Variklio šiluminis naudingumo koeficientas yra vienas iš svarbių variklio našumo vertinimo rodiklių. Kuo didesnis variklio šiluminis efektyvumas, tuo pažangesnė technologija. Taigi, ką reiškia variklio šiluminis efektyvumas? Tegul visi, ypač draugai, kurie ruošiasi pirkti automobilį, pasižiūri į jį.
paveikslėlį
Variklio šiluminis naudingumo koeficientas reiškia variklio efektyvios galios šilumos ir per laiko vienetą sunaudotų degalų šilumos santykį. Paprasčiau tariant, tai reiškia, kiek energijos, susidarančios deginant kurą, paverčiama automobilio varomąją jėgą.
Šiluminis naudingumas apskaičiuojamas faktinę sunaudotą šilumos vertę padalijus iš kuro šilumos vertės. Pavyzdžiui: vienas litras benzino po visiško sudegimo išskirs 33580KJ šilumos, iš kurių 11000KJ variklis paverčia darbo galia. Tada šio variklio šiluminis efektyvumas šiuo metu yra:
(11000÷33580)×100%=32.8%
Paprastai tariant, tam tikro variklio šiluminis efektyvumas iš esmės yra fiksuotas nuo jo sukūrimo iki jo išvežimo iš gamyklos. Benzininių variklių didžiausias šiluminis naudingumo koeficientas paprastai yra nuo 30 % iki 40 %, o dyzelinių variklių – šiek tiek didesnis – nuo 35 % iki 45 %. Kalbant apie tai, kai kurie draugai gali paklausti, kodėl šiluminis efektyvumas nėra 100%? Realybė tokia žiauri. Variklių inžinieriams labai sunku padidinti šiluminį efektyvumą 1%, remiantis nuo 30% iki 40%. Taigi kur dingsta likę 50–60% energijos?
paveikslėlį
Variklis yra mašina, kuri šiluminę energiją paverčia mechanine energija. Pagal termodinamikos dėsnius šiluminė energija negali būti 100% paversta kitomis energijos formomis. Visose mašinose trintis yra neišvengiama, o trinties pasipriešinimo sunaudojamos šilumos negalima pašalinti. Be to, variklis turi palaikyti tam tikrą temperatūrą ir tūrį ir negali didėti ar mažėti be galo, todėl aušinimo praradimas yra neišvengiamas. Kartu su kitais veiksniais, tokiais kaip negalėjimas visiškai sudegti degalų, siurblio dujų nuostoliai ir pan., variklio šiluminis efektyvumas negali būti 100%.
Kai variklis pirmą kartą gimė, maksimalus šiluminis efektyvumas buvo mažesnis nei 20%. Po šimto metų nuolatinėmis automobilių inžinierių kartų pastangomis didžiausias automobilių variklių šiluminis efektyvumas buvo padidintas tik iki daugiau nei 40%. Tai jau yra puikus pasiekimas. Esant dabartinėms technologijoms, variklio šiluminis efektyvumas yra arti ribos. Kiekvienas procentinis padidėjimas yra didžiulė technologinė pažanga.
Kokie yra variklio šiluminio efektyvumo didinimo būdai?
1. Benzininiams varikliams tiesiausias būdas yra padidinti variklio suspaudimo laipsnį. Tai taip pat yra viena iš pagrindinių priežasčių, kodėl dyzelinių variklių šiluminis efektyvumas yra didesnis nei benzininių.
2. Sumažinkite atsparumą mechaninei trinčiai naudodami mažos trinties stūmoklius, mažo elastingumo stūmoklių žiedus ir geresnius tepalus.
3. Optimizuokite degalų tiekimo sistemą ir pritaikykite aukštesnio slėgio cilindre tiesioginį įpurškimą ir kt.
4. Optimizuokite vožtuvų grandinės įsiurbimo ir išmetimo kanalų konstrukciją ir pritaikykite kintamą vožtuvo laiką ir kėlimo technologiją.
5. Optimizuokite degimo kameros konstrukciją, kad kuro degimas būtų visapusiškesnis.
6. Optimizuokite cilindro konstrukciją ir nustatykite tinkamą kiaurymės ir eigos santykį;
7. Dyzeliniams varikliams taip pat gali būti naudojamos tokios technologijos kaip įpurškimo greičio didinimas, daugkartinis įpurškimas ir didelis įsiurbimo slėgis.
paveikslėlį
Variklio šiluminis efektyvumas nėra pastovus
Variklio šiluminis efektyvumas keičiasi keičiantis darbo sąlygoms. Daugeliu darbo sąlygų variklio šiluminis efektyvumas yra labai mažas. Pavyzdžiui, dažniausiai miesto spūsčių sąlygomis variklio šiluminis efektyvumas siekia tik apie 20 %; važiuojant greitkeliu šiluminis naudingumas gali siekti apie 30 %; darbo sąlygos su didžiausiu šiluminiu efektyvumu yra didelės apkrovos ir nedideli greičiai, pavyzdžiui, automobiliui važiuojant Kylant į stačią šlaitą, variklio droselis yra visiškai atidarytas, o oro įsiurbimo pasipriešinimas yra minimalus. Šiuo metu variklio sūkiai nėra dideli, o atsparumas mechaninei trinčiai mažas. Šiuo metu šiluminis efektyvumas yra gana didelis.
Jei variklis turi aukštą šiluminį efektyvumą, ar tai būtinai taupo degalus?
Nebūtinai. Varikliai su didesniu šiluminiu efektyvumu paprastai yra labiau pažengę technologijų srityje, o ir paties variklio ekonomiškumas tikrai geresnis. Tačiau variklio ekonomiškumas neprilygsta viso automobilio ekonomiškumui. Automobilio degalų sąnaudas lemia ne tik variklis, bet ir daugelis faktorių, tokių kaip pavarų dėžė, važiuoklė, kėbulo svoris. Todėl ne visi modeliai su didelio šiluminio efektyvumo varikliais taupo degalus.
paveikslėlį
Nuo tada, kai atsirado vidaus degimo variklis, ypač atsižvelgiant į energijos taupymo ir emisijų mažinimo tendenciją, šiluminio efektyvumo gerinimas tapo svarbiausiu mokslinių tyrimų ir plėtros prioritetu. Nors masinės gamybos modeliuose jau yra variklių, kurių šiluminis efektyvumas siekia net 43%, likusius beveik 50% šiluminio efektyvumo dar reikia ištirti. Tai yra ir daugelio automobilių įmonių intensyvių kuro variklių tyrimų reikšmė.
