Степень сжатия
• Степень сжатия — отношение полного объёма цилиндра двигателя внутреннего сгорания к объёму камеры сгорания. Степень сжатия дизелей 12-20, карбюраторных двигателей 5-10. Повышение степени сжатия (до определённого предела) увеличивает кпд двигателя.
Эффективность
Термическая эффективность и, следовательно, эффективность, с которой топливо используется для совершения полезной работы, непосредственно связана со степенью сжатия. Чем выше степень сжатия, тем меньше топлива будет использовано для получения той же самой мощности. Типичные значения степеней сжатия от 18:1 до 22:1, используемые в дизельных двигателях, частично объясняют, почему они так эффективно работают. Вдобавок к этому, для полной реализации преимуществ этой высокой степени сжатия, на дизельном двигателе никогда не используется дроссельная заслонка. Другими словами, он всасывает как можно больше воздуха, практически так же, как и бензиновый двигатель при широко открытой дроссельной заслонке. Вместо ограничения количества воздуха, поступающего в двигатель, с помощью дроссельной заслонки мощность двигателя регулируется с помощью изменения количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр. Это значит, что даже при низких уровнях мощности (когда в камеру сгорания впрыскивается очень малое количество топлива), дизельный двигатель сжимает воздух в цилиндре очень сильно; при этом выделяется столько тепла, что его достаточно для воспламенения даже очень обеднённой смеси. Однако когда дросселируется двигатель с искровым зажиганием (бензиновый двигатель), то количество воздуха, втягиваемого в цилиндры, уменьшается, и так как это эффективная степень сжатия, то в результате топливная эффективность при частично закрытой дроссельной заслонке тоже уменьшается.
Высокая степень сжатия увеличивает мощность. Приведённые данные предполагают, что увеличение степени сжатия не создаёт проблем в других областях, таких как детонация т. д. Вы заметите, что закон уменьшения приводит к довольно простому выводу: когда степень сжатия идёт вверх, то при каждом увеличении прирост мощности будет всё меньше. К примеру, увеличение компрессии от 8,0:1 до 9,0:1 приводит к большему увеличению мощности, чем увеличение сжатия с 11,0:1 до 12,0:1 (2% роста мощности против 1,3%).
Указанные значения являются типичными для двигателей, использующих распределительные валы с относительно коротким периодом впуска, подобные валам во многих форсированных двигателях. Когда продолжительность такта впуска увеличивается (путём установки распределительного вала с более длительным периодом впуска), прирост мощности от увеличения степени сжатия становится даже больше. Это происходит оттого, что данные базируются на механических степенях сжатия (т.е. определённых путём математических расчётов из фиксированного объёма), а не на динамических степенях сжатия, которые продолжают увеличиваться, когда эффективность впуска увеличивается. Когда система впуска модифицируется для улучшения наполнения, то динамическая степень сжатия увеличивается очень похожим образом, как и при увеличении размера поршня, т. к. в цилиндр поступает дополнительное количество воздуха и топлива. Эффективность впуска может продолжать увеличиваться даже до точки «упаковки« цилиндра (объёмная эффективность выше 100%), как это предполагается некоторыми комбинациями впускного и выпускного коллекторов. Максимальное давление внутри камеры сгорания перед воспламенением изменяется, когда изменяется плотность подаваемой смеси. Когда система впуска работает с низкой эффективностью, т. е. когда дроссельные заслонки закрыты или впускная система забита, то цилиндр наполняется лишь частично и динамическое давление сжатия низкое. Когда система впуска работает с высокой объёмной эффективностью (значение более 100% достигается на многих гоночных двигателях), динамическая степень сжатия может создавать давления, которые превышают давления, ожидаемые от механической (рассчитанной) степени сжатия. В таких случаях увеличение механической степени сжатия может ввести двигатель в режим детонации и уменьшить мощность и надёжность двигателя.
Увеличение степени сжатия не всегда приводят к увеличению мощности. Если статическая (подсчитанная) степень сжатия уже находится около предела детонации для используемого топлива, то дальнейшее увеличение статической степени сжатия может ухудшить мощность и/или надёжность двигателя. Это особенно справедливо, когда специальный распределительный вал и системы впуска и выпуска добиваются объёмной эффективности (VE) величиной более 100%. Когда (VE) увеличивается, то динамическая степень сжатия также увеличивается, так как цилиндр «упаковывается« смесью так, как если бы работал невидимый нагнетатель.
Другой эффект от увеличения степени сжатия довольно незначителен и неизвестен некоторым создателям двигателей. Когда VE превышает 100%, поступившая смесь находится под небольшим положительным давлением, однако, она может заполнить только пространство в цилиндре плюс пространство в камере сгорания. К примеру, если объём цилиндра и камеры составляет вместе 416,2 см3, то это фиксированное пространство будет в основном определять, сколько топливовоздушной смеси может попасть в цилиндр. Если мы решаем увеличить степень сжатия путём уменьшения объёма камеры сгорания или путём увеличения размера выпуклости поршня (это наиболее распространённые методы), то это пространство будет не более названной величины. Да, цилиндр сохраняет постоянный рабочий объём — рабочий объём двигателя не изменялся. Но изменили общий объём цилиндра и камеры сгорания. Это означает, что пространство для поступающей рабочей смеси уменьшается. Таким образом, при увеличении степени сжатия мы почти незаметно уменьшили объёмную эффективность двигателя.
Воспользуемся воображаемым примером для уяснения деталей.
Представим себе двигатель со степенью сжатия 2,0:1 и, просто ради аргумента скажем, что общий объём (нерабочий объём) одного цилиндра, когда поршень находится в НМТ (нижней мертвой точке), составляет 3.278 см3. Это объём, создаваемый поршнем при одном такте плюс объём камеры сгорания над поршнем, находящимся в положении ВМП (верхней мертвой точке). Так как степень сжатия составляет 2,0:1, то объём над поршнем, находящимся в ВМТ должен составлять половину от общего объёма цилиндра или 1.639 см3, (т. е. 1.639 см3 «выбранного« объёма плюс 1.639 см3 камеры сгорания равны 3.278 см3 общего объёма цилиндра). Даже при 3.278 см3 во всём цилиндре двигатель может втянуть только 1.639 см3 свежей рабочей смеси, т. к. имеется давление в коллекторе у впускного канала (в случае с VE, равной 100%) и только вытесненный объём поршня может работать для втягивания воздуха и топлива. Остальные 1.639 см3 будут заполнены выхлопными газами от последнего цикла сгорания.
Добавим теперь к воображаемому двигателю нагнетатель (компрессор) и отрегулируем давление так, что он будет подавать 3.278 см3 топливовоздушной смеси в цилиндр вместо исходных 1.639 см3, которые двигатель мог «вдохнуть« в прежнем состоянии. С нашим нагнетателем в цилиндре будет находиться 3.278, см3 свежей смеси в конце и не будет остаточных выхлопных газов. Это существенно улучшит мощность. Но что произойдет, если в безрассудных поисках дополнительной мощности увеличить степень сжатия до 3,0:1, уменьшив объём камеры сгорания над поршнем в ВМТ со1.639 см3 до 1.092 см3? Когда поршень находится в конце такта впуска, общий объём цилиндра будет теперь только 2.731 см3. Если не изменять давление наддува, то оно может «вдавить« только 2.731 см3 топливовоздушной смеси в цилиндр. Это уменьшит объём смеси на 547 см3 или примерно на 17%. Двигатель втягивает менее воспламененную смесь, объёмная эффективность уменьшается (на 17%) и мощность снижается. Справедливо то, что 2.731 см3 подаваемой смеси сгорает с более высокой эффективностью благодаря увеличению степени сжатия, но улучшение степени сжатия покрывает только 5% из. 17% потерь мощности.
Многие из вас могут теперь реализовать важные преимущества, получая максимально возможную VE (объёмную эффективность). Чем выше VE, которую вы сможете получить, тем ниже будет требуемая степень сжатия; а чем ниже степень сжатия, тем меньше выступ поршня, тем легче фронту пламени распространяться в объёме камеры сгорания. Эти соотношения являются некоторыми из тех методов, которые используют профессионалы для увеличения мощности двигателей.
Верхние пределы степени сжатия и фазы газораспределения распределительного вала достаточно хорошо определены для гоночных двигателей, «обычные» форсированные двигатели для повседневного использования, как правило, работают при более низких уровнях мощности и в основном при частично открытой дроссельной заслонке. Увеличение степени сжатия может иногда обеспечить заметный прирост мощности, но это же самое увеличение степени сжатия может дать даже большее улучшение топливной экономичности. При увеличении степени сжатия от 8,0:1 до 10,0:1, мощность при полностью открытой дроссельной заслонке может увеличиться на 3 или 4%. Но экономия топлива при частично закрытой дроссельной заслонке может увеличиться более чем на 15%. В этом нет ничего удивительного, если вы помните, что динамическая степень сжатия при частично открытой дроссельной заслонке заметно ниже, чем статическая степень сжатия. Увеличение статической степени сжатия добавляет эффективности в нужном месте: при частично открытой дроссельной заслонке.
Степень сжатия дизельного двигателя
В любом автомобиле двигатель является очень сложной системой, и дизельный не исключение. Они состоят из различных механизмов и сложных систем.
Когда происходит взаимодействие всех систем и механизмов, в двигателе образуется энергия, которая преобразуется во время сгорания смеси, образуемой из воздуха и топлива и далее кривошипно-шатунный механизм преобразует поступательно-возвратное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Содержание:
- Что такое степень сжатия дизельного двигателя
- Принцип работы
- Разница степени сжатия бензинового и дизельного двигателей
Что такое степень сжатия дизельного двигателя
Степенью сжатия является соотношение между полным объемом цилиндра, когда поршень располагается в нижней мертвой точке (НМТ) и объемом камеры сгорания во время достижения поршнем верхней мёртвой точки (ВМТ).
Такое соотношение показывает разницу в давлении, которое образуется в цилиндре мотора при попадании в него топлива. В документах, которые идут вместе с двигателем, такое соотношение указывается при помощи математических расчетов, например 18:1. Наилучшая степень сжатия в таком двигателе располагается в диапазоне от 18:1 до 22:1.
Принцип работы
В дизельных моторах в процессе сжатия, то есть когда происходит движение поршня к ВМТ, происходит очень быстрое сокращение объёма цилиндра. В итоге в камере сгорания располагается только воздушная масса, именно она сжимается, такой процесс носит название такт сжатия.
Когда к ВМТ подходит поршень, сжатие воздуха происходит на необходимую степень, происходит подача топлива в камеру сгорания под высоким давлением.
Топливо-воздушная смесь при образованном высоком давлении мгновенно воспламеняется и создает повышенное давление в камере, поршень в такой момент как раз проходит ВМТ. Одним из преимуществ дизеля является то, что смесь возгорается только от давления, нет необходимости в сложной и высокоточной системе зажигания. Но роз без шипов не бывает — обратной стороной повышенного давления является особое внимание к герметизации соединений и наличие топливного насоса высокого давления (ТНВД), штуки прецизионной и очень капризной. В процессе сгорания смеси образуется сильное давление, которое начинает давить на поршень и вести его к НМТ. При помощи шатуна все поршневые движения преобразуются во вращение коленчатого вала.
Процесс образования давления при возгорании смеси, которое заставляет передвигаться поршень к НМТ, носит название рабочий ход.
Степень сжатия играет особую роль в такте сжатия. Чем больше степень, тем быстрее и легче воспламеняется смесь, которая полностью сгорает и образует требуемое давление.
Если степень сжатия дизельного двигателя имеет высокий показатель, то она будет создавать высокую мощность при низком заборе топлива. Но у них степень сжатия способна варьироваться в оптимальном диапазоне, который нарушать не стоит, и это не просто так:
- Если образовалась степень сжатия ниже допустимого диапазона, то значительно понижается мощность показателя, а объем потребляемого топлива начнет расти;
- Если образовалась степень сжатия выше необходимого диапазона, то образуется сильная нагрузка на цилиндры и поршни, в результате они быстро изнашиваются.
- Если произошло сильное увеличение степени сжатия, поршень начинает прогорать, а шатун изгибаться.
Зафиксированы случаи, когда при сильном повышении сжатия происходил взрыв всей системы без возможности ее восстановления.
Разница степени сжатия бензинового и дизельного двигателей
Степень сжатия и количество расхода топлива считаются основными показателями в обоих видах двигателей. Так как между сжатием и мощностью существует прямая зависимость.
В двигателях на бензине показатель сжатия находится на отметке 12 единиц, а у дизельных моторов данное число варьируется от 13 до 25 единиц.
Показателем экономичности является удельный расход топлива. Его прямой функцией является определение объема сжигаемого топлива во время работы при мощности 1 кВт за один час.
Бензиновые двигатели за час сжигают около 305 граммов топлива, в то время как дизельные всего 200 граммов.
К тому же у бензиновых моторов существует один существенный недостаток, у них низкая тяга во время работы на холостых оборотах. Очень часто двигатель глохнет, если совершается попытка движения на низких оборотах. А вот у дизельных двигателей такого недостатка нет.
Степень сжатия в двигателе играет очень важную роль, и за этим показателем рекомендуется следить, чтобы мотор работал долгое время, а основные запчасти не изнашивались за короткое время. Вмешиваться в систему, которая создана производителем, нежелательно, но если такая необходимость возникла, то лучше предоставить это дело специалисту.
Степень сжатия
Степень сжатия в теории – это соотношение объема в пространстве над рабочим поршнем в момент, когда он проходит нижнюю мертвую точку, к объему в камере над поршнем в момент прохождения верхней мертвой точки. Это определение выражает разницу давления в самой камере сгорания в момент, когда происходит впрыск топлива в цилиндр.
В повседневной жизни часто путают степень сжатия с другим понятием, а именно с компрессией дизельного двигателя, однако на практике это два разных термина. Компрессия – это наибольшее давление создаваемое поршнем в цилиндре на момент его прохождения от нижней мертвой точки к верхней. Эту величину измеряют в атмосферах.
Степень сжатия измеряют математическим соотношением, к примеру, 19:1. Для дизельных двигателей наилучшим считается соотношение в рамках от 18 до 22 к 1. При такой степени сжатия сердце автомобиля будет работать наиболее эффективно. Использование топлива связано напрямую со степенью сжатия. Чем больше давление достигается в камере и больше сжатие, тем экономичней будет расход топлива, при этом полученная мощность может увеличиваться.
Степень сжатия на практике – как это происходит?
02:20 22.08.2009
Работа дизельного двигателя
Cгорание топливной смеси в двигателе происходит при взаимодействии смешанных паров топлива и воздуха. При возгорании смеси происходит ее расширение, в результате чего увеличивается давление в камере. Коленчатый вал при этом выполняет обороты, соответственно двигатель выполняет один такт полезной работы. В наше время уже практически не выпускаются дизельные двигатели с низкой степенью сжатия — все стремятся к более экономичным и высокооборотистым двигателям с большей степенью сжатия. Увеличения степени сжатия можно добиться за счет уменьшения камеры сгорания дизельного двигателя. Но при таких изменениях инженерам на заводах приходятся искать компромиссное решение, потому что нужно сохранить давление в камере, а также уменьшить объем сжигания топлива. Одним из способов увеличения сжатия является расточка блоков головки цилиндра – степень сжатия при этом увеличивается, а объем сгорания топлива в камере уменьшается. При этом цилиндр сохраняет свой рабочий объем и объем двигателя не меняется.
Расчетное исследование влияния степени сжатия на эффективные показатели дизельного двигателя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»
Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Гарипов Марат Данилович, Назмутдинова Гульнара Рамилевна, Сакулин Роман Юрьевич
Приведены результаты расчетного исследования влияния степени сжатия на эффективные показатели четырехтактного дизельного двигателя. Определено значение наиболее приемлемой для исследуемого двигателя степени сжатия .
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Гарипов Марат Данилович, Назмутдинова Гульнара Рамилевна, Сакулин Роман Юрьевич
Рациональная степень сжатия двигателя с унифицированным рабочим процессом
Расчетное исследование возможности реализации сверхвысокой степени сжатия в поршневом двигателе внутреннего сгорания
Качественное регулирование нагрузки в многотопливном ДВС с искровым воспламенением
Рабочий процесс перспективного поршневого ДВС
Характеристики двухтактного двигателя с искровым воспламенением при работе на дизельном топливе
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Numerical study of compression ratio influence on effective parameters of diesel engine
Results of numerical study of compression ratio influence on effective parameters of four stroke diesel engine are performed. The value of the most acceptable compression ratio for researched engine is determined.
Текст научной работы на тему «Расчетное исследование влияния степени сжатия на эффективные показатели дизельного двигателя»
М. Д. Гарипов, Г. Р. Назмутдинова, Р. Ю. Сакулин
РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ НА ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Приведены результаты расчетного исследования влияния степени сжатия на эффективные показатели четырехтактного дизельного двигателя. Определено значение наиболее приемлемой для исследуемого двигателя степени сжатия. Степень сжатия; поршневой ДВС; эффективный КПД; коэффициент избытка воздуха
Исторически сложились два основных направления в организации рабочего процесса поршневых двигателей. Это воспламенение предварительно подготовленной смеси искрой и воспламенение впрыскиваемого топлива от сжатия. Граница размежевания этих двух видов проходит по степени сжатия: верхняя со стороны бензиновых »10, нижняя со стороны дизелей » 15.
Ограничение по максимальной степени сжатия в двигателях с искровым воспламенением обусловлено тем, что к моменту воспламенения в цилиндре такого двигателя находится уже подготовленная гомогенная смесь, в которой при повышенных степенях сжатия возникает детонация.
Дизельные двигатели, наоборот, для обеспечения самовоспламенения топлива требуют высоких степеней сжатия, что имеет свои негативные стороны. Повышенные величины максимального давления и жесткости сгорания цикла требуют более прочной конструкции двигателя и определяют увеличенные нагрузки на детали цилиндропоршневой группы, что приводит к повышенным механическим потерям и увеличению массы двигателя. Поэтому снижение степени сжатия в дизелях дало бы определенные преимущества. Однако это требует решения вопросов, связанных со смесеобразованием и воспламенением.
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
На кафедре ДВС Уфимского государственного авиационного технического университета получены предварительные экспериментальные результаты, указывающие на возможность осу-
Контактная информация: 8(347)272-84-05
ществления многотопливного бездетонационно-го рабочего процесса в широком диапазоне степеней сжатия (7-15) [1]. При этом имеется возможность реализации качественного регулирования нагрузки. Процесс реализован за счет искрового воспламенения впрыскиваемой вблизи верхней мертвой точки богатой топливовоздушной струи. В результате повышения давления и температуры, обусловленного сгоранием части топливовоздушной смеси, подожженной искрой, в несгоревшей части происходит (в случае применения низкооктановых топлив) многоочаговое воспламенение и сгорание, характерное для рабочего процесса дизельного двигателя. Такой процесс подвода тепла управляется за счет изменения угла опережения впрыска и момента подачи искры.
Поскольку в данном рабочем процессе устраняются ограничения по степени сжатия, возникает возможность выбора наиболее приемлемого ее значения для транспортного двигателя.
В качестве объекта исследования был выбран четырехтактный дизельный двигатель Д 65-Н, поскольку на базе этого двигателя планируется проводить часть экспериментальных исследований предлагаемого рабочего процесса.
Целью работы является расчетное определение влияния степени сжатия на эффективные показатели исследуемого дизельного ДВС.
2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Степень сжатия исследуемого двигателя в серийном исполнении составляет 17,3.
Расчеты осуществлялись в системе имитационного моделирования ДВС «Альбея», разработанной на кафедре ДВС Уфимского государственного авиационного технического университета. Система моделирования позволяет определить индикаторные и эффективные показатели двигателя в любой момент времени [3, 5, 6].
Для подтверждения адекватности модели были проведены расчеты параметров цикла и эффективных показателей исследуемого двигателя, которые были сопоставлены с данными индицирования и паспортными характеристиками. Условная продолжительность сгорания была определена из экспериментальных данных и составила 89 градусов угла п.к.в. Наилучшее совпадение расчетных и экспериментальных кривых давления и скорости нарастания давления в цилиндре было получено при значении показателя характера горения т = — 0,12.
Результаты сопоставления представлены на рис. 1 и в табл. 1.
-100 -8 Г* —«р-г-г £ -«0 -А 0 -20 _■) 0 * & 3 80 100
Угол поворота коленвала ср, град
Рис. 1. Сопоставление расчетной
и экспериментальной кривых давления и скорости нарастания давления (dP/dф) в цилиндре двигателя Д-65Н: 1 — давление в цилиндре, расчет; 2 — давление в цилиндре, эксперимент; 3 — скорость нарастания
давления (йР/й?ф), расчет; 4 — скорость нарастания давления (йР/й?ф), эксперимент
Т аблица 1 Сравнение расчетных и паспортных эффективных показателей двигателя Д 65-Н
Данные двигателя Ые, кВт ge, г/кВт-ч
Паспортные 44,13 0,251
Расчетные 48,83 0,246
Расхождение в расчетных и паспортных данных, приведенных в табл. 1 объясняется тем, что расчетная модель не учитывает потери, обусловленные наличием на реальном двигателе вспомогательных систем и навесных агрегатов (газораспределительный механизм, насос охлаждающей жидкости, вентилятор системы охлаждения и т. д.). Из работы [7] следует, что на привод одних только вентилятора и насоса
охлаждающей жидкости затрачивается до 5-10 % эффективной мощности двигателя, что примерно соответствует расхождению между расчетными и паспортными данными в табл. 1. Поскольку данные потери не зависят от степени сжатия, то в условиях этой работы ими возможно пренебречь.
При расчетах зависимостей параметров исследуемого двигателя от степени сжатия угол начала теплоподвода выбирался из условия получения максимального эффективного КПД.
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
На рис. 2 представлены расчетные зависимости эффективного КПД от степени сжатия при различных коэффициентах избытка воздуха, полученные при частоте вращения коленчатого вала, равной 1200 об/мин.
Понижение степени сжатия исследуемого двигателя с 17,3 до 15 не вызывает понижения эффективного КПД цикла на полной нагрузке (а = 1,4), а на частичных нагрузках даже отмечается его рост (на 1,2%, 2,1% и 3% для а = 2, а = 3 и а = 3,5 соответственно).
В случае понижения степени сжатия с 17,3 до значения 12,5 при а = 1,4 наблюдается снижение эффективного КПД лишь на 1,2 %. На частичных нагрузках эффективный КПД, как и при е = 15, возрастает (на 0,9 %, 2,7 % и 4,5 % для а = 2, а = 3 и а = 3,5 соответственно).
Падение эффективного КПД двигателя с повышением степени сжатия выше определенного значения обуславливается двумя основными причинами. Во-первых, увеличением механических потерь (рис. 3), поскольку с повышением степени сжатия растет давление газов в цилиндре двигателя (рис. 4). При увеличении коэффициента избытка воздуха относительная доля механических потерь возрастает, соответственно снижается значение степени сжатия, соответствующее максимальному эффективному КПД.
Во-вторых, повышение степени сжатия при неизменной продолжительности сгорания влечет большее отклонение от изохорного подвода теплоты. Это легко понять, если ввести условную величину:
где Уф = ДУЙ + Ус, АУи — часть рабочего объема двигателя, на которую распространяется процесс теплоподвода. При изохорном подводе теплоты (А У, = 0) это выражение переходит в из-
вестное выражение для степени сжатия (расширения):
Отношение этих величин характеризует отклонение от изохорности подвода теплоты в зависимости от объема камеры сгорания:
Видно, что с уменьшением объема камеры сгорания, а следовательно, с увеличением степени сжатия, отклонение от изохорности при постоянной продолжительности теплоподвода увеличивается. Как следствие, с повышением степени сжатия (при неизменной продолжительности сгорания) индикаторный КПД будет расти гораздо медленнее термического и, при определенных условиях, даже снижаться (рис. 3). По этой же причине практически не увеличиваются максимальные значения температуры цикла (рис. 4).
Рис. 2. Зависимость эффективного КПД от степени сжатия при различных коэффициентах избытка воздуха (п = 1200 об/мин)
Таким образом, в условиях исследуемого дизеля варьирование степени сжатия в диапазоне от 12,5 до 20 практически не влияет на эффективный КПД двигателя на полной нагрузке. На частичных нагрузках происходит повышение КПД двигателя при переходе в диапазон к 12,5 — 15.
Если учесть, что транспортный двигатель эксплуатируется на частичных режимах (меньше половины максимальной мощности) до 50-70 % общего времени, а на режимах холостого хода до 40 % [8], то можно констатиро-
вать, что снижение степени сжатия до значений 12,5-15 не повлечет ухудшения экономичности. При этом уровень нагрузок на элементы двигателя (рис. 4) значительно уменьшится (до 30 %).
1 1 1 1 і і і і Чт 1 1 / 1 1
Степень сжатия а = 1,4 —-а = 2————-а = 3 —а = 3,5
Рис. 3. Зависимость механического (цт) и индикаторного (^,) КПД от степени сжатия при различных коэффициентах избытка воздуха
Рис. 4. Зависимости максимального давления и максимальной температуры цикла от степени сжатия
Данный вывод подтверждается результатами, полученными в работе [9], где исследовался дизель со специальной системой зажигания с рядом последовательных искр. Было отмечено, что при снижении степени сжатия до 12, топливная экономичность дизеля возрастала.
При реализации перспективного многотопливного рабочего процесса на базе дизельного двигателя Д 65 рекомендуется снизить степень сжатия до значений 12,5-15, поскольку это уменьшит нагрузки, действующие на конструкцию двигателя без ухудшения экономичности, что, в свою очередь позволит либо снизить массу и габариты, либо увеличить запас прочности и ресурс двигателя. Кроме того, понижение степени сжатия снизит вероятность самовоспламенения топливо-воздушной смеси раньше момента искрового воспламенения при использовании низкооктановых топлив.
1. Борисов А. О. Рабочий процесс многотопливного поршневого двигателя / под ред. Р. Д. Ени-кеева. Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2008. 272 с.
2. Воинов А. Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. М.: Машиностроение, 1977. 277 с.
3. Губайдуллин И. С. Моделирование рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания в интерактивной системе имитационного моделирования «Альбея». Уфа: УГАТУ, 1997. 43 с.
4. Загайко С. А. Моделирование механических потерь ДВС в системе имитационного моделирования «Альбея». Уфа, 1996. 74 с.
5. Горбачев В. Г. Система имитационного моделирования «Альбея» (ядро). Руководство пользователя. Руководство программиста: Учеб. пособие. УГАТУ. Уфа, 1995. 112 с.
6. Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль / под ред. А. Р. Бенедиктова. М.: Машиностроение, 1987. 320 с.
7. Хуциев А. И. Двигатели внутреннего сгорания с регулируемым процессом сжатия. М.: Машиностроение, 1986. 104 с.
8. Phatak R. G., Komiyama K. Investigation of a spark — assisted diesel engine // SAE Techn. Pap. Ser. 1983. № 830588. P. 8.
Гарипов Марат Данилович, доцент каф. двигателей внутр. сгорания. Дипл. магистр (УГАТУ, 1999). Канд. техн. наук по тепл. двигателям (УГАТУ, 2004). Иссл. в обл. перспект. раб. проц. ПДВС.
Назмутдинова Гульнара Рамилевна, магистрант той же каф. Дипл. бакалавр (УГАТУ, 2011). Иссл. в обл. моделирования раб. проц. ПДВС.
Сакулин Роман Юрьевич, доц. той же каф., доц. каф. прикл. гидромеханики. Дипл. магистр (УГАТУ, 2006). Канд. техн. наук по тепл. двигателям (УГАТУ, 2010). Иссл. в обл. экологичности ПДВС.