- Поняття «КПД двигуна»
- Від чого залежить ККД
- Коефіцієнт корисної дії: дизель або бензин?
- Крутний момент і потужність
- Ефективність бензину і солярки
- Підвищення ККД двигуна
- висновки
Зміст статті
Питання про те, наскільки потужність відповідає ККД двигуна внутрішнього згоряння, цікавить практично кожного автолюбителя. В ідеалі чим вище ККД, тим ефективніше повинна бути силова система. Якщо ж переходити від теорії до практики, ККД в районі 95% спостерігається тільки у електричних двигунів. Якщо розглядати двигуни внутрішнього згоряння незалежно від типу використовуваного палива, то про ідеальні цифрах можна тільки міркувати.
Зрозуміло, ефективність сучасних двигунів істотно підвищилася, якщо порівнювати з моделями, які були випущені лише 10 років тому. Випускаються на початку 2000 років 1,5-літрові мотори були розраховані на 70 кінських сил, до цього параметру претензій не було. Сьогодні ж при аналогічному обсязі йдеться про 150 кінських силах і більш.
Виробники втрачають багато часу, сил і ресурсів, щоб повільно, але впевнено просуватися в бік збільшення ККД.
Поняття «КПД двигуна»
Спочатку розглянемо, що таке ККД і як дане поняття розглядати в аспекті автомобільного двигуна. Коефіцієнт корисної дії представлений показником, за допомогою якого відображається ефективність конкретного механізму щодо перетворення отриманої енергії в корисну роботу. Показник відображається в процентному співвідношенні.
У випадку з двигуном внутрішнього згоряння мова йде про перетворення теплової енергії, яка є продуктом згоряння палива в циліндрах двигуна. ККД в даному випадку відображає фактично реалізовану механічну роботу, яка безпосередньо залежить від того, скільки поршень отримає енергії від згорання палива. Також на даний параметр впливає підсумкова потужність, яку установка віддає на колінчастому валі.
Від чого залежить ККД
Помилково вважати, що ККД дизельного або бензинового двигуна може хоч якось наблизитися до 100%. Насправді підсумковий параметр багато в чому залежить від втрат:
- Втрати при згорянні палива варто розглядати першочергово. Все паливо, яке надходить в мотор, не може повністю згоряти, тому його частина просто відлітає в вихлопну трубу. Втрати в даному випадку становлять близько 25%.
- Теплові втрати знаходяться на другому місці за значенням. Отримання тепла неможливо без енергії. Отже, енергія втрачається при утворенні тепла. Оскільки у випадку з двигуном внутрішнього згоряння тепло утворюється з надлишком, виникає необхідність в ефективній системі охолодження. Однак тепло виділяється не тільки при згорянні палива, але також під час роботи самого мотора. Це відбувається за рахунок тертя його деталей, тому частина енергії він втрачає самостійно. На цю групу втрат припадає близько 35 - 40%.
- Остання група втрат має місце в ході обслуговування додаткового обладнання. Витрата енергії може йти на кондиціонер, генератор, помпу системи охолодження і інші установки. Втрати в даному випадку становлять 10%.
Страшно уявити, що у нас залишається, оскільки у випадку з бензиновими агрегатами це в середньому 20%, в інших не більше 5 - 7% додатково. Отже, заливаючи 10 літрів палива, які йдуть за 100 км пробігу, всього 2,5 літра йде на корисну роботу, тоді як решта 7 - 8 літрів вважаються порожніми втратами.
Коефіцієнт корисної дії: дизель або бензин?
Порівнюючи коефіцієнт корисної дії бензинового і дизельного силового агрегату, про низьку ефективність першого варто сказати відразу. ККД бензинового мотора становить всього 25 - 30%. Якщо мова йде про дизельному аналогу, показник в даному випадку становить 40%. Про 50% може йти мова при встановленому турбокомпресорі. ККД на рівні 55% допустимо за умови використання на дизельному ДВС сучасної системи паливного вприскування в поєднанні з турбіною (читайте про те, як працює турбіна ).
Незважаючи на те, що силові установки конструктивно схожі, різниця в продуктивності суттєва, на що впливає принцип освіти робочої паливно-повітряної суміші і подальша реалізація займання заряду. Також істотним фактором є вид використовуваного палива. Спритність бензинових силових агрегатів вища, якщо порівнювати з дизельними варіантами, але втрати набагато більше, оскільки корисна енергія витрачається на тепло. Як підсумок, ефективність перетворення енергії бензину в механічну роботу набагато нижче, а більша її частина просто розсіюється в атмосфері.
Крутний момент і потужність
Якщо взяти як основу однаковий показник робочого об'єму, потужність бензинового двигуна перевершує дизельний, але для її досягнення обороти повинні бути вищими. Разом зі збільшенням оборотів зростають і втрати, витрата палива підвищується. Сам крутний момент також не варто випускати з уваги, оскільки це сила, що передається на колеса від мотора, саме вона і змушує автомобіль рухатися. Таким чином, максимальний показник крутного моменту бензиновими двигунами досягається на більш високих оборотах.
Дизельний двигун з аналогічними показниками здатний на низьких оборотах досягти максимуму крутного моменту, а для реалізації корисної роботи витрачається менше солярки. Отже, ККД дизельного двигуна вище, а паливо витрачається економніше.
Якщо порівнювати з бензином, то солярка утворює тепло в більшій мірі при більш високій температурі згоряння палива. Також спостерігається більш високий параметр детонаційної стійкості.
Ефективність бензину і солярки
Знаходяться в складі дизельного палива вуглеводні більш важкі, ніж бензинові. Багато в чому менший коефіцієнт корисної дії бензинового мотора обумовлений особливостями згоряння бензинового палива і його енергетичної складової. Перетворення тепла в корисну механічну енергію в дизельному двигуні відбувається більш повноцінно, отже, спалювання однакової кількості палива за одиницю часу дозволяє дизелю виконати більше роботи.
Не варто також залишати поза увагою створення необхідних для повного згоряння суміші умов і особливості уприскування. Подача палива в дизельних моторах відбувається окремо від повітря, оскільки впорскування здійснюється безпосередньо в циліндр на завершальному етапі такту стиснення, а не у впускний колектор. Як підсумок, вдається досягти більш високої температури, а згоряння кожної порції палива відбувається максимально повноцінно.
Підвищення ККД двигуна
Паливна ефективність і ККД сучасних двигунів знаходяться на своєму максимальному рівні, оскільки всі удосконалення, які тільки могли мати місце в автомобільній інженерії, вже відбулися. Проте, виробники прагнуть підвищувати коефіцієнт корисної дії, але результат, який вони отримують, не можна порівняти з величезними ресурсами, зусиллями і часом, який витрачають для досягнення мети. Підсумком є збільшення ККД лише на 2 - 3%.
Частково саме ця ситуація стала причиною появи повноцінної індустрії так званого тюнінгу двигуна в будь-якій великій країні. Мова йде про численні напівкустарних майстерень, дрібних фірмах і окремих майстрів, які доводять традиційні мотори масових брендів для більш високих показників, як у плані тяги, так і потужності або ККД. Це може бути форсування, доробка, доведення і інші хитрощі, які визначаються, як тюнінг.
Наприклад, використовуваний вперше в 20-х роках турбонаддув повітря, який надходить в двигун, застосовується і зараз. Такий пристрій було запатентовано ще в 1905 році швейцарським інженером Альфредом Бюхи. На початку Другої світової війни спостерігалося масове впровадження систем прямого вприскування палива в циліндри поршневих моторів військової авіації. Отже, ті передові технічні хитрощі, які ми вважаємо сучасними, відомі вже більше 100 років.
висновки
Як підсумок варто нагадати про те, що інженерам вдалося зробити крок далеко вперед від перших двигунів з ККД в районі 5%. До того ж, винахід ідеального мотора з ККД під 100% поки не представляється можливим, тому сучасні силові установки знаходяться на піку своєї ефективності. Єдиний варіант для тих, хто принципово потребує двигуні з 90-процентним ККД - це покупка електромобіля або машини з гібридним двигуном.
Будь ласка, оцініть цей матеріал!
Коефіцієнт корисної дії: дизель або бензин?