Разработка автомобильного двигателя мощностью 90 кВт

дипломная работа

2.1 Тенденции развития рабочего процесса

Анализ имеющейся технической информации по двигателям зарубежных аналогов показывает, что основной тенденцией развития рабочего процесса, отслеживающейся на протяжении последних десятилетий, является снижение выбросов токсичных веществ и расхода топлива. Она же, по всей видимости, сохранится и в ближайшем будущем.

Для принятия оптимальных решений по концепции рабочего процесса двигателей после 2000 г. необходимо провести ряд работ по проверке эффективности, технологической возможности и экономической целесообразности следующих направлений.

Повышение степени сжатия рабочего тела. При этом ограничение детонации на режиме полных нагрузок снимаются устройствами, снижающими давление конца сжатия или ограничивающими максимальное давление сгорания. К примеру, такое решение реализовано в серийном двигателе фирмы Mazda, где достигнуто снижение расхода топлива на автомобиле 10…15%

Использование двигателей уменьшенного рабочего объема при повышении мощностных показателей за счет применения наддува. Такое решение на автомобиле Мерседес класса “С” дало экономию расхода топлива 14% (2,3 л. с компрессором, 142 кВт, против 2,8 л., 142 кВт). Часто применяется акустический наддув, в том числе и управляемый. Данное мероприятие реализуется применением впускной трубы с переменной длиной воздушного тракта. Обычно такая система является двухрежимной. Для работы двигателя на высоких оборотах, соответствующих максимальной мощности, реализуется короткий трубопровод; при настройке на обороты, близкие к зоне максимального момента - длинный. Поток воздуха направляют заслонки с сервоприводом. Подобная система есть, например, в новейших моторах ЕСОТЕС фирмы OPEL.

Отключение части цилиндров на режимах малых нагрузок. По данным фирмы Альфа Ромео снижение расхода топлива:

Ш при отключении топливоподачи - до12%;

Ш при отключении топливоподачи и закрытии клапанов - до 25%;

Ш при полном отключении части цилиндров - до 40%.

Использование частичного качественного регулирования двигателя на "бедных смесях", за счет применения:

Ш организации тангенциального вихревого движения заряда, обеспечивающего более качественное смесеобразование и сгорание. Достигнутый на двигателях ВАЗ 2106, 21063 эффект по расходу топлива 3…5%, по токсичным выбросам 30…50%;

Ш организации управляемого расслоенного смесеобразования с формированием продольного вихревого движения заряда за счет направленного впрыска топлива и струйной подачи дополнительного воздуха на открытый впускной клапан;

Ш непосредственного впрыска топлива в цилиндры (реализовано в двигателе фирмы Мицубиси);

Ш снижения энергии воспламенения смеси за счет микродобавок легко воспламеняемых компонентов (водород).

Ш повышения энергии и количества источников воспламенения. Один из способов повышения эффективности системы зажигания - камера сгорания с несколькими свечами зажигания. В этом случае значительно сокращается путь фронта пламени, распространяющегося по камере сгорания, а следовательно, повышается скорость сгорания топливо-воздушной смеси, расширяются пределы ее обеднения, улучшаются антидетонационные свойства двигателя. Так, две синхронно работающие свечи, установленные на серийном двигателе NISSAN, обеспечили возможность его работы на стехиометрической смеси с 33%-ой рециркуляцией отработавших газов, что резко снизило выбросы оксидов азота. Но и это не предел: если система зажигания использует 2 свечи и сделать асинхронным, то, по данным НАМИ, эти выбросы можно уменьшить еще на 10-15%. Причем, одновременно заметно улучшатся и антидетонационные качества двигателя. Экзотическую четырех свечевую систему разработала фирма MAZDA для своего экспериментального четырех клапанного двигателя рабочим объемом 1290 см3. На нем три свечи располагаются по периферии шатровой камеры сгорания и одна в центре. Для создания интенсивного вихря на впуске на частичных нагрузках, отключается один из двух впускных каналов. Двигатель имеет степень сжатия 12 и оборудован антитоксичной системой с трехкомпонентным нейтрализатором. По данным фирмы, распространение пламени от периферии к центру предотвращает проникновение несгоревшей смеси в щели между гильзой, поршнем и верхним компрессионным кольцом и в масляную пленку, уменьшает жесткость процесса и температуру сгорания, благодаря чему снижаются выбросы углеводородов и оксидов азота при сохранении термического КПД. Отмечается улучшение на 16% топливной экономичности по сравнению с базовым односвечным двигателем, работающим на стехиометрической смеси, и на 12% при работе с одной центральной свечой на бедных смесях.

Применение форсунок с регулируемыми параметрами факела совместно с системами раннего испарения топлива (электроподогрев).

Отработка алгоритмов управления составом смеси на переходных режимах с применением широкополосного ?-зонда и моделированием настенной топливной пленки.

Управление фазами ГРМ по нагрузочному и скоростному режимам работы двигателя. Использование регулируемой системы впуска для повышения крутящего момента двигателя в зоне низких оборотов коленчатого вала при сохранении высоких мощностных показателей. Практически реализовано несколько схем механизма изменения фаз. Большинство фирм использует сервопривод, который через специальную передачу изменяет угловое положение распределительного вала. Такой механизм применим на тех двигателях, где впускными и выпускными клапанами управляют разные распределительные валы. BMW сегодня предлагает два варианта этой системы (фирменное название - VANOS). Более простой изменяет только угловое положение распределительного вала, управляющего впуском, и применяется на шестицилиндровых бензиновых двигателях с 1993 г. На модели М3 установлен механизм, получивший название "Double VANOS", который изменяет положение обоих валов. Такая система значительно дороже и требует дополнительного обслуживания, зато результаты впечатляют. Крутящий момент мотора BMW - М3 близок к максимальному в диапазоне от 3000 до 6000 об/мин коленчатого вала. Свой путь избрала японская фирма HONDA. На ее двигателях, оснащенных системой VTEC, распределительный вал снабжен "лишними" кулачками. Клапанами управляют кулачки с разным профилем, позволяя изменять в зависимости от режима работы не только фазы, но и высоту подъема клапана. Результаты - 160 л.с. (117 кВт) и 150 нм для двигателя объемом 1595 см3.

Делись добром ;)