Kecekapan terma brek enjin (BTE) adalah penunjuk utama untuk mengukur keupayaan enjin untuk menukar tenaga kimia bahan api ke dalam kerja mekanikal yang berkesan, yang mempunyai kesan langsung terhadap penggunaan bahan api dan pelepasan bahan api kenderaan. Terdapat perbezaan yang signifikan dalam nilai BTE yang dikeluarkan oleh pengeluar yang berbeza, terutamanya disebabkan oleh variasi pendekatan teknologi dan pelaburan R & D.
Maklumat berikut menggariskan beberapa bidang teknologi utama yang membawa kepada perbezaan BTE dan sebab terasnya.
Teknologi - Punca teras perbezaan BTE
Kawalan Pembakaran dan Pelepasan - Pengoptimuman Pembakaran:
Mengguna pakai teknologi seperti kitaran Miller, nisbah mampatan yang tinggi, dan pembakaran suhu rendah - dapat meningkatkan proses pembakaran dan mengurangkan kehilangan haba, yang penting untuk meningkatkan BTE. Sesetengah teknologi (contohnya, kadar EGR yang tinggi) boleh mengorbankan sedikit kecekapan untuk mengurangkan pelepasan.
Selepas - rawatan dan pengurusan terma:
Peredaran semula gas ekzos yang cekap (EGR) dan penapis zarah diesel yang dipangkin (CDPF) boleh mengimbangi pelepasan dan kecekapan. Sistem pengurusan penyejukan dan haba yang dioptimumkan (contohnya, menggunakan haba sisa ekzos untuk enjin cepat hangat -) juga dapat mengurangkan kehilangan tenaga.
Sistem Bahan Bakar dan Suntikan - Ciri -ciri Bahan Api:
Menggunakan bahan api yang berbeza (contohnya, campuran biodiesel, metanol) boleh menjejaskan ciri -ciri pembakaran dan mungkin bermanfaat untuk peningkatan kecekapan dalam persekitaran tertentu.
Strategi suntikan: Untuk enjin diesel atau enjin bahan api dwi -, meningkatkan tekanan suntikan dan mengoptimumkan masa suntikan (termasuk suntikan tunggal dan berganda) dapat meningkatkan pengabosan bahan api dan proses pembakaran, dengan itu meningkatkan BTE.
Pemulihan Tenaga dan Penggunaan - Pemulihan Haba Sisa:
Memulihkan haba sisa dari gas ekzos melalui teknologi seperti kitaran Rankine dan menukarkannya ke dalam kerja yang berguna secara langsung dapat meningkatkan kecekapan haba keseluruhan enjin. Projek Trak Super AS telah menjadikan teknologi teras ini.
Reka bentuk, proses, dan bahan - Reka Bentuk dan Pembuatan Asas:
Reka bentuk struktur enjin, ketepatan proses pembuatan, dan pemilihan bahan (contohnya, menggunakan bahan geseran rendah -) secara bersama menentukan kehilangan geseran, ketahanan, dan tahap ringan, yang semuanya faktor asas yang mempengaruhi BTE.
Bagaimana untuk menilai BTE yang dipromosikan oleh pengeluar?
· Beri perhatian kepada latar belakang teknologi: Nilai BTE yang tinggi biasanya disokong oleh satu atau lebih daripada teknologi canggih yang disebutkan di atas. Adalah dinasihatkan untuk memberi tumpuan kepada teknologi khusus yang diterima pakai oleh pengilang.
· Memahami perbezaan antara makmal dan amalan: Nilai kecekapan terma maksimum yang dikeluarkan oleh pengeluar biasanya diukur di bawah keadaan operasi tertentu dalam persekitaran makmal yang ideal. Keadaan memandu, beban, dan tabiat memandu sebenar akan menjejaskan penggunaan bahan api sebenar kenderaan.
I. Formula Pengiraan Teras
Formula definisi teras dan langsung untuk kecekapan terma brek adalah:
Bte=(output kerja efektif enjin) / (jumlah tenaga kimia yang dikeluarkan oleh pembakaran bahan api) × 100%
Mengekspresikan definisi ini dengan kuantiti dan unit fizikal tertentu, formula pengiraan yang paling biasa digunakan ialah:
Bte=(p_e × b_e) / 3.6 × 100%
Atau bentuknya yang setara:
Bte=3600 / h_u / b_e
Mari kita memecahkan makna simbol -simbol ini:
· BTE: Kecekapan terma brek, yang merupakan hasil yang kita ingin hitung, biasanya dinyatakan sebagai peratusan.
· P_E: Kuasa enjin yang berkesan, dengan unit kilowatt. Ini adalah kuasa bersih yang sebenarnya output oleh enjin engkol enjin.
· B_E: Penggunaan bahan api spesifik yang berkesan dari enjin, dengan unit gram per kilowatt - jam. Ini adalah penunjuk utama untuk mengukur ekonomi enjin, yang bermaksud "berapa gram bahan api yang digunakan untuk menghasilkan 1 kilowatt - jam kerja".
· H_u: Nilai pemanasan yang lebih rendah bahan api, dengan unit kilojoules per kilogram. Ini merujuk kepada haba yang dikeluarkan oleh 1 kilogram bahan api selepas pembakaran lengkap, selepas menolak haba laten pengewapan wap air yang dihasilkan semasa pembakaran. Nilai pemanasan yang lebih rendah biasanya digunakan dalam pengiraan kecekapan terma.
· 3.6: pekali penukaran unit. Oleh kerana 1 kW · h=3.6 × 10^6 j, dan unit b_e adalah g/(kw · h) dan h_u adalah kj/kg, dimensi perlu disatukan.
· Nilai kalori diesel: Pengilang mesti menggunakan bahan bakar standard dan nilai kalori standard yang dipersetujui (misalnya, 42,500 kJ/kg) untuk mengira dan melepaskan BTE. Pada masa ini, nilai kalori adalah sama dan berfungsi sebagai penanda aras bersatu.
Kenapa dikatakan bahawa penggunaan bahan api tertentu sebanyak 160 g/kW · h untuk enjin diesel adalah had?
Kita dapat memahami had ini melalui percubaan pemikiran yang mudah.
1. Siling teoritis: Kecekapan Carnot
Pertama, semua enjin haba (termasuk enjin diesel) mempunyai had kecekapan teoritis yang tidak dapat dicapai, iaitu kecekapan Carnot. Ia hanya bergantung pada suhu sumber haba (dalam - suhu pembakaran silinder) dan suhu sumber sejuk (suhu ambien).
· Formula: η_carnot=1 - (t_cold / t_hot)
· Untuk enjin diesel, T_HOT (maksimum dalam - suhu pembakaran silinder) adalah terhad oleh haba - batas tahan bahan (piston, injap, dan lain -lain akan mencairkan) dan pelepasan oksida nitrogen, dan tidak dapat ditingkatkan tanpa had. Ia adalah kira -kira 2200 darjah (2473K).
· T_cold (suhu ekzos) adalah terhad oleh suhu ambien, dianggap sebagai 25 darjah (298k).
· Kecekapan Carnot teoritis ≈ 1 - (298/2473) ≈ 88%
Ini 88% adalah siling mutlak yang semua enjin haba bercita -cita tetapi tidak dapat dicapai.
2. berlapis "diskaun" dalam realiti
Dalam enjin diesel sebenar, kehilangan tenaga berlaku dalam pelbagai aspek. Kita mesti memotong lapisan kerugian yang tidak dapat dielakkan ini dengan lapisan dari siling teoritis 88% untuk mendapatkan kecekapan terma brek yang tersedia. Angka berikut jelas menunjukkan bagaimana tenaga secara beransur -ansur menghilangkan dari 100% tenaga bahan api, hanya meninggalkan kira -kira 52% kerja yang berkesan:
Jalur Kehilangan Tenaga Diesel Engine: Dari 100% Bahan Bakar hingga Kira -kira 52% Kerja Berkesan
"Kerja yang berkesan (kira -kira 52%)"
"Kerugian penyejukan/radiasi (kira -kira 26%)"
"Kehilangan tenaga ekzos (kira -kira 25%)"
"Pumping/geseran/kerugian lain (kira -kira 17%)"
Seperti yang ditunjukkan di atas, mari kita periksa di mana "diskaun" utama ini digunakan:
a. Pembakaran dan kehilangan pemindahan haba - haba yang mesti hilang
Ini adalah kerugian terbesar. Untuk memastikan operasi enjin yang berterusan, silinder mesti menghilangkan haba melalui dinding silinder dan sistem penyejukan. Bahagian tenaga ini secara langsung dibawa oleh penyejuk dan sia -sia. Seperti yang ditunjukkan dalam angka, item tunggal ini menggunakan kira -kira 26% daripada tenaga. Ini ditentukan oleh undang -undang termodinamik dan tidak boleh dihapuskan secara asasnya.
b. Kehilangan tenaga ekzos - haba yang mesti habis
Gas ekzos suhu tinggi - selepas kerja mesti diusir dari silinder untuk mempersiapkan kitaran kerja seterusnya. Jumlah besar haba yang dibawa oleh gas ekzos ini (kira -kira 25% daripada tenaga bahan api) juga dibebaskan ke atmosfera. Walaupun top- teknologi enjin notch (misalnya, tinggi - turbocharging kecekapan) dapat memulihkan sebahagian kecil daripadanya, kebanyakannya tetap tidak digunakan.
c. Kehilangan dan geseran mekanikal kehilangan - penggunaan dalaman
· Kerugian mengepam: Enjin perlu mengatasi rintangan aliran udara semasa proses pengambilan dan ekzos, bertindak seperti "pam", yang menggunakan sejumlah kerja (kira -kira 6%).
· Kehilangan geseran mekanikal: Geseran antara bahagian bergerak seperti cincin omboh dan dinding silinder, dan aci dan galas (kira -kira 5%) adalah satu lagi penggunaan yang wujud.
· Aksesori memandu: Operasi pam bahan api, pam minyak, pam air, dan lain -lain (kira -kira 6%) juga memerlukan kerja.
3. Kerugian pemetaan kepada penggunaan bahan api tertentu
Sekarang, jika kita menukar nisbah kerugian ini ke dalam penggunaan bahan api tertentu, kita dapat melihat batas secara intuitif:
· Jumlah tenaga bahan api: Anggapkan bahawa 1 kg diesel melepaskan 42,700 kJ haba apabila dibakar sepenuhnya.
· Output sasaran: menghasilkan 1 kW · h (iaitu, 3,600 kJ) kerja yang berkesan.
· Laluan pengiraan:
1. Kecekapan terma 40% (tahap yang sangat baik): tenaga input yang diperlukan=3, 600 kJ / 0.4=9, 000 kJ. Penggunaan bahan api=9, 000 / 42,700 ≈ 0.211 kg=211 g / kW · h.
2. Kecekapan terma 50% (atas - Tahap Makmal Notch): Tenaga input yang diperlukan=3, 600 kJ / 0.5=7, 200 kJ. Penggunaan bahan api=7, 200/42,700 ≈ 0.169 kg=169 g / kW · h.
3. Kecekapan haba sebanyak 52% (tahap rekod Weichai): tenaga input yang diperlukan=3, 600 kJ / 0.52 ≈ 6,923 kJ. Penggunaan bahan api=6, 923 / 42,700 ≈ 0.162 kg=162 g / kW · H.
4. Kecekapan haba sebanyak 55% (seolah -olah hanya 3 mata peratusan lebih tinggi): tenaga input yang diperlukan=3, 600 kJ / 0.55 ≈ 6,545 kJ. Penggunaan bahan api=6, 545 / 42,700 ≈ 0.153 kg=153 g / kW · H.
Kesimpulan: Kenapa batasnya?
Dari analisis di atas, kita dapat melihatnya:
1. Undang -undang pulangan yang semakin berkurangan: Setelah mencapai kecekapan tinggi - lebih dari 50%, untuk setiap penambahbaikan peratusan tambahan, adalah perlu untuk mengatasi kerugian fizikal yang besar dan hampir tetap. Dari 52% hingga 55%, penggunaan bahan api tertentu perlu dikurangkan dari 162 hingga 153. Kesukaran teknikal pengurangan unit 9 - ini mungkin lebih besar daripada peningkatan dari 40% hingga 50%.
2. Batasan sempadan fizikal:
· Suhu bahan - Had rintangan: Suhu pembakaran tidak dapat ditingkatkan selama -lamanya, jika tidak, bahan tidak dapat menahannya.
· Pelepasan haba diperlukan: Tanpa penyejukan, enjin akan rosak dengan serta -merta.
· Geseran tidak dapat dielakkan: Selagi ada gerakan relatif, terdapat geseran.
· Gas ekzos mesti dilepaskan: Ini adalah keperluan asas kitaran kerja.
Oleh itu, dengan bahan -bahan dan prinsip -prinsip fizikal yang diketahui, mengoptimumkan semua kerugian di atas ke tahap yang melampau, mendorong kerja enjin enjin diesel yang berkesan kepada julat 52%
Oleh itu, apabila saya mengatakan bahawa penggunaan bahan api tertentu sebanyak 160 untuk enjin diesel adalah had, saya merujuk kepada had praktikal kejuruteraan di bawah paradigma teknologi semasa. Kecuali terdapat revolusi teknologi yang mengganggu pada masa akan datang (contohnya, kaedah pembakaran baru, bahan revolusioner), sukar untuk mencapai kecekapan yang ketara seperti itu dalam beberapa dekad yang lalu.