КПД дизельного двигателя

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.

Содержание статьи

• Почему КПД дизеля выше
• Мощность и крутящий момент
• Энергетическая ценность солярки и бензина
• Итоги

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.

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.

Итоги

Конструкторы постоянно стремятся повысить КПД как дизельного, так и бензинового двигателя. Увеличение количества впускных и выпускных клапанов на один цилиндр, активное применение систем изменения фаз газораспределения, электронное управление топливным впрыском, дроссельной заслонкой и другие решения позволяют существенно повысить коэффициент полезного действия. В большей мере это касается дизельного двигателя.

Благодаря таким особенностям современный дизель способен  полностью сжечь насыщенную углеводородами порцию дизтоплива в цилиндре и выдать большой показатель крутящего момента на низких оборотах. Низкие обороты означают меньшие потери на трение и возникающее в результате трения сопротивление. По этой причине дизельный мотор сегодня является одним из наиболее производительных и экономичных типов ДВС, КПД которого зачастую превышает отметку в 50%.

 

КПД бензинового и дизельного двигателя

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%.

Бензиновый двигатель Toyota

достигает теплового КПД 38 процентов

Энтони Ингрэм 14 апреля 2014 г. Энтони Ингрэм 14 апреля 2014 г.

Большинство двигателей внутреннего сгорания невероятно неэффективно превращают сожженное топливо в полезную энергию.

Эффективность, с которой они это делают, измеряется с точки зрения «термического КПД», и большинство бензиновых двигателей внутреннего сгорания в среднем имеют тепловой КПД около 20 процентов. Дизели, как правило, выше, в некоторых случаях приближаясь к 40 процентам.

В настоящее время Toyota разработала новый бензиновый двигатель, который, как утверждается, имеет максимальный тепловой КПД 38 процентов — больше, чем любой другой серийно выпускаемый двигатель внутреннего сгорания.

Новые агрегаты объемом 1,0 и 1,3 литра должны обеспечивать на 10-15% большую экономию по сравнению с их существующими эквивалентами.

Toyota применила несколько знакомых технологий в своих двигателях для достижения такого уровня эффективности.

Одним из них является тот же цикл сгорания, который используется в гибридных моделях фирмы — цикл Аткинсона.

Используемые на 1,3-литровом агрегате двигатели с циклом Аткинсона обычно имеют регулируемые фазы газораспределения, что позволяет впускным клапанам оставаться открытыми в начале такта сжатия. Более низкая плотность воздуха приводит к более эффективному сжиганию топлива и более высокому тепловому КПД.

Как правило, двигателям не хватает мощности по сравнению с обычными двигателями с циклом Отто, что компенсируется в гибридах дополнительной мощностью от электродвигателя.

БОЛЬШЕ: Toyota Prius 2015 года: следующий гибрид нацелен на 55 миль на галлон, больше места, лучшая управляемость

В 1,3-литровом двигателе степень сжатия 13,5 компенсирует часть потери сжатия в течение цикла двигателя — теоретически двигатель должен работать так же, как обычный 1,3-литровый агрегат.

Модернизированные впускные каналы, регулируемые фазы газораспределения и рециркуляция охлажденных выхлопных газов также используются для повышения эффективности двигателя.

В 1,0-литровом агрегате, разработанном совместно с Daihatsu, японским партнером Toyota, аналогичные технологии двигателя (на этот раз без цикла Аткинсона) обеспечивают 37-процентный тепловой КПД.

Однако благодаря использованию технологии «стоп-старт» новый двигатель на 30 процентов эффективнее эквивалентных 1,0-литровых двигателей в японском испытательном цикле JC08, ориентированном на город.

Toyota не подтвердила, в каких автомобилях будут использоваться новые двигатели, а также в том, будет ли какая-либо силовая установка поступать в США. Вполне вероятно, что несколько автомобилей японского рынка и отдельные модели, такие как Yaris и Aygo, продаваемые за рубежом, в конечном итоге выиграют от этих агрегатов.

Это показывает, что в обычных бензиновых двигателях есть еще много возможностей для улучшения.

Обычные двигатели внутреннего сгорания будут оставаться доминирующими в дорожном транспорте, по крайней мере, в течение следующих нескольких десятилетий, поэтому любые усилия по их улучшению за это время заслуживают одобрения.

_________________________________________

Подписывайтесь на GreenCarReports в Facebook, Twitter и Google+

Метки:

Автомобильная техника Двигатели Эффективность топлива Зеленый Новости Тойоты

Пожертвовать:

• Отправьте нам чаевые
• Связаться с редактором

• Цена Hyundai Ioniq 6, электромобили Toyota американского производства, повышение эффективности VW: сегодняшние автомобильные новости

  Бенгт Халворсон 22 февраля 2023 г. VW хранит компоненты электромобилей у себя, чтобы оптимизировать их для повышения эффективности. Цена Hyundai Ioniq 6 находится в том же диапазоне, что и модель 3. Это и многое другое можно найти здесь, в Green Car Reports. Электрический седан Hyundai Ioniq 6 2023 года имеет цену для США, и он устанавливает версию с пробегом 361 милю, которая превосходит Tesla Model 3 по диапазону в 46 615 долларов. Базовые версии Ioniq 6 начинаются с 42 715 долларов с запасом хода 240 миль. Это позиционирует цены на Ioniq 6 чуть ниже, чем на кроссовер Ioniq 5. Volkswagen традиционно обращался к таким поставщикам, как Bosch…

• VW видит повышение эффективности электромобилей за счет оптимизации собственных компонентов

  Volkswagen может меньше обращаться к поставщикам для проектирования ключевых компонентов силовой установки электромобиля и больше к собственным разработкам.

  Стивен Эдельштейн 22 февраля 2023 г.

• Отчет: Toyota может начать производство электромобилей в Кентукки в 2025 году

  Завод в Кентукки, первоначально построенный для Camry, теперь производит модели Camry Hybrid и RAV4 Hybrid, а также Lexus ES.

  Стивен Эдельштейн 22 февраля 2023 г.

• Цена Hyundai Ioniq 6 2023 года: версия с пробегом 361 миля начинается с 46 615 долларов

  Не считая налоговых льгот на электромобили и наценок дилеров, цена Hyundai Ioniq 6 очень конкурентоспособна с Tesla Model 3, но превосходит ее по запасу хода на дальних дистанциях. версии.

  Бенгт Халворсон 21 февраля 2023 г.

• Вилка

  Lexus RZ, цена Genesis GV70, однопедальное вождение Porsche, напечатанные на 3D-принтере ячейки: Автомобильные новости сегодняшнего дня

  Ярмо Lexus остается в пути для США — позже. Электрический внедорожник Genesis GV70 намного дороже своего бензинового аналога. Porsche считает, что вождение одной педалью неэффективно. Sakuu предлагает первые твердотельные элементы для электромобилей. Электрические грузовики Rivian производят…

  Бенгт Халворсон 21 февраля 2023 г.

• Sakuu заявляет о первом напечатанном на 3D-принтере аккумуляторном элементе, потенциально предназначенном для электромобилей

  Компания заявляет, что она находится на пути к производству печатных аккумуляторов в больших масштабах для мобильности, аэрокосмической промышленности, электромобилей и хранения энергии, среди прочего.

  Бенгт Халворсон 21 февраля 2023 г.

• Rivian обратился к природе за звуками в своих R1T и R1S

  Стивен Эдельштейн 21 февраля 2023 г.

  Производитель электромобилей поручил звукорежиссерам записать птиц в Йеллоустонском национальном парке; затем он выделил одну часть, ускорил ее и увеличил высоту звука.

• Lexus не будет предлагать электроусилитель руля при запуске электромобиля RZ450e в США.

  Стандартное рулевое колесо и обычное рулевое управление с электроусилителем будут поставляться с первым электромобилем Lexus, но — боже мой!

  Роберт Даффер 21 февраля 2023 г.

• Произведенный в США электромобиль Genesis Electrified GV70 EV стоит намного дороже, чем бензиновая версия.

  Хотя прейскурантная цена Genesis Electrified GV70 значительно выше, налоговый кредит в размере 3750 долларов США и более низкая стоимость владения, скорее всего, компенсируют разницу.

  Стивен Эдельштейн 21 февраля 2023 г.

• Вождение одной педалью в электромобилях неэффективно, говорит Porsche

  В Porsche утверждают, что вождение одной педалью связано с потерями энергии как при замедлении, так и при ускорении, поэтому лучше двигаться накатом.

  Стивен Эдельштейн 20 февраля 2023 г.

• Подключаемые гибриды выбрасывают во много раз больше заявленного количества CO2, показывают тесты

  Даже при полной зарядке электромобили PHEV могут выбрасывать намного больше CO2, чем заявляют производители, согласно тестированию, проведенному европейской группой по защите окружающей среды.

  Стивен Эдельштейн 19 февраля 2023 г.

• Обзор электромобиля Kia Niro, отзыв Tesla FSD, батареи Ford LFP, Ram 1500 REV: The Week in Reverse

  Какой бренд представил полностью электрический кабриолет, доступный в этом году? Какой штат решил присоединиться к мандату Калифорнии на электромобили на этой неделе? Это наш взгляд на неделю назад — прямо здесь, в Green Car Reports — за неделю, закончившуюся 17 февраля 2023 года. В обзоре Kia Niro 2023 года…

  Бенгт Халворсон 18 февраля 2023 г.

Усовершенствованные двигатели внутреннего сгорания

Усовершенствованные двигатели внутреннего сгорания

Кристофер Голденстайн

9 декабря 2011 г.

Представлено в качестве курсовой для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2011 г.

Введение

В 2009 году транспортный сектор США потребляли 13,3 миллиона баррелей нефти (558,6 миллиона галлонов) каждый день. Это эквивалентно потреблению почти 1 миллиона галлонов нефти каждый день. 2,5 минуты и составляет 70% от общего объема нефти, потребляемой США. [1] С национальными целями по сокращению выбросов парниковых газов и зависимости на зарубежной нефти очевидно, что повышение эффективности двигатели внутреннего сгорания, используемые в транспортной отрасли, является целью первостепенное значение. В этой статье мы сосредоточимся на фундаментальной проблеме ограничение эффективности таких двигателей и обсуждение потенциальное повышение эффективности Воспламенение от сжатия гомогенного заряда (HCCI) двигатели и импульсно-детонационные двигатели (ИДД) могут привести к транспортная отрасль.

Проблема эффективности

Пункт критики в отношении двигателей внутреннего сгорания, в том, что они неэффективны. Например, усовершенствованное внутреннее сгорание. двигатели, используемые в современных автомобилях, имеют максимальную тепловую эффективность около 35-40% для бензина и 40-45% для дизельного топлива. Массивный морской дизель двигатели способны к тепловому КПД более 60%, однако эти двигатели исключительны в этом отношении. При этом большинство людей удивляюсь, почему инженеры не могут разработать гораздо более эффективные двигатели.

Проблема в том, что 2-й закон термодинамика ограничивает КПД всех двигателей внутреннего сгорания. В 1824 г. Сади Карно показал, что наиболее эффективным циклом тепловой машины является тот, который не генерирует энтропию. Самый простой и, пожалуй, самый сбивающее с толку определение энтропии состоит в том, что это метрика для количественной оценки хаос системы, определяемый постоянной Больцмана, умноженной на натуральный логарифм кратности системы. Для макроскопических систем это правильнее думать об энтропии как о термодинамической величине, описывает энергию, необходимую для организации изолированного, не реагирующего систему частиц в равновесное состояние. В результате любой процесс, генерирующий энтропию, уменьшает количество энергии, которое может быть извлекаются из системы как полезная работа. Карно показал, что максимум КПД такой тепловой машины:

n _th = 1 — T _C /T _H

где n _th — тепловой КПД, T _C температура холодного резервуара и T _H — температура горячего резервуара. С типичными двигателями внутреннего сгорания работая между 1750°K и 298°K, это уравнение утверждает, что максимальный КПД для такого двигателя составляет 83%. Внезапно морской дизели с КПД 60% выглядят неплохо.

Предел эффективности Карно представляет собой святой Грааль конструкции двигателя, и это никогда не будет достигнуто на практике, потому что все двигатели внутреннего сгорания генерируют энтропию за счет трения, химического смешения, тепла перенос через конечные градиенты температуры, а процесс горения себя, чтобы назвать лишь несколько механизмов. При этом цель каждого разработчик двигателя должен разработать двигатель, который минимизирует энтропию поколение.

Двигатели, которые борются со 2-м законом

Многие различные циклы двигателя пытаются уменьшить Генерация энтропии была предложена, однако в этой статье основное внимание уделяется два, которые недавно привлекли внимание в академических кругах и промышленности: HCCI двигатели и ПДЭ.

HCCI

Двигатели

HCCI имеют привлекательный тип внутреннего двигатель внутреннего сгорания, которые предлагают потенциал для повышения эффективности и уменьшенные выбросы. В этом устройстве топливо и воздух смешиваются при входе в цилиндр и сжимается до тех пор, пока не произойдет самовоспламенение. сжигание HCCI происходит практически мгновенно, так как ограничено химической кинетикой и не распространение фронта пламени или смешение топлива с воздухом, как в случае с искрой с воспламенением (SI) и дизельные двигатели соответственно. В результате двигатели HCCI обычно механически ограничены очень обедненными смесями (низкие нагрузки) для уменьшить тяжесть быстрого и сильного воспламенения. [2]

Поскольку вся смесь воспламеняется почти одновременно, Двигатели HCCI не ограничены разрушительной детонацией двигателя и могут поэтому работайте с такими же степенями сжатия, как у дизельного топлива (CR > 15). [2] Это значительное улучшение конструкции по сравнению с обычными двигателями SI. потому что КПД двигателя увеличивается с увеличением степени сжатия. Например, тепловой КПД идеального цикла Отто улучшается с 47% до 56% при увеличении степени сжатия с 8 до 15. В Кроме того, при работе на обедненной смеси рабочая жидкость в двигателях HCCI имеет более высокий коэффициент удельной теплоемкости, что также приводит к большему тепловому эффективность. Наконец, двигатели HCCI не дросселируют впускную смесь и таким образом, не платите штраф за дросселирование.

ПДЭ

PDE предлагают потенциал в качестве более эффективной силовой установки. двигатель для самолета. ПДЭ обычно состоят из детонационной трубы, играющей роль камера сгорания, соединенная с каким-либо рабочим устройством для извлечения (например, сопло или турбина). Для инициирования используется искровая система зажигания. пламя, которое распространяется по трубе до тех пор, пока не произойдет дефлаграция. детонационный переход (ДДТ), при котором возникает сверхзвуковая детонационная волна пересекает оставшуюся часть трубы, ударно нагревая и сжимая остаточная топливно-воздушная смесь. В результате большая часть топлива сгорел за детонационной волной при повышенной температуре воспламенения и давление. Затем газы сгорания с высокой температурой и давлением расширяется для создания тяги.

Из анализа идеального цикла, предполагающего калорийность совершенные идеальные газы Рой и др. показали, что воздух-этилен цикл детонации имел тепловой КПД 45,2% по сравнению с 43,5% и 31,5% для цикла Хамфи и Брайтона с одинаковой степенью сжатия. [3] Этот анализ показывает, что цикл PDE может быть на 43% больше. эффективнее, чем цикл Брайтона, который представляет собой упрощенный цикл газовой турбины. модель. Критики PDE задаются вопросом, повышается ли эффективность предложенные этим элементарным анализом, реализуемы, однако исследователи продолжают изучать эти двигатели.

Выводы

Короче говоря, значительный акцент был сделан на разработка двигателей внутреннего сгорания с улучшенным КПД которые потребляют обычное углеводородное топливо. Эти двигатели пытаются свести к минимуму термодинамически необратимые потери, двигателей внутреннего сгорания на протяжении десятилетий. Однако, несмотря на то, что эти двигатели потенциал для повышения эффективности, они чрезвычайно сложны. Приведенный здесь анализ сильно упрощен и полезен только для понимание первых принципов. Нюансы, регулирующие процессы зажигания в обоих этих двигателях недостаточно изучены и освоение разработки этих двигателей потребует достижений в современное понимание материаловедения, турбулентность, квантовая химия и оптическая диагностика, используемые для изучения этих двигателей.

© 2011 Кристофер Голденстайн. Автор разрешает копировать, распространять и отображать эту работу в неизмененном виде. форме, со ссылкой на автора, только для некоммерческих целей. Все остальные права, включая коммерческие права, сохраняются за автор.

Каталожные номера

[1] «Транспорт Статистический годовой отчет за 2010 г.