Способы интенсификации рабочих процессов

Дру­гой путь по­выше­ния мощ­ности — ин­тенси­фика­ция ра­бочих про­цес­сов в ДВС. Сте­пень ин­тенси­фика­ции от­ра­жа­ет ве­личи­на объем­ной мощ­ности. Ме­роп­ри­ятия по ее по­выше­нию на­зыва­ют фор­си­рова­ни­ем дви­гате­ля. Су­щес­тву­ет нес­колько пу­тей фор­си­рова­ния дви­гате­лей, од­на­ко их ис­пользо­вание свя­зано с оп­ре­делен­ны­ми ог­ра­ниче­ни­ями.

Уве­личе­ние цик­ло­вой по­дачи топ­ли­ва (го­рючей сме­си). Для сго­рания по­вышен­ной пор­ции топ­ли­ва не­об­хо­димо уве­личить ко­личес­тво све­жего воз­ду­ха. Для это­го воз­дух по­да­ют во вре­мя так­та впус­ка под дав­ле­ни­ем с по­мощью ком­прес­со­ра (над­дув), его мож­но так­же пред­ва­рительно ох­лаждать.

В ре­зульта­те по­выша­ет­ся пол­но­та сго­рания, уменьша­ет­ся удельный эф­фектив­ный рас­ход топ­ли­ва на 8…15 г/(кВт×ч), а мощ­ность уве­личи­ва­ет­ся на 20…40%. Од­на­ко при этом воз­раста­ет теп­ло­вая нап­ря­жен­ность де­талей дви­гате­ля.

По­выше­ние сте­пени сжа­тия. Ис­сле­дова­ния по­каза­ли, что воз­можность ее уве­личе­ния за­висит от раз­ме­ра и фор­мы ка­меры сго­рания, ви­да и ка­чес­тва топ­ли­ва. Пре­пятс­тви­ем для та­кого фор­си­рова­ния яв­ля­ют­ся рост ме­хани­чес­ких по­терь и уве­личе­ние утеч­ки га­зов че­рез за­зоры. В бен­зи­новых дви­гате­лях воз­раста­ет склон­ность к де­тона­ции.

Уве­личе­ние час­то­ты вра­щения ко­лен­ча­того ва­ла. Этот путь ог­ра­ничен рос­том по­терь на тре­ние и уменьше­ни­ем вре­мени на такт.

Важ­но знать! При большой час­то­те вра­щения, из-за ог­ра­ничен­ной про­пус­кной спо­соб­ности кла­панов, пос­тупле­ние све­жего за­ряда воз­ду­ха (го­рючей сме­си) уменьша­ет­ся и уве­личи­ва­ет­ся ко­личес­тво ос­та­точ­ных га­зов.

Уве­личе­ние про­пус­кной спо­соб­ности кла­панов. Ее мож­но осу­щес­твить, уве­личив раз­мер кла­панов, ко­личес­тво и вре­мя от­кры­вания. Но кла­паны больших раз­ме­ров пло­хо ох­лажда­ют­ся и быс­тро вы­ходят из строя, а уве­личе­ние их чис­ла уменьша­ет проч­ность дви­гате­ля.

Уменьше­ние ко­личес­тва так­тов. По со­от­но­шению ра­бочих и вспо­мога­тельных так­тов двух­так­тные ДВС ра­ци­ональнее че­тырех­так­тных. Их со­вер­шенс­тво­вание свя­зано с раз­ра­бот­кой сис­тем уменьше­ния по­терь топ­ли­ва при про­дув­ке и соз­да­ни­ем трех­так­тных дви­гате­лей.

Уменьше­ние по­терь теп­ло­вой энер­гии. Один из пу­тей ре­шения этой проб­ле­мы — при­мене­ние вы­сокоп­рочных ма­тери­алов (ме­тал­ло­кера­мики). В ке­рами­чес­ких дви­гате­лях теп­ло­та те­ря­ет­ся в ос­новном с ОГ. У та­ких дви­гате­лей эф­фектив­ный КПД дос­ти­га­ет 60…70%, у тра­дици­он­ных ДВС — 35…40% (ди­зель) и 25…30% (дви­гатель с ис­кро­вым за­жига­ни­ем).

Уменьше­ние ме­хани­чес­ких по­терь. Свя­зано с ис­пользо­вани­ем вы­сокоп­рочных ма­тери­алов, эф­фектив­ных сма­зок и со­вер­шенс­тво­вани­ем конс­трук­ции дви­гате­лей

Понятие о характеристиках двигателя внутреннего сгорания

В про­цес­се экс­плу­ата­ции трак­то­ров и ав­то­моби­лей их дви­гате­ли ра­бота­ют в ши­роком ди­апа­зоне из­ме­нений наг­рузки и час­то­ты вра­щения ко­лен­ча­того ва­ла.

Оп­ре­делен­ное со­от­ветс­твие кру­тяще­го мо­мен­та, мощ­ности и час­то­ты вра­щения на­зыва­ют ре­жимом ра­боты дви­гате­ля. Ес­ли эти по­каза­тели и тем­пе­рату­ра ДВС не из­ме­ня­ют­ся во вре­мени на про­тяже­нии 5…10 мин, то ре­жим ра­боты дви­гате­ля счи­та­ют ус­та­новив­шимся. При из­ме­нении по­дачи топ­ли­ва, из­ме­нении наг­рузки, при раз­го­не и тор­мо­жении ТС дви­гатель ра­бота­ет в не­ус­та­новив­шемся (пе­реход­ном) ре­жиме. В этом ре­жиме ра­боты по­каза­тели эф­фектив­ности ДВС су­щес­твен­но от­ли­ча­ют­ся от но­минальных па­рамет­ров, ус­та­нов­ленных пред­при­яти­ем-из­го­тови­телем.

Вни­мание! В про­цес­се ра­боты мощ­ность и кру­тящий мо­мент дви­гате­ля дол­жны быть рав­ны­ми со­от­ветс­тву­ющим наг­рузкам. Ес­ли наг­рузка больше, дви­гатель те­ря­ет обо­роты и мо­жет ос­та­новиться. При не­дос­та­точ­ной наг­рузке час­то­та вра­щения дви­гате­ля уве­личи­ва­ет­ся и дви­гатель «идет в раз­нос».

Из­ме­нение мощ­ности, кру­тяще­го мо­мен­та, час­то­ты вра­щения, по­дачи топ­ли­ва и дру­гих по­каза­телей на­зыва­ют ре­гули­ровоч­ны­ми па­рамет­ра­ми ра­боты дви­гате­ля. Ис­пы­тывая дви­гате­ли на спе­ци­альном стен­де, вы­яв­ля­ют за­виси­мость ос­новных по­каза­телей ДВС от ре­гули­ровоч­ных па­рамет­ров. Эти за­виси­мос­ти на­зыва­ют ха­рак­те­рис­ти­ками дви­гате­ля. С их по­мощью ре­гули­ру­ют дви­гатель для оп­ти­мальной ра­боты, ре­ша­ют воп­рос о не­об­хо­димос­ти ре­мон­та и т.д. Так, при пол­ной по­даче топ­ли­ва, из­ме­няя ско­рость вра­щения ко­лен­ча­того ва­ла (уве­личи­вая наг­рузку на дви­гатель), мож­но вы­явить за­виси­мость от ско­рос­ти эф­фектив­ной мощ­ности и кру­тяще­го мо­мен­та дви­гате­ля (рис. 3.11). При дос­ти­жении но­минальной мощ­ности или но­минально­го кру­тяще­го мо­мен­та по­луча­ют гра­фики внеш­ней ско­рос­тной ха­рак­те­рис­ти­ки. Эти ис­пы­тания ими­тиру­ют раз­гон трак­то­ра в про­цес­се вы­пол­не­ния по­левых ра­бот. Чем вы­ше кри­вая рос­та мощ­ности, тем вы­ше при­емис­тость дви­гате­ля и быс­трее раз­гон. Чем кру­че кри­вая рос­та кру­тяще­го мо­мен­та, тем прис­по­соб­ля­емость (элас­тичность) дви­гате­ля луч­ше. При уве­личе­нии наг­рузки та­кой дви­гатель дольше сох­ра­ня­ет су­щес­тву­ющую час­то­ту вра­щения.

Рис. 3.11.Скоростная характеристика двигателя внутреннего сгорания:
1 — крутящий момент М; 2 — эффективная мощность N; n — частота вращения; M _max — максимальный крутящий момент; N _max — максимальная мощность; M_N — крутящий момент, соответствующий максимальной мощности; n _min — минимальная частота вращения; n _max — максимальная частота вращения на холостом ходу; n_М — частота вращения, соответствующая максимальному крутящему моменту; n_N — частота вращения, соответствующая максимальной мощности

Ес­ли уве­личи­вать наг­рузку на дви­гатель и, уве­личи­вая по­дачу топ­ли­ва, под­держи­вать пос­то­ян­ную час­то­ту вра­щения ко­лен­ча­того ва­ла, по­лучим гра­фик наг­ру­зоч­ной ха­рак­те­рис­ти­ки. Та­кие ис­пы­тания ими­тиру­ют дви­жение ТС с пос­то­ян­ной ско­ростью воз­раста­ни­ем наг­рузки от хо­лос­то­го хо­да до ос­та­нов­ки от пе­рег­рузки. С по­мощью та­ких ис­пы­таний мож­но оце­нить эко­номич­ность и эф­фектив­ность ра­боты дви­гате­ля при раз­личной наг­рузке.

Ес­ли ус­та­нав­ли­ва­ют за­виси­мос­ти ос­новных па­рамет­ров дви­гате­ля от од­но­го (нап­ри­мер, уг­ла опе­реже­ния впрыс­ки­вания топ­ли­ва), то та­кие гра­фики на­зыва­ют ре­гули­ровоч­ны­ми ха­рак­те­рис­ти­ками ДВС. Их ис­пользу­ют для ус­та­нов­ле­ния оп­ти­мальных па­рамет­ров ра­боты (нап­ри­мер, на­илуч­шей эко­номич­ности и т.д.).

Важ­но знать! Ха­рак­те­рис­ти­ки дви­гате­ля дол­жны удов­летво­рять ус­ло­ви­ям экс­плу­ата­ции.