Техника - молодёжи 2011-07, страница 13
ТЕХНИКА-МОЛОДЁЖИ I №9341 ИЮЛЬ 2011 3 ВТО МИР 11 сместить дальше за ВМТ. Производить подвод тепла к рабочему телу надо не в окрестностях ВМТ, а позже. Кстати, эффективность дизельного двигателя в значительной степени обеспечивается этим эффектом -за счёт растянутого во времени впрыска топлива. В заключение статьи приводятся результаты натурного эксперимента. Рассчитав по своей методике величины максимального крутящего момента при разных смещениях пика давления за ВМТ, автор произвёл перенастройку двигателя ВАЗ-2106 (объём 1,6 л). Применение не самого смелого варианта - сдвига точки максимума давления на 20° за ВМТ - дало следующие результаты: мощность двигателя возросла до 98 л.с. вместо 75 л.с. по паспорту - прирост более 30%; расход топлива снизился на 24%, составив 5,5 л на 100 км. После аналогичной доработки, проведённой на ВАЗ-21102, при пробеге на 560 км было затрачено 22 л бензина, или 3,9 л на 100 км. А расчётный вариант со сдвигом на 34° показал прирост крутящего момента - читай, мощности, - почти на 40%... Итак, в предыдущей статье показано, что сдвиг пика давления на поршень от ВМТ в сторону максимума плеча приводит к увеличению мощности двигателя за счёт лучшего использования этого давления. Но такого же рода сдвиг даёт рост эффективности и с другой точки зрения - с точки зрения уменьшения тепловых потерь, то есть более полного использования тепла сгоревшего топлива. При рассмотрении идеального - без тепловых потерь - двигателя применяемая обычно методика теплового расчёта достаточно точна. Но ведь основные потери в ДВС как раз тепловые; попробуем предложить методику, в которой они не «выносились бы за скобки», а с самого начала учитывались в расчёте. Тепловые потери - это отвод тепла через систему охлаждения и его уход с выхлопом отработанных газов. С теплом отработанных газов можно бороться продолжительным расширением; с отводом тепла через систему охлаждения дело обстоит сложнее. Этим вопросом мы и займёмся. Результатом преобразования тепловой энергии в механическую в ДВС является крутящий момент на его валу, поэтому диаграмма этого преобразования совпадает по форме кривой изменения крутящего момента (рис. 2). Рис. 2. Диаграмма изменения крутящего момента на рабочем ходе ДВС Рис. 3. Кривая тепловых потерь через систему охлаждения (1) и диаграмма преобразования теплоты в механическую энергию (2) В ВМТ, как мы уже говорили, крутящий момент равен нулю из-за нулевой длины плеча приложения силы. То есть никакого преобразования тепловой энергии в механическую нет; а что есть? А есть максимальные температуры, достигающие 2500° С, а значит, максимальные тепловые потери - чем выше температуры, тем быстрее осуществляется теплоотвод от рабочего тела. Наложим эти кривые друг на друга (рис. 3): Очевидно, что ВМТ - самая неблагоприятная точка для преобразования тепловой энергии в механическую. Из рис. 3 понятно, что, чем дальше мы отдаляем подвод тепла за ВМТ (в разумных пределах), тем меньше тепловые потери через систему охлаждения, потому что значительная часть тепла превращается, в конечном итоге, в крутящий момент. Обобщая - тем эффективней происходит преобразование тепловой энергии в механическую. Точка А является точкой теплового равновесия, т.е. теплота, которая поступает от перегретых стенок, уравновешивается поглощением теплоты холодными стенками при расширении. Затем от перегретых стенок осуществляется даже подвод тепла к рабочему телу. Рис. 3 также хорошо иллюстрирует приведённый выше вывод о том, что повысить эффективность ДВС можно, варьируя его геометрические параметры; если «говорить в терминах» рис. 1 и рис. 3, нужно смещать пик по плечу к ВМТ, что достигается укорачиванием шатуна. Для наглядности наложим кривую тепловых потерь на индикаторную диаграмму (рис. 4). Из рис. 4 ввдно, что процесс повышения давления (подвода тепла) необходимо вывести из зоны 1 (эта зона постоянная для каждого двигателя и зависит от его геометрических параметров). Каким же должен быть наиболее правильный подвод тепла в цикле? Ответ показан на рис. 5. 0° 90° 180° 0° 90° 180° Рис. 4. Индикаторная диаграмма и тепловые потери: Рис. 5. Оптимальный подвод тепла в цикле 1 - зона тепловых потерь через систему охлаждения; 2 - зона преобразования теплоты в полезную работу |
