Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Фактор влияния на двигатель

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ И НА ТОКСИЧНОСТЬ

) и угла опе-

режения зажигания, обеспечивающего бездетонационное сгорание; у дизелей регулировкой состава смеси, обусловливающего бездымный выпуск, и угла опережения начала впрыска, соответствующего наименьшему расходу топлива для данного режима и допускаемой скорости нарастания давления в фазе быстрого сгорания1. Анализ факторов, влияющих на показатели двигателя, необходим для определения способов достижения максимальной мощности, которую данный двигатель может развивать во всем диапазоне скоростных режимов, хотя экономичность при этом не будет оптимальной.

В эксплуатационных условиях автомобильный двигатель работает преимущественно на режимах неполной нагрузки. Для этих режимов анализ производится с целью определения условий, при которых достигается устойчивая работа двигателя при наибольшей экономичности на каждом скоростном режиме.

При анализе факторов, влияющих на показатели двигателя, необходимо учитывать также их воздействие на образование токсичных компонентов в продуктах сгорания.

Влияние различных факторов

На индикаторные показатели и токсичность двигателя с искровым зажиганием

Конструктивные параметры и форма камеры сгорания. От формы камеры сгорания зависит характер развития процесса сгорания и теплоотдача в стенки. Основные требования к конструкции камер сгорания заключаются в обеспечении высокого наполнения цилиндра, эффективности протекания процесса сгорания с наименьшей токсичностью продуктов сгорания и использования выделившейся теплоты.

Конструкция камеры сгорания в значительной мере зависит от общей компоновки двигателя. Особое внимание уделяется техноло-

гии изготовления камер сгорания, методу обработки их поверхностей и получению одинаковых объемов камер во всех цилиндрах.

Различные формы камер сгорания могут быть сведены к принципиальным схемам, представленным на рис. 82. На рис. 82, з показана классическая форма камеры сгорания двигателя с нижним расположением клапанов, применявшаяся на двигателях ЗИЛ-120 и его модификациях, ГАЗ-51 и ГАЗ-20. В настоящее время в СССР наибольшее распространение получили камеры сгорания: плоскоовальная (рис. 82, г) и полуклиновидная (82, ж) с небольшим углом наклона (ЗИЛ-130, ЗИЛ-375, ГАЗ-21, ГАЗ-24, МЗМА-407 и АЗЛК-408, ВАЗ-2103). На двигателе АЗЛК-412 применяют полусферическую камеру (рис. 82, в).

Камеры сгорания оценивают по следующим основным показателям:

1) возможности обеспечения высокой степени очистки и наполнения цилиндра, что, в частности, связано с размещением клапанов с развитыми проходными сечениями. Факторы, определяющие эти качества, были рассмотрены ранее;

в продуктах сгорания.

наименьшее у полусферической камеры сгорания (рис. 82, в).

Существенное влияние на концентрацию несгоревших углеводородов в продуктах сгорания оказывает высота зазора между днищем поршня и головкой в зоне вытеснителя. При большем зазоре вследствие более полного протекания реакции содержание несгоревших углеводородов в продуктах сгорания уменьшается;

3) степени турбулизации заряда в камере сгорания при впуске и сжатии.

Для эффективного протекания процесса сгорания необходимо усиливать до некоторого предела турбулизацию заряда (см. гл. VI). В то же время при высокой степени турбулизации возникают дополнительные тепловые и гидродинамические потери. Турбулизации заряда с необходимой интенсивностью обеспечивает получение высокой экономичности и мощности двигателя. Она в камерах сгорания, имеющих вытеснители, создается направленным движением смеси в процессе впуска и усиливается вследствие вытеснения заряда из вытеснителей при приближении поршня к в. м. т. Оптимальные конструктивные соотношения для камеры сгорания каждого типа определяются по данным экспериментальных исследований. В камерах сгорания, не имеющих вытеснителей, также можно достичь необходимой степени турбулизации путем создания соответствующего

4) величине максимальных давлений цикла и скорости нарастания давления на участке сгорания. На эти параметры влияет изменение во времени поверхности фронта пламепи, а соответственно и объем рабочей смеси, участвующей в процессе сгорания. При одинаковой скорости распространения пламени изменение поверхности фронта пламени зависит от формы камеры сгорания и места расположения свечи;

5) возможности повышения степени сжатия при одновременном снижении склонности к детонационному сгоранию и соответственно требований к октановому числу топлива, а также к токсичности двигателя;

6) длительности сгорания, являющейся важным оценочным параметром камеры сгорания и зависящей от рассмотренных выше условий, а также от расстояния между свечой и наиболее удаленной зоной камеры. Чем меньше длительность сгорания, тем выше антидетонационные качества камеры сгорания.

Степень сжатия. Для теоретического цикла с подводом теплоты при постоянном объеме зависимость термического КПД от степени сжатия определяется выражением (14).

и экономичном составе смеси.

Рассматривая зависимость

, видим, что для всех камер сгорания ее характер примерно одинаковый.

(см. рис. 8)

дает больший эффект, чем следует из рис. 83, так как при одновременном повышении е улучшалась форма камеры сгорания и ее обработка. Вследствие этого, а также в результате улучшения процесса образования смеси и других мероприятий достигнуто большее теплоиспользование в цикле, чем только путем повышения е.

при больших по сравнению с исходными значениями 8.

практически не влияет.

С повышением е возрастает нагрузка на шатунно-кривошипный механизм, и для обеспечения надежности двигателя необходимо соответственно увеличивать размеры и массу основных деталей. Вследствие этого возрастают механические потери, и пуск двигателя затрудняется. При больших е необходимо использовать топлива с более высокими октановыми числами. Повышение токсичности отработавших газов, а также требований к октановому числу применяемого топлива ограничивают величину е в двигателях с искровым зажиганием до 9,5.

и снижается доля теплоты, отдаваемой в стенки, вследствие чего улучшается теплоиспользование цикла.

Вместе с тем, при этом в результате более высокой температуры иесгоревшей части заряда может появиться детонация. Детонация в двигателях с большим диаметром цилиндра, если но применять дополнительных мер (например, установки двух свечей), может также возникнуть из-за увеличения длительности процесса сгорания.

Анализ совокупного влияния указанных факторов показывает, что антидетонационные качества камеры сгорания являются решающими при выборе размеров рабочего объема цилиндра.

. При неизменном е индикаторный КПД будет выше при большем диаметре цилиндра.

уменьшается.

Величину а, при которой достигается наилучшее теплоисполь-зование, называют пределом эффективного обеднения смеси. Предел эффективного обеднения зависит от температуры и давления, при которых происходит воспламенение, концентрации топлива в зоне свечи, распределения состава смеси в объеме камеры сгорания, интенсивности источника воспламенения, типа камеры сгорания и режима работы двигателя.

. Это объясняется тем, что при очень бедной смеси затрудняется распространение пламени в ее объеме и сгорает лишь часть смеси, непосредственно соприкасающаяся с поступающим из форкамеры горящим факелом топлива.

, чем при сгорании обогащенной смеси.

в продуктах сгорания также повышается.

, когда температуры незначительно отличаются от максимальной и в то же время в продуктах сгорания имеется некоторое количество свободного кислорода.

не удается осуществить хорошего протекания процесса сгорания. При уменьшении нагрузки дросселированием изменяют условия воспламенения смеси, и предел эффективного обеднения смещается в сторону более богатой смеси (кривая 2 на рис. 85). Снижение нагрузки путем дросселирования двигателя заметно влияет на эффективность теилоисполъзования.

На рис. 87 показаны верхние части индикаторных диаграмм двигателя ЗИЛ-130 при различном положении дроссельной заслонки. По мере прикрытия дроссельной заслонки максимальное давление цикла существенно понижается.

при дросселировании не удается полностью компенсировать возрастание основной фазы, и по мере снижения нагрузки продолжительность сгорания при расширении увеличивается.

в зависимости от нагрузки при дросселировании двигателей с различными е и типами камер сгорания. Приведенные характеристики показывают, что по мере повышения до определен-

i соответствуют качественному регулированию состава смеси. На этих участках и* растет вследствие обеднения смеси до значения а, соответствующего пределу эффективного обеднения при практически незначительно меняющемся положении дроссельной заслонки. При дальнейшем уменьшении нагрузки дроссельную заслонку прикрывают.

, тем большему, чем сильнее обогащается смесь при уменьшении нагрузки.

имеются свободный кислород и углеводороды.

меняются температура, давление и условия турбулизации заряда в период развития процесса сгорания.

При чрезмерном увеличении <р3 процесс сгорания в основном развивается до в. м. т, и в конце процесса сжатия затрачивается дополнительная работа. Кривая! (рис. 90) характеризует зависимость индикаторного КПД и от угла <р3 для единичного цикла с заданным составом смеси. В двигателях с искровым зажиганием сгорание в последовательных циклах протекает неодинаково. При увеличении

опережения зажигания условия воспламенения ухудшаются и ае-идентичность сгорания в последовательных циклах возрастает, особенно если при этом состав смеси соответствует пределу эффективного обеднения.

возрастает и процесс сгорания в значительной степени развивается до в. м. т. в процессе сжатия.

при разных значениях а показан на рис.92.

индикаторный КПД растет.

примерно настолько, насколько растет бь Длительность основной

об/мин) индикаторный КПД этого двигателя заметно возрастает. В зоне более высокой частоты вращения % растет менее интенсивно, что объясняется большим влиянием длительности фазы догорания.

в фазе основного сгорания не превышает 0,132 МПа Л.

уменьшается. С ростом п в результате улучшения качества смесеобразования содержание углеводородов в продуктах сгорания понижается.

Распределение рабочей смеси по цилиндрам двигателя. Исследования показали, что в многоцилиндровом двигателе в отдельные цилиндры поступает смесь неодинакового состава. Это происходит главным образом потому, что в процессе движения топлива во впускном трубопроводе образующаяся топливная пленка движется по стенке

трубопровода с меньшей скоростью (в 5060 раз), чем паровоздушная смесь, вследствие чего в отдельные цилиндры подается неодинаковое количество топлива. В результате, если даже распределение паровоздушной смеси по цилиндрам будет одинаковым, что не всегда достижимо, коэффициент избытка воздуха а по отдельным цилиндрам будет различаться. Исследования показывают, что наряду с неодинаковым составом смеси в отдельных цилиндрах может быть различное количество отдельных фракций топлива и присадок к нему (в частности, антидетонаторов). При таком неравномерном распределении смеси по коэффициенту а и составу топлива могут ухудшиться мощност-ные и экономические показатели двигателя, повыситься требования к октановому числу топлива и увеличится токсичность отработавших газов.

соответственно коэффициенты избытка воздуха в данном цилиндре и средний для всего двигателя.

Применяют также критерии с целью определения среднего и наибольшего различия в составе смеси в цилиндрах.

В качестве примера на рис. 95 показан характер распределения смеси по цилиндрам четырехцилиндрового двигателя. Из рис. 95 видно, что при работе по внешней характеристике относительное отклонение состава смеси в первом цилиндре при малой частоте вращения несколько выше, а четвертом несколько меньше 10%. На повышенных скоростных режимах распределение смеси по цилиндрам является более равномерным. Неравномерность па малых и средних нагрузках незначительна.

Для равномерного распределения состава смеси по цилиндрам совершенствуют впускной тракт, улучшают конструкцию элементов карбюратора, применяют многокамерные карбюраторы и т. д. Наименьшей неравномерности можно достигнуть при использовании системы впрыска топлива в каждый цилиндр.

Испарение бензина во впускном трубопроводе сопровождается разделением бензина на фракции. В процессе впуска испаряются в основном низкокипящие фракции. Они, образуя паровоздушную смесь, поступают в цилиндр. Высококиияндие фракции оседают на стенке впускного трубопровода в виде жидкой пленки, которая, постепенно испаряясь, движется по впускному тракту. При применении высокооктановых бензинов в результате такого протекания процесса смесеобразования во время впуска (особенно на неустановившихся режимах) в цилиндр прежде всего поступают низкокипящие фракции со сравнительно меньшим октановым числом. Это может привести к возникновению детонации. Наибольшее влияние на распределение по цилиндрам бензина, имеющего различную детонационную стойкость, оказывает этилирование бензина, что связано с неравномерностью распределения тетраэтилсвипца при выкипании отдельных фракций.

Реклама