ประสิทธิภาพเชิงความร้อน: มันคืออะไร ดีเซลกับน้ำมันเบนซิน และเครื่องยนต์ของคุณมีค่าเท่าไหร่

แน่นอนว่าหลายคนสงสัยว่ามันคืออะไร ประสิทธิภาพเชิงความร้อนหรือประสิทธิภาพเชิงความร้อนวิธีการคำนวณ หรือจำนวนเครื่องยนต์ของรถคุณ ข้อสงสัยเหล่านี้เข้าใจได้เนื่องจากประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จะขึ้นอยู่กับมัน นั่นคือความสามารถในการเปลี่ยนพลังงานที่ได้จากเชื้อเพลิงให้เป็นสมรรถนะทางกลที่แท้จริง

นอกจากนี้ เพื่อไม่ให้สับสนกับประสิทธิภาพเชิงปริมาตร ของเครื่องยนต์ ซึ่งเป็นอัตราส่วนระหว่างอากาศที่ดูดเข้าไปในกระบอกสูบกับปริมาตรที่บรรจุได้ตาม การกระจัด ของเดียวกัน. นี่เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่แทรกแซงกำลังโดยตรง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเครื่องยนต์ที่ดูดเข้าไปตามธรรมชาติด้วยความจุที่เท่ากัน จึงได้กำลังน้อยกว่าเครื่องยนต์ซุปเปอร์ชาร์จ (เทอร์โบ)

ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์สันดาปภายในคืออะไร?

La ประสิทธิภาพเชิงความร้อน ของเครื่องยนต์คือความสามารถของเครื่องยนต์ในการเปลี่ยนพลังงานที่จ่ายโดยเชื้อเพลิงระหว่างการเผาไหม้ให้เป็นสมรรถนะทางกล นักออกแบบทุกคนหวังว่าจะสร้างเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพ 100% ซึ่งจะเป็นอุดมคติ อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ เป็นไปไม่ได้ เนื่องจากประสิทธิภาพถูกขัดขวางโดยแรงเสียดทานของชิ้นส่วน การสูญเสียในรูปของความร้อน ฯลฯ

ในรถยนต์บนท้องถนน เครื่องยนต์เบนซิน มีประสิทธิภาพทางความร้อนหรือประสิทธิภาพ 30% ซึ่งหมายความว่า 30% ของพลังงานที่ได้จากน้ำมันเบนซินนั้นใช้ในการผลิตพลังงานจริง ๆ ส่วนที่เหลือจะสูญเปล่าเป็นความร้อน

ในกรณีของ เครื่องยนต์ดีเซลประสิทธิภาพค่อนข้างดีขึ้น 40% เนื่องจากมีระดับการบีบอัดที่สูงกว่า ดังนั้นจึงค่อนข้างมีประสิทธิภาพมากกว่าน้ำมันเบนซินแม้ว่าจะไม่ใช่ตัวเลขที่สูงเกินไปก็ตาม

ปัจจุบันบรรลุแล้ว การปรับปรุงประสิทธิภาพ ต้องขอบคุณระบบไฮบริด ตัวอย่างเช่น ประสิทธิภาพเชิงความร้อน ในสูตร 1 นั้นสูงกว่ามากเนื่องจากการมาถึงของเครื่องยนต์ V6 Turbo พร้อม MGU-K และ MGU-H โดยเฉพาะอย่างยิ่งได้เพิ่มขึ้นจาก 30% ของเครื่องยนต์เบนซินทั่วไปเป็น ประมาณ 50%. นั่นหมายความว่าใช้พลังงานครึ่งหนึ่งจากเชื้อเพลิง

กรณีพิเศษนี้เป็นผลมาจากการรวมระบบต่างๆ เช่น MGU-Kหรือเบรกแบบหมุนเวียนซึ่งสามารถรับพลังงานจากการเบรกและจาก MGU-Hซึ่งยังควบคุมพลังงานของก๊าซไอเสียอีกด้วย

ประสิทธิภาพการระบายความร้อนในอุดมคติ มีประสิทธิภาพ และสูงสุด

ในปี พ.ศ. 1824 นักฟิสิกส์ ฝรั่งเศส Sadi Carnotได้ศึกษาประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติโดยพิจารณาจากหน้าที่ของอุณหภูมิระหว่างแหล่งกำเนิดความร้อนและความเย็น ปัจจุบันนี้ใช้เพื่อคำนวณประสิทธิภาพหรือสมรรถนะเชิงความร้อนของเครื่องยนต์ความร้อนใดๆ ไม่ว่าจะเป็นปั๊มความร้อน เครื่องยนต์สันดาป หรือระบบระบายความร้อน แม้ว่าในบทความนี้เราจะเน้นที่เครื่องยนต์สันดาปในหัวข้อ AM

นอกจากนี้แล้วยังมี ประสิทธิภาพการระบายความร้อนสามประเภท เมื่อคุณพูดถึง เครื่องยนต์ Otto หรือเครื่องยนต์ดีเซล:

• ในอุดมคติ: ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนระหว่างปริมาณพลังงานที่เปลี่ยนเป็นงานที่มีประโยชน์และปริมาณพลังงานที่จ่าย ตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ไม่มีเครื่องยนต์ใดที่สามารถแปลงพลังงานทั้งหมดเป็นงานกลได้ ดังนั้นในทางปฏิบัติจึงไม่มีมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพเชิงความร้อนในอุดมคติ
• เงินสด: คือประสิทธิภาพทางความร้อนที่แท้จริงของมอเตอร์
• สูงสุด: คือสมรรถนะสูงสุดของเครื่องยนต์ชนิดหนึ่ง เช่น 30% และ 40% (โดยประมาณ) ที่กล่าวถึงข้างต้นสำหรับน้ำมันเบนซินและดีเซล กล่าวอีกนัยหนึ่ง ข้อจำกัดทางสถาปัตยกรรมหรือข้อจำกัดของประเภทของเครื่องระบายความร้อน

ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของดีเซลเทียบกับประสิทธิภาพเชิงความร้อนของดีเซล น้ำมันเบนซิน

ประสิทธิภาพเชิงความร้อนในมอเตอร์ อ็อตโต ไซเคิล (น้ำมันเบนซิน) ไม่เหมือนมอเตอร์ วงจรดีเซล. พวกมันมีพฤติกรรมแตกต่างกันในระดับอุณหพลศาสตร์ และสิ่งนี้ทำให้พวกเขามีความแตกต่างในแง่ของประสิทธิภาพ นอกจากนี้ เครื่องยนต์ 4 จังหวะทางเลือกไม่เหมือนกับเครื่องยนต์ Wankel เป็นต้น

อ็อตโต ไซเคิล

ในเครื่องยนต์ของ อ็อตโต ไซเคิลซึ่งสอดคล้องกับวัฏจักรอุณหพลศาสตร์สำหรับเครื่องยนต์เบนซิน เอทานอล หรือเครื่องยนต์แก๊ส ไม่ว่าจะเป็น 2 จังหวะ (1 รอบเพลาข้อเหวี่ยง) หรือ 4 จังหวะ (2 รอบเพลาข้อเหวี่ยง) ในเครื่องยนต์เหล่านี้มีชุดของขั้นตอนต่างๆ เช่น ไอดี การอัด การเผาไหม้หรือการจุดไฟ, การขยายตัวและการหลบหนี.

ในมอเตอร์เหล่านี้ ประสิทธิภาพหรือสมรรถนะทางความร้อน ขึ้นอยู่กับ อัตราการบีบอัดนั่นคือระหว่างอัตราส่วนระหว่างปริมาตรสูงสุดและต่ำสุดของห้องเผาไหม้ ยิ่งอัตราส่วนสูงเท่าไหร่ ประสิทธิภาพก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น แม้ว่าจะต้องใช้เชื้อเพลิงออกเทนสูงเพื่อหลีกเลี่ยงปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการระเบิด (การจุดระเบิดด้วยตนเองของเชื้อเพลิงก่อนเกิดหัวเทียน)

กล่าวโดยสรุป ประสิทธิภาพเชิงความร้อนเฉลี่ยของเครื่องยนต์ Otto 4 จังหวะที่ดีนั้นอยู่ระหว่าง 25 และ 30%แล้วแต่ประเภทของเครื่องยนต์และผู้ผลิต

วงจรดีเซล

นี้ วงจรดีเซล นอกจากนี้ยังกำหนดแผนภาพพฤติกรรมการระบายความร้อนสำหรับเครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะหรือ 2 จังหวะ ในกรณีนี้มีลักษณะเฉพาะบางอย่างที่ต้องเพิ่มอัตราส่วนการอัดที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เบนซิน ดังนั้น ประสิทธิภาพเชิงความร้อนในกรณีนี้จึงอยู่ระหว่าง 30 ถึง 45%

ในฐานะที่อยากรู้อยากเห็น เครื่องยนต์ดีเซลที่ทรงประสิทธิภาพที่สุดในโลก ปัจจุบันสูง 5 เมตร ยาว 9 เมตร มีกำลัง 13.142 แรงม้า มันเป็นเรื่องของ Wärtsilä 31 ผลิตในประเทศฟินแลนด์และมีไว้สำหรับใช้ในกองทัพเรือ เครื่องยนต์นี้กินน้ำมันประมาณ 38.8 ตันต่อวัน เป็นอะไรที่ดูอุกอาจแต่ไม่มากนักเมื่อพูดถึงมวลประเภทนี้สำหรับเรือ...

เครื่องยนต์ความร้อนที่มีประสิทธิภาพ 100% เป็นไปได้หรือไม่?

คำถามนี้เกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่า และความจริงก็คือเป็นไปไม่ได้ที่จะได้มอเตอร์หรือเครื่องจักรที่มีa ผลผลิต 100% นั่นเป็นเพียงทฤษฎี. การได้เครื่องจักรที่สมบูรณ์แบบจะเป็นความสำเร็จค่อนข้างมากและจะลดการใช้พลังงานลง แต่นั่นจะหมายถึงการสร้างเครื่องยนต์ให้มีประสิทธิภาพมากจนสามารถเปลี่ยนพลังงานทั้งหมดของเชื้อเพลิงให้เคลื่อนที่ได้

แต่นี่ไม่ใช่กรณี ในเครื่องยนต์จริง เนื่องจากมีแรงเสียดทานระหว่างชิ้นส่วน ความร้อนที่หลบหนี ฯลฯ ด้วยน้ำมันหล่อลื่นที่ได้รับการปรับปรุง สถาปัตยกรรมเครื่องยนต์ใหม่ เทคโนโลยีการฉีดฯลฯ ประสิทธิภาพกำลังได้รับการปรับปรุงแต่ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะบรรลุ 100%

และแน่นอนว่ายังเป็นไปไม่ได้ที่จะได้มอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพเชิงความร้อน มากกว่า 100%เนื่องจากจะเหมือนกับการบอกว่าได้รับพลังงานใหม่ ซึ่งเป็นสิ่งที่ละเมิดกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์โดยตรง

การคำนวณประสิทธิภาพเชิงความร้อน

ไปยัง คำนวณประสิทธิภาพเชิงความร้อนหรือประสิทธิภาพเชิงความร้อนของมอเตอร์ ต้องใช้สูตร Carnot:

โดยที่ Th คืออุณหภูมิของแหล่งความร้อนของเครื่อง ในกรณีนี้คือเครื่องยนต์สันดาปภายใน และ Tc คืออุณหภูมิของแหล่งกำเนิดความเย็น ดังนั้น เพื่อให้เกิดประสิทธิภาพมากขึ้น อุณหภูมิระหว่างของไหลร้อนและเย็นจะต้องแตกต่างกันมากที่สุด

นี่เป็นเรื่องทั่วไป และหากคุณต้องการสมัคร a motor de combustión อินเตอร์ เช่นเดียวกับรถยนต์ สูตรควรเป็นดังนี้:

ในกรณีนี้ W คืองานที่ทำเสร็จ Qc คือแหล่งความร้อนหรือแหล่งความร้อน Qf คือแหล่งความเย็นที่เครื่องยนต์ปล่อยความร้อน นอกจากนี้เพื่อไม่ให้ละเมิดกฎการอนุรักษ์พลังงานจึงต้องทำให้โฟกัสร้อนเท่ากับงานที่เพิ่มความร้อนของโฟกัสเย็น และมันจะเป็นจริงเสมอว่า 0<η<1 ในทางกลับกัน ควรมีความชัดเจนว่างาน (W) จะเท่ากับความร้อนที่ป้อนเข้าลบความร้อนที่ส่งออก

อีกวิธีหนึ่งในการคำนวณประสิทธิภาพของมอเตอร์คือการรู้จัก พลังงานที่มีประโยชน์และพลังงานที่ใช้เป็นกิโลวัตต์ นี่คือกุญแจสำคัญ อัตรากำลังอัดของเครื่องยนต์เนื่องจากยิ่งสูงเท่าไร ประสิทธิภาพก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น

ปอ ejemploหากคุณมีพลังงานความร้อน 200 จูลเป็นอินพุตความร้อน และมอเตอร์สามารถทำงานได้ 80 จูล ดังนั้น 80/200 = 0.4 (0.4 x 100 = ประสิทธิภาพ 40%) สิ่งเดียวกันจะเกิดขึ้นหากวัดความร้อนของไอเสียของเครื่องยนต์ เช่น หากพลังงานที่ใส่เข้าไปในเครื่องยนต์คือ 200 J โดยเชื้อเพลิงและสังเกตเอาต์พุตไอเสียที่ 120 J งานที่ทำคือ 80 J ( 200 -120) และประสิทธิภาพอยู่ที่ 40% เพราะถ้าหาร 120/200=0.6 ซึ่งเป็นพลังงานที่เสียไปจึงไม่เปลี่ยนเป็นงาน...