Co to jest sprawność silnika spalinowego ?

‹ Poprzedni wpis

Co to jest odprężnik ?

Następny wpis ›

Wybór łodzi według potrzeb

Dodane dnia 16 Kwiecień 2016 r.

Żeby odpowiedź na to pytanie była jasna, to na początek pewien przykład o związku energii mechanicznej z cieplną. Szczególnie taki z życia wzięty, bo dotyczący pociągu. Poruszający się pociąg ma pewną energię mechaniczną. Zatrzymanie pociągu za pomoca hamulców spowoduje nagrzanie kół i klocków hamulcowych. Powstałe w ten sposób ciepło jest wynikiem przekształcenia (zamiany) energii mechanicznej na cieplną. I przykład odwrotnego przekształcenia. Niech będzie cylinder wypełniony gazem z ruchomym tłokiem, a na powierzchni tloka, jak widać na rysunku, ciężarki powstrzymujące przesuwanie się tloka. Jeśli zaczniemy teraz doprowadzać do gazu ciepło to gaz zacznie się rozszerzać, co, myślę wiadomo wiekszości Czytelnikom ze szkoły. Tłok podnosić się zacznie wraz z ciężarkami. Energia mechaniczna w postaci energii potencjalnej tych ciężarków wzrośnie. Jej wzrost będzie miarą energii mechanicznej przekształconej z energii cieplnej, zużytej na ogrzanie gazu w opisanym przykładzie. Oczywiście w praktyce takie przekształcanie musi się powtarzac i trwać tak długo jak to jest potrzebne. Przykładem okresowo działajacej maszyny jest tłokowy silnik spalinowy, przy czym to wspomniane doprowadzanie ciepła następuję w wyniku spalania w jego cylindrze paliwa zmieszanego z powietrzem. Ciepło to dalej zamienione zostaje na energię mechaniczną, a dokladniej na pracę użyteczną wału korbowego.

Zatem jeśli podzielimy ilość otrzymanej pracy użytecznej przez całkowitą ilość ciepła doprowadzonego do silnika (ze spalenia porcji paliwa) w czasie jednego obiegu, to otrzymamy pewien wskaźnik nazywany sprawnością silnika. Oznaczany jest grecką literą η (eta) z dolnym indeksem „o” czyli ηo. Jest to tak zwana sprawność ogólna silnika i jeśli mówiąc o sprawności silnika nie dopowiemy o jaką sprawność chodzi, to zawsze dotyczy to sprawności ogólnej. Sprawność ogólna silnika jest więc miarą wykorzystania energii zawartej w paliwie. Daje zatem pogląd na skuteczność zamiany energii cieplnej zawartej w paliwie na energię mechaniczną oddawaną przez silnik odbiornikowi mocy. Odbiornikiem mogą być różne urządzenia, koła napędzane, śruba napędowa itd. Wartości sprawności ogólnej dla rozmaitych silników są różne i zawsze mniejsze od jedności. Dla silników z zapłonem iskrowym wynosza maksymalnie około 0,36, zaś dla silników z zapłonem samoczynnym (Diesla) około 0,45, dla okrętowych wielkich mocy przekraczają nieco 0,50. Tak więc z całej ilości energii otrzymanej w procesie spalania paliwa, średnio co najwyżej tylko około 40 % zamienia się na energię mechaniczną. Mając więc zbiornik paliwa o pojemności 100 l, można powiedzieć, że wytworzona została praca z 40 litrów a resztę, żartując, wylalismy do rowu. No ale to stracone - „wylane do rowu” paliwo jest konieczne dla funkcjonowania silnika. Co się zatem dzieje z ciepłem nie wyzyskanym w silniku? Duża jego część uchodzi ze spalinami oraz z czynnikiem chłodzącym. Pewne straty wynikają także z tarcia elementów osprzętu i sterowania.

Jak widać maszyna cieplna nie jest w stanie zamienić na pracę mechaniczną całkowitej ilości ciepła jaką pobierze. Na zamieszczonym rysunku przedstawiono graficznie prosty model zamiany energii cieplnej w mechaniczną oraz zaznaczono sprawność ogólną, a także inne sprawności występujące w silniku spalinowym. Zapis stosunku pracy do ciepła wynika z równoważnego sposobu zamiany energii a praca i ciepło określane są w dżulach (J) Pozostałych sprawności nie omówiono szczegółowo, dlatego, że jak zwrócono już uwagę, sprawność ogólna silnika jest najważniejsza, a ponadto omówienie pozostałych sprawności wymagałoby uzupełnienia niniejszego materiału opisem rozmaitych pojęć i doprowadziłoby do nadmiernego „rozdmuchania” niniejszego wpisu.