Tikrai daugeliui kyla klausimas, kas tai yra šiluminis efektyvumas arba šiluminis efektyvumas, kaip jį galima apskaičiuoti arba kiek turi jūsų transporto priemonės variklis. Visos šios abejonės yra suprantamos, nes nuo to priklausys variklio efektyvumas. Tai yra, galimybė kuro teikiamą energiją paversti tikru mechaniniu veikimu.
Be to, nepainioti su tūriniu efektyvumu variklio, kuris yra santykis tarp oro, įsiurbto į cilindrą, ir tūrio, kurį jis gali turėti pagal poslinkis to paties. Tai dar vienas veiksnys, kuris tiesiogiai įsikiša į galią, todėl atmosferiniai varikliai, kurių darbinis tūris yra vienodas, pasiekia mažesnę galią nei varikliai su kompresoriumi (turbo).
Koks yra vidaus degimo variklio šiluminis naudingumo koeficientas?
La šiluminis efektyvumas Variklis – tai variklio gebėjimas degimo metu kuro tiekiamą energiją paversti mechaniniu veikimu. Visi dizaineriai tikisi sukurti variklį su 100% efektyvumu, nes tai būtų idealu. Tačiau praktiškai tai neįmanoma, nes efektyvumą stabdo dalių trintis, šilumos nuostoliai ir kt.
Gatvės automobiliuose, benzininiai varikliai turi 30 % šilumines charakteristikas arba efektyvumą. Tai reiškia, kad 30% benzino tiekiamos energijos iš tikrųjų sunaudojama energijai gaminti, o likusi dalis iššvaistoma kaip šiluma.
Tuo atveju, kai Dyzelinis variklis, efektyvumas yra šiek tiek geresnis - 40%, nes jie turi aukštesnį suspaudimo lygį. Todėl jie yra šiek tiek efektyvesni už benziną, nors tai irgi nėra per didelis rodiklis.
Šiuo metu jie yra pasiekę efektyvumo patobulinimai daug dėl hibridinių sistemų. Pavyzdžiui, šiluminis efektyvumas Formulėje 1 jis daug didesnis, dėka V6 Turbo variklių su MGU-K ir MGU-H atvykimu. Tiksliau, jis išaugo nuo 30% įprastų benzininių variklių iki apie 50 proc.. Tai reiškia, kad sunaudojama pusė kuro tiekiamos energijos.
Šis konkretus atvejis yra tokių sistemų, kaip antai, įtraukimo pasekmė MGU-K, arba regeneracinis stabdys, galintis gauti energijos stabdydamas, ir iš MGU-H, kuris taip pat panaudoja išmetamųjų dujų energiją.
Idealus, efektyvus ir maksimalus šiluminis našumas
1824 m., fizikas prancūzas Sadi Carnot, tyrė idealaus šilumos variklio šiluminį efektyvumą kaip temperatūros tarp karšto ir šalto šaltinių funkciją. Šiuo metu tai taikoma apskaičiuojant bet kurio šilumos variklio efektyvumą arba šiluminį našumą, nesvarbu, ar tai šilumos siurblys, vidaus degimo variklis ar aušinimo sistema. Nors šiame straipsnyje mes sutelksime dėmesį į vidaus degimo variklius, atsižvelgiant į AM temą.
Be to, yra trijų tipų šiluminės charakteristikos Kai kalbate apie Otto arba dyzelinio ciklo variklis:
- Idealus: apibrėžiamas kaip energijos, paverstos naudingu darbu, ir tiekiamos energijos kiekio santykis. Pagal antrąjį termodinamikos dėsnį joks variklis negali paversti visos savo energijos mechaniniu darbu. Todėl praktiškai nėra variklio, kurio šiluminis efektyvumas būtų idealus.
- Grynieji pinigai: yra tikroji variklio šiluminė charakteristika.
- Didžiausias: yra didžiausias variklio tipo našumas, pvz., 30 % ir 40 % (apie XNUMX %) pirmiau minėti benzinui ir dyzelinui. Kitaip tariant, tam tikro tipo šiluminės mašinos architektūriniai arba ribojantys apribojimai.
Dyzelino šiluminis efektyvumas vs. benzino
Variklio šiluminis efektyvumas Otto ciklas (benzinas) nėra tas pats, kas variklis dyzelinis ciklas. Termodinaminiu lygiu jie elgiasi skirtingai, todėl skiriasi jų efektyvumas. Be to, alternatyvus 4 taktų variklis nėra tas pats, kas Wankel variklis ir kt.
Otto ciklas
variklyje Otto ciklas, kuris atitinka termodinaminius ciklus benzininiams, etanoliniams ar dujiniams varikliams, nesvarbu, ar jie yra 2 taktų (1 alkūninio veleno apsisukimas) ar 4 taktų (2 alkūninio veleno apsisukimai). Šiuose varikliuose yra keletas etapų, tokių kaip įsiurbimas, suspaudimas, degimo ar užsidegimo, išsiplėtimas ir pabėgimas.
Šiuose varikliuose efektyvumas arba šiluminis našumas priklauso nuo suspaudimo laipsnis, tai yra tarp didžiausio ir mažiausio degimo kameros tūrio santykio. Kuo didesnis santykis, tuo didesnis efektyvumas, nors didelio oktaninio skaičiaus degalų taip pat reikėtų, kad būtų išvengta reiškinio, vadinamo detonacija (savaiminis kuro užsidegimas prieš uždegant uždegimo žvakę).
Trumpai tariant, gero 4 takto Otto variklio vidutinės šiluminės charakteristikos yra tarp 25 ir 30 proc., priklausomai nuo variklio tipo ir gamintojo.
Dyzelinis ciklas
tai dyzelinis ciklas taip pat nustatoma 4 arba 2 taktų dyzelinio variklio šiluminės elgsenos diagrama. Šiuo atveju yra keletas ypatumų, prie kurių reikia pridėti didesnį suspaudimo laipsnį, palyginti su benzininiais varikliais. Todėl šiluminis efektyvumas šiuo atveju svyruoja nuo 30 iki 45%.
Kaip smalsumas, efektyviausias dyzelinis variklis pasaulyje Šiuo metu jis yra 5 metrų aukščio ir 9 metrų ilgio, o jo galia yra 13.142 XNUMX arklio galių. Tai apie Wärtsilä 31, pagamintas Suomijoje ir skirtas naudoti laivyne. Šis variklis per dieną sunaudoja apie 38.8 tonos degalų, kas atrodo siaubingai, bet kalbant apie tokio tipo masę laivams, to nėra tiek daug...
Ar įmanomas 100% efektyvus šilumos variklis?
Šis klausimas yra labai pasikartojantis, o tiesa ta, kad neįmanoma gauti variklio ar mašinos su a 100% derlius. tai tik teoriškai. Tobulos mašinos sukūrimas būtų nemenkas pasiekimas ir sumažintų energijos sąnaudas, tačiau tai reikštų sukurti tokį efektyvų variklį, kuris visą kuro energiją galėtų paversti judėjimu.
Tačiau tikruose varikliuose taip nėra, nes yra trintis tarp dalių, išsiskirianti šiluma ir pan. Su patobulintais tepalais, nauja variklio architektūra, įpurškimo technologijos, Ir tt, efektyvumas gerinamas, bet to 100 % pasiekti neįmanoma.
Ir, žinoma, taip pat neįmanoma pasiekti variklio su šiluminiu efektyvumu didesnis nei 100%, nes tai būtų tarsi sakymas, kad gaunama nauja energija, o tai tiesiogiai pažeidžia pirmąjį termodinamikos dėsnį.
Šiluminio naudingumo skaičiavimas
į apskaičiuoti variklio šiluminį naudingumą arba šiluminį našumą arba turi būti taikoma Carnot formulė:
Kur Th yra mašinos karšto šaltinio, šiuo atveju vidaus degimo variklio, temperatūra, o Tc yra šalto šaltinio temperatūra. Todėl, norint pasiekti didesnį efektyvumą, karšto ir šalto skysčio temperatūra turi būti kuo labiau skirtinga.
Akivaizdu, kad tai labai bendra, ir jei norite kreiptis į a vidaus degimo variklis kaip ir automobilių, tada formulė turėtų būti tokia:
Šiuo atveju W yra atliktas darbas, Qc yra karštas šaltinis arba šaltinis, Qf yra šaltas šaltinis, kuriam variklis išskiria šilumą. Be to, kad nebūtų pažeistas energijos tvermės dėsnis, reikia laikytis, kad karštas židinys būtų lygus darbui, pridėtam prie šalto židinio šilumos. Ir visada bus tiesa, kad 0<η<1. Kita vertus, taip pat turėtų būti aišku, kad darbas (W) bus lygus šilumos sąnaudoms atėmus šilumos išeigą.
Kitas būdas apskaičiuoti variklio efektyvumą yra žinoti naudingoji galia ir sunaudota galia kW. Tai yra raktas variklio suspaudimo laipsnis, nes kuo jis didesnis, tuo geresnis efektyvumas.
Pagal ejemplo, jei turite 200 J šiluminės energijos kaip šilumos įvadą, o variklis gali atlikti 80 J darbą, tada 80/200 = 0.4 (0.4 x 100 = 40 % naudingumo koeficientas). Tas pats atsitiktų ir išmatavus variklio išmetamųjų dujų šilumą, pavyzdžiui, jei kuro į variklį patenka 200 J energija ir stebima 120 J išmetimo galia, tada atliktas darbas yra 80 J ( 200 -120), o efektyvumas yra 40%, nes padalijus 120/200=0.6, tai yra energija, kuri iššvaistoma ir todėl nevirsta darbu...