Toplotni izkoristek motorja je eden od pomembnih kazalnikov za ocenjevanje delovanja motorja. Višja kot je toplotna učinkovitost motorja, bolj napredna je tehnologija. Kaj torej pomeni toplotna učinkovitost motorja? Naj si ga ogledajo vsi, še posebej pa prijatelji, ki bodo avto kupili.
slika
Toplotni izkoristek motorja se nanaša na razmerje med toploto efektivne moči motorja in toploto porabljenega goriva na časovno enoto. Poenostavljeno povedano, to pomeni, koliko energije, ki nastane po zgorevanju goriva, se pretvori v pogonsko silo avtomobila.
Toplotni izkoristek se izračuna tako, da se dejansko izkoriščena toplotna vrednost deli s toplotno vrednostjo, ki jo vsebuje gorivo. Na primer: en liter bencina bo po popolnem zgorevanju sprostil 33580KJ toplote, od tega 11000KJ motor pretvori v delovno moč. Potem je toplotna učinkovitost tega motorja v tem trenutku:
(11000÷33580)×100%=32.8%
Na splošno je toplotna učinkovitost določenega motorja v bistvu fiksna od trenutka, ko je zasnovan, do trenutka, ko zapusti tovarno. Največji toplotni izkoristek bencinskih motorjev je praviloma med 30 % in 40 %, dizelskih motorjev pa nekoliko višji, med 35 % in 45 %. Ko že govorimo o tem, se lahko nekateri prijatelji vprašajo, zakaj toplotna učinkovitost ni 100-odstotna? Resničnost je tako kruta. Za inženirje motorjev je izjemno težko povečati toplotni izkoristek za 1 % na podlagi 30 % do 40 %. Kam gre torej preostalih 50–60 % energije?
slika
Motor je stroj, ki pretvarja toplotno energijo v mehansko. V skladu z zakoni termodinamike toplotne energije ni mogoče 100 % pretvoriti v druge oblike energije. Pri vseh strojih je trenje neizogibno in toplote, ki jo porabi treni upor, ni mogoče odpraviti. Poleg tega mora motor vzdrževati določeno temperaturo in prostornino ter se ne more večati ali zmanjševati v nedogled, zato je izguba pri hlajenju neizogibna. Skupaj z drugimi dejavniki, kot je nezmožnost popolnega zgorevanja goriva, izguba plina v črpalki itd., toplotna učinkovitost motorja ne more biti 100 %.
Ko se je motor prvič rodil, je bil največji toplotni izkoristek manj kot 20 %. Po stotih letih se je z nenehnim prizadevanjem generacij avtomobilskih inženirjev največji toplotni izkoristek avtomobilskih motorjev povečal le na več kot 40 %. Že to je izjemen dosežek. Pri trenutni tehnologiji je toplotna učinkovitost motorja blizu meje. Vsak odstotek povečanja je velik tehnološki napredek.
Kakšne so metode za izboljšanje toplotne učinkovitosti motorja?
1. Pri bencinskih motorjih je najbolj neposredna metoda povečanje kompresijskega razmerja motorja. To je tudi eden glavnih razlogov, zakaj je toplotni izkoristek dizelskih motorjev višji od bencinskih.
2. Zmanjšajte odpornost proti mehanskemu trenju z uporabo batov z nizkim trenjem, batnih obročkov z nizko elastičnostjo in zmogljivejših maziv.
3. Optimizirajte sistem za oskrbo z gorivom in uporabite direktni vbrizg v valj z višjim tlakom itd.
4. Optimizirajte zasnovo sesalnih in izpušnih prehodov ventilskega sklopa in uporabite tehnologijo spremenljivega krmiljenja ventilov in dviga.
5. Optimizirajte zasnovo zgorevalne komore, da omogočite popolnejše zgorevanje goriva.
6. Optimizirajte zasnovo cilindra in imejte primerno razmerje med vrtino in gibom;
7. Pri dizelskih motorjih se lahko uporabljajo tudi tehnologije, kot so povečanje stopnje vbrizgavanja, večkratni vbrizgi in visok sesalni tlak.
slika
Toplotni izkoristek motorja ni konstanten
Toplotni izkoristek motorja se spreminja s spremembami pogojev delovanja. V večini delovnih pogojev je toplotna učinkovitost motorja zelo nizka. Na primer, v najpogostejših mestnih zastojih je toplotni izkoristek motorja le približno 20 %; pri vožnji po avtocesti lahko toplotna učinkovitost doseže približno 30%; delovni pogoji z najvišjo toplotno učinkovitostjo so velike obremenitve in nizke hitrosti, na primer med vožnjo avtomobila Pri vzpenjanju po strmem klancu je dušilna loputa motorja popolnoma odprta in upor dovoda zraka je minimalen. V tem času vrtilna frekvenca motorja ni visoka in odpornost proti mehanskemu trenju je majhna. Toplotni izkoristek je v tem času relativno visok.
Če ima motor visok toplotni izkoristek, ali nujno prihrani gorivo?
Ni nujno. Motorji z večjim toplotnim izkoristkom so praviloma tehnološko naprednejši, sama ekonomičnost motorja pa je vsekakor boljša. Vendar ekonomičnost motorja ni enaka ekonomičnosti avtomobila kot celote. Poraba goriva avtomobila ni odvisna samo od motorja, ampak tudi od številnih dejavnikov, kot so menjalnik, podvozje in teža telesa. Zato niso vsi modeli, opremljeni z motorji z visoko toplotno učinkovitostjo, varčni z gorivom.
slika
Od pojava motorja z notranjim zgorevanjem, zlasti v okviru trenda varčevanja z energijo in zmanjševanja emisij, je izboljšanje toplotne učinkovitosti postalo glavna prednostna naloga v raziskavah in razvoju. Čeprav že obstajajo motorji s toplotnim izkoristkom do 43 % v množično proizvedenih modelih, je treba preostalih skoraj 50 % toplotnega izkoristka še raziskati. To je tudi pomen intenzivnih raziskav številnih avtomobilskih podjetij o motorjih na gorivo.
