Альтернативные ДВС. Способы увеличения КПД

1.

«АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ДВС.
СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ
КПД»
ВЫПОЛНИЛ:
УЧЕНИК 9 «В» КЛАССА
ЖЕЛЕЗНЫЙ ИВАН
НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:
УЧИТЕЛЬ ФИЗИКИ
САВАНИНА ЛИЛИЯ ЛЕОНИДОВНА

2.

АКТУАЛЬНОСТЬ
В наши дни парк автомобилей России насчитывает 51,8 миллиона единиц. Каждый человек хочет,
чтобы его автомобиль был мощный, экономичный и экологичный. Все это достигается путем
введения в конструкцию двигателей различных технологий и способов увеличения КПД. Зачастую
люди не понимают, что с одного и того же объёма двигателя внутреннего сгорания можно снять
различные характеристики, усовершенствовав мотор различными способами. Об этих различных
способах увеличения КПД и пойдет речь в моем проекте.

3.

ЦЕЛИ РАБОТЫ:
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ
1)ИЗУЧИТЬ ПРИНЦИП
РАБОТЫ
АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ДВС И
СИСТЕМ ПОВЫШЕНИЯ
КПД.
2)ОПРЕДЕЛИТЬ НА
СКОЛЬКО СОВРЕМЕННЫЕ
ДВС С РАЗЛИЧНЫМИ
СИСТЕМАМИ
УВЕЛИЧЕНИЯ КПД
ПРЕВОСХОДЯТ
УСТАРЕВШИЕ ДВИГАТЕЛИ
ПО ПОКАЗАТЕЛЮ КПД.
3)СОБРАТЬ
ИНФОРМАЦИЮ О ТОМ,
НАСКОЛЬКО ЧАСТО
ЛЮДИ ИСПОЛЬЗУЮТ ДВС
С СИСТЕМАМИ
ПОВЫШЕНИЯ КПД.
Задачи работы:
1)Изучить принцип
работы
распространенных
альтернативных ДВС.
2)Ознакомиться с
понятием о КПД.
3)Изучить виды систем,
позволяющих повысить
КПД двигателя
внутреннего сгорания.
4)Исследовать
эффективность систем
увеличения КПД на
примере двух
двигателей.

4.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
1)НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ДВС
АВТОМОБИЛЕЙ ЛУАЗ 969,
TOYOTA LAND CRUISER
PRADO 120, МОСКВИЧ 412.
2)ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В
ИНТЕРНЕТЕ.
3)ПРОСМОТР НАУЧНОПОПУЛЯРНЫХ ФИЛЬМОВ И
КИНОКУРСОВ.
4)РАСЧЁТ КПД
КОНКРЕТНЫХ ДВС.
5)ПОДВЕДЕНИЕ
СТАТИСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ.

5.

Альтернативные ДВС
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ДВС ̶ ЭТО ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, РАБОТАЮЩИЕ НА
АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ВИДАХ ТОПЛИВА. У ПОНЯТИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ДВС СУЩЕСТВУЕТ
МНОЖЕСТВО ЗНАЧЕНИЙ, НО РАССМАТРИВАТЬ МЫ БУДЕМ ТОЛЬКО ПРИВЕДЕННОЕ ВЫШЕ.

6.

ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВС
У ДИЗЕЛЯ ОТСУТСТВУЕТ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ, А
ВОСПЛАМЕНЕНИЕ ТОПЛИВНО-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ ПРОИСХОДИТ
ОТ СЖАТИЯ. В РЕЗУЛЬТАТЕ ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
ОТЛИЧАЮТСЯ ВЫСОКОЙ ЭКОНОМИЧНОСТЬЮ, ХОРОШЕМ КПД И
МАКСИМУМОМ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, КОТОРЫЙ ДОСТУПЕН НА
НИЗКИХ ОБОРОТАХ. НО ВЫДЕЛЯЕМЫЕ ИМ МЕЛЬЧАЙШИЕ
ЧАСТИЦЫ САЖИ СЧИТАЮТСЯ ОСОБО ВРЕДНЫМИ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА.

7.

БИОДИЗЕЛЬНЫЕ ДВС
ПРИНЦИП ИХ РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО НИЧЕМ НЕ ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ ОБЫЧНОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВС. РАЗЛИЧИЕ
ЗАКЛЮЧАЕТСЯ ЛИШЬ В ТОПЛИВЕ. БИОДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ МЕТИЛОВЫЙ ЭФИР, КОТОРЫЙ
ПОЛУЧАЕТСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ИЗ ЛЮБЫХ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ И ЖИВОТНЫХ ЖИРОВ.

8.

ДВС НА ДРОВАХ
ПРИНЦИП ЕГО РАБОТЫ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В ТОМ, ЧТОБЫ ПОДАВАТЬ В ЦИЛИНДРЫ ДВИГАТЕЛЯ ВМЕСТО БЕНЗИНА
ГОРЮЧИЙ ГАЗ, ОБРАЗУЮЩИЙСЯ ПРИ СГОРАНИИ ДРОВ. ПО-ДРУГОМУ ЭТОТ ГАЗ НАЗЫВАЮТ ГЕНЕРАТОРНЫМ.
ГЕНЕРАТОРНЫЙ ГАЗ — ЭТО СМЕСЬ ГАЗОВ, СОСТОЯЩАЯ В ОСНОВНОМ ИЗ ОКИСИ УГЛЕРОДА СО И ВОДОРОДА Н2.

9.

СИСТЕМЫ УВЕЛИЧЕНИЯ КПД
В СРЕДНЕМ КПД БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ОТ 20% ДО 30%. А КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ МОЖЕТ ДОХОДИТЬ ДО 40%. УСТАНАВЛИВАЯ РАЗЛИЧНЫЕ СИСТЕМЫ,
ВОЗДЕЙСТВУЮЩИЕ НА РАБОТУ ДВИГАТЕЛЯ, МОЖНО УВЕЛИЧИТЬ КПД ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ.

10.

СИСТЕМА ИЗМЕНЕНИЯ ВЫСОТЫ
ПОДНЯТИЯ КЛАПАНА
СИСТЕМА БЫЛА ВПЕРВЫЕ ИЗОБРЕТЕНА И ПРИМЕНЕНА НА СЕРИЙНЫХ МАШИНАХ КОМПАНИЕЙ ХОНДА В КОНЦЕ
80ЫХ ГОДОВ. ДАННАЯ СИСТЕМА НОСИТ НАЗВАНИЕ «VTEC», ЧТО РАСШИФРОВЫВАЕТСЯ С АНГЛИЙСКОГО КАК
ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ИЗМЕНЕНИЯ ВРЕМЕНИ И ХОДА КЛАПАНОВ.

11.

ТУРБОКОМПРЕССОР
ТУРБОКОМПРЕССОР ИЛИ ТУРБО НАГНЕТАТЕЛЬ — УСТРОЙСТВО, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЕ ДЛЯ НАГНЕТАНИЯ
ВОЗДУХА В ДВИГАТЕЛЬ С ПОМОЩЬЮ ЭНЕРГИИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ. ЭТО УСТРОЙСТВО ПОДАЕТ ВОЗДУХ
ПОД ДАВЛЕНИЕМ В ЦИЛИНДР, ТЕМ САМЫМ УМЕНЬШАЯ ПОТЕРИ МОЩНОСТИ НА СОВЕРШЕНИЕ НАСОСНЫХ
ХОДОВ ПОРШНЕМ И ПОВЫШАЯ МОЩНОСТЬ ЗА СЧЕТ УВЕЛИЧЕНИЯ ОБЪЕМА ПОДАВАЕМОГО ВОЗДУХА.

12.

РАСЧЁТ КПД КОНКРЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
БЕЗ СИСТЕМ УВЕЛИЧЕНИЯ КПД.
ТЕРМИЧЕСКИЙ КПД (ДВИГАТЕЛЯ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ МОЖНО
НАЙТИ ПО ФОРМУЛЕ: , ГДЕ Q1 –
КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ, ПОЛУЧЕННОЕ
ОТ НАГРЕВАТЕЛЯ, А Q2 – КОЛИЧЕСТВО
ТЕПЛОТЫ, ОТДАННОЕ
ХОЛОДИЛЬНИКУ. РАЗНОСТЬ Q1 И Q2
ЯВЛЯЕТСЯ РАБОТОЙ, СОВЕРШАЕМАЯ
ДВИГАТЕЛЕМ ЗА ЦИКЛ. ТАКИМ
ОБРАЗОМ КПД МОЖНО ВЫРАЗИТЬ
ЧЕРЕЗ ФОРМУЛУ: . ЗНАЯ МОЩНОСТЬ
N И ВРЕМЯ РАБОТЫ T ДВИГАТЕЛЯ,
РАБОТУ, СОВЕРШАЕМУЮ ЗА ЦИКЛ
МОЖНО НАЙТИ ПО ФОРМУЛЕ: , ТОГДА
.

13.

РЕАЛЬНЫЙ РАСХОД АВТОМОБИЛЯ С ДВИГАТЕЛЕМ ВАЗ 21124
СОСТАВЛЯЕТ 5,2 ЛИТРА НА 100 КИЛОМЕТРОВ 92 БЕНЗИНА В РЕЖИМЕ
ДВИЖЕНИЯ ПО ТРАСЕ. ТРАССОВЫЙ РЕЖИМ ПОДРАЗУМЕВАЕТ ПОД
СОБОЙ ЕЗДУ СО СКОРОСТЬЮ В 90 КМ/Ч. УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА
СГОРАНИЯ 92 БЕНЗИНА СОСТАВЛЯЕТ 42552631 ДЖ/КГ. ПЛОТНОСТЬ
92 БЕНЗИНА СОСТАВЛЯЕТ 760 КГ/М3. ТАК ЖЕ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ КПД
НАМ ПОНАДОБИТСЯ ВРЕМЯ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ, КОТОРОЕ МОЖНО
ВЫЧИСЛИТЬ, РАЗДЕЛИВ РАССТОЯНИЕ, ПРОЙДЕННОЕ АВТОМОБИЛЕМ,
НА ЕГО СКОРОСТЬ. В НАШЕМ СЛУЧАЕ АВТОМОБИЛЬ ДОЛЖЕН
ПРОЕХАТЬ 100 КМ ИЛИ 100000 М ДЛЯ ТОГО ЧТОБЫ ИСТРАТИТЬ ВСЕ
5,2 ЛИТРА ТОПЛИВА. СКОРОСТЬ АВТОМОБИЛЯ КАК МЫ УЖЕ
ВЫЯСНИЛИ В ТРАССОВОМ РЕЖИМЕ СОСТАВЛЯЕТ 90КМ/Ч, ЧТО
РАВНЯЕТСЯ 25М/С. ПОЛУЧАЕТСЯ :
.
ДАЛЕЕ НАМ НУЖНО РАССЧИТАТЬ МАССУ СОЖЖЁННОГО БЕНЗИНА,
КОТОРАЯ ВЫЧИСЛЯЕТСЯ ПО ФОРМУЛЕ: . 5,2 ЛИТРА = 0,0052 М3.
ТАКИМ ОБРАЗОМ :
.
ВОСПОЛЬЗОВАВШИСЬ ГРАФИКОМ ИСПОЛЬЗУЕМОЙ МОЩНОСТИ,
ОПУБЛИКОВАННОМ НА ОФИЦИАЛЬНОМ САЙТЕ АВТОВАЗА (СМОТРЕТЬ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1), Я ОПРЕДЕЛИЛ, ЧТО ПРИ СКОРОСТИ 90КМ/Ч
ДВИГАТЕЛЬ РАЗВИВАЕТ МОЩНОСТЬ ПРИМЕРНО В 11КВТ, ЧТО
СОСТАВЛЯЕТ 11000ВТ. В РЕЗУЛЬТАТЕ ПОЛУЧАЕТСЯ, ЧТО
ТЕРМИЧЕСКИЙ КПД ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ВАЗ 21124
СОСТАВЛЯЕТ:
ИЛИ 20%.

14.

РАСЧЁТ КПД КОНКРЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
С СИСТЕМАМИ УВЕЛИЧЕНИЯ КПД.
ПРИМЕРОМ СОВРЕМЕННОГО ДВС ДЛЯ МОИХ
РАСЧЁТОВ ПОСЛУЖИТ ДВИГАТЕЛЬ
НЕМЕЦКОГО АВТОМОБИЛЬНОГО КОНЦЕРНА
VOLKSWAGEN ПОД НАЗВАНИЕМ 1.8 TSI CJSA.
ИЗ СИСТЕМ УВЕЛИЧЕНИЯ КПД НА ДВИГАТЕЛЕ
УСТАНОВЛЕНЫ: СИСТЕМА
НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ВПРЫСКА ТОПЛИВА,
СИСТЕМА ИЗМЕНЕНИЯ ФАЗ
ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ НА ОБОИХ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ВАЛАХ, СИСТЕМА
ИЗМЕНЕНИЯ ВЫСОТЫ ПОДЪЕМА КЛАПАНА НА
ВЫПУСКЕ, ВПУСКНОЙ КОЛЛЕКТОР С
ИЗМЕНЯЕМОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ, ТУРБО
НАГНЕТАТЕЛЬ IHI IS12, КОТОРЫЙ СОЗДАЕТ
ДАВЛЕНИЕ ВОЗДУХА ДО 1.3 БАР. ВСЕ ЭТО
ПОЗВОЛЯЕТ ДВИГАТЕЛЮ ОБЪЁМОМ В 1.8
ЛИТРА РАЗВИВАТЬ МОЩНОСТЬ РАВНУЮ 180
Л.С. И КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ В 320 НМ.

15.

ПАСПОРТНЫЙ РАСХОД АВТОМОБИЛЯ С ДВИГАТЕЛЕМ 1.8 TSI CJSA
СОСТАВЛЯЕТ 13,5 ЛИТРА НА 100 КИЛОМЕТРОВ 98 БЕНЗИНА В
РЕЖИМЕ ДВИЖЕНИЯ ПО ТРАСЕ. ТРАССОВЫЙ РЕЖИМ
ПОДРАЗУМЕВАЕТ ЕЗДУ СО СКОРОСТЬЮ 90 КМ/Ч. УДЕЛЬНАЯ
ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ 98 БЕНЗИНА СОСТАВЛЯЕТ 43153846 ДЖ/КГ.
ПЛОТНОСТЬ 98 БЕНЗИНА СОСТАВЛЯЕТ 780 КГ/М3. ТАК ЖЕ ДЛЯ
ВЫЧИСЛЕНИЯ КПД НАМ ПОНАДОБИТСЯ ВРЕМЯ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ,
КОТОРОЕ МОЖНО ВЫЧИСЛИТЬ, РАЗДЕЛИВ РАССТОЯНИЕ,
ПРОЙДЕННОЕ АВТОМОБИЛЕМ, НА ЕГО СКОРОСТЬ. В НАШЕМ СЛУЧАЕ
АВТОМОБИЛЬ ДОЛЖЕН ПРОЕХАТЬ 100 КМ ИЛИ 100000 М ДЛЯ ТОГО
ЧТОБЫ ИСТРАТИТЬ ВСЕ 13,5 ЛИТРА ТОПЛИВА. СКОРОСТЬ
АВТОМОБИЛЯ КАК МЫ УЖЕ ВЫЯСНИЛИ В ТРАССОВОМ РЕЖИМЕ
СОСТАВЛЯЕТ 90КМ/Ч, ЧТО РАВНЯЕТСЯ 25М/С. ПОЛУЧАЕТСЯ :
.
ДАЛЕЕ НАМ НУЖНО РАССЧИТАТЬ МАССУ СОЖЖЁННОГО БЕНЗИНА,
КОТОРАЯ ВЫЧИСЛЯЕТСЯ ПО ФОРМУЛЕ: . 13,5 ЛИТРА = 0,0135М3.
ТАКИМ ОБРАЗОМ:
.ЧТОБЫ УЗНАТЬ, КАКУЮ МОЩНОСТЬ РАЗВИВАЕТ АВТОМОБИЛЬ С
ДВИГАТЕЛЕМ CJSA НА СКОРОСТИ 90 КМ/Ч, Я ВОСПОЛЬЗОВАЛСЯ
ГРАФИКОМ ЗАВИСИМОСТИ СКОРОСТИ ОТ ОБОРОТОВ ДВИГАТЕЛЯ И
ГРАФИКОМ ЗАВИСИМОСТИ МОЩНОСТИ ОТ ОБОРОТОВ ДВИГАТЕЛЯ.
ОБА ЭТИХ ГРАФИКА МНЕ УДАЛОСЬ НАЙТИ В ИНТЕРНЕТЕ. ИЗ
ПЕРВОГО ГРАФИКА ВИДНО, ЧТО НА СКОРОСТИ В 90 КМ/Ч МОТОР
НАБИРАЕТ 2000 ОБ/МИН. ИЗ ВТОРОГО ГРАФИКА ВИДНО, ЧТО ПРИ
2000 ОБ/МИН МОТОР РАЗВИВАЕТ МОЩНОСТЬ ПРИМЕРНО В 60 Л.С
ИЛИ 44,71299 КВТ, ЧТО РАВНО 44129,9ВТ. В РЕЗУЛЬТАТЕ
ПОЛУЧАЕТСЯ, ЧТО ТЕРМИЧЕСКИЙ КПД ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО
СГОРАНИЯ 1.8 TSI CJSA СОСТАВЛЯЕТ:
ИЛИ 38,8%.

16.

СБОР И АНАЛИЗ СТАТИСТИЧЕСКИХ
ДАННЫХ

17.

4%
20%
45%
12%
12%
8%
Система изменеия фаз
газораспределения
Система изменения
высоты поднятия
клапана
Впускной коллектор с
изменяемой
геометрией
Непосредственный
впрыск топлива
Систем нет.
Турбонаддув
29%
71%
Автомобили,
которые не имеют
систем увеличения
КПД
Автомобили,
которые не имеют
систем увеличения
КПД

18.

СПАСИБО ЗА
ВНИМАНИЕ!