Двигателей внутреннего сгорания

Основные пути совершенствования двигателей наземного транспорта

Развитие наземных транспортных комплексов невозможно без постоянного совершенствования транспортных энергетических установок.

Главными направлениями развития двигателестроения являются:

– повышение энергоэкономических показателей двигателя в целом за счет совершенствования рабочего процесса;

– повышение моторесурса в километрах пробега транспортного средства и моточасах работы;

– снижение токсичности отработавших газов;

– снижение материальных затрат при изготовлении двигателя, на техническое обслуживание и ремонт двигателя;

– переход на использование нетрадиционных топливных ресурсов.

Повышение экономичности бензиновых и дизельных двигателей транспортных средств, а также снижение токсичности отработавших газов в современных двигателях достигается путем применения систем впрыска топлива с электронным управлением цикловой подачей топлива, повышения давления впрыскиваемого топлива (что улучшает распыливание топлива на мелкие капли), более равномерного распределения топлива по объему камеры сгорания. Кроме того, снижению токсичности отработавших газов способствует применение нейтрализаторов отходящих газов, фильтров, рециркуляции отработавших газов в рабочий объем цилиндров и т.д.

Повышение моторесурса двигателей достигается совершенствованием их конструкции, применением высококачественных горюче-смазочных материалов, своевременным и качественным проведением работ по диагностированию и техническому обслуживанию двигателей.

Способы повышения мощности

двигателей внутреннего сгорания

Для анализа влияния различных факторов на энергетические параметры двигателя целесообразно выразить зависимость индикаторной мощности ДВС через его основные параметры, кВт

,

(10.1)

где H_u – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; α – коэффициент избытка (расхода) воздуха; l₀ – теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива, кг возд. / кг топл.; V_h – рабочий объем цилиндра, м³; ρ_к – плотность воздуха перед впускными органами двигателя, кг/м³; η_V – коэффициент наполнения; η_i – индикаторный КПД; n – частота вращения коленчатого вала, мин^–1.

Анализируя приведенное выражение, можно выделить основные факторы, воздействуя на которые, можно влиять на величину индикаторной мощности.

Первая группа факторов обуславливает повышение эффективности преобразования теплоты в индикаторную работу за счет воздействия на индикаторный КПД путем сокращения потерь теплоты и улучшения эффективности теплоиспользования. К этим факторам относятся повышение степени сжатия, совершенствование качества смесеобразования, снижение потерь теплоты в систему охлаждения, снижение потерь теплоты на процессы газообмена. Этого можно достичь совершенствованием конструкции впускного и выпускного трактов в части снижения аэродинамических потерь, совершенствованием конструкции топливной аппаратуры, интенсификацией турбулизации заряда в цилиндре и другими мероприятиями.

Вторая группа факторов определяет количество топлива, вводимого в полость цилиндра двигателя в единицу времени. К этой группе факторов относятся рабочий объем цилиндра, коэффициент наполнения, плотность воздуха на впуске в двигатель, частота вращения коленчатого вала двигателя.

Наиболее эффективными методами повышения энергоэкономических показателей двигателя являются:

– увеличение рабочего объема двигателя;

– повышение частоты вращения коленчатого вала;

– повышение массы свежего заряда за счет применения наддува.

Увеличение рабочего объема ДВС вызывает пропорциональное увеличение массы свежего заряда, поступающего в цилиндры за цикл, что в свою очередь позволяет увеличить количество сжигаемого топлива. Рабочий объем двигателя может быть увеличен как за счет увеличения диаметра цилиндра, так и за счет увеличения количества цилиндров.

Однако с увеличением размеров цилиндров и их количества возрастают масса и габариты двигателя в целом, что не рационально.

Увеличение частоты вращения коленчатого вала двигателя вызывает увеличение количества топлива, сжигаемого в единицу времени. При этом мощность двигателя возрастает пропорционально частоте вращения. Однако, начиная с некоторой величины частоты вращения коленчатого вала, аэродинамические потери во впускном и выпускном трактах двигателя, а также тепловая и механическая напряженность деталей ДВС возрастают настолько, что дальнейший рост мощности двигателя замедляется, а, начиная с некоторой величины частоты вращения, мощность двигателя даже убывает.

Дальнейшее повышение мощности двигателя с увеличением частоты вращения коленчатого вала возможно за счет совершенствования конструкции впускного и выпускного трактов, применения многокамерных карбюраторов, перехода на впрыск легкого топлива во впускной трубопровод или непосредственно в цилиндры, увеличения числа клапанов на цилиндр и другими мероприятиями.

Применение наддува для увеличения мощности двигателя является наиболее эффективным и наиболее часто применяемым средством повышения энергоэкономических показателей ДВС. Повышение мощности при наддуве достигается увеличением массового наполнения цилиндров свежим зарядом за счет предварительного сжатия вне цилиндра двигателя и наполнения под давлением.