Účinnost spalovacího motoru: co, jak, různé typy a fakta

V tomto článku budeme diskutovat na téma - Účinnost spalovacího motoru. K jejich pohonu se v lokomotivách běžně používají spalovací motory.

Spalovací motory nebo spalovací motory využívají tepelnou energii ze spáleného paliva a přeměňují ji na mechanickou energii. Rychlost lokomotiv závisí na tom, jak rychle se spalovací cyklus uvnitř motoru opakuje. V tomto článku se budeme podrobně věnovat spalovacím motorům.

Co je to spalovací motor?

Spalovací motory jsou tepelné motory, ve kterých dochází ke spalování paliva za pomoci okysličovadla. Výsledná tepelná energie se přemění na mechanickou energii zatlačením pístu do nejspodnější části válce

Píst se pohybuje tam a zpět a vykonává vratný pohyb. Vratný pohyb pístu je směrován na klikovou hřídel. Klikový hřídel se začne otáčet, v důsledku čehož se otáčejí i kola. Podrobněji se o spalovacích motorech budeme věnovat v dalších částech tohoto článku.

Jak funguje spalovací motor?

Vnitřní motory pracují tak, že přeměňují tepelnou energii, která vzniká po spalování paliva v přítomnosti okysličovadla, na mechanickou energii. Když je píst v horní úvrati, dochází ke spalování paliva, v důsledku čehož se uvolňuje určité množství tepelné energie.

Tato energie tlačí píst do dolní úvrati. Píst se opět setrvačností přesune do horní úvratě, tentokrát jsou výfukové plyny vytlačovány ven z výstupního ventilu. Píst je spojen s klikou přes ojnici, která převádí vratný pohyb pístu na rotační pohyb.

Obrázek kreditů: Cristian Quinzacara, Carnotův cyklus pV diagram, CC BY-SA 4.0

Jaká je účinnost spalovacího motoru?

Nyní víme, jak fungují motory s vnitřním spalováním. Víme, že vnitřní motor může produkovat vlastní práci.

Nyní budeme diskutovat o účinnosti vnitřní účinnosti. Je definováno jako množství práce, kterou motor vykonal na přívod tepla do motoru.  

Matematicky je účinnost dána jako -

Tepelná účinnost spalovacího motoru

Tepelná účinnost spalovacího motoru je poměr užitečného tepla k celkovému tepelnému vstupu do systému.

Zdroj tepla poskytuje teplo tepelnému motoru a chladič absorbuje veškeré odpadní teplo z motoru. Užitečné teplo se využívá jako pracovní výkon z motoru. Tepelná účinnost spalovacího motoru je uvedena v části uvedené níže -

Objemová účinnost spalovacího motoru

Objem válce se nazývá zdvihový objem, což je maximální objem směsi vzduchu a paliva, který lze nasát.

Objemová účinnost je poměr celkové směsi vzduch a paliva nasávané uvnitř válce k celkovému objemu válce nebo zdvihovému objemu. Matematicky je objemová účinnost spalovacího motoru uvedena v části níže -

Celková účinnost spalovacího motoru

Celková účinnost jakéhokoli tepelného motoru bere v úvahu všechny typy účinností, jmenovitě tepelnou účinnost, mechanickou účinnost, objemovou účinnost atd.

Matematicky je celková účinnost spalovacího motoru –

Jaká je mechanická účinnost spalovacího motoru?

Mechanická účinnost je účinnost, se kterou jsou mechanické součásti uvnitř vnitřního spalování práce s motorem.

Mezi mechanické součásti patří píst, ventily, válec pístního čepu atd. Motor pracuje, když tyto mechanické součásti vzájemně spolupracují. Mechanická účinnost je poměr mezi dvěma věcmi, kterými jsou pracovní výkon a pracovní vstup.

Jaká je maximální účinnost spalovacího motoru?

Různé spalovací motory mají různou účinnost. Účinnost závisí na mechanické účinnosti, typu použitého paliva, typu motoru atd.

Nejúčinnější spalovací motory mají účinnost 50 %, ale motory povolené na silnici mají účinnost mezi 20 až 30 %. Spalovací motory nejsou tak účinné, jak si myslíme, protože míra přeměny energie je velmi nízká.

Jak vypočítat účinnost spalovacího motoru?

Ve výše uvedených částech jsme viděli vzorec pro výpočet účinnosti spalovacího motoru. V těchto částech jsme nediskutovali o tom, jak najít množství použitá v tomto vzorci.

Vykonaná práce je definována jako čisté užitečné teplo odebrané z tepelného příkonu. Takže čistou práci lze zjistit jednoduše odečtením tepelného příkonu a tepelného výdeje. Rozdíl mezi těmito dvěma nám dá čistý pracovní výstup. Když pracovní výkon vydělíme tepelným příkonem s dostaneme hodnotu účinnosti. Vzorec jsme již probrali ve výše uvedených částech.

Účinnost spalovacího motoru vs elektromotor

O maximální účinnosti spalovacích motorů jsme již hovořili. Elektromobily ke svému provozu nespalují palivo.

Elektromotory na druhou stranu mají vyšší účinnost než spalovací motory. Míra přeměny energie elektromotoru je 85 %. Můžeme tedy říci, že elektromotory mají účinnost kolem 80%-85%, zatímco maximální účinnost spalovacího motoru může dosáhnout téměř 50%.

Účinnost spalovacího motoru vs plynová turbína

Plynové turbíny jsou mechanická zařízení, která přeměňují tepelnou energii z páry na mechanickou energii. Mechanická energie se pak přemění na elektrickou energii, což se děje pomocí generátoru.

Plynové turbíny mají účinnost kolem 35-40%. To je více než u většiny spalovacích motorů. Plynové turbíny ale v lokomotivách kvůli velikosti nepoužíváme. Spalovací motory jsou kompaktní velikosti, zatímco plynové turbíny jsou obrovské a používají se v aplikacích s vysokými rychlostmi.

Jak zvýšit účinnost spalovacího motoru?

Ke zvýšení účinnosti spalovacích motorů používáme následující metody:

• Nižší odvod tepla
• Vysoký kompresní poměr
• Použití chudé palivové směsi
• Provoz motoru za optimálních podmínek

Proč se ve vozidlech nepoužívají plynové turbíny, pokud mají vyšší účinnost?

Účinnost plynových turbín může být vyšší. O číslech ve výše uvedených částech jsme již hovořili. Ale důvodem, proč se nepoužívají ve vozidlech, je velikost turbíny.

Velikost plynové turbíny je velmi velká. To je důvod, proč se turbíny používají v letadlech a ne ve vozidlech. Plynové turbíny se používají tam, kde se aplikace zabývá vysokou rychlostí. Spalovací motory jsou kompaktní, a proto se používají ve vozidlech a plynové turbíny nikoli.