КПД двигателя

Современные автомобили, оснащенные мощными экономичными двигателями внутреннего сгорания, имеют КПД карбюраторных двигателей 30-35 %, а дизелей – 40-43 %. Давайте проверим, таков ли КПД двигателя на самом деле.

Давайте проверим, таков ли КПД двигателя на самом деле?

1 кг бензина или солярки при сгорании выделяет 46,1 МДж. А легковой автомобиль, прошедший 100 км со средней для городского движения скоростью 40—60 км/ч, расходует на механическую работу по своему перемещению 20 МДж. Выходит, при КПД двигателя около 40 % расход топлива на 100 км должен быть около 1 кг! Но, если посчитать, то оказывается, что реальный КПД двигателя не более 10 %. В чем же дело?

Любой тепловой двигатель рассчитан на определенную мощность, и КПД его максимален при мощности, близкой к максимальной. Если автомобиль, например легковой, будет эту мощность расходовать целиком, то ехать он должен со скоростью 150-200 км/ч. При этом почти вся энергия уйдет на аэродинамические потери. Если же ехать со средней скоростью 60 км/ч, то двигатель не будет использовать даже десятой части своей мощности. Вот и выходит такой низкий КПД.

Если считать КПД двигателя, то наиболее экономичное движение автомобиля наблюдается на скорости 40-50 км/ч для грузовиков и 60-70 км/ч для легковых автомобилей. Минимальный расход топлива при этом даже называется контрольным расходом, но КПД двигателя все равно ниже 10 %.

Двигатель развивает максимальный КПД при полной или почти полной мощности. Как же быть, если двигатель эффективно работает только на своей полной мощности, которая почти никогда не нужна? Может быть, не нужны автомобилям такие мощные двигатели? Нет, нужны. Автомобиль с мощным двигателем становится динамичным, маневренным, безопасным, а стало быть, престижным...

А можно ли так, чтобы было как в домашнем холодильнике: поработал, накопил холод – отключился, а как потеплеет, терморегулятор снова включит холодильник? Автомобильный двигатель вырабатывает механическую энергию, а мы знаем, что существуют ее накопители – пружины, сжатый газ, маховики. Поработал двигатель на полной мощности с высоким КПД, передал энергию в накопитель – отключился, а автомобиль работает на этой накопленной энергии. Реально ли это?

Да, это реально, такие гибриды теплового двигателя и накопителей существуют, и расходуют они топлива в 2 с лишним раза меньше по сравнению с обычным двигателем. Накопитель гибрида помогает использовать энергию на спусках и торможениях, чтобы не гасить ее в тормозах. А это еще более повышает экономичность автомобиля.

Несмотря на то, что встречаются гибриды и с электрическим накопителем, экономичнее, конечно, накапливать механическую энергию движения без преобразований, например, используя маховик с вариатором на обычном легковом автомобиле. Другие же накопители механической энергии – пневматические, гидропневматические, пружинные, к сожалению, не годны для этого дела – слишком малы их накопительные возможности. А вот газ – пожалуйста! Особенно с гидравликой – гидрогазовые или гидропневматические накопители!

Например, при торможении автомобиля соединенная с его трансмиссией гидромашина, работая в режиме насоса, закачивала бы в накопитель масло, сжимая газ. Для последующего разгона масло из накопителя направлялось в гидромашину, которая на сей раз работала бы в режиме мотора и разгоняла автомобиль. При этом, расход топлива уменьшался на 30-50 % и значительно снижалась токсичность выхлопных газов.

Отчасти можно считать гибридной установку с газом, сжатым в баллонах и питающим привод автомобиля – пневмокара. Дело в том, что воздух при расширении сильно охлаждается, и подогрев его сильно повышает внутреннюю энергию газа, а следовательно, и пробег машины. Если подогревать газ достаточно сильно, то установка выдаст больше энергии, чем в нее "закладывали". Таким образом, получается нечто вроде гибрида теплового двигателя и пневматического накопителя.

Инструменты