Тепловой КПД двигателя является одним из важных показателей оценки работы двигателя. Чем выше тепловой КПД двигателя, тем более совершенна технология. Так что же означает тепловой КПД двигателя? Пусть все, особенно друзья, которые собираются купить машину, взглянут на нее.
картина
Термический КПД двигателя — это отношение тепла эффективной мощности двигателя к теплу топлива, потребляемого в единицу времени. Проще говоря, это означает, сколько энергии, образующейся после сжигания топлива, преобразуется в движущую силу автомобиля.
Термический КПД рассчитывается путем деления фактического количества использованного тепла на количество тепла, содержащегося в топливе. Например: один литр бензина после полного сгорания выделит 33580 кДж тепла, из которых 11 000 кДж преобразуется в работу двигателя. Тогда тепловой КПД этого двигателя в это время составит:
(11000÷33580)×100%=32.8%
Вообще говоря, тепловой КПД определенного двигателя в основном фиксируется с момента его проектирования до момента выхода с завода. Максимальный тепловой КПД бензиновых двигателей обычно составляет от 30% до 40%, а у дизельных двигателей немного выше — от 35% до 45%. Говоря об этом, некоторые друзья могут спросить, почему тепловой КПД не 100%? Реальность настолько жестока. Двигателям крайне сложно повысить тепловой КПД на 1% исходя из 30-40%. Так куда же идут оставшиеся 50–60% энергии?
картина
Двигатель – это машина, преобразующая тепловую энергию в механическую. Согласно законам термодинамики, тепловая энергия не может быть на 100% преобразована в другие виды энергии. Во всех машинах трение неизбежно, и тепло, потребляемое сопротивлением трению, невозможно устранить. Кроме того, двигатель должен поддерживать определенную температуру и объем и не может бесконечно увеличиваться или уменьшаться, поэтому потери охлаждения неизбежны. В сочетании с другими факторами, такими как невозможность полного сгорания топлива, потери насосного газа и т. д., тепловой КПД двигателя не может составлять 100%.
Когда двигатель только появился на свет, максимальный тепловой КПД составлял менее 20%. Спустя сто лет благодаря непрерывным усилиям поколений автомобильных инженеров максимальный тепловой КПД автомобильных двигателей был увеличен только до более чем 40%. Это уже выдающееся достижение. При нынешних технологиях тепловой КПД двигателя близок к пределу. Каждый процент увеличения – это огромный технологический прогресс.
Каковы методы повышения теплового КПД двигателя?
1. Для бензиновых двигателей наиболее прямым методом является увеличение степени сжатия двигателя. Это также одна из основных причин, почему тепловой КПД дизельных двигателей выше, чем у бензиновых.
2. Уменьшите сопротивление механическому трению, используя поршни с низким коэффициентом трения, поршневые кольца с низкой эластичностью и более эффективные смазочные материалы.
3. Оптимизируйте систему подачи топлива и внедрите непосредственный впрыск в цилиндр под более высоким давлением и т. д.
4. Оптимизируйте конструкцию впускных и выпускных каналов клапанного механизма и примените технологию изменения фаз газораспределения и подъема клапанов.
5. Оптимизируйте конструкцию камеры сгорания, чтобы обеспечить более полное сгорание топлива.
6. Оптимизировать конструкцию цилиндра и обеспечить подходящее соотношение диаметра цилиндра к ходу поршня;
7. Для дизельных двигателей также могут использоваться такие технологии, как увеличение скорости впрыска, многократный впрыск и высокое давление на впуске.
картина
Тепловой КПД двигателя непостоянен.
Тепловой КПД двигателя меняется с изменением условий эксплуатации. В большинстве условий работы тепловой КПД двигателя очень низок. Например, в наиболее распространенных условиях городских заторов тепловой КПД двигателя составляет всего около 20%; при движении по трассе тепловой КПД может достигать около 30%; Условиями работы с наибольшим тепловым КПД являются большие нагрузки и низкие скорости, например, при движении автомобиля. При подъеме на крутой склон дроссельная заслонка двигателя полностью открыта, а сопротивление воздухозаборника минимально. В это время частота вращения двигателя невысока, а сопротивление механического трения невелико. Тепловой КПД в это время относительно высок.
Если двигатель имеет высокий тепловой КПД, обязательно ли он экономит топливо?
Не обязательно. Двигатели с более высоким тепловым КПД, как правило, более технологичны, а экономичность самого двигателя определенно лучше. Однако экономичность двигателя не равна экономичности автомобиля в целом. Расход топлива автомобиля определяется не только двигателем, но и многими факторами, такими как коробка передач, ходовая часть и масса кузова. Поэтому не все модели, оснащенные двигателями с высоким тепловым КПД, являются экономичными.
картина
С момента появления двигателя внутреннего сгорания, особенно в условиях тенденции энергосбережения и сокращения выбросов, повышение термического КПД стало главным приоритетом в исследованиях и разработках. Хотя в серийных моделях уже существуют двигатели с тепловым КПД, достигающим 43%, оставшиеся почти 50% теплового КПД еще предстоит изучить. В этом также значение интенсивных исследований топливных двигателей, проводимых многими автомобильными компаниями.
