Bizonyára sokan kíváncsiak, mi ez a hőteljesítmény vagy termikus hatásfok, hogyan számolható ki, vagy mennyi a jármű motorja. Mindezek a kétségek érthetőek, mivel a motor hatékonysága attól függ. Azaz az a képesség, hogy az üzemanyag által biztosított energiát valódi mechanikai teljesítménnyel alakítsák át.
Továbbá, nem tévesztendő össze a térfogati hatékonysággal egy motor, amely a hengerbe beszívott levegő és a benne tárolható térfogat aránya a elmozdulás ugyanabból. Ez egy másik tényező, amely közvetlenül beavatkozik a teljesítménybe, ezért az azonos teljesítményű szívómotorok kisebb teljesítményt érnek el, mint a kompresszoros (turbó) motorok.
Mekkora a belső égésű motor termikus hatásfoka?
La termikus hatásfok A motor a motor azon képessége, hogy az égés során az üzemanyag által szolgáltatott energiát mechanikai teljesítménnyel alakítsa át. Minden tervező azt reméli, hogy 100%-os hatásfokú motort hoznak létre, mivel ez lenne az ideális. A gyakorlatban azonban ez nem lehetséges, mivel a hatékonyságot nehezíti az alkatrészek súrlódása, a hőveszteség stb.
Az utcai autókban, benzinmotorok hőteljesítménye vagy hatásfoka 30%. Ez azt jelenti, hogy a benzin által szolgáltatott energia 30%-át ténylegesen áramtermelésre használják fel, a többit hőként pazarolják el.
Abban az esetben, Dízel motor, a hatásfok valamivel jobb, 40%-kal, mivel nagyobb a tömörítési szintjük. Ezért valamivel hatékonyabbak a benzinnél, bár ez sem túl magas adat.
Jelenleg elérték hatékonyságjavítások jelentős a hibrid rendszereknek köszönhetően. Például a termikus hatásfok a Forma-1-ben sokkal magasabb, köszönhetően az MGU-K és MGU-H V6 Turbo motorok érkezésének. Konkrétan a hagyományos benzinmotorok 30%-áról emelkedett kb 50%. Ez azt jelenti, hogy az üzemanyag által biztosított energia felét felhasználják.
Ez a konkrét eset az olyan rendszerek bevonásának következménye, mint a MGU-K, vagy regeneratív fék, amely képes a fékezésből energiát nyerni, és a MGU-H, amely a kipufogógázok energiáját is hasznosítja.
Ideális, hatékony és maximális hőteljesítmény
1824-ben a fizikus francia Sadi Carnot, egy ideális hőmotor termikus hatásfokát vizsgálta a meleg és hideg források közötti hőmérséklet függvényében. Jelenleg ezt alkalmazzák bármely hőmotor hatásfokának vagy hőteljesítményének kiszámítására, legyen szó hőszivattyúról, belső égésű motorról vagy hűtőrendszerről. Bár ebben a cikkben a belső égésű motorokra fogunk összpontosítani, tekintettel az AM témájára.
Ezen kívül vannak háromféle hőteljesítmény Amikor arról beszélsz egy Otto vagy Diesel ciklusú motor:
- Ideális: a hasznos munkává átalakított energia mennyisége és a szolgáltatott energia mennyisége közötti arány. A termodinamika második főtétele szerint egyetlen motor sem tudja teljes energiáját mechanikai munkává alakítani. Ezért a gyakorlatban nem létezik ideális hőhatékonyságú motor.
- Készpénz: a motor tényleges hőteljesítménye.
- Maximális: egy motortípus maximális teljesítménye, például a fent említett 30% és 40% (kb.) benzin és dízel esetében. Más szóval, egy termikus géptípus építészeti vagy korlátozó korlátai.
A dízel termikus hatásfoka vs. benzin
A motor termikus hatásfoka Otto ciklus (benzin) nem ugyanaz, mint a motoré dízel ciklus. Termodinamikai szinten eltérően viselkednek, és ez különbségeket okoz a hatásfok tekintetében. Ráadásul egy alternatív 4 ütemű motor nem azonos a Wankel motorral stb.
Otto ciklus
egy motorban Otto ciklus, amely megfelel a benzin-, etanol- vagy gázmotorok termodinamikai ciklusainak, függetlenül attól, hogy 2-üteműek (1 főtengely-fordulat) vagy 4-üteműek (2 főtengely-fordulat). Ezekben a motorokban egy sor fokozat van, mint például szívó, kompresszió, égés vagy gyulladás, terjeszkedés és menekülés.
Ezekben a motorokban a hatásfok vagy a hőteljesítmény attól függ tömörítési arány, vagyis az égéstér maximális és minimális térfogata közötti arány között. Minél nagyobb az arány, annál jobb a hatásfok, bár nagy oktánszámú tüzelőanyagokra is szükség lenne a detonációként ismert jelenség (az üzemanyag öngyulladása, mielőtt a gyújtógyertya bekövetkezne) elkerülése érdekében.
Röviden: egy jó 4 ütemű Otto motor átlagos hőteljesítménye között van 25 és 30%, a motor típusától és a gyártótól függően.
Dízel ciklus
ezt dízel ciklus a 4- vagy 2-ütemű dízelmotor termikus viselkedési diagramját is meghatározza. Ebben az esetben van néhány sajátosság, amelyhez hozzá kell adni a benzinmotorokhoz képest magasabb kompressziós arányát. Ezért a termikus hatásfok ebben az esetben 30 és 45% között mozog.
Kíváncsiságként a világ leghatékonyabb dízelmotorja jelenleg 5 méter magas és 9 méter hosszú, 13.142 XNUMX lóerővel. Ez körülbelül Wärtsilä 31, Finnországban gyártott és haditengerészeti használatra készült. Ez a motor körülbelül 38.8 tonna üzemanyagot fogyaszt naponta, ami felháborítónak tűnik, de ez nem annyira, ha az ilyen típusú hajók tömegéről beszélünk...
Lehetséges 100%-os hatásfokú hőmotor?
Ez a kérdés nagyon visszatérő, és az igazság az, hogy nem lehet motort vagy gépet kapni a 100%-os hozam. ez csak elméleti. Egy tökéletes gép létrehozása nagy eredmény lenne, és csökkentené az energiafogyasztást, de ez azt jelentené, hogy olyan hatékony motort hozzunk létre, amely az üzemanyag összes energiáját mozgásba tudja alakítani.
De ez a valódi motoroknál nem így van, mivel az alkatrészek között súrlódás van, kiáramlik a hő stb. Továbbfejlesztett kenőanyagokkal, új motorarchitektúrákkal, befecskendezési technológiák, Stb, hatékonysága javul, de ezt a 100%-ot lehetetlen elérni.
És természetesen termikus hatásfokú motort sem lehet elérni nagyobb mint 100%, mivel ez olyan lenne, mintha azt mondanánk, hogy új energiát kapunk, ami közvetlenül sérti a termodinamika első törvényét.
Termikus hatásfok számítása
hogy kiszámítja a motor termikus hatásfokát vagy hőteljesítményét vagy a Carnot-képletet kell alkalmazni:
Ahol Th a gép meleg forrásának, jelen esetben a belső égésű motornak a hőmérséklete, Tc pedig a hideg forrás hőmérséklete. Ebből következik, hogy a nagyobb hatásfok eléréséhez a meleg és a hideg közeg hőmérsékletének a lehető legkülönbözőbbnek kell lennie.
Ez nyilván nagyon általános, és ha jelentkezni szeretne a Belsőégésű motor mint az autóké, akkor a képletnek a következőnek kell lennie:
Ebben az esetben W az elvégzett munka, Qc a meleg forrás vagy forrás, Qf a hideg forrás, amelyre a motor hőt ad le. Ezen túlmenően, hogy az energiamegmaradás törvénye ne sérüljön, be kell tartani, hogy a forró fókusz egyenlő a hideg fókusz hőjéhez hozzáadott munkával. És mindig igaz lesz, hogy 0<η<1. Másrészt annak is világosnak kell lennie, hogy a munka (W) egyenlő lesz a hőbevitellel mínusz a hőteljesítmény.
Egy másik módszer a motor hatásfokának kiszámítására a hasznos teljesítmény és a fogyasztott teljesítmény kW-ban. Ez a kulcs motor kompressziós arány, hiszen minél magasabb, annál jobb a hatásfok.
Által ejemplo, ha 200 J hőenergiával rendelkezik hőbevitelként, és a motor 80 J munkát tud elvégezni, akkor 80/200 = 0.4 (0.4 x 100 = 40%-os hatásfok). Ugyanez történne, ha a motor kipufogógázának hőjét mérjük, például ha az üzemanyag által a motorba juttatott energia 200 J, és 120 J kipufogógázt figyelünk meg, akkor az elvégzett munka 80 J ( 200 -120), a hatásfoka pedig 40%, hiszen ha 120/200=0.6 osztunk, akkor az az energia, ami elpazarol, ezért nem alakul át munkává...