Способ работы двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием и непосредственным впрыском топлива
| Вид материала | Документы |
- Управления 8v-двигателя "ваз-2111", 65.16kb.
- Автомобильная электронная техника, 43.82kb.
- Тема: Двигатель внутреннего сгорания (VII класс), 90.9kb.
- 18 Двигатели внутреннего сгорания. Основные характеристики, 55.17kb.
- Урок по физике. 8 класс Тема: «Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания», 113.91kb.
- Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания, 139.75kb.
- «Двигатель внутреннего сгорания». Назначение, 16.86kb.
- Свеча зажигания неотъемлемый атрибут двигателя внутреннего сгорания с легким топливом, 68.79kb.
- Российская федерация федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам, 59.59kb.
- Реферат двигатель внутреннего сгорания, 304.12kb.
Способ работы двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием и непосредственным впрыском топлива
В настоящее время большое распространение получают системы непосредственного впрыска топлива в двигателях с искровым зажиганием. Такие системы обеспечивают повышение топливной экономичности и снижение эмиссии CO2 c отработавшими газами. Применение такой системы открывает новые возможности совершенствования двигателей внутреннего сгорания.
Основной задачей совершенствования современных двигателей внутреннего сгорания является снижение выбросов СО2 (повышение их КПД).
Одним из наиболее эффективных направлений, в некоторой мере решающих данную задачу, является повышение степени расширения продуктов сгорания топлива. Работы в этом направлении ведутся с позапрошлого столетия. Однако реализовать в полной мере это направление не удается вследствие значительного усложнения конструкции двигателя и нарушения процессов, происходящих в двигателе. Повышение степени расширения ведет к повышению теплоиспользования продуктов сгорания, а соответственно и КПД двигателя, а также приводит к снижению его тепловой напряженности и потерь обусловленных диссоциацией продуктов сгорания.
К этому направлению можно отнести следующие методы:
1. Повышение степени сжатия, а соответственно и степени расширения.
2. Преобразование энергии отработавших газов в силовой турбине или турбокомпрессоре.
3. Увеличение степени расширения по отношению к степени сжатия.
Первый метод эффективен, однако возможности повышения степени сжатия, а соответственно и степени расширения ограничены вследствие возникновения детонационного сгорания. В современных двигателях этот метод уже практически себя исчерпал. При этом основным лимитирующим фактором является детонационное сгорание, интенсивность которого растет и при увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя и работе на высокооктановых бензинах.
Второй метод является широко распространенным, несмотря на усложнение и снижение надежности силовой установки на базе двигателя с искровым зажиганием. При этом, как правило, снижают степень сжатия, поэтому повышение КПД двигателя с искровым зажиганием при применении турбокомпрессора незначительно и лишь в ограниченной зоне режимов работы двигателя. Этот метод также практически себя исчерпал.
Третий метод является малораспространенным и на практике применяется только в отдельных случаях. Повышение степени расширения достигается при использовании цикла Аткинсона и Миллера. Другие же циклы и конструкции двигателей с продолженным расширением продуктов сгорания являются трудноосуществимыми, требуют существенного изменения конструкции двигателей. Цикл Аткинсона и цикл Миллера приводят к некоторому повышению КПД двигателя, однако имеют ряд существенных недостатков, не позволяющих существенно повысить его КПД. В цикле Аткинсона впускной клапан остается открытым в течение такта впуска и части такта сжатия, в результате чего часть поступившего в цилиндр свежего заряда возвращается обратно во впускной коллектор. В цикле Миллера впускной клапан закрывается несколько раньше окончания такта впуска и в результате в цилиндр поступает лишь часть свежего заряда. Это приводит к уменьшению свежего заряда в надпоршневой полости, а соответственно и действительной степени сжатия при неизменной действительной степени расширения. При этом устраняется детонационное сгорание, что позволяет уменьшить объем камеры сгорания, т.е. повысить степень сжатия до исходного значения. В результате степень расширения возрастает. Однако эти циклы не нашли широкого применения вследствие относительно незначительного улучшения экономичности двигателей в эксплуатации.
Задачей данной научно-исследовательской работы является поиск технического решения для совершенствования четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием и непосредственным впрыском топлива.
При этом задача поиска технического решения является комплексной и состоит в следующем:
- поиск такого технического решения, которое было бы простым и надежным, практически не требовало бы дополнительных затрат при производстве двигателей и переоборудования производства;
- обеспечение повышения КПД двигателя во всем диапазоне нагрузок двигателя при той же его номинальной мощности;
- обеспечение повышения надежности двигателя;
- возможность поэтапного развития такого решения.
Для решения этой комплексной задачи необходимо рассматривать те системы и механизмы двигателя, несложное преобразование и регулирование которых может оказывать влияние на протекание рабочих процессов двигателя. А также те детали двигателя, которые особенно сильно подвержены воздействию рабочего процесса, снижающего их надежность.
Техническим решением, которое соответствует условиям поставленной задачи, может являться следующий способ работы двигателя внутреннего сгорания.
Предлагаемый способ состоит в том, что в каждом цилиндре двигателя осуществляются последовательно такты впуска, сжатия, сгорания-расширения и выпуска, с дополнительным кратковременным открытием выпускных клапанов на такте сжатия. При этом впрыскивание топлива осуществляется непосредственно в цилиндр двигателя на такте сжатия после их закрытия. В результате этого часть свежего заряда вытесняется поршнем в выпускной канал, т.е. перепускается. Потеря части свежего заряда на такте сжатия приводит к уменьшению действительной степени сжатия, которая восстанавливается до исходной уменьшением объема камеры сгорания. Действительная степень расширения при этом возрастает.
Вытеснение части свежего заряда в выпускной канал сопровождается некоторой очисткой камеры сгорания от остаточных газов, скапливающихся в пристеночных зонах вблизи выпускных клапанов, а истечение свежего заряда через узкую щель выпускных клапанов интенсивно их охлаждает. Снижение температуры свежего заряда и тарелок выпускных клапанов приводит к снижению интенсивности детонационного сгорания топлива, в результате чего появляется дополнительная возможность повышения действительной степени сжатия, что опять же сопровождается ростом степени расширения. При уменьшении объема камеры сгорания также снижается коэффициент остаточных газов. Вместе с ростом теплоиспользования рабочих газов снижается температура стенок камеры сгорания и температура отработавших газов, что приводит к уменьшению подогрева свежего заряда на такте впуска и существенному падению температуры тарелок выпускных клапанов. Эти факторы еще в большей мере снижают интенсивность детонационного сгорания топлива и позволяют далее повышать действительную степень сжатия и соответственно степень расширения.
Диаграмма фаз газораспределения показана на рис.1.
Рис.1 – Диаграмма фаз газораспределения
Предлагаемый способ применим для двигателей с искровым зажиганием только с непосредственным впрыском топлива.
Данная научно-исследовательская работа включает рассмотрение следующих вопросов:
- оптимизация фаз газораспределения и количества теряемого свежего заряда;
- оптимизация действительной степени сжатия и степени расширения;
- оптимизация моментов впрыска топлива и зажигания;
- оценка эмиссии СО2 отработавшими газами;
- оценка повышения надежности двигателя;
- окончательная оценка показателей усовершенствованного двигателя.
Предлагаемая научно-исследовательская работа соответствует условиям конкурса, практически осуществима и требует незначительных капиталовложений.