Регистрация Войти
Вопрос

Повышение компрессии/мощности двигателя, работающего на этаноле?

Говорят, что этанол способен выдавать больше мощности, чем бензин, в двигателе, специально предназначенном для него. Я думаю, это связано с тем, что он может выдерживать более высокое давление до детонации, а значит, возможна более высокая степень сжатия и/или больший наддув.



Мой вопрос заключается в том, на какой процент (примерно) увеличится мощность двигателя с высокой степенью сжатия, работающего на чистом этаноле? В частности, я спрашиваю о двигателях для спортивных мотоциклов (около 15 000+ оборотов в минуту без наддува).



Кроме того, каким примерно будет коэффициент сжатия и увеличивается ли мощность пропорционально коэффициенту сжатия?
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/41284/compression-power-increase-for-ethanol-engine
1
+ Читать

11 Комментариев

  1. Существует очень удобная формула для расчёта эффективной мощности двигателя внутреннего сгорания:


    Effective power =   engine displacement
    
                  × effective working pressure
    
                  × engine speed
    
                ( × unit conversions )
    
                ( ÷ 2 [ if engine is 4-stroke ] )

    Из этой формулы следует, что не имеет значения, какое топливо используется — на выходную мощность влияют рабочий объём двигателя, частота вращения и эффективное рабочее давление.


    Для целей данного вопроса влияние бензина и этанола будет рассматриваться как изменение эффективного рабочего давления.


    В качестве примера (поскольку у меня нет реальных данных):



    Если этанол безопасно выдерживает степень сжатия 15:1 в двигателях с естественным всасыванием, где бензин может выдерживать степень сжатия не более 10:1, прежде чем возникнет детонация, то можно ожидать, что эффективное рабочее давление повысится на 50 % (конечно, для использования этанола в двигателе необходимо физически изменить степень сжатия).


    Если все остальные параметры останутся неизменными, это приведет к увеличению эффективной выходной мощности на 50 %

  1. Я нашёл кое-какую информацию на AmericanEnergyIndependence.com:



    Из-за ограничения степени сжатия, необходимого для предотвращения «детонации двигателя», типичный бензиновый двигатель может работать с КПД около 25 %. Только 25 % БТЕ в галлоне бензина преобразуются в механическую энергию, которая приводит в движение колёса автомобиля, а остальные 75 % теряются в виде отработанного тепла.


    КПД спиртового двигателя может достигать 40 % — 40 % БТЕ в галлоне этанола, используемого в спиртовом двигателе, преобразуются в механическую энергию, которая приводит в движение колёса автомобиля.



    *Обратите внимание, что эффективность относится не к расходу топлива, а к эффективности на единицу БТЕ.


    Немного математики:


    0.40 / 0.25 = 1.6

    Другими словами, количество энергии, которое вы можете получить от того же количества БТЕ, будет примерно в 1,6 раза больше


    Предоставлено Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2: обратите внимание, что для получения того же количества БТЕ вам также потребуется больше топлива. (Энергетическая ценность чистого этанола составляет 84 530 БТЕ/галлон, в то время как у стандартного бензина — около 120 388 БТЕ/галлон.)


    Это означает, что вы получаете примерно ту же мощность на галлон, но, поскольку этанол поддерживает более высокую степень сжатия, вы можете пропустить через двигатель больше галлонов. В итоге вы получаете ту же мощность на галлон, но ваша мощность в минуту
  1. Что ж, возможно, я неправильно рассчитал, но, похоже, ответ был близок к истине. ;)
  1. Пища для размышлений: термодинамическая эффективность не скажет вам, сколько топлива будет израсходовано в процессе обеспечения определённой потребности в энергии.
  1. При прочих равных условиях можно рассчитывать на увеличение мощности примерно на 3 % на каждую степень сжатия. По крайней мере, таково эмпирическое правило для двигателя без наддува.
  1. На самом деле мощность и эффективность здесь не улучшаются, потому что повышение степени сжатия увеличивает мощность при том же количестве топлива. Я думаю, что турбины более мощные и экономичные (в цилиндрах выше давление).
  1. @Guest, вы абсолютно правы. Я пытаюсь разобраться в этом, но если не смогу, то просто удалю ответ. Казалось, что программа «Энергетическая независимость Америки» может принести какие-то плоды, но, похоже, они не учитывают фактор энергопотребления.
  1. Таким образом, этанол содержит (примерно) в 2 раза меньше энергии, но на 60 % эффективнее в двигателях внутреннего сгорания. Это означает, что его общая эффективность составляет примерно 107 %. Но я не уверен насчёт мощности.
  1. На самом деле бензиновый двигатель с циклом Аткинсона в гибриде Toyota может обеспечить КПД 38 %, что довольно близко к заявленному КПД в 40 % для идеального двигателя, работающего на этаноле. Двигатель, работающий на этаноле по циклу Аткинсона, очевидно, будет иметь гораздо более высокий КПД. При движении по шоссе двигатель Аткинсона работает близко к своей идеальной рабочей точке, а при движении по городу двигатель включается и выключается (при включении он заряжает аккумулятор в идеальной рабочей точке, а при выключении автомобиль движется за счёт тягового аккумулятора). Однако типичный двигатель без цикла Аткинсона в негибридном автомобиле имеет КПД около 25 %.
  1. @Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2, хорошая мысль, я как раз над этим работаю.
  1. Вы не учли энергетическую плотность различных видов топлива.
Вы уже ответили на этот вопрос