Что характеризует коэффициент полезного действия двигателя

Что такое коэффициент полезного действия двигателя

Порядка 20% тратится на механические потери или, проще говоря, потери на трение внутренних частей двигателя, а также на привод дополнительного навесного оборудования, к которому относится генератор, кондиционер, помпа системы охлаждения и другие агрегаты. Как видите, причина весьма низкого КПД бензиновых агрегатов кроется в больших тепловых и механических потерях, возникающих в процессе работе установок данного типа.

Интересно, что снижение последних в ряде случаев привело к снижению надежности ДВС и эта тенденция особенно заметна в моторах последних поколений. Такие компоненты как поршни, шейки коленвалов и звенья цепей газораспределительного механизма стали компактнее, миниатюрнее. А более жидкие масла при сниженном давлении должны снизить потери на трение в подшипниках и энергетические затраты на смазку.

Потери дизельного двигателя

Противники моторов на "тяжелом топливе", не жалующие их за вибрации, шумность, особенности моментной характеристики (солидный крутящий момент доступен на низких и средних оборотах, но при этом дизели "крутятся" довольно неохотно) и, самое главное, за риск столкнуться с невозможностью запуска зимой из-за замерзшей солярки, наверняка удивятся, узнав о двукратном превосходстве в коэффициенте полезного действия перед бензиновой когортой. Объяснение этому явлению кроется в другом принципе формирования топливно-воздушной смеси и том, как именно происходит ее воспламенение.

примеров характеристик: 5 способов выявить персонажей

Переключить навигацию СЕЙЧАС РОМАН

Начни свой роман
Блог
Курсы
Коучинг
Монтаж

Начало Авторизоваться Примеры характеристик: 5 способов раскрыть персонажей

20 марта 2017 г.

4 Различия между современными и более старыми автомобильными двигателями

Вы когда-нибудь задумывались, в чем разница между старыми и новыми автомобильными двигателями? Как и в случае с любой другой технологией, как и следовало ожидать, наблюдается постепенное повышение эффективности и сложности. Как выясняется довольно много.

Несмотря на то, что основная концепция осталась относительно неизменной, современные автомобили со временем претерпели ряд небольших улучшений. В следующей статье мы сосредоточимся на 4 интересных примерах.

Давайте заглянем под капот времени, не так ли?

Если не сломано, не чините

Основные принципы самых первых автомобилей используются и сегодня. Одно из основных отличий заключается в том, что современные автомобили - это результат стремления улучшить мощность двигателей и, в конечном итоге, топливную экономичность. Отчасти это было вызвано рыночным давлением со стороны потребителей, а также более крупными рыночными силами.

Было бы полезно подумать об аналогии между волком и собакой. У них одно и то же наследие, у них схожие характеристики, но для одного из них в современном пригороде будут тяжелые времена, а для другого будет процветать.

Прежде чем мы начнем, мы дадим краткий обзор того, как работает двигатель внутреннего сгорания.

Герой раннего паровоза Александрии. Источник: Research Gate

Двигатель внутреннего сгорания, по сути, берет источник топлива, такой как бензин, смешивает его с воздухом, сжимает его и воспламеняет. Это вызывает серию небольших взрывов, которые, в свою очередь, приводят в движение поршни вверх и вниз. Эти поршни прикреплены к коленчатому валу, который преобразует возвратно-поступательное поступательное движение поршней во вращательное движение путем поворота коленчатого вала.Коленчатый вал, в свою очередь, передает это движение через трансмиссию, которая передает мощность на колеса автомобиля. Все просто, правда?

Ну, как и следовало ожидать, это намного сложнее.

Вот простое объяснение основ:

Интересно, что преобразование возвратно-поступательной силы в силу вращения не является чем-то новым. Очень ранний паровой двигатель был изобретен героем Александрии в I веке нашей эры (на фото выше).

Считается, что еще более старые устройства коленчатого вала возникли во времена династии Хань в Китае.

1. Современные двигатели более эффективны

Топливо, как бензин, не особенно эффективно. Из всей потенциальной химической энергии в нем около 14-30% превращается в энергию, которая фактически приводит в движение автомобиль. Остальное теряется из-за холостого хода, паразитных потерь, тепла и трения.

Современные двигатели прошли долгий путь, чтобы извлечь как можно больше энергии из топлива.Например, технология прямого впрыска не смешивает топливо и воздух до достижения цилиндра, как в старых двигателях. Напротив, топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры. Это дает улучшение примерно на 1% и .

Турбокомпрессоры используют выхлопные газы для питания турбины, которая нагнетает дополнительный воздух (то есть больше кислорода) в цилиндры для дальнейшего повышения эффективности до 8% . Регулируемые фазы газораспределения и отключение цилиндров дополнительно повышают эффективность, позволяя двигателю использовать столько топлива, сколько ему действительно нужно.

2. Ultimate Power

Как однажды сказал Джереми Кларксон: «Сегодня все дело в MPG, а не в MPH», или, может быть, это был не он.

Современные автомобили лучше экономят топливо, они также намного мощнее.

Например, Шевроле Малибу 1983 года выпуска имел 3,8-литровый двигатель V-6, мог выдавать л.с. Для сравнения, версия 2005 года имела 2,2-литровый рядный четырехцилиндровый двигатель мощностью 144 лошадиных силы. Не так уж и плохо.

3. Размер - это все, или нет?

Этот привод, не каламбур, для повышения эффективности двигателей также со временем уменьшился в размерах. Это не совпадение. Производители автомобилей поняли, что не нужно делать что-то большее, чтобы сделать его мощнее.

Все, что вам нужно сделать, это заставить объект работать умнее. Та же технология, которая сделала двигатели более эффективными, имела побочный эффект - они стали меньше.

Грузовики Ford F-серии - отличный тому пример.У F-150 было две версии в 2011 году. 3,5-литровый двигатель V-6 мощностью 365 лошадиных сил и 5,0-литровый V-8 мощностью 360 лошадиных сил .

Хорошо, можно сказать, но разве не было 6,2-литрового V-8 , который давал 411 лошадиных сил r? Да, но факт, что двигатель V-6 может почти конкурировать с более крупным V-8 по мощности, говорит о многом.

4. Отказ от старых

Современные двигатели также являются результатом постепенной замены механических частей на электронные.Это связано с тем, что электрические детали, как правило, менее подвержены износу, чем механические.

По сути, они также требуют менее частой настройки. Такие детали, как насосы, все чаще заменяются на их аналоговые предшественники с электронным управлением.

Карбюраторы заменены на дроссельные заслонки и электронные системы впрыска топлива. Распределители и крышки заменены на независимые катушки зажигания, управляемые ЭБУ. Кроме того, датчики более или менее контролируют все.

Вы также можете утверждать, что новые автомобили менее безопасны.

Последнее слово

Хотя на базовом уровне современные и старые автомобильные двигатели работают по одному и тому же принципу, современные двигатели со временем претерпели множество постепенных улучшений. Главной движущей силой была гонка за эффективность над мощностью. Хороший набор побочных эффектов привел к тому, что современные двигатели стали относительно более мощными и, как правило, меньше. Постоянно растущая зависимость от электронных систем управления и мониторинга постепенно заменяет аналоговые, к лучшему или к худшему.

В целом современные автомобильные двигатели более эффективны, меньше по размеру, относительно мощнее, умнее и менее подвержены неизбежным механическим сбоям. С другой стороны, ремонт и обслуживание теперь требуют более высокой квалификации и требуют много времени. Если цена за повышение эффективности - это увеличение признания сложности, судить можете только вы.

Через: Team-BHP, HowStuffWorks

Диаграмма давление-объем (pV) и как работа выполняется в ДВС - x-engineer.org

Двигатель внутреннего сгорания - это тепловой двигатель . Принцип его работы основан на изменении давления и объема внутри цилиндров двигателя. Все тепловые двигатели характеризуются диаграммой давление-объем , также известной как диаграмма pV , которая в основном показывает изменение давления в цилиндре в зависимости от его объема для полного цикла двигателя.

Кроме того, работа , производимая двигателем внутреннего сгорания, напрямую зависит от изменения давления и объема внутри цилиндра.

К концу этого руководства читатель должен уметь:

понимать значение диаграммы pV
как строится диаграмма pV для 4-тактного двигателя внутреннего сгорания
при впуске и выпуске клапаны приводятся в действие во время цикла двигателя
, когда зажигание / впрыск производится во время цикла двигателя
как работа производится двигателем внутреннего сгорания
какая разница между указанным и работа тормоза
каков механический КПД двигателя

Давайте начнем с рассмотрения pV-диаграммы четырехтактного атмосферного двигателя внутреннего сгорания.

Изображение: Диаграмма давление-объем (pV) для типичного 4-тактного ДВС

, где:

S - ход поршня
V _c - зазорный объем
V _d - смещенный (рабочий) объем
p ₀ - атмосферное давление
W - работа
ВМТ - верхняя мертвая точка
НМТ - нижняя мертвая точка
IV - впускной клапан
EV - выпускной клапан
IVO - открытие впускного клапана
IVC - закрытие впускного клапана
EVO - открытие выпускного клапана
EVC - закрытие выпускного клапана
IGN (INJ) - зажигание (впрыск)

Диаграмма давление-объем (pV) построена путем измерения давления внутри цилиндра и нанесения его значения на угол поворота коленчатого вала на полный цикл двигателя (720 °).

Давайте посмотрим, что происходит в цилиндре во время каждого хода поршня, как изменяются давление и объем внутри цилиндра.

Обратите внимание, что синхронизация впускных и выпускных клапанов имеет опережения и задержку относительно положения поршня. Например, впускной клапан открывается во время такта выпуска поршня и закрывается во время такта сжатия. В то же время, когда начинается такт впуска, выпускной клапан еще некоторое время открыт.Открытие выпускного клапана происходит до завершения рабочего хода.

ВПУСК (a-b)

Цикл двигателя начинается в точке a . Впускной клапан уже открыт, и поршень движется от ВМТ к НМТ. Объем постоянно увеличивается по мере того, как поршень перемещается по длине хода. Максимальный объем достигается, когда поршень находится в НМТ. Давление ниже атмосферного во время всего хода, потому что движение поршня создает объем, а воздух втягивается внутрь цилиндра из-за эффекта вакуума.

СЖАТИЕ (b-c)

После того, как поршень прошел НМТ, начинается такт сжатия. В этой фазе объем начинает уменьшаться, а давление увеличиваться. Требуется некоторое время, пока давление в цилиндре не превысит атмосферное, чтобы впускной клапан оставался открытым даже после прохождения поршнем НМТ. По мере того, как поршень приближается к ВМТ, давление постепенно увеличивается. Примерно за 25 ° до ВМТ запускается зажигание, и давление быстро повышается до максимального.

МОЩНОСТЬ (c-e)

После события зажигания / впрыска давление в цилиндре резко повышается, пока не достигнет максимальных значений p _max . Значение максимального давления зависит от типа двигателя, на каком топливе он используется. Для двигателя типичного легкового автомобиля максимальное давление в цилиндре может составлять около 120 бар (бензин) или 180 бар (дизель). Рабочий ход начинается, когда поршень движется от ВМТ к НМТ. Высокое давление в цилиндре толкает поршень, поэтому объем увеличивается, а давление начинает постепенно падать.

ВЫХЛОП (e-a)

После рабочего хода поршень снова находится в НМТ. Объем цилиндра снова равен максимальному значению, а давление - примерно минимальному (атмосферное давление). Поршень начинает двигаться в сторону ВМТ и выталкивает сгоревшие газы из цилиндра.

Как видите, давление и объем внутри цилиндров двигателя постоянно меняются. Мы увидим, что работа, производимая ДВС, зависит от изменений давления и объема.

Работа Вт [Дж] - это произведение силы F [Н] , которая толкает поршень, и смещения, которое в нашем случае составляет ход S [м] .

\ [W = F \ cdot S \ tag {1} \]

Мы знаем, что давление - это сила, разделенная на площадь, поэтому:

\ [F = p \ cdot A_p \ tag {2} \]

, где p [ Па] давление внутри цилиндра, а A _p [м ²] - площадь поршня.

Замена (2) в (1) дает:

\ [W = p \ cdot A_p \ cdot S \ tag {3} \]

Мы знаем, что умножая расстояние на площадь, мы получаем объем, следовательно:

\ [W = p \ cdot V \ tag {4} \]

Это мгновенная работа , произведенная в цилиндре для определенного давления и объема.Чтобы определить работу для полного цикла двигателя, нам нужно интегрировать мгновенную работу:

\ [W = \ int F \ cdot dx = \ int p \ cdot A_p \ cdot dx \ tag {5} \]

, где x - ход поршня.

Произведение между ходом поршня и площадью поршня дает дифференциальный объем dV , смещенный поршнем:

\ [dV = A_p \ cdot dx \ tag {6} \]

Замена (6) в (5 ) дает работу , произведенную в цилиндре за полный цикл :

\ [\ bbox [# FFFF9D] {W = \ int p \ cdot dV} \ tag {7} \]

Поскольку подавляющее большинство Если двигатель внутреннего сгорания имеет несколько цилиндров, мы собираемся ввести более подходящий параметр для количественной оценки работы, которым является удельная работа Вт [Дж / кг] .

\ [w = \ frac {W} {m} \ tag {8} \]

где м [кг] - масса топливовоздушной смеси внутри цилиндров за полный цикл.

Мы можем также определить удельный объем v [м ³ / кг] как:

\ [v = \ frac {V} {m} \ tag {9} \]

Производная от удельного объем будет:

\ [dv = \ frac {1} {m} \ cdot dV \ tag {10} \]

, откуда мы можем записать:

\ [dV = m \ cdot dv \ tag {11} \]

Замена (7) в (8) дает:

\ [w = \ frac {1} {m} \ int p \ cdot dV \ tag {12} \]

Из (11) и (12) мы получаем математическое выражение удельной работы для полного цикла двигателя:

\ [\ bbox [# FFFF9D] {w = \ int p \ cdot dv} \]

Работа, производимая внутри цилиндров двигателя, называется , указана удельная работа , w _i [Дж / кг] .Что мы получаем на коленчатом валу, так это удельная работа тормоза w _b [Дж / кг] . Это называется «тормозной», потому что при испытании двигателей на испытательном стенде они подключаются к тормозному устройству (гидравлическому или электрическому), которое имитирует нагрузку.

Чтобы получить работу тормоза, мы должны вычесть из указанной работы все потери двигателя. Потери связаны с внутренним трением и вспомогательными устройствами, которые требуют энергии от двигателя (масляный насос, водяной насос, нагнетатель, компрессор кондиционера, генератор и т. Д.). Эти потери имеют эквивалент удельной работы на трение w _f [Дж / кг] .

\ [w_b = w_i - w_f \]

Посмотрев на указанную выше диаграмму давление-объем (pV), мы можем увидеть, что есть две отдельные области:

верхняя область, образованная во время сжатия и рабочего хода ( + W)
нижняя область, образующаяся во время тактов выпуска и всасывания (-W), также называемая насосная работа

В зависимости от значения давления всасывания рабочая область нагнетания может быть отрицательной или положительной.Для атмосферных двигателей насосная работа отрицательна, потому что энергия двигателя используется для выталкивания выхлопных газов из цилиндров и всасывания свежего воздуха во время впуска.

Для бензиновых атмосферных двигателей из-за дросселирования всасываемого воздуха насосные потери выше и максимальны на холостом ходу. Дизельные двигатели более эффективны, чем бензиновые, потому что на впуске нет дроссельной заслонки, а нагрузка регулируется посредством впрыска топлива.

Если разделить удельный крутящий момент тормоза на указанный удельный крутящий момент, мы получим механический КПД двигателя η _m [-] :

\ [\ bbox [# FFFF9D] {\ eta_m = \ frac {w_b} {w_i}} \]

Для большинства двигателей механический КПД составляет около 80-85% при полной нагрузке (широко открытая дроссельная заслонка) и падает до нуля на холостом ходу, когда весь крутящий момент двигателя используется для поддержания холостого хода. скорость, а не движущая сила.

По любым вопросам, наблюдениям и запросам относительно этой статьи используйте форму комментариев ниже.

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

Вам полезно!