Российская Академия Наук Дагестанский Научный Центр Сборник научных трудов по термодинамическим циклам Ибадуллаева
Скачать 2.17 Mb.
|
Цикл «Алияр». Основанный на термодинамических процессах идеального газа разомкнутый цикл с подводом теплоты рабочему телу сначала по изобаре (при постоянном давлении Р=const), затем по изотерме (при постоянной температуре Т=const) с отводом теплоты на сжатии и расширении и обновлением рабочего тела по изохоре. Цикл совершается следующим образом: на участке ав диаграммы происходит политропическое сжатие рабочего тела с отводом теплоты. Давление рабочего тела поднимается до величины Р1. В точке в к рабочему телу подводится часть теплоты. На участке вс давление рабочего тела остается равным величине Р1. На участке сд диаграммы при постоянной температуре Т2 подводятся следующие части теплоты. На участке де происходит политропическое расширение рабочего тела с отводом теплоты. На изохорном участке еа диаграммы происходит обновление рабочего тела. Диаграмма термодинамического цикла «Алияр».  Т-V    Р    в с д Т=const е Р=const а  V Рис. 12 В двигателях, которые будут работать по циклу «Алияр», такое явление, как жесткость работы не будет иметь места ни при каких степенях сжатия (до 51). В таких двигателях при достаточно высоких значениях (выше 150 кг/см2) давления конца сжатия, с началом расширения на изотермическом участке давление цикла будет уменьшаться, т.к. впрыскивание топлива будет производиться дозированными частями. Внедренные в последнее десятилетие пьезофорсунки позволяют дробить подачу топлива на довольно большое количество порций. Динамика протекания давления конца сжатия в функции от угла поворота кривошипа в двигателе ВАЗ-2110 с ε=40 (Vh=71мм, k=1,35)
Таблица 2 (составлена автором) Как видно из таблицы протекания давления конца сжатия в функции от угла поворота кривошипа в двигателе ВАЗ-2110 с ε=40, давление конца сжатия составляет 145 кг/см2. В 150 ПКВ после ВМТ, если расширение произойдет без подвода теплоты давление составит 64 кг/см2. Если от ВМТ до указанной точки подвести 15-20% от располагаемой теплоты, то давление останется на прежнем уровне, т.е. 145 кг/см2. От указанной точки на участке диаграммы равном, примерно, 400 ПКВ должно произойти расширение с изотермическим подводом оставшейся доли теплоты в количестве 80-85%. Изложенная выше задача решается путем увеличения степени сжатия ДВС с внутренним смесеобразованием до 51 и его работы без ограничения наполнения по циклу Алияра. В частности, если степень сжатия ДВС равен ε=40, то давление конца сжатия при адиабате k=1,35 будет равно Рс=145 кг/см2, температура Тс=11930 К. В момент завершения сжатия и начала расширения для обеспечения постоянного давления на участке от 0 до 150 ПКВ после ВМТ в цилиндр впрыскивается первая порция топлива в количестве, примерно, 15-20% от располагаемого количества топлива. На указанном участке давление является постоянной величиной, подчиняется правилу Рс=Рz=const. Температура воздуха увеличится от величины Тс до величины Тz≈16000К. При завершении указанного участка примерно в 15-200 ПКВ после ВМТ, когда давление и температура начнут уменьшаться, в цилиндр впрыскивается следующая порция топлива. В дальнейшем оставшаяся часть топлива также впрыскивается порциями для обеспечения постоянства температуры по правилу Т=const. По завершении впрыскивания топлива и догорания его остатков расширение станет политропическим. Диаграмма теоретического цикла «Алияр». Т-V      Р Рb     145кг/см2 Т=const Рс=Рz Р=const     Ра ВМТ Vc Vh 140* НМТ Рис. 13 Расчет термического КПД теоретического цикла Алияра должен производиться по формуле Фатахова: t=1- 5/2(λρρ1k-1-1)/εk-1 [7/2 (ρ-1)+λρ lgρ1/ρ]. Сказанному в настоящей работе можно подвести следующие итоги: 1. Идеи автора о возможности увеличения степени сжатия двигателей внутреннего сгорания до сверхвысоких величин на данном этапе, как выразился один из уважаемых профессоров, приводят теоретиков и конструкторов- практиков в ужас. В основе такого подхода и неадекватного восприятия фактов лежит не фантастичность идей, а консерватизм мышления. Идея после ее реализации в жизнь не может считаться фантастичной. История развития науки, в том числе и теории ДВС, фактически есть история борьбы и преодоления таких «ужасов». Сомневающимся автор рекомендует почитать историю жизни Р.Дизеля. Его идеи вызывали у знаменитых теоретиков и практиков того времени не меньший «ужас». 2. В последние десятилетия стало совершенно очевидным, что потенциал прочности окружающей нас среды не является бесконечным. Запасы энергоресурсов ограничены. Бездумное их добывание и неэффективное использование, отравление окружающей среды парниковыми и токсичными газами ведет человечество к энергетической и экологической катастрофам. Это коснется всех: не только тех, кто добывает и потребляет нефтепродукты, но и тех, кто ходит пешком и считает, что они не участвуют в отравлении окружающей среды. Уменьшению потребления нефтепродуктов через их более эффективное использование нет альтернативы. 3. Многие теоретики, которых автор просил ознакомиться с его работами и высказать свое мнение, отказывались от этого не по причине отсутствия у них здорового любопытства или способности к мышлению, а по причине того, что они озабочены решением текущих задач. Главный вопрос для каждого из нас состоит в том, как прокормить семью сегодня, а не думать о глобальных проблемах завтрашнего дня. Общество потребления превратило теоретиков в простых ремесленников, озабоченных ежедневным заработком. 4. В современных быстроходных дизельных двигателях максимальные давления цикла составляют 220-260 кг/см2. Увеличение степени сжатия до сверхвысоких величин позволит снизить максимальные величины давлений (до 200-210 кг/см2) и температур (до 1500-17000К, вместо 2200-26000К). Т.е. для серийного производства таких двигателей не нужны ни особые материалы, ни особые технологии. Современная промышленность располагает всеми необходимыми для этого условиями. 5. Основой строительства современных бензиновых и дизельных двигателей является изжившая себя догма теории ДВС о том, что для обеспечения максимальной экономичности и эффективности необходимо обеспечить протекание основной фазы тепловыделения в зоне ВМТ. Это приводит к тому, что пределы повышения степени сжатия в бензиновых двигателях ограничивается детонацией, а в дизельных- фактором динамичности. В то же время в последнее десятилетие в практике двигателестроения наметилась тенденция к отказу от указанной догмы. Применение в двигателях непосредственного и многостадийного впрыска показывает, что основная фаза тепловыделения должна происходить на расширении. 6. В основе всех процессов протекания давлений и температур двигателей с высокими и сверхвысокими степенями сжатия лежит Закон «О синхронизации процессов». Он складывается из: 1. Процесса регулирования количества горючей смеси в цилиндре (путем дросселирования) в зависимости от частоты вращения, т.е. закона подачи горючей смеси (или топлива при впрыске). 2. Увязанного с этим процесса регулирования частоты вращения для регулирования скорости движения поршня и скорости изменения объема надпоршневой полости. 3. Обеспечения реального изобарного процесса (не тот воображаемый изобарный процесс в цикле со смешанным подводом теплоты) в начале расширения, при котором давление Р1 будет изменяться в очень незначительном диапазоне величин. У каждого количества горючей смеси- своя скорость нарастания давления. И каждому количеству горючей смеси- свою скорость увеличения объема надпоршневой полости. Литература: 1. «Теория рабочих процессов поршневых и комбинированных двигателей». Изд. «Машиностроение». Москва. 1971 г. (МВТУ имени Н.Э.Баумана). 2. «Теплотехника». Москва, 2004 г. Издательство МГТУ имени Н.Э.Баумана. 3. А.Н.Воинов. «Сгорание в быстроходных поршневых двигателях». Москва, 1977 г. «Машиностроение». 4. И.М. Ленин. «Автомобильные и тракторные двигатели». Часть 1 и 2. Издательство «Высшая школа». 1976. 5. «Двигатели внутреннего сгорания». Теория рабочих процессов. Том 1. Москва. «Высшая школа». 2005. МАДИ (ГТУ). 6. Проф. Д.Д. Брозе. «Сгорание в поршневых двигателях». Издательство «Машиностроение». Москва 1969 г. 7. «Двигатели внутреннего сгорания. Том 1. Теория легких двигателей. В.И.Сороко-Новицкий, доц. В.А.Петров. ОНТИ-НКТП-СССР. Москва. 1938». 8. «Сборник научных трудов по материалам Международной конференции Двигатель-2007, посвященной 100-летию школы двигателестроения МГТУ им. Н.Э.Баумана». Москва. 2007 г. 9. И.П. Базаров. «Термодинамика», Государственное издательство физико-математической литературы. Москва. 1961 г. 10. К.В.Рыжков. Сто великих изобретений. Москва. Издательство «Вече». 2001 г. Ибадуллаев Г.А. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания со сверхвысокой степенью сжатия. (Доклад на Международной конференции Двигатель-2007, посвященной 100-летию школы двигателестроения МГТУ им. Н.Э.Баумана) В 90-е годы я несколько лет пытался усовершенствовать механическую составляющую двигателя. Получил около 40 патентов на изобретения по системе питания, газораспределительному и кривошипно-шатунному механизмам. Но однажды задумался. Если механический КПД лучших двигателей доходит до 80%, что там еще можно совершенствовать? Поэтому отказался от продолжения этой работы. Из теории выходило, что существенно повысить термический КПД ДВС можно путем увеличения степени сжатия. Поэтому решил, что надо вести поиски в этом направлении. Уверенность в том, что вопрос имеет свое решение, была основана на том, что ДВС действительно является более совершенным механизмом, чем паровая машина. А если это так, то и на режимах частичных нагрузок его КПД должен быть выше, чем у паровой машины. Оценка работы существующих ДВС показывала, что наиболее совершенным шагом к созданию двигателя со сверхвысокой степенью сжатия является комбинированный двигатель с высокой степенью наддува. Двигатели, используемые в гонках Формулы 1, обычно имеют степень сжатия 11,5. Давление наддува в них принудительно, путем стравливания воздуха через установленный на впускном трубопроводе перепускной клапан, ограничивается величиной, если не ошибаюсь, в 2,7 кг/см2. При таком давлении наддува при работе на внешней скоростной характеристике давление конца сжатия составляет около 100 кг/см2. Анализ работы бензинового и дизельного комбинированных двигателей с наддувом приводил к таким выводам: 1. Двигатель Формулы 1 на внешней скоростной характеристике работает точно также, как работал бы его атмосферный аналог на внешней скоростной характеристике с увеличиваемой по мере увеличения оборотов степенью сжатия от 6 до 32 (при 1000 об/мин. ε=6, при 18 000 об/мин. ε =32). 2. Существует нелинейная зависимость между частотой вращения коленчатого вала, степенью сжатия двигателя и степенью дросселирования. Согласно этой зависимости, чем меньше наполнение цилиндра, тем больше может быть степень сжатия двигателя. Чем больше обороты, тем больше может быть степень наполнения цилиндра. 3. В большинстве случаев суммарная степень сжатия комбинированных бензиновых и дизельных двигателей с многоступенчатым наддувом, как произведение степеней сжатия поршневой и лопаточной частей, превышает величину 30. Это позволяло сделать вывод о том, что можно построить атмосферный двигатель со сверхвысокой степенью сжатия. 4. В двигателях Формулы 1 не происходит детонации, потому что детонация не успевает произойти. В них на всех частотах вращения время завершения конца сжатия и начала расширения меньше, чем время задержки самовоспламенения. Теория дает такое определение детонации: пристеночное сгорание смеси в результате самовоспламенения из-за повышения давления и температуры. Указаны и три основных способа борьбы с детонацией: Это либо увеличение частоты вращения, либо уменьшение наполнения цилиндра путем уменьшения угла открытия дроссельной заслонки, либо уменьшение угла зажигания. Другие способы борьбы с детонацией: применение высокооктановых топлив, организация повышенной турбулизации заряда в цилиндре, оптимизация формы камеры сгорания, работа двигателей на обедненных и сверхобедненных смесях, переход на впрыск бензина в цилиндры двигателя, впрыскивание воды во впускную систему, организация гибридных рабочих процессов, регулирование степеньи сжатия мной не использовались и поэтому в настоящей статье не рассматриваются. (Комментарий: Все три приведенных способа с позиций действительной степени сжатия имеют целью получить один и тот же результат. Увеличение частоты вращения при сохранении угла открытия дросселя приводит к уменьшению расхода смеси. Уменьшение угла открытия дросселя при сохранении частоты вращения тоже приводит к уменьшению расхода смеси. Уменьшение угла опережения зажигания способствует уменьшению количества смеси, сжигаемой на такте сжатия и соответственно уменьшению давления и температуры конца сжатия. Т.е. все предлагаемые теорией методы борьбы с детонацией имеют целью получить более низкие давление Рс и температуру Тс конца сжатия. Детонационные давления и температуры возникают в любом современном атмосферном бензиновом двигателе. О двигателях с наддувом и говорить не приходится. Но детонационное сгорание произойдет только в том случае, если критические температура и давление сохранятся в продолжение некоторого отрезка времени. Т.е. детонация есть явление, вызываемое взаимодействием трех факторов: давления, температуры и времени. Это означало, что каждому значению величины Рс с его температурой в рабочем цикле двигателя соответствует своя продолжительность времени задержки самовоспламенения. Зависимость между величинами Рс - Тс и периодом задержки самовоспламенения получалась обратная, непропорциональная и нелинейная. Но в целом эту зависимость можно охарактеризовать так: Чем выше значения величин Рс и Тс, тем меньше время задержки самовоспламенения. И наоборот. Чем меньше значение величин Рс и Тс, тем больше время задержки самовоспламенения. Главным условием при переносе этой зависимости на работу двигателя должно быть, чтобы конец сжатия и начало расширения завершились бы раньше времени задержки самовоспламенения. Из этого вывода следовал еще один вывод: если каждый цикл ДВС построить таким образом, что время задержки самовоспламения в нем будет больше времени завершения конца сжатия и начала расширения, детонации не будет совсем. Для того, чтобы построить двигатель со сверхвысокой степенью сжатия, надо было выполнить следующие несколько условий. 1. На завершении такта сжатия при положении поршня в ВМТ в цилиндре двигателя должно достигаться максимальное (преддетонационное) для цикла давление Рс=Р1. В работе двигателя, состоящем из множества циклов, значение величины Рс=Р1 для каждого отдельно взятого рабочего цикла будет своим, отличающимся от остальных циклов. 2. Не должно быть тепловыделения на сжатии. Потому что возникновение очага пламени и распространение фронта пламени на такте сжатия создает дополнительные благоприятные условия для возникновения детонации. В двигателе со сверхвысокой степенью сжатия тепловыделение должно начинаться в ВМТ. Поэтому угол зажигания для данного конкрентного рабочего цикла при заданной величине наполнения цилиндра превращается в константу. Подобранный для конкретных условий (октановое число, степень наполнения и пр.) угол зажигания ни увеличивать, ни уменьшать нельзя. 3. Конец сжатия, начало расширения должны завершиться раньше времени задержки самовоспламенения. Давление Р1 и температура горючей смеси Тс зависят от двух факторов: 1. Количества горючей смеси. 2. Кратности сжатия этого количества горючей смеси. Эти параметры являются взаимозависимыми и регулируемыми. Регулировать величину Р1-Рс и температуру рабочего тела Тс можно, регулируя количество горючей смеси, участвующей в цикле, путем ограничения наполнения цилиндра. 4. На такте расширения в период распространения зоны реакции-фронта пламени величина Р1 не должна увеличиваться, иначе детонация возникнет на этом этапе. Эта величина не должна и уменьшаться, иначе двигатель потеряет эффективность. Т.е. процессы увеличения давления рабочего тела и объема камеры сгорания в зоне малого изменения объема камеры сгорания должны быть так синхронизированы, чтобы давление в камере сгорания не изменялось до завершения процесса распространения фронта пламени. 5. Когда фронт пламени дойдет до стенок цилиндра и начнется наиболее активная фаза сгорания, давление Р1 должно увеличиться до величины Рz, которая также будет переменной величиной для разных рабочих циклов. Возникали вопросы: нужен ли двигатель со сверхвысокой степенью сжатия, даст ли он эффект? Если да то, до каких величин можно увеличивать степень сжатия? С одной стороны при расчетах термического КПД получалось, что степень сжатия можно увеличивать до любых величин. С другой стороны индикаторный и эффективный КПД ДВС зависят от тепловых и механических потерь. Чем выше степень сжатия двигателя, тем выше эти потери. Не зря практикой эксплуатации дизельных и бензиновых двигателей признано нецелесообразным повышать степень сжатия вследствие неэффективности ее повышения выше определенной величины, называемой «наивыгоднейшей степенью сжатия». Вместе с тем проецирование этого вопроса на работу двигателя с переменной (или регулируемой) степенью сжатия и на работу двигателя с высокой степенью наддува позволял предположить следующее: 1. В ДВС с переменной степенью сжатия в зависимости от степени дросселирования специальными устройствами уменьшается объем камеры сгорания, т.е. увеличивается степень сжатия. Если взять двигатель со степенью сжатия 10, в котором степень сжатия изменяется пропорционально степени дросселирования, допустим от 10 до 20, то окажется, что при расходе от 39% до 100% смеси, процесс сжатия в нем завершается при одних и тех же значениях Рс и Тс. 2. В серийном двигателе Ауди 1,8 ТТ со степенью сжатия 9 при частоте вращения выше 1700 об/мин достигается давление наддува 1,4 бар. Расчетное давление в конце сжатия при этом составляет 46 бар. В атмосферном двигателе при Ра=0,9 бар такое давление конца сжатия может быть получено при степени сжатия 18. Т.е. в первом случае мы имеем двигатель, который работает при высокой степени сжатия 20 на частичной характеристике, а во втором случае- двигатель, который работает на внешней характеристике с Рс и Тс, соответствующими примерно такой же степени сжатия. Это позволяло предположить, что увеличение степени сжатия (по крайней мере, бензинового двигателя) до определенных величин даст рост КПД почти в линейной зависимости. Дальнейшее увеличение степени сжатия из-за роста доли отрицательной работы будет давать все меньшее увеличение КПД. В определенной точке произойдет пересечение линий роста КПД и потерь. При дальнейшем увеличении степени сжатия эффективный КПД начнет падать. Ответа на вопрос п. 4 на тот период. Тем не менее, сделанные выводы показались достаточными для того, чтобы попытаться найти поддержку у ученых и, естесственно у производственников. Чтобы построить двигатель с ограничением наполнения и уже в ходе самой работы и испытаний найти ответ. Убедить кого-либо помочь построить опытный образец двигателя не удалось. Поэтому в сентябре-октябре 2002 года на базе шестицилиндрового двигателя БМВ самостоятельно, своими силами построил первый бензиновый двигатель со степенью сжатия 17. До апреля 2003 года ездил на ней с ограничителем хода педали газа, т. к. не знал, как быть с процессом расширения. Но вдруг выяснилось, что для решения вопроса, поставленного в п. 4, т.е. как синхронизировать процессы увеличения давления рабочего тела и объема камеры сгорания на начале расширения для обеспечения постоянства давления Р1, вообще ничего не надо делать. Оказалось, что задача уже решена, а я просто не догадывался об этом. Выходило следующее: При условии работы двигателя без детонации, скорость распространения фронта пламени для данного количества горючей смеси величина постоянная. (Первая константа). Скорость изменения объема камеры сгорания зависит от оборотов двигателя. Но для конкретной частоты вращения эта скорость величина постоянная. Т.е., например, для частоты вращения 1500 об/мин скорость изменения объема камеры сгорания и на сжатии и на расширении величина известная, конкретная и постоянная. (Вторая константа). Для данной частоты вращения степень допустимого наполнения цилиндра (или величина ограничения) будет иметь конкретное значение. Соответственно, масса рабочего тела, поступающего в цилиндр, тоже будет постоянной величиной. (Третья константа). При этих условиях, получаемая в конце сжатия величина давления Р1 и температура смеси Тс также будут постоянными величинами. (Четвертая константа). Для данных давления Р1 и температуры Тс время задержки самовоспламенения также будет постоянной величиной. (Пятая константа). При таком соотношении постоянных величин (констант), формирующих процесс горения и расширения, синхронизация процессов увеличения объема камеры сгорания и давления смеси происходит сама по себе. Поняв это, снял ограничитель хода педали. Машина стала ездить на полном дросселе, никаких проблем с синхронизацией не возникло. В дальнейшем стал строить двигатели на базе ВАЗ-2110. Чередуя работу на стенде с ездой на автомашине, решал многочисленные проблемы. Результат всей этой работы получился такой: В бензиновом ДВС с внешним смесеобразованием со сверхвысокой степенью сжатия рабочий цикл происходит следующим образом: степень сжатия двигателя, например, составляет 22, частота вращения коленчатого вала выше 1800 об/мин, например, 2000 об/мин, режим работы-внешняя скоростная характеристика. При перечисленных условиях дроссельная заслонка открыта полностью, расход воздуха максимальный для данных оборотов. Угол опережения зажигания (УОЗ) 6 градусов до ВМТ. При нахождении поршня в 0 градусов, т.е. в ВМТ, начинается распространение пламени по фронту. До 6000 об/мин двигатель работает при полностью открытом дросселе, только изменяется УОЗ. При уменьшении частоты вращения коленчатого вала ниже 1800 об/мин, например, до 1200 об/мин дроссельная заслонка изменяет положение и ограничивает наполнение цилиндра. При этом, если при полностью открытой дроссельной заслонке наполнение цилиндра составило бы 360 мг смеси, то при реальной работе на внешней скоростной характеристике при указанной частоте вращения коленчатого вала дроссельная заслонка должна занять такое положение, при котором максимальное поступление смеси в цилиндр должно составить не более 270 мг на цикл. Для двигателя со сверхвысокой степенью сжатия понятие работы на внешней скоростной характеристике имеет другой смысл, чем для традиционного двигателя. На низких оборотах для него это - работа при максимально допустимом наполнении цилиндра. Из теории следует, что любое возмущение в жидкостях и газах распространяется со скоростью звука. Так как размеры камер сгорания поршневых двигателей малы, а скорость звука 500-600 м/с, то давление через доли микросекунд выравнивается по всему объему, но не остается таким, как в зоне возмущения. В замкнутом сосуде неизменного объема при нагревании газа происходит увеличение давления, при его охлаждении – уменьшение давления и температуры. Если стенки объема деформируются, то происходит увеличение и объема и давления. Увеличивается давление в этом случае меньше, чем при отсутствии деформации стенок. С началом процесса сгорания интенсивность подвода теплоты такова, что скорость увеличения давления рабочего тела опережает скорость увеличения объема камеры. В виду этого принято считать, что выровнять скорости увеличения давления рабочего тела и объема камеры сгорания невозможно. Поэтому в камере сгорания происходит поджатие зоны смеси, до которого фронт сгорания еще не дошел. Если интенсивность поджатия смеси окажется слишком высокой, произойдет детонация. Но, как указано выше, путем дросселирования можно регулировать интенсивность увеличения давления рабочего тела. А раз ее можно регулировать, то для каждого конкретного рабочего цикла путем дросселирования (ограничения наполнения цилиндра) можно подобрать и установить такую интенсивность увеличения давления, которая соответствовала бы скорости увеличения объема камеры сгорания. Т.е., как выяснилось, процесс можно синхронизировать. Поэтому, если в период распространения фронта пламени, синхронизировать скорости увеличения давления рабочего тела и объема камеры сгорания, давление останется неизменным. Процесс синхронизации в моем двигателе можно нарушить приведенными выше тремя способами: 1. При сохранении всех остальных данных (УОЗ, расход воздуха, состав смеси и пр.) уменьшить обороты. 2. При сохранении всех остальных данных (УОЗ, обороты, состав смеси и пр.) увеличить расход смеси. 3. При сохранении всех остальных данных изменить УОЗ. Эксперименты с нарушением синхронизации проводились неоднократно. По приведенным пунктам можно привести такие данные: Обороты 1700, дроссель открыт полностью, расчетный Рс=60 кг/см2. Двигатель работает без детонации. Уменьшение оборотов до 1680, т.е. всего на 20 об/мин, вызывает детонацию. Другой пример: Обороты 1680, дроссель прикрыт, расход смеси 355 мг на цикл. Расчетный Рс=58 кг/см2. Детонации нет. Дроссель открывается полностью. Расход смеси становится 360 мг на цикл. Двигатель детонирует. Третий пример: Перенос угла зажигания на 10 градусов выше или ниже оптимальной точки в двигателе ЗМЗ-406 со степенью сжатия 9,5 каких-либо заметных изменений в его работе не вызывает. В моем же двигателе максимально возможное смещение угла зажигания от оптимальной точки составляет всего 1-1,5 градуса в сторону его увеличения и 2-3 градуса в сторону уменьшения. И то в первом случае возникает сильная детонация, а во втором случае резко падает эффективность. Рс и Тс это давление и температура в той точке, которая называется концом сжатия-началом расширения. Сформировавшись в момент завершения сжатия, они в таковом качестве вступают в процесс расширения. Соответственно этому приведенные выше примеры экспериментов касаются давления Р1 и показывают, что даже незначительное, всего на 2 кг/см2, увеличение Р1 приводит к детонации. Синхронизация процесса расширения есть отличительный признак цикла и основа, на котором строится работа двигателя со сверхвысокой степенью сжатия. Можно сказать так: есть синхронизация, есть работающий двигатель, нет синхронизации, нет работающего двигателя. Особенности работы двигателя следующие: 1). При работе на внешней скоростной характеристике При работе двигателя от минимальных до максимальных оборотов на внешней скоростной характеристике имеются 3 зоны, в которых работа двигателя строится по совершенно разным принципам. Зона № 1 (рис. 1 и 6). Это зона ограничения наполнения. Границы зоны зависят от степени сжатия двигателя, детонационной стойкости топлива и пр. Например, для двигателя со степенью сжатия 22 при использовании бензина Аи-98 зона ограничения наполнения завершается при частоте вращения коленчатого вала 1800 об/мин. В указанной зоне при работе двигателя на внешней скоростной характеристике дроссельная заслонка не может открываться на больший угол (по расходу воздуха), чем это предусмотрено в диаграмме на рис. 6. Диаграмма имеет уступ (изобара), ввод теплоты начинается в ВМТ. На период распространения пламени по фронту обеспечивается постоянство давления Р1. Зона № 2 (рис. 2). Указанная зона состоит из 2-х переходных этапов. Первый переходный этап. Располагается за зоной ограничения наполнения. В указанной зоне дроссельная заслонка открыта полностью. Но процесс тепловыделения начинается в ВМТ. Угол зажигания изменяется незначительно, с коррекцией на увеличение частоты вращения. Ширина зоны- диапазон частот, примерно, 100-200 об/мин. Для двигателя со степенью сжатия 22 первый переходный этап завершается при частоте вращения коленчатого вала 2000 об/мин. Существование зоны объясняется следующим: По мере увеличения частоты вращения уменьшается время сжатия смеси. Увеличение интенсивности процессов сжатия увеличивает степень подготовки смеси к горению и увеличивает интенсивность процессов горения. Поэтому в указанном диапазоне частот точка начала тепловыделения остается в ВМТ. Второй переходный этап. Протяженность этапа по диапазону частот 300-500 об/мин. В указанной части зоны точка начала тепловыделения переходит на такт сжатия и постепенно смещается в сторону НМТ. На диаграмме правый конец уступа постепенно поднимается в сторону Рz. К концу второго этапа переходной зоны № 2 уступ исчезает полностью. Зона № 3 (рис. 3). В указанной зоне тепловыделение начинается на такте сжатия. Диаграмма по показателям Рс и Рz и по углам опережения зажигания соответствует диаграмме комбинированного двигателя с высокой степенью наддува с равнозначными Рс и Рz. 2). При работе на режимах частичных нагрузок. У двигателя со степенью сжатия 22 при расходе 34% воздуха (см. рис. 4) от максимально возможного диаграмма по показателям Рс и Рz соответствует диаграмме двигателя со степенью сжатия 10, работающего на внешней скоростной характеристике. При дальнейшем увеличении наполнения в зависимости от оборотов происходит следующее: 1. Если двигатель работает в зоне ограничения наполнения, по мере увеличения наполнения в диаграмме появляется уступ. 2. Если двигатель работает за пределами зоны ограничения, Рс и Рz увеличиваются до максимальных величин для данного наполнения. Какова величина уступа по углам поворота коленчатого вала точно не знаю. Но ясно одно. В зоне ограничения наполнения период синхронизации должен соответствовать периоду распространения фронта пламени. В противном случае возникнет детонация. Изложенные выводы и решения пришли не все вместе и не сразу. Это была работа нескольких лет. Осмысление с помощью Иващенко Н.А. проделанной работы летом 2007 года привело меня к выводу о том, что найдено не просто решение, как избавиться от детонации в бензиновом двигателе и недопустимой жесткости в дизельном двигателе. Открыт термодинамический цикл, который позволяет строить ДВС с наиболее эффективными степенями сжатия и максимально достижимым КПД. Почему я считаю, что имею право говорить о термодинамическом цикле? Потому что ни один из существующих циклов не в состоянии обеспечить работу ДВС со сверхвысокими степенями сжатия. Ни один из циклов не содержит в себе такой последовательной совокупности признаков, которые есть у моего цикла. Поэтому он новый и будет располагаться в ряду существующих циклов, как отдельное и самостоятельное явление. Формула цикла: Смешанный цикл работы бензинового ДВС со сверхвысокой степенью сжатия, в котором на первом такте производится впуск свежего заряда воздуха (либо топливно-воздушной смеси), на втором такте производится сжатие этого заряда до давления Р1, на третьем такте происходит расширение продуктов горения, на четвертом такте производится удаление из цилиндра продуктов сгорания, отличающийся тем, что при работе на внешней скоростной характеристике, в зависимости от частоты вращения, на такте впуска производится ограничение наполнения цилиндра горючей смесью для обеспечения на рабочем такте на период распространения пламени по фронту постоянства давления Р1 путем синхронизации процесса увеличения объема камеры сгорания и давления рабочего тела. При этом точка начала тепловыделения находится в ВМТ (верхней мертвой точке), в зоне малого изменения объема камеры сгорания давление не изменяется, что соответствует в теоретическом цикле изобарному процессу Р=const, а наиболее активная фаза тепловыделения происходит на линии расширения при увеличивающемся до значения Рz давлении, что соответствует в теоретическом цикле изохорному процессу V=const. В теоретическом цикле процессы сжатия являются адиабатическими, процесс предварительного расширения является сначала изобарным, затем изохорным, а процесс последующего расширения-адиабатическим. (В текст внесены терминологические правки в мае 2008 года). Индикаторная диаграмма бензинового ДВС с ε =22 при 1800 об/мин.    Р Рz Рb  100кг/см2  60кг/см2 Рс=Р1    Ра ВМТ Vc Vh 140* НМТ Рис. 1 Индикаторная диаграмма бензинового ДВС с ε =22 при 2000 об/мин. Р Рz Рb     100кг/см2    60кг/см2 Рс     Ра ВМТ Vc Vh 140* НМТ Рис. 2 Индикаторная диаграмма бензинового ДВС с ε =22 при 2300 об/мин.     Р Рz Рb  100кг/см2  60кг/см2 Рс    РаВМТ Vc Vh 140* НМТ Рис. 3 Индикаторная диаграмма бензинового ДВС с ε =22 при 1800 об/мин. При расходе 50% воздуха.     Р Рz Рb  60 кг/см2 Рс25 кг/см2     РаВМТ Vc Vh 140* НМТ Рис. 4 Диаграмма максимального наполнения цилиндра бензинового ДВС со степенью сжатия 9 с турбокомпрессорным наддувом в зависимости от оборотов    2,5   2 1,5  1 0,5 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 6000 Рис. 5 Диаграмма максимально допустимого наполнения цилидра бензинового ДВС в зависимости от оборотов при степени сжатия 22 (полное наполнение принимается за 1)   1   0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 800 900 1000 1200 1400 1600 1800 2000 6000 Рис.6 Г.А. Ибадуллаев |
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 |
