Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

Основные направления повышения экономичности во многом совпадают, с мерами по снижению токсичности, главными из них остаются: всемерное повышение эффективности использования автомобильного транспорта и других машин с'ДБ С, исключение холостых пробегов, рациональная организация дорожного движения с минимумом торможений и разгонов, совершенствование параметров машин — уменьшение их собственной массы, потерь в трансмиссии и ходовой части. В данном разделе авторы считают целесообразным остановиться только на некоторых направлениях совершенствования конструкции двигателя.
Большим резервом повышения экономичности двигателя с количественным регулированием мощности является увеличение доли его работы р полностью открытой дроссельной заслонкой. Действительно, по мере прикрытия заслонки плотность заряда уменьшается, а коэффициент остаточных газов растет. Это приводит к ухудшению процесса сгорания, что, в свою очередь, связано с относительным возрастанием тепловых потерь и потерь на неполноту сгорания. Кроме того, возрастают и насосные потери, обусловленные разностью давлений на такте всасывания (ра) и выпуска (рг) (см. гл. 1). Стремление в.максимальной мере избавиться от этих потерь заложено, например, в конструкцию так называемых экономичных автомобилей французских фирм «Рено» и «Пежо», прототипы которых были созданы в начале 80-х годов.
На рис. 10.2 представлен тяговый баланс автомобиля, т. е. зависимость мощности, развиваемой двигателем, и мощности, затрачиваемой «а преодоление сопротивления движению, от скорости движения автомобиля, следовательно, и от частоты вращения вала двигателя при постоянном передаточном отношениив трансмиссии. Как видим, для равномерного движения по ровному участку дороги даже с достаточно высокой скоростью (80—100 км/ч) расходуется не более 40—60% мощности двигателя. Если изменить передаточное отношение в трансмиссии, то мощность, равную мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления движению, можно получить при значительно меньшей частоте вращения вала двигателя, но с полностью открытой дроссельной заслонкой. При этом экономичность двигателя существенно улучшается (см. кривую 4). Основная проблема реализации этих многообещающих проектов заключается в создании автоматической трансмиссии и соответствующей системы управления двигателем, в" том числе механизма газораспределения с переменными фазами открытия клапанов, который способен обеспечить максимальное наполнение цилиндров (оптимальные фазы открытия клапанов) при любой частоте вращения вала двигателя.
В последние годы появилось несколько разработок, связанных с изменением профиля кулачка или периода контакта кулачка с толкателем (рокером). Сдвоенный кулачок, обе половины которого могли бы раздвигаться, и увеличивать тем самым продолжительность открытия клапана, применительно к многоцилиндровому двигателю изготовить очень сложно. Конструктивно проще эта задача решается с помощью механизма газораспределения, основанного на применении двух кулачковых валов, или изменением положения рокеров относительно кулачка. Схемы таких механизмов представлены на рис. 10.16, а, б.
Оригинальное решение без традиционного кулачкового вала предложено итальянцем Тараццо (рис. 10.16, в). На стержень клапана воздействует рокер 1, отжимаемый качающейся кулисой 2, которая соединена шатуном 3 с эксцентриковым валом 4, заменяющим обычный кулачковый вал. Ось 5 рЪкера в зависимости от режима работы двигателя меняет свое положение, вследствие чего меняются фазы набегания кулисы на рокер несоответственно фазы открытия и закрытия клапана.
Ведутся работы по созданию механизма газораспределения с гидравлическим приводом клапанов. Золотниковый механизм, конструктивно подобный плунжерной паре топливного насоса высокого давления, позволяет плавно регулировать фазы jip оптимальному закону, однако проблемой остаётся надежная работа гидропривода при высокой частоте вращения вала.
Улучшение топливной экономичности можно обеспечить, увеличивая степень сжатия, однако здесь существуют определенные трудности, обусловленные как возрастанием максимальных давлений и температур цикла и нагрузок в кривошипно-шатунном механизме, так и возникновением детонационного сгорания ^бензиновых
образным повышение степени сжатия. Это позволяет повысить плотность заряда и улучшать условия его воспламенения и сгорания, приче!м при работе на частичных нагрузках склонность к детонационному сгоранию невелика. Поэтому задача создания приемлемой конструкции кривошипно-шатунного механизма с переменной от нагрузки степенью сжатия весьма актуальна. В настоящее время разработан ряд конструкций, которые позволяют : изменять степень сжатия в процессе работы двигателя, но все они, однако, обладают существенными недостатками, затрудняющими серийное их использование.
Наиболее проста конструкция, в которой с помощью дополнительного поршня изменяют объем камеры сгорания (рис. 10.17,а). Недостатками такой конструкции являются: усложнение камеры сгорания, особенно при верхнем расположении клапанов; образование острых кромок, подверженных экстремальным тепловым нагрузкам и являющихся источником калильного зажигания; возможность пригорания поршня при его ограниченных перемещениях; существенное увеличение прорыва газов через кольцевое уплотнение дополнительного поршня.
Поршень с телескопической головкой (рис. 10.17, б), которая выдвигается относительно направляющей' части, практически не нарушает форму камеры сгорания, однако такой поршень конструктивно сложен, тяжел и мало пригоден для высокооборотных бензиновых двигателей. Надежность подобной системы с множеством подвижных соединений и регулирующих клапанов в реальных условиях работы двигателя весьма проблематична.
Изменять степень, сжатия'можно и за счет перемещения коленчатого вала относительно блока в эксцентричных опорах (рис. 10.17, в) или изменением геометрии кривошипного механизма, как показано на схеме рис. 10.17, г..
В настоящее время получает распространение еще один способ повышения экономичности отключение части цилиндров многоцилиндрового двигателя при движении автомобиля с частичной нагрузкой. В этом случае оставшиеся включенными цилиндры работают с большими нагрузками и более эффективно, причем наиболее выгодно это проявляется в бензиновых двигателях. Отключать цилиндры можно несколькими способами — прекращением подачи топлива, прекращением подачи заряда в цилиндры и остановкой части (секции) цилиндров. Первый вариант пригоден для дизелей и двигателей с впрыскиванием легкого топлива. Механизм газораспределения продолжает, к сожалению, работать, поэтому сохраняются насосные и механические потери в отключенных цилиндрах. Прекращение подачи заряда в цилиндры осуществляют путем отключения клапанов, которые остаются в закрытом положении. В этом случае оставшийся в цилиндрах заряд воздуха или смеси при каждом ходе поршня вверх сжимается, а при ходе вниз —расширяется, компенсируя тем самым работу, затраченную на сжатие. Насосные потери исключаются, однако механические потери, обусловленные прежде всего трением колец, возрастают.
секции фактически являются самостоятельными двигателями. Их применяют на судах, тепловозах или больших машинах специального назначения.

Значительное количество энергии, выделяемой при сжигании топлива, рассеивается в окружающую среду через стенки цилиндров и систему охлаждения и выбрасывается в атмосферу с отработавшими газами. Утилизация теплоты прямо связана с уменьшением расхода топлива и повышением экономичности двигателя. Значительное уменьшение тепловых потерь в стенки цилиндра можно обеспечить, применяя керамические или металлокерамические конструкционные материалы или покрытия с малым коэффициентом теплопроводности. КПД так называемого адиабатного двигателя (т. е. двигателя, у которого отсутствует теплообмен через стенки) теоретически повышается на 5—7%, но в этом случае неизбежно повышается температура отработавших газов и, следовательно, тепловые потери с ними. Поэтому более актуальной задачей является утилизация тепловой и кинетической энергии отработавших газов не только адиабатного, но и стандартного двигателя. 1 Энергию отработавших га-зов с успехом используют для привода турбонагнетателей (см. § 10.3): Но они мало пригодны для привода вспомогательных агрегатов. Больший интерес поэтому представляет возможность использования энергии отработавших газов в двигателях двойного расширения, а также в таких сравнительно тихоходных машинах, как роторно-поршневой двигатель или двигатель с внешним подводом теплоты (см. гл. 12—13). Вариант комбинации ДВС с описанным ниже двигателем Стирлинга представляется наиболее интересным, поскольку в этом случае важна только температура отработавших газов, поступающих в теплообменник, тогда как для установок с двойным расширением необходимо достаточно высокое давление газа, что. связано с увеличением количества остаточных газов и ухудшением процесса сгорания в цилиндрах основного двигателя, не говоря уже об увеличении его насосных потерь.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.