Bensiinimoottorin hyötysuhde maantieajossa on noin 25 % ja dieselmoottorin noin 35 %. Jos tarkastellaan, minne tuo 65-75 % polttoaineen energiasta kuluu, arvelen, että energiahäviöt muodostuisivat seuraavista tekijöistä (prosenttia energiahäviöstä):
- pakokaasut 40 %
- jäähdytys 40 %
- moottorin kitka 8 %
- moottorin apulaitteet 8 %
- moottorin lämpösäteily ilmaan 4 %
YHTEENSÄ 100 %
Unohtuiko jotain ? Menikö jokin selvästi ylä- tai alakanttiin ?
- pakokaasut 40 %
- jäähdytys 40 %
- moottorin kitka 8 %
- moottorin apulaitteet 8 %
- moottorin lämpösäteily ilmaan 4 %
YHTEENSÄ 100 %
Unohtuiko jotain ? Menikö jokin selvästi ylä- tai alakanttiin ?
Vastaukset 16
Vanhimmat
Bensakoneella pakokaasuun ja jäähdytykseen menevän hukkaenergian osuus lienee hieman suurempi kuin tuossa laskelmassa, olisiko 41-42 %.
Tuossa taulukossa on toistensa kanssa päällekkäin meneviä asioita: moottorin kitkan aiheuttamat häviöt lämmittävät pääosin jäähdytysnestettä ja lämpösäteily ilmaan on myös jäähdytystä.
Hieman vanhentunut nyrkkisääntö ottomoottorin hävikeistä meni seuraavasti:
Termodymaamisen prosessin energiajakauma:
* Mekaaniseksi energiaksi 26%
* Pakokaasujen energiaksi 38%
* Jäähdytykseen 36%
26% mekaanista energiaa kuluu sitten 6% mekaanisiin häviöihin (muista kitkan lisäksi ilmanvastus) ja kampiakselin päähän tulee 20%. Mekaanisten häviöiden aiheuttama hävikki kasvaa noin kierrosluvun neliössä. Mekaanisten häviöiden energia poistuu pääosin jäähdytysnesteenseen joko suoraan tai öljyn kautta.
Nykymoottoreilla päästään jonkin verran parempaan hyötysuhteeseen kuin tuo 20%, optimaalisella kierrosluvulla ja optimaalisella kuormalla 25-30%:iin.
Dieselmoottorissa termodynaamisen prosessin hukkaenergiasta poístuu suurempi osa pakokaasuihin kuin ottomoottorissa. Mitä isompi moottori, sen suurempi osa.
Totta, että suorien jäähdytystappioiden lisäksi kitkan aiheuttama lämpö kulkeutuu jäähdytysnesteeseen ja myös säteily on jäähdytystä. Siis termit olivat epätäsmällisiä, mutta itse häviöt ennen kampiakselia eivät menneet päällekkäin, koska laskin hävikkejä, joita ei muuteta mekaaniseksi energiaksi. Siis 100 % hävikeistä ennen mekaanisen energian saamista käyttöön. Ilmeisesti eri hävikkityyppien osuudet olivat karkeasti ottaen kohdallaan ?
Suuruusluokat ovat kohdallaan. Ja täsmällistä totuuttahan ei ole, sillä niin hyötysuhde kuin hävikkikomponenttien suhde vaihtelee moottorin puristussuhteen, sylinterin halkaisijan, kierrosluvun, kuormituksen jne. funktiona.
Kirjoitit: "Dieselmoottorissa termodynaamisen prosessin hukkaenergiasta poistuu suurempi osa pakokaasuihin kuin ottomoottorissa." Noin voi toki olla, mutta mihin tuo väite perustuu ? Kaasujen tilanyhtälön perusteella dieselin palamisprosessissa saadaan enemmän talteen energiaa kuin ottomoottorissa, minkä vuoksi hukkaenergiaa syntyy vähemmän. Hukkaenergia menee joko pakokaasuihin tai jäähdytykseen. Mutta miksi sitä menisi dieselissä pakokaasuihin suhteessa enemmän ? Olen nähnyt joissakin lähteissä esitettävän juuri päin vastoin.
Syitä arviooni on kolme:
1) dieselprosessissa huippulämpötila on alempi
2) dieselmooottorit ovat (tai ainakin ovat olleet) sylinteritilavuudeltaan isompia, jolloin lämpöhävikkiä aiheuttava sylinteripinta-ala tehoa tuottavaa tilavuusyksikköä kohden on alempi
3) niin ideaalisessa diesel- kuin ottoprosessissakin hukkaenergia poistuu pakokaasujen myötä. Jäähdytyslämpö syntyy epäideaalisuuksista ja pakokaasujen energian muuttumisesta jäähdytysveden energiaksi. Dieselmoottorit saadaan termodynamiikaltaan lähemmäksi ideaalisuutta.
Käytännössä saattaa kuitenkin olla päinvastoin useastakin syystä. Dieseleiden turboahtaminen lämmittää sisään tulevaa ilmaa ja nostaa dieselprosessin maksimilämpötilaa, joka nykydieseleissä on ilmeisesti ottomoottorin tasoa. Turbon myötä pakokanava muuttuu monimutkaisemmaksi, jolloin pakokaasujen energiaa siirtyy dieselissä enemmän jäähdytysveden lämpöön kuin ottomoottorissa. Diesel vaatii enemmän apulaitteita, joiden mekaaniset hävikit siirtyvät jäähdytysveden lämpöön.
Olisi hauska löytää lähde, jossa on tämän hetken automoottoreiden osalta empiriaan perustuvaa tietoa, miten hukat jakautuvat.
Asiaa kaikki edellä, mutta tärkein unohtui.
Täyskuormalla ahdetussa dieselissä saattaa hyvinkin hukkalämpöä siirtyä enemmän suhteessa jäähdytysveteen(ks lämmöt), mutta osakuormalla, vaikka suihkutusta pienennetään, niin ilmamäärä on aina sama sylinterin kiertoa kohden, ja vaikka syöttö katkeaa kokonaan, niin täysi kannullinen ilmaa puhalletaan kuitenkin pakoputkeen johon suurin osa lämmöstä kulkeutuu. jopa niin että lämmityslaitteelle ei aina riitä tarpeeksi lämpöä.
Otetaanpa pieni esimerkki.
Jos ajetaan n100 km/h dieselillä ja kulutus on n 6l /h josta parhaimmillaankin lämmöksi hukkautuu noin puolet eli 3l/h siis liki 35 kw, joka tehona riittäisi lämmittämään tosi kookkaan omakotitalon, mutta parin kuution koppiin ei pakkasella lämpö riitä, ja kone käy alilämpöisenä kun kaikki lämpö puhalletaan putkesta ulos.
Vaikuttaa loogiselta, että kuormitusasteella on merkitystä !
Mutta ehkä fifty-fifty on kelvollinen nyrkkisääntö ?
Asiaa voidaan yrittää lähestyä ominaiskulutusta tarkastelemalla:
- tavallisen bensiinimoottorin hyötysuhde korkealla kuormituksella (75-100%) on noin 30 %, ja laskee sitten nopeasti niin, että 25-50 %:n kuormituksella hyötysuhde on vain noin 25 % (maantieajo) ja 10 %:n kuormituksella noin 15 % (II:lla 60 km/t)
- dieselin hyötysuhde korkealla kuormituksella (75-100%) on noin 40 % ja laskee sitten vähitellen niin, että 25 %:n kuormituksella hyötysuhde on noin 35 % (maantieajo) ja 10 %:n kuormituksella noin 25 % (III:lla 60 km/t)
Siis dieselmoottorin hyötysuhde putoaa suhteellisen vähän kuormituksen laskiessa, joten siinä ei näy mahdollinen hukkaenergian tuhlautuminen alhaisella kuormituksella nimenomaan pakokaasujen kautta. Mutta sitä, muuttuuko pakokaasujen ja jäähdytyksen suhde hukkaenergian poistajana, ei voi tästä päätellä.
Bensiinimoottorilla hukkaenergian osuus kasvaa voimakkaasti kuormituksen laskiessa, ja jos kasvanut hukkaenergia poistuu ensi sijassa jäähdytyksen kautta, pakokaasujen suhteellinen merkitys jäisi alemmas kuin dieselillä.
Kuten aina, taas "viisas tietäjä" alkaa jaaritella asian vierestä.
Ominaiskulutuksella, tai sen muutoksella ei ole mitään tekemistä siihen miten hukkaenergia muodostuu, tai mitä kautta se poistuu, mutta ääneen on vain päästävä, vaikka asiaa ei olisikaan.
Onkohan tuo nykydieseleiden huono lämmityslaite seurausta siitä, että ei ole ehditty vielä kehittää siihen sopivaa lämmityslaitetta.
Olen itsekin laskenut, että parin omakotitalon lämmitysenergia menee jotenkin ihmeellisesti harakoille pienessä auton kotterossa.
"Olen itsekin laskenut, että parin omakotitalon lämmitysenergia menee jotenkin ihmeellisesti harakoille pienessä auton kotterossa."
Yksi tekijä, minkä voi myös huomioida, on eristys... En tietenkään väitä, ettäkö se olisi ainoa syy, mutta ei autoja kuitenkaan ole eristetty läheskään yhtä hyvin kuin taloja...
Ensinnäkin autoissa on suhteessa melko paljon ikkuna pinta-alaa, ja kaikki ikkunat ovat yksinkertaisia. Usein talvisin myös suuri osa lämpimästä ilmasta puhalletaan tuulilasia lämmittämään.
Ja siitä päästäänkin seuraavaan hukkatekijään, nimittäin ilmavirtaan... Kuten varmaan tiedättekin, niin yleensä autot liikkuvat huomattavasti nopeammin kuin talot... Ja siksi ilmanvaihtuvuus niiden ympärilla on huomattavasti nopeampaa... Lämmitetty tuulilasi toimii kuin lämpöpatteri, mikä lämmittää ulkoilmaa, ja tuulilasin edessa oleva ilma vaihtuu moneen kertaan yhden ainoan minuutin aikana.
Auton muut osat onkin sitten eristetty vähän paremmin, mutta eristykset ovat kaikilta osin huonompia kuin talon eristykset...
Tietysti... 3 litraa tunnissa pitäisi riittää lämmitykseen, vaikka eristykset olisivat mitä olisivat...
Toisaalta, traktoria ajaessani olen huomannut sellaisenkin seikan, että aika usein talvella tuo näkökenttääni halkova piippu on luminen, mutta viimeistään parin minuutin päästä piippu on niin lämmin, että se kuivuu, ja pysyy kuivana, vaikka sataisi, ja pakkastakin saa olla... Samaan kopissa alkaa uloshengittämäni kosteus tiivistyä ikkunoille, ja puhallin työntää sisään jäätävää ilmaa...
Olen välillä miettinyt, että ehkäpä tuo lämmittimen tarvitsema lämpö pitäisikin ottaa pakoputkistosta... Lämpöä tulisi muutamassa hetkessä... Samalla piippukin pysyisi kauniimpana, kun vähän viileämmässä piipussa joku pinnoite ehkä saattaisi kestääkin...
Lämmön voi ottaa pakokaasuista siten, että takaisinkierrätetään osa pakokaasuista takaisin imuun. Jos diesel käy pienellä teholla ja ruiskutusannos palotilaan on pieni, ei koko polttoaineannoksen polttamiseen vaadita täyttä sylinterillistä uutta happea. Niinpä jos hapesta tarvitaan esim. 30% täydelliseen polttoon,loppu 70% voidaan korvata kuumilla pakokaasuilla, joka tehdään oikosulkemalla imu ja pakokanava keskenään. Yleensä takaisinkierrätystä käytetään vain saastepäästöjen vähentämiseen.
Autoista pitää nähdä ulos. Ikkunoita on sen vuoksi hankala eristää. Talotkin hukkaisivat paljon energiaa, jos kaikki seinät olisivat yksikerroslasia. Mielestäni autoissa lämmonhukan sisätiloista ulos aiheuttaa nimenomaan ikkunapinta-ala. Esim ovien alaosassa kosteussulkumuovit ja verhoilut, jotka toimivat jonkunlaisena eristeenä, samoin lattiassa ja katossa. Muun eristyksen parantamisesta ei ole hyötyä niin kauan kuin ikkunapinta-ala on suuri.
Kehnon lämmöneristyksen syyt taitavat olla kaupallisia. Autojen lämmitysominaisuuksien kaupallinen potentiaali on pieni. Autoista suurin osa myydään maihin, joissa ei ole kuultukaan pakkasesta. Pohjoismaisia markkinointa varten ei kannata tehdä erityisjärjestelyitä. Ainoastaan Suomen, Ruotsin, Norjan, Kanadan ja Venäjän(Lada on sauna) markkinoilla on hyötyä kunnon lämmityslaitteista. Muussa maailmassa asiat ovat päinvastoin, autoissa pitäisi olla paremminkin viilentävä ilmastointi.
Tekstistäsi päätellen arvaan kuka olet.
Pakokaasujen takaisinkierrätys, lämmöneristys vs. kaupalliset syyt... Noissa jutuissa on varmasti enemmän totuutta, kuin pelkkä siemen...
Mutta jokin häiritsee vähän:
"Autoista pitää nähdä ulos. Ikkunoita on sen vuoksi hankala eristää. Talotkin hukkaisivat paljon energiaa, jos kaikki seinät olisivat yksikerroslasia."
Tuskinpa mikään estää tekemästä autojen laseista paremmin lämpöä eristäviä... Paitsi ehkä ne mainitsemasi taloudelliset syyt... Ikkunoita ei kannata tehdä kovin eristäviksi.
"Tekstistäsi päätellen arvaan kuka olet."
Luulempa, että arvauksesi osuu oikeaan...
Kone jota ei käynnistetä, NOBEL:n paikka???
Kone on laite, jossa on liikkuvia osia.