Der thermische Wirkungsgrad des Motors ist einer der wichtigen Indikatoren zur Bewertung der Motorleistung. Je höher der thermische Wirkungsgrad des Motors ist, desto ausgereifter ist die Technologie. Was bedeutet also der thermische Wirkungsgrad des Motors? Lassen Sie alle, insbesondere Freunde, die im Begriff sind, ein Auto zu kaufen, einen Blick darauf werfen.
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Der thermische Wirkungsgrad des Motors bezieht sich auf das Verhältnis der Wärme der Wirkleistung des Motors zur Wärme des pro Zeiteinheit verbrauchten Kraftstoffs. Einfach ausgedrückt bedeutet es, wie viel Energie, die nach der Verbrennung von Kraftstoff entsteht, in die Antriebskraft des Autos umgewandelt wird.
Der thermische Wirkungsgrad wird berechnet, indem der tatsächlich genutzte Wärmewert durch den im Brennstoff enthaltenen Wärmewert dividiert wird. Beispiel: Ein Liter Benzin setzt nach vollständiger Verbrennung 33580 KJ Wärme frei, wovon 11000 KJ vom Motor in Arbeitsleistung umgewandelt werden. Dann beträgt der thermische Wirkungsgrad dieses Motors zu diesem Zeitpunkt:
(11000÷33580)×100%=32.8%
Im Allgemeinen ist der thermische Wirkungsgrad eines bestimmten Motors vom Zeitpunkt seiner Konstruktion bis zum Verlassen des Werks grundsätzlich festgelegt. Der maximale thermische Wirkungsgrad liegt bei Benzinmotoren im Allgemeinen zwischen 30 % und 40 %, bei Dieselmotoren liegt er etwas höher, nämlich zwischen 35 % und 45 %. Apropos, einige Freunde fragen sich vielleicht: Warum beträgt der thermische Wirkungsgrad nicht 100 %? Die Realität ist so grausam. Für Motoreningenieure ist es äußerst schwierig, den thermischen Wirkungsgrad auf der Grundlage von 30 bis 40 % um 1 % zu steigern. Wohin gehen also die restlichen 50–60 % der Energie?
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Ein Motor ist eine Maschine, die thermische Energie in mechanische Energie umwandelt. Nach den Gesetzen der Thermodynamik kann thermische Energie nicht zu 100 % in andere Energieformen umgewandelt werden. In allen Maschinen ist Reibung unvermeidlich und die durch den Reibungswiderstand verbrauchte Wärme kann nicht beseitigt werden. Darüber hinaus muss der Motor eine bestimmte Temperatur und ein bestimmtes Volumen aufrechterhalten und kann nicht unbegrenzt ansteigen oder absinken, sodass ein Kühlverlust unvermeidlich ist. In Verbindung mit anderen Faktoren wie der Unmöglichkeit einer vollständigen Verbrennung des Kraftstoffs, dem Verlust von Pumpgas usw. kann der thermische Wirkungsgrad des Motors nicht 100 % betragen.
Als der Motor auf den Markt kam, lag der maximale thermische Wirkungsgrad bei weniger als 20 %. Nach hundert Jahren konnte durch die kontinuierlichen Bemühungen von Generationen von Automobilingenieuren der maximale thermische Wirkungsgrad von Automobilmotoren lediglich auf über 40 % gesteigert werden. Das ist bereits eine bemerkenswerte Leistung. Mit der aktuellen Technologie liegt der thermische Wirkungsgrad des Motors nahe an der Grenze. Jede prozentuale Steigerung ist ein riesiger technologischer Fortschritt.
Welche Methoden gibt es, um den thermischen Wirkungsgrad des Motors zu verbessern?
1. Bei Benzinmotoren besteht die direkteste Methode darin, das Verdichtungsverhältnis des Motors zu erhöhen. Dies ist auch einer der Hauptgründe dafür, dass der thermische Wirkungsgrad von Dieselmotoren höher ist als der von Benzinmotoren.
2. Reduzieren Sie den mechanischen Reibungswiderstand durch die Verwendung von reibungsarmen Kolben, Kolbenringen mit geringer Elastizität und leistungsfähigeren Schmiermitteln.
3. Optimieren Sie das Kraftstoffversorgungssystem und führen Sie eine Direkteinspritzung in den Zylinder mit höherem Druck usw. durch.
4. Optimieren Sie das Design der Einlass- und Auslasskanäle des Ventiltriebs und übernehmen Sie die Technologie der variablen Ventilsteuerung und des Ventilhubs.
5. Optimieren Sie das Design der Brennkammer, um eine vollständigere Kraftstoffverbrennung zu ermöglichen.
6. Optimieren Sie das Zylinderdesign und sorgen Sie für ein geeignetes Verhältnis von Bohrung zu Hub.
7. Bei Dieselmotoren können auch Technologien wie Erhöhung der Einspritzrate, Mehrfacheinspritzung und hoher Ansaugdruck eingesetzt werden.
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Der thermische Wirkungsgrad des Motors ist nicht konstant
Der thermische Wirkungsgrad des Motors ändert sich mit Änderungen der Betriebsbedingungen. Unter den meisten Arbeitsbedingungen ist der thermische Wirkungsgrad des Motors sehr niedrig. Beispielsweise beträgt der thermische Wirkungsgrad des Motors unter den häufigsten städtischen Staubedingungen nur etwa 20 %; Beim Fahren auf der Autobahn kann der thermische Wirkungsgrad etwa 30 % erreichen; Die Arbeitsbedingungen mit dem höchsten thermischen Wirkungsgrad sind große Lasten und niedrige Geschwindigkeiten, beispielsweise wenn ein Auto fährt. Beim Aufstieg auf einen steilen Hang ist die Motordrossel vollständig geöffnet und der Lufteinlasswiderstand minimal. Zu diesem Zeitpunkt ist die Motordrehzahl nicht hoch und der mechanische Reibungswiderstand gering. Der thermische Wirkungsgrad ist zu diesem Zeitpunkt relativ hoch.
Wenn ein Motor einen hohen thermischen Wirkungsgrad hat, spart er dann zwangsläufig Kraftstoff?
Nicht unbedingt. Motoren mit höherem thermischen Wirkungsgrad sind im Allgemeinen technologisch fortschrittlicher und die Wirtschaftlichkeit des Motors selbst ist definitiv besser. Allerdings entspricht die Wirtschaftlichkeit des Motors nicht der Wirtschaftlichkeit des gesamten Autos. Der Kraftstoffverbrauch des Autos wird nicht nur vom Motor bestimmt, sondern auch von vielen Faktoren wie Getriebe, Fahrwerk und Karosseriegewicht. Daher sind nicht alle Modelle, die mit Motoren mit hohem thermischen Wirkungsgrad ausgestattet sind, sparsam im Kraftstoffverbrauch.
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Seit dem Aufkommen des Verbrennungsmotors ist die Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads, insbesondere im Hinblick auf Energieeinsparung und Emissionsreduzierung, zu einer der obersten Prioritäten in Forschung und Entwicklung geworden. Obwohl es in Massenmodellen bereits Motoren mit einem thermischen Wirkungsgrad von bis zu 43 % gibt, müssen die restlichen fast 50 % des thermischen Wirkungsgrads noch erforscht werden. Dies ist auch die Bedeutung der intensiven Forschung vieler Automobilhersteller im Bereich Kraftstoffmotoren.
