Sigurno se mnogi pitaju što je to od toplinska izvedba ili toplinska učinkovitost, kako se može izračunati, odnosno koliko ima motor vašeg vozila. Sve su te sumnje razumljive jer o tome ovisi učinkovitost motora. To jest, sposobnost pretvaranja energije koju daje gorivo u stvarnu mehaničku izvedbu.
Nadalje, ne treba brkati s volumetrijskom učinkovitošću motora, što je omjer između zraka usisanog u cilindar i volumena koji bi on mogao sadržavati prema pomak istoga. To je još jedan čimbenik koji izravno intervenira u snazi, zbog čega atmosferski motori, jednakog kapaciteta, postižu manju snagu od kompresorskih (turbo) motora.
Koja je toplinska učinkovitost motora s unutarnjim izgaranjem?
La toplinska učinkovitost motora je sposobnost motora da transformira energiju dobivenu iz goriva tijekom izgaranja u mehaničku izvedbu. Svi se dizajneri nadaju da će stvoriti motor sa 100% učinkovitosti, jer bi to bilo idealno. Međutim, u praksi to nije moguće, jer je učinkovitost otežana trenjem dijelova, gubitkom topline itd.
U uličnim automobilima, benzinski motori imaju toplinski učinak ili učinkovitost od 30%. To znači da se 30% energije koju daje benzin zapravo koristi za proizvodnju električne energije, a ostatak se gubi kao toplina.
U slučaju Dizelski motor, učinkovitost je nešto bolja, sa 40%, budući da imaju višu razinu kompresije. Stoga su nešto učinkovitiji od benzinaca, iako ni to nije prevelika brojka.
Trenutno su postigli poboljšanja učinkovitosti znatan zahvaljujući hibridnim sustavima. Na primjer, toplinska učinkovitost u Formuli 1 mnogo je veći, zahvaljujući dolasku V6 Turbo motora s MGU-K i MGU-H. Točnije, porastao je s 30% konvencionalnih benzinskih motora na oko 50%. To znači da se koristi polovica energije koju daje gorivo.
Ovaj konkretan slučaj posljedica je uključivanja sustava kao što su MGU-K, ili regenerativna kočnica, sposobna dobivati energiju iz kočenja i iz MGU -H, koji također iskorištava energiju ispušnih plinova.
Idealna, učinkovita i maksimalna toplinska učinkovitost
Godine 1824. fizičar Francuz Sadi Carnot, proučavao toplinsku učinkovitost idealnog toplinskog stroja kao funkciju temperature između toplog i hladnog izvora. Ovo se trenutno primjenjuje za izračun učinkovitosti ili toplinske izvedbe bilo kojeg toplinskog motora, bilo da se radi o toplinskoj pumpi, motoru s izgaranjem ili sustavu hlađenja. Iako ćemo se u ovom članku usredotočiti na motore s unutarnjim izgaranjem, s obzirom na temu AM.
Osim toga, postoje tri vrste toplinske izvedbe Kad govorite o motor Otto ili Diesel ciklusa:
- Idealan: definira se kao omjer između količine energije pretvorene u koristan rad i količine dovedene energije. Prema drugom zakonu termodinamike niti jedan motor ne može svu svoju energiju pretvoriti u mehanički rad. Stoga u praksi ne postoji motor s idealnom toplinskom učinkovitošću.
- Unovčiti: je stvarna toplinska izvedba motora.
- Maksimum: je maksimalna izvedba vrste motora, na primjer gore spomenutih 30% i 40% (približno) za benzin i dizel. Drugim riječima, arhitektonska ili ograničavajuća ograničenja vrste toplinskog stroja.
Toplinska učinkovitost dizela u odnosu na benzin
Toplinska učinkovitost u motoru Otto ciklus (benzin) nije isto što i kod motora dizelski ciklus. Ponašaju se različito na termodinamičkoj razini i to uzrokuje razlike u pogledu učinkovitosti. 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 okretaja radilice). U ovim motorima postoji niz stupnjeva kao što su usis, kompresija, izgaranje ili paljenje, širenje i bijeg.
Kod ovih motora, učinkovitost ili toplinska izvedba ovisi o omjer kompresije, odnosno između omjera najvećeg i minimalnog volumena komore za izgaranje. Što je veći omjer, to je bolja učinkovitost, iako bi bila potrebna i visokooktanska goriva kako bi se izbjegao fenomen poznat kao detonacija (samozapaljenje goriva prije nego što se pojavi svjećica).
Ukratko, prosječna toplinska izvedba dobrog 4-taktnog Otto motora je između 25 i 30%, ovisno o vrsti motora i proizvođaču.
Dizelski ciklus
ovo dizelski ciklus također utvrđuje dijagram toplinskog ponašanja za 4-taktni ili 2-taktni dizel motor. U ovom slučaju postoje neke posebnosti, a tome treba dodati i njegov viši omjer kompresije u odnosu na benzinske motore. Stoga se toplinska učinkovitost u ovom slučaju kreće od 30 do 45%.
Kao znatiželja, najučinkovitiji dizel motor na svijetu trenutno je visok 5 metara i dugačak 9 metara, s 13.142 konjske snage. Riječ je o Wärtsilä 31, proizveden u Finskoj i namijenjen za pomorsku uporabu. Ovaj motor dnevno troši oko 38.8 tona goriva, što se čini nečuveno, ali i nije tako puno kada je u pitanju ovakva masa plovila...
Je li moguć 100% učinkovit toplinski stroj?
Ovo se pitanje vrlo često ponavlja, a istina je da nije moguće nabaviti motor ili stroj s 100% iskorištenje. to je samo teoretski. Postizanje savršenog stroja bilo bi veliko postignuće i smanjilo bi potrošnju energije, ali to bi značilo stvaranje motora toliko učinkovitog da može transformirati svu energiju goriva u pokret.
Ali to nije slučaj u pravim motorima, jer postoji trenje između dijelova, toplina koja izlazi itd. S poboljšanim mazivima, novom arhitekturom motora, tehnologije ubrizgavanja, Itd., učinkovitost se poboljšava, ali nemoguće je doći do tih 100%.
I, naravno, također nije moguće postići motor s toplinskom učinkovitošću veće od 100%, jer to bi bilo kao da se dobiva nova energija, nešto što izravno krši prvi zakon termodinamike.
Proračun toplinske učinkovitosti
u izračunati toplinsku učinkovitost ili toplinsku izvedbu motora ili se mora primijeniti Carnotova formula:
Gdje je Th temperatura vrućeg izvora stroja, u ovom slučaju motora s unutarnjim izgaranjem, a Tc temperatura hladnog izvora. Stoga, za postizanje veće učinkovitosti, temperatura između vrućeg i hladnog fluida mora biti što je moguće različitija.
Ovo je očito vrlo općenito, i ako se želite primijeniti na a Motor s unutarnjim izgaranjem kao kod automobila, onda bi formula trebala biti ovakva:
U ovom slučaju, W je obavljeni rad, Qc je vrući izvor ili izvor, Qf je hladni izvor kojem motor predaje toplinu. Osim toga, kako se ne bi prekršio zakon održanja energije, mora biti ispunjeno da vruće žarište bude jednako radu dodanom toplini hladnog žarišta. I uvijek će biti istina da je 0<η<1. S druge strane, također treba biti jasno da će rad (W) biti jednak unesenoj toplini minus učinku topline.
Drugi način za izračunavanje učinkovitosti motora je poznavanje korisna snaga i potrošena snaga u kW. Ovo je ključ omjer kompresije motora, jer što je veći, to je bolja učinkovitost.
Po ejemplo, ako imate 200 J toplinske energije kao unos topline, a motor može obaviti 80 J rada, tada je 80/200 = 0.4 (0.4 x 100 = 40% učinkovitosti). Ista stvar bi se dogodila ako se mjeri toplina ispušnih plinova motora, na primjer, ako je energija unesena u motor 200 J od strane goriva i promatra se ispušni izlaz od 120 J, tada je obavljeni rad 80 J ( 200 -120), a učinkovitost je 40%, jer ako podijelite 120/200=0.6, to je energija koja se gubi i stoga se ne pretvara u rad...