На основе многолетней научной работы в области испытаний автомобилей и тракторов, а также работ по увеличению установленной мощности двигателя внутреннего сгорания и рационального использования. Предложен способ увеличить мощность силовой установки наземного энергетического средства, работающего на легких углеводородах, путем снижения механических потерь на впуске, создаваемое дроссельной заслонкой. Взамен дроссельной заслонки использовать отработавшие газы.
Ключевые слова: двигатель, дроссельная заслонка, сопротивление свежему заряду, наполнение цилиндров, потери на насосные ходы, рециркуляционные отработавшие газы.
Одним из путей совершенствования бензиновых двигателей является улучшение систем впуска, снижение потерь на впуске. Анализ технических характеристик автомобилей, особенно легковых с бензиновыми двигателями, показывает, что имеется тенденция увеличения мощности двигателей за счет увеличения частоты вращения [2]. Из теории тепловых двигателей известно, что увеличение частоты вращения приводит к росту потерь на впуске и к снижению наполнения двигателя свежим зарядом. Поэтому снижение потерь на впуске является актуальной задачей.
Известно, что регулирование в связи с изменением нагрузки при карбюраторном питании осуществляется дроссельной заслонкой, которая изменяет количество подаваемой в цилиндры двигателя воздушно-топливной смеси, а при инжекторном питании дроссельная заслонка регулирует количество подачи только воздуха.
Использования этого способа регулирования с помощью заслонки приводит к тому, что только на режимах полной загрузки она полностью открыта, а на всех других режимах её положение создает дополнительное сопротивление свежему заряду и на некоторых режимах разряжение в цилиндрах доходит до 0,05МПа. Учитывая, что двигатели автомобилей, особенно легковых, большую часть времени работы используются на режимах с неполной загрузки, то получается, что потери от прикрытия дроссельной заслонки практически всегда присутствуют, что снижает наполнение цилиндров, увеличивает потери на насосные ходы, увеличивает количество остаточных газов в цилиндрах.
Дизельные двигатели, используя качественное регулирование на изменение нагрузки, освобождены от этого недостатка, на различных скоростных и нагрузочных режимах всегда работают на бедных смесях и изменения состава смеси составляет значительный диапазон, коэффициент избытка воздуха (α) изменяется от 1,2...5,5). Это обусловлено тем, что в процессе работы в цилиндрах дизеля на различных скоростных и нагрузочных режимах создаются условия (температура и давление) для самовоспламенения топлива. В отличии от дизеля бензиновый двигатель работает на различных скоростных и нагрузочных режимах в узком диапазоне изменения коэффициент избытка воздуха, который составляет α = 0,8...1,2. При этом необходимо иметь в виду свойство бензина, которое заключается в том, что наибольшая скорость сгорания бензо-воздушной смеси наблюдается при α = 0,85...0,95 и это приводит к получению максимальной мощности. Для различных режимов работы бензинового двигателя (запуск, холостой ход и малые нагрузки, средние и максимальные нагрузки) необходимы свои, строго определенные, составы смеси. На режимах холостого хода (дроссельная заслонка закрыта) в цилиндрах бензинового двигателя коэффициент остаточных газов (γост) составляет более 0,40, а коэффициент наполнения (ηv) менее 0,3, что является результатом создания сопротивления на впуске [2] (рис.1; 2).
Рис. 1. Зависимость давления pα и коэффициентов γости ηVот нагрузки карбюраторного двигателя
Возникает вопрос, возможно ли, изменять состав смеси, но при этом не создавать сопротивление на впуске и потери на насосные ходы? Учитывая, что для снижения максимальной температуры цикла с целью снижения образования оксидов азота, используется рециркуляция отработавших газов, то, по нашему мнению, рециркуляция может быть также использована и для изменения состава смеси, при этом используя избыточное давление отработавших газов на впуске.
Рис. 2. Зависимость коэффициента наполнения ηVи потерь ΔηVот нагрузки дизеля (1- коэффициент наполнения; 4- коэффициент остаточных газов)
Использование непосредственного впрыска бензина в цилиндры приближает работу бензинового двигателя к дизелю, а возросшие возможности и быстродействие электронных элементов, применяемых в автомобилестроении, позволяют решать сложные задачи. Такой решаемой задачей может быть управление составом смеси изменением количества подаваемого топлива и количества рециркуляционных отработавших газов при полностью постоянно открытой дроссельной заслонке. Взаимосвязь между количеством подаваемого топлива и рециркуляционными отработавшими газами, по мнению авторов, будет иметь обратную зависимость, т. е. изменять состав смеси можно управлением рециркуляционных отработавших газов.
На основании изложенного можно предположить, что регулирование состава смеси с помощью рециркуляционных отработавших газов взамен дроссельной заслонки позволит снизить потери на впуске и увеличить наполнение цилиндров.
Оценка эффективности и подтверждения правильности предложенного способа регулирования состава смеси не дроссельной заслонкой, а отработавшими газами, экспериментальными исследованиями будет опубликована в следующих статьях.
Литература:
1. Автомобильные двигатели. Под. ред.М. С. Ховаха. М.: Машиностроение, 1977. — 591с.
2. Современные подходы к созданию дизелей для легковых автомобилей и малотоннажных грузовиков. А. Д. Блинов, П. А. Голубев, Ю. Е. Драган и др. Под. ред. В. С. Папонова и А. М. Минеева. -М.: НИЦ «Инженер», 2000. 332с.
