повышение КПД двигателя

[Дмитрий Шаповалов (Velocity)]

http://nevsvseti.ru/?p=285

Инженеры заставили выхлопную трубу вырабатывать ток

25.06.2009

Германские изыскатели придумали технологию, которая разрешает вырабатывать электрическую энергию из тепла выбрасываемых авто выхлопных газов, что позволит ужать потребление топлива и минимизировать вредные выбросы. Об этом рассказывается в сообщении Фраунгоферовского общества. Около тридцати процентов энергии, которая применяется в разных технических процессах, используется на образование бесполезного тепла. В частности, автомобили расходуют на обогрев находящейся вокруг среды в пределах двух третей бензина — из них 30% уходит через двигатель, а 30[ch8722]35% — через выхлопные газы. Для утилизации данной энергии выгодно принимать на вооружение термоэлектрический генератор — устройство, которое спасибо разности температур может именно превращать тепло в электричество. Причем, нежели больше разница температур, тем повыше выход электроэнергии. Инженеры из Фраунгоферовского ВУЗа физической измерительной техники во Фрайбурге придумали такой генератор, коий может трудиться от тепла выхлопных газов. Температура выхлопной трубы имеет возможность достигать 700 градусов Цельсия. Разница температур меж выхлопной трубой и трубой, по которой сервируется в двигатель охлаждающая жидкость, имеет возможность достигать нескольких сотен градусов , — заявляет один из авторов технологии, врач Харальд Беттнер. Термоэлектрический конвертор примет на вооружение эту солидную разность температур: спасибо создающемуся потоку тепла, коий проходит через полупроводниковые материалы, возникнет разность потенциалов и вырабатывается электрический ток. Конвертор не имеет движущихся элементов и может устроить лишним автомобильный генератор, снабжающий электричеством разные системы автогмашины. Такое может ужать потребление бензина на 5[ch8722]7% , — считает Беттнер. Коль скоро подобные устройства станут поставлены на все 50 млн. германских машин (при предположении, что они проводят в пути 200 часов в год), то данное позволит сберечь 10 тераватт-часов энергии. Сегодня технология присутствует в стадии экспериментов, хотя исследователи сулят вскоре предположить прототип устройства.

Идея интересная ! 

 

[Дмитрий Шаповалов (Velocity)]

http://www.solarhome.ru/ru/thermoelectric/index.htm

Термоэлектрический генератор (ТЭГ) состоит из термоэлектрической батареи, обычно рассчитанной на напряжение 12 В, системы нагрева горячих спаев и охлаждения холодных спаев, обеспечивающей на батареи перепад температуры 250 °С. При этом батарея площадью 75 х 75 мм2 вырабатывает 12-15 Вт. Пропорционально выбранной площади растет мощность ТЭГ.

На выхлопной трубе можно обеспечить перепад под 500[sup]о[/sup]С

 

[Pimenov]

Очень интересно!
Но главный резерв не тут. Сейчас в бензиновом моторе полностью сгорает тоько 30% бензина, а 2/3 бензобака просто выбрасывается на улицу! Причем из этой трети сгоревшего бензина только 30-40% идет на собственно "заявленную мощность", а остальное-нагрев улицы. Причина - горение бензина происходит в полу-инертной среде азота воздуха (его там почти 72%!).
Выходит, полный (химический) КПД современных моторов только 5-6%, задумайтесь над этим! Поэтому, если сделать двигатель двухтопливным, где бензин будет сгорать в кислороде, то на 100 км расход будет 1литр! Но мотор придется делать полностью из керамических материалов и его рабочий объем будет, как у мопеда! Кажется, никто из производителей не заинтересован делать такой двигатель, а очень удобно драть безумные деньги за 0,000001 процент экономии на каждой новой модели авто...

 

[FT]

Pimenov
"Причем из этой трети сгоревшего бензина только 30-40% идет на собственно "заявленную мощность"

А подтверждение есть ?

А то я что-то за автомобилями бензиновых луж не вижу. 
Даже когда они едут.  🙂

 

[georgka]

ТЭГ повысит КПД не двигателя, а мотоустановки в целом. Вместо его можно поставить (и ставят!) турбину или водогрейку...
Топливо в ДВС сгорает в КИСЛОРОДЕ воздуха или другой газовой смеси. Чем больше кислорода в смеси, тем большее количество топлива можно сжечь в объеме цилиндра и получить прирост мощности конкретного двигателя. Но от теплообмена со стенками керамика не спасает (она тоже греется и проводит тепло и с ростом температуры теплопроводность возрастает увы). Но с ростом температуры сгорания в цикле (при остальных равных условиях) унос тепла с выхлопными газами возрастет...
Повышение КПД требует какого-то прорыва в науке, технике, что и подтверждается историей развития двигателей, а не примочек...
Тема поднята "опасная", ибо вопрос о КПД можно обсуждать также долго, как и известную надпись из трех букв на заборе. 😉
Да извинит меня модератор...

 

[Pimenov]

Даже скажу более - испарение капель бензина происходит даже в выпускной трубе! Про горение паров бензина там же и говорить неудобно...
Понюхай выхлоп, особенно на мощностных режимах и убедись! :IMHO :~)  :craZy 😛

Потомственный моторист инженер Пименов Д.И.

 

[FT]

Потомственному мотористу инженеру Пименову Д.И.

Приведите, пожалуйста, состав выхлопных газов автомобильного двигателя.

С уважением.

 

[Sykes]

Повышение КПД требует какого-то прорыва в науке, технике, что и подтверждается историей развития двигателей,

И этот прорыв был совершен ещё в 30х годах, когда к обычному циклу в тот же цилиндр был добавлен паровой, только не видно что-то в серийном производстве авто с такими моторами.

 

[georgka]

И этот прорыв был совершен ещё в 30х годах...

Вот-вот... Сколько всевозможных победных реляций в научных и около научных журналах и СМИ ...  Повысится мощность на валу для привода колес/ВВ в пределах мощности на привод генератора, а сколько будет весить ТЭГ, какова его надежность и стоимость? Я ещё застал приемники с ТЭГами на керосиновой лампе... Конечно, сейчас это будет миниатюрнее... Поживем - может быть увидим. Или забудем.

 

[SMotors]

Даже скажу более - испарение капель бензина происходит даже в выпускной трубе! Про горение паров бензина там же и говорить неудобно...
Понюхай выхлоп, особенно на мощностных режимах и убедись! :IMHO :~)  :craZy 😛

Потомственный моторист инженер Пименов Д.И.

Потомственный моторист инженер Пименов Д.И., Вы сильно преувеличиваете! Даже на богатых смесях бензина там почти нет.

 

[Sykes]

Выходит, полный (химический) КПД современных моторов только 5-6%, задумайтесь над этим! 

Задумался и взял в руки калькулятор.

Есть авто ОКА, исходные данные:
Масса с одним водителем (мной) и 20 литров бензина - 800 кг,
Коэф, аэродинамического сопротивления - Cx=0,48,
Коэф. трения колёс - k=0,03,
Средняя скорость движения - V=90 км/ч=25 m/c,
Удельная теплота сгорания бензина - 46 МДж/кг
Зафиксированный расход топлива на 100 км при такой скорости - 4,5л (3,6кг).

Имеем:
Сила сопротивления воздуха F=CxSpV[sup]2[/sup]/2
подставляя значения получаем - 325 Н,

Сила сопротивления трения F=kmg - 235 Н,

Работа этих сил на 100 км пути Q=(F[sub]тр[/sub]+F[sub]аэр[/sub])s - 65 МДж

Получаем КПД силовой установки - 65/(46х3,6)=0,39
Умножаем на КПД трансмиссии 0,95х0,39=0,37

Итого т.н. химический КПД двигателя ОКИ равен 0,37.

 

[Дмитрий Шаповалов (Velocity)]

Но главный резерв не тут.

Дело даже не в резерве, а в замене генератора. Убираем ремень, движущиеся части, подшипники, снимаем паразитную нагрузку на вал двигателя. Всё это меняем на втулку, одеваемую на выхлопную трубу. Никаких движущихся частей. Думаю, со временем надежность этой системы будет гораздо выше, чем у обычного генератора. Судя по заявленным данным генератор в 500-700 Вт заменить вполне реально. По весу это будет соизмеримо, но практически никакого обслуживания и сразу получаем постоянный ток. В системах с генератором есть ещё одна проблема, при сильном разряде аккумулятора ток его зарядки очень сильно растет, нагружая ремень привода по полной. На Москвиче-2141 это иногда приводило даже к разрушению ремня  😱, приводящего водяную помпу с соответствующими последствиями  🙁.

 

[FT]

К вопросу повышения КПД двигателя и использования горячих выхлопных газов:

http://news.uaportal.com/news_print/2009/8/12/328201.htm
http://www.ilmor.co.uk/concept_5-stroke_1.php
http://www.ilmor.co.uk/concept_5-stroke_2.php
http://www.ilmor.co.uk/news_6.php

http://others.caredge.ru/novosti/dvigatel-ilmor-engineering-kazhdyi-pyatyi-takt-besplatno.html

 

[RVD]

http://nevsvseti.ru/?p=285


Идея интересная ! 

Нет. КПД термоэлектрического генератора не более 10 %, при разнице температур в 1600 градусов. Плюс сложность, плюс стоимость, плюс сажа, которая забивает все электроды, а как обслуживать, извините выхлопную трубу, которая хоть и нержавеющая, но погибает от кислот на второй - третий год, что и термопары делать из молибденовых сплавов... ?

 

[Дмитрий Шаповалов (Velocity)]

Нет. КПД термоэлектрического генератора не более 10 %, при разнице температур в 1600 градусов. Плюс сложность, плюс стоимость, плюс сажа, которая забивает все электроды, а как обслуживать, извините выхлопную трубу, которая хоть и нержавеющая, но погибает от кислот на второй - третий год, что и термопары делать из молибденовых сплавов... ? 

Данные по возможности (требуемой площади и разнице температур) получения электроэнергии приведены выше в конкретных цифрах.

Сложность и стоимость - можно в цифрах. Стоимость термопарного проводника известна и она очень скромная.

Откуда сажа на внешней втулке, не соприкасающейся с выхлопными газами? Тепло передается через поверхность выхлопной трубы.

Трубу обслуживайте на здоровье, только втулку снимите  😉

Из какой китайской нержавейки трубы, которые умирают на второй-третий год эксплуатации  ;D. Даже в Москвиче трубы работали гораздо продолжительнее.

 

[RVD]

"Admin aka Velocity"

Двигатели, которые устанавливают на транспортные средства редко работают со 100% нагрузкой и нужным набором температур для термопар: автомобильный двигатель загружен на 20-30%, редко до 40-60, и уж почти никогда до 100%, авиационный и водномоторный - на 70-85 %. Кроме того, условия работы не позволяют говорить о получении стабильных свойств в сети, разве только в режиме дизель-герератора. Основная проблема термоэлектрического генератора в его очень низком КПД, тогда уж лучше использовать термоэмиссионные способы извлечения энергии, они эффективнее.

Сажа, которая происходит от неполноты сгорания топлива работающего двигателя, действительно будет осаждаться только на внешней стороне термопары, но имеенно она и определит количество тепла, которое преобразуется в теплоту, с увеличением величины нагара, теплоотдача такой электростанции будет сокращаться, да и одной втулкой здесь не обойдешься, потребуется много площади для преобразования теплоты в работу. Из курса школьной физики всплывают в памяти опыты академика Иоффе, который в 30 годах сделал на базе керосиновой лампы источник питания с встроенными термопарами, вполне достаточного для питания детекторного приемника. Это все, на что способны так называемые преобразователи "первого рода".

Остается добавить, к сожалению.

 

[Дмитрий Шаповалов (Velocity)]

Из курса школьной физики всплывают в памяти опыты академика Иоффе, который в 30 годах сделал на базе керосиновой лампы источник питания с встроенными термопарами, вполне достаточного для питания детекторного приемника. Это все, на что способны так называемые преобразователи "первого рода".

Со времен 30-х годов ученые преодолели скорость звука, изобрели космические ракеты, процессоры и кучу всего интересного.

В Великую Отечественную говорят были котелки у партизан, которые ставились на костер, предварительно залитые водой. Делали чай и попутно они давали ток, обеспечивающий работу передающей радиостанции. Как можно догадаться не милливатты.

Так называемый «партизанский котелок» был создан учеными Ленинградского физико-технического института под руководством Абрама Федоровича Иоффе. Во время войны он предназначался для питания радиостанций в партизанских отрядах и разведывательных группах.

При изготовлении «партизанского котелка» использовалось соединение двух различных металлов. При нагревании места соединения они становились источником электрического тока. Ученые выполнили корпус в виде котелка, и получилась надежная и удобная батарейка.

С тех пор прошло много лет....

 

[Pimenov]

Уважаемый FT!

Прежде всего я скажу о составе входящей смеси: это Азот 72%, кислород только15% и остальная инертная муть 13%, плюс бензин, который представляет собой очень длинные цепи углеводородов CH. За те доли секунды, на которые отведены испарение, сжатие и горение, эти длинные цепи бензина не успевают сгореть полностью и большая часть топлива (2/3  от бензобака) выбрасывается в трубу в виде обугленных капель - сажи! Кроме того, горит и азот (но без выделения полезной энергии), образуя самый вредный NO-3,и там ещё различные виды окислов углерода СО,CH, СN и наконец, водичка.
Задача по доведению полного (химического) КПД хотя бы до 30% всегда разбивалась об окислитель - использование воздуха не дает полное сгорание углеводородам;и так же поршневой двигатель имеет плохую кинематику-давление газов на поршень имеет место только на 20% от оборота коленвала (за 5 градусов до ВМТ и 15 градусов после ВМТ).

Так что задачу надо решать в комплексе и, думаю единственный выход для цивилизации - использование синтетического газа, вырабатываемого на ядерных станциях для использования в принципиально новых газотурбинных(-гибридных?) двигателях. [smiley=dankk2.gif] [smiley=bash.gif] [smiley=vrolijk_26.gif]


Данил Пименов

 

[slav]

[highlight]Итого т.н. химический КПД двигателя ОКИ равен 0,37[/highlight]

   Кажись Сх не тот ?! :🙂

 

[Bulagen]

Уважаемый Pimenov!
У вас скажем так весьма странные представления о процессах протекающих в поршневом ДВС. Особенно это касается вашего представления что

За те доли секунды, на которые отведены испарение, сжатие и горение, эти длинные цепи бензина не успевают сгореть полностью и большая часть топлива (2/3  от бензобака) выбрасывается в трубу в виде обугленных капель - сажи!

.
Я полагаю, что вы почему то считаете, что КПД 30 % это как раз и есть 1/3 от бензобака, которая сгорела и дала полезную энергию. Но на самом деле это не так  😡.Топливо выгорает практически полностью и никаких капель сажи (бывают либо капли жидкости, либо частички сажи) в таких чудовищных количествах (как это описываете вы) не выбрасывается. А КПД такой (30 %) совсем по другим причинам - советую как следует изучить "Термодинамику", а насмешить людей вы всегда успеете  🙂, но лучше пускай это будет осмысленная шутка, чем пустопорожний бред.