мощности двигателя, массового расхода топлива и теплотворной способности топлива:

\ [\ eta_f = \ frac {P} {\ dot {m} _f \ cdot Q_ {HV}} \ tag {7} \]

Удельный расход топлива двигателем SFC [кг / Дж] — это соотношение между массовым расходом топлива и указанной мощностью двигателя:

\ [SFC = \ frac {\ dot {m} _f} {P} \ tag {8} \]

Замена (8) в (7) дает выражение для функции эффективности преобразования топлива для удельного расхода топлива и теплотворной способности топлива:

\ [ \ eta_f = \ frac {1} {\ text {SFC} \ cdot Q_ {HV}} \ tag {9} \]

Эффективность преобразования топлива также является продуктом между эффективностью сгорания и эффективностью термического преобразования.6} = 0,307 \]

Эффективность преобразования топлива двигателя составляет 30,7%.

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

Двигатель внутреннего сгорания отказывается умирать — Проблема 7: Отходы

Двигатель внутреннего сгорания — это пережиток прошлого. Это пережиток пара. Его детали были усовершенствованы, его материалы улучшены, а его мощность увеличена, но основной механизм — поршень, перемещающийся вверх и вниз в отверстии цилиндра — был изобретен до фонографа или лампочки.

Являясь продуктом эпохи дешевой энергии в изобилии, двигатель внутреннего сгорания также является откровенно расточительным. В четырехтактном бензиновом двигателе — двигателе, который, скорее всего, установлен в вашем автомобиле, моторной лодке, может быть, даже в вашем генераторе — поршень сначала приводится в движение вниз, всасывая воздух в цилиндр. Затем поршень совершает движение вверх, сжимая воздух; затем искра воспламеняет топливно-воздушную смесь, которая взрывается, толкая поршень вниз. Последний ход вверх выталкивает отработанную смесь.В этом цикле, состоящем из четырех тактов поршня, современный бензиновый двигатель обычно преобразует от 14 до 30 процентов энергии, запасенной в топливе, в полезную работу. Остальное теряется в виде тепла и трения.

Установка этого двигателя на транспортное средство приводит к образованию отходов. Такие аксессуары, как водяные насосы и компрессоры кондиционеров, потребляют энергию, не способствуя движению вперед. Сопротивление качению шин приводит к потере топлива, как и трение в подшипниках и шестернях трансмиссии. Аэродинамическое сопротивление заставляет двигатель усердно работать только для поддержания постоянной скорости на шоссе.В общем, автомобиль, на котором вы едете, потребляет около 20 процентов энергии топлива при движении по дороге. Ясно, что эту машину, работающую с выбросами парниковых газов из нефти, уже давно пора сломать. Неудивительно, что каждый новый электромобиль, прорыв в химии аккумуляторов или обещание серийного производства автомобилей на топливных элементах звучит как объявление о смерти двигателя внутреннего сгорания.

Электромобили, похоже, вот-вот забьют последние гвозди в гроб. Благодаря небольшому количеству движущихся частей, создающих трение, электродвигатели намного более эффективны — до 96 процентов потребляемой ими энергии превращается в полезную работу.Они выделяют очень мало отработанного тепла и, при использовании альтернативной энергии, могут производить электроэнергию без выбросов. Кроме того, автомобиль с электродвигателем имеет явные конструктивные преимущества. Его почти пологая кривая крутящего момента (фунт-фут в зависимости от скорости вращения двигателя) означает, что ему не нужна сложная трансмиссия, что снижает стоимость и в то же время повышает эффективность. Двигатели внутреннего сгорания обычно должны вращаться со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (об / мин) для получения максимального крутящего момента, но электрические двигатели развивают максимальный крутящий момент в момент вращения вала.Вот что делает электромобили и гибриды такими приятными, даже если они не останавливаются.

По всем этим причинам аргументы против поршневого двигателя очевидны. Кажется, его дни сочтены. Но реальность такова, что внутреннее сгорание никуда не денется. Не говорите Илону Маску, но тепловой двигатель, если использовать удобное прозвище, вероятно, будет править дорогами, по крайней мере, до 2050 года. Масло.Он выдерживает — и доминирует — потому что так легко приспосабливается. Миниатюрные версии приводных триммеров и бензопил. Огромные высокоэффективные модели приводят в движение бульдозеры и грузовые суда. В автомобиле этот двигатель может быть сконфигурирован как газовый сиппер с умеренными манерами или как гоночный двигатель с высокими оборотами.

Он прекрасно подходит для транспортировки, поскольку использует топливо, которое в высшей степени портативно и энергоемко. «Жидкие углеводороды — это жидкое золото», — говорит Джон Б. Хейвуд, инженер-механик, почетный профессор Сун Джэ в M.ЭТО. Бензиновый двигатель заправляется за несколько минут, после чего он может проехать от 400 до 500 миль. И топливо тоже можно приспосабливать: в течение прошлого века, когда дороги улучшились и автомобили стали ездить быстрее, бензин был переработан, чтобы помочь двигателям извлекать его энергию.

Короче говоря, долгая и насыщенная жизнь бензинового двигателя — это результат того, что палеоантрополог Рик Поттс называет отбором по изменчивости: идея о том, что в быстро меняющейся среде выживают только универсальные. Поттс, специалист по происхождению человека из Смитсоновского института, считает, что первые гоминиды преобладали благодаря своей гибкости.Климат, с которым наши предки столкнулись в раннем плейстоцене, сильно колебался, с частыми изменениями температуры, водоснабжения, источников пищи, растительности и конкуренции. «Они пережили это смутное время, потому что были универсальными специалистами», — говорит Поттс. Обладая длинными руками и длинными ногами, они могли лазить по деревьям в лесу или преодолевать километры по саванне. Обладая большим мозгом, они могли понять, как адаптироваться к меняющимся обстоятельствам, и изобрести социальные системы и технологии, которые помогут им справиться с этим.Они не были быстрее, сильнее или эффективнее других существ — они были более адаптивными.

Поршневой двигатель выглядит как еще один пример выживания благодаря приспособляемости. Он дешев в строительстве, соответствует требованиям, предъявляемым к различным видам топлива и физическим схемам, и идет в ногу с развитием металлургии и борьбы с загрязнением окружающей среды. Постоянные усовершенствования означают, что сегодняшний двигатель внутреннего сгорания выбрасывает на 99 процентов меньше загрязнения, чем его предшественники в 1960-х годах.Автопроизводители напоминают нам, что в регионах с плохим качеством воздуха современные двигатели фактически выталкивают более чистый воздух через выхлопную трубу, чем поглощают. Сегодня, столкнувшись с задачей сокращения выбросов углекислого газа и ограничения использования энергии, инженеры, отраслевые эксперты и инвесторы, которые лучше всего разбираются в двигателях, далеки от того, чтобы отказаться от внутреннего сгорания. Фактически, они увеличивают свои вложения. У этой старой технологии еще много миль.

Немногие машины сегодня развились так же сильно, как двигатель внутреннего сгорания.Самые ранние версии были примитивными, медленными и ненадежными. Улучшения произошли с достижениями в металлургии и более глубоким пониманием процесса горения. Стартеры превратились из ручных кривошипов в кнопочные электрические устройства; электрические свечи зажигания гарантируют более стабильную и плавную работу. Изобретение жидкостного охлаждения позволило конструкторам перейти от примитивных одноцилиндровых двигателей к шести- и восьмицилиндровым двигателям, которые доминировали в автомобильной промышленности в середине 20-го века.Совсем недавно такие управляемые компьютером инновации, как точное управление распределением топлива в двигателе и улучшенная синхронизация открытия и закрытия клапана, позволили объединить высокую выходную мощность с плавной, равномерной работой на низких скоростях.

Новые требования к двигателям внутреннего сгорания сосредоточены на выбросах, и профессор Джон М. ДеЧикко из Института энергетики Мичиганского университета считает, что бензиновый двигатель им также удовлетворит. «Существует множество возможностей для повышения эффективности, которые всегда будут подрывать альтернативы, насколько хватит глаз, — говорит ДеЧикко.«Горизонт эффективности простирается очень далеко в будущее». Чтобы справиться с этой новой задачей, производители доводят до совершенства все, от конструкции камеры сгорания до параметров трансмиссии и способа подачи топлива и воздуха в сердце двигателя.

На рынке уже распространены турбокомпрессоры, система отключения цилиндров, прямой впрыск топлива и бесступенчатые коробки передач. По словам Майка Андерсона, главного инженера по бензиновым четырехцилиндровым двигателям в General Motors, уменьшение соотношения площади поверхности к объему в цилиндре за счет использования меньшего диаметра и более длинных ходов коленчатого вала уже увеличило количество миль на галлон.Так же улучшилась конструкция камеры сгорания с помощью компьютерного моделирования.

Андерсон также объясняет, что способ работы двигателя имеет решающее значение, поскольку каждый двигатель внутреннего сгорания имеет свою максимальную эффективность. «Мы хотим сделать этот островок эффективности как можно большим», — говорит он. Простое снижение трения также может принести большую выгоду: снижение его всего на 8 процентов сокращает расход топлива на 1 процент. Последняя версия 2-литрового двигателя GM с турбонаддувом снизила трение на 16 процентов по сравнению с его предшественником.

Грядут изменения и в доставке топлива. Томас Апостолос, президент Ricardo, Inc., американского подразделения глобальной инженерной консалтинговой компании с почти 100-летним опытом разработки двигателей, ожидает включения прямого впрыска топлива с распылителем и обедненной стратифицированной заправки, в которой соотношение Из топлива в воздух уменьшается, но топливо концентрируется именно там, где оно больше всего необходимо.

Бензиновый двигатель также может быть на грани объединения со своим целующимся кузеном, дизельным двигателем.В научных кругах этот брак был постоянной темой для обсуждения. Дизели выигрывают от отсутствия дросселирования: они управляют скоростью двигателя, изменяя подачу топлива, а не ограничивают поступление воздуха с помощью механического дросселя, который создает сопротивление и трение. Поскольку дизели инициируют сгорание с помощью внутреннего тепла, а не искры, они обычно имеют очень высокую степень сжатия — большое «сжатие» воздуха внутри цилиндра. Эти высокие давления позволяют извлекать больше работы из химической энергии, хранящейся в топливе.Пока инженеры экспериментируют с понижением степени сжатия в дизельных двигателях для снижения выбросов и повышением их в бензиновых двигателях, эти две технологии уже сближаются, говорит Билл Вёбкенберг, старший инженер, отвечающий за топливо, технические и нормативные вопросы Mercedes-Benz. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ.

Один многообещающий пример: двигатель с воспламенением от сжатия с однородным зарядом (HCCI). В этом гибриде, что стало возможным благодаря улучшениям в компьютерном моделировании и управлении двигателем, внутреннее тепло двигателя воспламеняет равномерно распределенную смесь воздуха и топлива внутри цилиндра.Результатом является чистый двигатель, который, по словам исследователей General Motors, может быть на 80 процентов эффективнее дизельного двигателя при примерно 50 процентах стоимости.

Двигатели HCCI имели проблемы с поддержанием бесперебойной работы, поэтому в настоящее время планируется создать один двигатель с двумя режимами работы. Обычное сгорание будет использоваться для резкого ускорения, а режим HCCI будет использоваться для легких нагрузок, таких как круиз по шоссе. По словам Вобкенберга, Mercedes уже добился успеха с этой моделью в европейских приложениях.

Назревают еще более радикальные идеи. Новые способы организации механической компоновки двигателей внутреннего сгорания могут обещать значительное повышение эффективности. EcoMotors International в Мичигане, например, разрабатывает двигатель с оппозитными поршнями и оппозитными цилиндрами, который может производить одну лошадиную силу на фунт веса двигателя. Другие компании разрабатывают двигатели с двойным сжатием и двойным расширением, которые распределяют работу по дополнительным цилиндрам, разделяя циклы сжатия и мощности.

Бензиновый двигатель — быстро движущаяся цель.На самом деле, ирония заключается в том, что он движется быстрее, чем некоторые из технологий, которые угрожают его заменить. По словам ДеЧикко, выбросы углерода от автомобилей в США будут сокращаться на 2,1 процента в год, в то время как выбросы от электростанций сокращаются с прогнозируемой скоростью менее 1 процента в год. Именно на этих заводах, две трети из которых используют ископаемое топливо, используются электромобили. Фактически, Союз обеспокоенных ученых заявил в своем отчете, что транспортные средства с батарейным питанием не обладают явным преимуществом в парниковых условиях по сравнению с лучшими бензиновыми или гибридными моделями в США.С. утверждает, что в значительной степени полагается на электроэнергию, вырабатываемую углем.

Даже средний бензиновый двигатель может скоро приблизиться к своему электрическому сопернику по количеству граммов углекислого газа, выделяемого на милю. «Ничего не позаимствовав у« Звездного пути », мы разработали программу Ford Focus с выбросом углекислого газа 97 граммов на километр, — говорит Апостолос о Рикардо. «К 2040 году мы получим 30 граммов, что сделает двигатели внутреннего сгорания конкурентоспособными по сравнению с электромобилями». И, конечно же, есть стоимость: батареи должны стать в 10 раз дешевле и в 100 раз повысить их удельную энергию, чтобы соответствовать бензиновым.Подключаемый гибрид Chevrolet Volt, например, оснащен батареей на 16 киловатт-часов, что составляет около 8000 долларов стоимости автомобиля. Он хранит энергетический эквивалент одного галлона бензина. «До масштабируемого бизнес-кейса еще далеко, — говорит ДеЧикко.

Это не означает, что программы развития электричества и водорода бесполезны — они явно таковы. Но в борьбе с бензиновым двигателем им придется иметь дело не только с выдающимся исполнителем: им придется победить настоящего инженерного хамелеона.

Норман Майерсон (Norman Mayersohn) — редактор раздела «Автомобили» в газете The New York Times. Его автопарк включает гибрид Prius (седьмой Prius в семье), Camaro SS350 1967 года, хорошо подержанный универсал Volvo и два мотоцикла. Бывший дрэг-рейсер и органический фермер, он всегда увлекался изучением того, как все работает.

Как работает двигатель внутреннего сгорания

ЧИКАГО — Норвегия, Индия, Франция, Ирландия и Соединенное Королевство: судя по ряду стран, которые обязались ввести в будущем запрет на продажу новых бензиновых и дизельных двигателей. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС), по-видимому, имеют срок годности от 2025 до 2040 года.Некоторые крупные автопроизводители также пообещали отказаться от ДВС: Volkswagen нацелился на 2026 год в качестве последнего модельного года для автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями, поскольку полностью поддерживает электрификацию.

Несмотря на предстоящие запреты, требования по экономии топлива и появление электромобилей (EV), пока не забывайте о ДВС. Регулирующее давление и давление со стороны конкурентов выжимают все больше миль — и лет — из 143-летней технологии.

«Мои внуки выйдут на пенсию до того, как ICE уйдет; Я не уверен, что это когда-нибудь исчезнет », — сказал Джеймс Мартин, старший аналитик североамериканского отдела прогнозирования силовых агрегатов и соответствия нормативным требованиям лондонской компании IHS Markit.

Перспективные технологии

«Конкуренция со стороны электромобилей заставляет компании, которые специализируются на ДВС и полагаются на него, чтобы улучшить его, а также в повышении его эффективности», — сказал Мартин, указав на то, как такие автопроизводители, как Toyota и Mazda, производят двигатели с тепловым КПД — мерой процента сожженного топлива, которое двигатель может преобразовать в тяговую установку — в диапазоне от 41% до 42%. Это можно сравнить с более типичным диапазоном от 20% до 30%.

Между тем, по мере того как автопроизводители реагируют на давление со стороны регулирующих органов, включая ужесточение стандартов экономии топлива, количество денег на милю за галлон улучшений, которые они готовы потратить, чтобы вывести технологию на рынок, растет, сказал он.«Если раньше вы не использовали бы технологию, если бы она стоила более 10 долларов за милю за галлон улучшений, теперь компании ищут технологии, которые стоят 25 долларов, 30 долларов за милю за галлон улучшений, чтобы соответствовать требованиям, поскольку стоимость электрификации намного выше », — сказал он.

На что автопроизводители тратят деньги на исследования и разработки? Мартин указывает на некоторые из наиболее многообещающих подходов.

Турбонаддув. Одна технология заставляет маленькие двигатели казаться больше: уменьшение размера двигателя, но поддержание его мощности за счет добавления турбонагнетателей.Эти более компактные и легкие двигатели потребляют меньше топлива, потому что они работают при более высоком давлении в цилиндрах. Комбинация турбонаддува и уменьшения габаритов обеспечивает повышение экономии топлива от 5% до 7%.

Электрификация сделает эти двигатели еще более экономичными. «В некоторых случаях они смогут запустить ускорение двигателя еще до того, как автомобиль начнет движение», — сказал Мартин. «Это устраняет то, что называется« турбо-лагом »- когда вы нажимаете педаль газа, двигатель начинает работать, а затем включается турбонаддув, который дает вам действительно большой толчок.С электрическими турбокомпрессорами вы получите такое ускорение на ранней стадии, чтобы не было колебаний, за которыми следует большой толчок. Вы просто получаете постепенное ускорение ».

Отключение цилиндра. Другая многообещающая технология — отключение цилиндров — заставляет большой двигатель в транспортном средстве, таком как пикап или внедорожник, казаться меньше с точки зрения расхода топлива. С помощью этой технологии двигатель отключает подачу топлива к части своих цилиндров, когда они не нужны — например, пикап, едущий по шоссе, или пикап.перетаскивание тяжеловесного груза в горы. Новая форма этой технологии, Dynamic Skip Fire от Delphi Technologies, может значительно сократить количество используемых цилиндров, позволяя, например, пикапу Chevrolet Silverado работать от одного или от всех восьми цилиндров. .

Улучшения экономии топлива могут варьироваться от 4% до 5% для старых форм отключения цилиндров и от 10% до 12% для динамических форм, когда каждый цилиндр независимо включается и выключается во время каждого цикла по мере необходимости.

HCCI. В 2018 году Mazda Motor Corp. представила двигатель Skyactiv-X, который японский автопроизводитель назвал ДВС «следующего поколения».

«Технология, которую они используют, называется воспламенением от сжатия однородного заряда (HCCI). По сути, это позволяет бензиновому двигателю работать в очень похожем на дизель цикле в течение продолжительных периодов времени », — сказал Мартин. Вместо зажигания свечи зажигания для воспламенения смеси паров газа, как в бензиновом двигателе, Skyactiv-X сжимает топливную смесь так сильно, что она воспламеняется — как в дизельном двигателе.По словам Mazda, в результате на 15% выше топливная эффективность и крутящий момент, чем у обычного двигателя.

Пять лет назад Мартин назвал бы технологию HCCI интересной в теории, но никогда не готовой к производству. Он основан на других технологиях и возможностях, которые большинству автопроизводителей было нерентабельно реализовывать вместе. «Mazda, по-видимому, нашла способ заставить это работать», — сказал он.

Турбина с переменной степенью сжатия. Еще одна технология, которую Мартин назвал бы отличной в теории, но никогда не готовой к производству, — это Nissan Motor Co.Турбодвигатель с переменным сжатием (VC-Turbo) Ltd., также представленный в 2018 году. 2-литровый турбодвигатель может мгновенно изменять степень сжатия с экономичной 14 до 1 на более мощную 8 к 1. Опять же, Мартин посчитал эту технологию слишком сложной: она представила новый набор движущихся частей и требует системы управления для измерения времени движений. Но японская компания Nissan разобралась и добавила VC-Turbo в свои Infiniti QX50 и Nissan Ultima 2019 года. Новый двигатель обеспечивает на 15% повышение комбинированной экономии топлива по сравнению с предыдущей моделью Ultima 3.5-литровый двигатель V6.

В поисках оптимального положения

Совершенствование технологии трансмиссии также может иметь большое значение для повышения топливной экономичности ДВС, позволяя двигателю дольше работать в «золотом уголке» своих идеальных условий, сказал Мартин. А еще большие улучшения в экономии топлива ДВС возможны с электрификацией.

«Люди начинают видеть синергизм между различными формами электрификации, улучшающими ДВС, вместо того, чтобы просто конкурировать с ним», — сказал он, указав на распространение мягких и полногибридных двигателей, внедряемых автопроизводителями, которые стремятся обеспечить ужесточение экономии топлива. цели в США и по всему миру.

«В той мере, в какой электрификация автомобиля снимает часть нагрузки с ДВС, она позволяет разработчикам ДВС спроектировать этот двигатель так, чтобы он работал с наиболее эффективной пропускной способностью для этого двигателя, чтобы таким образом они могли улучшить экономию топлива», — сказал он. сказал. Мягкая гибридизация может обеспечить улучшение экономии топлива ДВС на 5–15%, в то время как полная гибридизация расширяет этот диапазон до 15–20%, а подключаемые гибриды могут сэкономить 25% или больше.

В поддержании жизни ICE также есть человеческий фактор.Не каждый потребитель сможет управлять сегодняшним электромобилем, зарядка которого при 80% емкости аккумулятора может занять до 30 минут. «Для некоторых людей идеальным вариантом будет электромобиль; для некоторых — кошмар, — сказал Мартин. «Им нужно что-то, где они могли бы восполнить источник энергии за считанные минуты, а не часы. Если у них есть автомобиль с ДВС, но с некоторыми усовершенствованиями за счет электрификации, они все равно смогут достичь обоих целей ».

Между тем, не каждая страна может в ближайшем будущем взять на себя полностью электрическую транспортную инфраструктуру.Мартин ожидает, что те, кто объявил о запрете на использование бензиновых и дизельных транспортных средств, найдут удачную технологическую среду между двигателями ДВС и электромоторами.

Он цитирует смягчение первоначальной программы Калифорнийских автомобилей с нулевым выбросом вредных веществ (ZEV). Поручение, принятое в 1990 году, первоначально требовало, чтобы основные автопроизводители производили 10% своих новых автомобилей ZEV к 2003 году, если они хотели и дальше продавать свои автомобили в штате.

Кпд двс в среднем — Автомобильный портал AutoMotoGid

КПД парового двигателя

Чем отличаются КПД бензинового и дизельного двигателя

От чего зависит КПД дизельного двигателя

КПД реактивного двигателя

Резюме

Что такое КПД двигателя внутреннего сгорания.

На что тратиться полезная энергия?

КПД бензинового и дизельного двигателя.

Видео.

КПД двигателя внутреннего сгорания – что это такое?

Сравнение КПД двигателей – бензин и дизель

КПД дизельного двигателя – заметная эффективность

Кпд двигателя внутреннего сгорания составляет 20

Эффективность бензина и солярки

Повышение КПД двигателя

Выводы

На что тратиться полезная энергия?

КПД бензинового и дизельного двигателя.

Кпд двс автомобиля

КПД двигателя внутреннего сгорания. Сколько приблизительно равен, а также мощность в процентах

Подробнее о потерях

У какого двигателя самый большой КПД?

О топливной эффективности дизеля

КПД двигателя внутреннего сгорания:3 фактора, влияющих на мощность

От чего зависит КПД

Коэффициент полезного действия: дизель или бензин?

Крутящий момент и мощность

Эффективность бензина и солярки

Повышение КПД двигателя

Выводы

Какой КПД у двигателя автомобиля

Где теряется эффективность

Дизель или бензин

КПД двигателя внутреннего сгорания.

Что такое КПД двигателя внутреннего сгорания.

На что тратиться полезная энергия?

КПД бензинового и дизельного двигателя.

Видео.

Рекомендую прочитать:

КПД двигателя внутреннего сгорания – познаем эффективность в сравнении

КПД парового двигателя

Подробнее о потерях

От чего зависит КПД дизельного двигателя

Энергетическая ценность солярки и бензина

Резюме

О топливной эффективности дизеля

Анализ теплового цикла

Где теряется эффективность

Мощность и КПД

На что тратиться полезная энергия?

КПД парового двигателя

Чем отличаются КПД бензинового и дизельного двигателя

Формула работы в физике

От чего зависит КПД дизельного двигателя

Повышение эффективности электродвигателей

КПД реактивного двигателя

Резюме

Относительный КПД действительного цикла с высоким давлением

КПД бензинового и дизельного двигателя.

Где теряется эффективность

КПД двигателя внутреннего сгорания – что это такое?

О топливной эффективности дизеля

Сравнение КПД двигателей – бензин и дизель

Кпд двигателя внутреннего сгорания равен

Значения КПД бензиновых и дизельных двигателей

КПД парового двигателя

Средний КПД электрических двигателей

Основные характеристики работы моторов

КПД бензинового и дизельного двигателя

КПД реактивного двигателя

Типы систем питания

Максимальное значение кпд идеального двигателя

Далее предоставляю Вашему вниманию калькулятор КПД WOT

Что означает в формуле кпд теплового двигателя. КПД двигателя внутреннего сгорания. Падение КПД и общие потери в электродвигателе

КПД двигателя внутреннего сгорания – что это такое?

КПД дизельного двигателя – заметная эффективность

Что такое КПД двигателя внутреннего сгорания.

На что тратиться полезная энергия?

КПД бензинового и дизельного двигателя.