Що таке ефективність. Тепловий двигун

ККД (коефіцієнт корисної дії) - це ступінь ефективності використання енергії палива в моторі, чим він вище, тим більше теплової енергії від зіграння палива перетворюється на двигуни в механічну енергію обертання головного валу. Тим менше споживає палива мотор на одиницю потужності, що видається.

СТАТТЯ №1

ККД ДВИГУНА – ТЮНІНГ ГЛОБАЛЬНИХ ІДЕЙ,
Чи є перспективи вдосконалення двигунів?

Сучасні двигуни внутрішнього згоряння ще багато десятиліть тому – з появою безпосереднього упорскування та систем турбонаддуву повітря, що надходить у циліндри, досягли сьогоднішніх значень ККД та паливної ефективності. Тому на сьогоднішній день світові корпорації – виробники двигунів для автомобілів та іншої техніки витрачають величезні гроші та багато років зусиль, щоб за рахунок великих витрат та значного ускладнення конструкції двигунів підвищити ККД лише на 2 – 3 %. Зусилля і витрати виявляються зовсім не порівняти з результатом. Підсумок всього цього - як у відомому прислів'ю– «гора народила мишу».
До речі саме у всіх великих країнах діє ціла індустрія «тюнінгу двигуна», тобто. Багато дрібних фірм, полукустарных майстерень і окремих фахівців, які беруться якось довести стандартні двигуни масових марок машин до вищих показників потужності, тяговитості та інших. піддають двигун доведення, доробки, форсування та ін. хитрощі, які в народі визначаються як тюнінг двигуна.

Але всі ці заходи та технічні діяння над моторами дуже стандартні за своєю суттю і всім цим тюнінгом – ідеям вже мінімум по півсотні років. Нагадаю, що турбонаддув повітря, що надходить у двигун, був успішно застосований ще в 20-х роках минулого століття, а перший патент у США на такий пристрій отримав швейцарський інженер Альфред Бюхі аж у 1905 році... А системи прямого упорскування палива в циліндри масово застосовувалися в поршневих моторах військової авіації вже у початковий період 2-ї світової війни. Тобто. всім сучасним «передовим» технічним системамборотьби за підвищення ККД та паливної ефективності двигунів вже під сто років, або навіть більше. При всіх цих хитрощах загальний ККД кращих бензинових двигунів (з іскровим примусовим запалюванням) не перевищує 25-30%, а ККД кращих дизельних моторів в їх найбільш економічних великогабаритних варіантах (у яких безліч складних додаткових пристроїв) багато десятиліть ні як не може -45%. У малих дизелів ККД відсотків на 10 нижче.

У цій статті ми постараємося коротко та популярною мовою викласти основні завдання та визначити теоретичні можливості створення двигуна внутрішнього згоряння з впевненим ККД понад 50%.

* * * Отже - ККД двигуна, якщо судити за підручниками для технічних ВНЗ складається з двох значень: термодинамічного ККД та механічного ККД .

Перше значення вказує, яка частина тепла, що виділяється в двигуні, перетворюється на корисну роботу, а яка зазря йде в навколишній простір. Механічний ККД вказує, яка частина активної роботидвигуна марно витрачатися на подолання різних механічних опорів та привод додаткової техніки в самому двигуні.

Але чомусь у всіх підручниках до поняття загального ККД не вводять поняття «паливна ефективність». Тобто значення, яке показуватиме, яка кількість палива корисно згоряє і перетворюється в результаті на тепло та обсяг робочих газів, а яка кількість палива не згоряє і йде на вихлоп у вигляді парів палива чи продуктів його неповного згоряння. Саме цю, що не згоріла частина палива, в сучасних «високоефективних» автомобілях допалюють у каталізаторах, які встановлюються у вихлопних трубах. Тобто. вихлоп за рахунок застосування цих систем виявляється досить чистим, але паливну ефективність і ККД двигуна ця система ні як не підвищує. А навпаки знижує - бо щоб "прокачати" порцію вихлопних газів крізь "густу сітку" каталітичних поверхонь, двигуну доводиться працювати як солідному насосу і витрачати на цю справу чималу частину своєї потужності. Звичайно, у формулах підрахунку ККД ця категорія якось присутня, але присутня не явно і несміливо. Наприклад, у такій формі, як, наприклад, в одній із формул загального теплового балансу є складова «Q н.с. - Тепло, що отримується при неповному згорянні ». Але всі ці підходи страждають на якусь нечіткість, тому я постараюся викласти все гранично чітко і максимально системно.

Отже, загальний ККД двигуна розкладатиметься на 3 основні частини:

• паливна ефективність;
• термічний ККД;
• механічний ККД;

Суть цих значень така:

Паливна ефективність— показує, яка кількість палива ефективно згоріла у двигуні та перетворилася на обсяг робочих газів високої температури та високого тиску, а яка частина палива так і не була спалена і у вигляді продуктів неповного згоряння, обвуглених частинок (у вигляді диму, кіптяви та сажі), або взагалі практично у вигляді чистої пари палива, пройшла двигун безпосередньо і вилетіла у вихлопну трубу. Коли ви стоїте поряд зі старим працюючим вітчизняним автомобілем, особливо з вантажівкою, і відчуваєте сильний запах бензину – цей результат дає такий неефективний тип часткового згоряння палив;
Термічний ККД - показує, яка кількість тепла, отриманого від спалювання палива, перетворюється на корисну роботу, а яка - марно розсіюється в навколишньому просторі;
Механічний ККД - показує, яка кількість механічної роботи перетворюється в силу моменту, що крутить, на головному валу і передається споживачеві, а яке - марно витрачається на тертя або витрачається на привід забезпечують механізмів;

Розглянемо, коротко всі ці позиції:
Паливна ефективність - На цю тему виразних даних, ні в старих радянських підручниках з теорії та розрахунку ДВС, ні в нескінченних ресурсах сучасного інтернету знайти не вдалося.
Виразні та осмислені дані вдалося виявити в тих відомостях з розрахунку каталітичних допалювачів незгорілого палива для сучасних автомобілів. Адже їм треба чітко розраховувати продуктивність своїх дожигателей на якийсь обсяг вуглеводнів, що не згоріли в двигунах. Так ось, з цих даних випливає, що поршневі мотори (дизелі теж) спалюють в середньому не більше 75% палива, а ось 25% парів палива та продуктів його неповного згоряння йде у вихлопну трубу і потребує послуг дожигателя (щоб не отруювати довкілля). Тобто. у існуючих на сьогодні двигунах повноцінно згоряє та переводиться в тепло не більше 75% палива. Для 2-х тактних двигунів це значення набагато менше.

Термічний ККД- У середньому поршневі двигуни мають цим ККД у розмірі 35-40%. Тобто. близько 65 % тепла, що виробляється, викидається без користі в навколишнє середовище через систему охолодження і з вихлопними газами.

Механічний ККД – в середньому 10% роботи двигуна йде на тертя між собою його деталей та на привід допоміжних механізмів двигуна.

У результаті – за сумою термічних та механічних втрат сучасні поршневі двигуни невеликих розмірів та потужностей мають ККД не більше 30%.
У великих двигунах, типу суднових дизелів або великих двигунів залізничних локомотивів та вантажних автомоїл, енергію заощаджувати простіше, але про них ми говорити не будемо.

Але – значення ККД в 30% не враховує частку палива, що не згорів, тобто. не бере до уваги повноцінність згоряння парів палива у двигуні. Вважаю, що з урахуванням цього параметра значення реального ККД поршневих бензинових двигунів буде не вище 20%, а дизелів — трохи більше, приблизно на 5-7 %.

Результат — це краще за парові машини на вугіллі з їх 7-8% ККД, але все одно ще дуже мало.
Замислимося – чому до поняття ККД не увійшла вказана «паливна ефективність»? Чому поняття ККД явно пропускає повз свою увагу частку палива, яка не дає «внесок» своєї частини у процес горіння та утворення тепла? Тобто. з поняття ККД випадає більшість втрат сучасних двигунів і цифри сучасних значеньККД без урахування цих втрат явно завищено?

Істина у самому значенні терміна «коефіцієнт корисної дії». Тобто. це визначення частки корисної роботи - "дії", і частки марної роботи. Якась робота або виділення енергії йде на користь, а якась (наприклад – на подолання тертя, або енергія тепла, що втрачається з вихлопом) – йде без користі, але вона є і ця енергія відчутна та врахована. Але втрати від не згорілого палива не виявляються ні у вигляді марного тепла або не цільової роботи. Ці «мінуси балансу» — це не втрати роботи чи збитки тепла. Це втрати, палива у чистому вигляді. Тобто. це втрати ні в джоулях, ні в атмосферах, а в грамах та літрах. А до таких втрат не можна застосувати вимірювання або облік за категорією втраченого тиску або втраченого тепла, марної дії або надмірно витраченої роботи.

Тому чисто за правилами формальної логіки КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ і не повинен враховувати ці втрати. Для цієї мети має бути інший індикатор і визначник, але його у широкому вживанні такого чіткого та виразного параметра немає. Ось ми і отримуємо свідомо урізаний і надмірно добрий показник ефективності сучасних двигунів – показник ККД, який враховує лише частину втрат.

А насправді сумарна ефективність сучасних ДВС виявляється помітно нижчою, ніж ККД, що постулюється, у 35-40 % ефективності. Адже враховується тільки й корисна дія і енергія, що втрачається даремно, і зайва робота, що проводиться за рахунок згорілої частини палива. А ось втрати частини палива, що не згоріла, із загального балансу палива, що надійшло в двигун, так повноцінно і не визначаються.

РЕВІЗІЯ ТА ІНВЕНТАРИЗАЦІЯ Втрат у поршневому ДВС Постараємося коротко розглянути та проаналізувати всі втрати енергії, що міститься в паливі, по черзі за позиціями, викладеними вище. І потім — обдумати можливості рятування від цих втрат. Тобто. Постараємося сформулювати концепцію та накидати загальні риси досконалого двигуна.

* * *
Перший рівень втрат- Неповне згоряння палива в камерах згоряння двигуна. Усі фахівці знають – що паливо в сучасних двигунахзгоряє неповноцінно і частина його йде на вихлоп із газами, що відпрацювали. Саме тому сучасні ДВЗ отруюють повітря продуктами неповного згоряння вуглеводнів і для отримання «чистого вихлопу» у вихлопну трубу сучасних авто ставлять каталітичний дожигатель, який «допалює» паливо на поверхнях своїх активних елементів. У результаті- паливо, що не згріло в циліндрах, марно окислюється в цих каталізаторах. Зате вихлоп стає чистішим. Але й ціна цих каталізаторів з поверхнями з родію і платини дуже висока і працюють вони обмежений термін.

Завдання– отримати двигун ПОВНІСТТІЮ, що спалює паливо у своїх камерах згоряння і повністю переводить енергію хімічних зв'язків палива в тепло і великий обсяг простих газів горіння, типу водяної пари та СО2.

Спочатку розглянемо чому в традиційних поршневих двигунах паливо згоряє не повністю. Що заважає реалізації процесу повноцінного згоряння?

Основна складність у поршневих двигунах на цю тему – нестача кисню для горіння, а також здійснення процесу горіння в одному технологічному такті з розширенням газів горіння. Останню ситуацію можна описати й іншими словами – Робочої Суміші не вистачає часу для повноцінного згоряння. Ці «родові хвороби» поршневих двигунів практично невиліковні, тому інженерна думка за понад 120 років спроб їх позбутися так і не знайшла способу зробити це.

Розглянемо докладно цей недолік: отже, при знаходженні поршня у Верхній Мертвій Точці (ВМТ), стиснута Робоча Суміш (РСм) підпалюється. Починається процес горіння, який тече якийсь час. Приблизне горіння Робочий суміш у сучасному високооборотному моторі триває близько мілісекунди - 0,001 сек. А взагалі всі 4 такти відбуваються за 0,02-0,04 сек.

Відомо, що для повноцінного та повного згоряння парів палива бажані висока температура та високий тиск. Але відразу після проходження поршнем ВМТ він починає рух униз зі значним збільшенням обсягу надпоршневого простору. Тобто. у міру поширення фронту горіння Робочої Суміші (РСм) в камері згоряння перші порції згорілої РСм горітимуть при високій температурі та великому тиску. Але останні порції РСм, що горить, виявляються в умовах різкого зниження тиску і падаючої температури. Відповідно – повноцінність горіння різко падає, а то й припиняється взагалі. Тому частина РСм згоріти не встигає або згоряє не повноцінно. Тому частина парів палива йде у вихлопну трубу і вихлопних газах неодмінно присутні продукти не повного згоряння вуглеводнів палива. Підсумок - частина палива не згоряє і не перетворює свою енергію на тепло, а потім - на обертання головного валу двигуна, а тільки забруднює і отруює навколишнє повітря.

Усунути цей недолік практично неможливо, оскільки сама принципова конструкція поршневого двигуна передбачає найважливішим принципом з'єднання в одному технологічному такті «горіння – розширення» двох різних процесів: горіння та розширення продуктів горіння. Ці процеси важко поєднати, тому що кожен з них оптимально протікає в умовах взаємовиключних оптимальні умови для іншого процесу.

Справді – процес згоряння стисненого заряду РСм найкраще відбуватиметься у замкненій камері постійного обсягу. У термодинаміці цей процес окреслюється «ізохорний» процес. Тобто. заряд РСм згорятиме повністю і переводитиме в тепло та тиск всю енергію хімічних зв'язків вуглеводнів палива в замкнутій камері в умовах різко наростаючого тиску та температури.
А процес розширення буде найкраще відбуватися в умовах невисокої температури (для забезпечення змащення ковзних і тертьових поверхонь робочих елементів двигуна), при легкому русі головного робочого органу (поршня).
Як бачимо – у поршневих двигунах обидві ці умови повноцінно не можуть дотримуватися, тому об'єднаний процес «згоряння-розширення» йде за «компромісним сценарієм», коли для кожного з процесів створюються мало відповідні умови, але у результаті- вони все ж таки дозволяють якось реалізовувати протягом цих спільних процесів хоча б на 50% ефективності. У результаті – процес роботи сучасного поршневого двигуна – це технології суцільних важких компромісів та значних втрат.

У результаті такого «компромісного шлюбного союзу» з втратами для обох сторін, що беруть участь у справі, ми отримуємо наступний результат:
— горіння відбуваєтьсяв умовах різкого розширення камери згоряння та ще при значно низькій температурі стінок циліндра. У результаті - паливо згоряє не повноцінно і малоефективно, та ще й частина тепла від згорілого палива втрачається при нагріванні холодних стінок циліндра, що охолоджується. Тобто. горіння відбувається у вкрай неефективних умовах.
— розширення відбуваєтьсяв умовах високих температур від суміщеного із розширенням процесу горіння. Саме тому стінки циліндра доводиться охолоджувати, бо масло для змащення поверхонь поршня і циліндра, що труться, при температурі більше 220 С°, втрачає свої «слизькі властивості» і тертя починається «на суху», а обвуглене масло спікається в тверді частинки, які ще більше починають заважати цього процесу.

Частково вихід з глухого кута процесу «горіння – розширення» знаходять, влаштовуючи «раннє запалювання», щоб якомога менша частина горіння РСм відбувалася на лінії швидкісного розширення та високого збільшення об'єму камери згоряння. Але це змушена і загрожує іншими побічними неприємностями схема. Оскільки «раніше запалення» передбачає підпал РСм і створення початкового етапу робочого тиску газів горіння до приходу поршня в ВМТ, тобто. на завершальному етапі такту "стиск". Отже, інерції роботи кривошипно-шатунного механізму (КШМ) доводиться долати цей тиск палаючої РСм і стискати за рахунок інерції обертання КШМ або роботи інших поршнів, що почала розширюватися РСм, що горить. Підсумок цього компромісу - різке збільшення навантажень на колінвал, поршні, шатуни та пальці КШМ, як і зменшення ККД. Тобто. двигун виявляється ареною протистояння різноспрямованих сил.

Інша важка тема поршневих двигунів – це нестача кисню.Щоправда, вона характерна тільки для бензинових двигунів (двигунів, що працюють із примусовим іскровим запаленням), дизелі (двигуни, що працюють із запаленням від стиснення) позбавлені цього недоліку. Зате дизелі натомість придбали чимало інших труднощів — велику вагу, громіздкість і значні габарити. Дійсно - ефективного дизеля прийнятних габаритів об'ємом менше 1,2 літра нікому створити не вдалося. Це двигун найменшого дизельного автомобіля Audi-А2. А відхід дизелів у дуже малі габарити має сумний результат. Так - малі дизелі Володимирського тракторного заводу Д-120 (вони ставляться на міні-трактори) при потужності 25-30 к.с. мають вагу 280-300 кг. Тобто. на одну кінську силу потужності припадає 10 кг ваги. В інших виробників у всьому світі становище схоже.
Отже, паливо згоряє в повному обсязі, коли РСм «багата», тобто. у ній багато парів палива та мало повітря (кисню). Така РСм немає шансів згоріти повністю, для окислення вуглеводнів палива просто бракує кисню. Підсумок пари палива, що не згоріли з цієї причини, йдуть на вихлоп. Зате така РСм горить швидко, хоч і неповноцінно. Значить більшість парів палива все ж таки згоряє і дає необхідний тиск і температуру.

Можна піти іншим шляхом зробити «бідну суміш», тобто. в РСм буде багато повітря (кисню) і мало парів палива. У результаті в ідеальному випадку така РСм матиме змогу згоріти повністю — усі пари палива згорять на 100% з повним ККД. Але в такої РСм є великий недолік - вона горить набагато повільніше "багатої суміші" і в умовах реально діючого поршневого двигуна, де горіння йде на лінії швидкісного збільшення об'єму, така РСм просто не встигає згоряти повноцінного. Так як значна частина горіння такий РСм потрапляє за рахунок малої швидкості умови різкого наростання об'єму камери згоряння і падіння температури. Підсумок - РСм знову згоряє не повністю навіть у варіанті "бідної суміші" і помітна її частина йде не згорівши на вихлоп.

І знову паливна ефективність такого режиму роботи поршневого двигуна виявляється дуже низькою.
На малу забезпеченість процесу горіння РСм киснем грає також спосіб управління карбюраторними двигунами- «кількісний спосіб». Для того, щоб скинути оберти двигуна і зменшити його «тягу», водій прикриває дросельну заслінку, тим самим він обмежує доступ повітря в карбюратор. У результаті - знову нестача повітря для горіння палива і знову погана паливна ефективність ... Інжекторні двигуни частково позбавлені такого недоліку, але інші біди поршневого мотора в них проявляються "за повною програмою".

Потрібно розділити два гранично суперечливі робочі технологічні процеси — «горіння – утворення робочих газів високого тиску і температури» і «розширення робочих газів високого тиску та температури». Тоді обидва ці процеси можна почати здійснювати в спеціалізованих камерах і пристроях при оптимальних параметрах. Тобто. горіння відбуватиметься «ізохорно» — у замкненому обсязі, при наростаючому тиску і температурі, що збільшується. А розширення можна буде проводити за умов невисоких температур.

У принципі, ідея зробити такий «великий поділ» формулювалася різними винахідниками та інженерами різних країн досить давно. Наприклад-розробки німецької фірми «DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG» на тему поршневого двигуна з відокремленою камерою згоряння. Але запропонувати теоретично красиву і технічно працездатну для реалізації в металі схему, так поки нікому не вдалося. Та сама німецька фірма «DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG» почала отримувати патенти на свої розробки близько 15 років тому, але про реальні успіхи у справі створення двигуна, що реально діє, у неї так і не чути.

Отже - необхідно забезпечити тривалий процес горіння заряду РСм у замкненому обсязі - "ізохорний процес". У цих умовах можна буде спалювати свідомо «бідну суміш», великим коефіцієнтомнадлишку повітря, коли пари палива згорятимуть повністю, давати максимально можливу кількість тепла та газів горіння, і при цьому на вихлоп йдуть мінімально токсичні продукти горіння. Але це можна зробити, лише забезпечивши досить тривалий час горіння заряду «бідної» РСм у замкненому обсязі при наростаючому тиску та значній температурі. Що в поршневому двигуні забезпечити практично неможливо.

* * *
Другий рівень втрат- Значні втрати тепла, отриманого від згоряння «засвоєного двигуном палива».
Тепловий баланс бензинового двигуна складається таким чином:
1) – тепло, що переводиться в корисну роботу: 35%;
2) – тепло, що втрачається з вихлопними газами: 35%;
3) – тепло, що втрачається від втрат через систему охолодження: 30%;

Завдання– отримати двигун, який має мінімальні втрати тепла у зовнішнє середовище. В ідеалі можна поставити завдання створити двигун із термічним ККД у 80%. Але навіть якщо вдасться досягти цього показника в 65-70%, замість 35% на сьогодні, це буде величезний стрибок уперед. Тобто. двигун тієї ж потужності за такого ККД почне витрачати в 2 рази менше палива, ніж раніше.

Аналіз сьогоднішнього несприятливого становища:Спочатку розглянемо чому в традиційних поршневих двигунах такі великі втрати тепла «на бік»? Що призводить до такого сумного стану?

Перша категорія теплових втрат- Втрати тепла з відведенням через стінки циліндрів з системою охолодження. Взагалі підвищення значення термічного ККД охолоджувати двигун годі було зовсім. Від цього температура деталей двигуна відразу підніметься - і від цього обугліться масло (яке створює плівку для легкого ковзання на поверхнях тертя), і поршень перестане легко рухатися в циліндрі і двигун швидко заклинить. Тут ми знову напарюємося на протиріччя поєднання в одному такті двох процесів – горіння та розширення. Температура під час спалаху горіння в початковому періоді підпалу РСм досягає 3000 ° С. А гранична температура олії, коли вона ще змащує та рятує від тертя, це 200 – 220 градусів. При перевищенні цього температурного порога олія починає «горіти» та обвуглюватись. Для забезпечення високого ККД двигун охолоджувати не розумно, але для забезпечення можливості руху основного робочого органу - поршня, мастило життєво необхідне. система охолодження, що дозволяє поршню рухатися в циліндрі різко знижує термічний ККД двигуна. Це усвідомлене та необхідне зменшення ККД.

Друга категорія теплових втрат- Втрати тепла з вихлопними газами. Температура вихлопних газів на виході з циліндрів для різних типорозмірів та двигунів коливається від 800 до 1100 ° С. Тому в двигуні, що працює на високих оборотах, вихлопні колектори часом починають розжарюватися до малинового світіння… Це означає тільки одне — енергія горіння палива, що перетворилася на внутрішню енергію газів горіння у вигляді їх високої температури, втрачається безповоротно і абсолютно марно. Саме через цей канал «теплових збитків» сучасні ДВЗ втрачають близько 35% енергії горіння палива. І перетворити цю енергію на корисну роботу надзвичайно складно, максимум, що вдалося зробити – це вставити у вихлопний тракт турбіну, яка крутить компресор турбонадуву. Цим досягається підвищення тиску повітря, що потрапляє у циліндри. І цим трохи зростає ККД. Але – треба розуміти, що турбіна «уловлює» не підвищену температуру, а надлишковий тиск газів, що залишають циліндр. Тобто. це трохи інша тема та економія іншого роду.

Таким чином виявляється, що поршневий мотор погано переробляє не тільки температуру, але і високий тиск робочих газів. Насправді – на вихлоп йдуть робочі гази із надлишковим тиском у 8 – 10 атмосфер. Це дуже чимало, варто лише згадати, що перші парові машини на початку 19 століття мали робочий тиску 3 або 3,5 атмосфери та успішно працювали на вугільних шахтах та у металургійних заводах, як і двигуни перші паровози.

Тут справа криється в однакових геометричних розмірах обсягу стиснення і обсягу розширення. У поршневого двигуна вони рівні, і нічого тут не вдієш. В ідеалі – ці обсяги мають бути різними. Хитрощі типу циклу Аткінсона, коли в поршневих двигунах обсяг стиснення виявляється меншим, ніж обсяг розширення, малоефективні, так як різко знижують силу крутного моменту двигуна.

Але збільшення обсягу камери розширення дозволить лише перетворювати на корисну роботу весь надлишок надлишкового тиску, а ось підвищену температуру розпечених газів горіння палива цим методом утилізувати не вдасться. Єдине, що спало на думку інженерам, так це для перетворення високої температури на роботу — впорскувати в циліндри воду. За ідеєю: вода, перетворюючись на пару високого тиску, буде різко підвищувати тиск паро-газової суміші, що утворилася, і при цьому значно знижувати її температуру. Але, у поршневому двигуні за більш ніж 80 років зусиль у цьому напрямку так нічого ефективного та працездатного створити і не вийшло. Поршнева схема двигуна внутрішнього згоряння виявилася дуже ворожою до цієї ідеї і не дозволила вбудувати в цикл роботи двигуна паровий такт або парову фазу.

Треба сказати, що за основним законом термодинаміки, сформульованому майже 200 років тому С. Карно, тепловий двигун з гранично можливим ККД повинен мати максимальну температуру робочих газів на початку робочого циклу, і мінімальну температуру робочих газів наприкінці циклу.
Але в поршневому двигуні внутрішнього згоряння максимально високу температуругазів на першому етапі циклу заважає отримати система охолодження, а мінімально надмірну температуру газів наприкінці циклу заважає отримати неможливість вбудувати у схему двигуна парову складову. У результаті ми сьогодні користуємося двигунами з термічним ККД близько 35%, не набагато краще, ніж 60 або 70 років тому.

Шлях рятування від цього недоліку:необхідно створити конструкцію двигуна, що дозволяє проводити процес згоряння палива в теплоізольованій камері згоряння (для досягнення максимальної температури на початку робочого циклу), а також дозволяє включати на завершальному етапі роботи гарячих газів горіння парову фазу (для досягнення мінімальної температури в кінці робочого циклу). Також така конструкція двигуна дозволить обходитися без відокремленої та громіздкої системи охолодження, яка б «викидала» тепло у зовнішнє середовище.

Заодно - двигуну не потрібна буде громіздка і важка вихлопна труба, яка в традиційних поршневих моторах гасить гуркіт від газів, що відпрацювали, що вилітають «пострілами» з надлишковим двохом в 8-10 атмосфер. Бо в пропонованій конструкції надлишковий тиск вихлопних газів буде мінімальним.

* * *
Третій рівень втрат- Помітні втрати потужності на подолання сил тертя, як і сил інерції поворотно-поступально рухомих мас, як і втрати на привід допоміжних механізмів. Ці втрат визначаються як механічні втрати. Вони залежить від кінематичної схеми двигуна. Але крім власне на механічні втрати, кінематична схема та її конструкція так само впливають на інший найважливіший показник роботи, який не має прямого відношення до ККД: це режим і величина моменту, що крутить.

Завдання – отримати двигун, який має мінімальні механічні втрати. А так само володіє постійно діючим моментом, що крутить, високого значення при невеликих розмірах самого двигуна. Високий і стабільний момент, що крутить, дозволяє обходитися без такої громіздкої і складної системи. транспортного засобуяк коробка перемикання швидкостей. Приклад – транспорт з електродвигунами та паровими двигунами.

Аналіз сьогоднішнього несприятливого становища:у стандартному поршневому (тронковому) двигуні реакція шатуна (поперечна складова цієї реакції щодо осі циліндра) на тиск робочих газів весь час притискає поршень то до одного боку циліндра, то до іншого. Ця система роботи двигуна вимагає постійного мастила сильно тертьових поверхонь, і витрат на подолання цих сил тертя. Крім того, при обертанні кривошипу КШМ, проекція плеча, що створює момент, що крутить, до вектора руху поршня постійно змінюється від «нуля» до «максимуму» і назад кожен робочий хід. Такий весь час стрибкоподібно пульсуючий режим моменту, що крутить, малопридатний для приводу виконавчих механізмів. І тільки на високих оборотах поршневих двигунів сила моменту, що крутить, помітно збільшується. Проте, високі обороти (близько 3-4 тис. про. за хв.) не потрібні більшості споживачів. Тому і доводиться робити складну та громіздку коробку перемикання передач, яка є невід'ємною частиною автомобілів, мотоциклів та ін.
Крім того, механічний ККД помітно зменшується за рахунок відбору потужності двигуна на привід його допоміжних механізмів - помпи системи охолодження, вентилятора охолодження, розподільних валів і клапанів газорозподілу, електрогенератора тощо. А ще помітні втрати потужності викликає необхідність стиснення робочої суміші, і чим вище , тим ці втрати вищі. Крім того, помітні втрати потужності може викликати зайве раніше запалення, коли двигун змушений, наприкінці 2-го такту «стиснення», стискати продукти горіння, що починають розширюватися.

Шлях рятування від цього недоліку:необхідно створити конструкцію двигуна, в якому тиск робочих газів не притискало головний рухомий робочий орган до нерухомого корпусу. При цьому двигун повинен відрізнятися такою конструкцією, яка б дозволяла мати постійне плече моменту, що крутить, на всьому шляху руху головного робочого органу двигуна. При цьому на такому шляху тиск робочих газів має здійснюватися якнайдовше, в ідеалі – прагнути до 100%. Нагадаю, що у 4-х тактних двигунів з повного циклу двигуна з 2-х обертів валу, тиск на поршень діє лише півобігу, та й то в режимі передачі цього тиску з нестабільним плечем моменту, що крутить.

ПІДСУМОК:

ОТЖЕ- сформулюємо умови, які висуває науковий підхід, для того щоб створити двигун з високим ККД:
1) Основні технологічні процесидвигуна «горіння» та «розширення» повинні бути розділені та рознесені для реалізації у різні технологічні камери. При цьому згоряння повинно відбуватися в замкненій камері, в умовах наростаючої температури і тиску, що збільшується.
2) Процес згоряння повинен відбуватися достатній час та в умовах надлишку повітря. Це дозволить на 100% спалювати робочу суміш.
3) Обсяг камери розширення має бути значно більшим за камеру стиснення, мінімум на 50%, Це потрібно для повноцінного переведення тиску робочих газів у роботу на головному робочому органі.
4) Має бути створено механізм переведення високої температури вихлопних газів на роботу на головному робочому органі. Для цього є тільки одна реальна можливість – подача води для перетворення високої температури газів горіння на тиск пари, що отримується.
5) Робочий орган і вся кінематика двигуна повинні бути влаштовані таким чином, щоб якнайбільший період циклу двигуна робочий орган сприймав тиск робочих газів, а плече переведення сили цього тиску весь час було максимально можливим.

Після уважної роботи з цими вимогами теоретичних підходів фізики та механіки на тему створення двигуна з високим ККД виявляється, що створити поршневий двигун під такі завдання абсолютно неможливо. Поршневий ДВС не задовольняє жодну з цих вимог. З цього факту слідує наступний висновок – необхідно шукати більш ефективні, альтернативні поршневій схемі конструкції двигуна. І найближча до необхідним вимогамвиявляється схема роторного двигуна.

У своїй роботі над концепцією досконалого роторного двигуна я виходив зі спроби врахувати при створенні концептуальної схеми двигуна необхідності реалізації всіх зазначених вище теоретичних передумов. Сподіваюся, це мені вдалося зробити.

СТАТТЯ №2-1

РОЗДУМ ПРО СТУПЕННЯ стиску:
ВСЕ ДОБРЕ В ЗАХОДІ

Всі ми звикли до того, що економічний та потужний двигун повинен мати високий рівень стиснення. Тому на спортивних автомобілях двигуни завжди мають високий ступінь стиснення, а тюнінг двигунів (форсування) для підвищення потужності стандартних моторів масових серій передбачає насамперед збільшення їхнього ступеня стиснення.
Тому в широкій масовій думці закріпилася ідея - чим вищий ступінь стиснення двигуна, тим краще, тому що це веде до збільшення потужності мотора та підвищення його ККД. Але — на жаль, це становище правильне лише частково, а точніше, воно не більше ніж на 50%.
Історія техніки говорить нам, що коли в 1860-х роках з'явився перший ДВС Ленуара (який працював без стиску), він лише ледь перевершував по ККД парові машини, а коли (через 15 років) з'явився 4-х тактний ДВС Отто, що працює зі стисненням, то ККД такої моделі одразу перевершив на голову по економічності всі існуючі тоді двигуни.
Але стиск - не такий вже простий і однозначний процес. Тим більше, що досягати дуже високих ступенів стиснення, немає сенсу, та й це дуже важко технічно.
Перше: чим вищий ступінь стиснення – тим більший робочий хід поршня в циліндрі. Отже – більша лінійна швидкість руху поршня на високих оборотах. Отже – тим більше інерційні знакозмінні навантаження, що діють на всі елементи кривошипно-шатунного механізму. При цьому ще й підвищуються рівні тиску в циліндрі. Тому у двигуна з високим ступенемстискування та довгим робочим ходом всі елементи та деталі мотора повинні бути підвищеної міцності, тобто. товстими та важкими. Саме тому дизелі не бувають маленькими та легкими. Тому не створено малих дизелів для мотоциклів, для підвісних човнових моторів, легкої авіації та ін. Саме тому піддані серйозному тюнінгу - "пережаті" стандартні авто мотори мають такий малий моторесурс.
Друге: чим вищий ступінь стиснення, тим сильніший ризик детонації з усіма руйнівними наслідками. Заправка бензином з низькою якістю може просто зруйнувати такий двигун. Про детонацію – читайте у спеціальній СТАТТІ. Тобто. на певній мірі стиснення доводиться застосовувати дедалі дорожчий і спеціальний бензин або спеціальні присадки до нього. У п'ятдесяті - шістдесяті роки магістральною лінією двигунобудування, особливо в США, було підвищення ступеня стиснення, який до початку сімдесятих на американських двигунахнерідко сягала 11-13:1. Однак це вимагало відповідного бензину з високим октановим числом, що в ті роки могло бути отримано лише додаванням отруйного тетраетилсвинцю. Введення на початку сімдесятих років екологічних стандартів у більшості країн призвело до зупинки зростання та навіть зниження ступеня стиснення на серійних двигунах.
Однак – досягати гранично можливих ступенів стиснення немає жодного сенсу. Справа в тому, що термічний ККД двигуна наростає з підвищенням ступеня стиснення, але не лінійно, а з поступовим уповільненням. Якщо зі збільшенням ступеня стискування від 5 до 10 він підвищується в 1,265 разу, то від 10 до 20 - лише 1,157 разу. Тобто. після досягнення певного порогу ступеня стиснення її подальше підвищення немає сенсу, бо виграш буде мінімальним, а наростаючі труднощі – величезними.

* * * При уважному аналізі можливостей роботи різних типів двигунів та пошуку шляхів підвищення їх ефективності можна знайти можливості, відмінні від постійного підвищення ступеня стиснення. І вони будуть набагато ефективнішими та якіснішими, ніж високе підвищення ступеня стиснення.
Для початку розберемося – а що дає власне високий рівень стиснення. А дає вона таке:
- Дає високу довжину робочого ходу, т.к. у поршневому двигуні довжина ходу стиснення дорівнює ходу довжини розширення;
- сильний тиск у заряді робочої суміші, при якому відбувається зближення молекул кисню та палива. Від цього процес горіння готується краще та
йде швидше.

За першою позицією можна дати такі коментарі: дійсно, економічність дизелів багато в чому зобов'язана тому, що вони мають більшу довжину робочого ходу. Тобто. збільшення довжини ходу розширення значно серйозніше впливає підвищення ефективності та економічності двигуна, ніж підвищення довжини ходу стиснення. Це дає можливість знімати з тиску робочих газів більше користі – гази працюють на переміщення поршня. І якщо в «бензинових» моторах діаметр поршня приблизно дорівнює довжині робочого ходу, з відповідним «ступенем стиснення» і «ступенем розширення», які прив'язані до довжини ходу поршня, то в дизельних двигунах цей параметр помітно більший. У класичних низькооборотних дизельних двигунів хід поршня більший, ніж діаметр поршня на 15-30%. У суднових дизелях ця різниця набуває взагалі кричущого розміру. Наприклад, у величезного 14-циліндрового дизельного двигунадля супертанкера виробництва фінської фірми Wartsila, робочим об'ємом 25480 літрів і потужністю 108920 к.с. при 102 об/хв. діаметр циліндра становить 960 мм., при ході поршня - 2500 мм.

При цьому нагадаю, що такі суднові дизелі працюють на сирій нафті, яка може витримувати дуже високий ступінь стиснення при такому величезному ході поршня.

Але збільшення ступеня стиснення має і свої неприємні сторони - вимагає застосування дорогих високооктанових сортів бензину, збільшення ваги мотора, а також неабиякі витрати потужності двигуна на процес сильного стиснення.
Спробуємо розібратися – а чи не вдасться досягти близького, і навіть більшого ефекту в нарощуванні потужності та збільшення ККД двигуна іншими способами, тобто. без зайвого збільшення ступеня стиснення з наростанням властивого подібному процесу негативу. Виявляється, що такий шлях можливий. Тобто. всіх обох позитивних аспектів від нарощування ступеня стиснення можна отримати іншими шляхами і без притаманних нарощування ступеня стиснення неприємностей.

Розгляд першої позиції - Велика довжина робочого ходу. Головне для економічності – це велика довжина робочого ходу, щоб усі робочі гази максимально передали тиск на поршень. А в поршневому двигуні робочий хід дорівнює довжині ходу стиснення. Ось якось і закріпилася думка, що найважливіше - ступінь стиснення, а не ступінь розширення. Хоча в поршневому двигуні ці значення рівні. Тому й розділяти їх немає особливого сенсу.

Але в ідеалі – краще зробити ці довжини ходу різними. Так як підвищення ходу стиснення веде до маси неприємних наслідків, його зробити помірним. А ось хід розширення, як відповідальний максимально за економічність і ефективність, зробити максимально великим. Але в поршневому моторі це зробити практично неможливо (або зробити дуже важко і складно-приклад двигун Кушуля). Зате є маса схем роторних двигунів, які дозволяють без особливих труднощів вирішити цю дилему. Тобто. можливість двигуну мати помірний ступінь стиснення та при цьому значну довжину робочого ходу.

Розгляд другої позиції – активізація та висока ефективність процесу згоряння палива. Його висока швидкістьта повнота. Це важлива умова якості та економічності роботи двигуна. Але, виявляється, ступінь стиснення (забезпечення високого тиску) не єдиним, і навіть самим найкращим способомдосягнення такого результату.

Тут дозволю собі цитату з академічної книжки з теорії двигунів для ВНЗ радянського періоду: «Автомобільні двигуни», під ред. М.С.Ховаха. Москва, "Машинобудування", 1967р.
Як видно з наведеної цитати, якість та швидкість згоряння більше залежить від температури згоряння, і меншою мірою від тиску. Тобто. якщо вдасться забезпечити гранично високу температуру середовища згоряння, то повноцінність згоряння буде максимальною, і потреба гранично високого тиску перед процесом згоряння (у мірі стиснення) відпаде.

З усіх вище описаних теоретичних підходів, можна зробити один висновок - потужний двигун з високим ККД може обійтися і без високого стиснення, з усіма притаманними для неї труднощами. Для цього в двигуні ступінь розширення має бути помітно вищий за ступінь стиснення, а згоряння заряду свіжої робочої суміші повинно відбуватися в гранично нагрітій камері згоряння. При цьому в процесі згоряння тиск і температура повинні підвищуватись за рахунок їх природного збільшення за рахунок енергії процесу горіння. Тобто. камера згоряння повинна герметично замикатися та не змінювати свій об'єм у процесі згоряння. Отже: швидкісного збільшення об'єму камери згоряння - з відповідним падінням тиску і температури (як це відбувається в поршневому моторі) не повинно бути.
До речі, під час згоряння паливної суміші тиск у замкненій камері згоряння незмінного обсягу буде підвищуватися, тобто згоряючі «другою серією» (більше 60% від маси заряду) порції палива згорятимуть при дуже високому ступені стиснення (тиск близько 100 атм.) тиск якого буде створено згорянням першої частини палива. Тут треба зауважити, що тиск завершення такту стиснення навіть у дизелів (цих нинішніх рекродстменів за ККД) становить не більше 45-50 атм.
Але обидві ці вищезгадані умови в поршневому двигуні з кривошипно-шатунним механізмом дотриматися і забезпечити неможливо. Тому і працюють поршневі двигуни на підвищених ступенях стиснення, з усіма труднощами, що витікають, і ніяк не можуть подолати планку ККД в 40% вже майже 100 років.

ПІДСУМОК цієї статті такий - Високоефективний двигун великої потужності з високим ККД може мати помірну ступінь стиснення, якщо матиме хід розширення, помітно більше ніж хід стиснення. А згоряння робочої суміші відбуватиметься в замикається на час згоряння і камері, що не охолоджується (ізохорний адіабатичний процес) при наростаючих температурі і тиску від енергії самого процесу згоряння.
У рамках ідеї поршневого двигуна таку конструкцію створити неможливо, а от у полі ідей роторних двигунів подібні конструкції створити цілком реально. Чим і займається автор цього тексту та цього сайту.

СТАТТЯ №2-2

РОЗДУМ ПРО СТУПЕННЯ стиску-2:
ПОГЛЯД В ІСТОРІЮ

26.01.13р.

У першій частині статті я показав - безперервне підвищення ступеня стиснення в поршневому двигуні з кривошипно-шатунним механізмом - єдиний шлях невеликого збільшення ККД двигуна, має чіткі межі своїх можливостей. На ступенях стиснення, що наближаються до 16, Робоча Суміш з парами бензину навіть октанового числа 100 починає згоряти в режимі детонації, а деталі та корпус двигуна стають дуже громіздкими і товстостінними (як у дизелі), щоб витримувати підвищені тиски та великі інерційні. Але величезні сили згоряння детонації навіть такі громіздкі і масивні деталі руйнують дуже швидко.

Але є інші шляхи підвищення ККД двигуна – це:
А) – збільшення температури згоряння Робочої суміші (температури в камері згоряння), щоб досягти повного та швидкого згоряння парів бензину. При цьому виділяється максимальна кількість тепла і Робоче Тіло сильніше давитиме на поршень - тобто. виконувати велику роботу.
Цим шляхом поршневі двигуни з кривошипно-шатунним механізмом і суміщеним процесом «горіння-розширення» (3-й такт) йти не можуть, оскільки масло (змащувальне стінки кінематичної пари «поршень — циліндр») при температурі 220 градусів вже починає обвуглюватися і перестає змащувати. Саме тому циліндр і поршень двигуна треба охолоджувати, а це призводить до різкого зниження теплового ККД двигуна.
Б) - збільшення обсягу (ступеня) розширення Робочого Тіла (довжини ходу розширення) для повноцінного розширення газів Робочого Тіла. Це дозволить повністю використати їхній надлишковий тиск. У сучасних поршневих двигунах на вихлоп йдуть гази з тиском 5-8 атмосфер, що є значними втратами. І це при тому, що середній ефективний тиск поршневого двигуна складає всього 10 атмосфер. Збільшити величину спрацьовування цього тиску заважає мала довжина робочого ходу поршневого двигуна з КШМ (кривошипно-шатунним механізмом).
Якщо збільшити ступінь розширення газів Робочого Тіла у двигуні, його ККД значно збільшиться і необхідності підвищення ступеня стиснення.

Перший історія двигун внутрішнього згоряння — двигун Ленуара. 1860г

Отже, тема цієї статті: для підвищення ККД можна і потрібно збільшувати ступінь розширення робочого тіла (робочих газів) без збільшення ступеня стиснення. Це має призвести до значного підвищення ефективності роботи двигуна. Давайте в цій статті обґрунтуємо саме таку можливість.

В оптимумі треба мати: ступінь стиснення може бути зовсім невеликим – приблизно 3-х кратним, це відповідає тиску в заряді стиснутої Робочої Суміші в 4 атмосфери, але ступінь розширення (довжина лінії робочого ходу) має перевищувати цей невеликий ступінь стиснення приблизно 6-8 разів.
Така постановка питання може здатися дивною і нерозумною всім знавцям традиційних схем двигунів, які звикли до високих ступенів стиснення поршневих моторів. Але саме про такий парадоксальний стан справ насправді свідчить уважне вивчення конструкцій двигунів внутрішнього згоряння, які створювалися і працювали на зорі появи таких двигунів, тобто. за доби створення перших ДВС.

Отже, перша помилка, яка працює на зміцнення міфу про необхідність створення високого ступеня стиснення в двигуні, обґрунтовується тим, що перші двигуни внутрішнього згоряння, які створювалися 150 років тому, не стискали попередньо Робочу суміш перед її підпалом і тому мали зовсім мізерний ККД — майже такий же, як і у примітивних парових машин.
Дійсно, перший діючий двигун внутрішнього згоряння конструкції Жана Ленуара (патент 1859) не мав попереднього стиснення Робочої Суміші і працював з ККД в 4%. Всього 4% - це як і ненажерливі та громіздкі парові машини того часу.
А ось перший зразок 4-х тактного двигуна Ніколауса Отто, створений у 1877 році, працював із попереднім стиском Робочої Суміші і при роботі показав ККД у 22 відсотки, що для того часу було феноменальним досягненням. При цьому ступінь стиснення та ступінь розширення (як у всіх нинішніх поршневих ДВС з КШМ) у нього були рівні між собою.
На підставі цих даних:
- ККД двигуна Ленуара без стиску - 4%;
- ККД двигуна Отто зі стисненням - 22%;
робляться прості та ясні висновки – двигун працюючий з попереднім стиском Робочої Суміші працює за принципово більш ефективним режимом, і – чим більший ступінь стиснення – тим краще. Цей висновок за 140 останніх роківнабув характеру великої істини і останні 100 років двигунобудування йде шляхом нарощування значення ступеня стиснення, який сьогодні вже досяг граничних значень.

АЛЕ у викладі цієї інформації є одне велике АЛЕ…
Виявляється той же Ніколаус Отто, перш ніж створити свій знаменитий 4-х тактний двигун зі стиском в 1877 році, трохи раніше - в 1864 створив, випускав і успішно продавав багатьма сотнями інший свій винахід - атмосферний двигун внутрішнього згоряння, що працює без попереднього стиснення. ККД цього двигуна становив 15% ... Такий високий ККД зовсім не вкладається в теорію, що сильне попереднє стиснення Робочої Суміші необхідно для досягнення значних показників ККД двигуна.
Щось у цій темі було не так, чогось не вистачало для розуміння дуже важливих фактів, і я вирішив вивчити цю ситуацію. І ось до яких висновків я дійшов:
-Цілком жахливий – мізерний – ККД двигуна Ленуара виходив тому, що він мав повністю неприпустимо малу РІЗЕНЬ РОЗШИРЕННЯробочих газів;
— а дуже гідним ККД у 15% атмосферний двигун Отто, який працює без стиснення, мав від того, що мав дуже велику СТУПЕНЬ РОЗШИРЕННЯробочих газів;
Правда цей двигун Отто мав дуже поганий момент, що крутить, і дуже нерівний режим обертання головного валу, тому і потім був швидко витіснений 4-х тактними двигунами. Але зі значенням ККД у нього було дуже пристойно.

Давайте уважно подивимося на габарити робочих органів двигуна Ленуара та зробимо деякі грубі розрахунки. Діаметр поршня – 120 мм і хід поршня – 100 мм. Описи двигуна того часу зберегли дані про те, що на всмоктування газу та повітря відводилася відстань приблизно в половину довжини лінії розширення. Потім клапан подачі закривався і електросвічка давала іскру. Тобто. на процес розширення, вірніше на об'єднаний процес «горіння-розширення» залишалося менше половини довжини робочого ходу… Іскра підпалювала суміш газу та повітря, відбувався спалах, температура та тиск газів у циліндрі різко збільшувався і робочий тиск із зусиллям гнав поршень далі. Максимальний пік робочого тиску газів на поршень складав 5 атмосфер. Але треба розуміти, що Робоча Суміш підпалювалася в умовах дедалі більшого падіння тиску – адже поршень продовжував рухатися створюючи розрідження нижче атмосферного тиску… У таких умовах підпалюватися могла тільки дуже «багата» суміш, перенасичена газом. Відповідно, згоряння в такому режимі було вкрай неповним, та ще й розширитися продуті згоряння навряд чи могли повноцінно – адже довжина робочого ходу була вкрай малою. Тобто. для поршня діаметром 120 мм. Довжина робочого ходу становила менше 50 мм. Можна сміливо вважати, що на вихлоп йшли гази дуже високого тиску, та ще й перенасичені світильником, що не згорів. Відповідно двигун таких параметрів мав потужність всього 0,5 кінської сили при частоті обертання валу в 120-140 оборотів за хвилину. Отже – дивимося на двигун Ленуара. Цей двигун працював за 2-х тактним циклом. Спочатку на лінії робочого ходу поршень втягував світильний газ і повітря (Робочу Суміш). Потім клапан подачі закривався. Електрична свічка давала іскру — і Робоча Суміш спалахувала, і гарячий газ посиленого тиску штовхав поршень далі. Потім при зворотному ході поршень виштовхував продукти горіння із циліндра, і потім все повторювалося знову.
Тобто. в одному робочому такті — на «лінії розширення» — були поєднані ТРИ робочі процеси:
- Впуск Робочої Суміші;
- Горіння Робочої Суміші;
- Розширення Робочого Тіла;

ВИСНОВОК— двигун Ленуара мав такий низький ККД і таку малу потужність насамперед через дуже малу довжину робочого ходу (коли робочі гази просто не мали можливості спрацювати) і дуже неефективну організацію робочих процесів, коли гранично «багата» Робоча Суміш підпалювалася при тиску помітно нижче атмосферного. за умов активного розширення обсягу. Тобто. цей двигун слід було позначити, як двигун, що працює з Попереднім РОЗШИРЕННЯМ (розрідженням) Робочої Суміші.

ДАЛІ - розглянемо схему роботи іншого двигуна, який працював без попереднього стиснення Робочої Суміші, але мав ККД в 15%. Це атмосферний двигун Отто зразка 1864 року. То був дуже незвичайний двигун. Він за своєю кінематикою здавався чимось абсолютно потворним і непридатним до роботи, але за «корявою» кінематичною схемою він діяв за дуже раціональною схемою організації робочих процесів і тому мав ККД у 15%.
Циліндр цього двигуна був встановлений вертикально і поршень двигуна рухався вгору-вниз. При цьому в цьому двигуні не було КШМ, а поршень мав спрямовану вгору дуже довгу зубчасту рейку, яка входила своїми зубами в зачеплення з шестернею і обертала її.

Атмосферний двигун Отто зразка 1864 року. Праворуч на фото виставлений поршень із довгою зубчастою рейкою, яка дає уявлення про довжину робочого ходу. При цьому, коли під поршнем вибухала Робоча Суміш, і поршень миттєво злітав угору – то шестерня оберталася вхолосту, бо спеціальний механізм від'єднував її від маховика машини. Потім, коли поршень і рейка досягали крайньої верхньої точки, і тиск робочих газів у поршні переставав діяти, поршень і рейка під своєю вагою починали шлях вниз. У цей момент шестерня приєднувалась до валу маховика, і починався робочий хід. Таким чином, двигун діяв ривковими імпульсами і мав дуже поганий режим моменту. Двигун до того ж мав малу потужність, так як зусилля створювали тільки вага поршня і рейки (тобто працювала сила тяжіння), а так само тиск атмосферного повітря, коли остигаючими газами і піднятим вгору поршнем в циліндрі створювалося розрядження. Саме тому двигун називався атмосферним, бо у ньому разом із силою тяжіння працювала й сила атмосферного тиску.

Але зате - в такій конструкції двигуна були вдало організовані робочі процеси.
Розглянемо, як були організовані та діяли робочі процеси у цьому двигуні.
Спочатку спеціальний механізм піднімав поршень на 1/10 висоти циліндра, у результаті під поршнем утворювався розріджений простір і туди відбувалося всмоктування суміші повітря та газу. Далі поршень зупинявся. Потім суміш займалася відкритим полум'ям через особливу трубку. При вибуху пального газу тиск під поршнем стрибкоподібно піднімався до 4 атм. Ця дія підкидала поршень вгору, об'єм газу в циліндрі збільшувався і тиск під ним падало, так як внутрішній об'єм поршня не мав зв'язку з атмосферою і був герметично закритий. Під час підкидання вибухом поршня спеціальний механізм від'єднував рейку від валу. Поршень спочатку під тиском газу, а потім за інерцією піднімався доти, доки під ним не створювалося значного розрідження. У разі робочий хід виявлявся максимальної довжини, і тривав до того часу, поки вся енергія згорілого палива (як надлишкового тиску Робочого Тіла) повністю витрачалася підйом поршня. Зауважте, що на фотографії двигуна видно - довжина робочого ходу (висота циліндра) багаторазово - у 6-8 разів більше за діаметр поршня. Ось якою довжиною був у нього робочий хід. У той час як у сучасних моторах поршневих діаметр поршня приблизно дорівнює робочому ходу. Тільки в дизелях – цих сучасних чемпіонах економічності – робочий хід приблизно на 20-30 відсотків більший за діаметр циліндра. А тут – більше у 6 чи навіть 8 разів….
Далі-поршень прямував вниз і починався робочий хід поршня під навантаженням власної ваги та під дією атмосферного тиску. Після того, як тиск газу, що стискається в циліндрі, на шляху поршня вниз досягав атмосферного, відкривався випускний вентиль, і поршень своєю масою витісняв відпрацьовані гази. Весь цей час довга зубчаста рейка крутила шестерню, з'єднану валом із маховиком. Саме так вироблялася потужність двигуна. Після повернення поршня в нижню точку траєкторії руху все повторювалося знову - спеціалізований механізм плавно піднімав його вгору і відбувалося всмоктування нової порції Робочої Суміші.

Є ще одна особливість – яка грала на помітне зростання ККД. Це особливості не було ні в двигуні Ленуара, немає її і в сучасних 2-х і 4-х тактних двигунах. досягав 15%. З іншого боку – підпалювання робочої суміші у атмосферному двигуні Отто відбувалося при атмосферному тиску, тоді як і двигуні Ленуара цей процес відбувався за умов наростаючого розрідження, тобто. в умовах наростаючого падіння сил тиску, коли тиск виявлявся помітно меншим за атмосферний.
Ще треба сказати, що за принциповою схемою близькою до схеми цього двигуна сьогодні працюють копри — дизель-молоти. Щоправда подача і підпалювання палива в них влаштовано інакше, але загальна принципова схема руху робочого органу та сама.

У атмосферному двигуні Отто в останній момент підпалювання Робочої Суміші поршень стояв дома, і за горінні перших порцій палива обсягом згоряння створювалося наростаючий тиск, тобто. порції палива, які згоряли в другу, в третю і в наступну чергу - вони згоряли в умовах тиску, що наростає, тобто. Стиснення Робочої Суміші відбувалося за рахунок наростань тиску від спалаху та виділення тепла перших порцій заряду, що горить. При цьому інерційність системи, що давить зверху на палаючий газ - поршня, довгої рейки і атмосферного тиску, створювала сильний опір першому імпульсу руху вгору, що і призводило до помітного підвищення тиску в середовищі палаючого газу. Тобто. в атмосферному двигуні Отто горіння Робочої Суміші відбувалося в умовах різкого стиснення основного обсягу частини заряду пального газу, що ще не починає горіти. Хоча попереднього стиснення поршнем і не було. Саме це, що з'являється під час горіння заряду Робочої Суміші, фактичне стиснення значної величини більшої частини парів палива (разом з робочим ходом великої довжини) і відігравало на значний ККД атмосферного двигуна Отто зразка 1864 року.

А ось сучасні поршневі двигуни, як і двигун Ленуара 150 років тому, змушені підпалювати свіжий заряд Робочої Суміші та умов різко розширюваного об'єму, коли поршень (а його дуже потужно рухає шатун і колінвал) відчайдушно тікає від денця циліндра і розширює . Для довідки швидкість руху поршня в сучасних двигунах – 10-20 метрів в секунду, а швидкість поширення фронту полум'я в сильно стислому заряді парів палива – 20-35 метрів в секунду. Але в сучасних двигунах для усунення цього неприємного становища можна пробувати підпалити заряд Робочої Суміші "рано" - тобто. до досягнення поршнем, що рухається, на лінії завершення попереднього такту Верхньої Мертвої Точки (ВМТ), або в положенні біля цієї точки. А ось у двигуні Ленуара це було неможливо, бо після досягнення поршнем ВМТ починався процес всмоктування свіжої порції пального газу та повітря, а її підпалювання можливе лише в умовах різко збільшеного обсягу «камери згоряння» і різкого падіння тиску в свіжій порції Робочої Суміші нижче атмосферного. Саме тому двигун Ленуара і мав такий гранично низький ККД.

Можна припустити, що якби атмосферний двигун Отто мав іскрове електричне запалювання (як ранній двигун Ленуара), його ККД міг би цілком наблизитися до 20%. Справа в тому, що при запаленні заряду Робочої Суміші в циліндрі відкритим полум'ям через особливу трубку при спалаху деяка частина заряду, що горить, вилітала в атмосферу через цю трубку і це були помітні втрати ... Якби такі втрати вдалося виключити, то ККД цього двигуна був би свідомо вище .
Але Отто не володів знаннями в галузі електротехніки (як Ленуар), тому він і встановив на свій атмосферний двигун таку примітивну систему, що зменшує ККД запалювання.

ВИСНОВКИ з цієї статті такі:

1) – усталена думка про можливість досягнення гранично високого ККД двигуна переважно за рахунок максимально можливого ступеня попереднього стискуРобочої суміші справедливо лише для конструкцій поршневих двигунів , де поршень, що стрімко рухається від «денця» циліндра в бік колінвала поршень (за рахунок примусового приводу від колінвала) з величезною швидкістю розширює об'єм «камери згоряння» і зменшує тиск підпалюваного (і палаючого- теж) заряду Робочої Суміші. У поршневому двигуні Ленуара, що працює без попереднього стиснення Робочої Суміші, цей недолік поршневих двигунів виявлявся особливо яскраво. Що й призводило до його гранично низького ККД.
У сучасних поршневих двигунах всіх типів для усунення саме цього конструктивного «родового» недоліку в організації робочих процесів якраз і застосовується гранично високий ступінь попереднього стиснення – саме для того, щоб змусити свіжий заряд Робочої Суміші горіти при високих тисках і температурі (не дивлячись на швидкісне збільшення об'єму камери згоряння та відповідне падіння тиску в цій камері), що є запорукою щодо повноцінного горіння заряду Робочої Суміші та створення Робочого Тіла високого тиску та високої температури.
2) - в історії техніки існують конструкції двигунів інших кінематичних схем та іншого способу організації робочих процесів, де навіть без попереднього сильного стиску свіжого заряду Робочої Суміші можна досягти непоганих значень ККД навіть за дуже примітивної конструкції. Приклад - атмосферний двигун Отто зразка 1864, з ККД в 15%.
3) – можна створити високоефективний двигун внутрішнього згоряння, в якому процеси згоряння свіжого заряду Робочої Суміші та створення Робочого Тіла високих параметрів відбуватимуться шляхом природного стиснення заряду, що горить за рахунок самих сил горінняв умовах камери згоряння постійного обсягу. Тим більше, що процес попереднього стиснення до високих значень (20-30 атмосфер), який характерний для сучасних поршневих двигунів, вимагає витрат значної кількості енергії двигуна і застосування масивних, громіздких і важких деталей.
При цьому основний внесок у досягнення високого ККД зробить великий параметр обсягу розширення (довгий робочий хід), який буде значно більшим за обсяг стиснення.

САМЕ ТАКИЙ двигун, що не вимагає витратного та громіздкого Попереднього Стиснення свіжого заряду Робочої Суміші високого значення, автор цієї статті в даний час і створює. У цьому двигуні попереднє стиснення здійснюватиметься до невисоких значень, а основне стиснення заряду Робочої Суміші в камері згоряння незмінного обсягу відбуватиметься за рахунок сил першого етапу горіння. В ідеалі це буде детонаційне горіння: спалах вибух. Робоче Тіло високого тиску буде розширюватися до кінця своїх можливостей у секторі розширення великого обсягу.

Поняття коефіцієнта корисної дії (ККД) може бути застосовано до різних типів пристроїв і механізмів, робота яких заснована на використанні будь-яких ресурсів. Так, якщо в якості такого ресурсу розглядати енергію, що використовується для роботи системи, результатом цього слід вважати обсяг корисної роботи, виконаної на цій енергії.

У загальному виглядіформулу ККД можна записати так: n = A*100%/Q. У цій формулі символ n застосовується як позначення ККД, символ A являє собою обсяг виконаної роботи, а Q - обсяг витраченої енергії. При цьому варто наголосити, що одиницею вимірювання ККД є відсотки. Теоретично максимальна величина цього коефіцієнта становить 100%, проте практично досягти такого показника практично неможливо, оскільки у роботі кожного механізму присутні ті чи інші втрати енергії.

ККД двигуна

Двигун внутрішнього згоряння (ДВС), що є одним з ключових компонентів механізму сучасного автомобіля, також є варіантом системи, заснованої на використанні ресурсу - бензину або дизельного палива. Тому для неї можна розрахувати величину ККД.

Незважаючи на всі технічні досягнення автомобільної промисловості, стандартний ККД ДВС залишається досить низьким: залежно від використаних при конструюванні двигуна технологій, він може становити від 25% до 60%. Це з тим, робота такого двигуна пов'язані з значними втратами енергії.

Так, найбільші втрати ефективності роботи ДВЗ припадають на роботу системи охолодження, яка забирає до 40% енергії виробленої двигуном. Значна частина енергії – до 25% – втрачається в процесі відведення відпрацьованих газів, тобто просто виноситься в атмосферу. Нарешті, приблизно 10% енергії, що виробляється двигуном, йде подолання тертя між різними деталями ДВС.

Тому технологи та інженери, зайняті в автомобільній промисловості, докладають значних зусиль для підвищення ККД двигунів шляхом скорочення втрат за всіма переліченими статтями. Так, основне напрям конструкторських розробок, спрямоване зменшення втрат, що стосуються роботи системи охолодження, пов'язані з спробами зменшити розмір поверхонь, якими відбувається теплоотдача. Зменшення втрат у процесі газообміну проводиться переважно з використанням системи турбонаддува, а зниження втрат, пов'язаних із тертям, - за допомогою застосування більш технологічних та сучасних матеріалів при конструюванні двигуна. Як стверджують фахівці, застосування цих та інших технологій здатне підняти ККД ДВС до рівня 80% та вище.

приклад. Середня сила тяги двигуна становить 882 Н. На 100 км. шляху він споживає 7 кг бензину. Визначте ККД його двигуна. Спочатку знайдіть корисну роботу. Вона дорівнює добутку сили F на відстань S, яка долається тілом під її впливом Ап=F∙S. Визначте кількість теплоти, яка виділиться при спалюванні 7 кг бензину, це буде витрачена робота Аз=Q=q∙m, де q – питоме паливодля бензину вона дорівнює 42∙10^6 Дж/кг, а m – маса цього палива. ККД двигуна дорівнюватиме ККД=(F∙S)/(q∙m)∙100%= (882∙100000)/(42∙10^6∙7)∙100%=30%.

У загальному випадку, щоб знайти ККД, будь-якої теплової машини (двигуна внутрішнього згоряння, парового двигуна, і т.д.), де робота виконується газом, має коефіцієнт корисного діїрівний різниці теплоти відданої нагрівачем Q1 і отриманої холодильником Q2, знайдіть різницю теплоти нагрівача і холодильника, і поділіть на теплоту нагрівача ККД = (Q1-Q2)/Q1. Тут ККД у одиницях від 0 до 1, щоб перевести результат , помножте його на 100.

Щоб отримати ККД ідеальної теплової машини (машини Карно), знайдіть відношення різниці температури нагрівача Т1 і холодильника Т2 до температури нагрівача ККД=(Т1-Т2)/Т1. Це гранично можливий ККД для конкретного типу теплової машини із заданими температурами нагрівача та холодильника.

Визначте загальну. Такі відомості можна отримати, звернувшись до даних перепису населення. Для визначення загальних коефіцієнтів народжуваності, смертності, шлюбності та розведення вам знадобиться знайти твір загального населення та розрахункового періоду. Число, що вийшло, запишіть у знаменник.

Поставте на чисельник показник, що відповідає шуканому відносному. Наприклад, якщо перед вами варто визначити загальний коефіцієнт народжуваності, то на місці чисельника має знаходитися число, що відображає загальну кількість народжених за період, що вас цікавить. Якщо вашою метою є рівень смертності чи шлюбності, то на місце чисельника поставте число померлих розрахунковий періодабо кількість одружених, відповідно.

Помножте число, що вийшло на 1000. Це і буде шуканий вами загальний коефіцієнт. Якщо перед вами стоїть завдання знайти загальний коефіцієнт приросту, то відніміть з коефіцієнта народжуваності коефіцієнт смертності.

Відео на тему

Джерела:

• Загальні коефіцієнти природного руху населення

Під словом «робота» розуміється насамперед діяльність, яка дає людині кошти на існування. Іншими словами, за неї він отримує матеріальна винагорода. Тим не менш, люди готові у свій вільний час або безоплатно, або за суто символічну плату брати участь також у суспільно-корисній роботі, спрямованій на допомогу нужденним, благоустрій дворів та вулиць, озеленення тощо. Число таких добровольців, напевно, було б ще більшим, але вони часто не знають, де можуть знадобитися їхні послуги.

Коефіцієнт зволоження є спеціальним показником, розробленим фахівцями в галузі метеорології для оцінки ступеня вологості клімату в тому чи іншому регіоні. При цьому було прийнято до уваги, що клімат є багаторічною характеристикою погодних умов у цій місцевості. Тому розглядати коефіцієнт зволоження також було вирішено у тривалих часових рамках: як правило, цей коефіцієнт розраховується на основі даних, зібраних протягом року.

Таким чином, коефіцієнт зволоження показує, наскільки велика кількість опадів, що випадають протягом цього періоду в регіоні. Це, своєю чергою, одна із основних чинників, визначальних переважаючий тип рослинності у цій місцевості.

Розрахунок коефіцієнта зволоження

Формула розрахунку коефіцієнта зволоження виглядає так: K = R / E. У зазначеній формулі символом K позначено власне коефіцієнт зволоження, а символом R - кількість опадів, що випали в цій місцевості протягом року, виражене в міліметрах. Нарешті, символом E позначається кількість опадів, що з поверхні землі, за той самий період.

Вказана кількість опадів, яка також виражається в міліметрах, залежить від температури в даному регіоні в конкретний період часу та інших факторів. Тому незважаючи на простоту наведеної формули, розрахунок коефіцієнта зволоження вимагає проведення великої кількості попередніх вимірювань за допомогою точних приладів і може бути здійснений тільки силами досить великого колективу метеорологів.

У свою чергу, значення коефіцієнта зволоження на конкретній території, що враховує всі ці показники, зазвичай дозволяє з високим ступенем достовірності визначити, який тип рослинності є переважним у цьому регіоні. Так, якщо коефіцієнт зволоження перевищує 1, це говорить про високому рівнівологості на даній території, що спричиняє переважання таких типів рослинності як тайга, тундра або лісотундра.

Достатній рівень вологості відповідає коефіцієнту зволоження, що дорівнює 1, і, як правило, характеризується переважанням змішаних або . p align="justify"> Коефіцієнт зволоження в межах від 0,6 до 1 характерний для лісостепових масивів, від 0,3 до 0,6 - для степів, від 0,1 до 0,3 - для напівпустельних територій, а від 0 до 0,1 - для пустель .

Джерела:

• Зволоження, коефіцієнти зволоження

Фізика - це наука, яка вивчає процеси, що відбуваються у природі. Наука ця дуже цікава та цікава, адже кожному з нас хочеться задовольнити себе ментально, здобувши знання та розуміння того, як і що в нашому світі влаштовано. Фізика, закони якої виводилися не одне століття і не одним десятком вчених, допомагає нам із цим завданням, і ми повинні лише радіти та поглинати надані знання.

Але в той же час фізика - наука далеко непроста, як, власне, і сама природа, але розібратися в ній було б дуже цікаво. Сьогодні ми говоритимемо про коефіцієнт корисної дії. Ми дізнаємося, що таке ККД і навіщо він потрібний. Розглянемо все наочно та цікаво.

Розшифровка абревіатури - коефіцієнт корисної дії. Однак і таке тлумачення з першого разу може виявитись не особливо зрозумілим. Цим коефіцієнтом характеризується ефективність системи чи якогось окремого тіла, а частіше - механізму. Ефективність характеризується віддачею чи перетворенням енергії.

Цей коефіцієнт застосовується практично до всього, що нас оточує, і навіть до нас самих, причому більшою мірою. Адже ми виконуємо корисну роботу весь час, тільки ось як часто і наскільки це важливо, вже інше питання, з ним і використовується термін «ККД».

Важливо врахувати, що цей коефіцієнт - величина необмежена, вона, зазвичай, є або математичні значення, наприклад, 0 і 1, або ж, як це частіше буває - у відсотках.

У фізиці цей коефіцієнт позначається буквою ?, або, як її звикли називати, Ця.

Корисна робота

При використанні будь-яких механізмів або пристроїв ми обов'язково виконуємо роботу. Вона, як правило, завжди більша за ту, що необхідна нам для виконання поставленого завдання. Виходячи з цих фактів відрізняється два типи роботи: це витрачена, яка позначається великою літерою, А з маленькою з (Аз), і корисна - А з літерою п (Ап). Для прикладу, візьмемо такий випадок: ми маємо завдання підняти бруківку певною масою на певну висоту. І тут робота характеризує лише подолання сили тяжкості, яка, своєю чергою, діє вантаж.

У разі коли для підйому застосовується якийсь пристрій, крім сили тяжіння каменю, важливо врахувати ще й силу тяжкості частин цього пристрою. І крім усього цього, важливо пам'ятати, що, виграючи в силі, ми завжди програватимемо в дорозі. Всі ці факти приводять до одного висновку, що робота, що витрачається в будь-якому варіанті виявиться більш корисною, Аз > Ап, питання саме полягає в тому, наскільки її більше, адже можна максимально скоротити цю різницю і тим самим збільшити ККД, наш або нашого пристрою.

Корисна робота - це частина витрачається, яку ми робимо, використовуючи механізм. А ККД - це якраз та фізична величинаяка показує, яку частину становить корисна робота від усієї витраченої.

Підсумок:

• Робота Aз, що витрачається, завжди більш корисною Ап.
• Чим більше ставлення корисної до витрачається, тим вищий коефіцієнт, і навпаки.
• Ап знаходиться твором маси на прискорення вільного падіння та на висоту підйому.

Існує певна формула для знаходження ККД. Вона звучить так: щоб знайти ККД у фізиці, потрібно кількість енергії розділити на виконану системою роботу. Тобто ККД – це ставлення витраченої енергії до виконаної роботи. Звідси можна зробити простий висновок, що тим краще і ефективніша системачи тіло, що менше енергії витрачається виконання роботи.

Сама формула виглядає коротко і дуже просто буде дорівнювати A/Q. Тобто ? = A/Q. У цій короткій формулі фіксують потрібні нам елементи для обчислення. Тобто A у цьому випадку є використаною енергією, яка споживається системою під час роботи, а велика буква Q, у свою чергу, буде витраченою A, або знову ж таки витраченою енергією.

В ідеалі ККД дорівнює одиниці. Але, як це зазвичай буває, він її менший. Так відбувається через фізику і через, звичайно ж, закон про збереження енергії.

Справа в тому, що закон збереження енергії передбачає, що не може бути отримано більше А, ніж отримано енергії. І навіть одиниці цей коефіцієнт дорівнюватиме вкрай рідко, оскільки енергія витрачається завжди. І робота супроводжується втратами: наприклад, у двигуна втрата полягає в його рясному нагріванні.

Отже, формула ККД:

Ƞ=А/Q, де

• A – корисна робота, яку виконує система.
• Q – енергія, яку споживає система.

Застосування у різних сферах фізики

Примітно, що ККД немає як поняття нейтральне, кожному за процесу є свій ККД, це сила тертя, не може існувати сам собою.

Розглянемо кілька прикладів процесів з наявністю ККД.

Наприклад, візьмемо електричний двигун. Завдання електричного двигуна - перетворювати електричну енергію на механічну. У цьому випадку коефіцієнтом буде ефективність двигуна щодо перетворення електроенергії в механічну енергію. Для цього випадку також існує формула, і вона виглядає так: Ƞ=P2/P1. Тут P1 – це потужність у загальному варіанті, а P2 – корисна потужність, яку виробляє сам двигун.

Неважко здогадатися, що структура формули коефіцієнта завжди зберігається, змінюються в ній лише дані, які потрібно підставити. Вони залежать від конкретного випадку, якщо це двигун, як у випадку вище, то необхідно оперувати потужністю, що витрачається, якщо робота, то вихідна формула буде інша.

Тепер ми знаємо визначення ККДі маємо уявлення про це фізичне поняття, а також про окремі його елементи та нюанси. Фізика - це одна з найбільших наук, але її можна розібрати на маленькі шматочки, щоб зрозуміти. Сьогодні ми дослідили один із цих шматочків.

Відео

Це відео допоможе вам зрозуміти, що таке ККД.

Чи не отримали відповідь на своє запитання? Запропонуйте авторам тему.

Жодна дія, що виконується, не проходить без втрат - вони є завжди. Отриманий результат завжди менший за ті зусилля, які доводиться витрачати для його досягнення. Про те, наскільки великі втрати під час виконання роботи, і свідчить коефіцієнт корисної дії (ККД).

Що ж ховається за цією абревіатурою? По суті, це коефіцієнт ефективності механізму чи показник раціонального використанняенергії. Величина ККД не має якихось одиниць виміру, вона виражається у відсотках. Визначається цей коефіцієнт як відношення корисної роботи пристрою до витраченої з його функціонування. Для обчислення ККД формула розрахунку виглядатиме таким чином:

ККД =100* (корисна виконана робота/витрачена робота)

У різних пристроях розрахунку такого співвідношення використовуються різні значення. Для електричних двигунів ККДбуде виглядати як відношення корисної роботи до електричної енергії, отриманої з мережі. Для цього буде визначатися як відношення корисної роботи до витраченої кількості теплоти.

Для визначення ККД необхідно, щоб усі різні та робота виражалися в одних одиницях. Тоді можливо буде порівнювати будь-які об'єкти, наприклад, генератори електроенергії та біологічні об'єкти, з точки зору ефективності.

Як уже зазначалося, через неминучі втрати при роботі механізмів коефіцієнт корисної дії завжди менше 1. Так, ККД тепловихстанцій досягає 90%, у двигунів внутрішнього згоряння ККД менше 30%, ККД електричного трансформатораскладає 98%. Поняття ККД може застосовуватися як до механізму загалом, так і до його окремих вузлів. При загальній оцінці ефективності механізму загалом (його ККД) береться добуток ККД окремих складових частин цього устрою.

Проблема ефективного використанняпалива з'явилося не сьогодні. При безперервному зростанні вартості енергоресурсів питання підвищення ККД механізмів перетворюється з суто теоретичного на практичне питання. Якщо ККД звичайного автомобіля не перевищує 30%, то 70% своїх грошей, які витрачаються на заправку паливом авто, ми просто викидаємо.

Розгляд ефективності роботи ДВЗ (двигуна внутрішнього згоряння) показує, що втрати відбуваються на всіх етапах його роботи. Так, тільки 75% палива, що надходить, згоряє в циліндрах мотора, а 25% викидається в атмосферу. З усього згорілого палива тільки 30-35% тепла, що виділилося, витрачається на виконання корисної роботи, решта тепло або втрачається з вихлопними газами, або залишається в системі охолодження автомобіля. З отриманої потужності на корисну роботу використовують близько 80%, решта потужності витрачається на подолання сил тертя і використовується допоміжними механізмами автомобіля.

Навіть на такому простому прикладі аналіз ефективності роботи механізму дає змогу визначити напрямки, у яких мають проводитися роботи для скорочення втрат. Так, один із пріоритетних напрямків – забезпечення повного згоряння палива. Досягається це додатковим розпорошенням палива та підвищенням тиску, тому такі популярні стають двигуни з безпосереднім упорскуванням і турбонаддувом. Тепло, що відводиться з двигуна, використовується для підігріву палива з метою кращого його випаровування, а механічні втрати зменшуються за рахунок використання сучасних сортів

Тут нами розглянуто таке поняття, як описано, що він є і на що впливає. Розглянуто на прикладі ДВС ефективність його роботи та визначено напрями та шляхи підвищення можливостей цього пристрою, а, отже, і ККД.