Кпд дизеля – КПД дизельного двигателя

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.

Читайте в этой статье

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%.

Читайте также

krutimotor.ru

Какой КПД дизельного двигателя? Дизельный и бензиновый двигатель

КПД дизельного двигателя представляет собой отношение мощности, которая подается на коленчатый вал, к мощности, получаемой поршнем благодаря давлению газов, образующихся при воспламенении используемого топлива.

То есть эта величина является той энергией, которая преобразовывается из тепловой или термической энергии в механическую величину.

Бензиновые двигатели обладают принудительным зажиганием воздушно-топливной смеси искрой свечи.

Типы систем питания

Карбюраторный вариант предполагает смешивание воздуха и бензина во впускном трубопроводе карбюратора. В последнее время выпуск таких вариантов двигателей существенно снижается из-за несущественной экономичности подобных двигателей, их несоответствия экологическим нормам современности.

В вариантах впрысковых двигателей подача топлива происходит с помощью одного инжектора (форсунки) в центральный трубопровод.

В случае распределительного впрыска топливо попадает внутрь двигателя несколькими инжекторами. В таком случае увеличивается максимальная мощность, что существенно увеличивает КПД дизельного двигателя.

При этом снижаются расходы бензина и токсичность обработанных газов за счет фиксированной дозировки топлива электронными системами управления автомобильным двигателем.

Рассуждая над тем, каков КПД современного дизельного двигателя, необходимо знать о системе впрыска бензиновой смеси в камеру хранения. Если подача топлива осуществляется порциями, это гарантирует работу двигателя на обедненных смесях, что помогает снижать расход топлива, уменьшать выброс в атмосферу вредных газов.

Особенности дизельных двигателей

КПД бензинового и дизельного двигателя существенно отличаются между собой. Дизели являются теми двигателями, в которых после сжатия нагретая топливно-воздушная смесь воспламеняется. Они намного экономичнее бензиновых аналогов из-за большей степени сжатия, способствующей полному сгоранию воздушно-топливной смеси.

Достоинства дизелей

КПД дизельного двигателя можно увеличить при создании сопротивления движения воздуха из-за отсутствия дроссельной заслонки, но это приводит к повышению расхода топлива.

Наибольший крутящий момент развивают дизели на небольшой частоте вращения коленчатого вала.

Устаревшие конструкции дизельных двигателей от бензиновых аналогов отличаются определенными недостатками:

• большим весом и ценой при равной мощности;
• повышенным шумом, создаваемым при сгорании топлива в цилиндрах;
• меньшими оборотами коленчатого вала, повышенными инерциальными нагрузками.

Принцип деятельности

КПД современного дизельного двигателя определяется отношением полезной работы, совершаемой двигателем, к полной работе. Почти у всех автомобильных двигателей предполагается четыре такта:

• впуск топливно-воздушной смеси;
• сжатие;
• рабочий ход;
• выпуск отработанных газов.

Эффективность дизельного двигателя

КПД дизельного двигателя в процентах составляет порядка 35-40 процентов. Учитывая, что для бензинового агрегата показатель составляет до 25 %, дизель явно лидирует.

Если воспользоваться турбонаддувом, вполне модно увеличить КПД дизельного двигателя до 53 процентов.

Несмотря на сходство типа работы, дизель справляется с поставленной перед ним задачей намного качественнее и результативнее. Так как у него меньшее сжатие, воспламенение топлива происходит по другому принципу. Он будет меньше нагреваться, в результате чего на охлаждении происходит неплохая экономия. В дизеле нет свечей и катушек зажигания, следовательно, нет необходимости тратить дополнительную энергию генератора.

Для повышения эффективности работы бензинового двигателя добавляют пару выпускных и впускных клапанов, а на каждую свечу устанавливают отдельную катушку зажигания. Для управления дроссельной заслонкой используется электрический привод.

Эффективность топлива

Расчет КПД дизельного двигателя позволяет определить целесообразность его применения.

Дизель считается одним из вариантов двигателя внутреннего сгорания, для которого характерно после сжатия воспламенение рабочей смеси.

Для того чтобы выявить суть функционирования бензинового двигателя, и то, какой КПД дизельного двигателя, проводят математические расчеты.

Потери КПД

Сгорает не все топливо, некоторая его часть теряется вместе с выхлопными газами (теряется до 25 процентов КПД). В процессе функционирования двигатель тратит часть энергии на корпус, радиаторы, жидкость. Это приводит к дополнительной потере КПД. На все места, где существует трение: кольца, шатуны, поршни, потребляется дополнительная энергия, что негативно отражается на коэффициенте полезного действия.

Вариант определения

В технической документации можно найти информацию о мощности двигателя внутреннего сгорания. После заливки в него топлива и работы на максимальных оборотах в течение нескольких минут остатки топлива сливают. Вычтя из начального объема конечный результат, вооружившись плотностью, можно посчитать массу топливной смеси.

В настоящее время максимальной эффективностью обладает электрический силовой агрегат. Его КПД может достигать 95%, что является превосходным результатом. Если первые моторы при объеме двигателя 1,6 литра развивали не больше 70 лошадиных сил, то в наши дни этот показатель доходит до 150 лошадиных сил.

КПД – величина отношения мощности, подаваемой на коленчатый вал двигателя, к величине, получаемой от сгорания газовой смеси поршнем. В зависимости от того, какое топливо используется для работы автомобильного двигателя, КПД может варьироваться в диапазоне от 20 до 85 процентов. Безусловно, производители топливных систем ищут способы их улучшения, позволяющие существенно увеличить итоговую величину двигателя внутреннего сгорания.

Для снижения механических потерь от нагрузки генератора, трения в настоящее время в промышленности используют смазки. Но, несмотря на подобные достижения, полностью справиться с силой трения пока еще не удалось никому.

Даже после усовершенствований бензинового двигателя удалось добиться изменения у него коэффициента полезного действия до 20 процентов, только в некоторых случаях удается повышать КПД до 25 %.

Более высокий показатель коэффициента полезного действия свидетельствует о топливной эффективности. К примеру, при объеме дизельного двигателя 1,6 литра в городском цикле расход топлива составляет не более 5 литров. У бензинового аналога эта величина достигает 12 л. Сам дизельный агрегат гораздо легче и компактнее, к тому же считается более экологичным вариантом, чем бензиновый двигатель.

Эти положительные технические характеристики гарантируют дизелям более продолжительный эксплуатационный срок службы.

Заключение

Помимо многочисленных плюсов, есть у него и несколько недостатков, о которых также следует упомянуть. КПД двигателя внутреннего сгорания гораздо меньше 100 процентов, к тому же агрегат не выдерживает резкого понижения температуры воздуха.

Коэффициент полезного действия представляет собой величину, которая в процентном соотношении демонстрирует результативность функционирования механизма относительно преобразования тепловой энергии в полезную работу. ДВС осуществляет подобную деятельность, осуществляя преобразование тепловой энергии. Высвобождается она в результате сгорания в цилиндрах топливной смеси. КПД дизельного мотора является фактически совершенной механической работой, состоящей из отношения энергии, полученной от сгорания топлива, и мощности, отдаваемой установкой на коленчатом валу двигателя.

Эффективность работы современного дизельного агрегата определяется множеством различных факторов. В первую очередь, необходимо отметить тепловые и механические потери, возникающие в ходе работы двигателя такого типа. Кроме того, свою долю вносит в разнообразные потери и сила трения, которая появляется при тесном соприкосновении этих многочисленных деталей.

Основная часть расходуемой полезной энергии приходится на приведение в движение поршня, вращение внутри мотора различных деталей. Более 60 процентов сгорающего топлива требуется для обеспечения работы всех узлов автомобильного двигателя. При дополнительных потерях появляются существенные проблемы с дееспособностью навесного оборудования, разнообразных систем, механизмов.

Благодаря модернизации системы впрыска удалось внести позитивные изменения в значение коэффициента полезного действия, минимизировать потери.

fb.ru

Дизельный мотор и бензиновый: сравнение КПД — Auto-Self.ru

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

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.

auto-self.ru

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.

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%.

Дизельный мотор и бензиновый: сравнение КПД

autoexpert.today

Механическая тяга. Часть 10. КПД дизеля

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.

Мы пойдем своим путем

В качестве своеобразной альтернативы традиционному дизельному двигателю рассматривались калоризаторные нефтяные моторы. Один из таких моторов в 1903 г. запатентовал русский изобретатель Я. В. Мамин. В этом двигателе конструктор использовал дополнительную камеру с тепловым аккумулятором в виде вставного запальника («калоризатора»). Калоризатор перед началом работы двигателя нагревали от постороннего источника тепла, а затем дальнейшая работа двигателя обеспечивалась за счет самовоспламенения топлива. В качестве топлива для двигателя с калоризатором использовалась сырая нефть. Двигатели такого типа получили название «русский дизель».

Производство калоризаторных нефтяных двигателей не требовало сложного оборудования и отличалось крайней простотой, однако попытки их применения в качестве транспортных силовых установок оказались не вполне удачными. Пуск двигателя был крайне трудоемким процессом, поскольку осуществлялся путем длительного подогрева калоризатора. Они отличались тихоходностью и крайне низкой литровой мощностью. Конечно, необходимые на подогрев калоризатора затраты времени (20-30 мин), были вполне сопоставимы со временем разведения паров первых тракторов, но стремительное совершенствование карбюраторных двигателей на легком топливе ограничило область применения «русских дизелей» стационарными силовыми установки, в основном для привода сельхозмашин. Подобные двигатели нашли применение и на первых отечественных тракторах так называемого «русского типа».

Выбор калоризаторного нефтяного мотора для первых отечественных тракторов объяснялся стремлением максимально снизить трудоемкость изготовления и применить относительно дешевые конструкционные материалы, что теоретически должно было способствовать уменьшению стоимости изготовления и ремонта самого трактора. Другим важным аспектом снижения стоимости первых тракторов стало использование колесного движителя как отличающегося существенно меньшей металлоемкостью в сравнении с гусеничным, правда, в ущерб тяговым показателям. Важным недостатком тракторов «русского типа» оказалось то, что они на практике отличались неудовлетворительной топливной экономичностью и повышенным расходом воды, а также малой производительностью, поэтому их применение для пахоты было нерентабельно. В связи с этим большинство тракторов применялось в качестве передвижных силовых установок. Перспективы использования маломощных колесных тракторов в военных целях не могли оцениваться как благоприятные.

Несмотря на все возможные конструктивные противоречия, казалось заманчивым объединить преимущества гусеничного трактора и предельно простую конструкцию калоризаторного нефтяного мотора. В развитие данной оригинальной концепции в тракторной лаборатории НАМИ были разработаны проекты тракторов «Лабтрак» с нефтяными моторами различной мощности: сельскохозяйственного – 8,8 кВт (12 л.с.), двойного назначения – 19,1-20,6 кВт (26-28 л.с.) и военного – 35,3-38,2 кВт (48-52 л.с.). Наиболее детально были проработаны проекты тракторов с двигателями мощностью 19,1-20,6 кВт (26-28 л.с.).

В основу концепции проектирования тракторов «Лабтрак» были положены следующие принципы:

«1) Употребление высокосортных материалов, как например, стали никелевой, ванадиевой и др. изготовляемых на очень немногих русских заводах и в очень ограниченном количестве, – должно быть сведено до минимума и употребляться лишь там – где без этого будет резко нарушаться пропорция конструкции.

2) Конструкции всех 3-х моделей должны быть разработаны таким образом, чтобы иметь возможно более одинаковых деталей, каковые будут изготовляться по принципу взаимозаменяемости, чем будет достигаться удешевление как самого производства так и дальнейшего ремонта машин».

На тракторе Г.26-28 поперек продольной оси машины устанавливался двухцилиндровый двухтактный двигатель с горизонтальным расположением цилиндров. На концах коленчатого вала двигателя размещались две зубчатки и маховики. Промежуточный вал трансмиссии имел четыре цилиндрических шестерни, связанных с валом с помощью двух кулачковых и двух дисковых сцеплений. С использованием первых обеспечивалось изменение передаточных чисел трансмиссии или скоростей движения трактора. С помощью вторых осуществлялось управление (поворот) машиной за счет выключения одной из гусениц. Всего в состав трансмиссии входили восемь цилиндрических шестерен, которые располагались в глухих картерах. Крутящий момент от коленчатого вала двигателя на промежуточный вал трансмиссии мог передаваться с двух сторон (слева или справа),

«причем этими переборами и достигается изменение скорости».

За счет изменения передаточных чисел трансмиссии скорость движения трактора составляла от 3 до 6 км/ч. Движение задним ходом обеспечивалось реверсом двигателя. Гусеницы трактора, представлявшие собой тип промежуточных роликовых цепей, свободно подвешивались к раме трактора на передней поперечной рессоре и имели центр качания на основной оси, совпадавший с валом ведущих зубчаток.

Радиаторы системы охлаждения двигателя располагались слева и справа от него так, что вентиляторы для их охлаждения были связаны с маховиками коленчатого вала двигателя через фрикционы. Управление движением трактора и переключение передач осуществлялось с помощью двух рычагов. Для размещения водителя и одного пассажира трактор оборудовался двухместным сиденьем.

Трактор В.26-28 имел продольно установленный двигатель с вертикальным расположением цилиндров и маховиком на коленчатом валу. В трансмиссии трактора использовались три конические шестерни, одна из которых располагалась непосредственно на коленчатом валу двигателя, а две других – на промежуточном валу трансмиссии. Причем с последним они соединялись с помощью кулачковых муфт. Конические шестерни промежуточного вала трансмиссии, в свою очередь, были жестко связаны с внешними коробками дисковых сцеплений, с помощью которых осуществлялось управление трактором. Вся трансмиссия состояла из трех конических и шести цилиндрических шестерен, из которых одна пара имела внутреннее зацепление. Трансмиссия обеспечивала трактору две передачи переднего хода (переключение передач осуществлялась с помощью перемещения концевых малых шестерен промежуточного вала и сцеплением их с той или другой парой шестерен конечной передачи). Для движения задним ходом в зацепление вводились левая или правая коническая шестерня с промежуточным валом трансмиссии.

Гусеничный ход В.26-28 был аналогичен гусеничному ходу трактора Г.26-28. При необходимости гусеничный ход тракторов «Лабтрак» моделей В.26-28 и Г.26-28 мог заменяться колесным ходом с установкой переднего рулевого колеса.

Специальный военный трактор оснащался четырехцилиндровым двигателем, цилиндры которого отливались по два в одном блоке (как и в первом типе), а сами блоки имели угол развала 90º. Существовали два проекта тракторов: М.48-52 – с механической и Г.В.48-52 – с гидравлической трансмиссиями.

Детальное рассмотрение разработанных проектов тракторов показало, что они были «вполне согласованы с требованиями общегражданского транспорта и военных нужд чисто обозного характера». Также отмечалось:

«Конечно, это не касается боевых заданий, каковые требуют специальных машин, отличительным признаком которых является большая скорость их передвижения и значительная мощность двигателя. Но эти специфические требования уже вполне определенно указывают на то, что в этом типе согласовать требования сельского хозяйства и военного ведомства едва ли представится возможным».

Тракторы «Лабтрак» не нашли практического применения из-за недостатков, ставших очевидными еще на этапе проектирования.

Еще одним важным обстоятельством являлось то, что отечественные тракторы с нефтяными калоризаторными двигателями изготавливались кустарно-примитивным способом. Это негативно сказывалось на их стоимости и особенно очевидно проявилось с освоением выпуска на Путиловском заводе тракторов «Фордзон», поэтому к 1925 г. на государственном уровне приняли решение о прекращении работ по тракторам «русского типа».

Сумрачный германский гений

Очень важным аспектом при разработке тракторов являлось изучение иностранного опыта. Регулярно проводимые заинтересованными ведомствами испытания позволяли ознакомиться с наиболее совершенными типами зарубежных образцов, среди которых имелись и модели с двигателями, работавшими на тяжелом топливе.

Широкие перспективы, открываемые применением дизельмоторов в механическом транспорте, и те успехи, которые были достигнуты за границей, главным образом в Германии, привлекли к ним внимание и советских специалистов. Так, на государственных испытаниях в 1927 г. были тщательно изучены две модели немецких тракторов («Colo Тгескег» и «Benz Komnick»), имевшие дизельные двигатели.

«При наличии известных конструктивных недочетов они показали высокую экономичность и относительную простоту в обслуживании и уходе».

В связи с этим советский специалист Н. А. Бухарин отмечал, что

«вопрос о возможности применения в наших условиях дизельмоторов на тракторах должен быть подвергнут внимательному изучению, ибо проблема механического двигателя, работающего на дешевом натуральном топливе, бесспорно встанет в ближайшее время, учитывая неизменно прогрессирующий темп тракторизации страны».

Важным фактором, повлиявшим на решение о создании отечественного тракторного дизеля, стало появление в 1928-1929 гг. сведений о новых немецких четырехтактных дизелях Daimler-Benz A.G. (Даймлер-Бенц) и Deutz A.G. (Дейц). Эти форкамерные двигатели были оценены как

«образцы весьма тщательно разработанных конструкций».

Особенный интерес советских специалистов вызвала конструкция форкамеры.

Отмечалось:

«Преимущество двигателей с форкамерой заключается в том, что у них давление впрыскивания значительно меньше, чем у дизельмоторов, в которых механическое распыление горючего материала производится непосредственно в камеру горения; в то время как у последних давление впрыскивания достигает нередко 300 at., у машин с форкамерой можно обойтись давлением в 60-100 at».

И далее:

«хотя современная техника в состоянии вполне удовлетворительно справиться с изготовлением форсунок и топливных насосов, пригодных для очень высоких давлений, все же необходимо признать, что эти части при том относительно недостаточном уходе, который уделяется мотору для механического транспорта, дольше останутся в употреблении при более умеренных давлениях».

Но если в Германии, на родине изобретения, достигли существенных результатов в создании дизельных двигателей, то успехи отечественных конструкторов были более чем скромными. В 1924 г. В. Я. Климов спроектировал авиационный дизель ВЯК, но до его реализации в металле дело так и не дошло. В 1925-1926 гг. в отделе двигателей тяжелого топлива НАМИ конструктор А. А. Микулин разработал два небольших дизеля марок «Альфа» и «Бета», предполагавшихся к установке на танкетки. Первый из них построили в октябре 1926 г. и почти три года безрезультатно испытывали и доводили.

Вместе с тем, на фоне зарубежных успехов интерес к созданию дизельного двигателя в нашей стране не только не пропал, но и стал частью государственной программы.

Так, в постановлении Политбюро ЦК ВКП(б) от 15 ноября 1930 г. весьма остро ставился вопрос о необходимости рационального использования нефтепродуктов, ускорении перевода двигателей транспортных и других машин на использование тяжелого топлива. Дизель мог стать существенной поддержкой в решении многих проблем, поэтому идею разработки отечественного мотора активно поддержали различные государственные и партийные инстанции. Отечественным дизелям большое значение придавало также командование РККА.

О методах повышения КПД при техническом творчестве

Относительно скромные успехи государственных НИИ (не случайно основные сведения о работающих на тяжелом топливе моторах были получены на основе данных испытаний зарубежной техники или из иностранной литературы) вынудили изыскивать новые формы организации творческой деятельности. Одной из таких форм организации было создание конструкторских бюро под эгидой ОГПУ. Достаточно хорошо известно своими самолетами ОКБ-1 при заводе №39. ОКБ-2 при заводе №24 проектировало серию двигателей ФЭД (Феликс Эдмундович Дзержинский), в частности, в нем был создан 24-цилиндровый Х-образный дизель со смешанным клапанно-щелевым газораспределением ФЭД-8. Двигатель ФЭД-8 задумывался как авиационный. За разработку дизельного двигателя для нужд наземного транспорта взялись в АТТБ ОГПУ. Производственной базой новосозданного КБ стал Подольский завод. Работу КБ курировали начальник ЭКУ ОГПУ Миронов и начальник Техотдела ОГПУ Горяков.

Конструкторам АТТБ, без сомнения, были известны новейшие немецкие форкамерные транспортные дизели (шестицилиндровый «Даймлер-Бенц», а также четырех- и шестицилиндровые «Дейц»), но к разработке двигателя они подошли творчески. Конструкция дизеля «Дейц» была критически рассмотрена и свой выбор инженеры остановили на трехцилиндровом рядном моторе, который явился вполне самостоятельной конструкцией, а от «Дейц» полностью скопировали только форсунку.

Трехцилиндровый двигатель был относительно прост в производстве. Вместе с тем, и двухтактные и четырехтактные трехцилиндровые двигатели из-за наличия моментов сил инерции поршней и шатунов являлись несбалансированными, что вынуждало дополнительно усложнять их конструкцию путем введения успокоительного вала для компенсации моментов 1-го порядка. Наилучшим по плавности хода трехцилиндровым рядным двигателем считался двухтактный.

К моменту организации работ АТТБ ОГПУ было принято принципиальное решение об организации в нашей стране производства тракторов «Катерпиллер» (Caterpillar). Первоначально рассматривался трактор «Thirty», однако позднее выбор остановили на «Sixty». Фирма «Катерпиллер» относилась к числу мировых лидеров в производстве тракторов, a «Sixty» считался одной из наиболее совершенных моделей гусеничного трактора конца 1920-х гг. Вместе с тем, этот трактор проектировался как народнохозяйственный, а не специальный военный быстроходный, поэтому он имел сравнительно низкие скорости движения. Одной из возможностей повышения скоростей движения было изменение передаточных чисел в трансмиссии. Однако с ростом скорости трактора неизбежно снижалось тяговое усилие.

Изменение скорости буксировки за счет перемены тягового усилия могло быть реализовано путем модернизации коробки скоростей или введения дополнительного устройства – мультипликатора или демультипликатора. Вероятно, впервые такая возможность повышения скорости артиллерийского трактора рассматривалась на заседании «Кометы» в 1922 г. при обсуждении заказа Обуховскому заводу («Большевик») на тракторы Холт 75НР. Однако в то время проблему быстроходности (повышения максимальной скорости с примерно 3,5 до почти 5 верст в час) завод успешно решил за счет улучшения качества и точности изготовления узлов и повышения мощности двигателя с фактических 60 до 75 заявленных лошадиных сил.

При модернизации тракторов «Коммунар» этот принцип был реализован в разработке «скоростной» (разумеется, относительно) модификации 9ЕУ и более «тяговой» модификации 9А. В дальнейшем новшества были внедрены комплексно в наиболее совершенной модели 3-90, оснащенной мощным двигателем, что позволило получить трактор с удовлетворительными тяговыми и скоростными показателями.

Еще одним своеобразным недостатком трактора «Sixty» являлось использование дорогого легкого топлива. Создание мощного дизеля призвано было разрешить обе проблемы сразу.

Другим важным аспектом при освоении новых образцов вооружений (а трактор рассматривался в первую очередь как быстроходный военный) является существенная материальная нагрузка на народное хозяйство, поэтому важным фактором стала мобилизационная готовность государства – перевести экономику на военные рельсы с минимальными издержками. Создание на основе предполагавшегося к освоению массового трактора «Sixty» армейского тягача виделось чрезвычайно заманчивым.

Решить в кратчайшие сроки комплекс этих крайне непростых задач и должен был коллектив АТТБ.

Уже менее чем через год после выхода постановления ПБ ЦК Миронов и Горяков докладывали о проделанной в развитие решения Партии работе и об успехах курируемого ими конструкторского коллектива:

«Забронирован и вооружен пулеметом ДТ трактор «Катерпиллер».

Толщина брони: лоб, передок 6 мм,
Верх 4 мм
Защита мотора 3 мм
Количество патронов 1260 шт.

На трактор поставлен работающий на нефти двухтактный бескомпрессорный дизель собственной конструкции, вместо американского газолинового двигателя, чем достигается большая экономия и по ценности и по его расходу/ 212-222 гр на силу час вместо 330-360 гр газолина/.

Трактор снабжен дополнительной коробкой скоростей/мультпликатор/ дающей возможность увеличить скорость его движения до 13,3 км/ч вместо 5,9 клм у Американского образца. Гусеница трактора облегчена весом, изготовлена из стали повышенного качества. Запроектирован вариант гусеницы на подрезиненных плицах.

Таким образом, трактор мобилизационно может быть превращен в забронированный и вооруженный тягач с повышенными скоростями движения».

В ходе заводских испытаний, завершенных к зиме 1931-1932 гг., от облегченной гусеницы отказались, отдав предпочтение оригинальной гусенице, заимствованной от трактора «Sixty».

На государственные испытания трактор был представлен в конце февраля 1932 г. под маркой КПД («Катерпиллер подольский дизельный»), Наряду с КПД испытаниям подверглись «Sixty» («Катерпиллер-60») и ряд других тракторов.

Испытания были призваны выявить тип трактора, пригодный для возки артиллерийских систем и других военных грузов. Тракторы оценивались по простоте обслуживания, экономичности, прочности конструкции и ряду иных параметров, в частности, определялись

«удобства обращения и легкости, как мастерского, так и особенно полевого ремонта – смена наиболее жизненных и страдающих частей».

Комиссия осмотрела тракторы 24 февраля 1932 г. Затем они прошли обкатку, динамометрирование, а в период с 1 по 16 марта состоялись пробеги протяженностью до 300 км по шоссе и 50 км по грунтовым дорогам, снежной целине ближнего Подмосковья в районе деревни Черной и по Хорошевскому шоссе (сейчас это уже в черте города).

Тракторы выводились на испытания с поездами в составе 203-мм гаубицы М-6, 152-мм мортиры с передком, 76-мм зенитной пушки, а также пары повозок П-26.

Суточный пробег составлял 8 ч, а в случае необходимости трактор оставался на ночевку в пути. В ходе интенсивных испытаний 5 марта на тракторе КПД были погнуты шпоры гусениц, а 8 марта сломан мультипликатор. Все ремонты КПД, как и других машин, удалось осуществить в полевых условиях.

При движении на малых скоростях все поезда двигались без затруднений. С ростом скорости буксировки до 8-10 км/ч наблюдалось виляние (занос) поезда. С повышением скорости до 16 км/ч виляние прицепов становилось очень сильным,

«угрожая возможностью закатиться в канаву или задеть за встречный экипаж задней прицепкой».

Во время очередного скоростного заезда трактор КПД съехал с дороги под откос, и его пришлось извлекать при помощи «Коммунара».

По итогам испытаний военные констатировали:

«Трактор Катерпиллер-60 прочен и прост, удобен в обращении. Исключительно надежно работает мотор в различных условиях, независимо от продолжительности беспрерывной работы».

В числе недостатков трактора «Sixty» были отмечены: скорость не выше 5,9 км/ч, громоздкая крыша, наличие несменных и вызывавших сильную тряску при движении на максимальной скорости по твердому грунту шпор, а также дефект помпы.

Трактор КПД имел те же недостатки гусеничного хода, что и у базовой модели, в связи с чем военные отметили, что он может надежно работать в тех же условиях, что и «Sixty». Выхлоп отработанных газов сильно демаскировал трактор, что было отмечено как серьезный недостаток. Пуск мотора сжатым воздухом также оказался ненадежным.

В целом предъявленная конструкция подтвердила очевидные преимущества дизельных двигателей и принципиальную возможность создания относительно быстроходного трактора на основе «Sixty», но выявленные дефекты воспрепятствовали принятию КПД на вооружение. Опыт разработки и испытаний трактора КПД был учтен при создании новых конструкций машин.

Использованы иллюстративные и документальные материалы РГВА.

Литература

• [1] Котельников В., Медведь А. Авиационные дизели, или тернистый путь А.Д. Чаромского //Двигатель.-2002, №2(20).
• [2] Зубов Е. Легендарный В-2: три страницы судьбы //Двигатель. 1999, №4(4).
• [3] Пути к решению вопроса об отечественном тракторостроении // Бюллетень Научно-автомоторно-го института. — 1922, №4.
• [4] Бухарин Н.А. Современные тракторы. Устройство и эксплуатация. -М-Л., 1931.

источник: Александр Кириндас, Михаил Павлов «МЕХАНИЧЕСКАЯ ТЯГА. КПД ДИЗЕЛЯ» // «Техника и вооружение» Январь 2012

alternathistory.com

Бензиновый против дизельного — какой мотор лучше? — журнал За рулем

Какой мотор — бензиновый или дизельный — предпочесть при покупке автомобиля? Споры ведутся давно, но мы постараемся оперировать не эмоциями, а фактами.

Иногда такие вопросы чем-то напоминают «дискуссии» фанатов на тему: кто кого — ЦСКА или «Спартак»? Консенсуса в этом споре точно не предвидится. В то же время рассуждения о преимуществах и недостатках двух основных типов двигателей можно попытаться свести к технике, оставив в стороне эмоции. Попытаемся это сделать.

Немножко истории

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.

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.

ГАЗ-24 Волга с дизельным двигателем

Если даже на «обычную» Волгу народ облизывался, то какое благоговение вызывали редкие Волги с дизельными движками, прибывшие «оттуда»!

Материалы по теме

Впрочем, мы уже перешли к охотничьим рассказам. Всё — теперь только факты.

Аргументы и факты

Проблемы с ворованным топливом оставим другим авторам. Тем более что по ряду параметров дизелю и так есть чем гордиться. В первую очередь это, конечно же, меньший расход. На средних режимах дизели работают на более бедных смесях, нежели бензиновые, — сгорание при этом более полное. КПД дизельного мотора выше, чем у бензинового, поскольку у него больше степень сжатия. Также на КПД с точки зрения термодинамики положительно влияет разница температур в начале и конце такта сжатия. Кроме того, наддув на дизельных моторах появился гораздо раньше, чем на бензиновых. Поэтому технологически он, по идее, лучше доведен. Наконец, само дизельное топливо априори должно быть дешевле бензинового — это как бы корешки и вершки процесса перегонки нефти. Впрочем, ценники на АЗС об этом, похоже, не ведают.

Бензовоз

Стоимость дизельного топлива и бензина сегодня практически сравнялась. Поэтому на заправке сэкономить не удастся — разве что в движении.

www.zr.ru

Кпд дизельного двигателя

Дизельный мотор и бензиновый: сравнение КПД

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.

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%.

krutimotor.ru

Какой КПД дизельного двигателя? Дизельный и бензиновый двигатель

КПД дизельного двигателя представляет собой отношение мощности, которая подается на коленчатый вал, к мощности, получаемой поршнем благодаря давлению газов, образующихся при воспламенении используемого топлива.

То есть эта величина является той энергией, которая преобразовывается из тепловой или термической энергии в механическую величину.

Бензиновые двигатели обладают принудительным зажиганием воздушно-топливной смеси искрой свечи.

Типы систем питания

Карбюраторный вариант предполагает смешивание воздуха и бензина во впускном трубопроводе карбюратора. В последнее время выпуск таких вариантов двигателей существенно снижается из-за несущественной экономичности подобных двигателей, их несоответствия экологическим нормам современности.

В вариантах впрысковых двигателей подача топлива происходит с помощью одного инжектора (форсунки) в центральный трубопровод.

В случае распределительного впрыска топливо попадает внутрь двигателя несколькими инжекторами. В таком случае увеличивается максимальная мощность, что существенно увеличивает КПД дизельного двигателя.

При этом снижаются расходы бензина и токсичность обработанных газов за счет фиксированной дозировки топлива электронными системами управления автомобильным двигателем.

Рассуждая над тем, каков КПД современного дизельного двигателя, необходимо знать о системе впрыска бензиновой смеси в камеру хранения. Если подача топлива осуществляется порциями, это гарантирует работу двигателя на обедненных смесях, что помогает снижать расход топлива, уменьшать выброс в атмосферу вредных газов.

КПД бензинового и дизельного двигателя существенно отличаются между собой. Дизели являются теми двигателями, в которых после сжатия нагретая топливно-воздушная смесь воспламеняется. Они намного экономичнее бензиновых аналогов из-за большей степени сжатия, способствующей полному сгоранию воздушно-топливной смеси.

Достоинства дизелей

КПД дизельного двигателя можно увеличить при создании сопротивления движения воздуха из-за отсутствия дроссельной заслонки, но это приводит к повышению расхода топлива.

Наибольший крутящий момент развивают дизели на небольшой частоте вращения коленчатого вала.

Устаревшие конструкции дизельных двигателей от бензиновых аналогов отличаются определенными недостатками:

• большим весом и ценой при равной мощности;
• повышенным шумом, создаваемым при сгорании топлива в цилиндрах;
• меньшими оборотами коленчатого вала, повышенными инерциальными нагрузками.

Принцип деятельности

КПД современного дизельного двигателя определяется отношением полезной работы, совершаемой двигателем, к полной работе. Почти у всех автомобильных двигателей предполагается четыре такта:

• впуск топливно-воздушной смеси;
• сжатие;
• рабочий ход;
• выпуск отработанных газов.

Эффективность дизельного двигателя

КПД дизельного двигателя в процентах составляет порядка 35-40 процентов. Учитывая, что для бензинового агрегата показатель составляет до 25 %, дизель явно лидирует.

Если воспользоваться турбонаддувом, вполне модно увеличить КПД дизельного двигателя до 53 процентов.

Несмотря на сходство типа работы, дизель справляется с поставленной перед ним задачей намного качественнее и результативнее. Так как у него меньшее сжатие, воспламенение топлива происходит по другому принципу. Он будет меньше нагреваться, в результате чего на охлаждении происходит неплохая экономия. В дизеле нет свечей и катушек зажигания, следовательно, нет необходимости тратить дополнительную энергию генератора.

Для повышения эффективности работы бензинового двигателя добавляют пару выпускных и впускных клапанов, а на каждую свечу устанавливают отдельную катушку зажигания. Для управления дроссельной заслонкой используется электрический привод.

Эффективность топлива

Расчет КПД дизельного двигателя позволяет определить целесообразность его применения.

Дизель считается одним из вариантов двигателя внутреннего сгорания, для которого характерно после сжатия воспламенение рабочей смеси.

Для того чтобы выявить суть функционирования бензинового двигателя, и то, какой КПД дизельного двигателя, проводят математические расчеты.

Потери КПД

Сгорает не все топливо, некоторая его часть теряется вместе с выхлопными газами (теряется до 25 процентов КПД). В процессе функционирования двигатель тратит часть энергии на корпус, радиаторы, жидкость. Это приводит к дополнительной потере КПД. На все места, где существует трение: кольца, шатуны, поршни, потребляется дополнительная энергия, что негативно отражается на коэффициенте полезного действия.

Вариант определения

В технической документации можно найти информацию о мощности двигателя внутреннего сгорания. После заливки в него топлива и работы на максимальных оборотах в течение нескольких минут остатки топлива сливают. Вычтя из начального объема конечный результат, вооружившись плотностью, можно посчитать массу топливной смеси.

В настоящее время максимальной эффективностью обладает электрический силовой агрегат. Его КПД может достигать 95%, что является превосходным результатом. Если первые моторы при объеме двигателя 1,6 литра развивали не больше 70 лошадиных сил, то в наши дни этот показатель доходит до 150 лошадиных сил.

КПД – величина отношения мощности, подаваемой на коленчатый вал двигателя, к величине, получаемой от сгорания газовой смеси поршнем. В зависимости от того, какое топливо используется для работы автомобильного двигателя, КПД может варьироваться в диапазоне от 20 до 85 процентов. Безусловно, производители топливных систем ищут способы их улучшения, позволяющие существенно увеличить итоговую величину двигателя внутреннего сгорания.

Для снижения механических потерь от нагрузки генератора, трения в настоящее время в промышленности используют смазки. Но, несмотря на подобные достижения, полностью справиться с силой трения пока еще не удалось никому.

Даже после усовершенствований бензинового двигателя удалось добиться изменения у него коэффициента полезного действия до 20 процентов, только в некоторых случаях удается повышать КПД до 25 %.

Более высокий показатель коэффициента полезного действия свидетельствует о топливной эффективности. К примеру, при объеме дизельного двигателя 1,6 литра в городском цикле расход топлива составляет не более 5 литров. У бензинового аналога эта величина достигает 12 л. Сам дизельный агрегат гораздо легче и компактнее, к тому же считается более экологичным вариантом, чем бензиновый двигатель.

Эти положительные технические характеристики гарантируют дизелям более продолжительный эксплуатационный срок службы.

Заключение

Помимо многочисленных плюсов, есть у него и несколько недостатков, о которых также следует упомянуть. КПД двигателя внутреннего сгорания гораздо меньше 100 процентов, к тому же агрегат не выдерживает резкого понижения температуры воздуха.

Коэффициент полезного действия представляет собой величину, которая в процентном соотношении демонстрирует результативность функционирования механизма относительно преобразования тепловой энергии в полезную работу. ДВС осуществляет подобную деятельность, осуществляя преобразование тепловой энергии. Высвобождается она в результате сгорания в цилиндрах топливной смеси. КПД дизельного мотора является фактически совершенной механической работой, состоящей из отношения энергии, полученной от сгорания топлива, и мощности, отдаваемой установкой на коленчатом валу двигателя.

Эффективность работы современного дизельного агрегата определяется множеством различных факторов. В первую очередь, необходимо отметить тепловые и механические потери, возникающие в ходе работы двигателя такого типа. Кроме того, свою долю вносит в разнообразные потери и сила трения, которая появляется при тесном соприкосновении этих многочисленных деталей.

Основная часть расходуемой полезной энергии приходится на приведение в движение поршня, вращение внутри мотора различных деталей. Более 60 процентов сгорающего топлива требуется для обеспечения работы всех узлов автомобильного двигателя. При дополнительных потерях появляются существенные проблемы с дееспособностью навесного оборудования, разнообразных систем, механизмов.

Благодаря модернизации системы впрыска удалось внести позитивные изменения в значение коэффициента полезного действия, минимизировать потери.

fb.ru

КПД двигателя- Отличия бензинового и дизельного двигателя

Известно, что эффективность работы автомобильного двигателя внутреннего сгорания находится в прямой зависимости от величины коэффициента полезного действия. КПД двигателя выражается в виде соотношения мощностей, передаваемых на коленвал и поршни. Современные ДВС отличаются наибольшей эффективность, в сравнении с устаревшими аналогами. Например, мотор объемом 1,6 л., раньше развивал мощность не более 70 лошадиных сил, а теперь этот параметр часто достигает 150 л. с.

КПД парового двигателя

Для приведения в действие силового агрегата необходимо преобразовать тепловую энергию, появляющуюся при сжигании топливовоздушной смеси, в механическую. Раньше применялись паровые двигатели, в которых сгорало твердое топливо (уголь, дрова), поршни приходили в движение под воздействием расширяющегося пара. Размеры таких силовых установок были в несколько раз больше по габаритам, чем современные двигатели, работающие на топливе другого вида.

В паровых машинах поршневого типа КПД не превышает значения 10%. В настоящее время такие устройства почти не применяются, т. к. считается, что не существует кардинальных способов увеличить их коэффициент полезного действия.

С целью увеличения данного показателя, применяют источники тепла, обладающие наименьшей стоимостью. Например, на больших ТЭЦ используется атомная энергия. Вдобавок, применяются современные технологии, при которых отработанное тепло не уходит бесполезно в атмосферу, а используется для отопительных систем в многоквартирных домах. Потери здесь составляют не больше 10 процентов. Современные паровые турбины обладают коэффициентом КПД, равным 50 – 60%.

Интересно: В развитых странах Европы (Швейцарии, Австрии) большой популярностью пользуются паровозы. Их используют в качестве туристического транспорта для перевозки пассажиров по горным дорогам. Благодаря многочисленным усовершенствованиям, экономические показатели паровозов часто соперничают как с электровозами, так и тепловозами.

Чем отличаются КПД бензинового и дизельного двигателя

В отличие от паровых механизмов, топливом для двигателей внутреннего сгорания служит бензин или солярка. Двигатели внутреннего сгорания бензиновый и дизельный имеют схожие конструкции. Однако образование топливовоздушных смесей у них происходит по-разному.

Читайте также…  Как промыть систему охлаждения двигателя

В карбюраторном агрегате элементы поршневой группы функционируют при сверхвысоких температурах. Соответственно, они нуждаются в более качественном охлаждении. При этом наблюдается большой расход тепловой энергии. Вследствие неэффективного рассеивания тепла в окружающей среде, понижается коэффициент полезного действия бензинового силового агрегата.

• КПД бензинового двигателя равняется 25-30 %;
• дизельного – 40 %;
• с установкой турбонаддува достигает 50 процентов соответственно.

Роторно-поршневые тепловые двигатели обладают высоким КПД, его значение превышает 40%. Это намного выше бензиновых аналогов, но немного отстает от дизельных моторов.

Турбореактивные самолетные двигатели работают совершенно по другому принципу, который существенно отличается от автомобильных ДВС. Благодаря сравнительно высокому КПД, они пользуются большой популярностью в авиастроении. Чаще всего турбореактивные агрегаты устанавливаются на крупных лайнерах большой грузоподъемности.

Как написано в учебниках физики, чтобы найти КПД двигателя, нужно разделить значение выполненной работы на величину затраченной энергии. При расчете коэффициента полезного действия ДВС полезная работа делится на количество тепла, полученного при сгорании топлива.

Основные потери КПД в двигателях внутреннего сгорания происходят при:

1. Неполном сгорании топлива в цилиндрах.
2. Расходе тепла.
3. Механических потерях.

При неполном сгорании эффективность снижается за счет выхода четвертой части объема топлива с отработавшими газами. Здесь потери КПД двигателя составляют почти 25%. Благодаря появлению инжекторов, работа топливных систем становится более эффективной, но не идеальной.

Часть тепловой энергии уходит на прогрев корпусных деталей двигателя, рабочих узлов, моторного масла, радиатора и пр. Тепло также уходит с выхлопными газами. На данном этапе потери КПД составляют не меньше 35 процентов.

Несмотря на смазывание трущихся поверхностей, энергия расходуется на преодоление сил трения. Это происходит при сопряжении таких элементов, как шатуны, цилиндры, поршни, маслосъемные, компрессионные кольца и т. д. При вырабатывании электричества генератор тоже отбирает немалую долю энергии двигателя. В результате механических потерь, КПД ДВС снижается еще на 20%.

Читайте также…  Тормозная лента АКПП: для чего она нужна, и как работает

КПД двигателя рассчитывается по специальным формулам, в которых участвуют показатели работы, энергии и потерь.

Интересно: Существуют некоторые методы повышения КПД бензиновых двигателей внутреннего сгорания:

1. Цилиндры оснащаются двумя впускными, а также двумя выпускными клапанами, вместо привычных конструкций в одном экземпляре.
2. Свечи зажигания комплектуются отдельными катушками зажигания.
3. Вместо обыкновенного тросика управления дроссельной заслонкой, используется электрический привод.

От чего зависит КПД дизельного двигателя

Если сравнивать эффективность бензинового и дизельного моторов, выяснится, что второй обладает лучшими показателями:

• замечено, что, бензиновые двигатели преобразуют только одну четвертую часть использованной энергии в механическую работу;
• в то время, как дизельные – 40% соответственно;
• при установке турбонаддува в дизеле, КПД газотурбинного двигателя возрастает до 50 и более процентов.

Конструкция и принцип работы дизелей способствуют наибольшей эффективности в сравнении с карбюраторными двигателями. Причины лучшего КПД дизельного двигателя:

1. Более высокий показатель степени сжатия.
2. Воспламенение топлива происходит по другому принципу.
3. Корпусные детали нагреваются меньше.
4. Благодаря меньшему количеству клапанов, снижены расходы энергии на преодоление сил трения.
5. В конструкции дизеля отсутствуют привычные свечи, катушки зажигания, на которые требуется дополнительная энергия от электрогенератора.
6. Коленчатый вал дизеля раскручивается с меньшими оборотами.

В сравнении с дизелями, электрические двигатели считаются более эффективными. Двигатель с самым большим КПД – это электрический. При создании более долговечных аккумуляторных батарей, которым не страшны морозы, автомобильная промышленность постепенно перейдет на выпуск электромобилей в больших количествах.

КПД реактивного двигателя

Воздушно-реактивный тепловой мотор работает на химической энергии топливного состава. Его мощность расходуется на создание кинетической энергии ракеты и преодоление атмосферного сопротивления. Коэффициент полезного действия таких агрегатов минимальный, по своему значению он является самым маленьким, его значение не превышает даже 1%. Здесь более корректно обсуждать КПД не двигателя, а ракетного топлива, а также, насколько эффективно оно используется.

Читайте также…  Бустер для запуска двигателя автомобиля

Резюме

При производстве современных двигателей внутреннего сгорания заводы-изготовители вкладывают большие средства в погоне за повышением КПД своей продукции хотя бы на несколько процентов. С этой целью, инженеры усовершенствуют и усложняют конструкции моторов, используют новые материалы для изготовления отдельных элементов.

Иногда случается, что финансовые затраты разработчиков нецелесообразны, в сравнении с полученным результатом в 2 – 3%. Поэтому бывает выгоднее подвергать стандартные двигатели различным форсированиям, доводкам, доработкам при помощи тюнинговых усовершенствований в небольших ремонтных мастерских. В результате чего увеличивается мощность и прочие тяговые характеристики силовых агрегатов.

motoran.ru

КПД двигателя внутреннего сгорания – определение и сравнение + видео

Среди множества характеристик различных механизмов в автомобиле решающее значение имеет КПД двигателя внутреннего сгорания. Для того чтобы выяснить суть этого понятия, необходимо точно знать, что представляет собой классический двигатель внутреннего сгорания.

В первую очередь, мотор преобразует тепловую энергию, возникающую при сгорании топлива, в определенное количество механической работы. В отличие от паровых машин, эти двигатели более легкие и компактные. Они гораздо экономичнее и потребляют строго определенное жидкое и газообразное топливо. Таким образом, КПД современных двигателей рассчитывается на основании их технических характеристик и прочих показателей.

КПД (коэффициент полезного действия) представляет собой отношение фактически передаваемой мощности на вал двигателя к мощности, получаемой поршнем за счет действия газов. Если провести сравнение КПД двигателей различной мощности, то можно установить, что это значение для каждого из них имеет свои особенности.

Эффективный КПД двигателя зависит от различных механических потерь на разных стадиях работы. На потери влияет движение отдельных частей мотора и возникающее при этом трение. Это поршни, поршневые кольца и различные подшипники. Эти детали вызывают наибольшую величину потерь, составляющие примерно 65 % от их общего количества. Кроме того, потери возникают от действия таких механизмов, как насосы, магнето и прочие, которые могут дойти до 18 %. Незначительную часть потерь составляют сопротивления, возникающие в топливной системе во время процесса впуска и выпуска.

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 %.

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.

КПД дизельного двигателя – заметная эффективность

Дизель является одной из разновидностей двигателей внутреннего сгорания, в котором воспламенение рабочей смеси производится в результате сжатия. Поэтому давление воздуха в цилиндре намного выше, чем у бензинового двигателя. Сравнивая КПД дизельного двигателя с КПД других конструкций, можно отметить его наиболее высокую эффективность.

При наличии низких оборотов и большого рабочего объема показатель КПД может превысить 50 %.

Следует обратить внимание на сравнительно небольшой расход дизельного топлива и низкое содержание вредных веществ в отработанных газах. Таким образом, значение коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания полностью зависит от его типа и конструкции. Во многих автомобилях низкий КПД перекрывается различными усовершенствованиями, позволяющими улучшить общие технические характеристики.

• Автор: Михаил
• Распечатать

carnovato.ru

 

«Питер — АТ»
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

piter-at.ru

No related posts.