Основные тенденции совершенствования современного двигателестроения

Анализ имеющейся технической информации по двигателям зарубежных аналогов показывает, что основной тенденцией развития рабочего процесса, отслеживающейся на протяжении последних десятилетий, является снижение выбросов токсичных веществ и расхода топлива. Она же, по всей видимости, сохранится и в ближайшем будущем.

Для принятия оптимальных решений по концепции рабочего процесса двигателей после 2000 г. необходимо провести ряд работ по проверке эффективности, технологической возможности и экономической целесообразности следующих направлений.

a) Повышение степени сжатия рабочего тела. При этом ограничение детонации на режиме полных нагрузок снимаются устройствами, снижающими давление конца сжатия или ограничивающими максимальное давление сгорания.

b) Использование двигателей уменьшенного рабочего объема при повышении мощностных показателей за счет применения наддува.

c) Отключение части цилиндров на режимах малых нагрузок. По данным фирмы Альфа Ромео снижение расхода топлива:

Ø при отключении топливоподачи - до12%;

Ø при отключении топливоподачи и закрытии клапанов - до 25%;

Ø при полном отключении части цилиндров - до 40%.

d) Использование частичного качественного регулирования двигателя на "бедных смесях", за счет применения:

Ø организации тангенциального вихревого движения заряда, обеспечивающего более качественное смесеобразование и сгорание. Достигнутый на двигателях ВАЗ 2106, 21063 эффект по расходу топлива 3…5%, по токсичным выбросам 30…50%;

Ø организации управляемого расслоенного смесеобразования с формированием продольного вихревого движения заряда за счет направленного впрыска топлива и струйной подачи дополнительного воздуха на открытый впускной клапан;

Ø непосредственного впрыска топлива в цилиндры (реализовано в двигателе фирмы Мицубиси);

Ø снижения энергии воспламенения смеси за счет микродобавок легко воспламеняемых компонентов (водород).

Ø повышения энергии и количества источников воспламенения. Один из способов повышения эффективности системы зажигания – камера сгорания с несколькими свечами зажигания. В этом случае значительно сокращается путь фронта пламени, распространяющегося по камере сгорания, а, следовательно, повышается скорость сгорания топливо-воздушной смеси, расширяются пределы ее обеднения, улучшаются антидетонационные свойства двигателя.

e) Применение форсунок с регулируемыми параметрами факела совместно с системами раннего испарения топлива (электроподогрев).

f) Отработка алгоритмов управления составом смеси на переходных режимах с применением широкополосного λ-зонда и моделированием настенной топливной пленки.

g) Управление фазами ГРМ по нагрузочному и скоростному режимам работы двигателя. Использование регулируемой системы впуска для повышения крутящего момента двигателя в зоне низких оборотов коленчатого вала при сохранении высоких мощностных показателей.

«ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

Требования, предъявляемые к бензинам и их эксплуатационные свойства.

Бензин — основной вид топлива для карбюраторных двигателей. Сырьем для получения бензина слу­жит нефть, нефтяные газы, бурый и каменный уголь, горючие сланцы.

Бензин как топливо должен обла­дать хорошей испаряемостью, стойкостью против детонации, высокой стабильностью (т. е. способностью сохранять первоначальные свойства при длительном хранении), не содер­жать соединений, вызывающих корозию металла, и не содержать смолистых отложений, а также воды и механических примесей.

Под испаряемостью понимают спо­собность бензина переходить из жидкого состояния в парообразное. Хоро­шая испаряемость бензинов обеспе­чивает приготовление горючей смеси необходимого качества, облегчает пуск двигателя, уменьшает конденса­цию паров бензина в цилиндрах двигателя и разжижение масла в его картере.

Об испаряемости бензина судят по его фракционному составу.

Фракционный состав ха­рактеризуется температурой выкипа­ния 10; 50; 90 % топлива и температурой конца выкипания.

Температура выкипания 10 % топ­лива характеризует его пусковые качества: чем ниже эта темпера­тура, тем легче можно пустить дви­гатель.

Температура выкипания 50 % топ­лива характеризует способность его обеспечивать быстрый прогрев дви­гателя, устойчивость его работы на малой частоте вращения коленчато­го вала и приемистость двигателя.

Температура выкипания 90 % топ­лива и конца выкипания характе­ризует полноту его испарения.

Температура начала кипения бен­зина должна быть не ниже 30° С, чтобы в жаркое время года не обра­зовывались «паровые» пробки в топливопроводах и фильтрах.

Стойкость бензина против детонации оценивается октановым числом, которое присутствует в каждой марке бензина. Так, например, в марке бен­зина АИ-93 буква А означает, что бензин предназначен для автомоби­лей, буква И — что октановое число данного бензина определяют по ис­следовательскому методу, а цифра 93 — октановое число. В марке А-76, где нет буквы И — октановое число 76 определено по моторному методу.

При нормальном сгорании топливовоздушной смеси средняя скорость распространения пламени равна 10— 40 м/с, при детонации топливовоздушная смесь взрывается и ско­рость распространения пламени уве­личивается до 15000—20000 м/с.

На слух детонация проявляется в звонких металлических стуках при работе двигателя. Кроме того, при детонации в отрабатавших газах периодически появляется черный дым, двигатель перегревается и его мощность падает. Повышенный теп­ловой режим двигателя приводит к подгоранию выпускных клапанов, прогоранию днища поршней и металлоасбестовых прокладок между го­ловкой и блоком цилиндров.

Чтобы оценить степень склон­ности бензина к детонации, его сравнивают с эталонными топливами, т. е. с такими топливами, октановые числа которых заранее известны. Чем выше октановое число, тем меньше склонность бензина к детонации, поэтому для повышения октанового числа к бензинам добавляют антидетонаторэтиловую жидкость.

Бензин, в который добавлена эти­ловая жидкость, называют этили­рованным. Этиловая жидкость ядовита, поэтому этилированные бензины тоже ядовиты и применение их требует строгого соблюдения пра­вил техники безопасности. Чтобы от­личить этилированные бензины от не­этилированных, их окрашивают в соответствующие цвета: А-72— в ро­зовый, А-76— в желтый, АИ-93— в оранжево-красный и АИ-98— в синий цвет.

Стабильность бензинов характе­ризуется сохранением их физико-химических свойств в допустимых пределах во время перевозки, хра­нения и использования в конкрет­ных условиях эксплуатации.

Присутствие в бензине кислот и сернистых соединений вызывает кор­розию металлов, поэтому содер­жание их строго ограничивается.

Вода и механические примеси в бензине не допускаются. Вода спо­собствует коррозии топливных баков и тары, а также ускоряет осмоление бензина; Зимой вода, замерзая, может закупорить топливопроводы, фильтры, жиклеры, что приведет к вынужденной остановке двигателя.

Механические примеси в бензине вызывают засорение жиклеров, фильтров и износ цилиндропоршневой группы двигателя.

Требования, предъявляемые к дизельным топливам и их эксплуатационные свойства.

Дизельные топлива.Это топливо применяется для дизелей.

Основными свойствами дизельного топлива являются температура само­воспламенения, температура засты­вания и вязкость.

Температурой самовоспламенения называется температура, до которой необходимо нагреть смесь дизельно­го топлива с воздухом, чтобы начал­ся процесс ее горения. Эта температура равна примерно 300—350С. О самовоспламеняемости дизельного топлива судят по цетановому числу. Чтобы определить цетановое число, дизельное топливо сравнивают с эта­лонными топливами, цетановое чис­ло которых заранее известно.

Цетановое число находится в пре­делах 40—45 единиц. С повышением цетанового числа процесс сгорания протекает более плавно, двигатель работает более экономично и не так жестко.

Для повышение цетановых чисел дизельных топлив к ним добавляют специальную присадку - изопропилнитрат.

Температура застывания дизельно­го топлива оказывает влияние на работу дизеля: чем она ниже, тем надежнее работает дизель, так как при застывании топливо превращает­ся в желеобразную массу и подача его из топливных баков в цилиндры двигателя становится невозможной. Температура застывания дизельного топлива должна быть на 10—15° С ниже температуры окружающего воздуха в районе его эксплуатации.

Под вязкостью понимается внут­реннее трение жидкости, возникаю­щее между его частицами при взаим­ном перемещении.

Определенная вязкость дизельного топлива необходима для нормально­го распыливания топлива. Недоста­точная вязкость может привести к обеднению горючей смеси, а высо­кая - к затрудненной подаче и впрыску топлива в цилиндры двига­теля. Вязкость определяют на капил­лярном вискозиметре при температу­ре воздуха 20°С и измеряют в сантистоксах (сСт). Нормальная вяз­кость дизельного топлива находит­ся в пределах 1,5—8,0 сСт.

Чтобы обеспечить хорошее смесе­образование дизельного топлива с воздухом, оно должно иметь опре­деленный фракционный состав.

Содержание кислот и серы в дизельном топливе строго ограничи­вается ГОСТами.

Выпускают следующие марки ди­зельного топлива: Л — летнее, 3— зимнее, А — арктическое.

К основным требованиям по качеству дизельного топлива относится прокачиваемостьего по топливной системе, обеспечивающая подачу топлива в цилиндры двигателя в необходимом для заданного режима количестве. Прокачиваемость дизельного топлива оценивается следующими показателями вязкостью, температурами помутнения и застывания, содержанием механических примесей и воды, коэффициентом фильтруемости, предельной температурой фильтруемости.

Температура помутнения и застывания топлива и предельная температура фильтруемости характеризуют низкотемпературные свойства дизельного топлива, под которыми понимают способность топлива сохранять текучесть при понижении температуры и не вызывать затруднений при перекачке по трубопроводам. С уменьшением температуры вязкость топлива увеличивается, причем резкое ее увеличение наблюдается в относительно узком интервале температур, практически от температуры помутнения топлива до температуры его застывания.