Напевно багато хто задається питанням, що це за теплові характеристики або теплова ефективність, як це можна розрахувати або скільки двигуна вашого автомобіля. Всі ці сумніви зрозумілі, адже від цього буде залежати ефективність двигуна. Тобто здатність перетворювати енергію, що надається паливом, у реальну механічну продуктивність.
Крім того, не плутати з об'ємною ефективністю двигуна, що є співвідношенням між повітрям, що всмоктується в циліндр, і об’ємом, який він міг би містити відповідно до зміщення того самого. Це ще один фактор, який безпосередньо впливає на потужність, тому двигуни без наддуву, однакової потужності, досягають меншої потужності, ніж двигуни з наддувом (турбо).
Який тепловий ККД двигуна внутрішнього згоряння?
La теплова ефективність двигуна - це здатність двигуна перетворювати енергію, що надходить від палива під час згоряння, на механічну продуктивність. Усі конструктори сподіваються створити двигун із 100% ефективністю, оскільки це було б ідеально. Однак на практиці це неможливо, оскільки ефективність знижується через тертя частин, втрати у вигляді тепла тощо.
У трамваях, бензинові двигуни мають теплові характеристики або ефективність 30%. Це означає, що 30% енергії, яку отримує бензин, фактично використовується для виробництва електроенергії, решта витрачається як тепло.
У випадку Дизельний двигун, ККД дещо кращий, на 40%, оскільки вони мають вищий рівень стиснення. Тому вони дещо ефективніше бензинових, хоча і це не надто високий показник.
Наразі вони досягли підвищення ефективності значно завдяки гібридним системам. Наприклад, теплова ефективність у Формулі-1 він значно вищий, завдяки появі двигунів V6 Turbo з MGU-K і MGU-H. Зокрема, вона зросла з 30% звичайних бензинових двигунів до близько 50%. Це означає, що використовується половина енергії, яку забезпечує паливо.
Цей конкретний випадок є наслідком включення таких систем, як МГУ-К, або рекуперативне гальмо, здатне отримувати енергію від гальмування та від МГУ-Х, який також використовує енергію вихлопних газів.
Ідеальні, ефективні та максимальні теплові характеристики
У 1824 р. фіз Француз Саді Карнодосліджував термічний ККД ідеального теплового двигуна як функцію температури між гарячим і холодним джерелами. В даний час це застосовується для розрахунку ефективності або теплових характеристик будь-якого теплового двигуна, будь то тепловий насос, двигун внутрішнього згоряння або система охолодження. Хоча в цій статті ми зосередимося на двигунах внутрішнього згоряння, враховуючи тему АМ.
Крім того, є три види теплотехнічних характеристик Коли ви говорите про двигун з циклом Отто або дизеля:
- ідеальний: визначається як відношення між кількістю енергії, перетвореної в корисну роботу, і кількістю поставленої енергії. Відповідно до другого закону термодинаміки, жоден двигун не може перетворити всю свою енергію в механічну роботу. Тому на практиці не існує двигуна з ідеальним тепловим ККД.
- Готівкою: фактична теплова продуктивність двигуна.
- Максимум: максимальна продуктивність типу двигуна, наприклад, 30% і 40% (приблизно), згадані вище для бензину та дизеля. Іншими словами, архітектурні або обмежувальні обмеження типу термічної машини.
Термічний ККД дизеля проти бензин
Термічний ККД двигуна Цикл Отто (бензин) це не те саме, що двигун дизельний цикл. Вони поводяться по-різному на термодинамічному рівні, і це призводить до відмінностей у їх ефективності. Крім того, альтернативний 4-тактний двигун – це не те саме, що двигун Ванкеля тощо.
Цикл Отто
в двигуні Цикл Отто, що відповідає термодинамічним циклам для бензинових, етанолових або газових двигунів, незалежно від того, чи є вони 2-тактними (1 оберт колінчастого вала) або 4-тактними (2 оберти колінчастого вала). У цих двигунах є ряд ступенів, таких як впуск, стиснення, горіння або займання, розширення та втеча.
У цих двигунів ККД або теплові характеристики залежить від ступінь стиснення, тобто між співвідношенням між максимальним і мінімальним об’ємом камери згоряння. Чим вищий коефіцієнт, тим кращий ККД, хоча паливо з високим октановим числом також потрібне, щоб уникнути явища, відомого як детонація (самозаймання палива до того, як відбудеться свічка запалювання).
Коротше кажучи, середня теплова продуктивність хорошого 4-тактного двигуна Otto знаходиться між 25 і 30%, залежно від типу двигуна та виробника.
Дизельний цикл
це дизельний цикл він також встановлює діаграму теплової поведінки для 4-тактного або 2-тактного дизельного двигуна. У цьому випадку є деякі особливості, до яких слід додати його більш високий ступінь стиснення порівняно з бензиновими двигунами. Тому тепловий ККД в цьому випадку коливається від 30 до 45%.
Як цікавість, найефективніший дизельний двигун у світі на даний момент він має 5 метрів у висоту і 9 метрів в довжину, з 13.142 XNUMX кінськими силами. Йдеться про Wärtsilä 31, вироблена у Фінляндії та призначена для військово-морського використання. Цей двигун споживає близько 38.8 тонн палива на день, що здається обурливим, але це не так багато, якщо говорити про таку масу човнів...
Чи можливий 100% ефективний тепловий двигун?
Це питання дуже часто виникає, і правда полягає в тому, що неможливо отримати двигун чи машину з a 100% вихід. це лише теоретично. Досягнення ідеальної машини було б справжнім досягненням і зменшило б споживання енергії, але це означало б створити настільки ефективний двигун, який міг би перетворити всю енергію палива в рух.
Але це не так у реальних двигунах, оскільки між частинами є тертя, тепло, що виділяється, тощо. З покращеними мастильними матеріалами, новою архітектурою двигуна, ін'єкційні технологіїІ т.д. ефективність покращується, але досягти цих 100% неможливо.
І, звичайно, також неможливо досягти двигуна з термічним ККД більше 100%, оскільки це було б все одно, що сказати, що отримана нова енергія, що прямо порушує перший закон термодинаміки.
Розрахунок теплового ККД
в розрахувати термічний ККД або теплову продуктивність двигуна або формула Карно повинна бути застосована:
Де Th — температура гарячого джерела машини, у даному випадку двигуна внутрішнього згоряння, а Tc — температура холодного джерела. Отже, для досягнення більшої ефективності температура між гарячою та холодною рідиною повинна бути якомога різнішою.
Це, очевидно, дуже загальне, і якщо ви хочете застосувати до a внутрішній двигун згоряння як і для автомобілів, то формула має виглядати так:
У цьому випадку W — виконана робота, Qc — гаряче джерело або джерело, Qf — холодне джерело, якому двигун віддає тепло. Крім того, щоб не порушувався закон збереження енергії, необхідно виконати, щоб гарячий фокус дорівнював роботі, доданій до теплоти холодного фокуса. І завжди буде вірно, що 0<η<1. З іншого боку, також має бути зрозуміло, що робота (Вт) буде дорівнювати підведеній теплоті мінус тепловіддача.
Ще один спосіб розрахувати ККД двигуна - знати корисна потужність і споживана потужність в кВт. Це ключ ступінь стиснення двигуна, оскільки чим він вищий, тим кращий ККД.
За приклад, якщо у вас є 200 Дж теплової енергії як підведення тепла, а двигун може виконати роботу 80 Дж, тоді 80/200 = 0.4 (0.4 x 100 = 40% ефективності). Те ж саме станеться, якщо виміряти тепло вихлопу двигуна, наприклад, якщо енергія, що вводиться в двигун паливом, становить 200 Дж, а вихід вихлопу 120 Дж, то виконана робота дорівнює 80 Дж ( 200 -120), а ККД становить 40%, тому що якщо розділити 120/200=0.6, це енергія, яка витрачається марно і тому не перетворюється на роботу...