Теплова ефективність двигуна є одним з важливих показників для оцінки продуктивності двигуна. Чим вище теплова ефективність двигуна, тим досконаліша технологія. Отже, що означає теплова ефективність двигуна? Нехай кожен, особливо друзі, які збираються купити автомобіль, подивляться на нього.
картина
Термічний ККД двигуна - це відношення теплоти ефективної потужності двигуна до теплоти палива, витраченого в одиницю часу. Простіше кажучи, це означає, скільки енергії, що утворюється після спалювання палива, перетворюється на рушійну силу автомобіля.
Теплова ефективність розраховується діленням фактично використаної теплотворної здатності на теплотворну здатність палива. Наприклад: один літр бензину після повного згоряння виділяє 33580 КДж тепла, з яких 11000 КДж перетворюється на робочу потужність двигуна. Тоді тепловий ККД цього двигуна в цей момент становить:
(11000÷33580)×100%=32.8%
Взагалі кажучи, теплова ефективність певного двигуна в основному фіксована з моменту його розробки до моменту, коли він покидає завод. Максимальний тепловий ККД бензинових двигунів, як правило, становить від 30% до 40%, а дизельних двигунів трохи вищий, від 35% до 45%. Говорячи про це, деякі друзі можуть запитати, чому теплова ефективність не 100%? Реальність така жорстока. Інженерам двигунів надзвичайно важко підвищити тепловий ККД на 1% на основі 30-40%. Тож куди йдуть решта 50-60% енергії?
картина
Двигун - це машина, яка перетворює теплову енергію в механічну. Відповідно до законів термодинаміки теплова енергія не може бути на 100% перетворена в інші види енергії. У всіх машинах тертя неминуче, і тепло, що споживається опором тертя, неможливо усунути. Крім того, двигун повинен підтримувати певну температуру та об’єм і не може нескінченно зростати чи зменшуватися, тому втрати охолодження неминучі. У поєднанні з іншими факторами, такими як неможливість повного згоряння палива, втрати насосного газу тощо, тепловий ККД двигуна не може бути 100%.
На момент народження двигуна максимальний термічний ККД становив менше 20%. Через сто років завдяки постійним зусиллям поколінь автомобільних інженерів максимальний термічний ККД автомобільних двигунів був збільшений лише до понад 40%. Це вже визначне досягнення. Завдяки сучасній технології теплова ефективність двигуна близька до межі. Кожен відсоток збільшення — це величезний технологічний прогрес.
Які є методи підвищення теплової ефективності двигуна?
1. Для бензинових двигунів найбільш прямим методом є збільшення ступеня стиснення двигуна. Це також одна з головних причин, чому тепловий ККД дизельних двигунів вищий, ніж у бензинових.
2. Зменшіть опір механічному тертю, використовуючи поршні з низьким коефіцієнтом тертя, низькоеластичні поршневі кільця та кращі мастильні матеріали.
3. Оптимізуйте систему подачі палива та застосуйте безпосереднє впорскування в циліндр із високим тиском тощо.
4. Оптимізуйте конструкцію впускних і випускних каналів клапанного механізму та застосуйте технологію зміни фаз газорозподілу та підйому.
5. Оптимізуйте конструкцію камери згоряння, щоб забезпечити більш повне згоряння палива.
6. Оптимізувати конструкцію циліндра та мати відповідне співвідношення діаметра циліндра до ходу;
7. Для дизельних двигунів також можуть використовуватися такі технології, як підвищення швидкості впорскування, багаторазове впорскування та високий тиск впуску.
картина
Теплова ефективність двигуна непостійна
Тепловий ККД двигуна змінюється зі зміною умов експлуатації. За більшості умов роботи тепловий ККД двигуна дуже низький. Наприклад, у найбільш поширених умовах міських заторів тепловий ККД двигуна становить лише близько 20%; при русі по трасі тепловий ККД може досягати близько 30%; Умови роботи з найвищою термічною ефективністю - це великі навантаження та низькі швидкості, наприклад, під час руху автомобіля Під час підйому по крутому схилу дросельна заслінка двигуна повністю відкрита, а опір повітрозабірника мінімальний. У цей час оберти двигуна невисокі, а опір механічному тертю невеликий. Теплова ефективність в цей час відносно висока.
Якщо двигун має високий термічний ККД, чи обов’язково він економить паливо?
Не обов'язково. Двигуни з вищою термічною ефективністю, як правило, є більш просунутими в технологічному плані, і економічність самого двигуна безумовно краща. Однак економічність двигуна не дорівнює економічності автомобіля в цілому. Витрата палива автомобіля визначається не тільки двигуном, але й багатьма факторами, такими як коробка передач, шасі та маса кузова. Тому не всі моделі, оснащені двигунами з високим тепловим ККД, є економними.
картина
З моменту появи двигуна внутрішнього згоряння, особливо в умовах тенденції енергозбереження та скорочення викидів, підвищення теплової ефективності стало головним пріоритетом у дослідженнях і розробках. Незважаючи на те, що вже існують двигуни з тепловим ККД до 43% у серійних моделях, решту майже 50% теплового ККД ще потрібно дослідити. Це також значення інтенсивних досліджень багатьох автомобільних компаній щодо паливних двигунів.
