sobota, 28 kwietnia 2012

Dlaczego diesiel "pali" mniej niż benzyniak?

   Teorii na temat zużycia paliwa, tak moi drodzy zużycia paliwa nie spalania, palić może się ognisko, a spalanie to proces chemiczny, dlatego też cudzysłów wokół "pali" w tytule, było bardzo wiele i powstają coraz to nowe zmyślne teorie na ten temat. Aby jednak rozstrzygnąć raz na zawsze ten spór postanowiłem opisać w sposób jak najprostszy.


   Aby wyjaśnić ten problem uświadomić sobie należy, że ogromne ilości paliwa, które wlewamy do baku naszego pojazdu są zwyczajnie tracone w procesie spalania, a energia użyteczna, która może zostać przekazana na koła pojazdu wynosi nawet zaledwie kilkanaście procent, w momencie, gdy denerwujemy się wlekąc się w korku.
 
   Aby uzmysłowić sobie co tak naprawdę ma wpływ na ilość zużytego paliwa musimy wprowadzić pojęcie sprawności. Nas będzie interesowała sprawność cieplna i sprawność mechaniczna silnika.



  1. Bilans cieplny silnika

   Sprawność cieplna - jest to po prostu stosunek pracy, którą otrzymujemy ze spalania mieszanki do ilości energii lub jak kto woli ciepła doprowadzonego do silnika, w czasie jednego obiegu. Mówiąc prościej sprawność cieplna określa nam ile doprowadzonego ciepła jesteśmy w stanie wykorzystać, a ile tracimy w wyniki strat, np. chłodzenia.

Przyjrzyjmy się teraz jak wygląda to w praktyce:

Rys.1 Schemat bilansu cieplnego silnika spalinowego.
Przyjmijmy, że:

Q- jest to ciepło doprowadzane z mieszanki paliwowo- powietrznej,  Q = 100% 
Qe - ciepło równoważne pracy mechanicznej, czyli wykorzystane,
Qch - ciepło unoszone w układzie chłodzenia,
Qw - ciepło unoszone ze spalinami,
Qr - ciepło promieniowania. 



Wartości te kształtują się mniej więcej na takich poziomach:


Bilans cieplny dla silników z zapłonem iskrowym.
Bilans cieplny dla silników z zapłonem samoczynnym












Tak wiec podsumowując sprawność cieplna dla silników ZI = (25 - 35)%, natomiast dla silników ZS = (35 - 45)%.



   2. Sprawność mechaniczna

   Sprawność mechaniczna - jest to stosunek pracy użytecznej do pracy która powstała z procesu spalania. Określa ona jaką część energii traci się w wyniku tarcia ruchomych elementów w silniku oraz napędu podzespołów pomocniczych. Dodam jedynie, że ponad 50% to straty w uszczelnieniu pierścieniowym.

   Sprawność mechaniczna zmienia się w czasie, zależy m.in. od prędkości obrotowej, a także od stopnia sprężania.

   Sprawność mechaniczna dla silników z zapłonem iskrowym to (0,85 - 0,95) %
   Sprawność mechaniczne silników z zapłonem samoczynnym wynosi (0,80 - 0,90) %



   I wreszcie to co interesuje nas najbardziej...

Sprawność ogólna silnika - 
Informuje nas ona o zdolności wykorzystania energii zawartej w paliwie.

Obliczyć możemy ją jako iloczyn sprawności cieplnej i mechanicznej, które poznaliśmy już wcześniej.


Tak więc sprawności silników ZI  dochodzą do 36%,
 a sprawności silników ZS do 45%     


Wyrazić można ją również stosunkiem pracy użytecznej do całkowitej energii doprowadzonej do silnika, zapisać możemy to w następujący sposób:

 Ne

   Ge * Wd


Ne - Moc użyteczna
Ge - Godzinowe zużycie paliwa
Wd - Wartość opałowa paliwa

    Tak wiec wiedząc, że sprawności silników diesla są większe od sprawności silników benzynowych oraz, że wartość opałowa jest podobna dla obu paliw z niewielką przewagą dla benzyny, z naszych rozważań i z powyższego wzoru wynika, że silnik z zapłonem samoczynnym jest w stanie lepiej wykorzystać energie zawartą w paliwie, a tym samym potrzebuje mniej paliwa, niż silnik benzynowy aby wygenerować taką samą moc użyteczną. Stąd też mniejsze zużycie paliwa w silnikach z zapłonem samoczynnym.


   Proces spalania mieszanki paliwowo - powietrznej w silniku, jest procesem niesamowicie złożonym. Projektując silnik inżynierowie skupiają się na wszystkich rodzajach sprawności silnika, szukając kompromisu pomiędzy nimi, gdyż są one ściśle połączone ze sobą poprzez złożoność zachodzących procesów. Dlatego to własnie sprawność ogólna silnika świadczy o jego klasie, zdolności do jak najlepszego wykorzystania przez silnik tego co dostarczamy mu poprzez paliwo, a tym samym naszą kieszeń. Należy pamiętać jednak, że silnik, silnikowi nie równy. Wyższa sprawność silników z zapłonem samoczynnym wpływa na niższe spalanie, jednak koszty naprawy, np po zalaniu kiepskiej jakości paliwa na niesprawdzonej stacji mogą być tragicznie wysokie... Jednak to temat na inną okazję. Mam nadzieje, że udało mi się wyjaśnić dzisiaj skąd ta różnica w ilości spalanego paliwa.

11 komentarzy:

  1. benzyna gestość -0,6kg/dm3
    olejnapedowy gestośc- 0,83kg/dm3

    Jesli diesel spali 6l/100km czyli spali 6*0,83kg=4,98kg

    Jesli benzyna spali 4,98kg : 0,6= 8,3l
    martosc opałowa kg ta sama.

    Przykład
    golf IV 1.9tdi 150km ARL spala 7,5l to jest 7,5*0,83=6,225 kg
    golf IV 1.8t 150km spala 9,5 to jest 9,5*0,6= 5,7kg

    Gdzie ta przewaga sprawnosci diesla?
    Moim zdaniem srednie spalanie kg paliwa jest porównywalne.

    OdpowiedzUsuń
  2. Lpg gestość 0,544 kg/dm3
    golf IV 1.8t spali 11l lpg
    11*0,544=5,984kg

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Witam.
      Obliczenia są jak najbardziej poprawne, co za tym idź oczywiście gęstość oleju napędowego jest większą, co za tym idzie przy takiej samej objętości otrzymujemy większą masę 1dm3 oleju napędowego. Jednak to o czym rozmawiamy jest kwestią przyjęcia jednostki miary "ilości paliwa" Powyższy komentarz rozpatruje ten problem w jednostce kg i oczywiście jeżeli bierzemy pod uwagę przedstawione dane kilogramowe zużycie paliwa na 100km jest porównywalne, jednak nie jest do do końca miarodajne. Jednostka objętości jest wydaje mi się lepszą jednostką, jeżeli rozmawiamy o zużyciu paliwa, ponieważ na stacji kupujemy paliwo w litrach, a nie kg i dlatego też diesel zużywa objętościowo mniej paliwa.

      Jednak co do problemu sprawności, pyta Pan gdzie jest ta przewaga sprawności. Otóż chciałbym aby popatrzeć na problem z nieco innej strony, a mianowicie:
      Każdy silnik charakteryzuje się odpowiednim dla niego współczynnikiem nadmiaru powietrza (lambda), współczynnik ten równy jest rzeczywistej ilości powietrza w mieszance/ teoretycznej ilości powietrza niezbędnej do całkowitego spalenia mieszanki

      Dla silników ZI najkorzystniejsza jest mieszanka stechiometryczna czyli taka w której lambda = 1
      Dla silników ZS lambda wynosi zawsze więcej niż jeden może być to około 1,3 spokojnie nawet do 1,7 w zależności od silnika.

      Tak wiec dla przykładu podanego przez Pana dla jednego cyklu pracy silnika można obliczyć:

      Dla ZI objętość cylindrów 1,8dm3 gęstość powietrza 0,001kg/dm3 gęstość paliwa 0,6kg/dm3 teoretyczna masa powietrza potrzebna do spalenia mieszanki to 14,9kg powietrza/1kg paliwa

      Aby mieszanka wypełniła całą objętość cylindrów i stosunek m powietrza/ m teoretycznego powietrza był równy 1 mieszanka musi składać się z 1,8g powietrza i 0,12g benzyny, wtedy dla przyjętych gęstości objętość mieszanki wynosić będzie 1,8dm3


      Dla ZS objętość cylindrów 1,9dm3 gęstość powietrza 0,001kg/dm3 gęstość paliwa 0,83kg/dm3 teoretyczna masa powietrza potrzebna do spalenia mieszanki to 14,3kg powietrza/1kg paliwa

      Aby mieszanka wypełniła całą objętość cylindrów i stosunek m powietrza/ m powietrza teoretycznego było równy 1,3 mieszanka musi składać się z 1,9g powietrza i 0,1g oleju napędowego, wtedy dla przyjętych gęstości objętość mieszanki wynosić będzie 1,9dm3

      Tak wiec jak widać dla jednego pełnego cyklu silnik ZI potrzebuje 0,12g benzyny, a silnik ZS potrzebuje 0,1g oleju napędowego. Tym razem już zgodnie z Pana sugestiami rozpatrujemy paliwo w jednostce masy. Są to niewielkie różnice, jednak silnik pracujący z prędkością 2000 obr/min wykonuje 1000 takich cykli/min różnica wynosi 20g

      To jest jedna kwestia, ale nie można zapominać o charakterystyce spalania i stratach cieplnych, które tak jak pokazałem na wykresach są procentowo znacznie mniejsze dla silników ZS

      Pozdrawiam

      Usuń
  3. Wita,
    dawno nie zglądałem tu.
    Jesli bysmy spalili 1,8dm3 w benzynie to uskamy w idealnych warunkach około 180NM.
    Jesli w dislu spalimy 1.9dm3 oleju napedowego no własnie ile? mysle że nie wiecej jak 190NM.

    OdpowiedzUsuń
  4. Chcialem sie autora tekstu zapytać który to diesel osiąga sprawność 45% ???
    Poza tym fajny blog, i myslę że fajniej by jescze bylo gdyby wszyscy pasjonaci prowadzili jedną wspólną stronę na ktorej odmienne punkty widzenia na różne aspekty techniczne wypelnialy by się wzajemnie :)
    Pisząc powyższe zdanie mam na mysli takich ludzi jak Andrzej Feliks oraz człowieka piszacego pod pseudonimem Kwahoo
    http://nowy4suw.republika.pl/
    http://blog-silnika.blogspot.com/

    OdpowiedzUsuń
  5. Zapytaj o sprawność zawodowców:

    https://www.google.pl/search?sugexp=chrome,mod=6&sourceid=chrome&ie=UTF-8&q=http%3A%2F%2Fwww.wartsila.com%2Fss%2FSatellite%3Fblobcol%3Durldata%26blobheadername1%3DContent-Type%26blobheadername2%3DContent-Disposition%26blobheadername3%3Dsite%26blobheadername4%3DPragma%26blobheadername5%3DCache-Control%26blobheadervalue1%3Dapplication%252Fpdf%26blobheadervalue2%3Dattachment%253B%2Bfilename%253DOil%2BPower%2BPlants%2B2012.pdf%26blobheadervalue3%3DWartsila%26blobheadervalue4%3Dpublic%26blobheadervalue5%3Dmax-age%253D0%26blobkey%3Did%26blobtable%3DMungoBlobs%26blobwhere%3D1278599620511%26ssbinary%3Dtrue

    OdpowiedzUsuń
  6. Poza tym sprawność silnika to nie tylko ilość spalonego paliwa . Bo jeszcze jest sprawność mechaniczna silnika , czyli jaka energie otrzymamy z tego spalonego paliwa paliwa . Wazna jest energia jaka musi odbierać silnik od sumy spalonego paliwa, energii , żeby działał . I to jest bardzo istotne , Bo na przykład silnik wolnoobrotowy wodzikowy pobiera mniej energii ze spalonego paliwa niż silnik wysokoobrotowy . Nawet olej smaru jacy ma wpływ na ilość tej otrzymanej na czysto do napędu energii...Tez różnica jest między czterosuwem a dwusuwem .To wszystko to są straty mechaniczne , i pokonanie sił bezwładności , naciskania sprężyn zaworowych ,itp.dlatego silnik nawet na tgzw biegu luzem , bez obciążenia, pobiera energię .I teraz stosunek tej energii do energii paliwa to jest sprawność (z gruba)

    OdpowiedzUsuń
  7. Witam serdecznie.
    Temat jak widać bardzo sporny. Zbytnie skupienie się na zużyciu paliwa może doprowadzić do błędnych wniosków. Dziękuję za powyższy komentarz, który oczywiście zgodny jest z prawdą, tak jak opisałem sprawność mechaniczna jest jedną ze składowych, określających sprawność ogólną silnika. Sprawność silnika można powiedzieć świadczy o jego klasie. Jest to zdolność do wykorzystania energii zawartej w paliwie.
    Pozdrawiam.

    OdpowiedzUsuń
  8. Ten komentarz został usunięty przez administratora bloga.

    OdpowiedzUsuń
  9. Pan Anonimowy pyta się jaki DIESEL osiąga sprawność 45%? Już odpowiadam, okrętowy. Sprawność tych silników na dzień dzisiejszy sięga 52%.
    Co do silników golfa IV to ja bym porównał raczej moment obrotowy jaki generują i przy jakich obrotach. Tam się kryje różnica w sprawności. Nie widać jej "gołym okiem" porównując tylko moc maksymalną.

    OdpowiedzUsuń
  10. widzę że blog jest odwiedzany .. Jest w nim próba rzetelnego podejścia do sprawności... ja kiedyś w z,zamierzchłych czasach miałem podobne poglądy.. Ale gdy zrobiłem drugi prototyp mojego silnika , okazało się że praktyka zupełnie nie zgadza się z teorią .. Tylko że tym razem doświadczalnie okazało się ,ze praktyka przerasta w dobrą stronę aż 2,5 raza więcej niż ja zakładałem w najśmielszych marzeniach projektując mój drugi prototyp przed problemem , skąd się to bierze.... trochę opisując to pomogli mi fizycy ze świata elegancko ujmując problem .. różnica sprawności ,jest tak znaczna ,że musiałem dokładnie opisać , co i jak z tą sprawnością u mnie .. Powiem tak , jakby ludzie do tej pory wiedzieli to wszystko co ja opisuje, to dzisiejsze silniki byłyby o wiele sprawniejsze . ale nie umieją i z tego powodu robią takie jak dotychczas.Ale żeby zrobić trochę lepszy , w sumie nawet 10 razy lepszy silnik , taki jak wykazał mój prototyp , trzeba niestety nauczyć się silnika od pociotku, na nowo .Bo inaczej nic z tego nie będzie ..jak długo uczyliście się o dotychczasowym silniku? to tyle samo albo dłużnej o nowym .. zależy od elastyczności Waszego umysłu .tutaj zebranych trochę moich wykładów żeby na początek było ..jeden z Amerykańskich konstruktorów już stwierdził ,ze są przydatne ...korzystajcie ,bo są one darmowe , póki co .. :) ale najpierw teoria , a potem dopiero praktyka przy budowaniu następnych silników .. Mam i trochę wiedzy na ten temat , oczywiście musiałem ominąć parę popełnionych błędów .. ale udało się .Bo poruszałem się w zupełnie nowej przestrzeni , jeśli chodzi o silniki .. http://forum.engine-research.com/index.php?PHPSESSID=tkuj76i7d40blvi8rqmgljnuq6&board=4.0

    OdpowiedzUsuń