Экономичность работы двигателя это

Экономичность работы двигателя это

Для улучшения экономических и экологических показателей двигателей внутреннего сгорания (ДВС) желательно при работе на холостом ходу и малых нагрузках обеспечить работу не всех цилиндров, а нескольких, то есть отключать часть цилиндров. Это позволит поддерживать требуемый температурный режим при минимальном расходе топлива и улучшить его экологические показатели.

Эффективная мощность двигателя, то есть полезно используемая мощность при работе двигателя на внешний потребитель, является функцией ряда параметров [1]:

, (1)

где Nе – эффективная мощность, кВт;

Vл – литраж двигателя, л;

ре – среднее эффективное давление, Па;

п – частота вращения коленчатого вала, мин-1;

z – коэффициент тактности, для двухтактных двигателей – 1, для четырехтактных – 2.

С точки зрения конструктивного исполнения двигателя в формуле (1) интересен литраж. Литраж двигателя обуславливает практически пропорциональное изменение величины заряда, поступающего в цилиндры, что соответственно сказывается на мощности двигателя. Литраж двигателя может быть изменен как за счет размерности цилиндров, так и путем изменения их числа, то есть отключением части цилиндров, в результате можно варьировать мощностью двигателя. В то же время уменьшение числа работающих цилиндров приводит к уменьшению относительной утечки через поршневые кольца.

Уменьшение числа работающих цилиндров, то есть отключение части цилиндров, приведет к снижению теплонапряженности цилиндров двигателя. Теплонапряженность зависит от количества тепла, отводимого в систему охлаждения, которое выражается через теплоту сгоревшего топлива, а также от площади внутренней поверхности цилиндра [1]:

, (2)

где qцил – теплонапряженность цилиндров двигателя, Дж/м2·ч;

Qохл – количество теплоты, отводимое в систему охлаждения, Дж;

F – общая площадь внутренней поверхности цилиндра, м2;

а – доля теплоты, отводимая в систему охлаждения двигателя, а = 0,13 – 0,35;

GT – частой расход топлива, кг/ч;

Qн – теплота сгорания топлива, Дж/кг.

Учитывая зависимость часового расхода топлива от удельного эффективного расхода топлива и эффективной мощности двигателя,

, (3)

где gе – эффективного расхода топлива, г/кВт·ч, получим зависимость теплонапряженности цилиндров двигателя от расхода топлива и мощности двигателя:

. (4)

Таким образом, анализ выражений (1) и (4) показывает, что отключение части цилиндров, изменяя литраж, приводит к понижению теплонапряженности цилиндров двигателя. А из уравнения (3) следует, что в таком случае еще и понижается расход топлива. Понижение расхода топлива в этом случае наблюдается за счет снижения мощности, однако на режимах холостого хода и малых нагрузок снижение эффективной мощности просто необходимо, так как цилиндры двигателя на указанных режимах становятся «недогруженными», в результате удельный расход топлива оказывается в 1,5–5 раза выше, чем на режиме номинальной мощности [4]. Поэтому при эксплуатации двигателя необходимо стремиться к тому, чтобы кривая эффективной мощности всегда располагалась на кривой минимального удельного расхода топлива (рис. 1) [3]. А на режимах холостого хода и малых нагрузок этого можно добиться путем отключения части цилиндров, таким образом «догружая» рабочие цилиндры.

Суть метода повышения эксплуатационной топливной экономичности двигателя на режимах малых нагрузок, холостых и принудительных холостых ходах состоит в том, что на этих режимах подача топлива в часть цилиндров прекращается [5], а оставшиеся включенными автоматически переводятся на работу на более богатых смесях, соответствующих максимумам зависимостей эффективного коэффициента полезного действия от состава смеси. Однако, как уже отмечалось, длительная работа двигателя с отключением одних и тех же цилиндров приводит к снижению теплового состояния отключенных цилиндров, а также к набрасыванию и накоплению в них смазочного материала. Все это может увеличить механические потери и снижать эффективный коэффициент полезного действия двигателя. Кроме того, после приема нагрузки в этих случаях возникает опасность разноса турбонагнетателя, закоксовывания и залегания поршневых колец и т.д. Устранить эти недостатки можно, применив метод чередования через какое-то незначительное время (порядка долей секунды) включенных и выключенных цилиндров.

Читать еще:  Что урчит в двигателе калины

Рис. 1. Области удельных расходов топлива на внешней характеристике двигателя: – – – – наибольшая мощность двигателя при минимальных удельных расходах топлива; gе – кривые постоянных удельных эффективных расходов топлива; Ne – эффективная мощность; n – частота вращения коленчатого вала

Чередование включенных и выключенных цилиндров может выполняться по методике, изложенной в трудах [2, 6]. Однако, с целью обеспечения возможности отключения цилиндров с учетом уравновешенности двигателя, необходимо эту методику уточнять.

Рассмотрим некоторые алгоритмы отключения цилиндров ДВС на примере шести- и восьмицилиндровых V-образных двигателей, работа которых особенно неэффективна на режимах холостого хода и малых нагрузок.

Для понимания происходящих процессов под рабочим циклом будем понимать четыре периодически повторяющихся процесса: впуск, сжатие, рабочий ход (в случае отключения цилиндра – пропуск рабочего хода), выпуск. При этом рабочий цикл протекает 7200 по углу поворота коленчатого вала (ПКВ).

Под полным рабочим циклом будем понимать совокупность рабочих циклов, за которую в каждом цилиндре произойдет минимальное количество рабочих ходов (включение цилиндра), и в случае отключения, пропусков рабочих ходов и этот цикл окажется замкнутым, то есть будет иметь возможность повторяться бесконечное множество раз.

Алгоритм отключения цилиндров шестицилиндрового V-образного двигателя с порядком работы 1-4-2-5-3-6 для получения 50 % мощности двигателя представлен на рис. 2. Здесь и далее залитые кружки показывают цилиндры, в которых совершается рабочий цикл с рабочим ходом, незалитые кружки показывают отключенные цилиндры, то есть пропуск рабочего хода.

Рис. 2. Алгоритм отключения цилиндров для получения 50 % мощности шестицилиндрового V-образного двигателя: а – отключение цилиндров одного блока; б – отключение цилиндров обоих блоков

Для получения 50 % мощности в шестицилиндровом двигателе необходимо отключить половину цилиндров, то есть три. Здесь алгоритм отключения может быть таким, что отключатся три цилиндра одного блока (рис. 2, а), однако с точки зрения уравновешенности двигателя отключение цилиндров целесообразнее проводить по схеме, представленной на рис. 2, б. В этом алгоритме полный рабочий цикл совершается за два рабочих цикла и составляет 2х720 = 14400 ПКВ. По горизонтальным линиям цилиндров видим, что за полный рабочий цикл каждый цилиндр отключится по одному разу, в этом случае порядок работы цилиндров составит: 1-0-0-5-3-0-0-4-2-0-0-6 («0» – означает отключение цилиндра), то есть в этом порядке работы чередуются попарно включенные и отключенные цилиндры, и цикл получается замкнутым.

С целью изменения мощности двигателя и достижения максимальной экономичности работы двигателя на режимах холостого хода и частичных нагрузок, необходимо изменить алгоритм отключения цилиндров. Такие алгоритмы для шестицилиндрового V-образного двигателя представлены в табл. 1.

Алгоритмы отключения цилиндров шестицилиндрового V-образного двигателя

Основы работы и конструкции двигателя

Показатели работы двигателей

Основные показатели, характеризующие работу двигателя, — крутящий момент, мощность, экономичность и коэффициент полезного действия.

Большая часть тепловой энергии, выделяющаяся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, превращается в механическую. Сила давления газов, действующая на поршень, передается через шатун на кривошип, создавая крутящий момент на коленчатом валу двигателя.

Читать еще:  Шум двигателя при повышении оборотов

Крутящий момент — это произведение силы, вращающей кривошип, на радиус кривошипа. Крутящий момент выражается в ньютонометрах (Н • м). Развивая определенный крутящий момент, двигатель совершает работу.

Мощность — это работа, выполненная в единицу времени. Ее измеряют в киловаттах (кВт). Различают индикаторную и эффективную мощность двигателя.

Индикаторная мощность — это мощность, развиваемая газами внутри цилиндра работающего двигателя.

Эффективная мощность — мощность, получаемая на коленчатом валу. Она меньше индикаторной на 10. 12%, так как часть мощности затрачивается на преодоление сил трения в механизмах двигателя и приведение в действие вспомогательных устройств (насосов, вентилятора, генератора и др.). Мощность двигателя растет с увеличением силы давления газов в цилиндре, частоты вращения коленчатого вала и литража. Эффективная мощность двигателя

Из формулы определения мощности двигателя видно, что она при неизменных т и Ре зависит от литража и частоты вращения коленчатого вала. Если увеличить частоту вращения коленчатого вала без изменения литража, трактор будет энергонасыщенным. Скорость движения такого трактора на всех передачах будет больше во столько раз, во сколько возрастет частота вращения коленчатого вала. Именно за счет роста частоты вращения коленчатого вала стало возможно увеличение рабочих скоростей сельскохозяйственных тракторов до 9. 15 км/ч.

Увеличение литража приводит к увеличению размеров двигателя. Чем выше тяговый класс трактора, тем его двигатель также имеет больший литраж и, следовательно, обладает большей мощностью.

Механический коэффициент полезного действия (КПД) двигателя — отношение эффективной мощности к индикаторной. Он зависит в основном от качества обработки деталей, смазывания трущихся деталей и правильности сборки двигателя. Значения механического КПД колеблются в пределах 0,80. 0,90.

Эффективный коэффициент полезного действия — отношение количества теплоты, превращенной в механическую работу, к количеству теплоты, содержащейся в топливе. Значение эффективного КПД находится в пределах 0,26. 0,37 (для карбюраторных двигателей — нижний, а для дизелей — верхний предел) . В исправном двигателе около 30 % теплоты идет на получение эффективной мощности. Остальная тепловая энергия расходуется на механические потери (

10%), нагрев охлаждающей жидкости (

10%), а также уносится с отработавшими газами (

Экономичность работы двигателя характеризуется удельным расходом топлива. Последний определяют делением часового расхода топлива на эффективную мощность двигателя. Удельный расход топлива в дизелях, применяемых на современных тракторах, — не более 265 г/кВт • ч (195 г/э.л.с.ч.). Если в двигателе изношены, разрегулированы или не смазаны трущиеся детали, то мощность будет меньше, а экономичность снизится.

Экономичность работы двигателя это

  • О ДВС
  • История ДВС
  • Техническая информация
  • Двигатель года
  • Надежность
  • Долговечность
  • Сгорание
  • Контакты
  • Экономичность
  • Холодный пуск
  • Двигатели с турбонаддувом
  • Регулируемые системы газораспределения
  • Токсичность двигателей внутреннего сгорания
  • Динамика и конструирование
Показатели топливной экономичности (часть 1)
Экономичность

Топливную экономичность двигателя на нагрузочных режимах обычно оценивают при испытании двигателя на стенде по величине удельного расхода топлива, т. е. массовому расходу топлива за единицу времени, отнесенному к развиваемой двигате­лем на этом режиме мощности (эффективной или индикаторной). На холостом ходу двигателя его экономичность можно определять по расходу топлива за единицу времени (обычно за час).

Основные показатели топливной экономичности автомобильных бензиновых двигателей приведены в табл. 1. При оценке топлив­ной экономичности по этим показателям необходимо учитывать условия и методику их определения, особенности испытываемого двигателя.

Рассмотрим более подробно показатели, характеризующие топ­ливную экономичность двигателя.

I. Минимальный удельный расход топлива при работе двигате­ля по внешней скоростной характеристике и удельный расход топ­лива при максимальной мощности зависят не только от протека­ния рабочего процесса, формы камеры сгорания, степени сжатия и других конструктивных особенностей двигателя, но и в значи­тельной степени от способа смесеобразования и регулировок си­стемы питания. Регулировка системы питания для любого режима работы двигателя может приближаться либо к мощностной (когда требуется повышение динамических качеств автомобиля при раз­гоне или снижение температурного режима двигателя при боль­ших нагрузках), либо к нормальной[1] (когда необходимо улуч­шить топливную экономичность). В эксплуатации двигатель срав­нительно редко работает при полной нагрузке, особенно на легко­вых автомобилях (кроме автомобилей особо малого класса) и грузовых автомобилях с достаточно большим запасом мощности, поэтому минимальный удельный расход топлива при работе дви­гателя по внешней скоростной характеристике и удельный расход топлива при Дзетах практически не определяют топливную эконо­мичность автомобиля в эксплуатационных условиях.

Применение карбюраторов с автоматическим открытием вто­ричной камеры (или нескольких камер), не оборудованных эко­номайзером, в ряде случаев приводит к тому, что при малой ча­стоте вращения коленчатого вала двигатель имеет низкие расхо­ды топлива, соответствующие экономичной, а не мощностной ре­гулировке карбюратора. Однако в эксплуатации в этом случае приходится чаще переходить на низшие передачи, что приводит не только к ухудшению динамических качеств автомобиля, но и по­вышению расхода топлива.

VC-TURBO – ПЕРВЫЙ В МИРЕ СЕРИЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ИЗМЕНЯЕМОЙ СТЕПЕНЬЮ СЖАТИЯ

20 декабря, Москва – новый VC-Turbo от INFINITI — это первый в мире серийный двигатель внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия. Уникальная технология изменения степени сжатия представляет настоящий прорыв в моторостроении — 2-литровый VC-Turbo постоянно меняет характеристики, настраивая степень сжатия на оптимальную мощностную отдачу и максимальную топливную эффективность. По тяговым характеристикам этот 2-литровый бензиновый турбомотор вполне сравним с передовыми турбодизельными двигателями того же рабочего объема.

Изменяемая степень сжатия

Двигатель VC-Turbo постоянно и совершенно незаметно для водителя изменяет степень сжатия с помощью системы рычагов, которые поднимают или опускают верхнюю мертвую точку (ВМТ) поршней, тем самым позволяя добиться наилучших характеристик мощности и экономичности.

Переменная степень сжатия

Высокая степень сжатия в принципе делает работу двигателя более эффективной, однако в определенных режимах появляется риск взрывного сгорания (детонации). С другой стороны, низкая степень сжатия позволяет избежать детонации и развивать высокую мощность и крутящий момент.

VC-Turbo развивает 268 л.с. (200 кВт)

Уникальное сочетание динамики и экономичности превращает VC-Turbo в реальную альтернативу современным турбодизелям, опровергая мнение, что только гибридные и дизельные силовые агрегаты могут обеспечить высокие показатели крутящего момента и экономичность. VC-Turbo развивает 268 л.с. (200 кВт) при 5600 об/мин и 380 Нм при 4400 об/мин, что является лучшим сочетанием мощности и тяги среди четырехцилиндровых двигателей. Удельная мощность VC-Turbo выше, чем у многих турбомоторов конкурентов и вплотную приближается к показателям некоторых бензиновых V6. Однопоточный турбонагнетатель гарантирует моментальный отклик двигателя на увеличение подачи топлива.

прорыв в моторостроении

«Технология изменяемой степени сжатия — это настоящий прорыв в моторостроении. Новый INFINITI QX50, оснащенный двигателем VC-Turbo — первый серийный автомобиль в истории, изменяющий характеристики прямо по ходу движения, устанавливая тем самым новые стандарты в возможностях ДВС. Отличающийся невероятно высокой плавностью работы и отсутствием вибраций, VC-Turbo в равной степени обеспечивает нашим клиентам высокий уровень мощности, экономичности и экологичности».

Кристиан Менье, Вице-президент компании INFINITI

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector