Популярное

Кпд легкового автомобиля: Каков КПД автомобиля?. Удивительная механика

Содержание

Каков КПД автомобиля?. Удивительная механика

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

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 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

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

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

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»…

«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

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

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

Движение автомобиля в колонне

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

Каков в колыбельку…

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

Что такое КПД двигателя авто: коэффициент полезного действия

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!

Что представляет собой КПД

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.

Особенности КПД двигателя в автомобиле

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.

Усовершенствование КПД двигателя

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:

Средняя топливная эффективность легковых автомобилей и легких грузовиков США

Встроенный набор данных Excel:

Набор данных Excel:

table_04_23M_3.xlsx (474,1 КБ)

Примечания:

Данные за 2007-2015 годы были рассчитаны с использованием новой методологии, разработанной FHWA. Данные за эти годы основаны на новых категориях и несопоставимы с предыдущими годами. Новая категория легковых автомобилей с короткой колесной базой включает легковые автомобили, легкие грузовики, фургоны и внедорожники с колесной базой (WB), равной или менее 121 дюймов. Новая категория легковых автомобилей с длинной колесной базой включает в себя большие легковые автомобили, фургоны, пикапы и спортивные/внедорожные автомобили с колесной базой (WB) более 121 дюйма.

Показатели эффективности использования топлива для автомобилей малой грузоподъемности представляют собой взвешенное по объему продаж гармоническое среднее комбинированной экономии топлива легковых автомобилей и легких грузовиков.

1 миля = 1,609344 километра.

1 галлон = 3,785412 литра.

Описание:

КЛЮЧ: КАФЕ = Средняя корпоративная экономия топлива; GVWR = номинальная полная масса транспортного средства; миль на галлон = миль на галлон; U = данные недоступны.

(a) Данные за 1960–2006 годы относятся к легковым автомобилям и другим автомобилям с 2 осями и 4 шинами соответственно. Данные от 1960-2006 несопоставимы с данными 2007-15 гг.

(b) С 1980 по 1994 год для легковых автомобилей с короткой колесной базой (ранее легковой автомобиль) эффективность использования топлива включала мотоциклы.

(c) Предполагается, что 55 % пробега по городу и 45 % пробега по шоссе. Источник рассчитал средний показатель миль на галлон для легковых автомобилей, взяв обратное среднее значение галлонов на милю, взвешенное по продажам. Это называется гармоническим средним.

(d) Начиная с 1999 финансового года, общий парк легких грузовиков перестал разделяться на отечественные или импортные парки.

(e) За 1980 г. объединенных данных нет. В 1980 г. стандарт CAFE для полноприводных и полноприводных легких грузовиков составлял 16,0 и 14,0 миль на галлон соответственно.

Источник:

Средняя топливная экономичность легковых автомобилей в США:

Легковой автомобиль:

1980-94: Министерство транспорта США, Федеральное управление автомобильных дорог, Сводка дорожной статистики за 1995 г., таблица VM-201A, доступна по адресу http ://www.fhwa.dot.gov/policyinformation/statistics.cfm по состоянию на 6 октября 2011 г.

1995–2016: Там же, Статистика автомобильных дорог (Вашингтон, округ Колумбия: Ежегодные выпуски), таблица VM-1, доступна по адресу http://www.fhwa.dot.gov/policyinformation/statistics.cfm по состоянию на 16 мая 2018 г.

Легковой автомобиль с короткой колесной базой:

2007-16: Министерство транспорта США, Федеральное управление автомобильных дорог, Статистика автомобильных дорог (Вашингтон, округ Колумбия: Ежегодные выпуски), таблица VM-1, доступна на http://www. fhwa.dot.gov/policyinformation/statistics.cfm по состоянию на 16 мая 2018 г.

Другое 2-осное 4-колесное транспортное средство:

1980-94: Министерство транспорта США, Федеральное управление автомобильных дорог, Сводка дорожной статистики за 1995 г., таблица VM-201A, доступна на http://www.fhwa.dot.gov/policyinformation/statistics.cfm по состоянию на 6 октября. , 2011.

1995-2006: Там же, Highway Statistics (Washington, DC: Annual Issues), таблица VM-1, доступна на http://www.fhwa.dot.gov/policyinformation/statistics.cfm по состоянию на октябрь 6, 2011.

Легковой автомобиль с длинной колесной базой:

2007-16: Министерство транспорта США, Федеральное управление автомобильных дорог, Статистика автомобильных дорог (Вашингтон, округ Колумбия: Ежегодные выпуски), таблица VM-1, доступна по адресу http: //www.fhwa.dot.gov/policyinformation/statistics.cfm по состоянию на 16 мая 2018 г.

Топливная эффективность новых автомобилей (на основании модельного года) и стандарты CAFE:

1960–2014: Министерство транспорта США, Национальное управление безопасности дорожного движения, сводка показателей экономии топлива (Вашингтон, округ Колумбия: ежегодные выпуски), доступно по адресу http://www. nhtsa.gov/fuel-economy по состоянию на 3 марта 2016 г.

2015-16: Министерство транспорта США, Национальное управление безопасности дорожного движения, Отчет об экономии топлива флота, доступен по адресу https:// one.nhtsa.gov/cafe_pic/CAFE_PIC_fleet_LIVE.html по состоянию на 16 мая 2018 г.

USDOT объявляет о новых стандартах экономии топлива для транспортных средств 2024-2026 модельного года

Национальное управление безопасности дорожного движения Министерства транспорта США сегодня объявило о новых знаковых стандартах экономии топлива, которые следуют указу президента Байдена, направленному на продвижение американского лидерства в области экологически чистых автомобилей. Новые стандарты сделают пробег автомобиля на галлон более эффективным, сэкономят деньги потребителей на заправке и сократят выбросы при транспортировке.

Новые корпоративные стандарты средней экономии топлива требуют, чтобы в 2026 модельном году среднеотраслевой показатель расхода легковых автомобилей и легких грузовиков составлял около 49 миль на галлон, что является самым высоким стандартом экономии затрат и эффективности использования топлива на сегодняшний день. Новые стандарты повысят эффективность использования топлива на 8% ежегодно для 2024-2025 модельных годов и на 10% ежегодно для 2026 модельного года. Они также увеличат расчетный средний показатель по всему автопарку почти на 10 миль на галлон для 2026 модельного года по сравнению с 2021 модельным годом.

Строгие стандарты экономии топлива укрепляют энергетическую независимость США и помогают снизить зависимость от ископаемого топлива. С тех пор как в 1975 году был принят закон CAFE, с тех пор стандарты снизили потребление нефти в Америке на 25%, или примерно на 5 миллионов баррелей в день.

Новые стандарты CAFE для модельного года 2024-26 сократят потребление топлива более чем на 200 миллиардов галлонов к 2050 году по сравнению со старыми стандартами.

Повышение эффективности транспортных средств и сокращение расхода топлива сэкономит деньги американских семей и потребителей на заправке. Американцы, приобретающие новые автомобили в 2026 году, получат на 33% больше миль на галлон по сравнению с автомобилями 2021 года. Это означает, что новым водителям автомобилей в 2026 году придется заправлять свои баки только три раза по сравнению с четырьмя, которые сегодня делают водители новых автомобилей для тех же поездок.

«Сегодняшнее правило означает, что американские семьи смогут проехать дальше, прежде чем им придется заправляться, что позволит сэкономить сотни долларов в год», — сказал министр транспорта США Пит Буттиджич. «Эти улучшения также сделают нашу страну менее уязвимой к глобальным изменениям цен на нефть
и защитят население за счет сокращения выбросов углерода на 2,5 миллиарда метрических тонн».

Новые стандарты также сократят выбросы парниковых газов и загрязнение воздуха. Эти сокращения улучшат здоровье населения и обеспечат экологическую справедливость для сообществ, живущих вблизи автострад и других дорог с интенсивным движением, которые являются цветными сообществами с непропорционально низкими доходами.

«NHTSA помогает американским семьям, делая жизнь более доступной, а воздух — чище для их детей. Эти автомобили будут лучше для окружающей среды, безопаснее, чем когда-либо, и будут стоить меньше топлива в течение всего срока службы. Мы гордимся тем, что выполняем миссию президента Байдена по продвижению нас к более устойчивому будущему, которое укрепляет энергетическую независимость Америки и помогает наполнить карманы американских семей большим количеством денег», — сказал д-р Стивен Клифф, заместитель администратора НАБДД.

Это объявление о новых стандартах прозвучало, когда автомобильная промышленность переоснащает производство для будущих моделей в ответ на быстро растущий рыночный спрос на более чистые и экономичные автомобили. Почти все автопроизводители анонсировали новые модели электромобилей.

Более строгие стандарты экономии топлива будут стимулировать отрасль к дальнейшему улучшению экономии топлива автомобилей с двигателями внутреннего сгорания по мере перехода транспортного сектора на электрификацию.

Сегодняшние окончательные стандарты экономии топлива следуют исполнительному указу президента Байдена 13990, который предписывает НАБДД пересмотреть окончательное правило 2020 года «Правило более безопасных доступных топливно-эффективных (SAFE) транспортных средств для легковых автомобилей и легких грузовиков 2021-2026 годов выпуска».

Кпд легкового автомобиля: Каков КПД автомобиля?. Удивительная механика