Efficacité d'un moteur à combustion interne. Combien est à peu près égal, ainsi que la puissance en pourcentage. Efficacité d'un moteur à combustion interne - comprenons l'efficacité par comparaison
Tout le monde s’est probablement interrogé sur l’efficacité (Coefficient of Efficiency) d’un moteur à combustion interne. Après tout, plus cet indicateur est élevé, plus il fonctionne efficacement Unité de puissance. Actuellement considéré comme le plus efficace type électrique, son rendement peut atteindre jusqu'à 90 - 95 %, mais pour les moteurs à combustion interne, qu'ils soient diesel ou essence, il est, pour le moins, loin d'être idéal...
Pour être honnête, alors options modernes les moteurs sont beaucoup plus efficaces que leurs homologues sortis il y a 10 ans, et cela pour de nombreuses raisons. Pensez par vous-même avant, la version 1,6 litre ne produisait que 60 à 70 ch. Et maintenant, cette valeur peut atteindre 130 à 150 ch. Il s’agit d’un travail minutieux d’augmentation de l’efficacité, dans lequel chaque « étape » est réalisée par essais et erreurs. Commençons cependant par une définition.
- c'est la valeur du rapport de deux quantités, la puissance fournie au vilebrequin du moteur et la puissance reçue par le piston, due à la pression des gaz formés lors de l'inflammation du carburant.
En termes simples, il s'agit de la transformation de l'énergie thermique ou thermique qui apparaît lors de la combustion mélange de carburant(air et essence) à mécanique. A noter que cela s'est déjà produit, par exemple dans steam centrales électriques— le carburant a également poussé les pistons des unités sous l'influence de la température. Cependant, les installations y étaient plusieurs fois plus grandes et le combustible lui-même était solide (généralement du charbon ou du bois de chauffage), ce qui rendait difficile son transport et son fonctionnement, il fallait constamment « l'introduire » dans le four avec des pelles ; Les moteurs à combustion interne sont beaucoup plus compacts et plus légers que les moteurs « à vapeur », et le carburant est beaucoup plus facile à stocker et à transporter.
En savoir plus sur les pertes
Pour l'avenir, nous pouvons affirmer avec certitude que l'efficacité d'un moteur à essence varie de 20 à 25 %. Et il y a plusieurs raisons à cela. Si nous prenons le carburant entrant et le convertissons en pourcentages, alors nous semblons obtenir « 100 % de l'énergie » qui est transférée au moteur, et puis il y a des pertes :
1)La consommation de carburant . Tout le carburant n'est pas brûlé, une petite partie part avec les gaz d'échappement, à ce niveau on perd déjà jusqu'à 25% d'efficacité. Bien sûr, les systèmes de carburant s'améliorent désormais, un injecteur est apparu, mais il est loin d'être idéal.
2) La seconde concerne les pertes thermiquesEt . Le moteur se réchauffe ainsi que de nombreux autres éléments, comme les radiateurs, sa carrosserie et le liquide qui y circule. Également, une partie de la chaleur s’échappe avec les gaz d’échappement. Tout cela entraîne jusqu’à 35 % de perte d’efficacité.
3) Le troisième concerne les pertes mécaniques . SUR toutes sortes de pistons, bielles, segments - tous les endroits où il y a des frictions. Cela peut également inclure des pertes dues à la charge du générateur, par exemple, plus le générateur génère d'électricité, plus il ralentit la rotation du vilebrequin. Bien sûr, les lubrifiants ont également progressé, mais encore une fois, personne n'a encore réussi à vaincre complètement les frottements - les pertes sont encore de 20 %.
Ainsi, l’essentiel est que l’efficacité est d’environ 20 % ! Bien sûr, parmi les options essence, il existe des options remarquables dans lesquelles ce chiffre est porté à 25 %, mais elles ne sont pas nombreuses.
Autrement dit, si votre voiture consomme 10 litres de carburant aux 100 km, alors seulement 2 litres iront directement au travail, et le reste est une perte !
Bien sûr, vous pouvez augmenter la puissance, par exemple en vous perçant la tête, en regardant une courte vidéo.
Si vous vous souvenez de la formule, il s'avère :
Quel moteur a le rendement le plus élevé ?
Je veux maintenant parler des options essence et diesel et découvrir laquelle d'entre elles est la plus efficace.
Pour le dire en termes simples, et ne pas entrer dans les détails termes techniques alors - si vous comparez les deux rendements - le plus efficace d'entre eux est, bien sûr, le diesel et voici pourquoi :
1) Moteur à gaz ne convertit que 25 % de l'énergie en énergie mécanique, mais le diesel environ 40 %.
2) Si équipé type diesel turbocompresseur, vous pouvez alors atteindre un rendement de 50 à 53 %, ce qui est très significatif.
Alors pourquoi est-ce si efficace ? C'est simple : malgré le type de travail similaire (les deux sont des unités à combustion interne), le diesel fait son travail beaucoup plus efficacement. Il a une plus grande compression et le carburant s’enflamme selon un principe différent. Il chauffe moins, ce qui signifie une économie de refroidissement, il a moins de soupapes (économie de friction), et il n'a pas non plus les bobines d'allumage et bougies d'allumage habituelles, ce qui signifie qu'il ne nécessite pas de coûts énergétiques supplémentaires de la part du générateur . Il fonctionne à des vitesses inférieures, il n'est pas nécessaire de faire tourner frénétiquement le vilebrequin - tout cela fait de la version diesel un champion en termes d'efficacité.
À propos de l’efficacité du carburant diesel
AVEC une valeur de coefficient plus élevée action utile– L’efficacité énergétique suit. Ainsi, par exemple, un moteur de 1,6 litre ne peut consommer que 3 à 5 litres en ville, contrairement au type à essence, où la consommation est de 7 à 12 litres. Un moteur diesel est beaucoup plus efficace ; le moteur lui-même est souvent plus compact et plus léger, et aussi Dernièrement et plus respectueux de l'environnement. Tous ceux-ci points positifs, sont obtenus grâce à la valeur plus grande de , il existe une relation directe entre l'efficacité et la compression, voir le petit tableau.
Cependant, malgré tous ses avantages, il présente également de nombreux inconvénients.
Comme il devient clair, l'efficacité du moteur à combustion interne est loin d'être idéale, l'avenir est donc clairement options électriques– il ne reste plus qu’à trouver des batteries efficaces qui ne craignent pas le gel et tiennent longtemps la charge.
La physique est une science qui étudie les processus qui se produisent dans la nature. Cette science est très intéressante et curieuse, car chacun de nous veut se satisfaire mentalement en acquérant des connaissances et une compréhension de comment et de ce qui fonctionne dans notre monde. La physique, dont les lois ont été déduites au fil des siècles et par des dizaines de scientifiques, nous aide dans cette tâche, et nous ne devons que nous réjouir et absorber les connaissances fournies.
Mais en même temps, la physique est une science loin d'être simple, comme d'ailleurs la nature elle-même, mais il serait très intéressant de la comprendre. Aujourd'hui, nous parlerons d'efficacité. Nous apprendrons ce qu'est l'efficacité et pourquoi elle est nécessaire. Regardons tout de manière claire et intéressante.
Explication de l'abréviation - efficacité. Cependant, même cette interprétation peut ne pas être particulièrement claire du premier coup. Ce coefficient caractérise l'efficacité d'un système ou de tout organisme individuel, et le plus souvent, d'un mécanisme. L'efficacité est caractérisée par la production ou la conversion d'énergie.
Ce coefficient s'applique à presque tout ce qui nous entoure, et même à nous-mêmes, et dans une plus large mesure. Après tout, nous accomplissons tout le temps un travail utile, mais la fréquence et l’importance de ce travail sont une autre question, et le terme « efficacité » est utilisé en même temps.
Il est important de considérer que ce coefficient est une valeur illimitée, il représente généralement soit des valeurs mathématiques, par exemple 0 et 1, soit, comme c'est le plus souvent le cas, un pourcentage.
En physique, ce coefficient est désigné par la lettre Ƞ, ou, comme on l'appelle communément, Eta.
Travail utile
Lorsque nous utilisons des mécanismes ou des appareils, nous effectuons nécessairement un travail. En règle générale, il est toujours supérieur à ce dont nous avons besoin pour accomplir la tâche. A partir de ces faits, on distingue deux types de travail : celui-ci est dépensé, qui est désigné lettre capitale, A avec un petit z (Az), et utile - A avec la lettre p (Ap). Par exemple, prenons ce cas : nous avons pour tâche de soulever un pavé d'une certaine masse jusqu'à une certaine hauteur. Dans ce cas, le travail consiste uniquement à surmonter la force de gravité, qui, à son tour, agit sur la charge.
Dans le cas où un dispositif autre que la gravité du pavé est utilisé pour le levage, il est également important de prendre en compte gravité des pièces de cet appareil. Et en plus de tout cela, il est important de se rappeler que même si nous gagnons en force, nous perdrons toujours en cours de route. Tous ces faits conduisent à la conclusion que le travail dépensé dans tous les cas sera plus utile, Az > An, la question est de savoir de combien il s'agit, car vous pouvez réduire au maximum cette différence et ainsi augmenter l'efficacité, la nôtre ou notre appareil.
Le travail utile est la part du travail dépensé que nous effectuons à l’aide d’un mécanisme. Et l'efficacité n'est que cela quantité physique, qui montre quelle partie est un travail utile sur le total dépensé.
Résultat:
- Le travail dépensé Az est toujours supérieur au travail utile Ap.
- Plus le rapport entre utile et dépensé est élevé, plus le coefficient est élevé, et vice versa.
- Ap est trouvé en multipliant la masse et l'accélération chute libre et la hauteur de levage.
Il existe une certaine formule pour trouver l’efficacité. Cela se résume à ceci : pour trouver de l'efficacité en physique, il faut diviser la quantité d'énergie par le travail effectué par le système. Autrement dit, l’efficacité est le rapport entre l’énergie dépensée et le travail effectué. De là, nous pouvons tirer une conclusion simple : mieux c'est et plus système plus efficace ou du corps, moins d'énergie est dépensée pour faire le travail.
La formule elle-même semble courte et très simple : elle sera égale à A/Q. Autrement dit, Ƞ = A/Q. Cette brève formule capture les éléments dont nous avons besoin pour le calcul. Autrement dit, A dans ce cas est l'énergie utilisée qui est consommée par le système pendant le fonctionnement, et la lettre majuscule Q, à son tour, sera l'énergie dépensée, ou encore l'énergie dépensée.
Idéalement, l'efficacité est égale à l'unité. Mais, comme c'est souvent le cas, il est plus petit qu'elle. Cela se produit à cause de la physique et, bien sûr, de la loi de conservation de l’énergie.
Le fait est que la loi de conservation de l'énergie suggère qu'il est impossible d'obtenir plus de A que d'énergie reçue. Et même ce coefficient sera extrêmement rarement égal à un, car l'énergie est toujours gaspillée. Et le travail s'accompagne de pertes : par exemple, dans un moteur, la perte réside dans son échauffement excessif.
Donc, la formule d'efficacité :
Ƞ=A/Q, Où
- A est le travail utile effectué par le système.
- Q est l'énergie consommée par le système.
Application dans divers domaines de la physique
Il est à noter que l’efficacité n’existe pas en tant que concept neutre, chaque processus a sa propre efficacité, ce n’est pas une force de friction, il ne peut exister par lui-même.
Examinons quelques exemples de processus efficaces.
Par exemple, prenons un moteur électrique. Tâche moteur électrique- convertir l'énergie électrique en énergie mécanique. Dans ce cas, le coefficient sera l'efficacité du moteur en termes de conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique. Il existe également une formule pour ce cas, et elle ressemble à ceci : Ƞ=P2/P1. Ici, P1 est la puissance dans la version générale et P2 est la puissance utile produite par le moteur lui-même.
Il n'est pas difficile de deviner que la structure de la formule des coefficients est toujours conservée ; seules les données qui doivent y être substituées changent. Ils dépendent du cas précis, si c'est un moteur, comme dans le cas ci-dessus, alors il faut fonctionner avec la puissance dépensée, si c'est un travail, alors la formule initiale sera différente.
Maintenant nous savons détermination de l'efficacité et nous avons une idée de ce concept physique, ainsi que de ses éléments et nuances individuels. La physique est l’une des sciences les plus vastes, mais elle peut être décomposée en petits morceaux pour la comprendre. Aujourd'hui, nous avons examiné une de ces pièces.
Vidéo
Cette vidéo vous aidera à comprendre ce qu'est l'efficacité.
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La notion de coefficient de performance (COP) peut s'appliquer aux plus divers types dispositifs et mécanismes dont le fonctionnement est basé sur l'utilisation de toutes ressources. Ainsi, si nous considérons l'énergie utilisée pour faire fonctionner le système comme une telle ressource, alors le résultat doit être considéré comme le volume travail utile effectué sur cette énergie.DANS vue générale formule d'efficacité peut s'écrire comme suit : n = A*100%/Q. Dans cette formule, le symbole n est utilisé pour désigner l'efficacité, le symbole A représente la quantité de travail effectué et Q la quantité d'énergie dépensée. Il convient de souligner que l'unité de mesure de l'efficacité est le pourcentage. Théoriquement, la valeur maximale de ce coefficient est de 100%, mais en pratique, il est presque impossible d'atteindre un tel indicateur, car lors du fonctionnement de chaque mécanisme, il existe certaines pertes d'énergie.
Efficacité du moteur
Le moteur à combustion interne (ICE), qui est l'un des éléments clés du mécanisme d'une voiture moderne, est également une variante d'un système basé sur l'utilisation d'une ressource - l'essence ou Gas-oil. Par conséquent, la valeur d’efficacité peut être calculée pour celui-ci.
Malgré toutes les avancées techniques de l'industrie automobile, le rendement standard des moteurs à combustion interne reste assez faible : selon les technologies utilisées dans la conception du moteur, il peut aller de 25 % à 60 %. Cela est dû au fait que le fonctionnement d'un tel moteur est associé à des pertes d'énergie importantes.
Ainsi, la plus grande perte d'efficacité du moteur à combustion interne se produit dans le fonctionnement du système de refroidissement, qui consomme jusqu'à 40 % de l'énergie générée par le moteur. Partie substantielle l'énergie - jusqu'à 25 % - est perdue lors du processus d'élimination des gaz d'échappement, c'est-à-dire qu'elle est simplement emportée dans l'atmosphère. Enfin, environ 10 % de l'énergie produite par le moteur est consacrée à surmonter les frictions entre les différentes pièces du moteur à combustion interne.
Par conséquent, les technologues et les ingénieurs impliqués dans l'industrie automobile déploient des efforts importants pour augmenter l'efficacité des moteurs en réduisant les pertes dans tous les éléments répertoriés. Donc, la direction principale développements de conception, visant à réduire les pertes liées au fonctionnement du système de refroidissement, est associé à des tentatives de réduction de la taille des surfaces à travers lesquelles s'effectue le transfert de chaleur. La réduction des pertes dans le processus d'échange gazeux est réalisée principalement à l'aide d'un système de turbocompression, et la réduction des pertes associées au frottement est réalisée grâce à l'utilisation de systèmes plus avancés technologiquement et matériaux modernes lors de la conception d'un moteur. Selon les experts, l'utilisation de ces technologies et d'autres technologies peut augmenter le rendement des moteurs à combustion interne jusqu'à 80 % et plus.
Énergie fournie au mécanisme sous forme de travail par les forces motrices Un dv.s. et des moments par cycle de mouvement constant, sont consacrés à l'exécution d'un travail utile Et p.s.. , ainsi que pour effectuer des travaux Un pied associé au dépassement des forces de frottement dans les paires cinématiques et des forces de résistance environnementales.
Considérons un mouvement stable. L'incrément d'énergie cinétique est nul, c'est-à-dire
Dans ce cas, le travail effectué par les forces d'inertie et de gravité est égal à zéro. Un Ri = 0, UN G = 0. Alors pour un mouvement constant, le travail des forces motrices est égal à
Et le moteur =Un p.s. + Un pied.
Par conséquent, pour un cycle complet de mouvement constant, le travail de toutes les forces motrices est égal à la somme du travail des forces de résistance de production et de résistance de non-production (forces de frottement).
Efficacité mécanique η (efficacité)– le rapport entre le travail des forces de résistance de production et le travail de toutes les forces motrices pendant un mouvement constant:
η = . (3.61)
Comme le montre la formule (3.61), l'efficacité montre quelle fraction de l'énergie mécanique fournie à la machine est utilement dépensée pour effectuer le travail pour lequel la machine a été créée.
Le rapport entre le travail des forces de résistance non productives et le travail des forces motrices est appelé facteur de perte :
ψ = . (3.62)
Le coefficient de perte mécanique montre quelle proportion de l'énergie mécanique fournie à la machine se transforme finalement en chaleur et est inutilement perdue dans l'espace environnant.
Nous avons donc une relation entre l'efficacité et le facteur de perte
η =1- ψ.
Il résulte de cette formule que dans aucun mécanisme le travail des forces de résistance non productives ne peut être égal à zéro, donc l'efficacité est toujours inférieure à un ( η <1 ). De la même formule, il s'ensuit que l'efficacité peut être nulle si A dv.s = A Ftr. Le mouvement dans lequel A dv.s = A Ftr est appelé célibataire . L'efficacité ne peut pas être inférieure à zéro, car pour cela il faut que Un dv.s<А Fтр . Un phénomène dans lequel le mécanisme est au repos et la condition A dv.s est satisfaite<А Fтр, называется phénomène d'auto-freinage mécanisme. Un mécanisme pour lequel η = 1 est appelé Machine à mouvement perpétuel .
L’efficacité est donc dans les limites
0 £ η < 1 .
Considérons la détermination de l'efficacité de diverses méthodes de connexion des mécanismes.
3.2.2.1. Détermination de l'efficacité en connexion en série
Soit n mécanismes connectés en série (Figure 3.16).
Et le moteur 1 Une 1 2 Une 2 3 Une 3 Une n-1 n Une n
Figure 3.16 - Schéma des mécanismes connectés en série
Le premier mécanisme est piloté par des forces motrices qui fonctionnent Un dv.s. Puisque le travail utile de chaque mécanisme précédent, consacré à la résistance de production, est le travail des forces motrices de chaque mécanisme suivant, l'efficacité du premier mécanisme sera égale à :
η 1 = UNE 1 /Un dv.s ..
Pour le deuxième mécanisme, le rendement est égal à :
η 2 =UNE 2 /Un 1 .
Et enfin, pour le nième mécanisme l’efficacité sera :
ηn =An /Un n-1
L'efficacité globale est :
η 1 n =А n /Et le moteur
La valeur de l'efficacité globale peut être obtenue en multipliant l'efficacité de chaque mécanisme individuel, à savoir :
η 1 n = η 1 η 2 η 3 …η n= .
Ainsi, mécanique générale efficacité en série de mécanismes connectés est égal à travail efficacité mécanique des mécanismes individuels qui constituent un système global:
η 1 n = η 1 η 2 η 3 …η n .(3.63)
3.2.2.2 Détermination du rendement pour un raccordement mixte
En pratique, les mécanismes de connexion s’avèrent plus complexes. Le plus souvent, une connexion série est combinée avec une connexion parallèle. Une telle connexion est dite mixte. Regardons un exemple de connexion complexe (Figure 3.17).
Le flux d'énergie du mécanisme 2 est distribué dans deux directions. À son tour, à partir du mécanisme 3 ¢¢, le flux d'énergie est également distribué dans deux directions. Le travail total des forces de résistance de production est égal à :
Et p.s. = A¢n + A¢¢n + A¢¢¢n.
L'efficacité globale de l'ensemble du système sera égale à :
η = A p.s. /Un dv.s =(A¢n + A¢¢n + A¢¢¢n)/Un dv.s . (3.64)
Pour déterminer l'efficacité globale, il est nécessaire d'identifier les flux d'énergie dans lesquels les mécanismes sont connectés en série et de calculer l'efficacité de chaque flux. La figure 3.17 montre la ligne continue I-I, la ligne pointillée II-II et la ligne pointillée III-III, trois flux d'énergie provenant d'une source commune.
Et le moteur A 1 A ¢ 2 A ¢ 3 … A ¢ n-1 A ¢ n
II A ¢¢ 2 II
A ¢¢ 3 4 ¢¢ A ¢¢ 4 A ¢¢ n-1 n ¢¢ A ¢¢ n
Le facteur d'efficacité (efficacité) est une caractéristique de l'efficacité d'un système (appareil, machine) par rapport à la conversion d'énergie ; est déterminé par le rapport entre l'énergie utilement utilisée (convertie en travail au cours d'un processus cyclique) et la quantité totale d'énergie transférée au système.
Efficacité
(efficacité), une caractéristique de l'efficacité d'un système (appareil, machine) en relation avec la conversion ou la transmission d'énergie ; déterminé par le rapport entre l'énergie utilement utilisée et la quantité totale d'énergie reçue par le système ; généralement noté h = Wpol/Wcym.
Dans les moteurs électriques, le rendement est le rapport entre le travail mécanique (utile) effectué et l'énergie électrique reçue de la source ; dans les moteurs thermiques ≈ le rapport entre le travail mécanique utile et la quantité de chaleur dépensée ; dans les transformateurs électriques, rapport entre l'énergie électromagnétique reçue dans l'enroulement secondaire et l'énergie consommée par l'enroulement primaire. Pour calculer l'efficacité, différents types d'énergie et de travail mécanique sont exprimés dans les mêmes unités en fonction de l'équivalent mécanique de la chaleur et d'autres relations similaires. De par sa généralité, le concept d'efficacité permet de comparer et d'évaluer d'un point de vue unifié des systèmes aussi différents que les réacteurs nucléaires, les générateurs et moteurs électriques, les centrales thermiques, les dispositifs semi-conducteurs, les objets biologiques, etc.
En raison des inévitables pertes d'énergie dues au frottement, à l'échauffement des corps environnants, etc., le rendement est toujours inférieur à l'unité. En conséquence, l’efficacité est exprimée en fraction de l’énergie dépensée, c’est-à-dire en fraction propre ou en pourcentage, et est une quantité sans dimension. Le rendement des centrales thermiques atteint 35 à 40 %, les moteurs à combustion interne ≈ 40 à 50 %, les dynamos et générateurs de grande puissance ≈95 %, les transformateurs ≈98 %. L'efficacité du processus de photosynthèse est généralement de 6≈8 % ; dans la chlorelle, elle atteint 20≈25 %. Pour les moteurs thermiques, en raison de la deuxième loi de la thermodynamique, le rendement a une limite supérieure déterminée par les caractéristiques du cycle thermodynamique (processus circulaire) que subit la substance active. Le cycle Carnot a le rendement le plus élevé.
Il existe une distinction entre l'efficacité d'un élément individuel (étape) d'une machine ou d'un appareil et l'efficacité qui caractérise l'ensemble de la chaîne de transformations énergétiques dans le système. L'efficacité du premier type, selon la nature de la conversion d'énergie, peut être mécanique, thermique, etc. Le deuxième type comprend les types d'efficacité générale, économique, technique et autre. L'efficacité globale du système est égale au produit des efficacités partielles, ou efficacités d'étape.
Dans la littérature technique, l’efficacité est parfois définie de telle manière qu’elle peut être supérieure à l’unité. Une situation similaire se produit si l'efficacité est déterminée par le rapport Wpol/Wcost, où Wpol ≈ l'énergie utilisée reçue à la « sortie » du système, Wcost ≈ pas toute l'énergie entrant dans le système, mais seulement la partie de celle-ci pour laquelle l'énergie réelle est utilisée. des frais sont engagés. Par exemple, lors du fonctionnement de radiateurs thermoélectriques à semi-conducteurs (pompes à chaleur), la consommation d'énergie est inférieure à la quantité de chaleur générée par le thermoélément. L’excès d’énergie est puisé dans l’environnement. Dans ce cas, bien que le rendement réel de l'installation soit inférieur à l'unité, le rendement considéré h = Wpol/Wloss peut s'avérer supérieur à l'unité.
Lit. : Artobolevsky I.I., Théorie des mécanismes et des machines, 2e éd., M.≈L., 1952 ; Génie thermique général, éd. S. Ya Kornitsky et Ya. M. Rubinshtein, 2e éd., M.≈L., 1952 ; Génie électrique général, M.≈L., 1951 ; Vukalovich M.P., Novikov I.I., Thermodynamique technique, 4e éd., M., 1968.
Wikipédia
Efficacité
Efficacité (Efficacité) - une caractéristique de l'efficacité du système par rapport à la conversion ou au transport d'énergie. Elle est déterminée par le rapport entre l'énergie utilement utilisée et la quantité totale d'énergie reçue par le système ; généralement noté η. L'efficacité est une quantité sans dimension et est souvent mesurée en pourcentage.
