Кпд дизельного двигателя

Наверное, каждый задавался вопросом о КПД (Коэффициенте Полезного Действия) двигателя внутреннего сгорания. Ведь чем выше этот показатель, тем эффективнее работает силовой агрегат.

Самым эффективным на данный момент времени считается электрический тип, его КПД может достигать до 90 – 95 %, а вот у моторов внутреннего сгорания, будь то дизель или бензин он мягко сказать, далек от идеала …

КПД дизельного двигателя

ОГЛАВЛЕНИЕ СТАТЬИ

Если честно, то современные варианты моторов намного эффективнее своих собратьев, которые были выпущены лет так 10 назад, и причин этому масса.

Сами подумайте раньше вариант 1,6 литра, выдавал всего 60 – 70 л.с. А сейчас это значение может достигать 130 – 150 л.с.

Это кропотливая работа над увеличением КПД, в который каждый «шажок» дается методом проб и ошибок. Однако давайте начнем с определения.

КПД двигателя внутреннего сгорания – это значение отношения двух величин, мощности которая подается на коленчатый вал двигателя к мощности получаемой поршнем, за счет давления газов, которые образовались путем воспламенения топлива.

Если сказать простым языком, то это преобразование термической или тепловой энергии, которая появляется при сгорании топливной смеси (воздух и бензин) в механическую.

Нужно отметить что такое уже бывало, например у паровых силовых установок — также топливо под воздействием температуры толкало поршни агрегатов.

Однако там установки были в разы больше, да и само топливо было твердое (обычно уголь или дрова), что затрудняло его перевозку и эксплуатацию, постоянно нужно было «поддавать» в печь лопатами. Моторы внутреннего сгорания намного компактнее и легче «паровых», да и топливо намного проще хранить и перевозить.

Подробнее о потерях

Если забегать вперед, то можно уверенно сказать что КПД бензинового двигателя находится в пределах от 20 до 25 %. И на это много причин. Если взять поступающее топливо и пересчитать его на проценты, то мы как бы получаем «100% энергии», которая передается двигателю, а дальше пошли потери:

КПД дизельного двигателя

1) Топливная эффективность. Не все топливо сгорает, небольшая его часть уходит с отработанными газами, на этом уровне мы уже теряем до 25% КПД. Конечно, сейчас топливные системы улучшаются, появился инжектор, но и он далек от идеала.

2) Второе это тепловые потери. Двигатель прогревает себя и множество других элементов, такие как радиаторы, свой корпус, жидкость которая в нем циркулирует. Также часть тепла уходит с выхлопными газами. На все это еще до 35% потери КПД.

3) Третье это механические потери. НА всякого рода поршни, шатуны, кольца – все места, где есть трение. Сюда можно отнести и потери от нагрузки генератора, например чем больше электричества вырабатывает генератор, тем сильнее он тормозит вращение коленвала.  Конечно, смазки также шагнули вперед, но опять же полностью трение еще никому не удалось победить – потери еще 20 %

Таким образом, в сухом остатке, КПД равняется около 20%! Конечно из бензиновых вариантов есть выделяющиеся варианты, у которых этот показатель увеличен до 25%, но их не так много.

КПД дизельного двигателя

  • ТО есть если ваш автомобиль расходует топлива 10 литров на 100 км, то из них всего 2 литра уйдут непосредственно на работу, а остальные это потери!
  • Конечно можно увеличить мощность, например за счет расточки головки, смотрим небольшое видео.
  • Если вспомнить формулу то получается:

КПД дизельного двигателя

У какого двигателя самый большой КПД?

  1. Теперь хочу поговорить о бензиновом и дизельном вариантах, и выяснить кто же из них наиболее эффективный.

  2. Если сказать простыми, языком и не лезть в дебри технических терминов то – если сравнить два КПД бензинового и дизельного агрегатов – эффективнее из них, конечно же дизель и вот почему:
  3. 1) Бензиновый двигатель преобразует только 25 % энергии в механическую, а вот дизельный около 40%.

  4. 2) Если оснастить дизельный тип турбонаддувом, то можно достигнуть КПД в 50-53%, а это очень существенно.

КПД дизельного двигателя

Так почему он так эффективен? Все просто — не смотря на схожей тип работы (и тот и другой являются агрегатами внутреннего сгорания) дизель выполняет свою работу намного эффективнее. У него большее сжатие, да и топливо воспламеняется от другого принципа. Он меньше нагревается, а значит происходит экономия на охлаждении, у него меньше клапанов (экономия на трении), также у него нет, привычных нам, катушек зажигания и свечей, а значит не требуется дополнительные энергетические затраты от генератора. Работает он с меньшими оборотами, не нужно бешено раскручивать коленвал —  все это делает дизельный вариант чемпионом по КПД.

О топливной эффективности дизеля

ИЗ более высокого значения коэффициента полезного действия – следует и топливная эффективность. Так, например двигатель 1,6 литра может расходовать по городу всего 3 – 5 литров, в отличие от бензинового типа, где расход 7 – 12 литров.

У дизеля намного больше крутящий момент, сам двигатель зачастую компактнее и легче, а так же в последнее время и экологичнее.

Все эти положительные моменты, достигаются благодаря большему значению степени сжатия, есть прямая зависимость КПД и сжатия, смотрим небольшую табличку.

КПД дизельного двигателя

  • Однако не смотря на все плюсы у него также много и минусов.
  • Как становится понятно, КПД двигателя внутреннего сгорания далек от идеала, поэтому будущее однозначно за электрическими вариантами – осталось только найти эффективные аккумуляторы, которые не боятся мороза и долго держат заряд.
  • На этом заканчиваю, читайте наш АВТОБЛОГ.

(25

Источник: http://avto-blogger.ru/texchast/kpd-dvigatelya-vnutrennego-sgoraniya.html

Кпд двигателя внутреннего сгорания:3 фактора, влияющих на мощность

КПД дизельного двигателя

Вопрос о том, насколько мощность соответствует КПД двигателя внутреннего сгорания, интересует практически каждого автолюбителя. В идеале чем выше КПД, тем эффективнее должна быть силовая система. Если же переходить от теории к практике, КПД в районе 95 % наблюдается только у электрических двигателей. Если рассматривать двигатели внутреннего сгорания вне зависимости от типа используемого топлива, то об идеальных цифрах можно только рассуждать.

КПД дизельного двигателя

Разумеется, эффективность современных двигателей существенно повысилась, если сравнивать с моделями, которые были выпущены всего 10 лет назад. Выпускаемые в начале 2000 годов 1,5-литровые моторы были рассчитаны на 70 лошадиных сил, к данному параметру претензий не было. Сегодня же при аналогичном объёме речь идет о 150 лошадиных силах и более.

Производители теряют много времени, сил и ресурсов, чтобы медленно, но уверенно продвигаться в сторону увеличения КПД.

Изначально рассмотрим, что такое КПД и как данное понятие рассматривать в аспекте автомобильного двигателя. Коэффициент полезного действия представлен показателем, с помощью которого отображается эффективность конкретного механизма относительно превращения полученной энергии в полезную работу. Показатель отображается в процентном соотношении.

В случае с двигателем внутреннего сгорания речь идет о преобразовании тепловой энергии, которая является продуктом сгорания топлива в цилиндрах мотора.

КПД в данном случае отображает фактически реализуемую механическую работу, которая напрямую зависит от того, сколько поршень получит энергии от сгорания топлива.

Также на данный параметр влияет итоговая мощность, которую установка отдаёт на коленчатом вале.

От чего зависит КПД

Ошибочно полагать, что КПД дизельного или бензинового двигателя может хоть как-то приблизиться к 100 %. На самом деле итоговый параметр во многом зависит от потерь:

  1. Потери при сгорании топлива стоит рассматривать первостепенно. Всё топливо, которое поступает в мотор, не может полностью сгорать, поэтому его часть просто улетает в выхлопную трубу. Потери в данном случае составляют около 25 %.
  2. Тепловые потери находятся на втором месте по значению. Получение тепла невозможно без энергии. Следовательно, энергия теряется при образовании тепла. Поскольку в случае с двигателем внутреннего сгорания тепло образуется с избытком, возникает необходимость в эффективной системе охлаждения. Однако тепло выделяется не только при сгорании топлива, но также во время работы самого мотора. Это происходит за счёт трения его деталей, поэтому часть энергии он теряет самостоятельно. На эту группу потерь приходится около 35 — 40 %.
  3. Последняя группа потерь имеет место в ходе обслуживания дополнительного оборудования. Расход энергии может идти на кондиционер, генератор, помпу системы охлаждения и прочие установки. Потери в данном случае составляют 10 %.

КПД дизельного двигателя

Страшно представить, что у нас остаётся, поскольку в случае с бензиновыми агрегатами это в среднем 20 %, в иных не более 5 — 7 % дополнительно. Следовательно, заливая 10 литров топлива, которые уходят за 100 км пробега, всего 2,5 литра уходит на полезную работу, тогда как остальные 7 — 8 литров считаются пустыми потерями.

Коэффициент полезного действия: дизель или бензин?

Сравнивая коэффициент полезного действия бензинового и дизельного силового агрегата, о низкой эффективности первого стоит сказать сразу. КПД бензинового мотора составляет всего 25 — 30 %.

Если речь идет о дизельном аналоге, показатель в данном случае составляет 40 %. О 50 % может идти речь при установленном турбокомпрессоре.

КПД на уровне 55 % допустим при условии использования на дизельном ДВС современной системы топливного впрыска в сочетании с турбиной (читайте о том, как работает турбина).

Несмотря на то, что силовые установки конструктивно похожи, разница в производительности существенная, на что влияет принцип образования рабочей топливно-воздушной смеси и дальнейшая реализация воспламенения заряда. Также существенным фактором является вид используемого топлива.

Оборотистость бензиновых силовых агрегатов более высока, если сравнивать с дизельными вариантами, но потери намного больше, поскольку полезная энергия расходуется на тепло.

Как итог, эффективность преобразования энергии бензина в механическую работу намного ниже, а большая её часть просто рассеивается в атмосфере.

Крутящий момент и мощность

Если взять как основу одинаковый показатель рабочего объёма, мощность бензинового двигателя превосходит дизельный, но для её достижения обороты должны быть более высокими. Вместе с увеличением оборотов возрастают и потери, расход топлива повышается.

Сам крутящий момент также не стоит упускать из виду, поскольку это сила, передающаяся на колёса от мотора, именно она и заставляет автомобиль двигаться.

Таким образом, максимальный показатель крутящего момента бензиновыми двигателями достигается на более высоких оборотах.

Дизельный двигатель с аналогичными показателями способен на низких оборотах достичь максимума крутящего момента, а для реализации полезной работы расходуется меньше солярки. Следовательно, КПД дизельного двигателя выше, а топливо расходуется более экономно.

Если сравнивать с бензином, то солярка образует тепло в большей степени при более высокой температуре сгорания топлива. Также наблюдается более высокий параметр детонационной стойкости.

Эффективность бензина и солярки

Находящиеся в составе дизельного топлива углеводороды более тяжёлые, чем бензиновые.

Во многом меньший коэффициент полезного действия бензинового мотора обусловлен особенностями сгорания бензинового топлива и его энергетической составляющей.

Преобразование тепла в полезную механическую энергию в дизельном двигателе происходит более полноценно, следовательно, сжигание одинакового количества топлива за единицу времени позволяет дизелю выполнить больше работы.

Не стоит также упускать из виду создание необходимых для полного сгорания смеси условий и особенности впрыска.

Подача топлива в дизельных моторах происходит отдельно от воздуха, поскольку впрыскивание осуществляется непосредственно в цилиндр на завершающем этапе такта сжатия, а не во впускной коллектор.

Читайте также:  Рабочий цикл двигателя: что это такое

Как итог, удаётся достичь более высокой температуры, а сгорание каждой порции топлива происходит максимально полноценно.

Повышение КПД двигателя

Топливная эффективность и КПД современных двигателей находятся на своём максимальном уровне, поскольку все усовершенствования, которые только могли иметь место в автомобильной инженерии, уже произошли.

Тем не менее, производители стремятся повышать коэффициент полезного действия, но результат, который они получают, никак не сопоставим с огромными ресурсами, усилиями и временем, которое тратят для достижения цели.

Итогом является увеличение КПД лишь на 2 — 3 %.

Частично именно эта ситуация стала причиной появления полноценной индустрии так называемого тюнинга двигателя в любой крупной стране.

Речь идёт о многочисленных полукустарных мастерских, мелких фирмах и отдельных мастерах, которые доводят традиционные моторы массовых брендов для более высоких показателей, как в плане тяги, так и мощности или КПД.

Это может быть форсирование, доработка, доводка и другие ухищрения, определяемые, как тюнинг.

Например, используемый впервые в 20-х годах турбонаддув воздуха, который поступает в двигатель, применяется и сейчас. Такое устройство было запатентовано ещё в 1905 году швейцарским инженером Альфредом Бюхи.

В начале Второй мировой войны наблюдалось массовое внедрение систем прямого впрыска топлива в цилиндры поршневых моторов военной авиации.

Следовательно, те передовые технические ухищрения, которые мы считаем современными, известны уже более 100 лет.

КПД дизельного двигателя

Выводы

В качестве итога стоит напомнить о том, что инженерам удалось шагнуть далеко вперёд от первых двигателей с КПД в районе 5 %.

К тому же, изобретение идеального мотора с КПД под 100 % пока не представляется возможным, поэтому современные силовые установки находятся на пике своей эффективности.

Единственный вариант для тех, кто принципиально нуждается в двигателе с 90-процентным КПД — это покупка электромобиля или машины с гибридным двигателем.

Пожалуйста, оцените этот материал!

(5

Источник: https://motorsguide.ru/system/kpd-dvigatelya

Кпд двигателя: бензиновый, дизельный

КПД двигателя внутреннего сгорания означает значение соотношение двух величин: мощность, подающаяся в процессе функционирования мотора на коленчатый вал к мощности, которая получается поршнем посредством давления газов, образовавшихся при воспламенении топлива. Проще говоря, это преобразование тепловой или термической энергии, которая образуется при сгорании топливной смеси (бензин и воздух) в механическую.

На эффективность КПД двигателя влияют совокупность различных механических потерь, возникающих на разных стадиях функционирования, а также движение отдельных деталей двигателя, вызывающих трение. Эти детали вызывают наибольшие потери, составляющие примерно 70 % от их общего количества.

К ним частям относятся поршни, поршневые кольца, подшипники. Помимо этого, потери возникают от функционирования таких механизмов, как магнето, насосы и пр., которые могут достигать до 20%.

Наименьшую часть потерь составляют сопротивления, возникающие в процессе впуска/выпуска в топливной системе.

Сравнение КПД двигателей – бензин и дизель

КПД дизельного двигателя

Если сравнить КПД дизельного и бензинового моторов – эффективнее из них, конечно, дизель, причина в следующем:

  1. Бензиновый агрегат преобразует лишь 25 % энергии в механическую, в то же время дизельный до 40%.
  2. Дизельный двигатель, оснащенный турбонаддувом, достигнет 50-53% КПД, а это уже существенно.

Так в чем заключается эффективность дизельного мотора? Все очень просто – не смотря на практически идентичный тип работы (оба мотора являются ДВС) дизель функционирует намного эффективнее. Топливо у него воспламеняется совсем по другому принципу, а также у него большее сжатие.

Дизель меньше нагревается, соответственно, происходит экономия на охлаждении, так же у него меньше клапанов (значительная экономия на трении). Кроме этого, у такого агрегата нет свечей, катушек, а значит, нет и энергетических затрат от генератора.

Функционирует дизельный двигатель с меньшими оборотами (коленвал не приходится раскручивать). Все это его делает чемпионом по КПД.

Кпд дизельного двигателя – заметная эффективность

КПД дизельного двигателя

Показатель КПД для разных двигателей отличается и зависит от некоторых факторов. Бензиновые агрегаты имеют относительно низкий КПД, поскольку для них характерно большое количество тепловых и механических потерь, образующихся в процессе функционирования силовой установки данного типа.

Второй фактор – трение, возникающее в результате взаимодействия сопряженных деталей. Дополнительные потери вызваны работой других систем, механизмов и навесного оборудования и т.д.

Если сравнить дизельный мотор и бензиновый, то КПД дизеля значительно превышает КПД бензиновой установки. Бензиновые моторы имеют КПД в пределах 25% от количества полученной энергии.

Иными словами, из потраченных в процессе функционирования мотора двигателя 10 л бензина только 3 л израсходованы на выполнение полезной для системы работы.

Остальная часть энергии, образовавшаяся от сгорания бензина, разошлась на различные потери.

Что касается КПД дизельного агрегата атмосферного, то этот показатель достаточно высокий и составляет до 40%. Установка современного турбокомпрессора позволяет эту отметку увеличить до внушительных 50%. Современные системы топливного впрыска, установленные на дизельных ДВС, в совокупности с турбиной позволяют добиться КПД даже 55%.

Такая существенная разница в производительности конструктивно похожих дизельных и бензиновых ДВС обусловлена рядом факторов, к ним относятся:

  • Вид топлива.
  • Способ образования топливно-воздушной смеси.
  • Реализация воспламенения заряда.

Агрегаты, работающие на бензине, более оборотистые, чем дизельные, но имеют более существенные потери, которые вызваны расходом энергии на тепло. Соответственно, полезная энергия бензина менее эффективно преобразуется в полноценную механическую работу, в то же время большая доля рассеивается системой охлаждения.

Мощность и крутящий момент

КПД дизельного двигателя

Когда показатели рабочего объема одинаковые, мощность атмосферного бензинового двигателя выше, но достигается только при более высоких оборотах. Агрегат нужно сильнее «крутить», при этом потери возрастают, соответственно увеличивается расход топлива. Кроме этого, стоит упомянуть крутящий момент, под воздействием которого повышается сила, которая передается от двигателя на колеса и способствует движению автомобиля. Бензиновые двигатели выходят на максимальный уровень крутящего момента лишь высоких оборотах.

Атмосферный дизель с такими же параметрами достигает пика крутящего момента лишь при низких оборотах. Это способствует меньшему расходу топлива, необходимого для выполнения работы, в результате чего, КПД более высокий и топливо расходуется экономнее.

В равнении с бензином, дизельное топливо образует больше тепла, так как температура сгорания дизтоплива значительно выше, что способствует более высокой детонационной стойкости. Получается, у дизельного мотора полезная работа, произведенная на конкретном количестве топлива гораздо больше.

Энергетическая ценность солярки и бензина

В состав солярки входит больше тяжелых углеводородов, нежели в бензин. Меньший КПД такого мотора сравнительно с дизельным агрегатом обусловлен энергетической составляющей бензина и способом его сгорания.

При сгорании равного количества бензина и солярки большее количество тепла характерно для бензина. Тепло в дизельном агрегате более полноценно преобразуется в механическую энергию.

Соответственно, при сжигании равного количества топлива за определенное количество времени именно дизельный мотор выполнит больше работы.

Помимо этого, нужно учитывать особенности впрыска и условия, способствующие качественному сгоранию смеси. В дизельный агрегат топливо поступает отдельно от воздуха и впрыскивается напрямую цилиндр в конце сжатия, минуя впускной коллектор. Результатом этого процесса становится температура, более высокая, чем у бензинового мотора и максимальное сгорание топливно-воздушной смеси.

Подробнее о потерях

Если сравнивать бензиновый и дизельный и ДВС, можно сказать что КПД бензинового мотора находится на более низком уровне – в пределах 20-25 %. Это обусловлено рядом причин. Если, к примеру, взять поступающее в ДВС топливо и «перевести» его в проценты, то получится как бы «100% энергии», которая передается мотору, а дальше, потери КПД:

  1. Топливная эффективность. Далеко не все потребляемое топливо сгорает, его большая часть уходит с отработанными газами. Потери на этом уровне составляют до 25% КПД. Сегодня, конечно, топливные системы усовершенствуются, появился инжектор, но и это не решает проблему на 100%.
  2. Второе – это тепловые потери. Часть тепла уходит из ДВС с выхлопными газами, кроме этого, мотор прогревает себя и ряд других элементов: свой корпус, жидкость в ДВС, радиатор. На все это приходится еще в пределах 35%.
  3. Третье, на что расходуется КПД – это механические потери. К ним относятся составляющие силового агрегата, где есть трение: шатуны, кольца, всякого рода поршни и т.д. Также сюда можно отнести потери, обусловленные нагрузкой от генератора, к примеру, чем больше электричества он вырабатывает, тем сильнее он притормаживает вращение коленвала. Конечно, различные смазки для ДВС играют свою роль, но все-таки полностью проблему трения они не решают, а это еще дополнительные потери до 20 % КПД.

Таким образом, в остатке КПД не более 20%. Сегодня существует бензиновые варианты, у которых показатель КПД несколько увеличен – до 25%, но, к сожалению, их не так много. К примеру, если автомобиль расходует 10 л топлива на 100 км, то всего лишь 2 л уйдут на работу двигателя, а все остальные – это потери.

Конечно, есть вариант увеличить мощность за счет расточки головки, но к нему прибегают довольно редко, поскольку это вносит определенные изменения в конструкцию ДВС.

Конструкторы постоянно стремятся увеличить КПД как бензинового, так и дизельного агрегатов.

Увеличение количества выпускных/впускных клапанов, управление топливным впрыском (электронное), дроссельная заслонка, активное использование систем изменения фаз газораспределения и другие эффективные решения позволяют значительно повысить КПД. Конечно, в большей степени это относится к дизельным установкам.

С помощью таких усовершенствований современный дизель способен практически полностью сжечь дизтопливо в цилиндре, выдав максимальный показатель крутящего момента.

Именно низкие обороты означают незначительные потери во время трения и возникающее в результате этого сопротивление.

По этой причине дизельный двигатель является одним из производительных и экономичных, КПД которого довольно часто превышает отметку в 50%.

Источник: https://jrepair.ru/interesnoe-na-jrepair-ru/agregats/kpd-dvigatelya-benzinovyj-dizelnyj

Кпд двигателя- отличия бензинового и дизельного двигателя

Известно, что эффективность работы автомобильного двигателя внутреннего сгорания находится в прямой зависимости от величины коэффициента полезного действия.

КПД двигателя выражается в виде соотношения мощностей, передаваемых на коленвал и поршни. Современные ДВС отличаются наибольшей эффективность, в сравнении с устаревшими аналогами. Например, мотор объемом 1,6 л.

, раньше развивал мощность не более 70 лошадиных сил, а теперь этот параметр часто достигает 150 л. с.

Кпд парового двигателя

Для приведения в действие силового агрегата необходимо преобразовать тепловую энергию, появляющуюся при сжигании топливовоздушной смеси, в механическую.

Раньше применялись паровые двигатели, в которых сгорало твердое топливо (уголь, дрова), поршни приходили в движение под воздействием расширяющегося пара.

Читайте также:  Можно ли буксировать автомобиль с коробкой робот

Размеры таких силовых установок были в несколько раз больше по габаритам, чем современные двигатели, работающие на топливе другого вида.

В паровых машинах поршневого типа КПД не превышает значения 10%. В настоящее время такие устройства почти не применяются, т. к. считается, что не существует кардинальных способов увеличить их коэффициент полезного действия.

КПД дизельного двигателя

С целью увеличения данного показателя, применяют источники тепла, обладающие наименьшей стоимостью. Например, на больших ТЭЦ используется атомная энергия.

Вдобавок, применяются современные технологии, при которых отработанное тепло не уходит бесполезно в атмосферу, а используется для отопительных систем в многоквартирных домах. Потери здесь составляют не больше 10 процентов.

Современные паровые турбины обладают коэффициентом КПД, равным 50 – 60%.

Интересно: В развитых странах Европы (Швейцарии, Австрии) большой популярностью пользуются паровозы. Их используют в качестве туристического транспорта для перевозки пассажиров по горным дорогам. Благодаря многочисленным усовершенствованиям, экономические показатели паровозов часто соперничают как с электровозами, так и тепловозами.

Чем отличаются КПД бензинового и дизельного двигателя

В отличие от паровых механизмов, топливом для двигателей внутреннего сгорания служит бензин или солярка. Двигатели внутреннего сгорания бензиновый и дизельный имеют схожие конструкции. Однако образование топливовоздушных смесей у них происходит по-разному.

…  Стук в двигателе- Причины и последствия

В карбюраторном агрегате элементы поршневой группы функционируют при сверхвысоких температурах. Соответственно, они нуждаются в более качественном охлаждении. При этом наблюдается большой расход тепловой энергии. Вследствие неэффективного рассеивания тепла в окружающей среде, понижается коэффициент полезного действия бензинового силового агрегата.

  • КПД бензинового двигателя равняется 25-30 %;
  • дизельного – 40 %;
  • с установкой турбонаддува достигает 50 процентов соответственно.

Роторно-поршневые тепловые двигатели обладают высоким КПД, его значение превышает 40%. Это намного выше бензиновых аналогов, но немного отстает от дизельных моторов.

Турбореактивные самолетные двигатели работают совершенно по другому принципу, который существенно отличается от автомобильных ДВС. Благодаря сравнительно высокому КПД, они пользуются большой популярностью в авиастроении. Чаще всего турбореактивные агрегаты устанавливаются на крупных лайнерах большой грузоподъемности.

Как написано в учебниках физики, чтобы найти КПД двигателя, нужно разделить значение выполненной работы на величину затраченной энергии. При расчете коэффициента полезного действия ДВС полезная работа делится на количество тепла, полученного при сгорании топлива.

КПД дизельного двигателя

Основные потери КПД в двигателях внутреннего сгорания происходят при:

  1. Неполном сгорании топлива в цилиндрах.
  2. Расходе тепла.
  3. Механических потерях.

При неполном сгорании эффективность снижается за счет выхода четвертой части объема топлива с отработавшими газами. Здесь потери КПД двигателя составляют почти 25%. Благодаря появлению инжекторов, работа топливных систем становится более эффективной, но не идеальной.

Часть тепловой энергии уходит на прогрев корпусных деталей двигателя, рабочих узлов, моторного масла, радиатора и пр. Тепло также уходит с выхлопными газами. На данном этапе потери КПД составляют не меньше 35 процентов.

Несмотря на смазывание трущихся поверхностей, энергия расходуется на преодоление сил трения. Это происходит при сопряжении таких элементов, как шатуны, цилиндры, поршни, маслосъемные, компрессионные кольца и т. д. При вырабатывании электричества генератор тоже отбирает немалую долю энергии двигателя. В результате механических потерь, КПД ДВС снижается еще на 20%.

КПД двигателя рассчитывается по специальным формулам, в которых участвуют показатели работы, энергии и потерь.

Интересно: Существуют некоторые методы повышения КПД бензиновых двигателей внутреннего сгорания:

  1. Цилиндры оснащаются двумя впускными, а также двумя выпускными клапанами, вместо привычных конструкций в одном экземпляре.
  2. Свечи зажигания комплектуются отдельными катушками зажигания.
  3. Вместо обыкновенного тросика управления дроссельной заслонкой, используется электрический привод.

От чего зависит КПД дизельного двигателя

Если сравнивать эффективность бензинового и дизельного моторов, выяснится, что второй обладает лучшими показателями:

  • замечено, что, бензиновые двигатели преобразуют только одну четвертую часть использованной энергии в механическую работу;
  • в то время, как дизельные – 40% соответственно;
  • при установке турбонаддува в дизеле, КПД газотурбинного двигателя возрастает до 50 и более процентов.

Конструкция и принцип работы дизелей способствуют наибольшей эффективности в сравнении с карбюраторными двигателями. Причины лучшего КПД дизельного двигателя:

  1. Более высокий показатель степени сжатия.
  2. Воспламенение топлива происходит по другому принципу.
  3. Корпусные детали нагреваются меньше.
  4. Благодаря меньшему количеству клапанов, снижены расходы энергии на преодоление сил трения.
  5. В конструкции дизеля отсутствуют привычные свечи, катушки зажигания, на которые требуется дополнительная энергия от электрогенератора.
  6. Коленчатый вал дизеля раскручивается с меньшими оборотами.

В сравнении с дизелями, электрические двигатели считаются более эффективными. Двигатель с самым большим КПД – это электрический. При создании более долговечных аккумуляторных батарей, которым не страшны морозы, автомобильная промышленность постепенно перейдет на выпуск электромобилей в больших количествах.

Кпд реактивного двигателя

Воздушно-реактивный тепловой мотор работает на химической энергии топливного состава. Его мощность расходуется на создание кинетической энергии ракеты и преодоление атмосферного сопротивления.

Коэффициент полезного действия таких агрегатов минимальный, по своему значению он является самым маленьким, его значение не превышает даже 1%.

Здесь более корректно обсуждать КПД не двигателя, а ракетного топлива, а также, насколько эффективно оно используется.

…  Защита картера двигателя

КПД дизельного двигателя

Резюме

При производстве современных двигателей внутреннего сгорания заводы-изготовители вкладывают большие средства в погоне за повышением КПД своей продукции хотя бы на несколько процентов. С этой целью, инженеры усовершенствуют и усложняют конструкции моторов, используют новые материалы для изготовления отдельных элементов.

Иногда случается, что финансовые затраты разработчиков нецелесообразны, в сравнении с полученным результатом в 2 – 3%. Поэтому бывает выгоднее подвергать стандартные двигатели различным форсированиям, доводкам, доработкам при помощи тюнинговых усовершенствований в небольших ремонтных мастерских. В результате чего увеличивается мощность и прочие тяговые характеристики силовых агрегатов.

Источник: https://motoran.ru/interesnoe/kpd-dvigatelya-otlichiya-benzinovogo-i-dizelnogo-dvigatelya

Что такое коэффициент полезного действия двигателя

Начнем с определения. Коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания – характеристика, которая свидетельствует об эффективности агрегата. Это отношение полезной энергии к полной затраченной в процентном отношении. Другими словами, речь идет о результате преобразования тепловой энергии, получаемой при сгорании топливно-воздушной смеси, в механическую. Казалось бы, КПД должен быть высоким! Не зря же производители почти повсеместно внедрили непосредственный впрыск топлива, турбонагнетатели и выжимают солидную мощность из сравнительно компактных установок? Для сравнения, в недалеком прошлом атмосферные 2,0-литровые агрегаты развивали 140-150 л.с., а сейчас подобной отдачей могут похвастаться двигатели объемом 1,5 л, но с наддувом.

Тем удивительнее то, что данный параметр для бензиновых агрегатов со всеми их высокотехнологичными ухищрениями равен… 20-25%.

Львиная доля энергии, полученная при сгорании топлива, расходуется непосредственно на потери и лишь малая часть непосредственно на полезную работу двигателя внутреннего сгорания.

У дизельных моторов картина не в пример лучше коэффициент полезного действия атмосферных моторов находится на уровне 40% и достигает 50% и более при наличии турбонагнетателя, который используется повсеместно и превращает ДВС более эффективную установку.

Существует целый ряд причин, почему коэффициент полезного действия ДВС находится на столь невысоком уровне.

В случае с бензиновыми агрегатами примерно 25% потерь КПД приходится на топливную эффективность из-за того, что топливно-воздушная смесь сгорает не полностью.

На тепловые потери расходуется около 35% – огромное количество тепла, которое выделяет двигатель и есть те самые потери энергии, поскольку для получения тепла требуется энергия.

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.

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.

У дизельного агрегата нет свечей зажигания, а смесь воспламеняется при очень высокой степени сжатия, которая позволяет превзойти по КПД бензиновые агрегаты.

Сперва в камеру сгорания подается воздух, а затем в самом конце такта сжатия происходит впрыск топлива – смесь горит при более высокой температуре и максимально полноценно.

Таким образом, у дизельного ДВС заметно меньше расход топлива при существенно более высоком значении крутящего момента и это считается одним из ключевых преимуществ агрегатов данного типа.

Следует отметить, что причина сравнительно низкого коэффициента полезного действия бензиновых моторов и, соответственно, более высокого значения, демонстрируемого дизельными двигателями внутреннего сгорания, кроется также в видах топлива и их энергетической составляющей. Процесс горения солярки, которая состоит из более тяжелых углеводородов, сопровождается большим количеством выделяемого тепла, эффективнее преобразующегося в механическую работу.

И, конечно, возникает вопрос, существует ли идеальный агрегат, демонстрирующий если не стопроцентный коэффициент полезного действия, то как минимум приближающийся к этой величине? Ответ положительный – столь высокой эффективностью может похвастаться электрический мотор, КПД которого доходит до 90-95%. Экологически чистые силовые установки активно пробивают себе дорогу в будущее и это касается не только автомобильной, но и мотоциклетной промышленности.

Источник: https://autorambler.ru/advice/chto-takoe-koefficient-poleznogo-deistviya-dvigatelya.htm

История дизельных двигателей. Часть 1

История двигателей внутреннего сгорания начинается чуть более, чем 100 лет назад. Речь этом цикле статей пойдет об одном из типов ДВС — семействе дизельных и т.н.

полудизельных двигателей, работающих на нефти и керосине. Поговорим также и о том, какой путь предпочли российские промышленники в развитии дизелей, т.к.

еще на заре двигателестроения в 19 веке развитие нефтяных двигателей  пошло разными путями — простым и сложным..

Внизу двигательной технологической  пирамиды находились простейшие нефтяные двигатели —  малопроизводительные, но неприхотливые, всеядные и дешевые. Их называют «полудизельными», хотя начало свое они берут не от немца Рудольфа Дизеля, а от англичанина Герберта Акройда Стюарта.

  К слову, этот англичанин на несколько лет раньше Дизеля собрал и успешно запустил другой двигатель, который позже конструктивно и повторил Дизель, и который сейчас называется дизельным.

Читайте также:  Когда делать капремонт двигателя автомобиля: что нужно учитывать

Но, в отличие от немцев, поставивших на Дизеля, англичане решили, что производить двигатель Дизеля слишком невыгодно из-за чрезмерной сложности в изготовлении и забросили проект, сосредоточившись на простых, народных «нефтянках». О них пойдет речь в статье «Часть 2. Полудизеля».

Имея малую степень сжатия, «нефтянки» были нетребовательны к производственным допускам, не нуждались в квалифицированном обслуживании, легко ремонтировались в любой сельской мастерской.

Выгоды простого пути были очевидны: сравнительно недорогие в производстве, обслуживании и ремонте, т.н.

«полудизельные» двигатели прекрасно подходили для фермерских хозяйств, кустарных мастерских и мелких производств.

Но все же технологическая вершина двигателестроения последнего десятилетия 19 века — это двигатели конструкции Дизеля, выпускать которые могли далеко не все крупные машиностроительные предприятия Европы.

Требования к точности деталей, прочности, жаростойкости материалов в производстве двигателей Дизеля были столь высоки, что вплоть до Первой мировой войны раздавались голоса сомневающихся в целесообразности их дальнейшего развития.

Настоящие дизельные двигатели. Немецкий Дизель

Теоретическая концепция дизельного двигателя была разработана Рудольфом Дизелем в 1890 году, когда он отказался от создания аммиачного двигателя, идею которого прорабатывал, работая на холодильной фабрике.

Он тогда написал: » Нужно вместо аммиака взять сжатый горячий воздух, впрыснуть в него топливо и одновременно со сгоранием расширить его так, чтобы как можно больше тепла использовать для полезной работы».

Рудольф Дизель

В 1892 году Рудольф Дизель получает немецкий патент на поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу воспламенения топлива от соприкосновения со сжатым разогретым воздухом. Проект двигателя был пока еще только на бумаге.

Поначалу изобретатель предполагал, что топливом для двигателя послужит угольная пыль, работать он будет в соответствии с циклом Карно, без рубашки водяного охлаждения для сохранения тепла, а давление сжатия будет 250 атмосфер.

Впоследствии, однако, в созданном Дизелем двигателе ничего не соответствовало вышеперечисленному.

В том же 1892 году Дизель также получает английский патент № 1892 от Патентной библиотеки Лондона на «Двигатель с компрессионным зажиганием». В описании патента было написано: «Сжатие в цилиндре воздуха или иного другого инертного газа до степени, обеспечивающей увеличение температуры сжатого газа значительно выше момента воспламенения топлива, не зависимо от типа используемого топлива».

 В 1892 году Рудольф Дизель обращается к руководству Аугсбургского завода (предшественнику МАНа) за помощью в строительстве нового двигателя.

Генрих фон Буза, возглавлявший завод, первоначально отклонил запрос Дизеля. В повторном письме Дизель представил более точные расчеты. Наконец, 20 апреля 1892 г.

Буз затем выразил готовность построить экспериментальный двигатель, не давая, впрочем, никаких гарантий.

Первый опытный двигатель Дизеля

В первом двигателе, построенном Аугсбургским заводом, не удалось достичь удовлетворительной работы ни на угольной пыли, ни на аммиаке.

В поисках подходящего топлива Дизель решает попробовать и бензин. 10 августа 1893 года в цеху раздается оглушительный взрыв, впрочем, почти не повредивший двигатель.

Сделали второй опытный образец, работающий на керосине. На этот раз двигатель проработал около минуты, что было огромным достижением. Дизель говорил: «Первый двигатель не работает, второй работает несовершенно, третий будет хорош!».

Наконец, с учетом всех ошибок, в начале 1895 года был собран третий, вполне рабочий опытный образец, содержащий уже все базовые узлы современных дизельных двигателей. КПД первого рабочего двигателя было ошеломляющим: 26% — вдвое больше, чем у паровой машины.

Появилось водяное охлаждение, а подача жидкого топлива в цилиндр и его распыление производилось при помощи сжатого воздуха.

  Для этого использовался компрессор, который в специальном ресивере поддерживал давление воздуха, превышавшее максимальное значение давления в цилиндре.

Для своей работы компрессор требовал отбора большой мощности, занимал большой объём, был технически сложен и ненадёжен. Что, однако,не мешало использовать этот принцип впрыска топлива до 1910 года. Сжатый компрессором воздух также использовался для запуска двигателя.

Принцип работы двигателя заключался в следующем: в цилиндр всасывался воздух, затем сжимался, нагреваясь при этом до температуры около 600°С.

Затем через форсунку сжатым воздухом под более высоким, чем в цилиндре, давлением начинало вводиться жидкое топливо — керосин.

Попадая в среду разогретого воздуха, топливо самовоспламенялось, и на остальной части хода поршня происходило расширение продуктов сгорания. За последний ход поршня осуществлялся выпуск отработавших продуктов сгорания.

Очевидные преимущества двигателя такие:

1) при установке этот двигатель требует мало места2)  безопасен в пожарном отношении3) легко пускается в ход, за 2-3 минуты4) работает без зажигателей и подогрева5) продукты горения не имеют сильного запаха

6) требует весьма мало охлаждающей воды

  • Недостатки:
  • 1)сложность изготовления и, как следствие,  дороговизна2) необходимость в тщательном и умелом уходе
  • Несмотря на сложность в изготовлении, дизельным двигателем в скором времени активно заинтересовались в гражданском и военном хозяйстве.

Массовая постройка дизельных двигателей началась в 1897 г. Первый из них мощностью 56 кВт был установлен на фабрике «Унион», расположенной в г. Кемтене (Бавария). А ведущим предприятием по выпуску дизелей стал Аугсбургский завод, предшественник фирмы «МAН». С 1898 по 1900 год МАНом были изготовлены 16 дизельных двигателей мощностью 580 лошадиных сил.

Но по мере освоения массового выпуска  дизельных двигателей возникли неожиданные проблемы: новый двигатель оказался настолько трудоемок в изготовлении, что не все производители, купившие у Дизеля лицензию, были способны его изготовить.

Дело в том, что требования к жаростойким материалам, прочности и точности деталей из-за повышенных нагрузок на систему впрыска и поршневую превышали технические возможности большинства предприятий тех лет.

Кроме того, нельзя забывать, что бурное развитие новых типов двигателей грозило спаду в угольной отрасли, что вызывало сильное раздражение в определенных финансовых кругах.

Некачественные двигатели стали быстро ломаться и заказчики массово стали возвращать двигатели на заводы-изготовители. Вместо того, чтобы признаться в несовершенстве производства, промышленники начали кампанию против Дизеля.

Начали раздаваться голоса, критикующие и даже обвиняющие Дизеля в техническом невежестве и шарлатанстве. Поводом для обвинений служило и то, что рабочий цикл созданного двигателя сильно отливался от первоначально запланированного.

Круп также был недоволен Дизелем, поскольку последний обещал ему сконструировать двигатель, работающий на угольной пыли, что было бы очень актуально  для Германии, не имеющей собственной нефти.

Это не помешало дизельному двигателю в 1899 году получить гран-при на всемирной выставке в Париж. Несмотря на это, нападки на Дизеля за то, что он ничего не изобрёл, а только скомпилировал то, что было известно и до него, продолжались до самой смерти Дизеля.

Апофеозом  подобных разоблачений был готовящийся к печати в октябре 1913 года труд профессора Людерса объемом 236 страниц под названием «Миф Дизеля».

Но доведенный до отчаяния изобретатель сам решил свою судьбу: судя по всему, заранее задумав суицид, то ли по роковому стечению обстоятельств, совпавшим с фатальным пренебрежением к собственной жизни, то ли по заранее задуманому плану инженер утонул, упав за борт парома «Дрезден».

Русский дизель Нобеля

Один из первых дизельных двигателей завода Нобеля

Механический завод Людвига Нобеля в конце 19 века считался одним из ведущих производителей паровых двигателей, котлов, насосов. Как любое предприятие, нацеленное на развитие, завод Нобеля внимательно следил за перспективными новинками индустрии.

Как только руководств завода узнало о изобретении Дизеля, оно направило комисиию на осмотр экспериментального двигателя, а 14 февраля 1898 года прошла встреча Р. Дизеля с Эммануилом Нобелем, главой самой могущественной в России нефтяной компании «Бранобель», племянником знаменитого изобретателя динамита.

  Через два дня стороны подписывают контракт стоимостью 800 000 марок о производстве двигателей  Дизеля в России, причем 200 000 марок из этой суммы выплачивалось обществу Russische Dieselmotor Co. из Нюрнберга.

(«Русское общество моторов Дизеля» (РОМД) было основано в 1898 году и контролировало использование всех патентов, выданных в России и Финляндии на производство двигателей внутреннего сгорания)

Соглашение разрешало Нобелям построить завод дизельных двигателей в Санкт-Петербурге и использовать двигатели для оснащения ими собственной флотилии нефтяных танкеров.

Двухцилиндровый 150-сильный дизель Нобеля

Как это обычно бывает, при производстве первого опытного экземпляра на заводе Нобеля в СПБ начались сложности. Конструкцию двигателя пришлось изменить. Так или иначе, в 1899 году двигатель был собран, имел один цилиндр диаметром 260 мм, частоту вращения 200 об/мин, мощность 20 л.с. Работал двигатель на нефти. В Германию понеслась новость об успешном пуске двигателя на заводе Нобеля.

 «Людвиг Нобель» приступил к серийному выпуску дизелей в 1900 г. Всего на конец 1910 гг. было сделано 450 машин. Были  модификации одноцилиндровые от 10 до 125 л.с. и двухцилиндровые от 30 до 250 л.с. Стоимость двигателей была установлена от 3000 рублей за 10-сильный до 42 000 рублей за 250-сильный.

Коломенский дизель

Еще один передовой на тот момент завод — Коломенский машиностроительный, в наше время известный, как Коломенский тепловозостроительный.

Во второй половине 19 века это было первое предприятие в России по постройке железных мостов и крупный производитель паровозов.

Помимо основной деятельности, связанной с железными дорогами, с 1882 года здесь началась постройка локомобилей, с 1883 года – сельскохозяйственных машин и орудий (паровые и конные молотилки, сеялки, соломорезки, веялки, конные приводы и т. п.).

В июле 1902 г. «Русское общество моторов Дизеля» (Russische Dieselmotor Co.) продало Коломенскому машиностроительному заводу права пользования патентами №№ 261, 4082 и 4083.

Эти были лицензии на «моторы постоянные и переменные всех величин и сил, какие могут быть осуществлены». В том же году на Коломенском заводе был создан отдел двигателей Дизеля, и уже в 1903 г.

был построен первый одноцилиндровый дизель мощностью 18 л.с.

Коломенский завод стал вторым в России (после завода Нобеля)  изготовителем двигателей системы Дизеля. С 1904 по 1914 год коломенские дизели различной мощности были установлены на 85 промышленных объектах и 100 электростанциях, и это не учитывая судовых дизелей.

Дизель и Россия 

После получения известия об успешных испытаниях первого дизельного двигателя на заводе Нобеля, сын Р. Дизеля, Е. Дизель написал: «Радостная весть пришла к нам из Петербурга об успешном запуске Аугсбургского двигателя. Механический завод Людвига Нобеля теперь знает, как правильно делать эти двигатели».

Несколькими годами позже, выступая с докладом «О развитии двигателей Дизеля» сам Дизель отметил: «Что касается распространения дизель-мотора, как судовой машины, то Россия занимает второе место (после Франции)… Россия является одной из стран, представляющих самые благоприятные условия для дизель-мотора. Надеюсь, что она извлечёт значительную пользу из этого обстоятельства«

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5a383602ad0f22a740e94a34/5a3cde75a815f159391776c6

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector