Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Чему равна степень сжатия у современных дизельных двигателей

—> Сайт Георгия Таненгольца —> Главная | —> Мой профиль | —> Регистрация | —> Выход | —> Вход | RSS

—> —>Категории раздела —>

—> —>Статистика —>

Каталог статей

Список всех статей быстрый поиск по темам

Остальные статьи на тему «Дизель»

Почему дизель экономичнее?

У дизеля более высокая степень сжатия, а чем выше степень сжатия, тем выше экономичность и меньше расход топлива.

Автомобильный дизель мощность 100 сил. при среднемесячном расчете расходует 5-7 литров бензина на 100 км пробега
Бензиновый двигатель расходует 7-9 литров на 100 км. разница не очень большая и если вам удаётся уложиться в этот расход, то Вы хороший водитель.
Если расход заметно больше, то у Вас, либо старый автомобиль, либо вы плохой водитель.

Почему бензиновый автомобиль расходует больше топлива при таком же пробеге.
Энергии в бензине и дизельном топливе содержится примерно одинаково, значит, бензиновый двигатель большую часть своей энергии теряет зря, просто на нагрев окружающего воздуха.

Дизель лучше использует тепло от сгоревшего топлива, а значит, для работы ему нужно меньше топлива.

Дизельный двигатель – это такой двигатель, в котором топливо под высоким давлением впрыскивается в конце такта сжатия, в сжатый воздух. Воздух от сжатия имеет очень высокую температуру. Мелко распыленное топливо смешивается с горячим воздухом очень короткое время, и воспламеняется. Это называется «Самовоспламенение», поэтому двигатель называется «с самовоспламенением»

Бензиновый двигатель – это такой двигатель, в котором топливо под небольшим давлением впрыскивается во впускной коллектор, и смешивается с воздухом еще в процессе наполнения и сжатия. В конце сжатия готовая смесь бензина и воздуха должна вспыхнуть, но само это не происходит, нужна электрическая искра. От нее смесь загорается. Это называется «Принудительное воспламенение», поэтому двигатель называется «с принудительным воспламенением»

Главная причина высокой экономичности дизеля в том, что у дизеля высокая степень сжатия, у бензинового двигателя нельзя сделать такую высокую степень сжатия, начнется детонация

Смесь должна сгорать с такой скоростью, с которой газы могут толкать поршень. Если смесь взрывается, то получается не толчок, а удар в поршень — это называется детонацией.

Самая существенная разница состоит в том, у бензинового двигателя смесь бензина и воздуха готовится заранее и сгорает готовая смесь, такая смесь может детонировать. В дизеле смесь готовится только перед самым сгоранием и в процессе сгорания, то есть, очень короткое время, в таких условиях детонация невозможна, именно поэтому в дизеле можно сильно повышать степень сжатия.

При высокой степени сжатия, сгорающие газы превращают свою энергию в давление более эффективно, чем, при низкой степени сжатия, когда значительная часть тепла просто уходит в стенки.

Дальше можно не читать. но если интересно, можно порассуждать.

Коэффициент полезного действия

– КПД определяет, сколько энергии топлива превращается в мощность двигателя,

Чем выше КПД, тем больше мощность получается из данной порции топлива.
КПД дизеля выше, чем КПД бензинового двигателя, поэтому для получения одинаковой мощности дизелю нужно меньше топлива, чем бензиновому двигателю.

КПД зависит от двух факторов – Степени сжатия и совершенства процесса сгорания.

Дизель имеет высокую степень сжатия, но плохой процесс сгорания

Бензиновый двигатель имеет более совершенный процесс сгорания, но низкую степень сжатия.

Главная причина высокой экономичности дизеля в том, что у дизеля высокая степень сжатия, у бензинового двигателя нельзя сделать такую высокую степень сжатия. Степень сжатия у дизеля до 22, а у бензинового двигателя до 10.

Для повышения КПД главное, создать высокую степень сжатия.

Степень сжатия – это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Двигаясь снизу вверх, поршень сжимает воздух (или смесь). Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается воздух. Чтобы усилить степень сжатия, надо уменьшить объем камеры сгорания. В бензиновом двигателе смесь сжимается примерно в 10 раз, в дизельном двигателе воздух сжимается примерно в 22 раза. Высокая степень сжатия у дизеля нужна не только для повышения КПД, но и для нагревания воздуха до высокой температуры, необходимой для воспламенения топлива.

Если так, то почему, в бензиновом двигателе, у которого более совершенный процесс сгорания, не сделать такую же степень сжатия, как у дизеля? Тогда и совершенный процесс дает высокий КПД, и степень сжатия дает высокий КПД, получится идеальный двигатель.

В бензиновом двигателе нельзя сделать степень сжатия больше 11 . При более высокой степени сжатия, начнется взрывное сгорание, которое называют детонацией. Детонация, не только не может создать нормального толчка в поршень, но и приводит разрушению двигателя. При такой же степени сжатия, как у дизеля в бензиновом двигателе вместо нормального сгорания, произойдёт взрыв горючей смеси, и поршень просто пробьёт.

Идея дизельного принципа в том, чтобы двигатель мог работать без детонации. Если детонация невозможна, то это позволяет повышать степень сжатия.

Смесь в дизеле создается, когда уже начинается рабочий ход, то есть очень короткое время и она сразу сгорает. Первые порции топлива уже горят, а остальные еще подаются. В таких условия детонация невозможна, чтобы взорвать смесь, нужно время для ее подготовки. В дизельном процессе этого времени нет. У бензинового двигателя смесь готовится долго (впуск, сжатие), и такая смесь готова к детонации.

Почему при высокой степени сжатия повышается КПД? Почему в дизельном двигателе нужно сжигать меньше топлива, а бензиновом больше?

Если в закрытом объеме сгорает газ, то давление газа будет расти (например, пороховые газы выталкивают пулю)

Рост давления, толкает поршень. Чем меньше объем камеры сгорания, тем больше получается давление при данной температуре сгорающих газов.

В бензиновом двигателе степень сжатия меньше — камера сгорания больше, и, чтобы создать в ней достаточное давление, нужно поддерживать высокую температуру сгорающих газов, поэтому и приходится сжигать больше топлива.

Есть еще одна причина меньшего расхода топлива дизеля — у дизеля вообще нет дроссельной заслонки.

В реальной эксплуатации дизель экономичнее не только потому, что у него более высокий КПД, но и потому, что по условиям движения автомобиля, он почти всегда, работает в более экономичном режиме, чем бензиновый.

Это объясняется тем, что большую часть времени любой двигатель работает на частичной нагрузке – средняя скорость, ровная дорога.

У дизеля нет дроссельной заслонки . Для регулирования мощности у дизеля меняется количество топлива. При нажатии на газ топливо впрыскивается дольше, и смесь становится богаче, сгорает больше топлива, мощность растет.

Для регулирования мощности бензинового двигателя стоит дроссельная заслонка . При нажатии на газ заслонка открывается, и в цилиндр попадает больше смеси, а качество (состав смеси) остается примерно таким же Для получения максимальной мощности заслонка полностью открыта. Дроссельная заслонка это большой недостаток двигателя

Дизель наиболее экономично работает при частичной нагрузке,то есть, при движении со средней скоростью, (при среднем положении педали газа), когда двигатель в зоне наилучшей экономичности.

С ростом нагрузки, экономичность дизеля ухудшается.

Сильнее нажимаем на педаль газа, впрыск топлива идет дольше и догорание происходит, когда поршень заметно уходит вниз, давление на поршень ослабевает, тепло уходит в стенки и КПД снижается.

Для бензинового двигателя с ростом нагрузки экономичность улучшается.

Чем сильнее нажимаем на педаль, тем лучше экономичность. Открывается дроссельная заслонка, легче засасывать свежую смесь, больше наполняется цилиндр, больше смеси сжимается, уменьшается относительное количество остаточных газов, давление в конце сжатия увеличивается, а значит, требуется относительно меньше топлива для данной мощности.

Но любой двигатель в реальной эксплуатации, почти всегда работает с прикрытой заслонкой, значит, бензиновый двигатель работает с пониженным КПД и повышенным расходом топлива.

Бензиновый двигатель наиболее экономичен на максимальной нагрузке, когда педаль газа полностью нажата, но, такой режим бывает редко, поэтому, в основном, он работает при отпущенной педали с прикрытой заслонкой, то есть, в зоне худшей экономичности.

Нельзя путать экономичность и расход топлива. Экономичность определяет расход топлива.

Чем выше экономичность, тем ниже эксплуатационный расход топлива.

При нажатии на газ расход топлива обязательно растет, экономичность бензинового двигателя улучшается, а дизельного двигателя ухудшается.

По мере отпускания газа, расход топлива снижается, но, у дизельного двигателя снижается сильно, а у бензинового двигателя не так сильно.

Это понятно на цифрах

Например, при полностью нажатом газе бензиновый двигатель развивает полную мощность и тратит 20 литров на 100км.

Дизель, при полностью нажатом газе, развивает полную мощность и тратит 20 литров на 100 км.

Если нажимать газ до половины, то получится у бензинового двигателя расход 12 литров на 100 км, а у дизеля 8 л на 100 км.

Один и тот же автомобиль, например, Газель может быть с дизельным двигателем 100 л.с и с бензиновым двигателем 100 л.с.

При средней скорости расход бензинового двигателя будет 12 л. на 100 км. пробега, дизельного двигателя 8л. на 100 км. пробега.

Читать еще:  Активация поддержки зажигания при работающем двигателе что это

При максимальной скорости расход будет примерно одинаков. При нажатии на педаль экономичность бензинового двигателя улучшается, а дизельного двигателя ухудшается.

Степень сжатия двигателя, компрессия и октановое число

Понятие «степень сжатия» относится к поршневым двигателям, у которых есть камера сгорания. Под этим термином понимают отношение объема пространства над поршнем в момент, когда он находится в нижней мертвой точке к объему надпоршневого пространства в верхней мертвой точке.

Иными словами, это выраженная математически разница в давлении внутри камеры сгорания на момент подачи горючей смеси в цилиндр, и на момент ее воспламенения.

Вокруг этого термина очень много недоразумений и мифов. Чтобы понять, что истина, и что ложь, стоит разобраться, почему у разных двигателей этот параметр отличается, и какие преимущества дает низкая или высокая степень сжатия.

Преимущества высокой степени сжатия

Двигатель внутреннего сгорания работает за счет воспламенения смеси воздуха и паров топлива. При воспламенении смесь расширяется и толкает поршень, который вращает коленвал. При большей степени сжатия интенсивность давления на поршень увеличивается, и зак один такт двигатель совершает больше полезной работы.

Отсутствие детонации в дизельных двигателях объясняется просто: в камере сгорания сначала сжимается чистый воздух, а топливо впрыскивается позже.

При этом подразумевается, что количество бензина в топливо-воздушной смеси остается неизменным, и за счет большего количества воздуха оно сгорает с более высоким КПД.

На современном этапе конструирования легковых автомобилей применение двигателей с низкой степенью сжатия практически прекратилось. Несмотря на то, что в них допустимо использовать низкооктановый и недорогой бензин А-80, их популярность равна нулю.

Дело в том, что современные потребители стремятся приобретать автомобили с большим количеством «лошадей под капотом», а с двигателей, рассчитанных на низкооктановый бензин (например, двигателя УАЗ 469, (который, правда, с измененной степенью сжатия и рядом модернизаций устанавливается в УАЗ Hunter), снять большую мощность невозможно по конструктивным причинам.

Можно ли изменить степень сжатия?

Увеличить степень сжатия можно, уменьшив объем камеры сгорания, но при модернизации уже имеющегося двигателя инженерам приходится постоянно искать компромисс между эффективностью и безопасностью. Дело в том, что, увеличение степени сжатия ведет к понижению детонационного порога.

Если увеличить степень сжатия слишком сильно, можно столкнуться с тем, что имеющимися средствами предотвратить возникновение детонации не получится. Иными словами, порой разработать (или поставить от другого, более мощного автомобиля) новый двигатель легче, чем модернизировать старый.

Для современных двигателей характерна высокая степен сжатия. В подавляющем большинстве случаев в них используется бензин с октановым числом не ниже 95 или даже 98.

Один из вариантов изменения степени сжатия, доступный частным тюнерам – фрезеровка головки блока цилиндров. После «укорачивания» ГБЦ объем камеры сгорания уменьшается.

Степень сжатия в этом случае увеличится. Есть и обратная сторона такой манипуляции (кстати, официально ее называют форсированием) уменьшится общий объем горючей смеси, сгорающей в цилиндре за один цикл.

Степень сжатия или компрессия?

Степень сжатия часто путают с понятием «компрессия». Это не одно и то же. Компрессией называют максимальное давление в цилиндре при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней.

Компрессия измеряется в атмосферах, а степень сжатия имеет вид математического отношения, например, 10:1 (десять к одному).

Преждевременное воспламенение и детонация

Смесь, поступающая в камеру сгорания, должна не взрываться, а гореть, причем, равномерно, и на протяжении всего отрезка времени, пока поршень движется вниз.

При этом условии энергия расходуется максимально эффективно, а детали поршневой группы изнашиваются равномерно и не перегреваются. Сложность заключается в том, что скорость горения смеси обычно гораздо быстрее скорости движения поршня.

В связи с этим и возникает основная проблема, встающая на пути тех, кто задался целью увеличить степень сжатия. При увеличении давления смесь самопроизвольно возгорается.

Это явление называется преждевременным воспламенением. Более того, возгорание смеси происходит, когда поршень еще только завершает фазу сжатия. В этом случае энергия сгорающего топлива создает дополнительное сопротивление и растрачивается на выполнение бесполезного действия.

Вторая проблема: выделение чрезмерного количества энергии. Проще говоря – взрыв. Явление это в теории двигателестроения называется детонацей и имеет крайне негативные последствия.

Таким образом, увеличение степени сжатия может сыграть с владельцем двигателя злую шутку. Чтобы избежать неприятных последствий, стоит ознакомиться с таким понятием, как октановое число.

Что такое октановое число и на что оно влияет?

Бензин, который используется для работы ДВС, отличается стойкостью к детонации и самовоспламенению. Для обозначения уровня этой стойкости вводится понятие «октановое число».

Детонация возникает только в камере сгорания бензинового двигателя. Сжигание дизельного топлива требует большей степени сжатия, и воспламеняется оно «само собой» разогреваясь под воздействием давления и соприкасаясь с раскаленными металлическими деталями.

Казалось бы, все условия для возникновения созданы, но благодаря некоторым особенностям дизельного двигателя он полностью защищен от этого вредного явления.

Важный факт – октановое число бензина не влияет на количество энергии, которое выделяет топливо при сгорании. Иными словами, думать, что заливая в двигатель бензин с более высоким октановым числом, вы повышаете его мощность, ошибочно.

Все очень просто: при высоком значении степени сжатия необходимо использовать топливо с большим октановым числом.

Последствия использования топлива с несоответствующим октановым числом

Стоит обратить внимание, что при несоответствии используемого топлива требованиям завода-изготовителя, могут возникнуть следующие проблемы:

— При использовании топлива с большим октановым числом возможно прогорание выпускных клапанов. Происходит это потому, что бензин с большим октановым числом горит с меньшей температурой и медленнее. Соответственно, при его использовании, на фазе выпуска вместо отработанных газов через выпускные клапана вылетает горящая смесь.

— При использовании топлива с высоким октановым числом на свечах возможно образование нагара. Причины все те же: скорость горения может не совпадать с циклами хода поршня.

— При использовании топлива с низким октановым числом блок управления двигателем (или октан-корректор распределителя) не сможет установить угол опережения зажигания, исключающий детонацию.

Альтернативный способ изменения степени сжатия

В современной практике разработки двигателей активно применяется альтернативный способ динамического изменения степени сжатия – установка турбонагнетателя.

Он помогает увеличить давление в камере сгорания, не изменяя при этом ее физического объема. Принцип работы нагнетателя заключается в том, что в камеру сгорания под давлением поступает больше воздуха за единицу времени.

В результате степень сжатия меняется постоянно, реагируя на увеличение и уменьшение нагрузки на двигатель. Этот процесс происходит под контролем электроники, которая оперативно изменяет условия воспламенения топливо-воздушной смеси.

В результате всех перечисленных выше негативных факторов, связанных с изменением давления в камере сгорания, удается избежать.

В Объединенных Арабских Эмиратах крайней популярностью пользуются гонки на дизельных внедорожниках. Для увеличения степени сжатия и мощности используются турбины максимальной производительности

Поклонники тюнинга восприняли применение турбонагнетателей как более гибкий и управляемый способ увеличения мощности двигателя.

Можно сказать, что приобретение турбо-кита (набора деталей, предназначенных для установки турбонаддува на конкретный двигатель), гораздо более распространена по сравнению с форсированием. Нагнетатели разных типов успешно используются и при необходимости увеличить эффективность работы дизельного двигателя.

Газовый двигатель

О достоинствах газомоторного топлива, в частности метана, сказано немало, но напомним о них еще раз.

Это экологичный выхлоп, удовлетворяющий текущие и даже будущие законодательные требования к токсичности. В рамках культа глобального потепления это важное преимущество, поскольку нормы Euro 5, Euro 6 и все последующие будут насаждаться в обязательном порядке и проблему с выхлопом так или иначе придется решать. К 2020 г. в Евросоюзе новым транспортным средствам будет разрешено производить в среднем не более 95 г СО2 на километр. К 2025 г. этот допустимый предел могут еще опустить. Двигатели на метане способны удовлетворить эти нормы токсичности, и не только благодаря меньшему выбросу СО2. Показатели выбросов твердых частиц в газовых двигателях также ниже, чем у бензиновых или дизельных аналогов.

Далее, газомоторное топливо не смывает масло со стенок цилиндра, что замедляет их износ. Как утверждают пропагандисты газомоторного топлива, ресурс двигателя волшебным образом вырастает в разы. При этом они скромно умалчивают о теплонапряженности работающего на газе двигателя.

И главное преимущество газомоторного топлива – это цена. Цена и только цена покрывает все недостатки газа как моторного топлива. Если мы говорим о метане, то это неразвитая сеть АГНКС, которая буквально привязывает газовый автомобиль к заправке. Количество заправок сжиженным природным газом ничтожно, этот вид газомоторного топлива сегодня представляет собой нишевой, узкоспециальный продукт. Далее, газобаллонное оборудование занимает часть полезной грузоподъемности и полезного пространства, ГБО хлопотно и накладно в обслуживании.

Технический прогресс породил такой вид двигателя, как газодизель, живущий в двух мирах: дизельном и газовом. Но как универсальное средство газодизель не реализует в полном объеме возможности ни того, ни другого мира. Нельзя оптимизировать ни процесс сгорания, ни показатели КПД, ни образование выбросов для двух видов топлива на одном двигателе. Для оптимизации газовоздушного цикла нужно специализированное средство – газовый двигатель.

Читать еще:  Что делать с двигателем после попадания в воду

Сегодня все газовые двигатели используют внешнее образование газовоздушной смеси и воспламенение от свечи зажигания, как в карбюраторном бензиновом двигателе. Альтернативные варианты – в стадии разработки. Газовоздушная смесь образуется во впускном коллекторе путем инжекции газа. Чем ближе к цилиндру происходит этот процесс, тем быстрее реакция двигателя. В идеале газ должен впрыскиваться прямо в камеру сгорания, о чем речь пойдет ниже. Сложность управления не единственный недостаток внешнего смесеобразования.

Инжекция газа управляется электронным блоком, который также регулирует угол опережения зажигания. Метан горит медленнее дизельного топлива, то есть газовоздушная смесь должна воспламеняться раньше, угол опережения также регулируется в зависимости от нагрузки. Кроме того, метану нужна меньшая степень сжатия, нежели дизельному топливу. Так, в атмосферном двигателе степень сжатия снижают до 12–14. Для атмо­сферных двигателей характерен стехиометрический состав газовоздушной смеси, то есть коэффициент избытка воздуха a равен 1, что в какой-то степени компенсирует потерю мощности от снижения степени сжатия. КПД атмосферного газового двигателя на уровне 35%, тогда как у атмосферного же дизеля КПД на уровне 40%.

Автопроизводители рекомендуют использовать в газовых двигателях специальные моторные масла, отличающиеся водостойкостью, пониженной сульфатной зольностью и одновременно высоким значением щелочного числа, но не возбраняются и всесезонные масла для дизельных двигателей классов SAE 15W-40 и 10W-40, которые на практике применяются в девяти случаях из десяти.

Турбокомпрессор позволяет снизить степень сжатия до 10–12 в зависимости от размерности двигателя и давления во впускном тракте, а коэффициент избытка воздуха увеличить до 1,4–1,5. При этом КПД достигает 37%, но одновременно значительно возрастает теплонапряженность двигателя. Для сравнения: КПД турбированного дизельного двигателя достигает 50%.

Повышенная теплонапряженность газового двигателя связана с невозможностью продувки камеры сгорания при перекрытии клапанов, когда в конце такта выпуска одновременно открыты выпускные и впускные клапаны. Поток свежего воздуха, особенно в наддувном двигателе, мог бы охлаждать поверхности камеры сгорания, снижая таким образом теплонапряженность двигателя, а также снижая нагрев свежего заряда, это увеличило бы коэффициент наполнения, но для газового двигателя перекрытие клапанов недопустимо. Из-за внешнего образования газовоздушной смеси воздух всегда подается в цилиндр вместе с метаном, и выпускные клапаны в это время должны быть закрыты во избежание попадания метана в выпускной тракт и взрыва.

Уменьшенная степень сжатия, повышенная теплонапряженность и особенности газовоздушного цикла требуют соответствующих изменений, в частности, в системе охлаждения, в конструкции распредвала и деталей ЦПГ, а также в применяемых для них материалах для сохранения работоспособности и ресурса. Таким образом, стоимость газового двигателя не так уж отличается от стоимости дизельного аналога, а то и выше. Плюс к этому стоимость газобаллонного оборудования.

Флагман отечественного автомобилестроения ПАО «КАМАЗ» серийно выпускает газовые 8-цилиндровые V-образные двигатели серий КамАЗ-820.60 и КамАЗ-820.70 размерностью 120х130 и рабочим объ­емом 11,762 л. Для газовых двигателей используют ЦПГ, обеспечивающую степень сжатия 12 (у дизельного КамАЗ-740 степень сжатия 17). В цилиндре газовоздушная смесь воспламеняется искровой свечой зажигания, установленной вместо форсунки.

Для большегрузных автомобилей с газовыми двигателями используют специальные свечи зажигания. Так, Federal-Mogul поставляет на рынок свечи с иридиевым центральным электродом и боковым электродом, выполненным из иридия или платины. Конструкция, материалы и характеристики электродов и самих свечей учитывают температурный режим работы большегрузного автомобиля, характерный широким диапазоном нагрузок, и сравнительно высокую степень сжатия.

Двигатели КамАЗ-820 оборудуют системой распределенного впрыска метана во впускной трубопровод через форсунки с электромагнитным дозирующим устройством. Газ инжектируется во впускной тракт каждого цилиндра индивидуально, что позволяет корректировать состав газовоздушной смеси для каждого цилиндра с целью получения минимальных выбросов вредных веществ. Расход газа регулируется микропроцессорной системой в зависимости от давления перед инжектором, подача воздуха регулируется дроссельной заслонкой с приводом от электронной педали акселератора. Микропроцесорная система управляет углом опережения зажигания, обеспечивает защиту от воспламенения метана во впускном трубопроводе при сбое в системе зажигания или неисправности клапанов, а также защиту двигателя от аварийных режимов, поддерживает заданную скорость автомобиля, обеспечивает ограничение крутящего момента на ведущих колесах автомобиля и самодиагностику при включении системы.

«КАМАЗ» в значительной степени унифицировал детали газовых и дизельных двигателей, но далеко не все, и многие внешне схожие детали для дизеля – коленвал, распредвал, поршни с шатунами и кольцами, головки блока цилиндров, турбокомпрессор, водяной насос, масляный насос, впускной трубопровод, поддон картера, картер маховика – не подходят для газового двигателя.

В апреле 2015 г. «КАМАЗ» запустил корпус газовых автомобилей мощностью 8 тыс. единиц техники в год. Производство размещено в бывшем газодизельном корпусе автозавода. Технология сборки следующая: шасси собирают и устанавливают на него газовый двигатель на главном сборочном конвейере автомобильного завода. Потом шасси буксируют в корпус газовых автомобилей для монтажа газобаллонного оборудования и проведения всего цикла испытаний, а также для обкатки автотехники и шасси. При этом газовые двигатели КАМАЗ (в том числе модернизированные с компонентной базой «БОШ»), собираемые на моторном производстве, также проходят испытания и обкатку в полном объеме.

«Автодизель» (Ярославский моторный завод) в содружестве с компанией Westport разработал и выпускает линейку газовых двигателей на базе семейства 4- и 6-цилиндровых рядных двигателей ЯМЗ-530. Шестицилиндровый вариант может устанавливаться на автомобили нового поколения «Урал NEXT».

Как уже говорилось выше, идеальный вариант газового двигателя – это непосредственный впрыск газа в камеру сгорания, но до сих пор мощнейшее глобальное машиностроение не создало такой технологии. В Германии исследования ведет консорциум Direct4Gas, возглавляемый компанией Robert Bosch GmbH в партнерстве с Daimler AG и Штутгартским научно-исследовательским институтом автомобильной техники и двигателей (FKFS). Министерство экономики и энергетики Германии поддержало проект суммой в 3,8 млн евро, что на самом деле не так уж много. Проект будет работать с 2015-го до января 2017 г. На-гора должны выдать промышленный образец системы непосредственного впрыска метана и, что не менее важно, технологию ее производства.

По сравнению с нынешними системами, использующими многоточечный впрыск газа в коллектор, перспективная система непосредственного впрыска способна на 60% увеличить крутящий момент на низких оборотах, то есть ликвидировать слабое место газового двигателя. Непосредственный впрыск решает целый комплекс «детских» болезней газового двигателя, принесенных вместе с внешним смесеобразованием.

В проекте Direct4Gas разрабатывают систему непосредственного впрыска, способную быть надежной и герметичной и дозировать точное количество газа для впрыска. Модификации самого двигателя сведены к минимуму, чтобы промышленность могла использовать прежние компоненты. Команда проекта комплектует экспериментальные газовые двигатели недавно разработанным клапаном впрыска высокого давления. Систему предполагается тестировать в лаборатории и непосредственно на транспортных средствах. Исследователи также изучают образование топливно-воздушной смеси, процесс управления зажиганием и образование токсичных газов. Долгосрочная цель консорциума – это создание условий, при которых технология сможет выйти на рынок.

Итак, газовые двигатели – это молодое направление, еще не достигшее технологической зрелости. Зрелость наступит, когда Bosch со товарищи создадут технологию непосредственно впрыска метана в камеру сгорания.

Степень сжатия двигателя — что это такое

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется
степенью сжатия — Е.

(Степень сжатия двигателя Lada Niva 4×4 — 9.3. (см. здесь) )

Всё коротко и ясно. Но вот достаточно ли? Конструкция силовой установки — это только способ или система, которая тепловую энергию сгоревшего топлива превращает в механическую энергию вращающихся частей двигателя. Понятия «сжатие”, «расширение», «рабочее тело» обязывают ещё рассматривать физико-химические процессы, происходящие в цилиндрах двигателя. А эти процессы невозможны без температуры, которая, в свою очередь, задаётся степенью сжатия. Эффективность использования расширяющихся газов зависит от степени расширения. И вот, при рассмотрении этих процессов в самом общем виде можно и нужно кое-что уяснить. Всё по порядку.

Степень сжатия является одной из характеристик двигателя. Она показывает, во сколько раз уменьшается объем рабочей смеси или воздуха при перемещении поршня из НМТ в ВМТ. По этой характеристике можно определить вид топлива, применяемый в двигателе; устаревшая модель двигателя или совершенная; это дизельный двигатель с раздельными камерами сгорания или дизельный двигатель с непосредственным впрыском.

Повышение степени сжатия позволяет увеличить мощность двигателя и улучшить его экономичность. Возможность увеличения степени сжатия определяется главным образом свойствами топлив, токсичностью отработанных газов и нагрузкой на детали двигателя; для бензиновых автомобильных двигателей Е= 6,5 -14, а для дизеля Е = 15-24.

В дизельных двигателях с увеличением степени сжатия Е повышаются температура и давление воздуха в момент начала впрыска. В результате этого задержки воспламенения уменьшаются, снижается скорость нарастания давления, и работа двигателя становится более мягкой. Однако при больших Е (вследствие более высоких давлений в цилиндре) необходимо увеличивать массу деталей кривошипно-шатунного механизма для повышения прочности. Это приводит к возрастанию механических потерь. Нужно помнить о том, что в результате сгорания топливовоздушной смеси объём цилиндра заполняется смесью азота, углекислого газа и водяных паров, и что при высокой температуре (свыше 2000°С) в камере сгорания происходит диссоциация воды на водород и кислород, а углекислого газа — на окись углерода и кислород. На это затрачивается значительное количество теплоты — рост температуры рабочего тела тормозится.

Читать еще:  Ваз 21099 сколько литров заливается масла в двигатель

Увеличение степени сжатия в бензиновых двигателях ограничено в связи с возможностью возникновения детонации. Детонационное сгорание, продолжающееся некоторое время, может привести к повреждению двигателя.

Степень сжатия — характеристика двигателя, заданная конструктором. Проверять её нет необходимости, и только при ремонте двигателя нужно строго выполнять технические условия сборки конкретного двигателя.

Является ли степень сжатия величиной постоянной? Или степень сжатия — величина переменная?

Если допустить, что степень сжатия — величина постоянная, то мы получим две другие постоянные величины — температуру и давление. Но такого произойти не может. Нельзя рассматривать работу двигателя, принимая во внимание только его конструкцию.

Для того чтобы появились температура и давление, нужно что-то сжимать (степень сжатия). Это что-то -воздух или топливовоздушная смесь (рабочее тело).

Нагрузка двигателя регулируется путём дросселирования воздуха, что является непременным условием сохранения примерно постоянного состава топливовоздушной смеси в бензиновом двигателе. В дизельном двигателе нагрузка регулируется изменением количества топлива, подаваемого в камеру сгорания.

Другими словами, мы управляем мощностью двигателя путём изменения количества рабочего тела в его цилиндрах.

На современных автомобилях применяются электронные системы управления, способные быстро и точно рассчитать состав и количество рабочего тела, своевременно и в нужном количестве подать его в цилиндры двигателя с учётом многих факторов, влияющих на работу силовой установки в целом.

Вспомним некоторые режимы работы двигателя — холостой ход, частичная нагрузка и максимальная нагрузка. Для каждого из этих режимов работы двигателя необходимо определённое количество рабочего тела в соответствии с положением педали подачи топлива.

Для режима холостого хода необходимо минимальное количество рабочего тела, для режима максимальной нагрузки — максимальное.

Если заполнить максимальным количеством рабочего тела объём между поршнем, находящимся в НМТ, и головкой блока (максимальная нагрузка), а затем переместить поршень в ВМТ, то рабочее тело сожмётся до какой-то плотности. После проведённых расчётов мы получим реальную степень сжатия рабочего тела. Эта реальная степень сжатия не может быть выше (для атмосферных двигателей) степени сжатия, предусмотренной при конструировании конкретного двигателя.

Это обусловлено рядом факторов, влияющих на количество свежего заряда, поступившего в цилиндр двигателя, — гидравлического сопротивления впускной системы, наличие в цилиндре остаточных газов, подогревом заряда от стенок впускной системы и пр.

Если частично заполнить рабочим телом тот же объём между поршнем, находящимся в НМТ, и головкой блока (холостой ход), а затем переместить поршень в ВМТ, то рабочее тело сожмётся до меньшей плотности. После проведённых расчётов мы получим реальную степень сжатия рабочего тела для режима холостого хода. Проводя подобные расчёты для каждого положения педали подачи топлива, мы можем рассчитать реальную степень сжатия в цилиндрах в каждый из моментов работы двигателя.

Верхний предел степени сжатия ограничен конструктивными особенностями двигателя (прочностью), свойствами топлива и т.д.

Нижний предел степени сжатия ограничен способностью топлива к воспламенению. На изменение реальной степени сжатия, в основном, влияет «насосная» характеристика цилиндров (исправная цилиндропоршневая группа -больше рабочего тела, неисправная — меньше).

Реальную степень сжатия рассчитывать не надо. Достаточно иметь возможность проверить компрессию в цилиндрах двигателя, сравнить результаты измерения с техническими данными производителя конкретного двигателя. Также необходимо проверить герметичность (производитель указывает допустимые нормы потерь — некоторые называют это проверкой на «утечки») камеры сгорания цилиндра. Если полученные данные соответствуют характеристикам, указанным производителем этого двигателя, то с реальной степенью сжатия все в порядке.

Чем выше давление (компрессия) в цилиндрах двигателя и лучше герметичность камеры сгорания -тем выше реальная степень сжатия, температура рабочего тела, и тем лучше условия для воспламенения топлива.

Любая электронная система управления двигателем учитывает изменение реальной степени сжатия и реагирует на её изменение путём своевременной коррекции состава топливовоздушной смеси и изменением времени подвода тепла.

Для двигателей с различными системами наддува количество рабочего тела в его цилиндрах будет большим, и реальная степень сжатия, соответственно, выше. Большими являются при этом температурные и механические нагрузки. Двигатели с системами наддува отличаются от атмосферных двигателей большей мощностью и конструктивно.

На рисунке 1 (а) показано поле реальных степеней сжатия, полученное путём измерения давлений конца сжатия в бензиновом двигателе с геометрической степенью сжатия Е = 8,5. Верхняя граничная кривая показывает реальную степень сжатия при полностью открытой дроссельной заслонке в зависимости от частоты вращения двигателя п. Ниже этой кривой показано всё поле реальных степеней сжатия при различных открытиях дроссельной заслонки.

На рисунке 1(6) показано поле реальных степеней сжатия двигателя с геометрической степенью сжатия Е = 12,5

Реальная степень сжатия зависит от технического состояния цилиндров двигателя, а также устройств, призванных изменять в этих цилиндрах количество рабочего тела (различные системы наддува).

С геометрической степенью сжатия всё понятно. С реальной степенью сжатия, я надеюсь, тоже всё будет в порядке. Во всяком случае, я старался.

На этом можно было бы и заканчивать, но есть ещё кое-что. На это «кое-что» мы иногда не обращаем внимание. Точнее, мы знаем об особенностях газообмена, но забываем о них, когда речь идёт об определении «степень сжатия».

Рис. 2. Индикаторная диаграмма четырёхтактного дизельного двигателя без наддува в координатах Р — V: а) — цикл; б) — процесс газообмена

Если внимательно посмотреть на индикаторную диаграмму (рис. 2) четырёхтактного дизельного двигателя без наддува (да и бензинового тоже), то мы увидим, что при впуске впускной клапан закрывается после того, как поршень уже начал движение от НМТ к ВМТ и даже прошёл какое-то расстояние (точка 2). То есть процесс сжатия начался несколько позже. Нечто подобное происходит и в такте расширения — выпускной клапан открывается раньше, чем поршень дошел до НМТ (точка 4).

То есть фактически степени сжатия и расширения отличаются от заданных по характеристике параметров (отношение объёмов двух геометрических фигур). И у нас есть основание назвать такие степени сжатия и расширения фактическими. А степени сжатия и расширения, соответствующие характеристике рассматриваемого двигателя — геометрическими.

Поршневой двигатель с простым кривошипношатунным механизмом имеет равные между собой геометрические степень сжатия и степень расширения.

На протяжении длительного времени (практически с момента появления двигателя внутреннего сгорания) создатели двигателей стремились максимально использовать давление расширяющихся газов. С этой целью создавались сложные системы кривошипов, способные повысить степень расширения. Но такие двигатели имели низкий механический КПД и были неработоспособны при высоких частотах вращения.

Различных степеней сжатия и расширения можно частично добиться регулированием моментов открытия и закрытия клапанов.

Для диагностов очень важно, на мой взгляд, понимание того, что сказано выше. Проблема диагностирования и ремонта двигателей с изменяемыми фазами газораспределения не рассматривалась нами на Слётах диагностов. Это говорит о том, что существующую проблему пока ещё не решали. А может быть это только моя проблема?

Мне кажется, в самый раз сейчас вспомнить пятитактный цикл Аткинсона/Мил-лера. Представьте себе двигатель, у которого геометрическая степень сжатия — 13 (для двигателя ОТТО это достаточно высокая степень сжатия), объём — 1.51, впускной клапан которого закрывается не 36 градусов после НМТ по углу поворота коленчатого вала, а 81 градус. Естественно, часть рабочего тела будет вытеснена во впускной коллектор. Вот вам и пятый цикл — вытеснение. Если допустить, что вытеснено 20% рабочего тела, то фактическая степень сжатия этого двигателя будет 10,6. Рабочий объём такого двигателя, если брать во внимание только фактическую степень сжатия, будет близок к двигателю объёмом 1.21. А фактическая степень расширения будет соответствовать нашему двигателю объёмом 1.51. Расход топлива, экологические показатели, мощность, крутящий момент. Интересно? Мне тоже интересно. Но это не тема сегодняшнего разговора.

Я взял этот пример из Интернета и не ручаюсь за точность всех данных, но он наглядно показывает суть цикла.

По циклу Аткинсона/Миллера на сегодняшний день работают двигатели TOYOTA Prius, 1,51 1NZ-FXE, 2,26l FORD Escap Hibrid.

Таким образом, необходимо различать:

А. Степень сжатия как одна из технических характеристик двигателя (геометрическая), она неизменна.

B. Степень сжатия фактическая — также является технической характеристикой двигателя, характеризуется фазами газораспределения, она неизменна.

В двигателях с регулируемыми фазами газораспределения степени сжатия и расширения также являются характеристикой двигателя, и их следует считать фактическими.

C. Степень сжатия реальная, меняющаяся в зависимости от:

— количества поступившего в цилиндры двигателя рабочего тела;

— частоты вращения коленчатого вала;

— технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя и т.д.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector