Российская Академия Наук Дагестанский Научный Центр Сборник научных трудов по термодинамическим циклам Ибадуллаева
Скачать 2.17 Mb.
|
Замеры давления сжатия, запуск и остановка бензинового двигателя со сверхвысокой степенью сжатия. Одним из важных составляющих проверки исправности двигателя является измерение давления сжатия (компрессии). Необходимо соблюдать следующие правила: двигатель должен быть прогретым, дроссельная заслонка должна быть полностью открытой, свечи должны быть выкручены. Обороты прокрутки стартером должны быть не менее 300-мин. При этом в руководствах по эксплуатации указываются значения величин компрессии для исправного двигателя. Для бензиновых двигателей со степенью сжатия 8-10,5 компрессия должна составить 12-15 кг/см2, при степени сжатия 11-12,5 давление сжатия должно быть 15-17 кг/см2. Для дизельных двигателей со степенью сжатия до 20 давление сжатия должно быть 22-26 кг/см2, для двигателей со степенью сжатия 20-23 оно должно быть 26-32 кг/см2. В исправном двигателе ВАЗ-2110 со степенью сжатия 9,9 компрессия должна составить 14-15 кг/см2. Теоретический расчет давления конца сжатия производится по формуле Рс=Ра∙ε1,35. Согласно этой формуле давление конца сжатия для двигателей со степенями сжатия от 10 до 25 при Ра=0,9 бар (1 кг/см2) должно составить: adia=1.35 pa= 0.9 бар eps Pc,бар Tc,К. 10.00 20.148 738.778 12.50 27.231 798.790 15.00 34.831 851.424 17.50 42.889 898.622 20.00 51.361 941.617 22.50 60.213 981.246 25.00 69.416 1018.106 (составлена Иващенко Н.А.) Т.е. как видно из таблицы, в двигателе ВАЗ-2110 со степенью сжатия 9,9 компрессия должна составить не 14-15 кг/см2 (12,6-13,5 бар), а 22 кг/см2, или 20 бар. В дизельном двигателе со степенью сжатия 23 давление конца сжатия должно быть не 26-32 кг/см2 (23,4-28,8 бар), а 77 кг/см2, или 69,4 бар. Если исходить из указанной таблицы, в двигателе автора, который демонстрировался участникам Международной конференции и показал давление конца сжатия 40,5 кг/см2 (36,45 бар), степень сжатия составляет не 22, а 15,5. Т.е. расхождения между табличными и расчетными данными очень велики. Причина заключается в следующем: Давление конца сжатия зависит от того, какое количество воздуха в цилиндре сжимается. Количество воздуха в цилиндре при прокрутке стартером зависит от момента закрытия впускного клапана. При измерении выяснилось, что впускной клапан двигателя ВАЗ-2110 (распредвал серийный) закрывается в момент, когда поршень переместился на 23 мм от НМТ (нижняя мертвая точка) в сторону ВМТ. Полный ход поршня составляет 74,8 мм. Соответственно в цилиндре двигателя при прокрутке стартером остается 69% от того количества воздуха, который цилиндр вместил бы при условии нахождения поршня в НМТ. Но это теоретически. Фактически между стенками цилиндра и кольцами остаются щели и зазоры, через которые происходит утечка части воздуха. Согласно учебным данным в исправном бензиновом двигателе величина утечек при замере компрессии составляет 2%. При равенстве оборотов прокрутки, чем выше давление конца сжатия, тем больше величина утечек. Поэтому в двигателе со степенью сжатия 22 величина утечек составляет, примерно 5%. Соответственно, чтобы расчетные данные совпали с результатами инструментальных замеров, для данного двигателя необходимо использовать следующую таблицу: adia=1.35 pa= 0.6 бар eps Pc,бар Tc,К 10.00 13.432 492,52 12.50 18.154 532,47 15.00 23.221 567,56 17.50 28.593 599,02 20.00 34.241 627,68 22.50 40.142 654,1 25.00 46.278 678,67 (составлена автором) Ра-это величина атмосферного давления. Если измерение давления сжатия производится в кг/см2, Ра имеет значение 1 (единицы), а если в барах, 0,9. Если использовать приведенную таблицу, получается, что цилиндр двигателя заполняется воздухом полностью, но он находится в состоянии разрежения равном 69% от атмосферного давления окружающей среды. С учетом величины утечек разрежение составит 64% от атмосферного. Т.е. фактически происходит подмена реальности вымышленным обстоятельством. Фактически цилиндр заполняется на 64% от своего объема и при этом давление воздуха соответствует давлению окружающей среды. Такая ситуция в работах автора обозначается, как действительная степень сжатия. Действительная степень сжатия двигателя ВАЗ-2110 со степенью сжатия 22 при замере компрессии составляет 15,5. Действительная степень сжатия серийного ВАЗ-2110 со степенью сжатия 9,9 составляет 6,8. Оказалось, что от положения дросельной заслонки результаты замеров давления сжатия не зависят. И при полностью закрытой дроссельной заслонке и при открытой получали 40 кг/см2. Если замеры производились при закрытом дросселе, незначительное влияние на результат оказывало, выкручены свечи или нет. При вкрученных свечах получали 38-40 кг/см2, при выкрученных 40 кг/см2. Причина: При всасывании воздуха в первый цилиндр во впускном коллекторе падает давление, в нем создается разрежение. В следующем цилиндре в это время завершается такт выпуска и клапана входят в сектор перекрытия. Из-за этого некоторый промежуток времени впускной коллектор через этот цилиндр свободно сообщается с выпускным коллектором. Происходит интенсивный подсос продуктов сгорания из выхлопной трубы во впускную трубу и давление во впускном коллекторе восстанавливается до давления окружающей среды. При этом количество подсасываемого из выпускного коллектора воздуха зависит от частоты вращения коленчатого вала. Приведенный фактор оказывал отрицательное воздействие при запуске прогретого двигателя. Первые же опыты показали, что из-за подсоса отработавших газов из выпускного коллектора давление Ра в цилиндрах превышает допустимые пределы и на сжатии происходит вспышка горючей смеси из-за самовоспламенения. Первым использованным способом борьбы с этим явлением был небольшой автомобильный пылесос с клапаном одностороннего действия. Пылесос через клапан подсоединялся к впускному коллектору и работал, как вакуумный насос. Перед запуском двигателя на 1-2 секунды предварительно включался пылесос. Он отсасывал воздух из впускного коллектора, содавал там небольшое разрежение. Затем включался стартер. При остановке двигателя, если не отключить подачу топлива после выключения зажигания будет наблюдаться следующая картина: «Повышение степени сжатия в современных автомобильных двигателях привело к тому, что нередко оказывается затруднительным остановить нормально прогретый двигатель путем выключения зажигания-он продолжает еще в течении довольно длительного времени работать на холостом ходу с перебоями и тряской. В специально проведенных исследованиях показано, что после выключения зажигания вспышки сразу прекращаются, в результате чего частота вращения коленчатого вала быстро уменьшается, но не до нуля, а лишь до такого значения, при котором длительность задержки воспламенения оказывается короче времени пребывания нагретой сжатием смеси в цилиндре. В результате возникают самопроизвольные вспышки, что приводит к некоторому возрастанию частоты вращения до значения, при котором вспышки снова прекращаются, частота вращения опять снижается, вспышки снова возникают и т.д».( А.Н.Воинов, стр. 179). Но если в приведенном из учебника случае не отключая подачи топлива, ограничить поступление в цилиндр воздуха, двигатель остановится. Т.е. приведенный пример является еще одним подтверждением того, что между объемом камеры сгорания, временем сжатия и количеством рабочего тела должен сохраняться определенный баланс, который обеспечит надежность, как запуска, так и остановки двигателя при выключении зажигания. В дальнейшем, по мере увеличения степени сжатия потребовалось увеличить обороты прокрутки при запуске. Для этого пришлось уменьшать диаметр маховика и увеличить диаметр шестерни стартера, одновременно увеличивая мощность стартера. Если раньше при Рс=26-27 кг/см2, стартер имел мощность 0,9 квт, а соотношение зубьев маховика и шестерни стартера составляло 129/11=11,73, то при Рс=38-40 кг/см2, использовался стартер мощностью 2,2 квт при соотношении зубьев 124/15=8,27. Т.е. обороты прокрутки при запуске были увеличены в 1,42 раза, чего было вполне достаточно, чтобы запускать двигатель в любом состоянии без использования пылесоса. Но и в этом случае при запуске горячего двигателя было необходимо запускать стартер на 1-2 секунды раньше впрыска топлива. Запуск бензинового двигателя с ε=20 в холодную погоду при температурах до –250С (более низких температур в период экспериментов в г.Москве не было) производился обычным способом. Т.е. стартер включается одновременно с подачей топлива и зажигания. Двигатель запускается сразу же вслед за поворотом ключа зажигания, т.е. практически моментально. Установка отдельных дроссельных заслонок на каждый цилиндр резко изменило картину. При закрытых дроссельных заслонках получали 20-22 кг/см2, при открытых- 40 кг/см2. При дальнейшем увеличении степени сжатия подсос отработавших газов из выпускного тракта начнет отражаться на работе двигателя на холостом ходу. Поэтому при степенях сжатия выше 22 каждый цилиндр должен быть снабжен отдельной дроссельной заслонкой. Кардинально вопрос исключения подсоса продуктов сгорания с уменьшением потерь на насосные хода будет решен при переходе на регулирование расхода воздуха впускным и выпускным клапанами путем удаления его излишков во впускной и выпускной коллекторы. В этом случае при запуске и прогреве холодного двигателя количество воздуха в цилиндре регулируется вторым впускным клапаном с регулируемым на такте сжатия углом закрытия. Лишний заряд воздуха будет выталкиваться во впускной коллектор, а топливо впрыскиваться непосредственно в цилиндр после закрытия клапана. После прогрева двигателя регулирование количества воздуха в цилиндре будет осуществляться вторым выпускным клапаном, выталкивая лишний воздух в выпускной коллектор. Циклы идеальные, теоретические и действительные. Известный теории термодинамический цикл со смешанным подводом теплоты (Сабатэ-Тринклера) имеет согласно А.Н.Воинову имеет следующие недостатки и достоинства: 1. Степень сжатия двигателя ограничивается величиной ε<25 из-за возрастания предельно допустимой жесткости работы. «Еще один существенный недостаток дизелей — жесткость и шумность их работы, связанная с высокими скоростями повышения давления в начале основной фазы сгорания. В дизелях с открытыми камерами и струйным смесеобразованием максимальные значения dp/dφ достигают 1,2—1,5 МПа/° против 0,15—0,2 МПа/° в бензиновых двигателях с искровым зажиганием. Хотя в дизелях именно такого типа достигаются наименьшие удельные расходы топлива [до 165 г/(л. с. -ч)], а в судовых дизелях с цилиндрами большой размерности — до 150 г/(л. с.-ч), но создаваемый ими шум превышает допустимые нормы. В связи с этим усилия большого числа исследователей и конструкторов уже с давних пор были направлены на изыскание таких способов организации процессов смесеобразования и сгорания, которые позволили бы снизить значения рz и dp/dφ». «Для достижения в быстроходном дизеле высокой полноты сгорания при низких значениях коэффициента избытка воздуха, необходима такая организация впрыска, которая бы обеспечивала, возможно, более равномерное распределение топлива по всему объему воздушного заряда, например, при впрыске через форсунки с большим числом сопловых отверстий. Но при этом неизбежно одновременное возникновение значительного числа начальных очагов воспламенения и бурное его развитие, что приводит к быстрому нарастанию давления и высоким максимальным его значениям. Если стремиться к получению умеренных скоростей повышения давления, то трудно обеспечить быстрое завершение сгорания и избежать затяжного догорания в период расширения». 2. При работе дизельного двигателя со степенью сжатия до 25 «на холостом ходу с малой частотой вращения мелкость распыливания обычно существенно ухудшается и одновременно снижается температура стенок камеры сгорания, что сопровождается увеличением длительности задержек. Это приводит к тому, что значительная доля капель впрыснутого топлива успевает полностью испариться к моменту воспламенения. При равномерном распределении паров топлива в камере сгорания получается однородная смесь такого состава, который уже выходит за пределы горючести, что может приводить к выбрасыванию из двигателя продуктов неполного окисления топлива, обладающих неприятным запахом. Некоторые из этих продуктов токсичны. Эффективным средством борьбы с этим недостатком является уменьшение количества поступающего в цилиндры воздуха на режимах малых нагрузок и холостого хода применением дросселирования».(Выделено мной) 3. «Одним из основных недостатков дизелей, связанных с процессом сгорания является появление черного дыма на выпуске при больших нагрузках в случае увеличения цикловой подачи топлива или, что то же — уменьшения общего коэффициента избытка воздуха ниже некоторых пределов. Это объясняется тем, что при диффузионном горении неоднородных смесей в зонах местного их переобогащения происходит образование частиц твердого углерода (сажи) при высоких температурах сгоревших газов в смежных зонах, где местные значения α близки к единице». 4. «Хотя значения рi в дизелях удается существенно повысить (до 2,0 и более МПа) применением наддува, но при этом утяжеляется конструкция двигателя вследствие очень высоких максимальных значений рz». Достоинства: 1. «Влияние на подобное взрывное воспламенение повышения степени сжатия, давления на впуске и теплового состояния двигателя оказывается прямо противоположным влиянию тех же факторов на детонацию в двигателях с предварительным смесеобразованием. Все, что способствует возникновению детонации в двигателях легкого топлива с искровым зажиганием, в дизелях, наоборот, устраняет возникновение ударных волн вследствие сокращения задержек воспламенения и соответственно уменьшения количества топлива, подаваемого до его воспламенения в цилиндр». 2. «То обстоятельство, что по мере уменьшения количества впрыскиваемого топлива все большая его доля сгорает в объеме камеры в удалении от стенок, способствует уменьшению теплоотдачи. Не меньшее значение имеет также снижение средней теплоемкости продуктов сгорания, благодаря чему возрастает эффективность использования выделяющейся теплоты для совершения полезной работы. Все это приводит к тому, что в отличие от двигателей легкого топлива, индикаторный к. п. д. которых на режимах малых нагрузок снижается, в дизелях значения ήі с уменьшением нагрузки увеличиваются. Соответственно экономия топлива в условиях эксплуатации автомобилей с дизелями по сравнению с расходом топлива автомобилей с бензиновыми двигателями достигает в среднем 40%, в то время как различия в минимальных удельных расходах топлива по нагрузочным характеристикам значительно меньше — лишь 20—25%». Таким образом, недостатки в организации работы дизельных двигателей сводятся к тому, что: 1. Чтобы обеспечить высокую полноту сгорания при низких значениях коэффициента избытка воздуха необходимо обеспечить мелкость его распыливания и раннее впрыскивание. Но это приводит к быстрому нарастанию давления. 2. При работе на малых оборотах образуется однородная смесь такого состава, который выходит за пределы горючести. По свидетельству А.Н.Воинова эффективным средством борьбы с этими недостатками является уменьшение количества поступающего в цилиндры воздуха на режимах малых нагрузок и холостого хода с применением дросселирования. 2. Увеличение среднего давления цикла приводит к повышению максимального давления и утяжелению конструкции двигателя. Перечисленные недостатки свидетельствуют о том, что причины возникновения детонации в бензиновых двигателях и высокие скорости нарастания давления в дизельных двигателях имеют один корень: это недостаточная величина степени сжатия, из-за которой основную фазу выделения теплоты приходится организовывать в зоне малого изменения объема рабочего тела. Эксперименты с бензиновыми двигателями с высокими степенями сжатия показывают, что выявленные возможности регулирования скорости увеличения давления, путем увеличения степени сжатия и смещения основного периода тепловыделения по фазе могут быть использованы и при организации процесса сгорания в дизельных двигателях, что позволит устранить перечисленные недостатки. Что при этом важно, увеличение степени сжатия дизельных двигателей до сверхвысоких величин (до 51), приведет к уменьшению массогабаритных показателей и увеличению ресурса таких двигателей по сравнению с двигателями с обычными степенями сжатия. |
Похожие:
 | Сборник научных трудов Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «академия бюджета и казначейства министерства... |  | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «Российская наука» (иброН). Учредителями стали Российская академия наук, национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»,... |
| Российская академия медицинских наук фгбу «научный центр здоровья... Рабочей группой Профильной комиссии по гигиене детей и подростков Минздрава России (протокол №3 от 07. 06. 13) и Президиумом рошумз... | | Российская Академия Медицинских наук фгбу «Научный центр психического здоровья» рамн Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов по специальности 030501. 65... |
| Концепция формирования производственного потенциала на машиностроительном предприятии Образование, наука и производство: Сборник научных трудов. Т. Актуальные проблемы гуманитарных и социально-экономических наук/ Под... | | Физиологическое общество имени и. П. Павлова российская академия... Рабочая программа по бурятской литературе составлена на основе федерального компонента государственного стандарта общего образования,... |
| Российская академия наук федеральное государственное бюджетное учреждение... ... | | Проблемы филологического образования сборник научных трудов Проблемы филологического образования: Сб науч тр. / Отв ред проф. Л. И. Черемисинова; ред. Тарасова И. А., О. Я. Гусакова. — Вып.... |
| Публикация в сборнике научных трудов Для публикации Вашей статьи* в сборнике научных трудов "Строительство Материаловедение Машиностроение" необходимо произвести оплату... | | Информация для Соискателей научных степеней (Украина) При этом Перечень наукометрических баз не указан. Сообщаем, что наш Сборник научных трудов sworld включен в наукометрическую базу... |
| Конкурс проектов 2014 года по изданию научных трудов, являющихся... Фгбоу впо «поволжская государственная академия физической культуры, спорта и туризма» | | Информация для Соискателей научных степеней (Украина) При этом Перечень наукометрических баз не указан. Сообщаем, что наш Сборник научных трудов sworld включен в наукометрическую базу... |
| Выпуск 14 ежегодный сборник научных трудов махачкала Руководитель мо заместитель директора по увр директор мбоу «Лицей №9» г. Белгорода | | Педагогика искусства вопросы истории, теории и методики удк 7 (072. 8 + 082) ббк 85я43 п 24 П 24 Педагогика искусства: вопросы истории, теории и методики : Межвузовский сборник научных трудов. Вып Саратов: Издательский центр... |
| В центр по подготовке научных и научно-педагогических кадров отзыв на реферат В отзыве на реферат обязательно указывается оценка и возможность поступления в очную, заочную аспирантуру. В случае предоставления... | | Имени н. Г. Чернышевского учитель – ученик: проблемы, поиски, находки... Л. Я. Гайдаржийская; зав экспериментальным дошкольным учреждением №41 км. Вахтель |
