Каков КПД автомобиля?
Да простит меня читатель, если я задам ему детский вопрос: каков КПД у автомобильного двигателя? «Совсем профессор от жизни отстал», – скорее всего подумает он и ответит, что из учебника физики следует: КПД бензинового двигателя достигает примерно 25 %, а дизельного – приближается к 40 %.
А может, не будем верить печатному слову, а лучше убедимся в этом сами. Заправим бак топливом «по горлышко» и проедем по городу, разумеется, без происшествий и «пробок», 100 км. А затем дольем бак из мерного сосуда снова до прежнего уровня. Если ваш автомобиль весит около тонны и работает на бензине, то долить придется в среднем около 10 л; для автомобиля той же массы с дизельным двигателем потребуется примерно 7 л солярки. Так как научные расчеты производятся не в литрах, даже не в поллитрах, а в килограммах, то для бензина, с учетом его плотности, это составит 7 кг, а для солярки – чуть больше 5 кг. При сжигании эти килограммы топлива выделят (можете проверить по справочнику!) 323 и 250 МДж энергии, соответственно.
А затратит ваш автомобиль при движении со скоростью 50—60 км/ч (и это еще хорошо для города!) в среднем 25 МДж, о чем мы уже говорили выше. Поделим эту полезную работу на затраченную энергию и получим КПД для бензинового двигателя 7-8 %, а для дизеля – 10 %. Вот вам теория – 25 и 40 %, а вот суровая правда жизни – 7,5 и 10 %! Конечно, кое-что теряется и в трансмиссии, но это крохи по сравнению с потерями в двигателе.
Так что ж, врут авторы учебников? Нет, не врут, но лукавят. Тот КПД, что в них указан, относится к одному единственному режиму работы, называемому оптимальным.
Зависимость КПД двигателя внутреннего сгорания от мощности
А как, собственно, в научных институтах получают этот расход топлива? Испытуемый двигатель (не будем уточнять: оснащенный дополнительными системами – вентилятором, компрессором, генератором и т. д. или нет) устанавливают на специальный стенд, где его нагружают сопротивлениями, попросту – тормозят. Изменяют подачу топлива, момент сопротивления, частоту вращения, ведут строгий учет расхода топлива. Зная момент сопротивления и частоту вращения, можно определить мощность, а умножая эту мощность на время, получить работу в киловатт-часах. Правильнее, конечно, было бы выразить ее в джоулях. Так вот – 1 кВт·ч равен 3,6 МДж. Теперь, зная расход топлива в килограммах, можем отнести его к произведенной двигателем работе и получить так называемый удельный расход топлива. Чем современнее двигатель, тем меньше удельный расход топлива при наибольшей мощности и тем больше его КПД. Вот откуда эти 25 и 40 %!
А какова мощность, расходуемая двигателем при движении автомобиля со средней скоростью 50—60 км/ч? Оказывается, для оговоренной массы автомобиля она составляет около 4 кВт. Трудно в это поверить, но автомобиль с двигателем около 100 кВт тратит при этой скорости всего 4 % мощности. И какой КПД вы еще хотите получить при этом? Особенно с учетом привода от двигателя множества всяких дополнительных агрегатов.
Что же делать? Если попробовать ехать на нашем автомобиле при оптимальном режиме работы двигателя, то это составит около 180 км/ч, что не всегда нужно. Да и, честно говоря, при такой скорости почти все топливо уйдет на взбалтывание воздуха, или, по-научному, на аэродинамические потери.
Можно пойти по другому пути, поставив на наш автомобиль двигатель мощностью 5 кВт, то есть в 20 раз меньшей мощности. Тогда при скорости 60—70 км/ч наш автомобиль покажет рекордную экономичность, а двигатель – именно тот КПД, что указан в учебниках. Но, увы, такая скорость движения никого не устроит, не говоря уже о том, что разгоняться наш автомобиль будет медленнее товарного поезда.
Как же разрешить это противоречие, неужели никто об этом раньше не думал? Да нет же, думали. Уже чуть ли не полвека прошло с тех пор, как была предложена концепция так называемого «гибридного» силового агрегата. Предлагалось включать двигатель только при оптимальном режиме, чтобы запасать выработанную им «экономичную», а к тому же и «экологичную» энергию в накопителе, и выключать двигатель, когда он переполняется энергией (пусть отдохнет!), то есть использовать для движения автомобиля именно эту, самую дешевую и чистую энергию!
На заре автомобилизма и даже гораздо позже, в 50-е годы прошлого века, у нас в стране, когда дороги были не так загружены, эту энергию накапливали в самой массе автомобиля. Делалось это так: автомобиль разгоняли примерно до 80 км/ч почти на полной мощности двигателя, а следовательно, и при максимальном КПД. После этого двигатель выключали, а коробку передач ставили в нейтраль. На автомобилях тех лет делать это еще разрешалось. И автомобиль шел с неработающим двигателем и отключенной трансмиссией накатом чуть ли не целый километр, пока скорость не падала ниже 30 км/ч. Затем опять включалась трансмиссия, запускался двигатель и разгон повторялся. И так автомобиль ехал всю дорогу.
Такое движение по научному называется «регулярным импульсивным циклом». Благодаря этому циклу передовые водители-«стахановцы» тех лет экономили до 30 % топлива. При этом энергия двигателя, работающего почти в оптимальном режиме, накапливалась в массе самого автомобиля, как в аккумуляторе, и шла она на движение автомобиля накатом. Конечно же, никакой регулировки скорости движения такого автомобиля-накопителя произвести было невозможно. Его трансмиссия была отключена, разогнанный автомобиль был накопителем и потребителем собственной энергии. Как если бы поставить раскрученное колесо или маховик на ребро и дать ему возможность свободно катиться.
Конечно же, не это было моей целью. Автомобиль должен нести в себе накопленную кинетическую энергию, но при этом быть управляемым, причем лучше всего, чтобы скорость изменялась плавно и бесступенчато, а для этого нужен вариатор.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
1. Ошибки при покупке автомобиля Театр начинается с вешалки, а самостоятельный автомобильный опыт – с приобретения собственной машины. И вот тут-то, в самом, казалось бы, безобидном месте, подстерегает «засада». И даже не одна.А ведь результат неверного выбора весьма
Охрана автомобиля Охрана свежеприобретенного автомобиля – момент, который нужно рассматривать отдельно, несмотря на то, что он непосредственно связан с покупкой. Однако многие водители-новички, решив вопрос с приобретением автомобиля, спотыкаются именно на
Проблемы долговечности автомобиля Долголетие автомобиля зависит от количества пройденных им километров пути, срока службы, условий эксплуатации. Не менее важным фактором является и техническое обслуживание.Со временем двигатель автомобиля, его рулевое управление,
О токсичности автомобиля Содержание в отработавших газах окиси углерода (СО) и углеводородов (СН) при работе двигателя проверяют в режиме холостого хода.Предельно допустимая концентрация СО и СН в отработавших газах в автомобилях с карбюраторными двигателями не должна
Ресурс деталей автомобиля При эксплуатации автомобиля с пробегом свыше 50 тыс. км возможны неисправности, характерные для машин любой марки старого выпуска: может выйти из строя трос привода сцепления, оборвавшийся в зоне регулировочной муфты, может наступить полный
«СЕЙ ТРУД ВЕСЬМА НЕСОВЕРШЕН, НО КАКОВ ЕСТЬ»… Когда я начал собирать материалы об одних из известнейших кораблей 50-х годов – эсминцах проекта 56, то считал, что по ним у всех всё есть. Но при ближайшем рассмотрении оказалось, что там, где должны быть завалы информации, зияет
Общее устройство автомобиля Все автомобили, в независимости от особенности своей конструкции состоят из трех основных частей:1. двигателя,2. кузова,3. шасси.Двигатель – это главная движущая сила автомобиля, источник механической энергии. В двигателе тепловая энергия
Водитель автомобиля Кто же такой водитель автомобиля. В справочниках мы найдем такой ответ: водител ь – человек, управляющий легковыми и грузовыми автомобилями и автобусами всех типов и марок.Водителю автомобиля мало знать правила движения, необходимо контролировать
Общее устройство автомобиля Все автомобили, в независимости от особенности своей конструкции состоят из трех основных частей:1. двигателя,2. кузова,3. шасси.Двигатель – это главная движущая сила автомобиля, источник механической энергии. В двигателе тепловая энергия
Общее устройство автомобиля Все автомобили, в независимости от особенности своей конструкции состоят из трех основных частей:1. двигателя,2. кузова,3. шасси.Двигатель – это главная движущая сила автомобиля, источник механической энергии. В двигателе тепловая энергия
Движение автомобиля в колонне Автомобильной колонной называется группа автомобилей, выполняющих общую задачу и движущаяся по одному маршруту, под единым руководством. Перевозку некоторых грузов нужно производить в колонах (группами автомобилей Основной принцип
Общее устройство автомобиля Все автомобили, в независимости от особенности своей конструкции состоят из трех основных частей:1. двигателя,2. кузова,3. шасси.Двигатель – это главная движущая сила автомобиля, источник механической энергии. В двигателе тепловая энергия
Общее устройство автомобиля Все автомобили, в независимости от особенности своей конструкции состоят из трех основных частей:1. двигателя,2. кузова,3. шасси.Двигатель – это главная движущая сила автомобиля, источник механической энергии. В двигателе тепловая энергия
Каков в колыбельку… Каждый ребенок — изобретатель: иначе в детстве было бы очень скучно. То и дело малыш слышит от взрослых: «Не трогай!», «Оставь это в покое!», «Мал еще, сказала — вырасти!» Взрослые тщательно оберегают от детей свой мир, свои вещи. Детям предоставлены
Пожалуй, основным конструктивным элементом любой машины является «сердце», а именно двигатель. От того, как слаженно и эффективно будет работать этот агрегат, дальше зависят скорость, комфорт, тяговые характеристики машины. Важным индикатором эффективной работы ДВС любого агрегата и авто является его КПД.
Эта общепризнанная аббревиатура расшифровывается просто – коэффициент полезного действия. Но что такое КПД двигателя легкового автомобиля знает не каждый водитель? Возможно ему это и ненужно, а знать нужно всё!
Теперь немного о том, что же представляет собой КПД, и от чего зависит. По классическому определению это соотношение выполненной работы и затраченной для этого энергии. Определяется в процентном соотношении. Чем выше процент коэффициента полезных действий, тем эффективнее работает двигатель. Правда, даже современные автомобили не могут похвастаться достаточно высокими показателями КПД.
Сегодня считается нормальным, если уровень полезной работы ДВС машины находится в пределах 20 – 60%. Для сравнения – использование электрических двигателей дает возможность получать КПД на уровне 95%. Потеря эффективности возникает от различных внутренних и внешних факторов, воздействующих на двигатель,когда он эксплуатируется.
В частности к таким можно отнести потерю энергию через «вымывание» тепла, неэффективно подготовленная воздушная смесь, что в дальнейшем становится причиной ее неполного сгорания, затраты энергии на преодоление трения, потеря тепла в процессе отвода сгоревших газов. Суммарно такие потери могут достигать до 60 – 80% от изначально получаемой энергии.
Конечно, такой подход приводит к нецелевому использованию топлива, низкой мощности, быстрому изнашиванию деталей отдельного типа, необходимости выполнения более частых профилактических осмотров и ремонтов. Здесь важным моментом является необходимость использования качественных деталей. Ведь в процессе работы двигателя все его части постоянно находятся в повышенном напряжении. И малейший изъян одной из его частей может стать причиной выхода из строя всего агрегата.
Нужно также понимать, что КПД двигателей, работающих на бензине намного ниже таких же моторов, которые работают на дизтопливе. Отличительной особенностью этих видов топлива является использование дополнительных зажигательных элементов (в случае с бензином), либо же подача готовой топливной смеси в заранее подготовленную камеру со сжатым воздухом, где такое топливо самостоятельно воспламеняется.
Отдельно важно остановиться и на качестве самого топлива. Ведь неполное сгорание топлива может стать причиной потери до 25% выделяемой энергии. Поэтому многие компании тщательно подходят к выбору поставщиков топлива. Ведь четвертая часть потери это достаточно внушительный показатель. Более того, несгоревшее топливо имеет свойство не только попадать в атмосферу и загрязнять ее (а за это можно получить солидный штраф), но и оседает на внутренних стенках двигателя и его частей, тем самым приводя к засорению и преждевременному износу.
Используя качественное топливо, вы имеете возможность без проведения какой-либо внутренней модернизации машины, либо же замены отдельных его частей, фактически на ровном месте существенно повысит КПД мотора.
Учитывая повышенный спрос общества на эффективные, экономные и комфортные автомобили, сегодня ученые и эксперты с разных стран участвуют в программах совершенствования автомобильных двигателей с тем, чтобы довести их КПД до уровня 80% и выше.
Для этого используются различные конструкционные доработки (например, турбо надув), заменяются металлические составляющие основы ДВС на более легкие сплавы, способные держать тепло и сводить уровень трения к минимуму при минимальных необходимых для этого затратах.
Все это становится основой для выпуска более компактных, облегченных двигателей, способных перерабатывать в полезную работу большую часть полученной изначально энергии. Тем самым все это позволяет реально экономить в процессе дальнейшей эксплуатации и обслуживании машины.
При этом уделяется большое внимание усовершенствованию и очистке уже имеющихся элементов (топливо, системы охлаждения, смазки, подачи горючего и отвода газов), ведь, как мы уже обратили внимание ранее, таким образом можно повысить КПД даже не меняя отдельных частей. Достаточно просто заливать правильное топливо, понизить уровень теплоотдачи в процессе работы ДВС, либо же отвода выхлопов.
Еще одним моментом эффективного использования транспортного средства, есть оптимальный уровень загрузки транспортного средства. Выдерживая среднюю скорость, правильные передачи, не пытаясь показывать свое излишнее мастерство, вы получите возможность существенно снизить потребление топлива. А также сможете достигнуть оптимальной мощности и скорости автокара в определенных условиях.
Рекомендуем Вам ознакомиться и узнать, что такое вискомуфта в автомобиле.
Поделитесь информацией с друзьями:
Насколько эффективны двигатели? Двигатели внутреннего сгорания ошеломляюще неэффективны. Большинство дизельных двигателей не имеют даже 50-процентного теплового КПД. Из каждого галлона дизельного топлива, сжигаемого двигателем внутреннего сгорания, менее половины вырабатываемой энергии становится механической энергией. Другими словами, из энергии, производимой дизельным двигателем в пикапе, например, менее половины произведенной энергии фактически толкает пикап по дороге.
А автомобили с бензиновым двигателем еще более неэффективны, значительно более неэффективны.
Хотя может показаться, что транспортное средство, которое преобразует только 50% тепловой энергии, вырабатываемой при сгорании, в механическую энергию, чрезвычайно неэффективно, многие транспортные средства на дороге фактически тратят впустую около 80% энергии, вырабатываемой при сгорании топлива. Бензиновые двигатели часто выбрасывают более 80% произведенной энергии через выхлопную трубу или отдают эту энергию в окружающую среду вокруг двигателя.
Причины низкой эффективности двигателей внутреннего сгорания являются следствием законов термодинамики. Термодинамика определяет тепловой КПД — или неэффективность — двигателя внутреннего сгорания.
«Двигатели внутреннего сгорания производят механическую работу (мощность) за счет сжигания топлива. В процессе сгорания топливо окисляется (сгорает). Этот термодинамический процесс высвобождает тепло, которое частично преобразуется в механическую энергию», — сообщает X-Engineer.org. Но большая часть произведенной энергии теряется. Большая часть энергии, вырабатываемой двигателем внутреннего сгорания, тратится впустую.
В то время как даже краткое объяснение того, почему двигатели внутреннего сгорания обязательно требуют несколько длинного объяснения термодинамики, объяснение длины в Твиттере легко понять: разница в температуре между сгоранием топлива, двигателем и воздухом снаружи двигателя определяет тепловой КПД. — то есть неэффективность двигателя внутреннего сгорания.
КПД двигателя внутреннего сгорания измеряется как сумма теплового КПД. Тепловой КПД является следствием термодинамики. Существует и определение, и формула для теплового КПД. Согласно LearnThermo.com, «тепловой КПД — это мера производительности энергетического цикла или теплового двигателя».
Строгое определение теплового КПД, согласно словарю Merriam-Webster, это «отношение тепла, используемого тепловым двигателем, к общему количеству тепловых единиц в потребленном топливе». Более практичное непрофессиональное определение теплового КПД заключается в том, что количество энергии, вырабатываемой при сжигании топлива в двигателе внутреннего сгорания, по отношению к количеству этой энергии, которая становится механической энергией.
Формула для теплового КПД, однако, может дать самое простое объяснение. Тепловая энергия – это количество потерянного тепла, деленное на количество тепла, переданного в систему, причем тепло является синонимом энергии. Результатом деления потерь на вход является коэффициент теплового КПД этой системы. Коэффициент теплового КПД — это количество энергии, которое идет на приведение в действие коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания — по крайней мере, с поршнями.
Существуют два закона термодинамики, определяющие тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания.
Первый закон термодинамики
Тепловой КПД — следовательно, КПД двигателя внутреннего сгорания — определяется законами термодинамики. Согласно первому закону термодинамики выход энергии не может превышать энерговклад. Другими словами, энергия, производимая двигателем — будь то потерянная энергия или энергия, используемая для передвижения, — никогда не будет больше энергетического потенциала топлива, подаваемого в камеру сгорания.
Первый закон термодинамики интуитивно понятен. Первый закон термодинамики является неотъемлемой частью закона сохранения энергии. Энергия не может быть ни создана, ни уничтожена. Первый закон термодинамики — это просто еще одна формула, доказывающая, что энергия не может быть создана. Используя деньги в качестве метафоры для первого закона термодинамики, вы не можете получить больше четырех четвертей с доллара.
В то время как первый закон имеет отношение к эффективности двигателя внутреннего сгорания, именно второй закон термодинамики объясняет, почему двигатели внутреннего сгорания настолько неэффективны.
Второй закон термодинамики
Согласно второму закону термодинамики невозможно достичь 100% тепловой эффективности.
Существует предел потенциальной эффективности двигателя внутреннего сгорания. Второй закон термодинамики, называемый теоремой Карно, гласит: «Даже идеальный двигатель без трения не может преобразовывать почти 100% поступающего тепла в работу. Ограничивающими факторами являются температура, при которой тепло поступает в двигатель, и температура окружающей среды, в которую двигатель отводит отработанное тепло».
Чрезвычайно большой процент энергии, вырабатываемой при сгорании топлива, теряется. Потеря энергии является причиной перегрева двигателя. Нагрев двигателя происходит за счет кондуктивной теплопередачи. Потеря энергии в виде тепла является причиной нагрева воздуха вокруг двигателя за счет конвективной теплопередачи. Вместо того, чтобы производить механическую энергию, обогреватель нагревает двигатель и атмосферу вокруг двигателя. В результате конвекции и теплопроводности энергия теряется в воздухе вокруг двигателя и в двигателе, потому что и двигатель, и воздух вокруг двигателя имеют более низкую температуру, чем температура сгорания топлива.
Кроме того, огромная часть энергии, производимой двигателем внутреннего сгорания, просто выбрасывается выхлопными газами, опять же, никогда не превращаясь в механическую энергию.
Теплота — энергия — потери и теорема Карно
Чем больше разница температур между температурой сгорания топлива и температурой окружающей среды, тем ниже тепловой КПД двигателя. Другими словами, чем больше разница между температурой горящего топлива и металла и воздуха вокруг него, тем больше потери энергии. Чем больше разница температур, тем больше неэффективность двигателя — факт, доказанный теоремой Карно.
Предел Карно — это количество энергии, выделяемой при сгорании, которая становится механической энергией. Этот предел определяется разницей в теплоте сгорания и температуре элементов и атмосферы вокруг процесса сгорания. Чем больше разница между температурой горящего топлива и температурой окружающей среды вокруг процесса горения, тем ниже предел Карно .
Термический КПД бензинового двигателя чрезвычайно низок. В то время как есть компании, стремящиеся улучшить тепловую эффективность бензиновых двигателей, чрезвычайно сложно даже сравнить эффективность сгорания со старыми дизельными двигателями. По словам Toyota, компании, пытающейся повысить тепловую эффективность своих автомобилей, «большинство двигателей внутреннего сгорания невероятно неэффективны в преобразовании сожженного топлива в полезную энергию. Эффективность, с которой они это делают, измеряется с точки зрения «термического КПД», и большинство бензиновых двигателей внутреннего сгорания в среднем имеют тепловой КПД около 20 процентов.
Дизель обычно имеет более высокий тепловой КПД, в некоторых случаях тепловой КПД приближается к 40 процентам. Toyota находится в процессе разработки нового бензинового двигателя, который, по утверждению компании, имеет максимальную тепловую эффективность 38 процентов, тепловую эффективность, которая «больше, чем у любого другого серийного двигателя внутреннего сгорания».
Еще один взгляд на тепловую эффективность связан с затратами на топливо. На каждый доллар бензина, который покупает человек, уходит почти 80 центов в виде отходов. Только 20 центов из каждого доллара фактически приводят в движение бензиновый двигатель. Несмотря на то, что это поразительно мало, даже обычные дизельные двигатели стоят не менее 40 центов за доллар при механическом использовании.
Несмотря на то, что 60 центов из каждого доллара дизельного топлива теряется из-за термической неэффективности, это все равно в два раза лучше, чем средний бензиновый двигатель.
В то время как Toyota утверждает, что тепловой КПД бензиновых двигателей составляет 20%, а дизельных двигателей — 40%, MDPI из Базеля, Швейцария, считает, что эти цифры на самом деле выше. Согласно MDPI, бензиновые двигатели имеют тепловой КПД от 30% до 36%, тогда как дизельные двигатели могут достигать термического КПД почти 50%. «Двигатели с искровым зажиганием современного производства работают с тормозным тепловым КПД (КПД) порядка 30–36 % [12], двигатели с воспламенением от сжатия давно признаны одними из самых эффективных силовых агрегатов, текущий КПД дизелей может достигать до 40–47%.
Тем не менее, это означает, что тепловой КПД дизельного двигателя примерно на 25% выше, чем у бензинового двигателя. Согласно Popular Mechanics, причина, по которой дизельные двигатели имеют более высокий тепловой КПД, чем бензиновые, заключается в двух факторах: степени сжатия и сгорании на обедненной смеси. «Когда дело доходит до преодоления больших расстояний на скоростях по шоссе, дизельные двигатели с более высокой степенью сжатия и сгоранием на обедненной смеси обеспечивают эффективность, с которой в настоящее время не может сравниться ни один газовый двигатель — по крайней мере, без серьезной помощи со стороны дорогой гибридной системы».
Тепловой КПД и степень сгорания
В двигателе внутреннего сгорания тепловой КПД частично определяется степенью сжатия. Степень сжатия — это разница между наибольшим объемом в камере сгорания — когда поршень опущен — и объемом в камере сгорания, когда она достигает точки, в которой топливо, впрыскиваемое в камеру, взрывается. Степень сжатия бензинового двигателя намного ниже, чем у дизельного двигателя.
Коэффициент сгорания типичного бензинового двигателя составляет от 8:1 до 12:1. «Если компрессия бензинового двигателя выше примерно 10,5, если октановое число топлива не высокое, происходит детонационное сгорание». Детонация является результатом предварительного сгорания, когда бензин воспламеняется из-за давления сжатия, а не сжатия в результате воздействия искры.
Дизельные двигатели имеют гораздо более высокую степень сжатия. На это есть две причины. Во-первых, дизельные двигатели являются двигателями сжатия. Компрессия - это то, что заставляет дизель в камере сгорания взрываться. В компрессионном двигателе нет искры, которая воспламеняет дизель. Кроме того, дизельные двигатели имеют более высокую степень сжатия, поскольку дизель является более стабильным топливом. Для воспламенения дизельного топлива необходимо большее давление — более высокая степень сжатия. Степень сжатия большинства дизельных двигателей составляет от 14:1 до 25:1.
Владелец транспортного средства мало что может сделать для повышения термической эффективности двигателя. Ограничения конструкции и ограничения технологий не позволяют владельцам вносить значительные улучшения в транспортное средство в отношении теплового КПД. Тем не менее, возможно улучшить эффективность сгорания.
Эффективность сгорания — это скорость, с которой двигатель преобразует топливо в энергию. В частности, применительно к тяжелому топливу с высокой плотностью энергии — дизельному топливу, мазуту, бункерному топливу и т. д. — существуют технологии, позволяющие значительно повысить эффективность сгорания. Из-за природы топлива с высокой плотностью энергии, а именно из-за того, что топливо с высокой плотностью энергии состоит из больших и длинных молекул углеводородов, тяжелое топливо может иметь низкую эффективность сгорания.
Топлива с низкой плотностью энергии, такие как бензин и природный газ, обычно имеют постоянную скорость сгорания по сравнению с более тяжелыми видами топлива, поскольку они состоят из более мелких молекул углеводородов с короткой цепью. Но более крупные и длинные молекулы углеводородов и молекулярные цепи в тяжелом топливе имеют тенденцию объединяться в кластеры, что означает, что молекулы внутри кластера не подвергаются воздействию воздуха. Без воздуха углеводороды не воспламеняются.
Топливные катализаторы являются одним из простейших средств повышения эффективности сгорания тяжелого топлива. Благородные металлы — также известные как катализаторы — в составе благородных металлов разрушают кластеры топлива, деполяризуя внутренние заряды, которые заставляют углеводороды собираться вместе.
Топливный катализатор Rentar, например, может повысить эффективность сгорания топлива и, следовательно, эффективность использования топлива на 3–8 % в вездеходах. На тяжелой технике увеличение топливной экономичности еще более заметно. При добавлении топливного катализатора Rentar в печь или котел, работающий на тяжелом топливе, увеличение может составить 30% и более.
Несмотря на то, что трудно предотвратить растрату энергии, присущую всем двигателям внутреннего сгорания, повысить эффективность использования топлива все же возможно. Пока мы не сможем производить двигатели с более высоким тепловым КПД, лучшее, что мы можем сделать, — это улучшить эффективность сгорания.
Только около 12-30% энергии топлива, которое вы заправляете в обычном автомобиле, используется для его движения по дороге, в зависимости от ездового цикла. Остальная энергия теряется из-за неэффективности двигателя и трансмиссии или используется для питания аксессуаров. Таким образом, потенциал повышения эффективности использования топлива с помощью передовых технологий огромен.
Потребность в энергии на этой диаграмме оценивается для движения по городу с частыми остановками с использованием процедуры испытаний EPA FTP-75.
В транспортных средствах с бензиновым двигателем большая часть энергии топлива теряется в двигателе, главным образом в виде тепла. Меньшее количество энергии теряется из-за трения в двигателе, нагнетания воздуха в двигатель и из него и неэффективного сгорания.
Передовые технологии, такие как регулирование фаз газораспределения и подъема (VVT&L), турбонаддув, непосредственный впрыск топлива и отключение цилиндров, могут использоваться для снижения этих потерь.
Дизельные двигатели имеют более низкие потери и обычно на треть эффективнее своих бензиновых аналогов. Последние достижения в области дизельных технологий и видов топлива делают дизели более привлекательными.
подробнее…
Энергия теряется в трансмиссии и других частях трансмиссии. Такие технологии, как автоматизированные механические коробки передач (АМТ), коробки передач с двойным сцеплением, коробки передач с блокировкой и бесступенчатые коробки передач (CVT), могут уменьшить эти потери.
Электрические аксессуары, такие как обогреватели сидений и рулевого колеса, фары, стеклоочистители, навигационные и развлекательные системы требуют энергии и меньшей экономии топлива.
Потери от аксессуаров, таких как электрические дверные замки и сигнальные лампы, ничтожны, а потери от обогревателей сидений и рулевого колеса и вентиляторов климат-контроля более значительны.
Водяной насос, топливный насос, масляный насос, система зажигания и система управления двигателем используют энергию, вырабатываемую двигателем.
Каждый раз, когда вы используете тормоза в обычном транспортном средстве, энергия, первоначально используемая для преодоления инерции и движения транспортного средства, теряется в виде тепла из-за трения в тормозах.
Меньше энергии используется для движения более легкой машины. Таким образом, при торможении более легкого автомобиля тратится меньше энергии. Вес можно уменьшить за счет использования легких материалов и облегченных технологий.
Гибриды, подключаемые гибриды и электромобили используют рекуперативное торможение для восстановления части энергии торможения, которая в противном случае была бы потеряна.
подробнее…
Транспортное средство тратит энергию на то, чтобы убрать воздух с пути, когда движется по дороге — меньше энергии на низких скоростях и больше на увеличении скорости.
Это сопротивление напрямую связано с формой и передней частью автомобиля. Более гладкие формы транспортных средств уже значительно снизили лобовое сопротивление, но возможно дальнейшее снижение на 20–30%.
подробнее…
Сопротивление качению – это сила сопротивления, вызванная деформацией шины при качении по плоской поверхности.
Новые конструкции шин и материалы могут снизить сопротивление качению. Для автомобилей снижение сопротивления качению на 5–7 % увеличивает эффективность использования топлива на 1 %, но эти улучшения должны быть сбалансированы с учетом тяги, долговечности и шума.
подробнее…
Транспортное средство тратит значительное время на холостой ход при вождении по городу (движение с частыми остановками), используя энергию для запуска двигателя и питания водяного насоса, гидроусилителя руля и других аксессуаров.
Интегрированные системы стартера/генератора (ISG), подобные тем, которые используются в гибридах, устраняют работу на холостом ходу, выключая двигатель, когда автомобиль останавливается, и перезапуская его при нажатии на педаль акселератора.
Потребность в энергии на этой диаграмме оценивается для процедуры теста EPA Highway Fuel Economy Test (движение по шоссе со средней скоростью около 48 миль в час и без промежуточных остановок).
В автомобилях с бензиновым двигателем большая часть энергии топлива теряется в двигателе, в основном в виде тепла. Меньшее количество энергии теряется из-за трения в двигателе, нагнетания воздуха в двигатель и из него и неэффективного сгорания.
Передовые технологии, такие как регулирование фаз газораспределения и подъема (VVT&L), турбонаддув, непосредственный впрыск топлива и отключение цилиндров, могут использоваться для снижения этих потерь.
Дизельные двигатели по своей природе имеют меньшие потери и, как правило, на одну треть более эффективны, чем их бензиновые аналоги. Последние достижения в области дизельных технологий и видов топлива делают дизели более привлекательными.
подробнее…
Энергия теряется в трансмиссии и других частях трансмиссии. Такие технологии, как автоматизированные механические коробки передач (АМТ), коробки передач с двойным сцеплением, коробки передач с блокировкой и бесступенчатые коробки передач (CVT), могут уменьшить эти потери.
Электрические аксессуары, такие как обогреватели сидений и рулевого колеса, фары, стеклоочистители, навигационные и развлекательные системы требуют энергии и меньшей экономии топлива.
Потери от аксессуаров, таких как электрические дверные замки и сигнальные лампы, ничтожны, а потери от обогревателей сидений и рулевого колеса и вентиляторов климат-контроля более значительны.
Водяной насос, топливный насос, масляный насос, система зажигания и система управления двигателем используют энергию, вырабатываемую двигателем.
Каждый раз, когда вы используете тормоза в обычном транспортном средстве, энергия, первоначально используемая для преодоления инерции и движения транспортного средства, теряется в виде тепла из-за трения в тормозах.
Для движения более легкого автомобиля требуется меньше энергии. Таким образом, при торможении более легкого автомобиля тратится меньше энергии. Вес можно уменьшить за счет использования легких материалов и облегченных технологий.
Гибриды, подключаемые гибриды и электромобили используют рекуперативное торможение для восстановления части энергии торможения, которая в противном случае была бы потеряна.
подробнее…
Транспортное средство тратит энергию на то, чтобы убрать воздух с пути, когда движется по дороге — меньше энергии на низких скоростях и больше на увеличении скорости.
Это сопротивление напрямую связано с формой и передней частью автомобиля. Более гладкие формы транспортных средств уже значительно снизили лобовое сопротивление, но возможно дальнейшее снижение на 20–30%.
подробнее…
Сопротивление качению — это сила сопротивления, вызванная деформацией шины при качении по плоской поверхности.
Новые конструкции шин и материалы могут снизить сопротивление качению. Для автомобилей снижение сопротивления качению на 5–7 % увеличивает эффективность использования топлива на 1 %, но эти улучшения должны быть сбалансированы с учетом тяги, долговечности и шума.
подробнее…
Движение по шоссе практически не требует работы на холостом ходу. Ездовой цикл EPA по шоссе (HWFET) не включает холостой ход.
Потребность в энергии на этой диаграмме оценивается для 55 % движения по городу и 45 % движения по шоссе. См. оценки для движения по городу и шоссе для получения дополнительной информации.
В транспортных средствах с бензиновым двигателем большая часть энергии топлива теряется в двигателе, главным образом в виде тепла. Меньшее количество энергии теряется из-за трения в двигателе, нагнетания воздуха в двигатель и из него и неэффективного сгорания.
Передовые технологии, такие как регулирование фаз газораспределения и подъема (VVT&L), турбонаддув, непосредственный впрыск топлива и отключение цилиндров, могут использоваться для снижения этих потерь.
Дизельные двигатели имеют более низкие потери и обычно на треть эффективнее своих бензиновых аналогов. Последние достижения в области дизельных технологий и видов топлива делают дизели более привлекательными.
подробнее…
Энергия теряется в трансмиссии и других частях трансмиссии. Такие технологии, как автоматизированные механические коробки передач (АМТ), коробки передач с двойным сцеплением, коробки передач с блокировкой и бесступенчатые коробки передач (CVT), могут уменьшить эти потери.
Электрические аксессуары, такие как обогреватели сидений и рулевого колеса, фары, стеклоочистители, навигационные и развлекательные системы требуют энергии и меньшей экономии топлива.
Потери от аксессуаров, таких как электрические дверные замки и сигнальные лампы, ничтожны, а потери от обогревателей сидений и рулевого колеса и вентиляторов климат-контроля более значительны.
Водяной насос, топливный насос, масляный насос, система зажигания и система управления двигателем используют энергию, вырабатываемую двигателем.
Каждый раз, когда вы используете тормоза в обычном транспортном средстве, энергия, первоначально используемая для преодоления инерции и движения транспортного средства, теряется в виде тепла из-за трения в тормозах.
Меньше энергии используется для движения более легкой машины. Таким образом, при торможении более легкого автомобиля тратится меньше энергии. Вес можно уменьшить за счет использования легких материалов и облегченных технологий.
Гибриды, подключаемые гибриды и электромобили используют рекуперативное торможение для восстановления части энергии торможения, которая в противном случае была бы потеряна.
подробнее…
Транспортное средство тратит энергию на то, чтобы убрать воздух с пути, когда движется по дороге — меньше энергии на низких скоростях и больше на увеличении скорости.
Это сопротивление напрямую связано с формой и передней частью автомобиля. Более гладкие формы транспортных средств уже значительно снизили лобовое сопротивление, но возможно дальнейшее снижение на 20–30%.
подробнее…
Сопротивление качению – это сила сопротивления, вызванная деформацией шины при качении по плоской поверхности.
Новые конструкции шин и материалы могут снизить сопротивление качению. Для автомобилей снижение сопротивления качению на 5–7 % увеличивает эффективность использования топлива на 1 %, но эти улучшения должны быть сбалансированы с учетом тяги, долговечности и шума.
подробнее…
Транспортное средство тратит значительное время на холостой ход при вождении по городу (движение с частыми остановками), используя энергию для запуска двигателя и питания водяного насоса, гидроусилителя руля и других аксессуаров. Однако вождение по шоссе почти не включает холостой ход.
Интегрированные системы стартера/генератора (ISG), подобные тем, которые используются в гибридах, устраняют работу на холостом ходу, выключая двигатель, когда автомобиль останавливается, и перезапуская его при нажатии на педаль акселератора.
Примечание. Потребление энергии и потери варьируются от автомобиля к автомобилю. Эти оценки приведены для иллюстрации общих различий в потоке энергии в различных типах транспортных средств во время разных ездовых циклов.
Оценка потребности в энергии основана на анализе более 100 автомобилей, проведенном Национальной лабораторией Ок-Ридж с использованием файлов данных списка тестовых автомобилей Агентства по охране окружающей среды.
Томас, Дж. 2014. Эффективность трансмиссии ездового цикла и тенденции, полученные на основе результатов динамометрии транспортных средств Агентства по охране окружающей среды. САЕ Интерн. Дж. Пассенг. Автомобили - Мех. Сист. 7(4):2014, doi:10.4271/2014-01-2562.
Баглионе, М., М. Дьюти и Г. Панноне. 2007. Методология анализа энергии автомобильной системы и инструмент для определения энергоснабжения и потребности в подсистеме транспортного средства. Технический документ SAE 2007-01-0398, 2007 Всемирный конгресс SAE, Детройт, Мичиган, апрель.
Bandivadekar, A., K. Bodek, L. Cheah, C. Evans, T. Groode, J. Heywood, E. Kasseris, M. Kromer и M. Weiss. 2008. В дороге в 2035 году: сокращение потребления нефти транспортом и выбросов парниковых газов. Лаборатория энергетики и окружающей среды Массачусетского технологического института, отчет № LFEE 2008-05 RP, Кембридж, Массачусетс.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
