Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Объёмный КПД двигателя внутреннего сгорания

Объёмный КПД двигателя внутреннего сгорания

Объёмный КПД двигателя внутреннего сгорания отражает эффективность всасывания в цилиндр и выпуска из цилиндра рабочей среды (то есть, топливо-воздушной смеси или выхлопных газов). Говоря более строго, объёмный КПД — это отношение (или процентное соотношение) количества рабочей среды, фактически всасываемой в цилиндр, к объёму самого цилиндра (при неизменных условиях). Поэтому те двигатели, которые могут создавать давления на входах в трубопроводы выше давления окружающей среды, могут иметь объёмный КПД больший 100 %.

Объёмный КПД может быть улучшен несколькими путями. В частности, к ним относятся выбор оптимальной степени открытия клапанов (относительно объёма цилиндров) и выбор обтекаемой конструкции портов.

Двигатели с высоким объёмным КПД в общем случае способны работать с бо́льшими скоростями и способны вырабатывать бо́льшую полную мощность из-за меньших потерь при паразитическом перемещении воздуха внутрь и вне двигателя.

Общим, принятым производителями, подходом по увеличению объёмного КПД является использование больших по размеру клапанов или систем с числом клапанов на цилиндр, бо́льшим двух (англ.) (мультиклапанных систем).

Увеличенные клапана улучшают всасывание и впуск воздуха, но имеют повышенную массу. Мультиклапанная система включает в себя два или более клапанов с общей площадью большей, чем площадь одного большого клапана, в то время как мультиклапанная система имеет меньшую массу.

Во многих автомобилях спортивного типа используют точно расчитанное расположение впускных отверстий и настройки выхлопной системы для перемещения воздуха внутрь и наружу двигателя, используя резонанс системы. В двухтактных двигателях эта идея реализуется в применении камер расширения (англ.), которые возвращают утечки топливо-воздушной смеси обратно в цилиндр. Более современная технология — изменяемые фазы газораспределения, задачей которой является учитывать влияние на объёмный КПД сокрости двигателя: при более высоких скоростях двигатель нуждается в том, чтобы клапаны были открыты больший процент времени от продолжительности цикла для перемещения рабочей среды внутрь и наружу двигателя.

Объёмный КПД более 100 % может быть получен путём использования нагнетателей или турбонагнетателей — устройств, принудительно нагнетающих воздух в цилиндры. При должных настройках, можно получить объёмный КПД более 100 % и в двигателях с естественным всасыванием (англ.) воздуха. Предельное значение объёмного КПД двигателей с естественным всасыванием составляет около 137 % [1] ; такие двигатели обычно имеют два распредвала в головке цилиндров и четыре клапана на цилиндр.

Более радикальные решения задачи повышения повышения объёмного КПД включают в себя использование гильзовых клапанов (англ.), в которых вместо тарельчатого клапана установлена вращающаяся вокруг поршня гильза, или в других случаях вращающаяся под цилиндрическими головками гильза. В такой системе порты могут быть настолько большими, насколько это необходимо. Однако имеется практическое ограничение, накладываемое прочностью гильзы: при слишком больших размерах портов гильза может продавливаться в них под действием давления в цилиндре.

Дизельный мотор и бензиновый: сравнение КПД

Коэффициент полезного действия (КПД) является величиной, которая в процентном отношении выражает эффективность того или иного механизма (двигателя, системы) касательно преобразования полученной энергии в полезную работу.

Что касается двигателя внутреннего сгорания (ДВС), такой силовой агрегат осуществляет преобразование тепловой энергии. Данная высвобождающаяся энергия является результатом сгорания топлива в цилиндрах двигателя. КПД мотора представляет собой фактически совершенную механическую работу, которая состоит в соотношении полученной поршнем энергии от сгорания топлива и конечной мощности, которая отдается установкой на коленчатом валу ДВС.

Почему КПД дизеля выше

Показатель КПД для различных двигателей может сильно отличаться и зависит от ряда факторов. Бензиновые моторы имеют относительно низкий КПД благодаря большому количеству механических и тепловых потерь, которые возникают в процессе работы силового агрегата данного типа.

Вторым фактором выступает трение, возникающее при взаимодействии сопряженных деталей. Большую часть расхода полезной энергии составляет приведение в движение поршней двигателя, а также вращение деталей внутри мотора, которые конструктивно закреплены на подшипниках. Около 60% энергии сгорания бензина расходуется только на обеспечение работы этих узлов.

Читать еще:  Электрический бензонасос низкого давления для карбюраторного двигателя

Дополнительные потери вызывает работа других механизмов, систем и навесного оборудования. Также учитывается процент потерь на сопротивление в момент впуска очередного заряда топлива и воздуха, а далее выпуска отработавших газов из цилиндра ДВС.

Другими словами, из потраченных на работу двигателя 10 литров бензина только 3 литра израсходованы на выполнение полезной работы. Остальная энергия от сгорания топлива разошлась на потери.

Что касается КПД атмосферного дизельного агрегата, то этот показатель составляет около 40%. Установка турбокомпрессора позволяет увеличить отметку до внушительных 50%. Использование современных систем топливного впрыска на дизельных ДВС в сочетании с турбиной позволило добиться КПД около 55%.

Такая разница в производительности конструктивно схожих бензиновых и дизельных ДВС напрямую связана с видом топлива, принципом образования рабочей топливно-воздушной смеси и последующей реализацией воспламенения заряда. Бензиновые агрегаты более оборотистые по сравнению с дизельными, но большие потери связаны с расходами полезной энергии на тепло. Получается, энергия бензина менее эффективно превращается в полноценную механическую работу, а большая доля попросту рассеивается системой охлаждения в атмосферу.

Мощность и крутящий момент

При одинаковом показателе рабочего объёма, мощность атмосферного бензинового мотора выше, но достигается при более высоких оборотах. Двигатель нужно «крутить», потери возрастают, увеличивается расход топлива. Также необходимо упомянуть крутящий момент, под которым в буквальном смысле понимается сила, которая передается от мотора на колеса и движет автомобиль. Бензиновые ДВС выходят на максимум крутящего момента при более высоких оборотах.

Аналогичный атмосферный дизель выходит на пик крутящего момента при низких оборотах, при этом расходует меньше солярки для выполнения полезной работы, что означает более высокий КПД и экономию топлива.

Энергетическая ценность солярки и бензина

Дизельное топливо состоит из более тяжелых углеводородов, чем бензин. Меньший КПД бензиновой установки сравнительно с дизелем также заключаются в энергетической составляющей бензина и особенности его сгорания. Полное сгорание равного количества солярки и бензина даст больше тепла именно в первом случае. Тепло в дизельном ДВС более полноценно преобразуется в полезную механическую энергию. Получается, при сжигании одинакового количества топлива за единицу времени именно дизель выполнит больше работы.

Также стоит учитывать особенности впрыска и создание надлежащих условий для полноценного сгорания смеси. В дизель топливо подается отдельно от воздуха, впрыскивается не во впускной коллектор, а напрямую в цилиндр в самом конце такта сжатия. Результатом становится более высокая температура и максимально полноценное сгорание порции рабочей топливно-воздушной смеси.

Итоги

Конструкторы постоянно стремятся повысить КПД как дизельного, так и бензинового двигателя. Увеличение количества впускных и выпускных клапанов на один цилиндр, активное применение систем изменения фаз газораспределения, электронное управление топливным впрыском, дроссельной заслонкой и другие решения позволяют существенно повысить коэффициент полезного действия. В большей мере это касается дизельного двигателя.

Благодаря таким особенностям современный дизель способен полностью сжечь насыщенную углеводородами порцию дизтоплива в цилиндре и выдать большой показатель крутящего момента на низких оборотах. Низкие обороты означают меньшие потери на трение и возникающее в результате трения сопротивление. По этой причине дизельный мотор сегодня является одним из наиболее производительных и экономичных типов ДВС, КПД которого зачастую превышает отметку в 50%.

КПД vs момент

Опции темы
  • Подписаться на эту тему…
  • Поиск по теме

    КПД vs момент

    1. Зависимость КПД (от оборотов) — отношение мощности на валу двигателя к потраченному бензину (условно) при различных оборотах двигателя.
    Хотя по идее еще нагрузка на валу двигателя влияет на КПД, и эластичность ДВС сюда же.

    2. Зависимость момента (от оборотов) — здесь всё ясно.

    Если отбросить влияние нагрузки на КПД (100% эластичный ДВС), не будет ли 1. и 2. одно и то же. А если не отбрасывать — как обстоит дело на самом деле?

    Читать еще:  Датчик температуры двигателя цифровой на мотоцикл

    К чему вопрос: говорим, что ДВС приуса работает в зоне максимального момента, а в другом месте на форуме «в зоне максимального КПД».
    Думается что динамические потери (инерция, трение) возрастают в зависимости от числа оборотов не слабо, и в некоторый момент рост числа оборотов приведет к большим потерям чем к росту эффективности (КПД).

    Выделенное и есть основной параметр влияющий на КПД ДВС.
    От оборотов КПД меняется не сильно в пределах 20..30%

    Ну а чего ты ломишься в открытую дверь- сам же все написал. 😉
    Потери на трение растут , припоминается мне, чуть ли не в кубе при увеличении относительной скорости перемещения трущихся частей. И игнорировать их никак нельзя.
    Еще есть насосные потери и динамические процессы в цилиндрах (проветривание и т.д.), ухудшающиеся при увеличении оборотов. Форма кривулин к.п.д. и момента — как раз результат увеличения влияния потерь при увеличении оборотов. Нагрузка создает семейство кривых.
    Да и давление воздуха имеет предел, упругость воздуха, скорость распыления и испарения топлива.
    ДВС все имеют физические пределы увеличения оборотов.
    Это как воздушный винт: больше 3-4тыс оборотов его вращать нет смысла. Воздух просто рвется.

    Тогда пример на приусе:
    1000 об/мин, момент скажем 20% от максимального, КПД 32%
    3800 об/мин, момент 90%, КПД 29%.
    Вроде в первом случае ДВС тянуть сильно не будет, зато КПД выше, и бензин эффективнее расходуется.
    А во втором ДВС тянет, но расход выше, за счет динамических потерь.
    Или всё таки КПД прямо связан с моментом на валу? Чем больше момент при данном расходе бензина тем выше КПД? То есть полезная мощность выше.

    Если да, то ДВС в Приусе нагружен всегда, и я так понимаю для данных оборотов КПД максимальный. Значит график КПД повторяет график момента?

    Последний раз редактировалось Hyperion; 31.07.2009 в 10:14 .

    Или другой пример:
    1) 4000об/мин, 3я передача
    2) 1200об/мин, 5я передача
    где расход будет меньше? по идее где меньше оборотов?

    такого не бывает

    Не совсем, т.к. с изменением частоты к.в. будет меняться и наполнение цилиндров топливно воздушной смесью.

    На 1000об/мин, момент на валу ДВС скажем 20Н*м — противоречия нет?
    А вот КПД 32% — тут думаю противоречие? КПД будет меньше?

    То есть при одном и том же потреблении топлива есть кривая КПД зависящая от нагрузки на валу: чем больше момент тем выше КПД?

    Т.к. ДВС всегда нагружен мы имеем график зависимости потребления топлива от оборотов. Сопоставив зависимость момента и расхода от оборотов получаем график зависимости момента от расхода.
    Предполагаю, что удельный момент (на единицу потраченного топлива) должен быть максимальным в районе аболютного максимального момента.

    Это всё рассуждения в слух.

    К чему я клоню.
    Бытует мнение что эффективное перемещение — это интенсивный разгон (ДВС 3500об/мин по данным LeonVS), затем равномерное движение, либо движение накатом.
    Я подозреваю, что на 3500об/мин лишь момент максимальный, что есть самый быстрый способ разогнаться. Но вот с точки зрения потребления топлива — не факт.
    Намеренно не пишу «расхода», потому что расход зависит от пробега, а это площадь под кривой скорости, а скорость — это мощность. Более пологая кривая оправдывает себя с точки зрения расхода, в сравнении с интенсивным ускорением.
    Или подругому — для перемещения объекта на расстояние требуется совершить работу, если бы не было потерь, то не важно с какой скоростью мы перемещаемся, совершенная работа одна и та же.
    Но существуют потери в ДВС и сопротивления движению, положительно пропорциональные скорости.
    Будет ли удельная вырабатываемая мощность на 3500об/мин максимальной (к затратам топлива)?! Почему мощность, потому что именно мощность перемещает объект в пространстве. А момент определяет ускорение.

    PS: Еще думаю на 3500 момент почти максимальный, просто нет смысла крутить до 4000.

    Читать еще:  Блок управления двигателем камаз евро 3 схема

    Последний раз редактировалось Hyperion; 31.07.2009 в 12:27 .

    По моим наблюдениям плавный разгон — накат — плавное торможение получается более экономично нежели шустрый разгон — накат — плавное торможение. Хотя может я просто «не умею его готовить» ;)))
    Может ошибаюсь, но все же мне кажется 3500 это оптимальная середина между максимальной мощностью с еще допустимым КПД. Дальнейшее увеличение оборотов будет уже незначительное увеличение мощности, но с сильным падением КПД, следовательно с сильным увеличением расхода.

    в разделе экономичная езда написано доступно. автор хотел что-то дополнить или не согласен с каким-то конкретным советом? читаю его и не понимаю, трудно написано :

    КПД двигателя внутреннего сгорания

    Коэффициент полезного действия (КПД) – широко используемая характеристика эффективности некоторой системы или устройства. В нашем случае этой системой выступает двигатель внутреннего сгорания. Казалось бы, о какой эффективности может идти речь в мире современных моторов, разве она не равна 100 процентам? Но оказывается, как нет в нашем мире идеально черного или белого, так нет и машины, у которой вся энергия, получаемая от горения топлива, полностью переходит в механическую энергию, а последняя в свою очередь в полезную энергию прижимающую пилота автомобиля в его кресло.

    Что такое КПД двигателя внутреннего сгорания

    Отношение полезной энергии к полной (затраченной), выраженное в процентном отношении, и есть искомый КПД двигателя внутреннего сгорания. Разберемся, куда же теряется энергия.

    На что тратиться полезная энергия?

    Первый пункт здесь – это потери, возникающие непосредственно при горении топлива, ведь все топливо в двигателе никогда не сгорает, часть его улетает в выхлопную трубу. Эта часть, в среднем, составляет около 25%.

    Следующим местом (точнее явлением), куда исчезает энергия, является тепло, выделяемое при горении. Возможно, кто-то из вас еще помнит со времен, проведенных на школьной скамье, что для получения тепла требуется энергия, соответственно, образуемое тепло – это есть потери энергии. Здесь стоит заметить, что тепла при работе двигателя внутреннего сгорания образуется с излишком, что требует внедрения серьезной системы охлаждения.

    Далее, кроме тепла, выделяемого от горения, тепло выделяется и при самой работе двигателя, ведь все его части трутся, теряя тем самым часть своей энергии.

    Подведя итог, получаем еще порядка 35-40% потерь энергии на образование тепла.

    Ну, и третья группа потерь – это потери на обслуживание дополнительного оборудования. Помпа системы охлаждения, генератор, кондиционер и пр. – все они для своей работы тоже потребляют энергию. Энергия эта берется от работы двигателя – в размере порядка 10%.

    Подведя итог, получаем, что, сжигая топливо, в реальности на «полезное» дело автомобиль затрачивает лишь четверть, а порой и вовсе пятую часть той энергии, которую вырабатывает его движок. Цифры средние, но разбежка в целом понятна.

    КПД бензинового и дизельного двигателя

    При этом стоит оговориться, что у бензиновых и дизельных машин КПД двигателя внутреннего сгорания различен: 20% против 40% (соответственно). Данный факт имеет место быть потому, что несмотря на то, что потери на обслуживание механики и нагрев планеты в бензиновых моторах и «дизелях» сопоставимы, количество сжигаемого в процессе горения топлива у дизельных двигателей выше.

    Подводя итоги и вспомнив историю появления двигателя внутреннего сгорания, когда КПД составлял немногим более 5%, можно сказать, что инженеры шагнули далеко вперед, а учитывая факт того, что 100% КПД, а по сути идеального двигателя, им вряд ли удастся добиться, можно утверждать, что современные двигатели, скорее всего, достигли своего верха возможного КПД, поэтому неудивительно, что сегодня все чаще автомобилистам предлагаются машины с гибридными двигателями и электромобили, ведь КПД движка у них (электромобилей) – для справки – порядка 90%.

    КПД ДВС Видео

    голоса
    Рейтинг статьи
  • Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector