Moottorin lämpötehokkuus on yksi tärkeimmistä mittareista moottorin suorituskyvyn arvioinnissa. Mitä korkeampi moottorin lämpöhyötysuhde, sitä edistyneempi tekniikka. Mitä moottorin lämpötehokkuus sitten tarkoittaa? Antakaa kaikkien, erityisesti ystävien, jotka ovat ostamassa autoa, katsoa sitä.
kuva
Moottorin lämpöhyötysuhde tarkoittaa moottorin tehollisen tehon lämmön suhdetta aikayksikköä kohti kulutetun polttoaineen lämpöön. Yksinkertaisesti sanottuna se tarkoittaa, kuinka paljon polttoaineen palamisen jälkeen syntyvää energiaa muutetaan auton käyttövoimaksi.
Lämpöhyötysuhde lasketaan jakamalla todellinen hyödynnetty lämpöarvo polttoaineen sisältämällä lämpöarvolla. Esimerkiksi: yksi litra bensiiniä vapauttaa 33580KJ lämpöä täydellisen palamisen jälkeen, josta 11000KJ muunnetaan moottorin työtehoksi. Sitten tämän moottorin lämpöhyötysuhde tällä hetkellä on:
(11000÷33580)×100%=32.8%
Yleisesti ottaen tietyn moottorin lämpöhyötysuhde on periaatteessa kiinteä sen suunnittelusta tehdaslähtöön asti. Bensiinimoottorien maksimilämpöhyötysuhde on yleensä 30-40 % ja dieselmoottoreilla hieman korkeampi, 35-45 %. Tästä puhuttaessa jotkut ystävät saattavat kysyä, miksi lämpöhyötysuhde ei ole 100 %? Todellisuus on niin julma. Koneinsinöörien on äärimmäisen vaikeaa lisätä lämpöhyötysuhdetta yhdellä prosentilla 30-40 prosentin perusteella. Joten mihin loput 50-60% energiasta menee?
kuva
Moottori on kone, joka muuntaa lämpöenergian mekaaniseksi energiaksi. Termodynamiikan lakien mukaan lämpöenergiaa ei voida muuttaa 100-prosenttisesti muiksi energiamuodoiksi. Kaikissa koneissa kitka on väistämätöntä, eikä kitkavastuksen kuluttamaa lämpöä voida poistaa. Lisäksi moottorin on säilytettävä tietty lämpötila ja tilavuus, eikä se voi nousta tai laskea loputtomasti, joten jäähdytyshäviö on väistämätöntä. Yhdessä muiden tekijöiden kanssa, kuten polttoaineen täydellisen palamisen mahdottomuus, pumpun kaasuhäviö jne., moottorin lämpöhyötysuhde ei voi olla 100 %.
Kun moottori syntyi, maksimi lämpöhyötysuhde oli alle 20 %. Sadan vuoden jälkeen autoinsinöörien sukupolvien jatkuvalla ponnistelulla autojen moottoreiden maksimilämpöhyötysuhde on nostettu vain yli 40 prosenttiin. Tämä on jo huomattava saavutus. Nykytekniikalla moottorin lämpöhyötysuhde on lähellä rajaa. Jokainen prosentuaalinen lisäys on valtava teknologinen edistys.
Millä menetelmillä moottorin lämpötehokkuutta voidaan parantaa?
1. Bensiinimoottorien kohdalla suorin tapa on lisätä moottorin puristussuhdetta. Tämä on myös yksi tärkeimmistä syistä, miksi dieselmoottoreiden lämpöhyötysuhde on korkeampi kuin bensiinimoottoreilla.
2. Vähennä mekaanista kitkavastusta käyttämällä matalakitkaisia mäntiä, matalan elastisia männänrenkaita ja tehokkaampia voiteluaineita.
3. Optimoi polttoaineen syöttöjärjestelmä ja ota käyttöön korkeampi paine sylinterissä olevaan suoraruiskutukseen jne.
4. Optimoi venttiilisarjan imu- ja pakokanavien suunnittelu ja ota käyttöön muuttuva venttiilin ajoitus ja nostotekniikka.
5. Optimoi palotilan rakenne mahdollistaaksesi täydellisemmän polttoaineen palamisen.
6. Optimoi sylinterin rakenne ja hanki sopiva poraus-iskusuhde;
7. Dieselmoottoreissa voidaan käyttää myös tekniikoita, kuten ruiskutusnopeuden lisäämistä, useita ruiskutuksia ja korkeaa imupainetta.
kuva
Moottorin lämpötehokkuus ei ole vakio
Moottorin lämpötehokkuus muuttuu käyttöolosuhteiden muuttuessa. Useimmissa työolosuhteissa moottorin lämpöhyötysuhde on hyvin alhainen. Esimerkiksi yleisimmissä kaupunkien ruuhkaolosuhteissa moottorin lämpöhyötysuhde on vain noin 20 %; moottoritiellä ajettaessa lämpöhyötysuhde voi olla noin 30%; korkeimman lämpöhyötysuhteen työskentelyolosuhteet ovat suuret kuormat ja alhaiset nopeudet, kuten autolla ajettaessa Jyrkkää rinnettä noustessa moottorin kaasu on täysin auki ja ilmanottovastus minimaalinen. Tällä hetkellä moottorin nopeus ei ole korkea ja mekaaninen kitkavastus on pieni. Lämpötehokkuus on tällä hetkellä suhteellisen korkea.
Jos moottorilla on korkea lämpöhyötysuhde, säästääkö se polttoainetta?
Ei välttämättä. Moottorit, joilla on korkeampi lämpöhyötysuhde, ovat yleensä tekniikaltaan edistyneempiä, ja itse moottorin taloudellisuus on ehdottomasti parempi. Moottorin taloudellisuus ei kuitenkaan ole sama kuin auton kokonaistaloudellisuus. Auton polttoaineenkulutus ei riipu pelkästään moottorista, vaan myös monista tekijöistä, kuten vaihdelaatikosta, alustasta ja kehon painosta. Siksi kaikki korkean lämpöhyötysuhteen moottoreilla varustetut mallit eivät ole polttoainetaloudellisia.
kuva
Polttomoottorin käyttöönoton jälkeen, erityisesti energiansäästö- ja päästövähennystrendissä, lämpöhyötysuhteen parantaminen on noussut tutkimuksen ja kehityksen tärkeimmäksi tavoitteeksi. Vaikka massatuotantomalleissa on jo moottoreita, joiden lämpöhyötysuhde on jopa 43 %, loput lähes 50 % lämpöhyötysuhteesta on vielä tutkimatta. Tämä on myös monien autoyhtiöiden intensiivisen polttoainemoottoreita koskevan tutkimuksen merkitys.
