Топлинната ефективност на двигателя е един от важните показатели за оценка на работата на двигателя. Колкото по-висока е топлинната ефективност на двигателя, толкова по-напреднала е технологията. И така, какво означава топлинна ефективност на двигателя? Нека всеки, особено приятели, на които им предстои покупка на кола, да я разгледат.
снимка
Термичната ефективност на двигателя се отнася до съотношението на топлината на ефективната мощност на двигателя към топлината на изразходваното гориво за единица време. Казано по-просто, това означава колко енергия, генерирана след изгаряне на гориво, се превръща в движеща сила на автомобила.
Топлинната ефективност се изчислява чрез разделяне на действително използваната топлинна стойност на топлинната стойност, съдържаща се в горивото. Например: един литър бензин ще освободи 33580KJ топлина след пълно изгаряне, от които 11000KJ се превръщат в работна мощност от двигателя. Тогава топлинната ефективност на този двигател в този момент е:
(11000÷33580)×100%=32.8%
Най-общо казано, топлинната ефективност на даден двигател е основно фиксирана от момента, в който е проектиран, до момента, в който напусне фабриката. Максималната топлинна ефективност на бензиновите двигатели обикновено е между 30% и 40%, а тази на дизеловите двигатели е малко по-висока, между 35% и 45%. Говорейки за това, някои приятели може да попитат защо топлинната ефективност не е 100%? Реалността е толкова жестока. За инженерите на двигатели е изключително трудно да увеличат топлинната ефективност с 1% на базата на 30% до 40%. И така, къде отиват останалите 50~60% от енергията?
снимка
Двигателят е машина, която преобразува топлинната енергия в механична. Според законите на термодинамиката топлинната енергия не може да се преобразува 100% в други форми на енергия. Във всички машини триенето е неизбежно и топлината, консумирана от съпротивлението на триене, не може да бъде елиминирана. В допълнение, двигателят трябва да поддържа определена температура и обем и не може да се увеличава или намалява безкрайно, така че загубата на охлаждане е неизбежна. В съчетание с други фактори, като невъзможност за пълно изгаряне на горивото, загуба на газ от помпата и др., термичната ефективност на двигателя не може да бъде 100%.
Когато двигателят се появи за първи път, максималната топлинна ефективност беше под 20%. След сто години, с непрекъснатите усилия на поколения автомобилни инженери, максималната топлинна ефективност на автомобилните двигатели е увеличена само до повече от 40%. Това вече е забележително постижение. С настоящата технология топлинната ефективност на двигателя е близо до границата. Всеки процент увеличение е огромен технологичен прогрес.
Какви са методите за подобряване на топлинната ефективност на двигателя?
1. За бензиновите двигатели най-директният метод е да се увеличи степента на компресия на двигателя. Това е и една от основните причини термичната ефективност на дизеловите двигатели да е по-висока от тази на бензиновите.
2. Намалете устойчивостта на механично триене, като използвате бутала с ниско триене, бутални пръстени с ниска еластичност и смазочни материали с по-добра производителност.
3. Оптимизирайте системата за подаване на гориво и приемете директно впръскване в цилиндър с по-високо налягане и т.н.
4. Оптимизирайте дизайна на всмукателните и изпускателните канали на газоразпределителния механизъм и възприемете технология за променливо синхронизиране на клапаните и повдигане.
5. Оптимизирайте дизайна на горивната камера, за да позволите по-пълно изгаряне на горивото.
6. Оптимизирайте дизайна на цилиндъра и имайте подходящо съотношение отвор към ход;
7. За дизеловите двигатели могат да се използват и технологии като увеличаване на скоростта на впръскване, многократно впръскване и високо всмукателно налягане.
снимка
Топлинната ефективност на двигателя не е постоянна
Топлинната ефективност на двигателя се променя с промените в работните условия. При повечето работни условия топлинната ефективност на двигателя е много ниска. Например, в най-често срещаните градски задръствания, топлинната ефективност на двигателя е само около 20%; при шофиране по магистралата топлинната ефективност може да достигне около 30%; условията на работа с най-висока топлинна ефективност са големи натоварвания и ниски скорости, като например при движение на автомобил При изкачване по стръмен наклон дроселът на двигателя е напълно отворен и съпротивлението на входящия въздух е минимално. По това време скоростта на двигателя не е висока и устойчивостта на механично триене е малка. Топлинната ефективност в този момент е сравнително висока.
Ако един двигател има висока топлинна ефективност, непременно ли пести гориво?
Не е задължително. Двигателите с по-висока термична ефективност като цяло са по-напреднали в технологията и икономичността на самия двигател определено е по-добра. Икономичността на двигателя обаче не е равна на икономичността на автомобила като цяло. Разходът на гориво на автомобила не се определя само от двигателя, но и от много фактори като скоростната кутия, шасито и телесното тегло. Следователно не всички модели, оборудвани с двигатели с висока топлинна ефективност, са икономични.
снимка
От появата на двигателя с вътрешно горене, особено при тенденцията за пестене на енергия и намаляване на емисиите, подобряването на топлинната ефективност се превърна в основен приоритет в научноизследователската и развойна дейност. Въпреки че вече има двигатели с топлинна ефективност до 43% в масово произвежданите модели, останалите почти 50% от топлинната ефективност все още трябва да бъдат проучени. Това е и значението на интензивните изследвания на много автомобилни компании върху горивните двигатели.
