Техника - молодёжи 2010-01, страница 40

Техника - молодёжи 2010-01, страница 40
Цикл Червякова,

или Как повысить эффективность ДВС

Можно ли улучшить такую, казалось бы, «вылизанную» за десятилетия вещь, как двигатель внутреннего сгорания? Не просто улучшить, предложив новую конструкцию какой-то детали, а усовершенствовать принципиально, на уровне изменений в рабочем цикле и новой методики расчёта этой тепловой машины?

Похоже, можно. Автор не только предлагает свой подход к повышению эффективности ДВС, но и подтверждает его результативность самым убедительным способом - на примере одного из самых распространённых автомобилей отечественной современности.

Как известно, карбюраторные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) работают по циклу Отто, в котором подвод тепла осуществляется при постоянном объёме в рабочей камере (для ДВС - в камере сгорания). Схема процесса иллюстрируется механической диаграммой на рис. 1. Цикл строится в P,V-координатах (зависимость давления от удельного объёма). Цифрами обозначены участки процесса: 1-2 - адиабатическое (без теплообмена с внешней средой) сжатие рабочего тела (поршень в двигателе идет вверх); 2-3 - изохорный нодвод тепла q, (сгорание топлива при постоянном объёме); 3-4 - адиабатическое расширение рабочего тела (поршень идет вниз); 4-1 - условный изо-хорный процесс отвода тепла q2, реализующийся как удаление рабочего тела из камеры сгорания.

с мгновенным подводом тепла при У= const в P. V-диаграмме

Напомним, что, с точки зрения кинематики ДВС, особое значение имеют два положения поршня в цилиндре: верхняя мёртвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (HMT). ВМТ соответствует минимальному значению объёма рабочего тела над поршнем и, после сгорания топливо-воздушной смеси, максимальному уровню давления и температуры. В HMT объём

рабочей области в цилиндре максимален, а давление и температура достигают своих минимальных значений в цикле.

Эта особенность классического карбюраторного ДВС - подвод тепла в районе ВМТ - уже сама по себе имеет неприятные следствия. Ведь в реальном двигателе воспламенений топлива происходит даже не в ВМТ, а ещё до её достижения, т.е. на нротино-ходе. Возникающее противодавление совершает отрицательную работу, уменьшая тем самым работу полезную.

Ещё один минус. При подходе поршня к ВМТ скорость перемещения поршня уменьшается, а в ВМТ вообще равна нулю. В это время никакая работа не совершается - пет перемещения поршня, - а температура сгорания смеси достигает 2000-2500° С, В это время тепловая энергия не превращается в механическую, она вся идёт па нагрев камеры сгорания (головки блока, поршня, стенок цилиндра). Чем выше температура рабочего тела, тем быстрее происходит теплообмен со стенками камеры. Далее понятно: через систему охлаждения идёт передача теплоты в атмосферу, и э та теплота невозвратимо теряется (паразитные потери). На диаграмме рис. 2. показаны эти две составляющие расходования теплоты в ДВС - преобразование тепловой энергии в полезную работу (кривая 2) и потери теплоты на нагрев камеры сгорания (кривая 1), - в их зависимости от удельного объёма (удельный объём - это отношение полного объёма цилиндра к объёму над поршнем). Легко видеть, что наихудшее соотношение достигается именно в ВМТ, А с удалением от ВМТ по углу поворота коленчатого вала ситуация меняется, паразитные потери уменьшаются, а доля теплоты, затрачиваемая на совершение механической работы, возрастает.

Схожая «неприятность» получается

по, но, из-за отсутствия перемещения поршня (или очень малых перемещений в окрестности ВМТ), никакая работа здесь не совершается (или, соответственно, она очень мала), И всё усилие от этого максимального давления практически полностью становится вредной, лишней нагрузкой, передающейся на опорные подшипники коленвала, - что, как легко понять, резко снижает ресурс двигателя.

Но и приведённые выше недостатки не исчерпывают всех минусов, свойственных обычной организации рабочего процесса в ДВС. Для полноценного понимания необходимо чётко представлять, что любой поршневой двигатель -это не просто тепловая машина с подвижным поршнем, по и механизм со своей конкретной кинематической схемой преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала.

Как производится расчёт ДВС? Сегодня в его основе лежит методика, начинающаяся с нахождения среднего индикаторного давления, для чего строится индикаторная диаграмма, или, иначе, - диаграмма давления в ДВС (рис. 3).

Индикаторная диаграмма это графическое изображение изменения давления газа в цилиндре поршневой машины в зависимости от положения

Обсуждение
Понравилось?
Войдите чтобы оставить комментарий
Понравилось?