Sigurno se mnogi pitaju šta je to od termičke performanse ili termička efikasnost, kako se može izračunati ili koliko ima motor vašeg vozila. Sve ove sumnje su razumljive, jer će od toga zavisiti efikasnost motora. To jest, sposobnost transformacije energije koju daje gorivo u stvarne mehaničke performanse.
Sa druge strane, ne treba mešati sa volumetrijskom efikasnošću motora, što je omjer između zraka usisanog u cilindar i zapremine koju bi mogao sadržavati prema pomak istog. Ovo je još jedan faktor koji direktno interveniše na snagu, zbog čega atmosferski motori, sa jednakim kapacitetom, postižu manju snagu od kompresorskih (turbo) motora.
Koja je termička efikasnost motora sa unutrašnjim sagorevanjem?
La termička efikasnost motora je sposobnost motora da transformiše energiju koju dovodi gorivo tokom sagorevanja u mehaničke performanse. Svi dizajneri se nadaju da će stvoriti motor sa 100% efikasnosti, jer bi to bilo idealno. Međutim, u praksi to nije moguće, jer je efikasnost otežana trenjem dijelova, gubitkom u obliku topline itd.
U uličnim kolima, benzinski motori imaju termičke performanse ili efikasnost od 30%. To znači da se 30% energije koju daje benzin zapravo koristi za proizvodnju energije, a ostatak se troši kao toplina.
U slučaju Dizel motor, efikasnost je nešto bolja, sa 40%, jer imaju veći stepen kompresije. Stoga su nešto efikasniji od benzina, iako ni to nije prevelika cifra.
Trenutno su postigli poboljšanja efikasnosti značajno zahvaljujući hibridnim sistemima. Na primjer, toplinska efikasnost u Formuli 1 je mnogo veći, zahvaljujući dolasku V6 Turbo motora sa MGU-K i MGU-H. Konkretno, porastao je sa 30% konvencionalnih benzinskih motora na oko 50%. To znači da se koristi polovina energije koju daje gorivo.
Ovaj konkretan slučaj je posljedica uključivanja sistema kao što su MGU-K, ili regenerativna kočnica, sposobna da dobije energiju od kočenja i od MGU-H, koji takođe koristi energiju izduvnih gasova.
Idealne, efektivne i maksimalne termičke performanse
Godine 1824. fizičar Francuski Sadi Carnot, proučavao je termičku efikasnost idealnog toplotnog motora kao funkciju temperature između toplog i hladnog izvora. Ovo se trenutno primjenjuje za izračunavanje efikasnosti ili termičkih performansi bilo kojeg toplotnog motora, bilo da se radi o toplotnoj pumpi, motoru sa unutrašnjim sagorevanjem ili sistemu za hlađenje. Iako ćemo se u ovom članku fokusirati na motore s unutarnjim izgaranjem, s obzirom na temu AM.
Pored toga, postoje tri vrste termičkih performansi Kada pričate o motor Otto ili Diesel ciklusa:
- Ideal: definira se kao omjer između količine energije pretvorene u koristan rad i količine isporučene energije. Prema drugom zakonu termodinamike, nijedan motor ne može pretvoriti svu svoju energiju u mehanički rad. Stoga u praksi ne postoji motor sa idealnom termičkom efikasnošću.
- Gotovina: stvarne termičke performanse motora.
- Maksimalno: je maksimalni učinak tipa motora, na primjer 30% i 40% (približno) gore navedenih za benzin i dizel. Drugim riječima, arhitektonska ili ograničavajuća ograničenja tipa termalne mašine.
Toplotna efikasnost dizela vs. benzin
Termička efikasnost motora Otto ciklus (benzin) nije isto što i motor dizel ciklus. Ponašaju se različito na termodinamičkom nivou, što uzrokuje da imaju razlike u pogledu efikasnosti. Osim toga, alternativni 4-taktni motor nije isto što i Wankel motor, itd.
Otto ciklus
u motoru od Otto ciklus, što odgovara termodinamičkim ciklusima za motore na benzin, etanol ili plin, bilo da su 2-taktni (1 okret radilice) ili 4-taktni (2 okreta radilice). Kod ovih motora postoji niz faza kao što su usis, kompresija, sagorevanja ili paljenja, ekspanzija i bijeg.
Kod ovih motora, efikasnost ili termičke performanse zavisi od omjer kompresije, odnosno između omjera između maksimalnog i minimalnog volumena komore za sagorijevanje. Što je veći omjer, to je bolja efikasnost, iako bi bila potrebna i visokooktanska goriva kako bi se izbjegla pojava poznata kao detonacija (samozapaljenje goriva prije svjećice).
Ukratko, prosječne toplinske performanse dobrog 4-taktnog Otto motora su između 25 i 30%, ovisno o vrsti motora i proizvođaču.
Dizelski ciklus
Este dizel ciklus takođe uspostavlja dijagram termičkog ponašanja za 4-taktni ili 2-taktni dizel motor. U ovom slučaju postoje neke posebnosti kojima se mora dodati i veći omjer kompresije u odnosu na benzinske motore. Stoga se toplinska efikasnost u ovom slučaju kreće od 30 do 45%.
Kao znatiželja, najefikasniji dizel motor na svijetu trenutno je visok 5 metara i dugačak 9 metara, sa 13.142 konjske snage. Radi se o Wärtsilä 31, proizveden u Finskoj i namijenjen za pomorsku upotrebu. Ovaj motor dnevno troši oko 38.8 tona goriva, nešto što se čini nečuvenim, ali nije toliko kada se priča o ovoj vrsti mase za čamce...
Da li je moguć 100% efikasan toplotni motor?
Ovo pitanje se vrlo često ponavlja, a istina je da nije moguće nabaviti motor ili mašinu sa a 100% prinos. to je samo teoretski. Postizanje savršene mašine bilo bi veliko dostignuće i smanjilo bi potrošnju energije, ali to bi značilo stvaranje motora tako efikasnog da može svu energiju goriva da transformiše u kretanje.
Ali to nije slučaj, u stvarnim motorima, jer postoji trenje između dijelova, toplina koja izlazi itd. Sa poboljšanim mazivima, novom arhitekturom motora, tehnologije ubrizgavanjaitd., efikasnost se poboljšava, ali je nemoguće dostići taj 100%.
I, naravno, takođe nije moguće postići motor sa termalnom efikasnošću veće od 100%, pošto bi to bilo kao da kažemo da se dobija nova energija, nešto što direktno krši prvi zakon termodinamike.
Proračun toplotne efikasnosti
para izračunati termičku efikasnost ili termičke performanse motora bilo da se mora primijeniti Carnotova formula:
Gdje je Th temperatura toplog izvora mašine, u ovom slučaju motora s unutrašnjim sagorijevanjem, a Tc temperatura izvora hladnoće. Stoga slijedi da za postizanje veće efikasnosti temperatura između toplog i hladnog fluida mora biti što je moguće više različita.
Ovo je očigledno vrlo generičko, i ako želite da se primenite na a Motor sa unutrašnjim sagorevanjem kao kod automobila, formula bi trebala biti ovakva:
U ovom slučaju, W je obavljeni rad, Qc je topli izvor ili izvor, Qf je hladni izvor kojem motor daje toplinu. Osim toga, kako se zakon održanja energije ne bi narušio, mora se ispuniti da je vrući fokus jednak radu koji se dodaje toplini hladnog žarišta. I uvijek će biti tačno da je 0<η<1. S druge strane, također bi trebalo biti jasno da će rad (W) biti jednak uloženoj toplini minus izlaznoj toplini.
Drugi način za izračunavanje efikasnosti motora je poznavanje korisna snaga i potrošena snaga u kW. Ovo je ključ omjer kompresije motora, pošto što je veći, to je bolja efikasnost.
por ejemplo, ako imate 200 J toplotne energije kao unos toplote, a motor može obaviti 80 J rada, onda je 80/200 = 0.4 (0.4 x 100 = 40% efikasnosti). Ista stvar bi se dogodila ako se izmjeri toplina izduvnih gasova motora, na primjer, ako je energija koju gorivo unosi u motor 200 J i promatra se izlaz izduvnih gasova od 120 J, tada je obavljen rad 80 J ( 200 -120) a efikasnost je 40%, jer ako podijelite 120/200=0.6, to je energija koja se gubi i samim tim se ne pretvara u rad...