Sikkert mange lurer på hva det er termisk ytelse eller termisk effektivitet, hvordan det kan beregnes, eller hvor mye kjøretøyets motor har. Alle disse tvilene er forståelige, siden effektiviteten til en motor vil avhenge av den. Det vil si evnen til å transformere energien fra drivstoffet til reell mekanisk ytelse.
Videre ikke å forveksle med volumetrisk effektivitet av en motor, som er forholdet mellom luften som suges inn i sylinderen og volumet den kan inneholde i henhold til forskyvning av det samme. Dette er en annen faktor som direkte griper inn i kraften, og det er grunnen til at naturlig aspirerte motorer, med lik kapasitet, oppnår mindre kraft enn superladede (turbo) motorer.
Hva er den termiske effektiviteten til en forbrenningsmotor?
La termisk effektivitet av en motor er evnen til en motor til å transformere energien som tilføres av drivstoffet under forbrenning til mekanisk ytelse. Alle designere håper å lage en motor med 100 % effektivitet, da det ville være ideelt. Men i praksis er dette ikke mulig, siden effektiviteten hemmes av friksjonen til delene, tapet i form av varme osv.
I gatebiler, bensinmotorer ha en termisk ytelse eller effektivitet på 30 %. Dette betyr at 30 % av energien som bensin gir faktisk brukes til å generere kraft, resten går til spille som varme.
I tilfelle av Dieselmotor, er effektiviteten noe bedre, med 40 %, siden de har et høyere kompresjonsnivå. Derfor er de noe mer effektive enn bensin, selv om det heller ikke er et for høyt tall.
Foreløpig har de oppnådd effektivitetsforbedringer mye takket være hybridsystemer. For eksempel den termiske effektiviteten i Formel 1 er det mye høyere, takket være ankomsten av V6 Turbo-motorer med MGU-K og MGU-H. Nærmere bestemt har den steget fra 30 % av konvensjonelle bensinmotorer, til ca 50 %. Det betyr at halvparten av energien fra drivstoffet brukes.
Denne spesielle saken er en konsekvens av inkluderingen av systemer som MGU-K, eller regenerativ brems, i stand til å hente energi fra bremsing, og fra MGU-H, som også utnytter energien til eksosgassene.
Ideell, effektiv og maksimal termisk ytelse
I 1824, fysikeren franske Sadi Carnot, studerte den termiske effektiviteten til en ideell varmemotor som en funksjon av temperaturen mellom de varme og kalde kildene. Dette brukes for øyeblikket for å beregne effektiviteten eller termisk ytelse til enhver varmemotor, enten det er en varmepumpe, en forbrenningsmotor eller et kjølesystem. Selv om vi i denne artikkelen vil fokusere på forbrenningsmotorer, gitt temaet AM.
I tillegg er det tre typer termisk ytelse Når du snakker om en Otto- eller Diesel-motor:
- Ideell: er definert som forholdet mellom mengden energi som omdannes til nyttig arbeid og mengden energi som tilføres. I følge termodynamikkens andre lov kan ingen motor omdanne all sin energi til mekanisk arbeid. Derfor er det i praksis ingen motor med ideell termisk effektivitet.
- Penger: er den faktiske termiske ytelsen til en motor.
- maksimal: er maksimal ytelse for en type motor, for eksempel de 30 % og 40 % (ca.) nevnt ovenfor for bensin og diesel. Med andre ord, de arkitektoniske eller begrensende begrensningene til en type termisk maskin.
Diesel termisk effektivitet vs. bensin
Den termiske effektiviteten i en motor Otto syklus (bensin) er ikke det samme som en motor diesel syklus. De oppfører seg forskjellig på termodynamisk nivå, og dette fører til at de har forskjeller når det gjelder effektivitet. I tillegg er en alternativ 4-taktsmotor ikke det samme som en wankelmotor osv.
Otto sykler
i en motor av Otto sykler, som tilsvarer termodynamiske sykluser for bensin-, etanol- eller gassmotorer, enten de er 2-takts (1 veivakselomdreining) eller 4-takts (2 veivakselomdreininger). I disse motorene er det en rekke stadier som inntak, kompresjon, forbrenning eller antennelse, utvidelse og rømning.
I disse motorene, effektiviteten eller termisk ytelse kommer an på kompresjonsforholddet vil si mellom forholdet mellom maksimalt og minimumsvolum av forbrenningskammeret. Jo høyere forholdet er, desto bedre effektivitet, selv om høyoktan drivstoff også ville være nødvendig for å unngå et fenomen kjent som detonasjon (selvantenning av drivstoffet før tennpluggen oppstår).
Kort sagt er den gjennomsnittlige termiske ytelsen til en god 4-takts Otto-motor mellom 25 og 30%, avhengig av motortype og produsent.
Diesel syklus
Dette diesel syklus den etablerer også det termiske oppførselsdiagrammet for en 4-takts eller 2-takts dieselmotor. I dette tilfellet er det noen særtrekk som må legges til det høyere kompresjonsforholdet sammenlignet med bensinmotorer. Derfor varierer den termiske effektiviteten i dette tilfellet fra 30 til 45%.
Som en nysgjerrighet, den mest effektive dieselmotoren i verden for øyeblikket måler den 5 meter høy og 9 meter lang, med 13.142 hestekrefter. Det handler om Wärtsilä 31, produsert i Finland og beregnet for marinebruk. Denne motoren bruker omtrent 38.8 tonn drivstoff per dag, noe som virker opprørende, men det er ikke så mye når man snakker om denne typen masse for båter...
Er en 100 % effektiv varmemotor mulig?
Dette spørsmålet er svært tilbakevendende, og sannheten er at det ikke er mulig å få en motor eller maskin med en 100 % utbytte. det er bare teoretisk. Å oppnå en perfekt maskin ville være litt av en prestasjon og ville redusere energiforbruket, men det ville bety å lage en motor så effektiv at den kan forvandle all energien til drivstoffet til bevegelse.
Men dette er ikke tilfelle, i ekte motorer, siden det er friksjon mellom deler, varmen som slipper ut osv. Med forbedrede smøremidler, nye motorarkitekturer, injeksjonsteknologier, Etc., effektiviteten forbedres, men det er umulig å nå det 100%.
Og det er selvfølgelig heller ikke mulig å oppnå en motor med termisk effektivitet større enn 100%, siden det ville være som å si at ny energi oppnås, noe som direkte bryter termodynamikkens første lov.
Beregning av termisk effektivitet
Til beregne den termiske effektiviteten eller den termiske ytelsen til en motor enten må Carnot-formelen brukes:
Der Th er temperaturen til den varme kilden til maskinen, i dette tilfellet forbrenningsmotoren, og Tc er temperaturen til den kalde kilden. Derfor følger det at for å oppnå større effektivitet, må temperaturen mellom den varme og kalde væsken være så ulik som mulig.
Dette er åpenbart veldig generisk, og hvis du ønsker å søke på en intern forbrenningsmotor som for biler, bør formelen være slik:
I dette tilfellet er W arbeidet som er utført, Qc er den varme kilden eller kilden, Qf er den kalde kilden som motoren avgir varme til. I tillegg, slik at loven om bevaring av energi ikke brytes, må det oppfylles at det varme fokuset er lik arbeidet som legges til varmen til det kalde fokuset. Og det vil alltid være sant at 0<η<1. På den annen side bør det også være klart at arbeidet (W) vil være lik varmetilførselen minus varmeeffekten.
En annen måte å beregne effektiviteten til en motor på er å kjenne til nyttig effekt og forbrukt effekt i kW. Dette er nøkkelen motorens kompresjonsforhold, siden jo høyere den er, jo bedre effektivitet.
av ejemplo, hvis du har 200 J termisk energi som varmetilførsel, og motoren kan utføre 80 J arbeid, så er 80/200 = 0.4 (0.4 x 100 = 40 % effektivitet). Det samme ville skje hvis varmen til motoreksosen måles, for eksempel hvis energien som legges inn i motoren er 200 J av drivstoffet og en eksoseffekt på 120 J observeres, er arbeidet som er utført 80 J ( 200 -120) og effektiviteten er 40%, siden hvis du deler 120/200=0.6, som er energien som går til spille og derfor ikke omdannes til arbeid...