Efisiensi termal mesin merupakan salah satu indikator penting untuk mengevaluasi kinerja mesin. Semakin tinggi efisiensi termal mesin, semakin maju pula teknologinya. Jadi, apa yang dimaksud dengan efisiensi termal mesin? Biarlah semua orang, terutama teman-teman yang hendak membeli mobil, bisa melihatnya.
gambar
Efisiensi termal mesin mengacu pada rasio panas dari daya efektif mesin terhadap panas bahan bakar yang dikonsumsi per satuan waktu. Sederhananya, ini berarti berapa banyak energi yang dihasilkan setelah pembakaran bahan bakar diubah menjadi tenaga penggerak mobil.
Efisiensi termal dihitung dengan membagi nilai panas aktual yang dimanfaatkan dengan nilai panas yang terkandung dalam bahan bakar. Misalnya: satu liter bensin akan melepaskan panas sebesar 33580KJ setelah pembakaran sempurna, dimana 11000KJ diubah menjadi keluaran kerja oleh mesin. Maka efisiensi termal mesin tersebut saat ini adalah:
(11000÷33580)×100%=32.8%
Secara umum, efisiensi termal suatu mesin pada dasarnya tetap sejak mesin tersebut dirancang hingga keluar dari pabrik. Efisiensi termal maksimum mesin bensin umumnya antara 30% dan 40%, dan mesin diesel sedikit lebih tinggi, antara 35% dan 45%. Ngomong-ngomong soal ini, mungkin ada teman yang bertanya, kenapa efisiensi termalnya tidak 100%? Kenyataannya sangat kejam. Sangat sulit bagi insinyur mesin untuk meningkatkan efisiensi termal sebesar 1% dengan basis 30% hingga 40%. Jadi ke mana sisa 50~60% energinya pergi?
gambar
Mesin adalah mesin yang mengubah energi panas menjadi energi mekanik. Menurut hukum termodinamika, energi panas tidak dapat diubah 100% menjadi energi lain. Di semua mesin, gesekan tidak dapat dihindari, dan panas yang dikonsumsi oleh hambatan gesekan tidak dapat dihilangkan. Selain itu, mesin harus mempertahankan suhu dan volume tertentu dan tidak dapat dinaikkan atau diturunkan tanpa batas waktu, sehingga kehilangan pendinginan tidak dapat dihindari. Ditambah dengan faktor lain, seperti ketidakmungkinan pembakaran sempurna bahan bakar, kehilangan gas pompa, dll, efisiensi termal mesin tidak bisa 100%.
Saat mesin pertama kali dilahirkan, efisiensi termal maksimum kurang dari 20%. Setelah seratus tahun, dengan upaya terus menerus dari generasi ke generasi insinyur otomotif, efisiensi termal maksimum mesin mobil hanya meningkat hingga lebih dari 40%. Ini sudah merupakan pencapaian yang luar biasa. Dengan teknologi saat ini, efisiensi termal mesin mendekati batasnya. Setiap persentase peningkatan merupakan kemajuan teknologi yang sangat besar.
Apa saja metode untuk meningkatkan efisiensi termal mesin?
1. Untuk mesin bensin, cara yang paling langsung adalah dengan meningkatkan rasio kompresi mesin. Hal ini juga menjadi salah satu alasan utama mengapa efisiensi termal mesin diesel lebih tinggi dibandingkan mesin bensin.
2. Kurangi ketahanan gesekan mekanis dengan menggunakan piston gesekan rendah, ring piston elastisitas rendah, dan pelumas berperforma lebih baik.
3. Mengoptimalkan sistem pasokan bahan bakar dan menerapkan injeksi langsung dalam silinder bertekanan lebih tinggi, dll.
4. Optimalkan desain saluran masuk dan keluar dari rangkaian katup dan terapkan teknologi timing dan pengangkatan katup variabel.
5. Mengoptimalkan desain ruang bakar agar pembakaran bahan bakar lebih sempurna.
6. Mengoptimalkan desain silinder dan memiliki rasio bore-to-stroke yang sesuai;
7. Untuk mesin diesel, teknologi seperti peningkatan laju injeksi, injeksi ganda, dan tekanan masuk tinggi juga dapat digunakan.
gambar
Efisiensi termal mesin tidak konstan
Efisiensi termal mesin berubah seiring dengan perubahan kondisi pengoperasian. Pada sebagian besar kondisi kerja, efisiensi termal mesin sangat rendah. Misalnya, dalam kondisi kemacetan perkotaan yang paling umum, efisiensi termal mesin hanya sekitar 20%; saat berkendara di jalan raya, efisiensi termal bisa mencapai sekitar 30%; kondisi kerja dengan efisiensi termal tertinggi adalah beban besar dan kecepatan rendah, seperti saat mobil melaju Saat mendaki tanjakan curam, throttle mesin terbuka penuh dan hambatan pemasukan udara minimal. Pada saat ini, putaran mesin tidak tinggi dan hambatan gesekan mekanis kecil. Efisiensi termal saat ini relatif tinggi.
Jika sebuah mesin mempunyai efisiensi termal yang tinggi, apakah mesin tersebut dapat menghemat bahan bakar?
Belum tentu. Mesin dengan efisiensi termal yang lebih tinggi umumnya lebih maju dalam teknologi, dan keekonomian mesin itu sendiri pasti lebih baik. Namun keekonomian mesin tidak sama dengan keekonomian mobil secara keseluruhan. Konsumsi bahan bakar sebuah mobil tidak hanya ditentukan oleh mesinnya, tetapi juga oleh banyak faktor seperti girboks, sasis, dan bobot bodi. Oleh karena itu, tidak semua model yang dilengkapi mesin dengan efisiensi termal tinggi hemat bahan bakar.
gambar
Sejak munculnya mesin pembakaran internal, khususnya di bawah tren konservasi energi dan pengurangan emisi, peningkatan efisiensi termal telah menjadi prioritas utama dalam penelitian dan pengembangan. Meskipun sudah ada mesin dengan efisiensi termal setinggi 43% pada model yang diproduksi secara massal, sisa efisiensi termal yang hampir 50% masih perlu dieksplorasi. Hal ini juga merupakan arti penting dari penelitian intensif banyak perusahaan mobil terhadap mesin bahan bakar.
