Блог про автомобили и все что с ними связано.

КПД двигателя внутреннего сгорания. Сколько приблизительно равен, а также мощность в процентах

Наверное, каждый задавался вопросом о КПД (Коэффициенте Полезного Действия) двигателя внутреннего сгорания. Ведь чем выше этот показатель, тем эффективнее работает силовой агрегат. Самым эффективным на данный момент времени считается электрический тип, его КПД может достигать до 90 – 95 %, а вот у моторов внутреннего сгорания, будь то дизель или бензин он мягко сказать, далек от идеала …

КПД двигателя внутреннего сгорания


ОГЛАВЛЕНИЕ СТАТЬИ

Если честно, то современные варианты моторов намного эффективнее своих собратьев, которые были выпущены лет так 10 назад, и причин этому масса. Сами подумайте раньше вариант 1,6 литра, выдавал всего 60 – 70 л.с. А сейчас это значение может достигать 130 – 150 л.с. Это кропотливая работа над увеличением КПД, в который каждый «шажок» дается методом проб и ошибок. Однако давайте начнем с определения.

КПД двигателя внутреннего сгорания – это значение отношения двух величин, мощности которая подается на коленчатый вал двигателя к мощности получаемой поршнем, за счет давления газов, которые образовались путем воспламенения топлива.

Если сказать простым языком, то это преобразование термической или тепловой энергии, которая появляется при сгорании топливной смеси (воздух и бензин) в механическую. Нужно отметить что такое уже бывало, например у паровых силовых установок — также топливо под воздействием температуры толкало поршни агрегатов. Однако там установки были в разы больше, да и само топливо было твердое (обычно уголь или дрова), что затрудняло его перевозку и эксплуатацию, постоянно нужно было «поддавать» в печь лопатами. Моторы внутреннего сгорания намного компактнее и легче «паровых», да и топливо намного проще хранить и перевозить.

Подробнее о потерях

Если забегать вперед, то можно уверенно сказать что КПД бензинового двигателя находится в пределах от 20 до 25 %. И на это много причин. Если взять поступающее топливо и пересчитать его на проценты, то мы как бы получаем «100% энергии», которая передается двигателю, а дальше пошли потери:

Потери при работе двигателя

1) Топливная эффективность. Не все топливо сгорает, небольшая его часть уходит с отработанными газами, на этом уровне мы уже теряем до 25% КПД. Конечно, сейчас топливные системы улучшаются, появился инжектор, но и он далек от идеала.

2) Второе это тепловые потери. Двигатель прогревает себя и множество других элементов, такие как радиаторы, свой корпус, жидкость которая в нем циркулирует. Также часть тепла уходит с выхлопными газами. На все это еще до 35% потери КПД.

3) Третье это механические потери. НА всякого рода поршни, шатуны, кольца – все места, где есть трение. Сюда можно отнести и потери от нагрузки генератора, например чем больше электричества вырабатывает генератор, тем сильнее он тормозит вращение коленвала.  Конечно, смазки также шагнули вперед, но опять же полностью трение еще никому не удалось победить – потери еще 20 %

Таким образом, в сухом остатке, КПД равняется около 20%! Конечно из бензиновых вариантов есть выделяющиеся варианты, у которых этот показатель увеличен до 25%, но их не так много.

КПД бензинового двигателя

ТО есть если ваш автомобиль расходует топлива 10 литров на 100 км, то из них всего 2 литра уйдут непосредственно на работу, а остальные это потери!

Конечно можно увеличить мощность, например за счет расточки головки, смотрим небольшое видео.

Если вспомнить формулу то получается:

Формула расчета

У какого двигателя самый большой КПД?

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

Если сказать простыми, языком и не лезть в дебри технических терминов то – если сравнить два КПД бензинового и дизельного агрегатов – эффективнее из них, конечно же дизель и вот почему:

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

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

КПД дизельного двигателя

Так почему он так эффективен? Все просто — не смотря на схожей тип работы (и тот и другой являются агрегатами внутреннего сгорания) дизель выполняет свою работу намного эффективнее. У него большее сжатие, да и топливо воспламеняется от другого принципа. Он меньше нагревается, а значит происходит экономия на охлаждении, у него меньше клапанов (экономия на трении), также у него нет, привычных нам, катушек зажигания и свечей, а значит не требуется дополнительные энергетические затраты от генератора. Работает он с меньшими оборотами, не нужно бешено раскручивать коленвал —  все это делает дизельный вариант чемпионом по КПД.

О топливной эффективности дизеля

ИЗ более высокого значения коэффициента полезного действия – следует и топливная эффективность. Так, например двигатель 1,6 литра может расходовать по городу всего 3 – 5 литров, в отличие от бензинового типа, где расход 7 – 12 литров. У дизеля намного больше крутящий момент, сам двигатель зачастую компактнее и легче, а так же в последнее время и экологичнее. Все эти положительные моменты, достигаются благодаря большему значению степени сжатия, есть прямая зависимость КПД и сжатия, смотрим небольшую табличку.

Таблица зависимости

Однако не смотря на все плюсы у него также много и минусов.

Как становится понятно, КПД двигателя внутреннего сгорания далек от идеала, поэтому будущее однозначно за электрическими вариантами – осталось только найти эффективные аккумуляторы, которые не боятся мороза и долго держат заряд.

На этом заканчиваю, читайте наш АВТОБЛОГ.

1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (22 голосов, средний: 4,09 из 5)

Добавить комментарий

Комментарии

  • 13.08.2019
    Георгий
    Боже, какие идиоты в комментариях. Видно, что в школе не учились, базовый курс физики не знают. Все давно просчитано, согласно законам термодинамики максимальный теоретический КПД теплового двигателя не может быть выше 67%. О цикле Карно вообще слышали? О каких 80% говорит Геннадий? Это даже теоретически невозможно. КПД зависит от разности температур между холодильником и нагревателем. А если учесть, что есть механические потери, потери из-за качества топливо-воздушной смеси, ну и, конечно же, сам процесс передачи теплорода (как его назвал час Карно), то и выходят эти самые 25-30%. Аж стыдно за людей, тьфу
  • 12.05.2019
    Геннадий
    вообще-то автор сам того не подозревая даёт понять что ДВС есть куда расти! сегодняшние 20% довести ну скажем до 75-85% и всё не надо изобретать "паровоз" запас по росту эффективности 400%! ПОчему не работают в этом направлении?!
  • 18.03.2019
    Ник
    Я уже предлагал продвинутым фирмам тип ДВС по иному принципу. И КПД и разгон до ста, все намного выше любого аналога. Интерес нулевой. Кстати и коробка бесступенчатая, не вариатор, работающая как в ручном, так и в автомате, без проблем.Экономичен по изменению мощности в движении от необходимой в данной ситуации. Подходит и под дизель и под бензин. Расход масла как и в четырехтактном, так и в двухтактном одинаков. Просто по любопытству не писать. Вариант остается продать идею. Дорого.
  • 28.10.2018
    иван шкинёв
    В формуле Ньютона S=att/2 -ОШИБКА ! Правильно: S=att. S/tt=F/m. Такая формула определяет движение и яблока, и автомашины, и ракеты... S,t,m -можно измерить. Ускорение и силу-только рассчитать. Движущийся предмет, имеющий вес(массу)испытывает силу, действующую на него.Эта сила- ускорение-есть и при равномерном движении. (Ньютон говорит,что её нет). S=1м. t=1 c. a=S/tt a=1 м/сек.сек S=2м. t=2 c a=0,5 м/сек.сек. s=1000 м. t=1000 c. a=0,001 м/сек.сек. В конце-концов сила будет настолько мала,что фотоны света будут влиять на движение,и оно прекратится. Тело остановится в неподвижности. Вес его будет равен "0". (небесные тела в таком состоянии и находятся,но на них действуют гравитации и магнитные силы соседних тел...) В механике надо учитывать КПД. КПД ДВС определить просто: S/tt=F/m (ТОЛЬКО разгон !) Пусть: S=120 м, t-8 c., m-1200 кг. F-? F=2250 кг.м/с Это=30 л.с.(16%) 30*6,25=187,5 л.с. И-наоборот: зная паспортную мощность,находим КПД
  • 22.08.2018
    V.Senebov
    КПД любого двигателя зависит в основном от полноты сгорания топлива и его удельной энергии. Тяжелые углеводороды (масла), на которых работают дизели, в принципе не могут сгорать эффективно. И дизели существуют только благодаря более дешевому топливу, а не за счет высокого КПД. А еще - благодаря мифу о якобы гораздо меньшей вредности выхлопа. Но, в цивилизованных странах за въезд в черту города дизельных автомобилей уже давно берут дополнительный налог, а теперь - и вовсе запрещают движение дизелей. Дизель, как класс двигателей, исчерпал себя полностью. Вот и Мазда в новых двигателях использует только прнцип дизеля, - степень сжатия до 18, без свечей зажигания, без турбонаддува, но на бензине.
  • 05.05.2018
    иван шкинёв
    КПД ДВС надо начинать с ОДНОГО рабочего такта: сколько грамм бензина надо, чтобы двинуть массы :...шатуна, колен-вала, коробки,колёс, ВСЕЙ массы груза и машины... Тысячи подсчётов! ПО этому делают проще: масса машины, и -РАЗГОН (!). Именно "разгон",а НЕ движение-(скорость). F=m*a. Всё верно! Но Ньютон НЕ правильно предложил искать "ускорение". Принято (?) считать ускорение с конечной скорости-(у падающего"яблока..."она=9,8). Неверно! Ускорение надо искать из Средней скорости. У"яблока" она равна 4,9 м/с. Ускорение будет: 4,9:1=4,9 м/сек.сек. У машины-аналогично. Если есть ускорение (из V/t),то,зная массу, легко узнать силу! (она-же и есть мощность двигателя с поправкой на КПД). Каждому ускорению и массе соответствует одна величина силы. Но, и,зная, силу и ускорение,найдём соответствующую массу,(или ускорение). V/t=F/m=a. "Москвич", "Жигули"... N-75 л.с. Масса-1160 кг. Разгон до сотни-18 сек. Найдём ускорение через разгон (до сотни): (0+27,8):2:18=0,77 м/сек.сек. КПД известно. 16%. (у любого бензинового ДВС). 12N=m*a. N-в л.с. N=5625 кг.м. 16%от ста-это 6,25.Цифра 12-это 75/6,25 5625:6,25=900 кг.м 900:1168=0,77 м/сек.сек. Для каждого автомобиля-свои Единственные цифры.Зная расход бензина на один такт,можно узнать общий расход,путь,скорость,время,передачу.. При 100%КПД достаточно 12 сил.
  • 01.03.2018
    Как то так из теории ДВС
    КПД тепловой машины частное от деления разницы между температурой нагревателя ( подвод тепла ) и холодильника ( отвод тепла ) при расширении, на температуру холодильника. Q= Тн-Тх/Тх. Цикл Карно тепловой машины. Отсюда вытекает: - Чем выше температура рабочего тела и ниже температура холодильника, те выше КПД. Перегретый пар 300 гр.С, температура в камере сгорания ДВС до 2000 гр.С, отсюда и разница в КПД паровоза и ДВС. - Чем выше степень расширения ( сжатия ) тем ниже температура конца расширения ( холодильника ). Это и есть термический КПД, зависящий от степени сжатия и ограниченный детонационной стойкостью топлива. КПД дизеля выше потому, что он работает на степенях сжатия 18-20, а бензиновый на степенях 8-9. Теплотворная способность бензина и дизельного топлива практически одинаковая. - Остальные потери вынужденные конструктивные. Тепловые за счет отвода тепла от камеры сгорания в охлаждающую воду. Чем в меньшем объеме сгорает топливо воздушная смесь ( ТВС ), тем меньше потери. Скорость сгорания ТВС постоянна и с ростом оборотов угол опережения зажигания увеличивают. Если этого не делать, то на высоких оборотах смесь догорит в конце хода расширения и все тепло уйдет в радиатор. Воспламеняя ее раньше подвод тепла осуществляют в меньшем объеме. Механические потери от трения колец и поршня растут прямо пропорционально скорости поршня. Соответственно чем выше обороты, тем больше механические потери. - Химическая неполнота сгорания топлива незначительна. Это так основное. В деталях все гораздо сложнее. Универсального двигателя нет. Можно сделать экономичный, можно спортивный, можно для трактора с высоким крутящим моментом, можно для гонок с высокими оборотами. Так называемые транспортные двигатели для массового автомобиля как правило компромиссный вариант где все параметры серединные. Пока ДВС это единственный эффективный вариант трансформации тепловой энергии от бочки с нефтью к колесу. Электричество это замечательно, но сложности с его получением в достаточных количествах сводят на нет все преимущества, безусловно значительные. Плотины, атомные станции, ветряки глобально воздействуют на экологию. Тепловые электростанции это тоже самое, что ДВС , но с Курского вокзала на Казанский вокзал через Малаховку. Электромобиля нет не потому, что нет батарей, а потому, что их нечем заряжать.
  • 12.02.2018
    иван шкинёв
    Бензиновый ДВС оказался на редкость НЕ удачной конструкцией в смысле экономичности. Он потребляет топливо по оборотам, а не по нагрузке. Это значит, что при постоянной скорости-оборотов двигателя,-расход остаётся прежним,вне зависимости от нагрузки-(по прямой-в гору-без нагрузки, с этими оборотами..) Думаю,что если в паровом двигателе вместо угля использовать бензин-будет экономичнее,чем в ДВС. При "торможении двигателем" КПД падает до "0". Мотор продолжает потреблять столько-же бензина, как при разгоне за такое-же время и такой-же путь. В паровом двигателе можно уменьшить подачу угля,(или бензина). В бенз. ДВС это не проходит. Обеднение смеси приводит к детонации, или не возгоранию.. В электро-двигателе,при снижении нагрузки, уменьшается ток, в дизеле- порция топлива. И только бензиновый (и на газе)продолжают "кушать". Надо разрабатывать и выпускать ДВС на бензине с двумя фазами наполнения цилиндра смесью: 1-для разгона. 2- для движения с набранной скоростью. Двигатель работает только в 2-х режимах: разгон-накат. И с постоянной скоростью "рабочий такт" толкает машину,-остальные-тормозят... Или делать бензин со свойством дизеля:не детонировать при обеднении. Тогда можно отказаться от др. заслонки, которая может отнять 100% мощности.. Тогда ДВС будет на 50-60% экономичнее прежнего,и на 10-15 экономичнее дизеля.
  • 12.01.2018
    иван шкинёв
    Тех. исправная машина должна пройти "накатом" со скорости 50 км/час 420 м. пусть: 80 метров-на разгон до скорости 50 км/час. Цикл-80+420=500 метров. Машина прошла 100 км.-200 циклов разгон-накат... 16 км. машина шла под тягой мотора. 84 км.-накатом-(без тяги мотора) 16%.
  • 31.12.2017
    иван шкинёв
    Какой КПД моего автомобиля ? По паспорту : N...л.с., m...кг., t-(время разгона до сотни)...секунд. ГЛАВНОЕ ! найти ускорение! -(0+27,8):2:t=a -12N:m=a N-в л.с. n=m*a Это-при 100% КПД ! (кг.м.*сек -переведите в л.с. Разделить на 75) И,-последнее: n*100:N 16%.
  • 22.07.2017
    иван шкинёв
    Двигатели внутреннего сгорания работают от расширения сгорающих газов бензина, или солярки, или пропана... Самая высокая температура-от бензина. Давление газов на поршень сильнее- выше крутящий момент, и выше обороты двигателя (правда,в силу конструкции двигателя),значит-выше мощность. Солярка сгорает с более низкой температурой, значит и КПД-меньше. Но в силу конструкции дизеля он на низких оборотах при большом пере-обогащении (дым из трубы!)может превзойти бензин по крутящему моменту на низких оборотах,хотя максимальный крутящий момент у бензина всё-равно больше (при равных раб. объёмах,или мощности). Преимущество дизеля: он экономичнее при малых нагрузках. При разгоне экономичнее бензин. Причина: солярка сгорает при любом соотношении с воздухом. Бензин-1:14,7. Меньше бензина- детонация, больше-догорает в выхлопной трубе без пользы.
  • 04.05.2017
    иван шкинёв
    КПД можно высчитать только через разгон автомобиля. Ошибочно брать движение с максимальной скоростью-под гору машина может раскатиться и без мотора до максимальной скорости... Формула f=m*a -это при 100% КПД. Сила * на КПД- это мощность двигателя. КПД двигателя ВАШЕГО автомобиля: посмотрите в Тех.паспорте: 1-мощность в л.с., 2-вес (массу) в кг.,3- время разгона до сотни в сек. (л.с. перевести в кг.метры). Найти ускорение. Пример-"Жигули": n-75 л.с. t-18сек. m-1170 кг. a=v(СРЕДНЯЯ !!!):t 27,8:2:18. а=0,77 м/сек.сек.. 5625*КПД=m*a. m*a=900 кг.м. 5625:900=6,25. Это 16% Универсальная формула мощности ДВС, веса машины и время разгона до сотни n*t=m*1,16 (Nissan-1,4) n-? 1050*1,16:14. n=87 л.с. m-? 87*14:1,16=1050 кг. t-? 1050*1,16:87. t=14 секунд. Можно "уличить" производителей в завышении параметров своей продукции. ...n=250 сил. Вес машины-2350 кг. Время разгона-10 секунд. Проверим: 2350*1,16:250. t=10,9 Почти 11. Для 10 секунд нужен мотор 272,6 л.с Или вес машины не 2350 кг., а 2026 кг. Вот так!
  • 26.03.2017
    Максуд
    Prius- работает по циклу Аткинсона поэтому у него большой КПД!
  • 22.02.2017
    Вячеслав
    В отношении механических потерь, дизельного и бензинового ДВС, у дизельного имеется ТНВД, который обладает значительным самостоятельным мех. сопротивлением на холостом ходу, которое возрастает с увеличением цикловой подачи... А также потери в приводе ТНВД...
  • 24.07.2016
    Петр_Т
    Насчет потерь энергии на зажигание автор "преувеличил" (на вскидку там меньше 50Вт).. Вообще-то надо бы упомянуть теорему Карно (есть формула для к.п.д. теплового двигателя). По формуле к.п.д. растет с ростом температуры в цилиндре (или температуры пара в паровой машине) и с понижением температуры среды. Зимой к.п.д. должен быть выше :) , но температура берется относительно абсолютного нуля (-273 град)(по Кельвину), поэтому разница невелика..
  • 25.02.2016
    Avto-blogger
    КОнстантин, так на приусе еще и электрические двигатели стоят!
  • 25.02.2016
    КОнстантин
    Toyota Prius 2016, кпд бензинового двигателя 40%, кушает от 2,7 до 5 литров на 100 км, в зависимости от условий эксплуатации
  • 11.10.2015
    Александр
    КПД - это характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; или отношение энергии выработанной двигателем к энергии сожженного при этой выработке топлива.