Кпд двигатель внутреннего сгорания: КПД двигателя внутреннего сгорания. Сколько приблизительно равен, а также мощность в процентах – 403 — Доступ запрещён

Содержание

Двигатель ESTEC с самым высоким в мире тепловым КПД

Инженеры Toyota разработали способ применения цикла Аткинсона, используемого в тойотовских гибридах с 1997 года, для работы в двигателях обычных, не гибридных автомобилей. Цикл Аткинсона с высокой степенью сжатия – обычный способ, используемый в ДВС гибридов для повышения тепловой эффективности. Однако обратной стороной высокой степени сжатия является снижение крутящего момента, недостаток которого в гибридах компенсирует электромотор. Тепловая эффективность при малых нагрузках намного важнее для обычных ДВС, чем для ДВС, работающих в гибридных силовых установках. Похоже, что разработчикам Toyota удалось решить эту проблему.

Результатом их работы стал новый 1,3-литровый рядный четырехцилиндровый бензиновый двигатель ESTEC (Economy with Superior Thermal Efficient Combustion). На русский язык это определение можно перевести как «Экономия с высокоэффективным сгоранием». По заводской классификации мотор получил обозначение 1NR-FKE. Он развивает мощность 99 л.с. – это на 4 л.с. больше, чем мощность двигателя 1NR-FE, используемого в тойотовских автомобилях А и В-сегмента, таких как Yaris, iQ и др. Термический КПД ESTEC достигает 38% – это столько же, как и у ДВС, используемых в гибридах. Кроме того, при малых нагрузках ESTEC имеет улучшенную на 11% топливную экономичность.

Термический КПД современных моторов находится в пределах 36%, в то время как у ДВС, используемых в гибридах, он превышает 38%. Для достижения такого показателя в гибридных ДВС, кроме цикла Аткинсона, применяется охлаждаемая система EGR, электрический насос ОЖ и технологии низкого трения.В будущем такие же решения будут использоваться и в обычных ДВС, а термический КПД обоих типов двигателей превысит 40%. Считается также, что улучшение тепловой эффективности позволит преодолеть слабость атмосферных бензиновых ДВС при малых нагрузках. Превышение 40% уровня КПД будет достигаться, в основном, применением охлаждаемых EGR и развитием технологий сжигания бедных смесей. В дополнение к этим основным направлениям рассматриваются также технологии снижения трения и улучшение систем подъема клапанов.

Содержание статьи

Базовые компоненты ESTEC

Основными конструктивными особенностями ESTEC являются цикл Аткинсона, геометрическая степень сжатия 13,5:1 и система EGR с жидкостным охлаждением (обычный 1NR-FE имеет степень сжатия 11,5:1 и внутреннюю рециркуляцию выхлопных газов). Система бесступенчатого регулирования фаз VVT-iE с электроприводом является ключевым элементом в реализации цикла Аткинсона. Она позволяет быстро и с высокой точностью регулировать подъем впускных клапанов и избежать затруднений, возникающих из-за разницы температуры и давления масла при холодном пуске и на прогретом моторе.

В системе рециркуляции выхлопных газов используется эффективный охладитель и быстродействующий клапан. Кроме того, впускной трубопровод, охладитель и клапан непосредственно соединены между собой для уменьшения образования конденсата от охладителя.

Оптимизированная форма впускных каналов обеспечивает быстрое наполнение цилиндров, а создаваемое завихрение способствует улучшенному сгоранию смеси. Чтобы удовлетворить требованиям, как к производительности, так и к расходу топлива, выпускной коллектор выполнен по схеме 4-2-1. Это позволяет уменьшить количество остаточных газов в цилиндрах двигателя.

Восстановление производительности

Увеличение степени сжатия до 13,5:1 снизило крутящий момент со 104 Нм до 96 Нм. Чтобы восполнить эту потерю, Toyota применила выпускной коллектор измененной формы, уменьшающий количество остаточных газов и температуру в цилиндре; новую водяную рубашку, поддерживающую оптимальную температуру поверхности цилиндров; оптимизацию времени впрыска. Комбинация этих мер (из которых главную роль играет измененный выпускной коллектор) позволила повысить крутящий момент до 105 Нм.

При малых нагрузках из-за работы охлаждаемой EGR происходят чрезмерные колебания крутящего момента. Для устранения этого недостатка используются система регулирования выпускных клапанов (Exhaust VVT) и внутренняя рециркуляция выхлопных газов. При средних и больших нагрузках работа Exhaust VVT приостанавливается, а шаг клапана системы EGR увеличивается.

Охлаждение является эффективной мерой против снижения крутящего момента у двигателей с высокой степенью сжатия. Однако одновременно это приводит к увеличению расхода топлива из-за повышения трения и потерь на охлаждение. В обычных моторах верхняя часть цилиндра нагревается больше, чем нижняя. Из-за неравномерного нагрева увеличивается трение в цилиндре. В ESTEC новая водяная рубашка со специальной прокладкой выравнивает температуру в разных частях поверхности цилиндра, снижая потери на трение и возможность возникновения детонации.

Цикл Аткинсона

Цикл АткинсонаЦикл Аткинсона

В двигателе, работающем по циклу Аткинсона, на такте впуска впускной клапан закрывается не вблизи НМТ, а значительно позже. Это дает целый ряд преимуществ.

Во-первых, снижаются насосные потери, т. к. часть смеси, когда поршень прошел НМТ и начал движение вверх, выталкивается назад во впускной коллектор (и используется затем в другом цилиндре), что снижает в нем разрежение. Горючая смесь, выталкиваемая из цилиндра, также уносит с собой часть тепла с его стенок.

Так как длительность такта сжатия по отношению к такту рабочего хода уменьшается, то двигатель работает, по так называемому, циклу с увеличенной степенью расширения, при котором энергия отработанных газов используется более длительное время, т. е., с уменьшением потерь выпуска. Таким образом,получаем лучшие экологические показатели, экономичность и больший КПД, но меньшую мощность.

Кпд двс в среднем

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.

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%.

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.

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.

Коэффициент полезного действия (КПД) – широко используемая характеристика эффективности некоторой системы или устройства. В нашем случае этой системой выступает двигатель внутреннего сгорания. Казалось бы, о какой эффективности может идти речь в мире современных моторов, разве она не равна 100 процентам? Но оказывается, как нет в нашем мире идеально черного или белого, так нет и машины, у которой вся энергия, получаемая от горения топлива, полностью переходит в механическую энергию, а последняя в свою очередь в полезную энергию прижимающую пилота автомобиля в его кресло.

Что такое КПД двигателя внутреннего сгорания.

Отношение полезной энергии к полной (затраченной), выраженное в процентном отношении, и есть искомый КПД двигателя внутреннего сгорания. Разберемся, куда же теряется энергия.

На что тратиться полезная энергия?

Первый пункт здесь – это потери, возникающие непосредственно при горении топлива, ведь все топливо в двигателе никогда не сгорает, часть его улетает в выхлопную трубу. Эта часть, в среднем, составляет около 25%.

Следующим местом (точнее явлением), куда исчезает энергия, является тепло, выделяемое при горении. Возможно, кто-то из вас еще помнит со времен, проведенных на школьной скамье, что для получения тепла требуется энергия, соответственно, образуемое тепло – это есть потери энергии. Здесь стоит заметить, что тепла при работе двигателя внутреннего сгорания образуется с излишком, что требует внедрения серьезной системы охлаждения.

Далее, кроме тепла, выделяемого от горения, тепло выделяется и при самой работе двигателя, ведь все его части трутся, теряя тем самым часть своей энергии.

Подведя итог, получаем еще порядка 35-40% потерь энергии на образование тепла.

Ну, и третья группа потерь – это потери на обслуживание дополнительного оборудования. Помпа системы охлаждения, генератор, кондиционер и пр. – все они для своей работы тоже потребляют энергию. Энергия эта берется от работы двигателя – в размере порядка 10%.

Подведя итог, получаем, что, сжигая топливо, в реальности на «полезное» дело автомобиль затрачивает лишь четверть, а порой и вовсе пятую часть той энергии, которую вырабатывает его движок. Цифры средние, но разбежка в целом понятна.

КПД бензинового и дизельного двигателя.

При этом стоит оговориться, что у бензиновых и дизельных машин КПД двигателя внутреннего сгорания различен: 20% против 40% (соответственно). Данный факт имеет место быть потому, что несмотря на то, что потери на обслуживание механики и нагрев планеты в бензиновых моторах и «дизелях» сопоставимы, количество сжигаемого в процессе горения топлива у дизельных двигателей выше.

Подводя итоги и вспомнив историю появления двигателя внутреннего сгорания, когда КПД составлял немногим более 5%, можно сказать, что инженеры шагнули далеко вперед, а учитывая факт того, что 100% КПД, а по сути идеального двигателя, им вряд ли удастся добиться, можно утверждать, что современные двигатели, скорее всего, достигли своего верха возможного КПД, поэтому неудивительно, что сегодня все чаще автомобилистам предлагаются машины с гибридными двигателями и электромобили, ведь КПД движка у них (электромобилей) – для справки – порядка 90%.

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.

КПД двигателя внутреннего сгорания – что это такое?

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.

Больше всего КПД снижается из-за тепловых потерь. Силовая установка прогревает все элементы системы, включая охлаждающую жидкость, радиатор охлаждения и отопителя, вместе с этим теряется тепло. Часть теряется вместе с выхлопными газами. В среднем на тепловые потери приходится до 35% от КПД, а на топливной эффективности ещё 25%. Ещё около 20% занимают механические потери, т.е. на элементы, создающие трение (поршни, кольца и т. д.). Снизить трение помогают качественные моторные масла, но полностью исключить этот фактор невозможно.

Учитывая низкий КПД двигателя можно представить потери более наглядно, например, на количестве топлива. При среднем расходе топлива 10 литров на сто километров пробега на прохождение этого участка уходит лишь 2-3 литра топлива, остальное потери. У дизеля потери меньше, как и к ДВС с газобаллонным оборудованием. Если вопрос высокого КПД двигателя принципиален, то есть на варианты с коэффициентом 90%, но это электромобили и авто с двигателем гибридного типа. Как правило, их стоимость несколько выше и из-за специфики эксплуатации (нужна регулярная подзарядка и ограничен запах хода) такие машины в нашей стране пока редкость.

Сравнение КПД двигателей – бензин и дизель

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

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.

Проблемы КПД ДВС

Немного грамоты:

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

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

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

Основными типами ДВС являются:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Газотурбинные двигатели — энергия расширяющихся продуктов горения передаётся на лопатки газовой турбины.

ДВС с впрыском воды.

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

Экологические последствия работы тепловых двигателей:

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

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

Прямое влияние ядовитых выхлопных газов на живую природу (канцерогены, смог, кислотные дожди от побочных продуктов сгорания).

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

Выход из создающегося экологического кризиса лежит в повышении КПД тепловых двигателей, использовании исправных двигателей и нейтрализаторов вредных выхлопных газов.

Вопреки постулату:

Эксперты подсчитали, если увеличить КПД всех двигателей внутреннего сгорания (ДВС) хотя бы на один процент, мировая экономика выиграет более триллиона долларов! Но законы классической термодинамики, сформулированные еще два века назад, определили потолок для коэффициента полезного действия тепловых машин. Во всем «виноват» французский военный инженер Сади Карно, который вывел эталон определения КПД для тепловых двигателей. Только часть хаотической энергии тепла можно перевести в работу. И, как теплотехники ни старались, но выйти за пределы железной формулы никому не удавалось. КПД тепловых машин, в частности ДВС, на сегодняшний день не превышает 50%.

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

Суть нового эффекта:

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

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

Заключение:

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

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

Интервью с Дмитрием Европиным

Высказался в рамках следующего круглого стола:

Эволюция ДВС

«Вопрос об эффективности усовершенствования старых технологий остается открытым».

12 марта 2012

Дмитрий Европин

главный редактор MotorPage.ru

В основе всего многообразия сложных механизмов, которыми мы пользуемся сегодня, лежат достижения технической революции конца XIX – начала XX веков. На протяжении всего прошлого столетия изобретения этого периода лишь оттачивались. Совершенствовались технологические процессы, уменьшались допуски, происходила автоматизация, внедрялись второстепенные инновации, направленные на улучшение характеристик той или иной продукции. Это касается и автомобильной промышленности, в особенности в части двигателестроения.

Дело в том, что четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, ставший чуть менее ста лет назад основой автоиндустрии, имеет целый ряд недостатков, не позволяющих получать высокие показатели его общего КПД.

Так считается, что КПД классического автомобильного бензинового двигателя с принудительным искровым зажиганием составляет от 20 до 30%, дизельный двигатель может обеспечить 35-40%. В первой половине XX века это были выдающиеся характеристики на фоне пресловутого «КПД паровоза», который, как все мы помним из школьного курса физики, составлял 5-10%.

Впрочем, уже тогда инженерам было понятно, что необходимо добиваться лучших показателей, и уже в 1920 – 1940 годы для этого были разработаны практически все основные принципы, как то турбонаддув, прямой впрыск и т.д. К 1970 годам началась настоящая погоня за повышением эффективности, продолжающаяся по сей день. Были разработаны такие элементы как охлаждение рабочей смеси, изменение фаз газораспределения, поэтапный впрыск… Сегодня некоторые автопроизводители утверждают, что в современном бензиновом ДВС удается добиться общего КПД в 35-38%. Однако вопрос об эффективности усовершенствования старых технологий остается открытым.

Вся история ДВС – сплошная борьба инженеров с основополагающими особенностями конструкции. Если перечислять их вкратце, то это низкая топливная эффективность за счет слишком короткого цикла сгорания, 25-30% топлива в прямом смысле вылетает в трубу. Низкая механическая эффективность – большие потери на перемещение тяжелых деталей шатунно-поршневой группы, на трение, а так же на работу значительного количества навесного оборудования. Не следует забывать и о том, что в автомобиле ДВС, обладающий очень низким крутящим моментом на малых оборотах, нуждается в коробке передач, а это агрегат, в котором тоже теряется часть полученной энергии. Низкая термодинамическая эффективность – большая часть выделяемого тепла не переводится в полезную работу, ведь на это отведено лишь 0,25 всего цикла. Желающим более подробно ознакомиться с проблемой повышения КПД двигателя внутреннего сгорания могу порекомендовать следующую статью Игоря Исаева, разработчика одной из альтернативных конструкций двигателя.

Как правило, усилия конструкторов приводят к достижению выдающихся результатов в области распределения крутящего момента, повышения мощности и «эластичности» двигателя, снижения вибронагруженности…, но собственно КПД увеличивается не столь существенно, а значит затраты топлива на единицу полученной работы остаются относительно высокими.

Часто приходится сталкиваться с несоответствием реального и декларируемого производителем расхода бензина чуть ли не вдвое. Автомобиль с современными системами турбонаддува оказывается экономичным, только если очень бережно относится к педали газа и лишний раз ее не беспокоить.

Бывает и так, что новая модель автомобиля с двигателем, развивающим 150 л.с., ведет себя словно под капотом на пару десятков «лошадей» меньше, хотя в предыдущем поколении этой же модели ничего подобного не наблюдалось. Объясняется это, как правило, всего лишь новыми экологическими стандартами, ради достижения которых двигатель «душат» перенастройкой блока управления двигателем под использование в основном диапазоне оборотов обедненной смеси, а так же более эффективным каталитическим дожигателем.

Словом, складывается впечатление, что эволюция ДВС достигла своего пика, и в будущем нас ждет лишь увядание этой технологии. В последние годы это ощущение подкрепляется бурным развитием таких направлений, как гибриды и электромобили.

И все же уверенности в скором завершении эпохи ДВС у меня нет!

Не секрет, что параллельно с развитием двигателей Отто и Дизеля были попытки внедрения альтернативных конструкций – Аткинсона, Миллера, Стирлинга, Ванкеля. Есть и более экзотические, в том числе и отечественные, например двигатели Баландина и Фролова. Однако большого распространения они не получили. Пожалуй, только «роторы» Ванкеля применялись на немногочисленных моделях автомобилей вплоть до наших дней, но сейчас и они ушли в прошлое.

Победа силовым агрегатам Отто и Дизеля досталась по причине простоты конструкции, а значит и большей экономической эффективности в производстве. Но сейчас, когда стало возможным добиться гораздо большей механической точности, востребованными оказываются и некоторые, казалось бы, давно забытые идеи. Так для многих современных «гибридов» наиболее удачным оказался двигатель Аткинсона, изобретенный еще в конце XIX века. Его использует корпорация Toyota.

Предпринимаются и попытки внедрения принципиальных инноваций. Например, ученые из Университета Висконсин-Мэдисон в США разработали технологию, позволяющую одновременно использовать преимущества обоих видов топлива, бензина и дизеля, для двигателей внутреннего сгорания. Они предложили осуществлять впрыск дизельного топлива и бензина в цилиндр последовательно в ходе каждого цикла. Это необходимо для самовоспламенения топливной смеси, — вместо свечей зажигания работают капельки солярки, воспламеняющиеся под давлением. Пока эта технология не внедрена в производство, но вполне вероятно у нее есть перспективы.

В России компания «Ё-авто» занимается разработкой роторно-лопастного двигателя, в котором к минимуму сведены потери на трение. Разработчики этой конструкции уже заявляли, что КПД нового двигателя должен составить 42-45%, что весьма неплохо для бензинового агрегата.

Некоторые производители идут по пути дальнейшего увеличения степени сжатия, вплоть до почти «дизельных» значений, для достижения более полного сгорания бензиновой смеси. Не так давно компания Mazda начала производство бензиновых двигателей Skyaktiv-G, в которых степень сжатия составляет 14:1.

Если учесть, что двигатель внутреннего сгорания – это еще и обеспечение постоянного спроса на нефтепродукты, вряд ли в ближайшем будущем мир сможет отказаться от столь «ценной» технологии. Автопроизводители просто обречены заниматься ее дальнейшим совершенствованием. Впрочем, направления этой работы могут быть различны. Надеюсь, в рамках очередной дискуссии на нашем портале представители ведущих автомобильных марок расскажут о своих наиболее перспективных разработках в области повышения эффективности ДВС.

Автор
Дмитрий Европин, главный редактор журнала «MotorPage»

Также высказались:

Обзоров машин на сайте:
4 7 5 0

какой КПД у Двигателя Внутреннего Сгорания??

В хороших дизелях может достигать немногим более 50%. В бензинках- обычно не больше 25-30. При частичных нагрузках и в вывсокофорсированных движках КПД существенно ниже.

Нууу. . Около 25% чуть больше. У дизеля ближе к 40. Жаль нет комментов в этом вопросе. Специально для Вени Крабова. Конечно-конечно, мой юный друг. А значение косинуса в военное вемя может достигать 3-4 и даже больше по приказу командоания.

че дипломная горит?

Максимальный эффективный КПД наиболее совершенных Двигателей внутреннего сгорания около 44% )

Первый двигатель внутреннего сгорания изобретен в 1765 году. Вначале без сжатия смеси перед зажиганием, потом с сжатием, после чего конструкция ДВС практически не менялась. Причем КПД тоже остался на почти таком же низком уровне (максимальный теоретический уровень КПД 70%, реально же в четырехтактных не более 35%, а в дизелях 41%).

В современных до 80%!!!!

….(Жигули). Вес-1170 кг. Мощность-75 л. с. Разгон до сотни-18 секунд. КПД ? . a=V/t . 13,9:18=0,77 м/сек. сек. N=m*a . Это при 100% КПД !!!0,77*1170=900 кг. м. Это 12 л. с. А мотор-75 л. с. КПД=16%. У ВСЕХ БЕНЗИНОВЫХ ДВС КПД=16% !!!(У дизелей-МЕНЬШЕ, т. к. тепла от солярки меньше).

двигатель внутреннего сгорания с повышенным кпд

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению. Двигатель внутреннего сгорания содержит камеру сгорания, образованную внутренней поверхностью цилиндра и днищами поршней. Поршни разведены на некоторый угол, оптимальная величина которого составляет 35 — 60o, фиксируются путем зацепления одинаковых шестерен, неподвижно закрепленных на концах коленчатых валов с центральной шестерней-маховиком, приспособленной для стартерного пуска двигателя и отбора мощности ее вала. Изобретение позволяет повысить КПД двигателя внутреннего сгорания. 4 з.п. ф-лы, 3 ил. Изобретение относится к машиностроению, а точнее к двигателестроению и способу работы. Может применено всюду, где ныне используются ДВС. Главный недостаток современных ДВС — низкий КПД. Для карбюраторных двигателей он составляет 25-30%, для дизельных — 35-40%. Столь низкий КПД объясняется тремя причинами: первая — рабочий такт начинается до прихода поршня в верхнюю мертвую точку (в.м.т.), т.е. с отрицательной работы; вторая — максимум давления в цилиндре при рабочем такте приходится на момент, когда поршень находится вблизи в.м.т., что очень существенно снижает эффективность преобразования тепловой энергии давления в механическую; третья — малой рабочей площадью, используемой для свершения крутящего момента (площадь нижнего днища поршня). Известен двигатель внутреннего сгорания, камера сгорания которого образована внутренней поверхностью цилиндра и днищами поршней, последние имеют не взаимовстречное движение и они разведены на некоторый угол разбежки (см. пат. США N 3868931, F 02 B 75/04, 1975). Однако этот двигатель имеет невысокий коэффициент полезного действия (КПД). Технической задачей изобретения является повышение КПД двигателя. Поставленная задача решается за счет того, что двигатель содержит камеру сгорания, образованную внутренней поверхностью цилиндра и днищами поршней, последние имеют не взаимовстречное движение, а разведены на некоторый угол (угол разбежки), при этом оптимальная величина его составляет от 35 до 60 градусов и фиксируется путем защепления одинаковых шестерен, неподвижно закрепленных на концах валов, с центральной шестерней-маховиком, приспособленной для пуска двигателя и отбора мощности с ее вала. Кроме того, один из поршней (рабочий), опережающий другой поршень (вспомогательный), имеет удлиненный шатун, величина которого определяется углом разбежки поршней и углом для рабочего поршня. Объем камеры сгорания определяется как соотношением длин шатунов, так и изменением (увеличением) радиуса кривошипа вспомогательного поршня. Двигатель выполнен с увеличенной рабочей площадью за счет увеличения диаметра цилиндра, имеет максимальное сближение поршней, при этом в их днищах выполнены выемки, обеспечивающие необходимую степень сжатия. Рабочий такт в двигателе начинается с положительной работы, определяемой углом положения рабочего поршня при оптимальном угле разбежки поршней, величина которого устанавливается опытным путем для каждого типа двигателя и используемого топлива, обеспечивающим в итоге развития двигателем максимального крутящего момента. Следует заметить, что при обратном движении оба поршня будут двигаться в одном направлении, причем у рабочего поршня линейная скорость будет возрастать, а у вспомогательного замедляться. Такое взаимное расположение при их максимальном сближении и создает необходимую степень сжатия, величина которой определяется путем соотношения длины шатунов и изменением (увеличением) радиуса кривошипа вспомогательного поршня. Последнее делается с целью сглаживания линейных скоростей. Известно, что в замкнутом объеме давление газа во всех направлениях одинаково на единицу площади. Следовательно, чем больше рабочая площадь в двигателе, тем более эффективно будет использоваться тепловая энергия давления. С этой целью в двигателе предусматривается некоторое увеличение диаметра цилиндра при максимально допустимом сближении поршней при рабочем такте с одновременным устройством выемок в днищах поршней с целью обеспечения необходимой степени сжатия. Таким приемом обеспечивается значительное превосходство рабочей площади над нерабочей. В современных двигателях с одним поршнем в цилиндре начальная фаза рабочего такта, в лучшем случае, начинается при 50% доле рабочей площади с последующим ее уменьшением по мере удаления поршня от в.м.т. В предлагаемом двигателе уравнение площадей произойдет только тогда, когда расстояние между поршнями составит половину диаметра цилиндра. А это существенно важно, если учесть, что 80% всей работы приходится на 60 градусов поворота коленчатого вала при рабочем такте. Оптимальные размеры цилиндра принимаются опытным путем в зависимости от типа двигателя и вида используемого топлива. Принципиальная особенность работы двигателя заключается в следующем: наличие угла разбежки поршней позволяет до начала рабочего такта вывести рабочий поршень на некоторый заданный угол, при котором достигается максимальный крутящий момент. Необходимым условием для этого является, чтобы максимум деления в цилиндре совпадал с выходом вспомогательного поршня из в.м. т. Оптимальная величина угла сдвижки поршней находится в пределах 35-60 градусов. Повышение КПД в предлагаемом двигателе будет определяться следующими факторами: углом разбежки поршней и углом для рабочего поршня, большей рабочей площадью и более эффективным способом преобразования тепловой энергии давления в механическую. Помимо этого следует отметить, что рабочий такт в новом двигателе будет начинаться с положительной работы, а на достижение необходимой степени сжатия будет затрачиваться меньше энергии по причине одностороннего направления движения поршней. Данный принцип устройства двигателя и предлагаемый способ работы поршней может быть использован и при внешнем подводе тепловой энергии. На фиг.1 схематически показан общий вид дизельного двигателя. Он состоит из цилиндра 1; рабочего 2 и вспомогательного 3 поршней; форсунки 4; шатунов 5 и 6; выхлопных окон 7; продувочных щелей 8; коленчатых валов 9 и 10; одинаковых шестерен 11 и 12; центральной шестерни 13; вала отбора мощности 14. На фиг. 2, 3 показаны возможные варианты положения поршней в момент начала рабочего такта. Обозначения см. фиг.1. Из рисунка видно, что угол для рабочего поршня составляет 20 градусов, вспомогательный поршень находится на расстоянии 15 градусов до его прихода в в.м.т. Сумма указанных углов дает угол разбежки поршней — 35 градусов. Из теории известно, что крутящий момент определяется формулой

где P — сила давления поршня;
R — радиус кривошипа;
— угол поворота кривошипа;
— угол поворота шатуна. (см. «Автомобильные двигатели» под ред. М.С.Ховаха, Москва, «Машиностроение», 1977, стр. 346). Если допустить, что максимум давления в обычном двигателе соответствует углу в 15o, то в нашем примере это произойдет при угле в 35 градусов. В этом случае геометрический множитель возрастет в два раза (cм. таблицу 3, стр. 575, «Автомобильные двигатели»). А если учесть, что и произведение также возрастет, то в целом итоговая величина крутящего момента еще больше увеличится. При максимальном угле разбежки поршней геометрический множитель возрастет многократно, что в итоге превысит 100% значение КПД. Этот парадокс объясняется тем, что его величина для ныне эксплуатируемых двигателей явно завышена. Соотношением диаметров шестерен коленчатых валов c центральной шестернью можно в больших пределах изменять передаточное число, что делает двигатель более универсальным и стабильным в работе. Наиболее технологично простыми выглядят дизельные варианты двигателей. Что же касается двигателей с искровым зажиганием, то в этом случае клапаны и свеча зажигания должны устанавливаться в формкамере, устраиваемой в центральной части цилиндра. Переход на новый тип двигателей помимо чисто экономических выгод позволит значительно оздоровить и экологическую обстановку, которая ныне приобретает катастрофический характер.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий камеру сгорания, образованную внутренней поверхностью цилиндра и днищами поршней, последние имеют не взаимовстречное движение, а разведены на некоторый угол (угол разбежки поршней), отличающийся тем, что оптимальная величина его составляет 35 — 60oC и фиксируется путем зацепления одинаковых шестерен, неподвижно закрепленных на концах коленчатых валов, с центральной шестерней-маховиком, приспособленной для стартерного пуска двигателя и отбора мощности с ее вала. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что один из поршней (рабочий), опережающий в своем движении другой поршень (вспомогательный) имеет удлиненный шатун, величина которого определяется углом разбежки поршней и углом для рабочего поршня. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что объем камеры сгорания определяется как соотношением длин шатунов, так и изменением (увеличением) радиуса кривошипа вспомогательного поршня. 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с увеличенной рабочей площадью за счет увеличения диаметра цилиндра, имеет максимальное сближение поршней, при этом в их днищах выполнены выемки, обеспечивающие степень сжатия. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что рабочий такт в нем начинается с положительной работы, определяемой углом положения рабочего поршня при оптимальном угле разбежки поршней, величина которого устанавливается опытным путем для каждого типа двигателя и используемого топлива, обеспечивающим в итоге развития двигателем максимального крутящего момента.

Обсуждение:Двигатель внутреннего сгорания — Википедия

Вообще-то про дизельный двигатель написан полнейший бред! Никакого воспламенения СМЕСИ в цилиндре нет, так как смесь топлива с воздухом не образуется. В цилиндре сжимается чистый ВОЗДУХ, распыливание толива происходит в конце такта сжатия через форсунки, при этом струя топлива загорается от воздействия температуры сжатого в цилинре воздуха. Это классический дизель (как 2-х тактный, так и 4-х тактный). В предкамерных дизелях сгорание топлива происходит аналогично, только не в самом цилиндре, а в камере, установленной перед цилиндром.

Воздух, знаете ли, не горит. Он-то перед рабочим тактом сжимается, а вот горит всё же смесь (топливо само по себе тоже гореть бы не стало, без воздуха). DL24 06:24, 28 ноября 2009 (UTC)

Специально для DL24. Разумеется, любое топливо в любых условиях сгорает при взаимодействии с окислителем. Но это совсем не означает, что они должны смешиваться. Отнюдь! Кусок угла сгорает, даже не переставая быть твердым, то же самое можно сказать о сгорании куска серы, цум байшпиль. В дизеле топливо впрыскивается в нагретый до ТИ воздух в виде более или менее крупных капель, чем мельче, разумеется, тем лучше, каждая капля, инициируясь, сгорает в воздухе, ни с чем не смешиваясь. Заряд топлива горит постепенно по мере впрыскивания, поэтому, кстати, так важно для качества работы дизеля качество исполнения ТНВД — именно он обеспечивает плавность и равномерность впрыска и, стало быть, качество работы дизеля. Известно, что при проектировании В-2 обеспечить нормальную работу в целом весьма удачного двигателя удалось только после переработки некоторых элементов конструкции ТНВД. Насосы Аршаулова в итоге сошли со сцены и потому, в частности, что не могли обеспечить стабильности топливоподачи. 31.181.110.152 19:01, 2 июля 2012 (UTC)мАлекс Кстати, любое пламменное горение возникает именно там, где происходит горение газа или паровой фракции топлива в виде струи, выходящей в среду окислителя. Вспомните: химия, 7 класс, зонирование пламени и его происхождение. Факел горения в дизеле — типичное пламя со всеми атрибутами. Сгорание же топливо-воздушной смеси имеет в принципе иную и физику, и химию — оно ближе к цепным реакциям, протекает гораздо быстрее, фронт прохождения горения скорее похож на фронт объемного взрыва (а при детонации таковым и является). 31.181.110.152 19:12, 2 июля 2012 (UTC)мАлекс

Почитал, знаете ли, этот бред и решил исправить. Ссылок, извиняюсь, не привел, но то, что я написал, содержится в любом букваре по ДВС. Описывать калоризаторный дизель я не стал, тк это по нашим временам полная экзотика.46.158.162.204 10:15, 26 мая 2012 (UTC)мАлекс

Господа, тем не менее в разделе про дизельный двигатель по-прежнему был написан бред.

  1. Топливо-воздушная смесь, разумеется, образуется, т. к. иначе горение невозможно. Другой вопрос — что она образуется локально, и в каждом очаге сгорания присутствует свой градиент концентрации воздуха.
  2. Я не знаю, откуда были взяты термины «время инициации топлива» и подобные. В общей теории ДВС это называется «время задержки воспламенения».
  3. Позволю себе в ближайшее время переписать по крайней мере раздел этой статьи про дизели, т. к. написанное в нем сейчас только вводит в заблуждение тех, кто пытается что-либо понять.

Alexander.a.denisov 07:11, 8 сентября 2012 (UTC)

Горит только твёрдое топливо и смесь топлива с воздухом, отдельно ни воздух, ни жидкое топливо не горят. И смесь там образуется, но не в карбюраторе, или инжекторе, а непосредственно в цилиндре. В цилиндр с горячим воздухом впрыскивается жидкое топливо, потом оно испаряется, смешиваясь с воздухом. А бред несёшь ты. Не всякое взаимодействие с воздухом – химический процесс. Взаимодействие жидкости с газом может приводить к её окислению, но медленному. Например, маляныая краска «сохнет» в результате окисления жидкого масла кислородом воздуха. Но в двигателе толиво должно сгореть, а не полимеризоваться с участием кислорода и не истлеть. 31.135.45.53 09:46, 14 октября 2018 (UTC)

Двигатель внутреннего сгорания[править код]

Предлагаю идею ДВС роторного типа- в отличие от существующих-может работать на нескольких видах топлива и имеет ряд неоспоримых преимуществ… Смотреть на сайте http://iturup.okis.ru/195.39.233.21 09:08, 9 августа 2008 (UTC)

«На рисунке 4-тактного двигателя впускной клапан больше выпускного, на самом деле всё с точностью до наоборот — выпускной больше впускного, т. к. объём и давление отработанных газов гораздо выше, чем рабочей смеси (исходя из рисунка — это карбюраторный ДВС).» — чушь полная! —79.104.194.49 11:07, 26 февраля 2009 (UTC)

Четырехтактный поршневой ДВС ВСЕГДА имеет большую пропускную способность именно ВПУСКНОГО (и, как следствие, больший диаметр ВПУСКНОГО клапана) канала. Это делается потому, что насосные потери на впуске намного выше чем на выпуске, и скорость протекаия смеси (воздуха) через впускной канал ниже, к тому же покинуть цилиндр отработанным газам помогает поршень, двигаясь вверх. Поэтому впускной клапан имеет больший диаметр. Исключением является только ПЯТИКЛАПАННЫЙ двигатель: в нем впускные клапана почти такого же диаметра как и выпускные, но при этом их(впускных) ТРИ, т.е. закон большей пропускной способности впускного тракта сохраняется.
P.S. Нет никакой разницы по клапанам в карбюраторном или инжекторном двигателях. —Александр Красноярск—79.104.194.49 11:02, 26 февраля 2009 (UTC)
А в некоторых конструкциях и два впускных клапана с одним выхлопным.46.158.162.204 10:17, 26 мая 2012 (UTC)мАлекс

Слушайте, это просто несерьёзно. Турбина отродясь считалась разновидностью ДВС. Вот хотя бы навскидку — выдержка из учебника какого-то:

Двигатели внутреннего сгорания условно классифицируются по месту установки, конструктивным и иным признакам. Так, по способу установки на маломерном судне они подразделяются на стационарные двигатели (на катерах) и подвесные лодочные моторы (на мотолодках), по способу преобразования энергии они могут быть поршневыми и беспоршневыми (газотурбинными, реактивными, комбинированными).

И никого не трогает где там происходит сгорание. Если внутри двигателя — значит двигатель внутреннего сгорания. Если в отдельной топке — то внешнего. Аноним, вы считаете что вы умнее всех ? В том числе авторов учебников для ВУЗов и техникумов, а т.ж. справочной литературы ?

Есть правда такие газовые турбины внешнего сгорания, например — в автомашине, которая наддув делает. Но это ж редкая экзотика. —DL24 09:37, 3 сентября 2010 (UTC)

  • К слову, на наддуве, не «газовая турбина», а просто турбина, как и паровая, и водяная. Газовой по-русски, называют ту, что сама в себе жжёт, то есть тот же ДВС. —Bilderling 09:44, 3 сентября 2010 (UTC)
Ну а что тогда такое газовые турбины внешнего сгорания ? Это из соответствующей статьи взята между прочим фраза. Понимаю конечно — не АИ. Но там вроде ссылка на академический.DL24 09:47, 3 сентября 2010 (UTC)
Значит, я ошибся. ОК, в любом случае консенсус есть, а аноним неправ. Не продолжил бы откатывать… —Bilderling 09:49, 3 сентября 2010 (UTC)
Да он мне уже вроде отписал на СО, извинился. DL24 09:51, 3 сентября 2010 (UTC)

ДВС без кривошипно-шатунного механизма.[править код]

Сделаю. Nechi 1 Rambler. И автомобиль без коробки передач.

А мощность как снимается? Зубчатой рейкой? Или использующей поставляемый двигателем со свободными поршнями горячий газ турбиной? С линейного синхронного генератора со свободными поршнями? Или там вообще турбовальный двигатель вместо поршневого? 31.135.45.53 10:04, 14 октября 2018 (UTC)

Мощность на холостом ходу[править код]

«Бензиновый двухцилиндровый двигатель имел совершенно ненадежную систему зажигания и мощность 30 л. с. на холостом ходу и 18 л. с. под нагрузкой.[1]«
Мощность на холостом ходу, кажется, по определению нулевая, поскольку механическая работа не совершается.
«The two-cylinder engine has a unique hit-and-miss firing cycle that produced 30 horsepower at the belt and 18 at the drawbar»
Если не путаю, речь о мощности на валу и на крюке. Т.е. 12 л.с. терялось в трансмиссии. (Сам не правлю, поскольку не до конца уверен в техническом английском, а в общеязыковых словарях навскидку ‘at the belt’ не нашёл.)
37.190.63.23 10:30, 12 апреля 2013 (UTC)MichaelMM

Если нечто движется само, имея трение, то механическая работа совершается. По преодолению трения в самом двигателе. Но если на преодоление трения расходуется некоторая мощность, то при меньшей мощности двигатель гарантировано заглохнет, так как эту мощность надо расходовать до самой остановки. Более того, под нагрузкой двигатель по той же причине гарантированно заглохнет при не большей мощности, чем мощность на холостом ходу. Единственно, во что можно поверить при таком соотношении, так это в то, что 30 лошадиных сил – полная мощность на холостом ходу, а 18 лошадиных сил – полезная мощность под нагрузкой (полная не менее 48-ми). 31.135.45.53 10:10, 14 октября 2018 (UTC)

КПД поршневого ДВС и автомобиля[править код]

«КПД двигателя не превышал 4,65 %. Несмотря на недостатки получил некоторое распространение… и КПД до 15 %» — Как указано в статье, именно эти цифры до сих пор остаются правильными, если не для поршневого ДВС, то для всего автомобиля в целом. Чтобы понять достаточно сравнить мощность лобового сопротивления с мощностью из расхода топлива. Невероятно, но факт. 93.181.255.20 13:26, 24 октября 2015 (UTC)

недостатки (общие)
  • для запуска двигателя обязательно нужен стартер
  • для охлаждения двигателя нужна система охлаждения
  • для трогания с места нужен механизм сцепления
  • для разных режимов движения нужна коробка передач,
  • для понижения шума от выхлопа отработанных газов нужна система шумопонижения
  • высокие обороты двигателя приводят к недолговечности конструкции
  • во время остановок двигатель продолжает работать, что также сказывается на долговечности.
  • самые эффективные легковые электромобили тратят из разных источников 0.55 МДж на километр пути.Легковой автомобиль с ДВС тратит 10л бензина на 100км это 3.3 МДж на километр. Отсюда видно что бензиновый двигатель в шесть раз менее эффективен чем электрический. Если принять кпд электромобиля 95 процентов, то кпд машины с ДВС будет 16 процентов, не 20-30 как пишут в разных источниках. 109.161.12.15 13:19, 15 ноября 2017 (UTC)Tmaker

Можно добавить. О возможностях ДВС.[править код]

Повышение удельной мощности (макс. мощности при том же весе)[править код]

1. Удвоение количества рабочих тактов.

Т.к. вам известны 2х-тактные двигатели — вы знаете, что подавать ТВС можно одновременно с выпуском отработавших газов. Минусом 2х-тактников является то, что сложно вытолкать впускными газами выпускные так, чтобы и выпускных вытолкалось побольше, и впускных с ними вылетело поменьше. Я полагаю, что лучшим расположением впускных и выпускных отверстий является круговое, в разных концах камеры сгорания: как в анимации. — Думаю, что при этом достижим уровень снижения удельного расхода топлива по сравнению с 4х-тактниками менее чем на 10%.
Минусом наличия таких отверстий является более быстрый износ поршневых колец.
Кроме цилиндрических существуют ещё роторные ДВС — их суть заключается в непосредственном вращении вала самим поршнем, вместо толкания им коленвала. — В них реализовано одновременное осуществление четырёх тактов: анимация с 1:53 (2 такта по мере хода одной половины поршня в другую треть камеры, 2 такта по мере вращения другой половины поршня внутри своей трети камеры) — и эти 4 такта осуществляются за треть оборота ротора.

2. Сжигание большего количества ТВС.

Для сгорания большего количества ТВС нужно больше кислорода, его можно впихнуть под давлением — для этого используются нагнетатели.
Также используют кислородосодержащих смеси — например, закись азота, которая при сгорании ТВС распадается на кислород и азот (чтоб кислорода не было слишком много). Азота и кислорода, из которых состоит закись азота, полно в воздухе, вопрос о безотходном получении её из воздуха пока открыт.
Чистый кислород в ТВС не используется, вроде, только потому, что это слишком сильно повышает темп. сгорания, что устранимо внутр. охлаждением (см. пункт про КПД).
Обычно воздуха в ТВС в 15 раз больше, чем топлива, т.е. потенциал для увеличение кислорода в ТВС весьма велик.

3. Отказ от коленвала (и, соответственно, всего, что с ним связано).

Он имеет смысл когда от ДВС нужна только выработка электричества. А этом случае можно использовать магнитный поршень в качестве ротора, а вокруг камеры сгорания сделать обмотку. Поршень должен ходить от одного конца камеры к другому, сжимая ТВС в их концах от её взрыва в другом конце.

4. Отказ от стартера.

Предложенный в предыдущем пункте ДВС мог бы разгонятся в режиме электродвигателя.
В двигателе с коленвалом можно объединить функции стартера и генератора в одном агрегате. В режиме электродвигателя он и играл бы функцию стартера, и помогал бы разгонятся (от конденсаторов, которые заряжались бы от ДВС на крейсерской скорости и светофорах, и, возможно, торможением).

5. Овальность поршней.

Если сделать поршень овальным, с прежней шириной но такой длиной, при которой площадь в 2 раза больше — объём «цилиндра» удвоится, но размер двигателя — нет.
Минусом овальных поршней является то, что при расширении металла (от нагрева) длина цилиндра будет увеличиваться больше, чем ширина, что плохо скажется на кольцах, но нагрев можно существенно снизить — см. пункт про КПД.

6. Повышение макс. оборотов.

Главным ограничивающим обороты фактором является количество вырабатываемого тепла, которое при большом уровне приводит к прогоранию деталей. Охлаждать цилиндры можно изнутри после каждого рабочего такта — см. пункт про КПД.
Повышение КПД.[править код]

1. Тепло нагретой камеры сгорания можно превращать в энергию движения путём подачи капель воды в камеру после 4го такта — она испарится (расширяясь в 1600 раз) и пар будет толкать поршень, а на следующем такте пар можно выпустить как отработанный газ. — Такой 6-тактный двигатель описан по ссылке. Испарение (5й такт) существенно охлаждает двигатель.
2. Хорошо охлаждаемая камера сгорания позволяет сжимать топливо сильней (не будет рано детонировать), что также повышает КПД.

Снижение уровня шума.[править код]

Шум — «вибрационные» волны воздуха, образуются они от вибрации от взрывов ТВС, и больше всего ей подвержена головка блока цилиндров. От взрыва у головки можно избавиться разместив ещё один оппозитный тянущий поршень (ОТП) (сверху), т.о. взрыв двигал бы 1 поршень вниз, а другой вверх, 1й толкал бы коленвал, а второй (верхний) тянул бы его на себя. (см. анимацию)
Минусом такого дополнительного поршня является дополнительный вес двух его шатунов, но если двигатель 2х-тактный (см. анимацию) — их вес существенно ниже, т.к. они не подвергаются нагрузке на сжатие (только на растяг). К тому же, коленвал, который не только толкается, но и тянется весит меньше, чем обычный (только толкаемый).

Roma.rr (обс) 11:26, 19 сентября 2016 (UTC)

Оппозитное расположение поршней[править код]

Оно пример даёт:
1. Уменьшение размеров за счёт общего для для пар(ы) цилиндров пространства для коленвала, которое
2. Снижение веса за счёт общей для для пар(ы) цилиндров части коленвала, пространства для него, а также отсутствия нижнего крепления каждого шатуна к коленвалу (там противоположный шатун) и общего подшипника.
3. Снижение центра тяжести: с оппозитным расположением поршней двигатель предлагается располагать лёжа, его центр тяжести в таком случае на много ниже обычного двигателя.
4. В лежачем положении низ двигателя (т.е. одну из сторон всех поршней) можно охлаждать потоком воздуха под машиной.
5. Отсутствие нагрузки на шейку, которая в обычном двигателе создаётся разогнанным вниз поршнем с шатуном. В оппозитном двигателе энергия разгона поршня от толчка поршень преобразуется в сжатие ТВС другим поршнем (если двигатель 2-тактный, хотя это возможно и при 4х-тактности) и лишь немного этой энергии разгона направляется в стороны от противоположного поршня. — При этом, в некоторых оппозитных двигателях (как в анимации по ссылке) оппозитные поршни движутся на встречу друг другу, а шатуны помимо движения навстречу друг другу движутся в противоположные стороны (один вверх, другой вниз), что исключает вибрации, которые являются главной причиной ограничения макс. оборотов (помимо нагрева, который устраним 6-тактностью).

Roma.rr (обс) 15:49, 11 октября 2016 (UTC)

Косноязычно местами до бессмыслицы («Турбонагнетание позволяет двигателю работать более эффективно, поскольку тому что турбонагнетатель использует энергию выхлопных газов»). А прежде всего — НЕТ ТЕРМИНА «турбонагнетание», есть турбонаддув. —KVK2005 (обс.) 09:00, 7 мая 2018 (UTC)

Переведите «поскольку тому что турбонагнетатель использует энергию выхлопных газов» на русский. 31.135.45.53 09:41, 14 октября 2018 (UTC)

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о