Кпд бензинового двигателя и дизеля: КПД двигателя внутреннего сгорания. Сколько приблизительно равен, а также мощность в процентах

Содержание

КПД двигателя и топливная эффективность

  КПД (коэффициент полезного действия) — это степень эффективности использования энергии топлива в моторе, чем он выше, тем больше тепловой энергии от сограния топлива преобразуется в двигателе в механическую энергию вращения главного вала. Тем меньше потребляет топлива мотор на единицу выдаваемой мощности.
СТАТЬЯ №1
КПД ДВИГАТЕЛЯ – ТЮНИНГ ГЛОБАЛЬНЫХ ИДЕЙ,
Есть ли перспективы совершенствования двигателей?

Современные двигатели внутреннего сгорания еще много десятилетий назад – с появлением непосредственного впрыска и систем турбонаддува поступающего в цилиндры воздуха, достигли сегодняшних значений КПД и топливной эффективности. Поэтому на сегодняшний день мировые корпорации – производители двигателей для автомобилей и прочей техники тратят огромные деньги и многие годы усилий, чтобы за счет больших затрат и значительного усложнения конструкции двигателей повысить КПД всего на 2 – 3 %. Усилия и затраты оказываются совершенно не сравнимы с получаемым результатом. Итог всего этого — как в известной пословице – «гора родила мышь».
Кстати именно поэтому во всех крупных странах действует целая индустрия «тюнинга двигателя», т.е. огромное количество мелких фирм, полукустарных мастерских и отдельных спецов, которые берутся как-то довести стандартные двигатели массовых марок машин до более высоких показателей мощности, тяговитости и пр. Т.е. подвергают двигатель доводке, доработке, форсироанию и проч. ухищрениям, которые в народе определяеются как тюнинг двигателя.
Но все эти мероприятия и технические дествия над моторами очень стандартны по своей сути и всем этим тюнинг — идеям уже минимум по пол-сотни лет. Напомню, что турбонаддув поступающего в двигатель воздуха был успешно применен еще в 20-х годах прошлого века, а первый патент в США на такое устройство получил швейцарский инженер Альфред Бюхи аж в 1905 году… А системы прямого впрыска топлива в цилиндры массово применялись в поршневых моторах военной авиации уже в начальный период 2-й мировой войны. Т.е. всем современным «передовым» техническим системам борьбы за повышение КПД и топливной эффективности двигателей уже под сто лет, или даже более того. При всех этих ухищрениях общий КПД лучших бензиновых двигателей (с искровым принудительным зажиганием) не превышает 25-30 %, а КПД лучших дизельных моторов в их самых экономичных крупногабаритных вариантах (у которых множество сложных дополнительных устройств) многие десятилетия ни как не может перевалить за 40-45 %. У малых дизелей КПД процентов на 10 ниже.
В этой статье мы постараемся коротко и популярным языком изложить основные задачи и определить теоретические возможности создания двигателя внутреннего сгорания с уверенным КПД выше 50%.
* * *

   Итак – КПД двигателя, если судить по учебникам для технических ВУЗов состоит из двух значений: термодинамического КПД и механического КПД . 
Первое значение указывает, какая часть выделяемого в двигателе тепла превращается в полезную работу, а какая зазря уходит в окружающее пространство. Механический КПД же указывает, какая часть активной работы двигателя бесполезно тратиться на преодоление различных механических сопротивлений и привод дополнительной техники в самом двигателе.
Но почему-то во всех учебниках в понятие общего КПД не вводят понятие «топливная эффективность». То есть значение, которое будет показывать, какое количество топлива полезно сгорает и превращается в итоге в тепло и объем рабочих газов, а какое количество топлива не сгорает и идет на выхлоп в виде паров топлива или продуктов его неполного сгорания. Именно эту, несгоревшую часть топлива, в современных «высокоэффективных» автомобилях дожигают в катализаторах, которые устанавливаются в выхлопных трубах. Т.е. выхлоп за счет применения этих систем оказывается достаточно чистым, но топливную эффективность и КПД двигателя эта система ни как не повышает. А наоборот снижает – ибо чтобы «прокачать» порцию выхлопных газов сквозь «густую сетку» каталитических поверхностей, двигателю приходится работать как солидному насосу и тратить на это дело немалую часть своей мощности. Конечно, в формулах подсчета КПД эта категория как-то присутствует, но присутствует не явно и робко. Например в такой форме, как, например, в одной из формул общего теплового баланса имеется составляющая «Q н.с. — тепло, получаемое при неполном сгорании». Но все эти подходы страдают некоей нечеткостью, поэтому я постараюсь изложить все предельно четко и максимально системно.

Итак, общий КПД двигателя будет раскладываться на 3 основные части:
— топливная эффективность;
— термический КПД;
— механический КПД;

Суть этих значений такова:
Топливная эффективность — показывает, какое количество топлива эффективно сгорело в двигателе и превратилась в объем рабочих газов высокой температуры и высокого давления, а какая часть топлива так и не была сожжена и в виде продуктов неполного сгорания, обугленных частиц (в виде дыма, копоти и сажи), или вообще практически в виде чистых паров топлива, прошла двигатель напрямую и вылетела в выхлопную трубу. Когда вы стоите рядом со старым работающим отечественным автомобилем, особенно с грузовиком, и чувствуете сильный запах бензина – этот результат как раз дает такой неэффективных тип частичного сгорания топлив;.
Термический КПД – показывает, какое количество тепла, полученого от сжигания топлива, превращается в полезную работу, а какое – бесполезно рассеивается в окружающем пространстве;
Механический КПД – показывает, какое количество механической работы превращается в силу крутящего момента на главном валу и передается потребителю, а какое – бесполезно расходуется на трение или затрачивается на привод обеспечивающих механизмов;

   Рассмотрим, кратко все эти позиции: 
Топливная эффективность – на эту тему внятных данных, ни в старых советских учебниках по теории и расчету ДВС, ни в бесконечных ресурсах современного интернета найти не удалось. Внятные и осмысленные данные удалось обнаружить в тех сведениях по расчету каталитических дожигателей несогоревшего топлива для современных автомобилей. Ведь им же надо четко расчитывать производительность своих дожигателей на некий объем поступающих несгоревших в двигателях углеводородов. Так вот, из этих данных следует, что поршневые моторы (дизели тоже) сжигают в среднем не более 75% топлива, а вот 25% паров топлива и продуктов его неполного сгорания идет в выхлопную трубу и нуждается в услугах дожигателя (чтобы не отравлять окружающую среду). Т.е. в существующих на сегодня двигателях полноценно сгорает и переводится в тепло не более 75% топлива. Для 2-х тактных двигателей это значение еще меньше.
Термический КПД – в среднем поршневые двигатели обладают этим КПД в размере 35-40%. Т.е. около 65 % вырабатываемого тепла выбрасывается без пользы в окружающюю среду через систему охлаждения и с выхлопными газами
. Механический КПД – в среднем 10% работы двигателя уходит на трение между собой его деталей и на привод вспомгательных механизмов двигателя.

    В итоге – по сумме термических и механических потерь современные поршневые двигатели небольших размеров и мощностей имеют КПД не более 30%. 
В крупных двигателях, типа судовых дизелей или больших двигателей железнодорожных локомотивов и грузовых автомоилей, энергию экономить проще, но о них мы говорить не будем.
Но – значение КПД в 30% не учитывает долю не сгоревшего топлива, т.е. не принимает во внимание полноценность сгорания паров топлива в двигателе. Полагаю, что с учетом этого параметра, значение реального КПД поршневых бензиновых двигателей будет не выше 20%, а дизелей — чуть больше, примерно на 5-7 %.
Результат — это лучше чем паровые машины на угле с их 7-8% КПД, но все равно еще очень мало.
Задумаемся – почему в понятие КПД не вошла указанная «топливная эффективность»? Почему понятие КПД явно пропускает мимо своего внимания долю топлива, которая не дает «взнос» своей части в процесс горения и образования тепла? Т.е. из понятия КПД выпадает большая часть потерь современных двигателей и цифры современных значений КПД без учета этих потерь явно завышены?
 Истина кроется в самом значении термина «коэффициент полезного действия». Т.е. это определение доли полезной работы – «действия», и доли бесполезной работы. Какая- то работа или выделение энергии идет на пользу, а какая-то (например – на преодоление трения, или энергия тепла, теряемая с выхлопом) – идет без пользы, но она есть и эта энергия осязаема и учитываема. Но вот потери от не сгоревшего топлива не проявляются ни в виде бесполезного тепла или не целевой работы. Эти «минусы баланса» — это никак не потери работы или убытки тепла. Это потери, топлива в чистом виде. Т.е. это потери ни в джоулях, ни в атмосферах, а в граммах и литрах. А к таким потерям нельзя применить измерение или учет по категории потерянное давление или упущенное тепло, бесполезное действие или излишне затраченная работа. Поэтому чисто по правилам формальной логики    КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ и не должен учитывать эти потери. Для этой цели должен быть иной индикатор и определитель, но его в широком употреблении такого четкого и внятного параметра нет. Вот мы и получаем заведомо урезанный и излишне благостный показатель эффективности современных двигателей – показатель КПД, который учитывает только часть потерь…
А на самом деле суммарная эффективность современных ДВС оказывается заметно ниже, чем постулируемый повсеместно КПД в 35-40 % эффективности. Ведь учитывается только и полезное действие и теряемая зря энергия и лишняя работа, производимая за счет сгоревшей части топлива. А вот потери не сгоревшей части топлива из общего баланса топлива, поступившего в двигатель, так полноценно и не определяются…

РЕВИЗИЯ И ИНВЕНТАРИЗАЦИЯ ПОТЕРЬ В ПОРШНЕВОМ ДВС

Постараемся кратко рассмотреть и проанализировать все потери энергии, заключенной в топливе, поочередно по позициям, изложенным выше. И затем — обдумать возможности избавления от этих потерь. Т.е. постараемся сформулировать концепцию и набросать общие черты совершенного двигателя.

* * *
    Первый уровень потерь – неполное сгорание топлива в камерах сгорания двигателя. Все специалисты знают – что топливо в современных двигателях сгорает неполноценно и часть его идет на выхлоп с отработавшими газами. Именно поэтому современные ДВС отравляют воздух продуктами неполного сгорания углеводродов и для получения «чистого выхлопа» в выхлопную трубу современных авто ставят каталитический дожигатель, который «дожигает» топливо на поверхностях своих активных элементов. В итоге- топливо, не сгревшее в цилиндрах, бесполезно окисляется в этих катализаторах. Зато выхлоп становится чище. Но и цена этих катализаторов с поверхностями из родия и платины- весьма высока и работают они ограниченный срок. 
Задача – получить двигатель ПОЛНОСТЬЮ сжигающий топливо в своих камерах сгорания и полностью переводящий энергию химических связей топлива в тепло и большой объем простых газов горения, типа водяного пара и СО2.
    Анализ сегодняшнего неблагоприятного положения: Вначале рассмотрим — почему в традиционных поршневых двигателях топливо сгорает не полностью. Что мешает реализации процесса полноценного сгорания?
Основная трудность в поршневых двигателях на эту тему – нехватка кислорода для горения, а так же осуществление процесса горения в одном технологическом такте с расширением газов горения. Последнюю ситуацию можно описать и другими словами- Рабочей Смеси не хватает времени для полноценного сгорания. Эти «родовые болезни» поршневых двигателей практически неизлечимы, поэтому инженерная мысль за более 120 лет попыток от них избавиться так и не нашла способа сделать это.
    Рассмотрим подробно этот недостаток: итак при нахождении поршня в Верхней Мертвой Точке (ВМТ), сжатая Рабочая Смесь (РСм) поджигается. Начинается процесс горения, который течет какое –то время. Примерное горание Рабоч СМеси в современном высокооборотном моторе длиться около миллисекунды – 0,001 сек. А вообще все 4 такта происходят за 0,02-0,04 сек. Известно, что для полноценного и полного сгорания паров топлива желательны высокая температура и высоке давление. Но сразу после прохождения поршнем ВМТ он начинает движение вниз со значительным увеличением объема надпоршневого пространства. Т.е. по мере распространения фронта горения Рабочей Смеси (РСм) в камере сгорания первые порции сгоревшей РСм будут гореть при высокой температуре и большом давлении. Но вот последние порции горящей РСм оказываются в условиях резко снижающегося давления и падающей температуры. Соответственно – полноценность горения резко падает, а то и прекращается вообще. По этой причине часть РСм сгореть не успевает или сгорает не полноценно. Поэтому часть паров топлива идет в выхлопную трубу и в выхлопных газах непременно присутствуют продукты не полного сгорания углеводородов топлива. Итог – часть топлива не сгорает и не превращает свою энергию в тепло, а затем — во вращение главного вала двигателя, а только загрязняет и отравляет окружающий воздух. 
Устранить этот недостаток практически невозможно, так как сама принципиальная конструкция поршневого двигателя предполагает важнейшим принципом соединение в одном технологическом такте «горение – расширение» двух разных процессов: горения и расширения продуктов горения. Эти процессы трудно объединить, так как каждый из них оптимально протекает в условиях взаимоисключающих оптимальные условия для другого процесса.
    Действительно – процесс сгорания сжатого заряда РСм будет лучше всего происходить в запертой камере неизменного объема. В термодинамике этот процесс определяется как «изохорный» процесс. Т.е. заряд РСм будет сгорать полностью и переводить в тепло и давление всю энергию химических связей углеводородов топлива в замкнутой камере в условиях резко нарастающих давления и температуры. 
А процесс расширения будет лучше всего происходить в условиях невысокой температуры (для обеспечения смазки скользящих и трущихся поверхностей рабочих элементов двигателя), при легком движении главного рабочего органа (поршня).
Как видим – в поршневых двигателях оба эти условия полноценно не могут соблюдаться, поэтому объединенный процесс «сгорания- расширения» идет по «компромисному сценарию», когда для каждого из процессов создаются мало подходящие условия, но в итоге- они все же позволяют как-то реализовывать течение этих совместных процессов хотя бы на 50% эффективности. В итоге – процесс работы современного поршневого двигателя- это технологии сплошных трудных компромиссов и значительных потерь.

    В итоге такого «компромисного брачного союза» с потерями для обеих участвующих в деле сторон мы получаем следующий результат:
— горение происходит в условиях резкого расширения камеры сгорания, да еще при значительно низкой температуре стенок цилиндра. В итоге- топливо сгорает не полноценно и малоэффективно, да еще и часть тепла от сгоревшего топлива теряется при нагреве холодных стенок охлаждаемого цилиндра. Т.е. горение происходит в крайне неэффективных условиях.
— расширение происходит в условиях высоких температур от совмещенного с расширением процесса горения. Именно поэтому стенки цилиндра приходится охлаждать, ибо масло для смазки трущихся поверхностей поршня и цилиндра при температуре более 220 С°, теряет свои «скользкие свойства» и трение начинается «на сухую», а обугленное масло спекается в твердые частицы, которые еще больше начинают мешать этому процессу.

    Отчасти выход из тупика процесса «горения – расширения» находят, устраивая «раннее зажигание», чтобы как можно меньшая часть горения РСм происходила на линии скоростного расширения и высокого увеличения объема камеры сгорания. Но это вынужденная и чреватая иными побочными неприятностями схема. Так как «ранее зажигание» предполагает поджиг РСм и создание начального этапа рабочего давления газов горения еще до прихода поршня в ВМТ, т.е. на завершающем этапе такта «сжатие». Следовательно, инерции работы кривошипно-шатунного механизма (КШМ) приходится преодолевать это возникающее давление горящей РСм и сжимать за счет инерции вращения КШМ или работы других поршней, начавшую расширяться горящую РСм. Итог этого компромисса- резкое увеличение нагрузок на коленвал, поршни, шатуны и пальцы КШМ, как и уменьшение КПД. Т.е. двигатель оказывается ареной противоборства разнонаправленных сил. 

    Другая трудная тема поршневых двигателей – это нехватка кислорода. Правда, она характерна только для бензиновых двигателей (двигателей работающих с принудительным искровым зажиганием), дизели (двигатели работающие с воспламенением от сжатия) лишены этого недостатка. Но зато дизели взамен приобрели немало иных трудностей — большой вес, громоздкость и внушительные габариты. Действительно – эффективного дизеля приемлемых габаритов объемом менее 1,2 литра никому создать не удалось… Это двигатель самого маленького дизельного автомобиля Audi-А2. А уход дизелй в совсем малые габариты имеет перчальный результат. Так — малые дизеля Владимирского тракторного завода Д-120 (они ставятся на мини-трактора) при мощности 25-30 л.с. имеют вес 280-300 кг. Т.е. на одну лошадиную силу мощности приходится 10 кг веса. У других производителей во всем мире положение похожее. 
    Итак, топливо сгорает не полностью, когда РСм «богатая», т.е. в ней много паров топлива и мало воздуха (кислорода). Такая РСм не имеет шансов сгореть полностью, для окисления углеводородов топлива просто не хватает кислорода. Итог — не сгоревшие по этой причине пары топлива идут на выхлоп. Но зато такая РСм горит быстро, хотя и неполноценно. Значит большая часть паров топлива все же сгорает и дает нужное давление и температуру.  
Можно пойти другим путем — сделать «бедную смесь», т.е. в РСм будет много воздуха (кислорода) и мало паров топлива. В итоге в идеальном случае такая РСм будет иметь возможность сгореть полностью — все пары топлива сгорят на 100% с полным КПД. Но у такой РСм есть большой недостаток – она горит гораздо медленнее «богатой смеси» и в условиях реально действующего поршневого двигателя, где горение идет на линии скоростного увеличения объема, такая РСм просто не успевает полноценного сгорать. Так как значительная часть горения такой РСм попадает за счет малой скорости в условия резкого нарастания объема камеры сгорания и падения температуры. Итог – РСм опять сгорает не полностью даже в варианте «бедной смеси» и заметная ее часть идет не сгорев на выхлоп. И опять топливная эффективность такого режима работы поршневого двигателя оказывается весьма низкой.
    На малую обеспеченность процесса горения РСм кислородом играет так же способ управления карбюраторными двигателями- «количественный способ». Для того чтобы сбросить обороты двигателя и уменьшить его «тягу», водитель прикрывает дроссельную заслонку, тем самым он ограничивает доступ воздуха в карбюратор. В итоге- опять нехватка воздуха для горения топлива и опять плохая топливная эффективность… Инжекторные двигатели отчасти лишены такого недостатка, но остальные беды поршневого мотора в них проявляются «по полной программе». 
    Путь избавления от этого недостатка: 
Нужно разделить два предельно противоречивых рабочих технологических процесса — «горение – образование рабочих газов высокого давления и температуры» и «расширение рабочих газов высокого давления и температуры». Тогда оба этих процесса можно начать осуществлять в специализированных камерах и устройствах при наиболее оптимальных параметрах. Т.е. горение будет происходить «изохорно» — в запертом объеме, при нарастающем давлении и увеличивающейся температуре. А расширение можно будет производить в условиях невысоких температур.
    В принципе идея совершить такое «великое разделение» формулировалась различными изобретателями и инженерами различных стран достаточно давно. Например- разработки немецкой фирмы «DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG», на тему поршневого двигателя с обособленной камерой сгорания. Но вот предложить теоретически красивую и технически работоспособную для реализации в металле схему, так пока никому не удалось. Та же немецкая фирмя «DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG» начала получать патенты на свои разработки около 15 лет назад, но о реальных успехах в деле создания реально действующего двигателя у нее так и не слышно.
Итак- нужно обеспечить длительный процесс горения заряда РСм в запертом объеме – «изохорный процесс». В этих условиях можно будет сжигать заведомо «бедную смесь», с большим коэффициентом избытка воздуха, когда пары топлива будут сгорать полностью, давать максимально возможное количество тепла и газов горения, и при этом на выхлоп будут идти минимально токсичные продукты горения. Но это возможно сделать, лишь обеспечив достаточно длительное время горения заряда «бедной» РСм в запертом объеме при нарастающем давлении и значительной температуре. Что в поршневом двигателе обеспечить практически не возможно.

* * *
Второй уровень потерь – значительные потери тепла, полученного от сгорания «усвоенного двигателем топлива».
Тепловой баланс бензинового двигателя складывается таким образом :
1) – тепло переводимое в полезную работу: 35%;
2) – тепло теряемое с выхлопными газами : 35%;
3) – тепло теряемое от потерь через систему охлаждения: 30%;

   Задача – получить двигатель имеющий минимальные потери тепла во внешнюю среду. В идеале можно поставить задачу создать двигатель с термическим КПД в 80%. Но даже если удастся добиться этого показателя в 65-70%, вместо 35 % на сегодня, это будет огромный скачок вперед. Т.е. двигатель той же мощности при таком КПД начнет расходовать в 2 раза меньше топлива, чем прежде. 

   Анализ сегодняшнего неблагоприятного положения: Вначале рассмотрим — почему в традиционных поршневых двигателях такие большие потери тепла «на сторону»? Что приводит к такому печальному положению?

   Первая категория тепловых потерь — потери тепла с отводом через стенки цилиндров с системой охлаждения. Вообще для повышения значения термического КПД охлаждать двигатель не следует совсем. От этого температура деталей двигателя сразу поднимется- и от этого обуглится масло (которое создает пленку для легкого скольжения на поверхностях трения), и поршень перестанет легко двигаться в цилиндре и двигатель скоро заклинит. Здесь мы снова напарываемся на противоречия совмещения в одном такте двух процессов – горения и расширения. Температура во время вспышки горения в начальном периоде поджига РСм – достигает 3000 С°. А предельная температура масла, когда оно еще смазывает и спасает от трения, это 200 – 220 градусов. При превышении этого температурного порога масло начинает «гореть» и обугливаться. Для обеспечения высокого КПД двигатель охлаждать не разумно, но для обеспечения возможности движения основного рабочего органа – поршня, смазка жизненно необходима… Т.е. система охлаждения, позволяющая поршню двигаться в цилиндре — резко снижает термический КПД двигателя. Это осознанное и необходимое уменьшение КПД.  

    Вторая категория тепловых потерь – потери тепла с выхлопными газами. Температура выхлопных газов на выходе из цилиндров для разных типоразмеров и двигателей колеблется от 800 до 1100 С°. Поэтому в работающем на высоких оборотах двигателе выхлопные коллекторы порой начинают раскаляться до малинового свечения… Это значит только одно — энергия горения топлива, превратившаяся во внутреннюю энергию газов горения в виде их высокой температуры, теряется безвозвратно и совершенно бесполезно. Именно через этот канал «тепловых убытков» современные ДВС теряют около 35% энергии горения топлива. И превратить эту энергию в полезную работу чрезвычайно сложно, максимум, что удалось сделать – это вставить в выхлопной тракт турбину, которая крутит компрессор турбонадува. Этим достигается повышение давления воздуха, попадающего в цилиндры. И этим немного увеличивается КПД. Но – надо понимать, что турбина «улавливает» не повышенную температуру, а избыточное давление газов, покидающих цилиндр. Т.е. это немного другая тема и экономия иного рода. 
    Таким образом оказывается, что поршневой мотор плохо «перерабатывает» не только температуру, но и высокое давление рабочих газов. На самом деле – на выхлоп идут рабочие газы с избыточным давлением в 8 – 10 атмосфер. Это очень немало, стоит только вспомнить, что первые паровые машины в начале 19-го века имели рабочее давление в 3 или 3,5 атмосферы и успешно работали на угольных шахтах и в металлургических заводах, как и двигатели первые паровозы.
    Тут все дело кроется в одинаковых геометрических размерах объема сжатия и объема расширения. У поршневого двигателя они равны, и ничего тут не поделаешь. В идеале – эти объемы должны быть разными. Ухищрение типа цикла Аткинсона, когда в поршневых двигателях объем сжатия оказывается меньше, чем объем расширения, малоэффективны, так как резко снижают силу крутящего момента двигателя. 
    Но увеличение объема камеры расширения позволит лишь превращать в полезную работу весь излишек избыточного давления, а вот повышенную температуру раскаленных газов горения топлива этим методом утилизировать не удастся. Единственно, что пришло на ум инженерам, так это для превращения высокой температуры в работу — впрыскивать в цилиндры воду. По идее: вода, превращаясь в пар высокого давления, будет резко повышать давление образовавшейся паро-газовой смеси и при этом значительно понижать её температуру. Но, в поршневом двигателе за более чем 80 лет усилий в этом направлении так ничего эффективного и работоспособного создать и не получилось. Поршневая схема двигателя внутреннего сгорания оказалась очень враждебной этой идее и не позволила встроить в цикл работы двигателя паровой такт или паровую фазу. 

   Надо сказать, что по основополагающему закону термодинамики, сформулированному почти 200 лет назад С. Карно, тепловой двигатель с предельно возможным КПД должен иметь максимальную температуру рабочих газов в начале рабочего цикла, и минимальную температуру рабочих газов в конце цикла. 
Но в поршневом двигателе внутреннего сгорания максимально высокую температуру газов на первом этапе цикла мешает получить система охлаждения, а минимально избыточную температуру газов в конце цикла мешает получить невозможность встроить в схему двигателя паровую составляющую.
В итоге мы сегодня пользуемся двигателями с термическим КПД около 35%, не многим лучше, чем 60 или 70 лет назад…

   Путь избавления от этого недостатка: необходимо создать конструкцию двигателя, позволяющую проводить процесс сгорания топлива в теплоизолированной камере сгорания (для достижения максимальной температуры в начале рабочего цикла), а так же позволяющую включать на завершающем этапе работы горячих газов горения паровую фазу (для достижения минимальной температуры в конце рабочего цикла). Так же такая конструкция двигателя позволит обходиться без обособленной и громоздкой системы охлаждения, которая бы «выкидывала» тепло во внешнюю среду.

   Заодно — двигателю не нужна будет громоздкая и тяжелая выхлопная труба, которая в традиционных поршневых моторах гасит грохот от отработавших газов, вылетающих «выстрелами» с избыточным двлением в 8-10 атмосфер. Ибо в предлагаемой конструкции избыточное давление выхлопных газов будет минимальным. 

* * *
   Третий уровень потерь – заметные потери мощности на преодоление сил трения, как и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс, как и потери на привод вспомогательных механизмов. Эти потери определяются как механические потери. Они зависят от кинематической схемы двигателя. Но кроме собственно на механические потери, кинематическая схема и ее конструкция так же влияют на другой важнейший показатель работы, который не имеет прямого отношения к КПД: это режим и величина крутящего момента. 

   Задача – получить двигатель, имеющий минимальные механические потери. А так же обладающий постоянно действующим крутящим моментом высокого значения при небольших размерах самого двигателя. Высокий и стабильный крутящий момент позволяет обходиться без такой громоздкой и сложной системы транспортного средства как коробка переключения скоростей. Пример – транспорт с электродвигателями и паровыми двигателями. 

   Анализ сегодняшнего неблагоприятного положения: в стандартном поршневом (тронковом) двигателе реакция шатуна (поперечная составляющая этой реакции относительно оси цилиндра) на давление рабочих газов все время прижимает поршень то к одной стороне цилиндра, то к другой. Эта система работы двигателя требует постоянной смазки сильно трущихся поверхностей, и затрат на преодоление этих сил трения. Кроме того, при вращении кривошипа КШМ, проекция плеча, создающего крутящий момент, к вектору движения поршня все время меняется от «ноля» до «максимума» и обратно каждый рабочий ход. Такой все время скачкообразно пульсирующий режим крутящего момента малопригоден для привода исполнительных механизмов. И только на высоких оборотах поршневых двигателей сила крутящего момента заметно увеличивается. Но, высокие обороты (порядка 3-4 тыс. об. в мин.) не нужны большинству потребителей. Поэтому и приходится делать сложную и громоздкую коробку переключения передач, которая является неотъемлемой частью автомобилей, мотоциклов и пр. 
   Кроме того механический КПД заметно уменьшается за счёт отбора мощности двигателя на привод его вспомогательных механизмов — помпы системы охлаждения, вентилятора охлаждения, распредвалов и клапанов газораспределения, электрогенератора и пр. А еще заметные потери мощности вызывает необходимость сжатия рабочей смеси, и чем выше степень сжатия, тем эти потери выше. Кроме того, заметные потери мощности может вызывать излишне ранее зажигание, когда двигатель вынужден, в конце 2-го такта «сжатие», сжимать начинающие расширяться продукты горения. 
   Путь избавления от этого недостатка: необходимо создать конструкцию двигателя, в котором бы давление рабочих газов не прижимало главный движущийся рабочий орган к неподвижному корпусу. При этом двигатель должен отличаться такой конструкцией, которая бы позволяла иметь постоянное плечо крутящего момента на всем пути движения главного рабочего органа двигателя. При этом на таком пути давление рабочих газов должно осуществляться как можно дольшее время, в идеале – стремиться к 100%. Напомню, что у 4-х тактных двигателей из полного цикла двигателя из 2-х оборотов вала, давление на поршень действует лишь пол оборота, да и то в режиме передачи этого давления с нестабильным плечом крутящего момента.

ИТОГ:
ИТАК- сформулируем условия, которые выдвигает научный подход, для того чтобы создать двигатель с высоким КПД:
1) Основные технологические процессы двигателя «горение» и «расширение» должны быть разделены и разнесены для реализации в разные технологические камеры. При этом сгорание должно происходить в запертой камере, в условиях нарастающей температуры и увеличивающегося давления.
2) Процесс сгорания должен происходить достаточное время и в условиях избытка воздуха. Это позволит на 100% сжигать рабочую смесь.
3) Объем камеры расширения должен быть значительно больше камеры сжатия, минимум на 50%, Это нужно для полноценного перевода давления рабочих газов в работу на главном рабочем органе.
4) Должен быть создан механизм перевода высокой температуры выхлопных газов в работу на главном рабочем органе. Для этого есть только одна реальная возможность – подача воды для превращения высокой температуры газов горения в давление получаемого пара.
5) Рабочий орган и вся кинематика двигателя должны быть устроены таким образом, чтобы как можно больший период цикла двигателя рабочий орган воспринимал давление рабочих газов, а плечо перевода силы этого давления все время было максимально возможным.

После внимательной работы с этими требованиями теоретических подходов физики и механики на тему создания двигателя с высоким КПД, оказывается, что создать поршневой двигатель под такие задачи совершенно невозможно. Поршневой ДВС не удовлетворяет ни одному из этих требований. Из этого факта следует следующий вывод – необходимо искать более эффективные, альтернативные поршневой схеме, конструкции двигателя. И самая близкая к необходимым требованиям оказывается схема роторного двигателя.
В своей работе над концепцией совершенного роторного двигателя я как раз исходил из попытки учесть при создании концептуальной схемы двигателя необходимости реализации всех указанных выше теоретических предпосылок. Надеюсь, мне это удалось сделать.

Сравним содержание основных возможностей главных механизмов и технических принципов, применяемых в различных типах двигателей. Существующие моторы я буду сравнивать с концепцией совершенного роторного двигателя, над созданием которой тружусь уже некоторое количество времени.

СТАТЬЯ №2-1
РАЗМЫШЛЕНИЕ О СТЕПЕНИ СЖАТИЯ: ВСЕ ХОРОШО В МЕРУ

  Все мы привыкли к тому, что экономичный и мощный двигатель должен иметь высокую степень сжатия. Поэтому на спортивных автомобилях двигатели всегда имеют высокую степень сжатия, а тюнинг двигателей (форсирование) для повышения мощности стандартных моторов массовых серий предполагает прежде всего увеличение их степени сжатия. 
Поэтому в широком массовом мнении закрепилась идея — чем выше степень сжатия двигателя, тем лучше, так как это ведет к увеличению мощности мотора и повышению его КПД. Но — к сожалению, это положение верно лишь отчасти, а точнее, оно верно не боле чем на 50%.
История техники говорит нам, что когда в 1860-х годах появился первый ДВС Ленуара (который работал без сжатия), он лишь едва-едва превосходил по КПД паровые машины, а когда (через 15 лет) появился 4-х тактный ДВС Отто, работающий со сжатием, то КПД такой модели сразу превзошел на голову по экономичности все существовавшие тогда двигатели.
Но сжатие – не такой уж простой и однозначный процесс. Тем более, что достигать очень высоких степеней сжатия, не имеет смысла, да и это очень трудно технически.
  Первое: чем выше степень сжатия – тем больше рабочий ход поршня в цилиндре. Следовательно – больше линейная скорость движения поршня на высоких оборотах. Следовательно – тем больше инерционные знакопеременные нагрузки, действующие на все элементы кривошипно-шатунного механизма. При этом — еще и повышаются уровни давления в цилиндре. Поэтому у двигателя с высокой степенью сжатия и длинным рабочим ходом все элементы и детали мотора должны быть повышенной прочности, т.е. толстыми и тяжелыми. Именно поэтому дизеля не бывают маленькими и легкими. Поэтому не создано малых дизелей для мотоциклов, для подвесных лодочных моторов, легкой авиации и пр. Именно поэтому подвергнутые серьезному тюнингу – «пережатые» стандартные авто моторы имеют столь малый моторесурс.
  Второе: чем выше степень сжатия, тем сильнее риск детонации со всеми вытекающими разрушительными последствиями. Заправка бензином с невысоким качеством может попросту разрушить такой мотор. О детонации – читайте в специальной СТАТЬЕ. Т.е. на определенной степени сжатия приходится применять все более дорогой и специальный бензин или особые присадки к нему. В пятидесятые — шестидесятые годы магистральной линией двигателестроения, особенно в США, было повышение степени сжатия, которая к началу семидесятых на американских двигателях нередко достигала 11-13:1. Однако, это требовало соответствующего бензина с высоким октановым числом, что в те годы могло быть получено лишь добавлением ядовитого тетраэтилсвинца. Введение в начале семидесятых годов экологических стандартов в большинстве стран привело к остановке роста и даже снижению степени сжатия на серийных двигателях.
  Однако – достигать предельно возможных степеней сжатия нет никакого смысла. Дело в том, что термический КПД двигателя нарастает с повышением степени сжатия, но не линейно, а с постепенным замедлением. Если при увеличении степени сжатия от 5 до 10 он повышается в 1,265 раза, то от 10 до 20 — только в 1,157 раза. Т.е. после достижения определенного порога степени сжатия ее дальнейшее повышение не имеет смысла, ибо выигрыш будет минимальным, а нарастающие трудности – огромными. 

* * *
При внимательном анализе возможностей работы разных типов двигателей и поиске путей повышения их эффективности можно найти возможности, отличные от постоянного повышения степени сжатия. И они будут гораздо более эффективными и качественными, чем высокое повышение степени сжатия.
Для начала разберемся – а что дает собственно высокая степень сжатия. А дает она следующее:
— дает высокую длину рабочего хода, т.к. в поршневом двигателя длина хода сжатия равна ходу длины расширения;
— сильное давление в заряде рабочей смеси, при котором происходит сближение молекул кислорода и топлива. От этого процесс горения подготавливается лучше и идет быстрее.

По первой позиции можно дать такие комментарии: действительно, экономичность дизелей во многом обязана тому, что они имеют большую длину рабочего хода. Т.е. увеличение длинны хода расширения значительно более серьезно влияет на повышение эффективности и экономичности двигателя, чем повышение длины хода сжатия. Это дает возможность снимать с давления рабочих газов больше пользы – газы работают на большее перемещение поршня. И если в «бензиновых» моторах диаметр поршня примерно равен длине рабочего хода, с соответствующей «степенью сжатия» и «степенью расширения», которые привязаны к длине хода поршня, то в дизельных двигателях этот параметр заметно больше. У классических низкооборотистых дизельных двигателей ход поршня больше, чем диаметр поршня на 15-30%. В судовых дизелях эта разница приобретает вообще вопиющий размер. Например, у огромного 14-цилиндрового дизельного двигателя для супертанкера производства финской фирмы Wartsila, рабочим объёмом 25 480 литров и мощностью 108 920 л.с. при 102 об/мин., диаметр цилиндра составляет 960 мм., при ходе поршня — 2500 мм.

При этом напомню- что такие судовые дизеля работают на сырой нефти, которая может выдерживать очень высокую степень сжатия при таком огромном ходе поршня. Но увеличение степени сжатия имеет и свои неприятные стороны – требует применения дорогих высокооктановых сортов бензина, увеличения веса мотора, а так же немалых затрат мощности двигателя на процесс сильного сжатия.
Попробуем разобраться – а не получится ли достичь близкого, и даже большего эффекта в наращивании мощности и увеличения КПД двигателя иными способами, т.е. без излишнего увеличения степени сжатия с нарастанием присущего подобному процессу негатива. Оказывается, что такой путь возможен. Т.е. всех обоих положительных аспектов от наращивания степени сжатия можно получить иными путями и без присущих для наращивания степени сжатия неприятностей.

Рассмотрение первой позиции – большая длинна рабочего хода. Главное для экономичности – это большая длинна рабочего хода, чтобы все рабочие газы по максимуму передали давление на поршень. А в поршневом моторе рабочий ход равен длине хода сжатия. Вот как-то и закрепилось мнение, что важнее всего – степень сжатия, а не степень расширения. Хотя в поршневом двигателе — эти значения равны. Поэтому и разделять их не имеет особого смысла.

Но в идеале – лучше сделать эти длинны хода разными. Так как повышение хода сжатия ведет к массе неприятных последствий, то его сделать умеренным. А вот ход расширения, как отвечающий по максимуму за экономичность и эффективность, сделать максимально большим. Но в поршневом моторе это сделать практически невозможно (или сделать очень трудно и сложно- пример двигатель Кушуля). Зато есть масса схем роторных двигателей, которые позволяют без особого труда разрешить эту дилемму. Т.е. возможность двигателю иметь умеренную степень сжатия и при этом значительную длину рабочего хода. 

  Рассмотрение второй позиции – активизация и высокая эффективность процесса сгорания топлива. Его высокая скорость и полнота. Это важное условие качества и экономичности работы двигателя. Но, оказывается, степень сжатия (обеспечение высокого давления) является не единственным, и даже не самым лучшим способом достижения такого результата.

Тут я позволю себе цитату из академической книги по теории двигателей для ВУЗов советского периода: «Автомобильные двигатели», под ред. М.С.Ховаха. Москва, «Машиностроение», 1967г.

   Как видно из приведенной цитаты, качество и скорость сгорания больше зависит от температуры сгорания, и в меньшей степени от давления. Т.е. если удастся обеспечить предельно высокую температуру среды сгорания, то полноценность сгорания будет максимальной, и нужда в предельно высоком давлении перед процессом сгорания (в степени сжатия) отпадет. 

   Из всех выше описанных теоретических подходов, можно сделать один вывод – мощный двигатель с высоким КПД может обойтись и без высокой степени сжатия, со всеми присущими для нее трудностями. Для этого в двигателе степень расширения должна быть заметно выше степени сжатия, а сгорание заряда свежей рабочей смеси должно происходить в предельно нагретой камере сгорания. При этом в процессе сгорания давление и температура должны повышаться за счет их естественного увеличения за счет энергии процесса горения. Т.е. камера сгорания должна герметично запираться и не менять свой объем в процессе сгорания. Следовательно: скоростного увеличения объёма камеры сгорания — с соответствующим падением давления и температуры (как это происходит в поршневом моторе) быть не должно. 
   Кстати- во время сгорания топливной смеси давление в запертой камере сгорания неизменного объема будет повышаться, т.е.сгорающие «второй серией» (более 60% от массы заряда) порции топлива будут сгорать при очень высокой степени сжатия (давление около 100 атм.) давление которого будет создано сгоранием первой части топлива. Тут надо зметить, что давление завершения такта сжатия даже у дизелей (этих нынешних рекродстменов по КПД) состалвяет не более 45-50 атм. 
Но оба этих вышеупомянутых условия в поршневом двигателе с кривошипно-шатунным механизмом соблюсти и обеспечить невозможно. Поэтому и работают поршневые двигатели на повышенных степенях сжатия, со всеми вытекающими трудностями, и никак не могут преодолеть планку КПД в 40% уже почти 100 лет.

   ИТОГ этой статьи таков – высокоэффективный двигатель большой мощности с высоким КПД может иметь умеренную степень сжатия, если будет иметь ход расширения, заметно больше чем ход сжатия. А сгорание рабочей смеси будет происходить в запираемой на время сгорания и не охлаждаемой камере (изохорный адиабатический процесс) при нарастающих температуре и давлении от энергии самого процесса сгорания. 
   В рамках идеи поршневого двигателя такую конструкцию создать невозможно, а вот в поле идей роторных двигателей подобные конструкции создать вполне реально. Чем и занимается автор этого текста и этого сайта. 

СТАТЬЯ №2-2
РАЗМЫШЛЕНИЕ О СТЕПЕНИ СЖАТИЯ-2: ВЗГЛЯД В ИСТОРИЮ

26.01.13г.

   В первой части статьи я показал – что непрерывное повышение степени сжатия в поршневом двигателе с кривошипно-шатунным механизмом — единственный путь небольшого увеличения КПД двигателя, имеет четкие пределы своих возможностей. На степенях сжатия, приближающихся к 16, Рабочая Смесь с парами бензина даже октанового числа 100 начинает сгорать в режиме детонации, а детали и корпус двигателя становятся очень громоздкими и толстостенными (как в дизеле), чтобы выдерживать повышенные давления и великие инерционные нагрузки. Но огромные силы детонационного сгорания даже такие громоздкие и массивные детали разрушают очень быстро. 

   Но есть другие пути повышения КПД двигателя – это:
А) – увеличение температуры сгорания Рабочей Смеси (температуры в камере сгорания), чтобы добиться полного и быстрого сгорания паров бензина. При этом выделяется максимальное количество тепла и Рабочее Тело будет сильнее давить на поршень — т.е. совершать большую работу. По этому пути поршневые двигатели с кривошипно-шатунным механизмом и совмещенным процессом «горения-расширения» (3-й такт) идти не могут, так как масло (смазывающее стенки кинематической пары «поршень — цилиндр») при температуре 220 градусов уже начинает обугливаться и перестает смазывать. Именно поэтому цилиндр и поршень двигателя надо охлаждать, а это приводит в резкому снижению теплового КПД двигателя.
Б) – увеличение объема (степени) расширения Рабочего Тела (длины хода расширения) для полноценного расширения газов Рабочего Тела. Это позволит полностью использовать их избыточное давление. В современных поршневых двигателях на выхлоп идут газы с давлением в 5-8 атмосфер, что является значительными потерями. И это при том, что среднее эффективное давление поршневого двигателя составляет всего 10 атмосфер. Увеличить величину «срабатывания» этого давления мешает малая длина рабочего хода поршневого двигателя с КШМ (кривошипно-шатунным механизмом).
Если увеличить степень расширения газов Рабочего Тела в двигателе, то его КПД значительно увеличится и без необходимости повышения степени сжатия.

Давайте в этой статье обоснуем именно такую возможность.

   Итак, тема этой статьи: для повышения КПД можно и нужно увеличивать степень расширения Рабочего Тела (рабочих газов) без увеличения степени сжатия. Это должно привести к значительному повышению эффективности работы двигателя. В оптимуме надо иметь: степень сжатия может быть совсем невеликой – примерно 3-х кратной, это соответствует давлению в заряде сжатой Рабочей Смеси в 4 атмосферы, но степень расширения (длина линии рабочего хода) должна превосходить эту небольшую степень сжатия примерно в 6-8 раз.  
   Такая постановка вопроса может показаться странной и неразумной всем знатокам традиционных схем двигателей, которые привыкли к высоким степеням сжатия в поршневых моторах. Но именно о таком парадоксальном положении дел в реальности свидетельствует внимательное изучение конструкций двигателей внутреннего сгорания, которые создавались и работали на заре появления таких двигателей, т.е. в эпоху создания первых ДВС.

   Итак, первое заблуждение, которое работает на упрочнение мифа о необходимости создания высокой степени сжатия в двигателе, обосновывается тем, что первые двигатели внутреннего сгорания, которые создавались 150 лет назад, не сжимали предварительно Рабочую Смесь перед ее поджигом и поэтому имели совершенно мизерный КПД — почти такой же как и у примитивных паровых машин. 
   Действительно, первый действующий двигатель внутреннего сгорания конструкции Жана Ленуара (патент 1859 года) не имел предварительного сжатия Рабочей Смеси и работал с КПД в 4%. Всего 4 % — это как и прожорливые и громоздкие паровые машины того времени.
А вот первый образец 4-х тактного двигателя Николауса Отто, созданный в 1877 году, работал с предварительным сжатием Рабочей Смеси и при работе показал КПД в 22 процента, что для того времени было феноменальным достижением. При этом степень сжатия и степень расширения (как у всех нынешних поршневых ДВС с КШМ) у него были равны между собой.
На основании этих данных:
— КПД двигателя Ленуара без сжатия – 4%;
— КПД двигателя Отто со сжатием – 22 %;
делаются простые и ясные выводы – двигатель работающий с предварительным сжатием Рабочей Смеси работает по принципиально более эффективному режиму, и – чем больше степень сжатия – тем лучше. Этот вывод за 140 последних лет приобрел характер прописной истины и последние 100 лет двигателестроение идет по пути наращивания значения степени сжатия, которая сегодня уже достигла предельных значений.

   НО в изложении этой информации- есть одно большое НО…
Оказывается тот же Николаус Отто, прежде чем создать свой знаменитый 4-х тактный двигатель со сжатием в 1877 году, немного раньше – в 1864 году создал, выпускал и успешно продавал многими сотнями другое свое изобретение – атмосферный двигатель внутреннего сгорания, работающий без предварительного сжатия. КПД этого двигателя составлял 15%… Такой высокий КПД совершенно не укладывается в теорию, что сильное предварительное сжатие Рабочей Смеси совершенно необходимо для достижения значительных показателей КПД двигателя.
Что-то в этой теме было не так, чего-то не хватало для понимания очень важных сфактов, и я решил изучить эту ситуацию. И вот к каким выводам я пришел:
-совершенно ужасный – мизерный – КПД двигателя Ленуара получался потому, что он имел совершенно недопустимо малую СРЕПЕНЬ РАСШИРЕНИЯ рабочих газов;
— а очень достойным КПД в 15 % атмосферный двигатель Отто, работающий без сжатия, обладал от того, что имел очень большую СТЕПЕНЬ РАСШИРЕНИЯ рабочих газов;
Правда этот двигатель Отто имел очень плохой крутящий момент и очень неровный режим вращения главного вала, поэтому и потом был быстро вытеснен 4-х тактными дви-гателями. Но вот со значением КПД у него было очень прилично.

Итак – смотрим на двигатель Ленуара. Этот двигатель работал по 2-х тактному циклу. Вначале на линии рабочего хода поршень втягивал в себя светильный газ и воздух (Рабочую Смесь). Затем клапан подачи закрывался. Электрическая свеча давала искру — и Рабочая Смесь вспыхивала, и горячий газ усиленного давления толкал поршень дальше. Затем при обратном ходе поршень выталкивал продукты горения из цилиндра, и затем все повторялось вновь.

Т.е. в одном рабочем такте — на «линии расширения» — были совмещены ТРИ рабочих процесса:
— впуск Рабочей Смеси;
— горение Рабочей Смеси;
— расширение Рабочего Тела;
   Давайте внимательно посмотрим на габариты рабочих органов двигателя Ленуара и сделаем некоторые грубые расчеты. Диаметр поршня — 120 мм и ход поршня — 100 мм. Описания двигателя того времени сохранили данные о том, что на всасывание газа и воздуха отводилось расстояние примерно в половину длины «линии расширения». Затем клапан подачи закрывался и электросвеча давала искру. Т.е. на процесс расширения, вернее на объединённый процесс «горение-расширение» оставалось менее полвины длины рабочего хода… Искра поджигала смесь газа и воздуха, происходила вспышка, температура и давление газов в цилиндре резко увеличивалось и рабочее давление с усилием гнало поршень дальше.   Максимальный пик рабчего давления газов на поршень составлял 5 атмосфер. Но надо понимать- что Рабочая Смесь поджигалась в условиях все углубляющегося падения давления – ведь поршень продолжал двигаться создавая разрежение ниже атмосферного давления… В таких условиях поджигаться могла только очень «богатая» смесь, перенасыщенная газом. Соответственно — сгорание в таком режиме было крайне неполным, да еще и расшириться продуты сгорания вряд ли могли полноценно – ведь длина рабочего хода была крайне малой.   Т.е. для поршня диаметром в 120 мм. длина рабочего хода составляла менее 50 мм. Можно смело считать, что на выхлоп шли газы весьма высокого давления, да еще и перенасыщенные не сгоревшим светильным газом. Соответственно двигатель таких параметров имел мощность всего 0,5 лошадиной силы при частоте вращения вала в 120-140 оборотов в минуту. 
ВЫВОД- двигатель Ленуара имел такой низкий КПД и такую малую мощность прежде всего по причине очень малой длины рабочего хода (когда рабочие газы просто не имели возможности сработать) и очень неэффективной организации рабочих процессов, когда предельно «богатая» Рабочая Смесь поджигалась при давлении заметно ниже атмосферного в условиях активного расширения объема. Т.е. этот двигатель следовало обозначить, как двигатель, работающий с ПРедварительным РАСШИРЕНИЕМ (разрежением) Рабочей Смеси….

   ДАЛЕЕ – рассмотрим схему работы другого двигателя, работавшего без предварительного сжатия Рабочей Смеси, но имевшего КПД в 15 %. Это атмосферный двигатель Отто образца 1864 года. Это был очень необычный двигатель. Он по своей кинематике казался чем-то совершенно уродливым и не пригодным к работе, но при «корявой» кинематической схеме, он действовал по весьма рациональной схеме организации рабочих процессов и поэтому имел КПД в 15%. Цилиндр этого двигателя был установлен вертикально и поршень двигателя двигался вверх- вниз. При этом в этом двигателе не было КШМ, а поршень имел направленную вверх очень длинную зубчатую рейку, которая входила своими зубьями в зацепление с шестерней и вращала её.

При этом, когда под поршнем взрывалась Рабочая Смесь, и поршень мгновенно взлетал вверх – то шестеренка вращалась вхолостую, ибо специальный механизм отсоединял ее от маховика машины. Затем, когда поршень и рейка достигали крайней верхней точки, и давление рабочих газов в поршне переставало действовать, поршень и рейка под своим весом начинали путь вниз. В этом момент шестерня присоединялась к валу маховика, и начинался рабочий ход. Таким образом — двигатель действовал рывковыми импульсами и имел очень плохой режим кутящего момента. Двигатель к тому же имел малую мощность, так как усилие создавали только вес поршня и рейки (т.е. работала сила тяжести), а так же давление атмосферного воздуха, когда остывающими газами и поднятым вверх поршнем в цилиндре создавалось разряжение. Именно поэтому двигатель назывался атмосферным, ибо в нем вместе с силой тяжести работала и сила атмосферного давления.
   Но зато – в такой конструкции двигателя были крайне удачно организованы рабочие процессы. Рассмотрим, как были организованы и действовали рабочие процессы в этом двигателе. 

   Вначале специальный механизм поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разрежённое пространство и туда происходило всасывание смеси воздуха и газа. Далее поршень останавливался. Затем смесь воспламенялась открытым пламенем через особую трубку. При взрыве горючего газа давление под поршнем скачкообразно поднималось до 4 атм. Это действие подбрасывало поршень вверх, объём газа в цилиндре увеличивался и давление под ним падало, так как внутренний объем поршня не имел связи с атмосферой и был в этот момент герметично закрыт. При подбрасывании взрывом поршня специальный механизм отсоединял рейку от вала. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось значительное разрежение. В данном случае рабочий ход оказывался максимальной длинны, и продолжался до тех пор, пока вся энергия сгоревшего топлива (в виде избыточного давления Рабочего Тела) полностью не израсходовалась на подъем поршня. Заметьте, что на фотографии двигателя видно – длинна рабочего хода (высота цилиндра) многократно — в 6-8 раз больше диаметра поршня. Вот какой длины был у него рабочий ход. В то время как в современных поршневых моторах диаметр поршня примерно равен рабочему ходу. Только в дизелях – этих современных чемпионах экономичности – рабочий ход примерно на 20-30 процентов больше диаметра цилиндра. А тут – больше в 6 или даже 8 раз….
   Далее- поршень устремлялся вниз и начинался рабочий ход поршня под нагрузкой собственного веса и под действием атмосферного давления. После того, как давление сжимаемого в цилиндре газа на пути поршня вниз достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Все это время длинная зубчатая рейка крутила шестерню, соединенную валом с маховиком. Именно так производилась мощность двигателя. После возвращения поршня в нижнюю точку траектории движения все повторялось снова — спец механизм плавно поднимал его вверх и происходило всасывание свежей порции Рабочей Смеси. 

   В такой необычной схеме двигателя по причине предельно полного расширения нагретого Рабочего Тела КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и поэтому достигал 15 %. Кроме того – поджигание рабочей смеси в атмосферном двигателе Отто происходило при атмосферном давлении, тогда как в двигателе Ленуара этот процесс происходил в условиях нарастающего разрежения, т. е. в условиях нарастающего падения сил давления, когда давление оказывалось заметно меньше атмосферного. 
Еще нужно сказть, что по принципиильной схеме близкой к схеме этого двигателя сегодня работают копры — дизель-молоты. Правда подача и поджигание топлива в них устроено иначе, но общая принципиальная схема движения рабочего органа- та же самая.

   Есть еще одна особенность – которая играла на заметный рост КПД. Это особенности не было ни в двигателе Ленуара, нет ее и в современных 2-х и 4-х тактных двигателях.
В атмосферном двигателе Отто в момент поджигания Рабочей Смеси поршень стоял на месте, и при горении первых порций топлива в объеме сгорания создавалось нарастающее давление, т.е. порции топлива, которые сгорали во вторую, в третью и в последующую очередь – они сгорали в условиях нарастающего давления, т.е. сжатие Рабочей Смеси происходило за счет нарастаний давления от вспышки и выделения тепла первых порций горящего заряда. При этом инерционность давящей сверху на горящий газ системы – поршня, длинной рейки и атмосферного давления, создавала сильное сопротивление первому импульсу движения вверх, что и приводило к заметному повышению давления в среде горящего газа. Т.е. в атмосферном двигателе Отто горение Рабочей Смеси происходило в условиях резкого сжатия основного объема еще не начинающей гореть части заряда горючего газа. Хотя предварительного сжатия поршнем и не было. Именно это появляющееся во время горения заряда Рабочей Смеси фактическое сжатие значительной величины большей части паров топлива (вместе с рабочим ходом большой длинны) и играло на значительный КПД атмосферного двигателя Отто образца 1864 года.
А вот современные поршневые двигатели, как и двигатель Ленуара 150 лет назад, вынуждены поджигать свежий заряд Рабочей Смеси и условиях резко расширяющегося объема, когда поршень (а его очень мощно движет шатун и коленвал) отчаянно убегает от донышка цилиндра и расширяет объем «камеры сгорания». Для справки — скорость движения поршня в современных двигателях – 10-20 метров в секунду, а скорость распространения фронта пламени в сильно сжатом заряде паров топлива – 20-35 метров в секунду. Но в современных двигателях для устранения этого неприятного положения можно пробовать под-жечь заряд Рабочей Смеси «рано» — т. е. до достижения движущимся поршнем на линии завершения предыдущего такта Верхней Мертвой Точки (ВМТ), или в положении около этой точки. А вот в двигателе Ленуара это было невозможно, ибо после достижения поршнем ВМТ начинался процесс всасывания свежей порции горючего газа и воздуха, а ее поджигание возможно только в условиях резко увеличивающегося объема «камеры сгорания» и резкого падения давления в свежей порции Рабочей Смеси ниже атмосферного. Именно поэтому двигатель Ленуара и имел такой предельно низкий КПД.

   Можно предположить, что если бы атмосферный двигатель Отто имел искровое электрическое зажигание (как более ранний двигатель Ленуара), то его КПД мог бы вполне приблизиться к 20%. Дело в том, что при зажигании заряда Рабочей Смеси в цилиндре открытым пламенем через особую трубку при вспышке некоторая часть горящего заряда вылетала в атмосферу через эту трубку и это были заметные потери… Если бы такие потери удалось исключить, то КПД этого двигателя был бы заведомо выше.
Но Отто не обладал знаниями в области электротехники (как Ленуар), поэтому он и установил на свой атмосферный двигатель такую примитивную и уменьшающую КПД систему зажигания.

   ВЫВОДЫ из этой статьи таковы:
1) – устоявшееся мнение о возможности достижения предельно высокого КПД двигателя преимущественно за счет максимально возможной степени предварительного сжатия Рабочей Смеси справедливо только для конструкций поршневых двигателей , где стремительно движущийся от «донышка» цилиндра в сторону коленвала поршень (за счет принудительного привода от коленвала) с огромной скоростью расширяет объем «камеры сгорания» и уменьшает давление поджигаемого (и горящего- тоже) заряда Рабочей Смеси. В поршневом двигателе Ленуара, работающем без предварительного сжатия Рабочей Смеси, этот недостаток поршневых двигателей проявлялся особенно ярко. Что и приводило к его предельно низкому КПД.
   В современных поршневых двигателях всех типов для устранения именно этого конструктивного «родового» недостатка в организации рабочих процессов как раз и применяется предельно высокая степень предварительного сжатия – именно для того, чтобы заставить свежий заряд Рабочей Смеси гореть при достаточно высоких давлениях и температуре (не смотря на скоростное увеличение объема камеры сгорания и соответствующее падение давления в этой камере), что является залогом относительно полноценного горения заряда Рабочей Смеси и создания Рабочего Тела высокого давления и высокой температуры.
2) – в истории техники существуют конструкции двигателей иных кинематических схем и иного способа организации рабочих процессов, где даже без предварительного сильного сжатия свежего заряда Рабочей Смеси можно достигнуть неплохих значений КПД даже при очень примитивной конструкции. Пример – атмосферный двигатель Отто образца 1864 года, с КПД в 15 %.
3) – можно создать высокоэффективный двигатель внутреннего сгорания, в котором процессы сгорания свежего заряда Рабочей Смеси и создания Рабочего Тела высоких параметров будут происходить путем естественного сжатия горящего заряда за счет самих сил горения в условиях камеры сгорания неизменного объема. Тем более, что процесс предварительного сжатия до высоких значений (в 20-30 атмосфер), который характерен для современных поршневых двигателей, требует затрат значительного количества энергии двигателя и применения массивных, громоздких и тяжелых деталей.
При этом основной вклад в достижение высокого КПД сделает большой параметр объема расширения (длинный рабочий ход), который будет значительно больше объема сжатия.

   ИМЕННО ТАКОЙ двигатель, не требующий затратного и громоздкого Предварительного Сжатия свежего заряда Рабочей Смеси высокого значения, автор данной статьи в настоящее время и создает. В этом двигателе предварительное сжатие будет осуществляться до невысоких значений, а основное сжатие заряда Рабочей Смеси в камере сгорания неизменного объема будет происходить за счет сил первого этапа самого горения. В идеале это будет детонационное горение: вспышка — взрыв. Далее Рабочее Тело высокого давления будет расширяться до конца своих возможностей в секторе расширения большого объема. 

Игорь Исаев.»Роторные двигатели. Прошлое,настоящее,будущее….»

Наступает ли конец дизельного двигателя?

Автор фото, Reuters

Подпись к фото,

Многие крупные города страдают от проблем с качеством воздуха, и Лондон — не исключение

Мэры Афин, Мехико, Мадрида и Парижа пообещали к 2025 году запретить на своих улицах дизельные автомобили и грузовики.

Вместо этого они обещали поощрять использование альтернативных транспортных средств — электромобилей, гибридных и водородных автомобилей.

Все четыре города страдают от проблем с качеством воздуха. Их мэры ссылаются на опыт Токио, где уже запрещено движение дизельных автомобилей.

Автопроизводители опасаются, что более широкий запрет машин с дизельными двигателями — лишь дело времени.

Действительно ли дизельные двигатели, выбрасывающие в атмосферу большое количество двуокиси азота и других вредных для здоровья веществ, обречены на вымирание?

Ведущий программы «Пятый этаж» Александр Баранов беседует с автомобильным экспертом Вячеславом Субботиным.

Автор фото, Not Specified

Александр Баранов: Здравствуйте, дорогие друзья! Сегодня с нами на «Пятом этаже« Вячеслав Субботин, автомобильный эксперт и автогонщик, пилот команды «Газ Рейд Спорт«. Вячеслав, здравствуйте!

Вячеслав Субботин: Добрый вечер!

А.Б.: Мы рады приветствовать вас здесь у нас в гостях в нашей программе. Четыре города на конференции в Мексике пообещали к 2025 году запретить полностью дизельные машины. Ссылаются, кстати, на опыт Токио, куда уже на дизеле не въедешь. Как вы считаете: насколько это решение важно для судьбы дизельных двигателей в принципе, действительно ли дизельный двигатель обречен, умрет ли он быстро или еще помучается какое-то время? Как вы считаете?

В.С.: С одной стороны, я считаю, что это конъюнктурное предложение. Это все входит в схему дизель-гейта, который возник с группы «Фольксваген», и борьбы с ним на этом фоне. Почему это носит такой характер предвзятый? У дизельного двигателя на самом деле КПД выше, чем у двигателя внутреннего сгорания на бензине.

Мало того, солярка обладает большей теплотворной способностью, из нее можно получить больше энергии. Не смотрите на то, что дизели более дорогие, в обслуживании более дорогие. На самом деле, они приблизились по конструкции, по обслуживанию, по сложности к обычным бензиновым моторам.

Но самое главное — они эффективнее. Другое дело, что много старых дизельных автомобилей. Скажем, Париж просто задыхается, особенно зимой: никуда этот выхлоп не рассеивается.

А.Б.: Старые автомобили — это другой вопрос. В Париже, насколько я знаю, запретили автомобили старше 1997 года выпуска. Здесь, в Лондоне, тоже вовсю идут разговоры. Новый мэр говорил о том, что он хотел бы ввести дополнительный налог на автомобили, которые старше 10 лет. В этом смысле нас тоже обкладывают.

То, что касается дизельного двигателя: ирония в том, что еще недавно его всячески пропагандировали как более чистый. Количество машин с дизельным двигателем в Англии, например, возросло стремительно. Где-то в 2011 или 2012 году их стало продаваться больше, чем бензиновых — и тут вдруг все повернулось.

Объясняют это тем, что те выхлопы, которые производят дизельные двигатели — окись азота, формальдегиды, какие-то частицы — сажа, короче говоря, вылетает — все это очень вредно для здоровья. Вреднее, чем то, что выбрасывает бензиновый двигатель. Это же, наверное, должно беспокоить действительно, если это так?

В.С.: Разумеется, это беспокоит, но здесь беспокоит только один параметр — это выброс сажи. Весь остальной букет присутствует в равной степени и в автомобилях с бензиновым двигателем — в равной степени, а, может быть, даже еще и большей. Поэтому здесь только сажа.

Для этого есть специальные системы: сажевые фильтры, системы нейтрализации газов. Все это есть и отрабатывается. Рециркуляция отработавших газов, дожиг отработавших газов, то есть масса всего придумана. Вопрос в том, что это должно работать.

Дизельный двигатель, как ни крути, эффективнее. Почему он так популярен? Потому что он меньше топлива расходует на 100 километров пробега при той же, равной работе.

А.Б.: Да, но сейчас бензиновые двигатели стали намного более эффективными, в принципе, они уже приближаются к дизелю. Конечно, еще отстают, но разница не настолько большая. Многое еще зависит от цены дизельного топлива.

Скажем, если в Германии дизельное топливо намного дешевле, чем бензин, то здесь, в Англии, дизельное топливо подороже, чем бензин. Если посмотреть на экономию: еще надо учесть, что дизельный двигатель более сложный, более тяжелый и так далее, поэтому цена дизельной машины на несколько тысяч дороже.

Если вы мало ездите — а обычная семья, в общем-то, мало ездит по городу — то дизельный двигатель оказывается не настолько экономичным. Тут еще и вредный, еще говорят, что рак можно заработать от всех этих вредных выбросов.

В.С.: Рак можно заработать, побывав, скажем, в Австралии или в Новой Зеландии. Под озоновой дырой побыл — ну и все, привет, как говорится: получил излучение. Таких мест, где можно получить рак, на самом деле полно.

Дизельный двигатель на самом деле гораздо эффективнее, а то, что сейчас говорят, что он сложнее, что он тяжелее — глупости все. На самом деле он по конструкции стал очень технологичным. Дизельный двигатель среди двигателей внутреннего сгорания — это явное преимущество.

Никогда бензиновый двигатель не подойдет по своим характеристикам к дизельному, во всяком случае, по своей эффективности. Не сможет. Теплотворная способность бензина всегда меньше. Это точно так же, как теплотворная способность газа всегда меньше, чем у бензина.

Если сжечь один килограмм бензина, то мы получим гораздо меньше энергии, чем если мы сожжем один килограмм солярки.

А.Б.: Да, может быть. В таком случае виноваты сами автопроизводители. Говорят, что бензиновые двигатели стали намного меньше выбрасывать СО2, а ведь СО2 — это главный показатель был все последние годы.

Борьба с озоновыми дырами, глобальное потепление и так далее — на СО2 обращали внимание в первую очередь, вообще только на СО2 обращали внимание. Тем временем бензиновые двигатели стали чище, а дизельные двигатели чище не стали, хотя они стали более технологичными. Как вы сами рассказываете, они стали лучше.

Более того, с дизельными двигателями еще такая «петрушка«: очень часто можно услышать совет — если у вас дизельный двигатель, первым делом надо отвинтить у него фильтр, тогда он будет еще более эффективный, еще дешевле. И вот ездит масса дизельных машин без фильтров.

В.С.: А знаете, сколько ездит бензиновых автомобилей с пробитым катализатором, катколлектором? Плохое топливо залили или просто свечи не вовремя поменяли, он оплавляется, осыпается, забивается — и все. Когда глушитель забит, то мотор не работает.

Что в этом случае делают во всех странах? Берут лом, снимают эту штуку и пробивают ломом, потом перепрошивают программу. Таких автомобилей ездит по любой стране, даже моторизованной, просто огромная масса. Это известный прием, об этом знает любой сервисмен и даже гаражник, как это сделать.

Современный дизельный двигатель сегодня гораздо эффективнее по конструкции, потому что он выбрасывает эффективнее, чем бензиновый, тут даже доказывать нечего. Вопрос только в старых автомобилях.

А.Б.: Еще говорят о том, что на самом деле есть новые технологии, которые позволят сделать дизельный двигатель намного более чистым, практически чистым, но автопроизводители не хотят это делать, потому что это будет стоить примерно 220 фунтов лишних на одну машину, специалисты даже посчитали. Вы можете что-то сказать по этому поводу? Действительно, может быть, в этом автопроизводители сами виноваты?

В.С.: Не то что виноваты. Производители — это бизнесмены. Прежде всего их душу греет рубль или доллар, фунт, — все, что угодно. Им интересно продавать то, с чего они получают наибольшую прибыль. Наибольшую прибыль они получают, скажем, с бензинового мотора: массовый автомобиль, дешевый, дешевле гораздо производить — и пошел в серию.

Их, думаете, так беспокоит безопасность окружающей среды? Их беспокоит закон, который заставляет их, вынуждает это делать. Поэтому делают бензиновые двигатели и не стараются делать, скажем, на солярке. Потом все прекрасно понимают, что будущее все-таки за электромобилями, поэтому сюда направляют наибольшие усилия.

А.Б.: Мне тоже кажется, что это отдельное решение. Может быть, оно, как вы говорите, какое-то конъюнктурное, вызвано чем-то, может быть, не вызвано, не знаю.

Дело даже не в этом, а дело в том, что это решение Афин, Мехико, Мадрида и Парижа очень вписывается в общий тренд, который сейчас просто набирает обороты — тренд на отказ от традиционных моторов, двигателей как дизельного, так и бензинового.

Вопрос в том, я думаю, что автомобилисты гадают сейчас: как быстро это все произойдет? Как много времени нужно, чтобы электрические машины заняли рынок и стали распространенными, чтобы их действительно можно было бы покупать без каких-то долгих размышлений: а где мы будем их заряжать и так далее? Как вы думаете, как быстро это может произойти?

В. С.: Электромобили наступают и наступают лавинообразно. Даже в странах с холодным климатом они есть, а в странах с теплым климатом, где вообще не видели снега, это само собой.

Понятное дело, что в ближайшие несколько лет — я не знаю, может быть, три года, пять лет — они будут занимать в городе существенную долю, просто огромную долю. К этому будет подвигать не только экономическая сторона.

Электромобиль легче обслуживать, он дешевле, там только батарейки дорогие на сегодняшний день. Батарейки можно брать в аренду. Есть такая форма: пошел, взял в аренду, откатал несколько лет, сдал эти батарейки, их утилизируют, поменяют на новые.

Самое главное — КПД электромобиля гораздо выше, чем машины с бензиновым или дизельным двигателем, с двигателем внутреннего сгорания, потому что энергию производят на стационарных станциях или вообще производят, как говорится, бесплатно — от солнца, от воды, от прилива, от чего угодно.

А.Б.: Я думаю, что если мы перейдем на электромобили, то одними солнцем и водой тут не обойтись. На самом деле это огромное количество электроэнергии, которое надо будет производить. На мой взгляд, когда говорят об экологии, о том, что будет воздух более чистый, это некоторое лукавство.

Что происходит с электромобилями? Очищается воздух там, где они ездят, то есть в городе, и начинает загрязняться где-то в пригороде, где стоят электростанции, которые производят это электричество. Грязный воздух перемещается из города в деревню — так получается с электромобилями?

В.С.: Так говорят те, кто не учил в шестом или в седьмом классе физику. На самом деле стационарные станции, вырабатывающие электроэнергию, гораздо эффективнее, чем двигатели внутреннего сгорания.

Самое главное — коэффициент полезного действия от того же газа, если это тепловая электростанция, которая работает на газе. Они из этого топлива получают чуть ли не 60% — это на самой плохой станции, а так — все 80%. Мало того, 20% улетучивается просто в тепло.

Высокий КПД — это первое. Второе: там система фильтров совсем другая, там фильтрация другая. Наконец, это стабильный режим, а двигатель внутреннего сгорания работает в режиме частичных нагрузок — все время не прогретый, перегретый или сломанный. Его даже контролировать невозможно.

Наконец, третье: станцию можно контролировать, а как автомобиль контролировать? Никак. Потом мы все говорим: «Ограничения по выхлопу, скажем, СО2 — углекислого газа. Есть ограничения: чтобы не больше чем на 100 тысяч километров».

А кто-нибудь замеры делал, когда машина пробежала 100 тысяч километров, 150? Я вас заверю: эти нормы уже там не соблюдаются, нет этих норм. А на электростанции как 10 лет назад производили с определенными выбросами, небольшими, так и дальше будут производить с небольшими выбросами. Вопрос контроля.

А.Б.: Это интересно. Есть еще другая проблема, которая не связана напрямую с экологией, но связана с тем, что электромобили пожирают большое количество электричества. Уже сейчас с этой проблемой столкнулись в Калифорнии.

Я ездил туда, и мне рассказывали люди — «из первых рук«, что называется: в продвинутой Калифорнии есть уже небольшие улицы в достаточно богатых предместьях, где двадцать домов и пять-шесть электромобилей, которые ночью заряжаются. Электрические сети просто падают, абсолютно не выдерживают этой нагрузки.

Для этого нужно абсолютно все менять — всю систему электроснабжения. Это тоже огромные деньги. Нынешние электросети в Англии точно, я думаю, что и в России тоже, просто не готовы к электромобилям.

В.С.: На самом деле это тоже не так. Все электросети готовы. Электромобили в основном заряжаются ночью. Днем они ездят. Днем кто заряжает? Никто. К офису приехал, у кого есть, воткнул вилку в розетку, заряжаешься. Заряжаются ночью, тогда, когда мощности простаивают — в этом вся «фишка».

Энергетикам это очень выгодно. Электроэнергию нельзя в бак залить, или еще куда-то, чтобы ее накопить. Ее можно произвести и прямо сейчас реализовать. Электромобили — это спасение для энергетиков, и они сами об этом говорят. То, что не выдерживают сети — сделайте, ребята, так, чтобы выдерживали. Медные провода нужно делать.

А.Б.: Сейчас дело даже не в проводах. Сейчас появляются компании в той же Калифорнии, которые занимаются «умным« распределением электроэнергии между различными источниками.

Действительно, очень часто так бывает, что электростанцию не закрыть, она работает вхолостую, это электричество не используется — ничего хорошего в этом нет. Эта система распределения электричества становится более компьютеризированной, более «умной« и помогает как-то с этой проблемой справиться.

На самом деле даже ночью — вы говорите, что ночью — все зависит от количества машин. Как только машин появится много, ночью не будут справляться с зарядкой. Это еще для наших автолюбителей далекое будущее, до него еще надо дожить и доехать. А сейчас вы б сами покупали машину, купили бы дизель?

В.С.: У меня есть дизельный автомобиль, я на нем успешно езжу, правда, я езжу на нем успешно на дальние расстояния. У меня автобус, и я на нем путешествую. По городу я перемещаюсь на маленьком автомобиле с бензиновым двигателем. Просто его проще завести, он быстрее прогреется.

Это действительно так, потому что дизельный двигатель прогревается слабо. Он работает фактически, если на холостых оборотах, на минимальных, то он работает исключительно на воздухе. Поэтому да, есть определенные трудности. Скажем, в России, да и в любой моторизованной стране переход с солярки летней на зимнюю очень для автолюбителей неважный, потому что может замерзнуть солярка. Ударил мороз, солярка замерзла — все, привет, машина встала.

А.Б.: В любом случае, мне кажется, что если человек сегодня купит дизель, если у него срок 10 лет, допустим, хотя он дольше может ездить, то в любом случае, наверное, это уже будет последний дизель нашего автолюбителя, и следующая машина наверняка будет электрическая, наверное, да? Как вы думаете?

В. С.: Я предполагаю, что дизельные двигатели будут еще долго и долго производиться и будут совершенствоваться, потому что это не только легковые автомобили, это еще и коммерческий транспорт. Это очень важно. Коммерческому транспорту выгодно ездить на солярке. Она действительно экономит, много экономит, а электромобили — да, придут. Для людей, живущих в мегаполисах, особенно в центре, особенно там, где есть ограничения, это очень выгодно, очень выгодно.

А.Б.: Хорошо, спасибо огромное, Вячеслав. Было очень интересно узнать и стало немножко яснее, какую же машину покупать.

________________________________________________________

Загрузить подкаст передачи «Пятый этаж» можно здесь.

Придуман способ повысить КПД автодвигателей

Наверняка, многие автолюбители задавались вопросом о том, насколько мощность двигателя внутреннего сгорания соответствует полезности. Предполагается, что чем у силовой системы показатель КПД выше, тем она эффективнее. Если говорить абсолютными категориями, то на сегодняшний день самый высокий коэффициент у электрических двигателей, в некоторых моделях он достигает порядка 95 процентов. Что же до двигателей внутреннего сгорания, то у большинства из них, вне зависимости от типа топлива этот показатель весьма далёк от идеальных цифр.

КПД двигателя внутреннего сгорания

Конечно, современные двигатели гораздо эффективнее тех, что были разработаны и выпущены лет десять назад, обусловлено это объективными причинами развития технологий. В начале нулевых мотор объёмом в полтора литра выдавал в среднем около семидесяти лошадиных сил, и это было нормальным. Сегодня количество голов в табуне такого же объёма может достигать более 150. Каждый шажочек в плане увеличения КРД двигателя даётся производителям кропотливым трудом и перебором проб, ошибок и удач.

Где теряется эффективность

Забегая вперёд можно констатировать, что для бензиновых двигателей КПД равен примерно 25 процентам. Почему так мало, и чем обусловлены такие цифры? Причины здесь в потерях: если взять некое количество топлива, и обозначить его ста процентами чистой энергии, передающейся мотору, то можно проследить все потери.

  • Для начала следует разобрать топливную эффективность. Все мы в курсе, что топливо сгорает не полностью, и некоторая его часть просто выходит в виде отработанных газов и вместе с ними. А это уже потеря примерно четверти эффективности, то есть – минус 25%. Даже инжектор и другие современные системы не решают этого вопроса, хоть и стали очень эффективными.
  • Далее идут тепловые потери. Мотор греет себя, воздух, другие элементы и узлы, к примеру, радиатор, охлаждающую жидкость, свой корпус, а также выхлоп. В этом месте эффективность теряет ещё около 35%.
  • Немало процентов забирают механические потери. Это поршни, шестерни, кольца, подшипники и прочие элементы и узлы, где присутствует трение. Сюда же относим и нагрузки генератора, который при выработке электроэнергии заметно тормозит коленвал. Несмотря на то, что смазочные материалы стали гораздо эффективнее, вынь да положь ещё двадцать процентов потерь.

И что у нас остаётся в остатке? А всего 20%! Понятно, что это средний показатель, и бензиновые двигатели бывают более эффективными, но насколько – может ещё пять-семь процентов, не больше. Да и двигателей таких совсем немного. Итого из залитых десяти литров топлива, что автомобиль съедает на сто километров пробега, на полезную работу уходить всего два с половиной литра, а остальные семь-восемь литров попросту уходят в потери.

Лучшие двигатели внутреннего сгорания эффективны на 25%

Проблемы КПД ДВС

Дизель или бензин

А что в этом плане показывают дизельные агрегаты, и эффективнее ли они бензиновых собратьев? Если не лезть в самые гущи технических джунглей, то коротко можно констатировать, что в плане КПД дизельные двигатели будут эффективнее бензиновых. Если бензиновый агрегат преобразовывает всего 25 % топливной энергии в энергию механическую, то показатели дизельных моторов достигают 40%. А если дизель оснастить качественной турбиной, то КПД может достигать и пятидесяти процентов.

Подошла ли эволюция двигателей внутреннего сгорания к своему пику? Возможно. Поэтому сейчас всё больше автопроизводителей обращают внимание на электрическую тягу. Осталось лишь разработать эффективные батареи, не боящиеся мороза, и долго держащие заряд.

КПД электрического двигателя двигателя

Сравнение КПД двигателей – бензин и дизель

Если сравнивать между собой КПД бензинового и дизельного двигателя, то следует отметить, что первый из них недостаточно эффективен и преобразует в полезное действие всего 25-30 % произведенной энергии. Например, КПД стандартного дизеля достигает 40 %, а применение турбонаддува и промежуточного охлаждения повышает это значение до 50 %.

Статья в тему: Ремонт гидротрансформатора АКПП – делаем самостоятельно

Оба двигателя, несмотря на схожесть конструкции, имеют различные виды смесеобразования. Поэтому поршни карбюраторного мотора работают при более высоких температурах, требующих качественного охлаждения. Из-за этого тепловая энергия, которая могла бы превратиться в механическую, рассеивается без всякой пользы, понижая общее значение КПД.

Тем не менее, для того чтобы повысить КПД бензинового двигателя, принимаются определенные меры. Например, на один цилиндр могут устанавливаться два впускных и выпускных клапана, вместо конструкции, когда размещается один впускной и один выпускной клапан. Кроме того, в некоторых двигателях на каждую свечу устанавливается отдельная катушка зажигания. Управление дроссельной заслонкой во многих случаях осуществляется с помощью электропривода, а не обыкновенным тросиком.

Асинхронный двигатель и стирлинг

Сегодня на рынке представлены асинхронные машины, большей частью которых являются элетрические. Асинхронный механизм преобразовывает электрическую энергию в механическую.

Основные их достоинства:

  • простота изготовления и относительно низкая стоимость;
  • высокая надежность;
  • эксплуатационные затраты небольшие.
  • Фейсбук
  • Гугл+
  • ЖЖ
  • Blogger

Формула кпд рассчитывается следующим образом: η = P2 / P1 = (P1 — (Pоб — Pс — Pмх — Pд)) / P1, где Роб =Pоб1 + Роб2 – общие потери в обмотках асинхронного мотора. Для большинства современных механизмов такого типа, коэффициент достигает 80 – 90%.

Еще одним двигателем внутреннего сгорания, который может работать от любого источника тепла, является двигатель Стирлинга.

Следует учесть, что такие механизмы используют на космических аппаратах и современных подводных лодках.

  • Фейсбук
  • Гугл+
  • ЖЖ
  • Blogger

Он работает при любых температурах, не требует дополнительных систем для запуска, при этом их коэффициент полезного действия выше на 50-70, чем обычных двигателей.

Экономичность

Чаще всего автомобили с дизельными двигателями покупают ради экономии денег на топливе. Но возможно ли сэкономить свои средства, приобретая дизель? Давайте попробуем разобраться.

Как уже упоминалось выше, дизельные двигатели имеют более высокую степень сжатия. Благодаря этому повышается КПД (коэффициент полезного действия), который на 20-40 % выше, чем у бензиновых собратьев. А значит нетрудно догадаться, что дизельный мотор скушает гораздо меньше топлива на километр пути, нежели его бензиновый конкурент. Кроме этого у дизельного двигателя впрыск топлива происходит непосредственно в камеру сгорания, а значит, его потери минимальны. У бензиновых же моторов топливо смешивается с воздухом во впускном коллекторе.

Все бы хорошо, но уже давно прошли те времена, когда литр солярки стоил на порядок дешевле литра даже самого низкокачественного бензина. В современных реалиях стоимость дизтоплива уже переплюнула дорогой 95-й бензин, а значит, экономия топлива практически нивелируется разницей в цене.

Приведем простой пример. Дизельный Ford Focus расходует 5.2 литра топлива на 100 км пути, его бензиновая версия – 6.4 литра на 100 км. При этом в большинстве районов нашей необъятной родины солярка в основном на 3 рубля дороже самого распространенного 92-го бензина. Путем нехитрого подсчета выясняем, что для того, чтобы закрыть разницу в стоимости вам придется проехать на дизеле не менее 145 тысяч километров. При ежегодном пробеге большинства автолюбителей 20-30 тыс. км покупать дизель ради экономии – как минимум нецелесообразно.

Т-34

Лучший танк Второй мировой войны — Т-34 — был дизельным. Говорят, что начальные споры пресек горящий факел, поочередно опущенный в ведра с бензином и соляркой. Первое, понятное дело, полыхнуло так, что мало не показалось. А вот во втором факел зашипел и потух.
Лучший танк Второй мировой войны — Т-34 — был дизельным. Говорят, что начальные споры пресек горящий факел, поочередно опущенный в ведра с бензином и соляркой. Первое, понятное дело, полыхнуло так, что мало не показалось. А вот во втором факел зашипел и потух.

Конечно, вряд ли покупатель современного автомобиля задумывается о вероятности сгореть в крупных ДТП с собственным участием. Хотя, наверное, это принесло бы лишний плюсик дизелю. Но еще совсем недавно, в эпоху СССР, о дизелях мечтали совсем по другой причине. Что скрывать: многие добрые люди всеми силами старались тогда тибрить горючее с государева транспорта. И вид КАМАЗов с тепловозами был по этой причине особенно тягостен: мол, вон сколько топлива пропадает.

Накануне

В феврале 1893 г. Рудольф Дизель получил патент на двигатель, по имени изобретателя вот уже более ста лет называющийся «дизельным». Первый работоспособный образец мотора своей конструкции был изготовлен Р. Дизелем к началу 1897 г. и 28 января успешно прошел испытания. К этому времени четко обозначилась потребность народного хозяйства и военного ведомства в транспортном двигателе, работавшем на тяжелом топливе. С самого момента появления такой мотор нашел горячих приверженцев в нашей стране, а лицензию на выпуск дизельмотора приобрел завод Нобелей в Петербурге.

К числу достоинств моторов, работавших на тяжелом топливе, относились: отсутствие электрической системы зажигания, меньший на 25-35% удельный расход топлива и его меньшая пожароопасность. Более высокая плотность дизельного топлива позволяла использовать под него баки меньшего объема.

Уже в 1903 г. дизелем петербургского завода Нобелей был оснащен первый в мире теплоход «Вандал». Однако в деле внедрения дизельных двигателей на транспорте возникли и существенные трудности, поскольку для изготовления их топливных систем требовалось применение сложного, а следовательно, и более дорогого, прецизионного оборудования. Кроме того, дизели отличались в целом большей металлоемкостью и существенной удельной массой. Более высокое по сравнению с карбюраторными двигателями давление вспышки (примерно двух-четырех кратное) предъявляло повышенные требования к прочности и жесткости кривошипно-шатунного механизма. Ручной пуск дизельных двигателей был практически невозможен, что, в свою очередь, вызывало необходимость установки специальных пусковых устройств. Поэтому первые опыты с применением дизелей на автомобильном или воздушном транспорте не имели успеха, и они изначально не могли конкурировать с карбюраторными (бензиновыми) двигателями. Первоначально развитие получили малооборотные судовые дизели, а также мобильные дизель-генераторы, предназначавшиеся для снабжения электричеством отдаленных жилых, народнохозяйственных или иных объектов.

КПД двигателя внутреннего сгорания – что это?

Во время работы, мотор превращает тепловую энергию, которая получилась от сгорания топлива, в механическую работу. Современные двигатели намного эффективнее, чем тем, которые были изготовлены лет 10 назад. Таким образом, коэффициент полезного действия рассчитывается на основании теххарактеристик, а также других показателей.

КПД это процентное отношение полезной работы к полной. Другими словами, это преобразование мощности, которая поступает на коленчатый вал двигателя, к мощности, которую получает поршень от сгорания топлива.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Все механизмы предназначены для выполнения определенной работы, которую называют полезной. Однако при этом часть энергии растрачивается. Для того чтобы выяснить эффективность работы, вполне подойдет формула кпд в физике: ɳ= А1/А2×100%, где А1 – полезная работа, выполненная машиной или двигателем, А2 – вся затраченная работа. При этом кпд обозначается символом η.

  • Фейсбук
  • Гугл+
  • ЖЖ
  • Blogger

Эффективность кпд измеряется в процентах и зависит от различных потерь, которые происходят в процессе работы.

Немного грамоты:

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическаяэнергиятоплива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.

Несмотря на то, что ДВС являются несовершенным типом тепловых машин (сильный шум, токсичные выбросы, меньший ресурс), благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) ДВС очень широко распространены, например на транспорте.

Схема работы четырехтактного
цилиндрадвигателя,цикл Отто:
1. впуск 2. сжатие 3. рабочий ход 4. выпуск

Основными типами ДВС являются:

Поршневые двигатели

— камерой сгорания является цилиндр, где тепловая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из возвратно-поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма. По типу используемого топлива делятся на:

Бензиновые

— смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе и далее во впускном коллекторе, или во впускном коллекторе при помощи распыляющих форсунок (механических или электрических), или непосредственно в цилиндре при помощи распыляющих форсунок, далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи.

Дизельные

— специальное дизельное топливо впрыскивается в цилиндр под высоким давлением. Горючая смесь образуется (и сразу же сгорает) непосредственно в цилиндре по мере впрыска порции топлива. Возгорание смеси происходит под действием высокого давления и, как следствие, температуры в камере.

Газовые

— двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях:

— смеси сжиженных газов — хранятся в баллоне под давлением насыщенных паров (до 16 атм.). Испарённая в испарителе жидкая фаза или паровая фаза смеси ступенчато теряет давление в газовом редукторе до близкого атмосферному, и всасывается двигателем во впускной коллектор через воздушно-газовый смеситель или впрыскивается во впускной коллектор посредством электрических форсунок. Зажигание осуществляется при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи.

— сжатые природные газы — хранятся в баллоне под давлением 150—200 атм. Устройство систем питания аналогично системам питания сжиженным газом, отличие — отсутствие испарителя.

—генераторный газ — газ, полученный превращением твёрдого топлива в газообразное. В качестве твердого топлива используются — уголь, торф, древесина

Газодизельные

— основная порция топлива приготавливается, как в одной из разновидностей газовых двигателей, но зажигается не электрической свечой, а запальной порцией дизтоплива, впрыскиваемого в цилиндр аналогично дизельному двигателю.

Роторно-поршневые

— за счёт вращения в камере сгорания многогранного ротора динамически формируются объёмы, в которых происходит обычный цикл ДВС.

Газотурбинные двигатели

— энергия расширяющихся продуктов горения передаётся на лопатки газовой турбины.

ДВС с впрыском воды
.
Комбинированный двигатель внутреннего сгорания

— двигатель внутреннего сгорания, представляющий собой комбинацию из поршневой (роторно-поршневой) и лопаточной машины (турбина, компрессор), в котором в осуществлении рабочего процесса участвуют обе машины. Примером комбинированного ДВС служит поршневой двигатель с газотурбинным наддувом (турбонаддув).

Экологические последствия работы тепловых двигателей:

Интенсивное использование тепловых машин на транспорте и в энергетике (тепловые и атомные электростанции) ощутимо влияет на биосферу Земли. Хотя о механизмах влияния жизнедеятельности человека на климат Земли идут научные споры, многие ученые отмечают факторы, благодаря которым может происходить такое влияние:

Парниковый эффект

– повышение концентрации углекислого газа (продукт сгорания в нагревателях тепловых машин) в атмосфере. Углекислый газ пропускает видимое и ультрафиолетовое излучение Солнца, но поглощает инфракрасное излучение, идущее в космос от Земли. Это приводит к повышению температуры нижних слоев атмосферы, усилению ураганных ветров и глобальному таянию льдов.

Прямое влияние ядовитых выхлопных газов на живую природу

(канцерогены, смог, кислотные дожди от побочных продуктов сгорания).

Разрушение озонового слоя

при полетах самолетов и запусках ракет. Озон верхних слоев атмосферы защищает все живое на Земле от избыточного ультрафиолетового излучения Солнца.

Выход из создающегося экологического кризиса лежит в повышении КПД

тепловых двигателей, использовании исправных двигателей и нейтрализаторов вредных выхлопных газов.

Вопреки постулату:

Эксперты подсчитали, если увеличить КПД всех двигателей внутреннего сгорания (ДВС) хотя бы на один процент, мировая экономика выиграет более триллиона долларов!

Но законы классической термодинамики, сформулированные еще два века назад, определили потолок для коэффициента полезного действия тепловых машин. Во всем «виноват» французский военный инженер Сади Карно, который вывел эталон определения КПД для тепловых двигателей. Только часть хаотической энергии тепла можно перевести в работу. И, как теплотехники ни старались, но выйти за пределы железной формулы никому не удавалось. КПД тепловых машин, в частности ДВС, на сегодняшний день не превышает 50%.

Однако девять лет назад казахстанский физик подверг обструкции незыблемый фундамент термодинамики. Ильдар Ибрагимов, не стесняясь маститых академиков, заявил на международной конференции, что классическая термодинамика — частный случай его теории, анизотропной термодинамики. Понятие это пока не распространено в физике. Продемонстрировать теорию можно на примере камеры сгорания ДВС. В ней движение молекул хаотично, часть частиц воздействует на поршень, совершая полезную работу, а другая часть беспорядочно бьется о стенки камеры, нагревая двигатель. И в принципе никто не пытался как-то изменить поведение молекул в двигателе, потому что существовал незыблемый постулат термодинамики: число степеней свободы — величина, заданная абсолютно, и ее менять нельзя. По мнению Ильдара, этот постулат на сегодняшний день устарел.

Суть нового эффекта:

В камере сгорания задается направление молекул на поршень — полезная работа увеличивается, хаотичное движение частиц уменьшается и, следовательно, уменьшается нагрев двигателя. Парадокс — эти элементарные выводы гораздо проще понять дилетанту, не имеющему к физике никакого отношения.

В конце 90−х опытное конструкторское бюро совместно с Министерством обороны РК провело серию испытаний с ошеломляющими (эпитет на самом деле скромный) результатами.

Заключение:

Для любого автомобильного концерна результаты исследований выглядят фантастичными. Чтобы повысить КПД двигателя на доли процентов производители затрачивают миллиарды долларов. Классическая теория Карно оставляет единственную возможность для повышения КПД и мощности в двигателестроении — увеличивать температуру горения топлива. Но этот путь ограничен термостойкостью материалов, из которых изготавливают тепловые машины. Для незначительного увеличения КПД автопроизводителям приходится многократно усложнять систему охлаждения мотора. Керамические двигатели внутреннего сгорания большого эффекта не дали — слишком дорогой материал. Казахстанский физик изменил лишь форму камеры сгорания, исходя из расчетов на основе новой термодинамической теории.

Ученые к простым революционным выводам относятся иначе — кому охота переписывать всю физику и пересматривать свои взгляды на законы материи?

Чему равен кпд бензинового двигателя

Среди множества характеристик механизмов в автомобиле важное значение имеет КПД двигателя. Наверняка многие автовладельцы задаются вопросом: что собой представляет классический ДВС и его КПД, ведь от этого показателя напрямую зависит работа силового агрегата – чем он выше, тем эффективнее его работа. Сегодня самым эффективным считается электрический тип мотора, его КПД способен достигать 90-95 %, а вот двигатели внутреннего сгорания, будь то бензин или дизель, по этому значению далеки от идеала.

КПД двигателя – что это такое

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

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

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

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%.

Коэффициент полезного действия (КПД) является величиной, которая в процентном отношении выражает эффективность того или иного механизма (двигателя, системы) касательно преобразования полученной энергии в полезную работу.

Что касается двигателя внутреннего сгорания (ДВС), такой силовой агрегат осуществляет преобразование тепловой энергии. Данная высвобождающаяся энергия является результатом сгорания топлива в цилиндрах двигателя. КПД мотора представляет собой фактически совершенную механическую работу, которая состоит в соотношении полученной поршнем энергии от сгорания топлива и конечной мощности, которая отдается установкой на коленчатом валу ДВС.

Рекомендуем также прочитать статью о том, какой моторесурс имеет дизельный двигатель по сравнению с бензиновым. Из этой статьи вы узнаете об основных факторах, влияющих на ресурс ДВС до первого капитального ремонта.

Почему КПД дизеля выше

Показатель КПД для различных двигателей может сильно отличаться и зависит от ряда факторов. Бензиновые моторы имеют относительно низкий КПД благодаря большому количеству механических и тепловых потерь, которые возникают в процессе работы силового агрегата данного типа.

Вторым фактором выступает трение, возникающее при взаимодействии сопряженных деталей. Большую часть расхода полезной энергии составляет приведение в движение поршней двигателя, а также вращение деталей внутри мотора, которые конструктивно закреплены на подшипниках. Около 60% энергии сгорания бензина расходуется только на обеспечение работы этих узлов.

Дополнительные потери вызывает работа других механизмов, систем и навесного оборудования. Также учитывается процент потерь на сопротивление в момент впуска очередного заряда топлива и воздуха, а далее выпуска отработавших газов из цилиндра ДВС.

Если сравнить дизельную установку и мотор на бензине, дизельный двигатель имеет заметно больший КПД сравнительно с бензиновым агрегатом. Силовые агрегаты на бензине имеют КПД на отметке около 25-30% от общего количества полученной энергии.

Другими словами, из потраченных на работу двигателя 10 литров бензина только 3 литра израсходованы на выполнение полезной работы. Остальная энергия от сгорания топлива разошлась на потери.

Что касается КПД атмосферного дизельного агрегата, то этот показатель составляет около 40%. Установка турбокомпрессора позволяет увеличить отметку до внушительных 50%. Использование современных систем топливного впрыска на дизельных ДВС в сочетании с турбиной позволило добиться КПД около 55%.

Такая разница в производительности конструктивно схожих бензиновых и дизельных ДВС напрямую связана с видом топлива, принципом образования рабочей топливно-воздушной смеси и последующей реализацией воспламенения заряда. Бензиновые агрегаты более оборотистые по сравнению с дизельными, но большие потери связаны с расходами полезной энергии на тепло. Получается, энергия бензина менее эффективно превращается в полноценную механическую работу, а большая доля попросту рассеивается системой охлаждения в атмосферу.

Рекомендуем также прочитать статью о том, как увеличить мощность дизельного двигателя при помощи чип-тюнинга. Из этой статьи вы узнаете о том, что такое прошивка ЭБУ двигателя и какие результаты достигаются путем изменения штатных параметров контроллера.

Мощность и крутящий момент

При одинаковом показателе рабочего объёма, мощность атмосферного бензинового мотора выше, но достигается при более высоких оборотах. Двигатель нужно «крутить», потери возрастают, увеличивается расход топлива. Также необходимо упомянуть крутящий момент, под которым в буквальном смысле понимается сила, которая передается от мотора на колеса и движет автомобиль. Бензиновые ДВС выходят на максимум крутящего момента при более высоких оборотах.

Аналогичный атмосферный дизель выходит на пик крутящего момента при низких оборотах, при этом расходует меньше солярки для выполнения полезной работы, что означает более высокий КПД и экономию топлива.

Солярка образует больше тепла по сравнению с бензином, температура сгорания дизтоплива выше, показатель детонационной стойкости более высокий. Получается, у дизельного ДВС произведённая полезная работа на определенном количестве топлива больше.

Энергетическая ценность солярки и бензина

Дизельное топливо состоит из более тяжелых углеводородов, чем бензин. Меньший КПД бензиновой установки сравнительно с дизелем также заключаются в энергетической составляющей бензина и особенности его сгорания. Полное сгорание равного количества солярки и бензина даст больше тепла именно в первом случае. Тепло в дизельном ДВС более полноценно преобразуется в полезную механическую энергию. Получается, при сжигании одинакового количества топлива за единицу времени именно дизель выполнит больше работы.

Также стоит учитывать особенности впрыска и создание надлежащих условий для полноценного сгорания смеси. В дизель топливо подается отдельно от воздуха, впрыскивается не во впускной коллектор, а напрямую в цилиндр в самом конце такта сжатия. Результатом становится более высокая температура и максимально полноценное сгорание порции рабочей топливно-воздушной смеси.

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 …

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:

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.

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:

У какого двигателя самый большой КПД?

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

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:

1) Бензиновый двигатель преобразует только 25 % энергии в механическую, а вот дизельный около 40%.

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

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.

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.

(21 голосов, средний: 4,05 из 5)

Повышаем КПД генератора


Подавляющее большинство электрических генераторов, используемых как в быту, так и в промышленных целях, работают за счёт энергии двигателя внутреннего сгорания, в качестве топлива в котором используются бензин, дизельное топливо или газ. С момента изобретения двигателя внутреннего сгорания прошло уже полторы сотни лет, но превращение сгорающего топлива в энергию по-прежнему остаётся самым эффективным способом её получения. Но на фоне всех достоинств ДВС выделяется главный его недостаток – низкий КПД и высокие потери энергии.


В среднем при использовании двигателя внутреннего сгорания на выходе можно получить лишь 20% энергии, тогда как её потери, соответственно, составляют до 80%. В эти 80% входят следующие потери:


·         Потери топлива. Поршневые двигатели (как бензиновые, так и дизельные) сжигают лишь 75% всего топлива, а оставшиеся 25% в виде паров топлива вместе с продуктами его сгорания выходят через выхлопную трубу. В двухтактных двигателях топливная эффективность ещё ниже.


·         Потери тепла. Современные двигатели внутреннего сгорания используют порядка 35-40% вырабатываемого тепла, а остальные 60-65% выбрасываются в окружающую среду через выхлопные газы и систему охлаждения.


·         Потери механической мощности. До 10% мощности двигателя уходит на трение движущихся частей и на привод вспомогательных механизмов. Для электрогенераторов этот показатель ещё выше.


Таким образом, КПД самого эффективного двигателя внутреннего сгорания не превышает 30%. Чтобы добиться от дизельного или бензинового двигателя максимальной эффективности, необходимо воздействовать на все три типа потерь. Самостоятельно повысить КПД генератора достаточно сложно, но в руках профессионала ваш двигатель может обрести небывалую эффективность, которая достигается следующими способами:


·         Внедрение дожигателя. Этот способ направлен на повышение топливной эффективности. Дожигатель преобразует неиспользованные пары топлива и продукты неполного его сгорания в топливно-воздушную смесь и отправляет её на повторное сгорание. Таким образом, удаётся добиться почти полного сгорания топлива и на 10-15% повысить общий КПД двигателя.


·         Возврат части тепловых потерь.


·         Использование тепла высокотемпературных продуктов сгорания для обогрева прилегающей территории или нагрева пара в парогазовой электростанции. Это не повышает КПД двигателя напрямую, но позволяет уменьшить расход энергии на работу сопутствующих устройств.


·         Введение системы впрыска с регулируемой подачей воды позволяет сократить расход топлива.


·         Снизить механические потери двигателя поможет использование менее вязкого смазочного материала.


Комплексное применение способов повышения эффективности двигателя может увеличить его КПД на 30-35%, то есть, в два раза и даже больше.

Weichai объявила о выпуске первого коммерческого дизельного двигателя c КПД выше 50% — Пресс-релизы

Москва, 18 сентября. Корпорация Weichai, ведущая в области двигателестроения в Китае, во главе с председателем Таном Сюйгуаном 16 сентября 2020 года провела пресс-конференцию в г. Цзинань провинция Шаньдун. В ходе конференции было официально объявлено о выпуске первого в мире коммерческого дизельного двигателя с эффективным КПД выше 50%.

На конференции немецкая TÜV SÜD (всемирная организация по инспектированию и сертификации) и «Китайский исследовательский центр автомобильных технологий» вручили корпорации Weichai сертификат, подтверждающий, что эффективный КПД нового дизельного двигателя превысил 50,26%.

Эффективный КПД – это критерий оценки эффективности использования топлива в двигателе внутреннего сгорания. Чем выше этот показатель, тем меньше расход топлива, и выше энергоэффективность, а уровень выбросов ниже. С 1897 года, когда впервые был успешно использован двигатель внутреннего сгорания, и за сто лет модернизации и технологических инноваций эффективный КПД дизельного топлива вырос с 26% до 46%. На сегодняшний день с постоянным ужесточением нормативов выбросов, процесс роста эффективного КПД значительно замедлился. Данная проблема стала общемировой технологической трудностью в отрасли двигателестроения.

Корпорация Weichai активно работает в области двигателестроения уже более 70 лет. За этот период корпорация накопила обширную интеллектуальную базу и опыт в производстве и разработке дизельных двигателей. Weichai постоянно совершенствует ключевые технологии. За последние 10 лет корпорация инвестировала 4,5 миллиардов долларов, привлекла более 200 докторов наук, более 300 высококвалифицированных специалистов со всего мира, более 3000 исследователей для участия в разработках. Такие меры позволили корпорации осуществить скачок в развитии собственных инновационных технологий в области дизельных двигателей. В г. Вэйфан в Китае корпорация построила крупнейший в мире завод, способный изготавливать и продавать ежегодно более 1 миллиона единиц двигателей.

Последние несколько лет корпорация Weichai наращивала потенциал, который был направлен на проекты по повышению эффективного КПД. Этот процесс еще сильнее ускорился в 2015 году, когда была сформирована специальная команда по технологическим инновациям, которая осуществляла огромное количество моделирований и стендовых испытаний, изучила и проанализировала тысячи разных проектов, постоянно пробовала и совершенствовала существующие решения, фиксировала повышение эффективного КПД на каждые 0,1%, пока наконец не добилась исторического прорыва. Были разработаны пять специальных технологий – технология согласованного сгорания, технология согласованного проектирования, технология распределения энергии выхлопа, технология зонирования смазки и технология интеллектуального управления. Благодаря этим технологиям удалось решить ряд общих для всего мира трудностей и добиться – эффективного сгорания, низкой теплопередачи, высокой надежности, низких потерь на трение, низкого уровня выброса загрязняющих веществ и интеллектуального управления. Это позволило создать двигатель с эффективным КПД выше 50%.

Технология согласованного сгорания позволила сбалансировать соотношение между скоростью, концентрацией и другими физическими процессами в камере сгорания благодаря оптимизации проектирования газовых каналов, впрыска топлива, камеры сгорания и других систем. Это позволило в свою очередь повысить скорость сгорания на 30%.

Технология согласованного проектирования направлена на усовершенствование сгорания при чрезвычайно ограниченном запасе прочности при максимальном давлении сгорания. Изменение массы отдельных деталей и дальнейшее укрепление цельной конструкции позволило повысить устойчивость системы к высокому давлению сгорания почти на 60%.

Технология распределения энергии выхлопа направлена на решение проблемы значительного повышения сложности контроля выбросов загрязняющих веществ, вызванной усовершенствованием процессов сгорания.

Технология зонирования смазки заключается в целевом применении различных технологий снижения трения в зависимости от свойств фрикционных пар системы. Данная технология позволила снизить трение системы на 20%.

Технология интеллектуального управления заключается в использовании преимуществ собственного электронного блока управления корпорации Weichai и разработке ряда более точных моделей прогнозирования, которые позволяют повысить эффективность каждой зоны работы дизельного двигателя.

Рост эффективного КПД выше отметки в 50% является революцией в мировом развитии двигателестроения. Свои поздравления в достижении корпорацией Weichai этого исторического прорыва выразили: немецкая корпорация Bosch, австрийская AVL, немецкая FEV, американское Сообщество инженеров-автомехаников, Китайская ассоциация машиностроения, Китайская ассоциация промышленности двигателей внутреннего сгорания, другие авторитетные организации и специалисты.

Корпорация Weichai не только объявила о выходе первого в мире дизельного двигателя с эффективным КПД, превышающим 50%, но также смогла добиться соответствия требованиям уровня выбросов, соответствующих национальному стандарту G6/EU-VI, первой создала возможности для серийного производства и коммерциализации продукта. Специалисты по отрасли указывают на то, что повышение эффективного КПД с предыдущего уровня с 46% до 50% позволит снизить расход дизельного топлива на 8% и снизить уровень выбросов CO2 на 8%. Если отталкиваться от текущей оценки, согласно которой количество тяжелых дизельных двигателей на китайском рынке достигает 7 миллионов, то в случае замены всех дизельных двигателей на новые можно будет добиться экономии около 33,32 миллионов тонн дизельного топлива в год и снижения выбросов СО2 на 104,95 миллиона тонн. Это станет огромным вкладом для решения экологических проблем.

Объявление о разработке первого в мире коммерческого дизельного двигателя с эффективным КПД выше 50% ознаменовало выход китайских технологий тяжелых дизельных двигателей на мировой уровень. В ходе проекта по разработке двигателя корпорация Weichai пользовалась поддержкой немецкой корпорации Bosch и других ведущих мировых организаций. На пресс-конференции Тан Сюйгуан объявил также о том, что в будущем корпорация Weichai будет открыта к сотрудничеству и партнерству с компаниями со всего мира для движения к новой цели – создания дизельных двигателей с эффективным КПД 55%!

Инженеры Mercedes-AMG разработали ДВС с термическим КПД 50% :: Автопортал Третий Рим

25 сентября 2017

Плохая новость в том, что это мотор только для «Формулы-1»


Александр Шаронов, фото Mercedes-Benz и Toyota


Одним из важнейших показателей любого двигателя внутреннего сгорания является термический КПД. Этот параметр далеко не всегда публикуется в инструкции по эксплуатации. Он означает, какое количества от производимой во время сжигания топлива энергии превращается в реальную работу. Для обычных бензиновых легковушек этот параметр составляет 20 с копейками процентов. Самые современные модели демонстрируют КПД где-то районе 30 %, а дизельные моторы — примерно 35-40 %. Между тем инженерам Mercedes-AMG удалось разработать новый двигатель для «Формулы-1» с эффективностью 50 %.


C 2014 года в «Королевских гонках» используются турбированные моторы объемом 1,6 литра с компоновкой V6. С тех пор их и производит Mercedes-AMG, но лишь теперь его КПД стал таким высоким. Судя по всему, это первый случай в мире, когда реальный ДВС, работающий на бензине, продемонстрировал такую эффективность. Правда, пока заявленный показатель был достигнут лишь на динамометрическом стенде, так в условиях реальной гонки результат может получиться несколько иным.

Если немного упростить, то получается, что новый двигатель Mercedes-AMG способен половину всей производимой им энергии отправить в дело (остальная часть в прямом и переносном смысле улетает в трубу). 

Обращаясь к рынку серийных машин, нельзя не отметить Toyota Prius. Доработанный для нового поколения гибрида 1,8-литровый мотор способен работать с термической эффективность 40 %, что является рекордом для бензиновых двигателей. Кстати, функционирует ДВС по циклу Аткинсона.

Все, что вам нужно знать

Поскольку все больше и больше иностранных производителей автомобилей предлагают дизельные модели в Соединенных Штатах, многие потребители задаются вопросом, является ли дизель или бензин лучшим выбором для их следующих автомобилей. Согласно Bell Performance, Subaru, Audi и Volkswagen в настоящее время продают автомобили с дизельными двигателями в Соединенных Штатах. Эти двигатели предлагают более высокий КПД по сравнению с газовыми двигателями без использования электроэнергии.

Хотя газовые автомобили более популярны в США, чем дизельные.S., дизельные двигатели занимают почти половину доли рынка в Европе. Digital Trends отмечает, что, хотя многие потребители в США считают дизельное топливо грязным топливом, технологические достижения сделали его экологически чистым и экологически чистым вариантом для водителей, которым нужен мощный двигатель без ограничения эффективности. Однако покупателям автомобилей может быть сложно понять разницу между этими двумя вариантами.

Как работают двигатели

Согласно Digital Trends и How Stuff Works, как бензиновые, так и дизельные двигатели используют внутреннее сгорание.В двигателях этого типа воздух поступает в двигатель и соединяется с топливом. Цилиндры двигателя сжимают образовавшуюся смесь, которая воспламеняется, вызывая движение поршня и коленчатого вала. Последний компонент активирует трансмиссию транспортного средства для поворота колес автомобиля. Затем поршень возвращается в исходное положение, чтобы удалить отработанный газ из двигателя через выхлопную трубу в качестве выхлопа. Этот процесс происходит несколько раз каждую секунду.

Однако процесс зажигания различается для бензиновых и дизельных двигателей.В процессе сжатия свеча зажигания воспламеняет топливо в газовом двигателе. Дизельные двигатели не имеют свечей зажигания, а просто используют экстремальное сжатие для выработки тепла, необходимого для самовоспламенения, также известного как воспламенение от сжатия. Когда это явление происходит в газовом двигателе, это приведет к его повреждению.

Эти источники, наряду с Road и Track, отмечают, что двигатели с большим количеством цилиндров предлагают большую мощность и более плавную работу, чем двигатели с меньшим количеством цилиндров. Однако эти более мощные двигатели также менее эффективны и их сложнее исправить.

Выбор правильного типа двигателя

Согласно данным Bell Performance и Road and Track, клиенты, которые проезжают много миль по шоссе, часто предпочитают дизельные двигатели, поскольку они более эффективны на этих дорогах, чем газовые. Дизельное топливо просто содержит больше энергии в каждом галлоне, чем газовое топливо, что делает его в целом более экономичным. Дизельные двигатели по-прежнему более эффективны, чем газовые, но в меньшей степени для тех, кто в основном ездит по городу. Дизельные автомобили также имеют больший крутящий момент, что приводит к лучшей экономии топлива и более впечатляющему ускорению.

Важно помнить, что некоторые виды дизельного топлива могут отрицательно сказаться на характеристиках автомобиля. К ним относятся черный дизель, биодизель и другие улучшенные дизельные продукты.

Для большинства потребителей в США дизельное топливо и газовое топливо стоят примерно одинаково. Иногда цена на дизельное топливо выше цены на бензин, а иногда ниже цены на бензин. Однако, даже если вы потратите больше на дизельное топливо, вы все равно получите большую экономию от дизельного двигателя в течение всего срока службы автомобиля. Это потому, что вам понадобится 8-литровый бензиновый двигатель для достижения той же мощности, что и для 6-литрового дизельного двигателя.

Digital Trends сообщает, что дизельные двигатели, как правило, более долговечны и служат дольше, чем газовые двигатели, при надежной работе и минимальном техническом обслуживании. Хотя когда-то дизельные автомобили весили намного больше, чем газовые автомобили сопоставимых размеров, теперь это больше не проблема, благодаря современным методам производства.

Дизельные двигатели также содержат меньше компонентов, чем газовые двигатели, а это означает, что в вашем автомобиле меньше деталей, которые могут выйти из строя. Большинство дизельных двигателей требуют меньшего количества услуг по ремонту и техническому обслуживанию, чем газовые двигатели, что дает общую экономию.

В то время как первые дизельные двигатели имели заслуженную репутацию шумных двигателей, эта жалоба в основном решалась с помощью новых технологий. Были устранены такие проблемы, как шумовое загрязнение и темный дым, поэтому вы можете снова включить дизельное топливо в свой список возможностей, если в предыдущие десятилетия вас беспокоили эти проблемы. Сегодня опыт вождения автомобиля с дизельным двигателем практически идентичен опыту вождения автомобиля с бензиновым двигателем.

Расчет экономии затрат на дизельное топливо

По данным The Motley Fool, в исследовании, проведенном для сравнения топливной экономичности дизельных и газовых двигателей, дизельные двигатели были на 29 процентов эффективнее на шоссе и на 24 процента эффективнее в городе.Однако, поскольку это исследование представляет собой небольшую выборку, вы можете рассчитать преимущество дизельного топлива для ваших конкретных потребностей вождения.

Необходимая вам формула:

миль / (MPG в городе * процент миль, которые вы проезжаете по городу + MPG на шоссе * процент миль, которые вы проезжаете по шоссе) * $ за галлон = годовая стоимость бензина

Когда Вы сами подсчитаете, и вы, вероятно, увидите, что хотя дизельное топливо стоит меньше за милю, которую вы едете, чем бензин, на то, чтобы окупиться, уходит много лет, даже если вы посмотрите на стоимость дизельного автомобиля по сравнению со стоимостью автомобиля с газовым двигателем. .Однако, если вы ежегодно проезжаете много миль по шоссе и планируете использовать свой дизельный автомобиль в течение длительного времени, вы можете обнаружить, что имеет смысл заплатить аванс за более эффективный двигатель, особенно если учесть ваши годовые затраты на топливо.

Кроме того, помните, что если вы измените процентное соотношение городских миль и миль шоссе, которое вы проезжаете, или если вы проезжаете намного больше или меньше миль в год, чем вы ожидали, ваша точка безубыточности для дизельного автомобиля изменится. Водители, которые проезжают в среднем менее 10 000 миль в год, не смогут ограничить свои расходы на топливо, достаточные для того, чтобы дизельный двигатель имел финансовый смысл, если только они редко ездят по городу или в настоящее время не водят автомобиль, для которого требуется бензин премиум-класса.

Доступные модели с дизельным двигателем для США

Согласно Digital Trends, некоторые легковые и грузовые автомобили в США, которые в настоящее время предлагают вариант с дизельным двигателем, включают следующее:

  • Chevrolet Colorado
  • Chevrolet Silverado
  • Ford F-150
  • Ram 1500
  • Jeep Wrangler
  • Jeep Gladiator
  • Chevrolet Tahoe
  • Chevrolet Suburban
  • Land Rover Range Rover TD6
  • Mazda CX-5

    Источники:

    https: // www.bellperformance.com/blog/diesel-vs.-gasoline-which-engine-is-a-better-fit-for-you

    https://www.roadandtrack.com/car-culture/a10350174/gasoline-vs- diesel-whats-the-difference /

    https://www.digitaltrends.com/cars/diesel-vs-gasoline-engines/

    https://auto.howstuffworks.com/diesel1.htm

    https: / /www.fool.com/investing/general/2015/06/04/diesel-vs-gas-which-is-the-better-fuel-and-vehicle.aspx

    https://www.caranddriver.com/ features / a23492388 / clean-diesel-cars-wont-sell /

    https: // www.caranddriver.com/features/g20980996/diesel-car-truck-suv/

    Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

    Газовые и дизельные двигатели в экономии топлива — газ или дизельное топливо для окружающей среды

    Когда дело доходит до преодоления огромных расстояний на скоростях шоссе, более высокая степень сжатия дизельного двигателя и сжигание обедненной смеси обеспечивают эффективность, с которой в настоящее время не может сравниться ни один газовый двигатель — по крайней мере, без серьезной помощи со стороны дорогой гибридной системы.В рабочем диапазоне дизеля средний термодинамический КПД — то, сколько работы двигатель производит от топлива — находится в среднем 30-процентном диапазоне, что по крайней мере на 15 процентов лучше, чем у газового двигателя. Даже близко, правда?

    Реальность такова, что это преимущество сокращается. Поскольку нормы выбросов ужесточаются, дизели постепенно теряют свое преимущество; те же дорогие системы доочистки, которые очищают выхлопные газы дизельного топлива, также снижают эффективность. Между тем газовые двигатели продолжают совершенствоваться.

    «Несомненно, существует сближение уровней эффективности между бензиновыми и дизельными двигателями, — говорит Уве Гребе, директор GM по передовым технологиям в мире.«В то время как дизели всегда будут сохранять небольшое преимущество, разрыв почти сократится всего за 10 лет».

    За последнее десятилетие некогда экзотическое оборудование, повышающее эффективность, такое как регулируемые фазы газораспределения, прямой впрыск топлива и турбокомпрессоры, стали обычным явлением для двигателей с искровым зажиганием. Конечно, эти технологии не новы, но постепенные улучшения в электронике и материалах сделали их мейнстримом. На подходе и другие разработки, такие как сжигание обедненной смеси и воспламенение от сжатия с однородным зарядом (HCCI), технология сжигания газа, стирающая грань между циклами бензиновых и дизельных двигателей.Рикардо работает над двигателем с турбонаддувом, который использует E85, высокую степень сжатия и высокий уровень наддува для достижения эффективности дизельного двигателя. Род Бизли, вице-президент Рикардо по двигателям с искровым зажиганием, хвастается, что «наш концептуальный двигатель с наддувом этанола обеспечивает тепловой КПД в диапазоне низких 40 процентов».

    Но не ждите, что дизельный двигатель ляжет и притворится мертвым. «Мы продолжим наблюдать постепенное повышение эффективности дизельного топлива», — говорит Марк Трахан, директор по качеству и технологиям Audi в Северной Америке.«Он не будет таким большим, как переход от последовательного впрыска топлива через порт к прямому впрыску, но есть еще большие преимущества». Трахан говорит, что эти меньшие выгоды будут получены за счет такого оборудования, как регулируемые фазы газораспределения и независимое управление сгоранием цилиндров, а также улучшенные системы последующей обработки.

    Кроме того, есть и другие факторы. Как отмечает Гребе из GM, дизельное топливо содержит примерно на 14 процентов больше энергии по объему, чем бензин. Это дает двигателям с воспламенением от сжатия значительное преимущество в экономии топлива по сравнению с тепловым КПД.Конечно, все изменится, если и когда двигатели с искровым зажиганием переключатся на более энергоемкие виды топлива. Эта гонка еще далека от завершения.

    Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

    Насколько эффективны двигатели: термодинамика и эффективность сгорания

    Насколько эффективны двигатели? Двигатели внутреннего сгорания невероятно неэффективны.Большинство дизельных двигателей не имеют теплового КПД даже 50%. Из каждого галлона дизельного топлива, сжигаемого двигателем внутреннего сгорания, меньше половины вырабатываемой энергии становится механической энергией. Другими словами, из энергии, производимой дизельным двигателем в пикапе, например, менее половины произведенной энергии фактически толкает пикап по дороге.

    А автомобили с бензиновым двигателем еще более неэффективны, значительно менее эффективны.

    Может показаться, что транспортное средство, которое преобразует только 50% тепловой энергии, производимой при сгорании, в механическую энергию, чрезвычайно неэффективно, но многие транспортные средства на дорогах фактически тратят около 80% энергии, производимой при сгорании топлива.Бензиновые двигатели часто выбрасывают более 80% производимой энергии из выхлопной трубы или теряют эту энергию в окружающую среду вокруг двигателя.

    Причины такой неэффективности двигателей внутреннего сгорания являются следствием законов термодинамики. Термодинамика определяет термический КПД — или неэффективность — двигателя внутреннего сгорания.

    «Двигатели внутреннего сгорания производят механическую работу (мощность) путем сжигания топлива. В процессе сгорания топливо окисляется (сгорает). Этот термодинамический процесс выделяет тепло, которое частично преобразуется в механическую энергию », — говорит X-Engineer.орг. Но большая часть производимой энергии теряется. Большая часть энергии, производимой двигателем внутреннего сгорания, тратится впустую.

    Хотя даже краткое объяснение того, почему двигатели внутреннего сгорания обязательно требуют довольно длинного объяснения термодинамики, объяснение длины подачи Twitter легко понять: разница в температуре между сгоранием топлива, двигателем и воздухом вне двигателя определяет тепловой КПД — т.е. неэффективность двигателя внутреннего сгорания.

    Что такое термический КПД и каковы законы термодинамики

    КПД двигателя внутреннего сгорания измеряется как сумма теплового КПД.Термический КПД является следствием термодинамики. Существует как определение, так и формула теплового КПД. Согласно LearnThermo.com, «Тепловая эффективность — это мера производительности энергетического цикла или теплового двигателя».

    Строгое определение термического КПД, согласно Словарю Мерриама-Вебстера, — это «отношение тепла, используемого тепловым двигателем, к общему количеству единиц тепла в потребляемом топливе». Более практичное определение термического КПД непрофессионала заключается в том, что количество энергии, производимой при сжигании топлива двигателем внутреннего сгорания, зависит от количества этой энергии, которая становится механической.

    Формула теплового КПД, однако, может дать самое простое объяснение. Тепловая энергия — это количество потерянного тепла, деленное на количество тепла, подаваемого в систему, причем тепло является синонимом энергии. Результатом деления потерь на входные данные является коэффициент теплового КПД этой системы. Коэффициент теплового КПД — это количество энергии, которое затрачивается на приведение в действие коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания — по крайней мере, двигателей с поршнями.

    Есть два закона термодинамики, которые определяют тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания.

    Первый закон термодинамики

    Тепловой КПД — следовательно, КПД двигателя внутреннего сгорания — определяется законами термодинамики. Согласно первому закону термодинамики, выход энергии не может превышать вложенную энергию. Другими словами, энергия, производимая двигателем — будь то потеря энергии или энергия, используемая для передвижения, — никогда не будет больше, чем энергетический потенциал топлива, подаваемого в камеру сгорания.

    Первый закон термодинамики интуитивно понятен.Первый закон термодинамики является неотъемлемой частью закона сохранения энергии. Энергию нельзя ни создать, ни уничтожить. Первый закон термодинамики — это просто еще одна формула, доказывающая, что энергия не может быть создана. Используя деньги как метафору первого закона термодинамики, вы не можете получить более четырех четвертей из доллара.

    Хотя первый закон имеет отношение к эффективности двигателя внутреннего сгорания, именно второй закон термодинамики объясняет, почему двигатели внутреннего сгорания настолько неэффективны.

    Второй закон термодинамики

    Согласно второму закону термодинамики, 100% тепловой КПД достичь невозможно.

    Существует предел потенциальной эффективности двигателя внутреннего сгорания. Второй закон термодинамики, называемый теоремой Карно, гласит: «Даже идеальный двигатель без трения не может преобразовать в работу около 100% подводимого тепла. Ограничивающими факторами являются температура, при которой тепло поступает в двигатель, и температура окружающей среды, в которую двигатель отводит отработанное тепло.”

    Чрезвычайно большой процент энергии, производимой при сгорании топлива, теряется. Потеря энергии — причина того, что двигатель нагревается. Нагрев двигателя происходит за счет теплопроводности. Потеря энергии в виде тепла является причиной нагрева воздуха вокруг двигателя за счет конвективной теплопередачи. Вместо того, чтобы производить механическую энергию, нагреватель нагревает двигатель и атмосферу вокруг двигателя. В результате конвекции и теплопроводности энергия теряется в воздухе вокруг двигателя и в двигателе, потому что и двигатель, и воздух вокруг двигателя имеют более низкую температуру, чем температура сгорания топлива.

    Кроме того, огромная часть энергии, производимой двигателем внутреннего сгорания, просто выдувает выхлоп, опять же, никогда не превращаясь в механическую энергию.

    Тепло — энергия — потери и теорема Карно

    Чем больше разница температур между температурой сгорания топлива и температурой окружающей среды, тем ниже тепловой КПД двигателя. Другими словами, чем больше разница между температурой горящего топлива и металла и воздуха вокруг него, тем больше потери энергии.Чем больше разница температур, тем больше неэффективность двигателя — это факт, доказанный теоремой Карно.

    Предел Карно — это количество энергии, производимой во время сгорания, которая становится механической энергией. Этот предел определяется разницей в теплоте сгорания и температуре элементов и атмосферы вокруг процесса сгорания. Чем больше разница между температурой горящего топлива и температурой окружающей среды вокруг процесса горения, тем ниже предел Карно .

    Каков тепловой КПД бензинового двигателя по сравнению с дизельным двигателем?

    Тепловой КПД бензинового двигателя чрезвычайно низок. Несмотря на то, что есть компании, предпринимающие шаги по повышению теплового КПД бензиновых двигателей, добиться даже соответствия КПД сгорания более старым дизельным двигателям крайне сложно. По словам Toyota, компании, пытающейся повысить тепловую эффективность своих автомобилей, «большинство двигателей внутреннего сгорания невероятно неэффективны при превращении сжигаемого топлива в полезную энергию.Эффективность, с которой они это делают, измеряется с точки зрения «теплового КПД», и большинство бензиновых двигателей внутреннего сгорания в среднем составляют около 20 процентов теплового КПД.

    Diesel обычно имеет более высокий тепловой КПД, в некоторых случаях тепловой КПД приближается к 40 процентам. Toyota находится в процессе разработки нового бензинового двигателя, максимальный тепловой КПД которого, по утверждению компании, составляет 38 процентов, тепловой КПД «выше, чем у любого другого массового двигателя внутреннего сгорания».”

    Другой взгляд на термическую эффективность — это затраты на топливо. На каждый доллар бензина, приобретенный человеком, почти 80 центов теряется в виде отходов. Только 20 центов из каждого доллара фактически продвигают бензиновый двигатель. Хотя все еще шокирующе низко, даже обычные дизельные двигатели тратят не менее 40 центов за доллар на механическое использование.

    Хотя 60 центов на каждый доллар дизельного топлива теряются из-за тепловой неэффективности, это все равно вдвое лучше, чем у среднего бензинового двигателя.

    Почему тепловой КПД дизельного двигателя выше, чем у бензинового двигателя

    В то время как Toyota утверждает, что тепловой КПД бензиновых двигателей составляет 20%, а дизельных двигателей — 40%, MDPI из Базеля, Швейцария считает, что эти цифры на самом деле выше. Согласно MDPI, бензиновые двигатели имеют тепловой КПД от 30% до 36%, тогда как дизельные двигатели могут достигать теплового КПД почти 50%. «Двигатели с искровым зажиганием, производимые в настоящее время, работают с тепловым КПД тормозов (BTE) около 30–36% [12], двигатели с воспламенением от сжатия уже давно признаны одним из самых эффективных силовых агрегатов, современные BTE дизельных двигателей могут достичь до 40–47%.

    Тем не менее, это означает, что тепловой КПД дизельного двигателя примерно на 25% выше, чем у бензинового двигателя. Согласно Popular Mechanics, причина, по которой дизельные двигатели имеют более высокий тепловой КПД, чем бензиновые, заключается в двух факторах: степени сжатия и сжигании обедненной смеси. «Когда дело доходит до преодоления больших расстояний на скоростях шоссе, дизельные двигатели с более высокой степенью сжатия и сжиганием обедненной смеси обеспечивают эффективность, с которой в настоящее время не может сравниться ни один газовый двигатель — по крайней мере, без серьезной помощи со стороны дорогой гибридной системы.”

    Тепловой КПД и степень сгорания

    В двигателе внутреннего сгорания тепловой КПД частично определяется степенью сжатия. Степень сжатия — это разница между наибольшим объемом в камере сгорания — когда поршень опущен — и объемом в камере сгорания, когда он достигает точки, где топливо, впрыскиваемое в камеру, взрывается. Степень сжатия бензинового двигателя намного ниже, чем у дизельного двигателя.

    Степень сгорания типичного бензинового двигателя составляет от 8: 1 до 12: 1. «Если компрессия бензинового двигателя выше примерно 10,5, если октановое число топлива не высокое, происходит детонационное сгорание». Детонация является результатом предварительного сгорания, когда бензин воспламеняется из-за давления сжатия, в отличие от сжатия в результате воздействия искры.

    Дизельные двигатели имеют гораздо более высокую степень сжатия. На то есть две причины. Во-первых, дизельные двигатели — это двигатели сжатия.Сжатие — это то, что заставляет дизельное топливо в камере сгорания взорваться. В двигателе сжатия нет искры, которая воспламеняет дизель. Кроме того, дизельные двигатели имеют более высокую степень сжатия, поскольку дизельное топливо является более стабильным топливом. Для зажигания дизельного топлива необходимо большее давление — более высокая степень сжатия. Степень сжатия большинства дизельных двигателей составляет от 14: 1 до 25: 1.

    Решения для повышения эффективности двигателя

    Владелец транспортного средства мало что может сделать для повышения теплового КПД двигателя.Конструктивные и технологические ограничения не позволяют владельцам вносить существенные улучшения в транспортное средство с точки зрения термической эффективности. Однако возможно для улучшения эффективности сгорания.

    Эффективность сгорания — это скорость, с которой двигатель преобразует топливо в энергию. В частности, для тяжелого топлива с высокой плотностью энергии — дизельного топлива, мазута, бункерного топлива и т. Д. — существуют доступные технологии, позволяющие значительно повысить эффективность сгорания.Из-за природы топлива с высокой плотностью энергии, а именно того, что топливо с высокой плотностью энергии состоит из больших и длинных молекул углеводорода, тяжелое топливо может иметь низкую эффективность сгорания.

    Топливо с низкой плотностью энергии, такое как бензин и природный газ, обычно имеет постоянную скорость сгорания по сравнению с более тяжелым топливом, поскольку оно состоит из более мелких короткоцепочечных углеводородных молекул. Но более крупные и длинные углеводородные молекулы и цепочки молекул в тяжелом топливе имеют тенденцию объединяться в кластеры, что означает, что молекулы внутри кластера не подвергаются воздействию воздуха.Без воздуха углеводороды не загорятся.

    Топливные катализаторы — одно из самых простых средств повышения эффективности сгорания тяжелого топлива. Благородные металлы — также известные как катализаторы — в благородных металлах разрушают топливные кластеры, деполяризуя присущие им заряды, которые заставляют углеводороды объединяться.

    Топливный катализатор Rentar, например, может повысить эффективность сгорания — и, следовательно, топливную эффективность — на внедорожных транспортных средствах на 3–8%. На тяжелой технике повышение эффективности использования топлива еще более резкое.При добавлении топливного катализатора Rentar в топку или котел, работающие на тяжелом топливе, увеличение может составить 30% или более.

    Несмотря на то, что трудно предотвратить потери энергии, присущие всем двигателям внутреннего сгорания, все же можно повысить эффективность использования топлива. Пока мы не сможем производить двигатели с более высоким тепловым КПД, лучшее, что мы можем сделать, — это повысить КПД сгорания.

    Почему дизельные двигатели более экономичны, чем бензиновые

    Дизельные двигатели более экономичны, чем бензиновые.Другими словами, дизельные двигатели имеют больший расход топлива, чем бензиновые двигатели сопоставимого размера. На то есть две причины. Во-первых, дизельное топливо — лучшее ископаемое топливо, чем бензин, с точки зрения плотности энергии. Во-вторых, дизельные двигатели лучше с точки зрения теплового КПД.

    И хотя бензин и дизельное топливо — как топливо — не улучшаются, по крайней мере, в отношении плотности энергии, бензиновые двигатели и дизельные двигатели становятся более термически эффективными.Но дизельные двигатели становятся значительно более теплоэффективными, в то время как бензиновые двигатели делают только умеренные успехи.

    Принимая во внимание успехи, которые инженеры-бензиновые инженеры должны были бы сделать в отношении теплового КПД, чтобы сделать бензиновые двигатели сопоставимыми с дизельными — даже если бы инженеры по дизельным двигателям не добились никакого прогресса, — почти наверняка бензиновые двигатели никогда не будут такими же. экономичен как дизельные двигатели.

    Почему дизельное топливо лучше бензина

    Что касается количества энергии, производимой на единицу объема, дизельное топливо является лучшим топливом, чем бензин.На галлон или литр топлива в дизельном топливе больше энергии, чем в бензине. Количество энергии в галлоне ископаемого топлива варьируется. Подобно тому, как есть разница между бензином и дизельным топливом, существуют различия между дизельным топливом и бензином, добываемым в разных частях мира. У некоторых дизелей больше энергии на галлон, чем у других дизелей, и то же самое верно для разных типов бензина.

    Но, как правило, считается, что в галлоне дизельного топлива примерно на 15% больше энергии, чем в галлоне бензина.Мера энергии в объеме топлива называется плотностью энергии. Плотность энергии напрямую связана с количеством молекул углеводорода в топливе.

    Плотность энергии

    Бензин имеет плотность энергии 33 867 мегаджоулей на кубический метр. Дизель имеет плотность энергии 37 184 мДж / м3. Опять же, это приблизительные оценки. Топливо с более высоким содержанием серы имеет более низкую плотность энергии. Бензин с высоким октановым числом и дизельное топливо с высоким цетановым числом также имеют более низкую плотность энергии.

    Тем не менее, будет справедливо сказать, что дизельное топливо на 10-20% более энергоемко, чем бензин.

    Почему дизельное топливо более энергоемкое, чем бензин

    Плотность энергии ископаемого топлива является продуктом углеводородов. Чем больше количество крупных молекулярных углеводородов в ископаемом топливе, тем тяжелее топливо и тем больше энергии. Вот почему, например, метан — он же природный газ — имеет такую ​​чрезвычайно низкую плотность энергии. Природный газ состоит в основном из молекул с очень малой энергией.Фактически, молекулы и цепочки молекул метана настолько малы, что метан является ископаемым топливом в газообразном состоянии при комнатной температуре.

    Бензин также состоит из более мелких молекул топлива. Будучи жидким топливом, бензин имеет относительно низкую плотность энергии, особенно по сравнению с дизельным топливом. Дизель, с другой стороны, чрезвычайно энергоемкий по сравнению с большинством других ископаемых видов топлива. Дизель состоит из углеводородов с большой длинной цепью. Из-за размера и длины углеводородов в дизельном топливе дизельное топливо имеет высокую плотность энергии.

    Однако плотность энергии дизельного топлива — не единственная причина, по которой дизельные двигатели более экономичны, чем бензиновые. Не только дизельное топливо является лучшим топливом, но и дизельные двигатели лучше с точки зрения теплового КПД.

    Почему дизельные двигатели лучше бензиновых двигателей

    Дизельные двигатели более экономичны, чем бензиновые, поскольку дизельные двигатели имеют более высокий термический КПД, чем бензиновые двигатели. Термический КПД, с точки зрения непрофессионала, показывает, какая часть энергии топлива превращается в механическую.Тепловая эффективность — это мера того, какую часть общего энергетического потенциала топлива двигатель может преобразовать в энергию, которая перемещает транспортное средство по дороге или которую часть оборудования преобразует в работу.

    Все тепловые машины, будь то паровые, бензиновые, дизельные, природные и т. Д., На удивление неэффективны.

    Тепловой КПД дизельных двигателей по сравнению с бензиновыми двигателями

    Термический КПД технически определяется как сочетание двух законов физики: первого и второго законов термодинамики.Первый закон термодинамики гласит, что выходная энергия системы не может превышать энергию, вложенную в систему. Второй закон термодинамики гласит, что ни одна система не может быть эффективна на 100%, потому что тепло будет всегда теряться.

    Итак, тепловой КПД можно определить по формуле. Термический КПД — это количество полезной энергии, вложенной в систему, деленное на общее количество энергии, вложенной в систему. Слово «полезный» важно, потому что законы термодинамики гласят, что всегда отходы.

    Из всей энергии, вложенной в двигатель внутреннего сгорания, только часть преобразуется в полезной энергии. Остальное выдувается через выхлопную трубу или теряется в виде тепла в окружающую среду вокруг двигателя.

    Дизельные двигатели внутреннего сгорания имеют гораздо более высокий тепловой КПД, чем бензиновые двигатели внутреннего сгорания.

    Почему бензиновые двигатели никогда не будут иметь лучшего пробега, чем дизельные

    В настоящее время бензиновые двигатели имеют КПД от 20% до 35%.По данным Toyota, компании, которая пытается производить бензиновый двигатель с высоким тепловым КПД, тепловой КПД «большинства бензиновых двигателей внутреннего сгорания в среднем составляет около 20 процентов». В соответствии с тем же: «Дизели обычно дороже — в некоторых случаях приближается к 40 процентам».

    Однако, по данным шведской автомобильной инженерной компании MDPI, термический КПД бензиновых и дизельных двигателей значительно выше, хотя и не так высок, как мог бы предположить непрофессионал. 30–36%, двигатели с воспламенением от сжатия давно признаны одними из самых эффективных силовых агрегатов, нынешняя БТЭ дизельных двигателей может достигать 40–47%.”

    Toyota утверждает, что разрабатывает бензиновый двигатель со значительно более высоким тепловым КПД, чем у обычных бензиновых двигателей, с тепловым КПД 38%. Если MDPI верен, тепловой КПД нового двигателя Toyota все равно более чем на 20% ниже КПД обычного дизельного двигателя.

    Почему дизельные двигатели имеют более высокий тепловой КПД, чем бензиновые двигатели с искровым зажиганием

    Есть две причины, по которым дизельные двигатели имеют более высокий тепловой КПД, чем бензиновые двигатели: степень сжатия и топливовоздушная смесь.Степень сжатия — это мера разницы между полными объемами камеры сгорания, когда поршень находится в нижней части своего хода, и объемом камеры сгорания в момент сгорания топлива.

    Степень сжатия и выходная энергия

    Увеличение степени сжатия увеличивает эффективность использования топлива, поскольку чем выше степень сжатия, тем больше количество энергии выделяется из данного объема топлива. «Теоретически увеличение степени сжатия двигателя может улучшить тепловой КПД двигателя за счет увеличения выходной мощности.”Дизельные двигатели имеют степень сжатия от 14: 1 до 25: 1. Бензиновый двигатель имеет степень сжатия от 8: 1 до 12: 1.

    И проблема в том, что степень сжатия — это не то, что инженеры по бензиновым двигателям могут повысить, по крайней мере, без снижения топливной экономичности. Возможно изготовление бензиновых двигателей с двигателями с более высокой степенью сжатия. Однако, поскольку бензин очень летуч и нестабилен по сравнению с дизельными двигателями, более высокие степени сжатия означают, что бензин сгорит до того, как искра воспламенит его в топливной камере.Предварительное сгорание бензина обычно называют «детонацией».

    Хотя можно предотвратить воспламенение перед сгоранием, добавив в бензин присадки для повышения октанового числа топлива, высокооктановое топливо менее энергоемко, чем низкооктановое топливо. Причина в том, что добавки, предотвращающие предварительное сгорание, делают это, потому что они имеют более низкую плотность энергии и, следовательно, не воспламеняются так же легко, как бензин.

    Другими словами, увеличение степени сжатия бензиновых двигателей — уловка 22.Целью увеличения степени сжатия является увеличение выхода энергии на единицу объема топлива. Но чтобы повысить степень сжатия бензина, необходимо уменьшить в нем количество энергии. Таким образом, увеличение октанового числа бензина с целью увеличения степени сжатия, которое он может выдержать без возгорания — что-то делается для увеличения общего выхода энергии — фактически снижает выход энергии.

    Высокое соотношение кислорода к топливу

    Вторая причина того, что дизельные двигатели имеют более высокий тепловой КПД, чем бензиновые, заключается в соотношении кислорода и топлива.Чем больше количество воздуха в соотношении воздух-топливо, тем чище горит топливо и тем больше энергии оно производит. Дизельные двигатели могут работать на очень бедной смеси. Однако в бензиновом двигателе бедная смесь вызывает проблемы.

    Идеальная топливовоздушная смесь двигателей внутреннего сгорания называется стехиометрическим соотношением воздух-топливо. По словам Honeywell Garret, стехиометрическое соотношение воздух-топливо для бензиновых двигателей типично: «14,7: 1, что означает 14,7 частей воздуха на одну часть топлива».Стехиометрическое соотношение воздух-топливо в дизельных двигателях может варьироваться в широких пределах. В то время как стехиометрическое соотношение воздуха и топлива составляет 14: 6, «дизельные двигатели обычно не работают в стехиометрических условиях. Типичный рабочий диапазон дизельных двигателей составляет от 18 до 70, в зависимости от рабочей точки ».

    В то время как бензиновые двигатели почти всегда работают как можно ближе к стехиометрическому соотношению воздух-топливо, Ханну Яэскеляйнен и Магди К. из Dieselnet.comХаир объясняет в своей статье Сжигание в дизельных двигателях : «Сжигание дизельного топлива характеризуется обедненным общим соотношением A / F. Наименьшее среднее соотношение A / F часто наблюдается в условиях максимального крутящего момента. Чтобы избежать чрезмерного дымообразования, соотношение A / F при пиковом крутящем моменте обычно поддерживается выше 25: 1, что намного выше стехиометрического (химически правильного) отношения эквивалентности, составляющего около 14,4: 1. В дизельных двигателях с турбонаддувом соотношение A / F на холостом ходу может превышать 160: 1.

    Следовательно, избыточный воздух, присутствующий в цилиндре после сгорания топлива, продолжает смешиваться с горящими и уже сгоревшими газами в процессе сгорания и расширения.”

    Поскольку бензиновые двигатели всегда имеют близкое к стехиометрическому соотношению воздух-топливо, лишь немного богаче, а дизельные двигатели могут работать на обедненной смеси, когда 160 частей воздуха на одну часть топлива, эффективность, при которой горит дизель, значительно выше, чем эффективность при какой бензин горит. Чем чище ожог, тем больше энергии производится на галлон. Таким образом, дизель не только имеет больше энергии на единицу измерения, дизельный двигатель использует больший процент этой энергии для производства механической энергии.

    В чем разница между дизельным топливом и газом?

    Когда вы выбираете новый автомобиль, вам необходимо учитывать несколько факторов. Вы должны решить, хотите ли вы седан, грузовик или внедорожник. Затем вы должны выбрать, какой тип доступных функций вы хотите. Вы также должны подумать, хотите ли вы бензиновый или дизельный двигатель. Однако тогда вы можете задаться вопросом, в чем разница между бензином и дизелем. В этом полезном руководстве будут рассмотрены основные различия между этими двумя движками, чтобы вы могли решить, какой из них вам подходит.

    Изобретение газового и дизельного двигателя

    Разница между дизельными и газовыми двигателями начинается с их изобретения. В 1876 году Николаус Август Отто изобрел газовый двигатель. Этот четырехтактный двигатель внутреннего сгорания не был особенно эффективным. Фактически, только около 10% топлива было использовано для приведения в действие транспортного средства. Остальное топливо просто выделяло тепло. Однако этот газовый двигатель стал основой для современных автомобильных двигателей.

    В 1878 году Рудольф Дизель изучал инженерное дело в высшей политехнической школе, когда узнал о низкой эффективности бензиновых двигателей.Он считал, что должно быть более эффективное решение, и решил его найти. В 1892 году он изобрел и запатентовал то, что в то время называлось двигателем внутреннего сгорания. Сегодня мы знаем его как дизельный двигатель.

    Работа двигателя

    В основном, бензиновые и дизельные двигатели работают одинаково. Оба двигателя используют внутреннее сгорание и серию быстрых взрывов внутри двигателя, чтобы превратить топливо в механическую энергию и продвинуть автомобиль вперед. Разница в том, как происходят эти взрывы.

    В бензиновом двигателе топливо смешивается с воздухом, сжатым поршнями. Свечи зажигания воспламеняют эту смесь для движения автомобиля. С другой стороны, в дизельном двигателе воздух сначала сжимается. Это делает воздух горячим. Затем топливо воспламеняется, когда попадает в горячий воздух.

    Впрыск топлива

    Бензиновые и дизельные двигатели впрыскивают топливо по-разному. В бензиновом двигателе впрыск топлива может происходить двумя способами: через систему впрыска или через карбюратор. Система впрыска через порт впрыскивает воздух в топливо прямо перед тактом впуска.Напротив, карбюратор смешивает топливо и воздух перед тем, как отправить его в цилиндр для сжатия.

    В дизельном двигателе топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр. Поскольку этот процесс является важной частью работы дизельных двигателей, дизельные форсунки могут стать сложной частью процесса. Чтобы доставить мелкодисперсный топливный туман, необходимый для работы процесса, форсунки должны выдерживать высокие температуры и большое давление. По сей день инженеры работают над тем, чтобы сделать эту систему более эффективной.

    Примеры усовершенствований двигателей включают модули управления двигателем и свечи накаливания. Модули управления двигателем используют многочисленные датчики для правильного выбора времени впрыска, а свеча накаливания представляет собой горячий провод, который может быстро повысить температуру воздуха в холодном двигателе, чтобы помочь ему запустить более эффективно.

    Выходная мощность

    Когда вы изучаете варианты своего нового автомобиля, вы можете много говорить о мощности и крутящем моменте. Лошадиная сила — это мера мощности, а крутящий момент — это мера крутящего момента на трансмиссии двигателя.

    Если у вашего автомобиля много лошадиных сил, но мало крутящего момента, он будет медленно двигаться. Крутящий момент — вот что заставляет автомобили двигаться. Дизельные двигатели обычно имеют более высокий крутящий момент, но меньшую мощность. Вот почему у спортивных автомобилей обычно есть бензиновые двигатели, а у больших грузовиков — дизельные. Спортивным автомобилям нужна дополнительная мощность, которую предлагает бензин, а большим грузовикам требуется дополнительный крутящий момент от дизельного двигателя для перемещения тяжелых грузов.

    Различия в эффективности

    Помимо разницы в мощности, еще одно различие между дизельным и бензиновым двигателями — это эффективность.Дизельные двигатели, как правило, имеют более высокие показатели экономии топлива по сравнению с бензиновыми двигателями. Эти более высокие показатели эффективности в основном связаны с тем, как работают двигатели. Бензиновый двигатель должен быть уверен, что он никогда не достигнет температуры самовоспламенения во время такта сжатия, поскольку это может потенциально разрушить двигатель. В результате газовый двигатель должен поддерживать низкую степень сжатия.

    Поскольку дизельный двигатель не содержит топлива в смеси во время такта впуска, он может сильнее сжимать воздух и иметь более высокую степень сжатия.Более высокая степень сжатия означает лучшую топливную экономичность.

    Бензин и дизельное топливо

    Поскольку бензиновые и дизельные двигатели работают по-разному, они требуют разных видов топлива. Хотя и бензин, и дизельное топливо начинаются как сырая нефть, добытая из земли, в процессе переработки они затем разделяются на различные виды топлива. Дизельное топливо гуще бензина, а значит, испаряется медленнее. Дизельное топливо также имеет большую плотность энергии.

    Эти особенности — еще одна причина, по которой дизельные двигатели имеют более высокую экономию топлива, чем газовые.Хотя дизельное топливо обычно стоит больше, чем бензин, большинству дизельных двигателей требуется меньше его для выполнения того же объема работы, что и бензинового двигателя.

    Plus, владельцы дизельных двигателей получают доступ к новому варианту заправки: биодизель. Биодизельное топливо производится из ненефтяных источников, таких как растительное масло. Преобразование дизельного двигателя для работы на биодизеле требует некоторых модификаций, особенно если у вас более старый двигатель. Однако, поскольку эффективность и экологичность становятся все более популярными, биодизель может стать следующим распространенным альтернативным топливом.

    Надежность

    Поскольку дизельные двигатели работают без свечей зажигания и без электрической системы, необходимой для работы свечей зажигания, в них меньше деталей, которые могут выйти из строя. По большей части дизельные двигатели могут проехать больше миль и часов работы, прежде чем им потребуется какое-либо серьезное обслуживание. Дизельные двигатели также имеют тенденцию иметь меньшие счета за ремонт, когда что-то идет не так.

    Теперь, когда вы знаете больше о разнице между дизельным и бензиновым двигателями, вам будет легче решить, какой из них подойдет вашим потребностям.Когда вы будете готовы выбрать свой следующий новый автомобиль, свяжитесь с Суини Шевроле, чтобы ознакомиться со всеми вашими бензиновыми и дизельными вариантами.

    КПД двигателя

    КПД двигателя

    Hannu Jääskeläinen

    Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
    Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

    Abstract : Преобразование энергии топлива в полезную работу в двигателе внутреннего сгорания связано с рядом потерь.К ним относятся химические потери энергии в выбросах, потери тепла от двигателя и через выхлопные газы, а также потери при перекачивании газа и трение в двигателе. Соответственно, общий тепловой КПД тормоза двигателя является продуктом сгорания, термодинамики, газообмена и механического КПД.

    Потери энергии в двигателе

    Сводка убытков

    Преобразование энергии топлива в полезную работу в двигателе внутреннего сгорания связано с рядом потерь.Основные потери энергии в двигателе и соответствующие коэффициенты полезного действия показаны на Рисунке 1 [3038] . Другие исследования факторов, влияющих на эффективность двигателя, с акцентом на низкотемпературное сгорание, можно найти в литературе [4886] .

    Рисунок 1 . Обзор потерь энергии в типичном двигателе внутреннего сгорания

    Начиная с сжигания углеводородного топлива и выделения его энергии, небольшое количество топлива не полностью превращается в идеальные продукты сгорания CO 2 и H 2 O.Энергия, остающаяся в несгоревшем топливе и промежуточных продуктах сгорания, учитывается коэффициентом сгорания .

    Второй закон термодинамики определяет, что только часть энергии, выделяемой в процессе горения, может быть преобразована в полезную работу. Эта доля учитывается с помощью термодинамической эффективности , которая зависит от деталей цикла, используемого для преобразования тепла в работу. Для двигателей внутреннего сгорания верхний предел термодинамической эффективности обычно определяется расчетами циклов Отто и Дизеля.Энергия сгорания, которая не преобразуется в механическую работу, теряется в виде тепла либо за счет выпуска горячих выхлопных газов в окружающую среду, либо за счет передачи тепла через поверхности камеры сгорания. Показанный брутто-коэффициент полезного действия равен произведению эффективности сгорания на термодинамический КПД и отражает общую работу, произведенную сгоранием топлива.

    Часть энергии, которая была преобразована в работу, используется для подачи всасываемых газов в двигатель и удаления выхлопных газов.Эти откачивающие потери учитываются с помощью коэффициента газообмена . Чистый показанный КПД регулирует общий показанный КПД с учетом работы, необходимой для перемещения газов в двигатель и из него.

    Также необходимо выполнить некоторую работу для преодоления трения между поверхностями скольжения, такими как поршневые кольца и подшипники, и для привода необходимых вспомогательных устройств, таких как насосы для масла и охлаждающей жидкости. Последний относится к с механическим КПД .Как это ни странно, потери при газообмене и потери на трение иногда объединяются в одну потерю, которая используется для определения механической эффективности. Это обсуждается ниже.

    Таким образом, оставшаяся работа, тормозная работа, доступна от двигателя для выполнения полезной работы. Эффективность тормозов (или термическая эффективность тормозов) может быть выражена как:

    η тормоз = η горение · η термодинамический · η газообменный · η механический (1)

    Другой способ выразить эффективность торможения — [3980] :

    η тормоз = η замкнутый цикл · η открытый цикл · η механический (2)

    где:
    η замкнутый цикл — КПД замкнутого цикла, при этом замкнутый цикл является частью 4-тактного цикла, когда впускные и выпускные клапаны закрыты.η закрытый цикл = η сгорание · η термодинамический
    η открытый цикл — это эффективность открытого цикла, открытый цикл является частью 4-тактного цикла, когда впускные или выпускные клапаны открыты. η открытый цикл = η газообмен

    Следует отметить, что это обсуждение эффективности двигателя проводится с точки зрения процесса, используемого для преобразования тепла в работу, т. Е. Оно ограничено определенным типом машины и отражает ограничения машины или термодинамического цикла, используемого для преобразования тепла. работать.Эффективность также можно рассматривать с точки зрения топлива и количества топливной эксергии, которую можно преобразовать в работу. Более поздний подход, обсуждаемый ниже, является более общим и не ограничивается каким-либо конкретным термодинамическим циклом.

    Топливо Энергия

    В двигателе внутреннего сгорания воздух и топливо смешиваются с образованием горючей смеси, которая воспламеняется и выделяет энергию в виде тепла. Количество выделяемого тепла зависит от ряда факторов. Хотя количество топлива, захваченного в цилиндре, является основным определяющим фактором содержания энергии в захваченной воздушно-топливной смеси и, следовательно, общего количества тепла, которое может высвободиться, также важен ряд вторичных факторов.Эти второстепенные факторы включают детали о составе топлива, такие как тип элементов, содержащихся в топливе, и характер связей, соединяющих элементы вместе.

    Для двигателей чистая энергия, выделяемая при сгорании, обычно представлена ​​более низкой теплотворной способностью (LHV) топлива, поскольку предполагается, что вода, полученная при сгорании, остается в парообразном состоянии. На рис. 2 показана LHV ряда видов топлива, которые могут использоваться в двигателе внутреннего сгорания, в зависимости от их стехиометрического отношения воздух-топливо.Обратите внимание, что для углеводородного топлива LHV очень похожи и значительно выше, чем для топлива, содержащего кислород. Кислородные функциональные группы вносят меньший вклад в чистую энергию во время сгорания, в то же время значительно увеличивая массу и объем топлива.

    Рисунок 2 . Более низкая теплотворная способность (LHV) различных видов топлива по сравнению со стехиометрическим соотношением воздух-топливо

    Данные из [391]

    После того, как выбор топлива определен, мощность двигателя определяется содержанием энергии в топливно-воздушной смеси, удерживаемой в цилиндре перед сгоранием.Для двигателей, в которых смешивание воздуха и топлива осуществляется до подачи всасываемого заряда в цилиндр, эта энергия связана с количеством смеси воздуха и топлива, которое может быть введено и захвачено в цилиндр. Для двигателей, в которых смешивание воздуха и топлива происходит в цилиндре после IVC, это зависит от количества воздуха, которое может быть введено и захвачено в цилиндр. Можно показать, что [4730] :

    Hport = ρmixLHVfλ · AFRstoich + 1H_port = {ρ_mix LHV_f} над {λ AFR_stoich +1} (3)

    где:
    H порт = содержание энергии на единицу объема цилиндра смеси, образовавшейся перед подачей в цилиндр, МДж / м 3
    ρ смесь = плотность смеси, кг / м 3
    LHV f = нижняя теплотворная способность топлива, МДж / кг
    λ = относительная воздушно-топливная смесь
    AFR stoich = стехиометрическая воздушно-топливная смесь

    и

    HDI = ρairLHVfλ · AFRstoichH_DI = {ρ_air LHV_f} над {λ AFR_stoich} (4)

    где:
    H DI = содержание энергии на единицу объема цилиндра смеси, образовавшейся в цилиндре после НПВ, МДж / м 3
    ρ воздух = плотность воздуха, кг / м 3

    Следует отметить, что для большинства жидких видов топлива разница между H порт и H DI небольшая.Однако для газообразного топлива, такого как метан, основного компонента природного газа, разница может быть более значительной, рис. 3. Кроме того, в некоторых случаях, когда воздух и топливо смешиваются в цилиндре до IVC, порт H больше отражает энергию, которая может быть захвачена в цилиндре. Эффект повышения давления на впуске с помощью турбонагнетателя или нагнетателя в уравнении (3) и уравнении (4) учитывается с помощью члена плотности.

    Рисунок 3 . Энергия сгорания на единицу объема цилиндра смеси метана и воздуха в зависимости от λ

    При 0 ° C, 101.325 кПа

    На рисунке 4 показаны значения H , порт и H DI стехиометрических смесей нескольких видов топлива при стандартных условиях в зависимости от их стехиометрического соотношения воздух-топливо и основанные на наиболее распространенных способах смешивания их с всасываемым воздухом [4730] . Несмотря на наличие важных различий, следует отметить, что выходная мощность двигателя, работающего на любом из этих видов топлива, на основе одной только плотности энергии смеси, будет очень похожей. Однако следует отметить, что одной плотности энергии смеси недостаточно для определения максимальной мощности двигателя.

    Рисунок 4 . Энергия сгорания на единицу объема цилиндра смеси топлива и воздуха при λ = 1 в зависимости от стехиометрического отношения воздух-топливо

    При 0 ° C, 101,325 кПа

    ###

    Газовые и дизельные двигатели: в чем разница?

    Когда мы подъезжаем к насосу, большинство из нас автоматически знает, выбирать ли бензин или дизельное топливо. В конце концов, это решение, которое принимает ваш автомобиль. Но задумывались ли вы, в чем разница между работой бензиновых и дизельных двигателей?

    Понимание того, что происходит под капотом, является ключевой частью ухода за вашим автомобилем.Чтобы помочь вам обрести уверенность в себе как владельцу транспортного средства, вот наиболее важные сходства и различия между бензиновыми и дизельными двигателями.

    Как работают бензиновые и дизельные двигатели
    По своей сути бензиновые и дизельные двигатели работают по одним и тем же принципам. Оба преобразуют химическую энергию топлива в механическую энергию для создания движения. В каждом типе двигателя это преобразование происходит посредством процесса, называемого внутренним сгоранием, когда смесь топлива и воздуха сжимается внутри цилиндров двигателя для создания небольших взрывов, называемых сгоранием, которые производят энергию.

    Вне зависимости от того, ведете ли вы автомобиль с бензиновым или дизельным двигателем, общий процесс создания мощности одинаков. В обоих типах двигателей действие можно разделить на четыре этапа: впуск, сжатие, зажигание и выпуск. Однако разница между бензиновыми и дизельными двигателями заключается в том, как каждый двигатель выполняет эти шаги.

    • Впуск: Это первый шаг в процессе сгорания. На этом этапе содержимое попадает в цилиндры двигателя.В газовом двигателе это содержимое включает смесь воздуха и топлива. Однако дизельный двигатель только на этом этапе пропускает воздух в цилиндры и подмешивает топливо позже.
    • Сжатие: Прежде чем произойдет возгорание, содержимое баллонов необходимо сначала нагреть, сжав их до небольшого пространства. Поскольку бензиновый двигатель с самого начала содержит в цилиндрах как воздух, так и топливо, компрессия должна быть ниже, иначе температура внутри цилиндров может слишком сильно подняться и вызвать самовоспламенение топлива, что приведет к серьезному повреждению двигателя.Но поскольку дизельный двигатель в этот момент содержит только воздух в цилиндрах, он может создавать гораздо более высокую степень сжатия и, фактически, зависит от того, достигают ли цилиндры температуры самовоспламенения на этом этапе.
    • Зажигание: Способы зажигания каждого двигателя — одно из самых больших различий между бензиновыми и дизельными автомобилями. В газовом двигателе свеча зажигания создает электрический разряд, который воспламеняет топливно-воздушную смесь внутри цилиндра. Однако дизельный двигатель не имеет свечи зажигания.Поскольку цилиндры в дизельном двигателе сжимают воздух выше температуры самовоспламенения, топливо воспламеняется от комбинации тепла и давления при впрыске.
    • Выхлоп: Этот последний шаг одинаков как для бензиновых, так и для дизельных двигателей. После того, как топливо сгорит для выработки энергии, образующиеся пары выпускаются через клапан, и весь процесс начинается снова, повторяя несколько раз в секунду.

    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *