Увеличение мощности двигателя - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания

Повышение мощности и снижение удельной массы двигателей внутреннего сгорания достигается с помощью применения наддува. Нагнетание в цилиндры предварительно сжатого в компрессоре воздуха увеличивает массу воздушного заряда и количество сжигаемого топлива, вследствие чего возрастает мощность двигателя. Особенно эффективно применение наддува, когда оно сопровождается использованием энергии отработавших газов в газовой турбине. При установке турбокомпрессора мощность двигателя повышается на 40-50% и одновременно на 3-5% снижается удельный расход топлива. Увеличивая давление наддува до 2,5-3,0 кгс/см2 и применяя охлаждение выходящего из компрессора воздуха, так называемое "промежуточное охлаждение", можно достигнуть удвоения мощности, которую двигатель развивает без наддува.

Как показывает анализ изменения литровой Рл (кВт/л) мощности двигателей различных типов, уровень форсирования большинства современных автомобильных двигателей в последние годы находится практически на одном и том же уровне, или изменяется, но не значительно.

Результаты анализа закономерностей изменения литровой мощности для надувных и безнаддувных вариантов бензиновых двигателей приведены на рис. 2.

изменение средних значений литровой мощности рл наддувных и безнаддувных моделей бензиновых двигателей

Рисунок 2 Изменение средних значений литровой мощности Рл наддувных и безнаддувных моделей бензиновых двигателей.

У бензиновых двигателей без наддува значения Рл за последнее десятилетие выросли с 43 до 49 кВт/л. Однако у бензиновых двигателей с наддувом средняя величина Рл оставалась практически постоянной - около 70 кВт/л. По прогнозам фирмы AVL в первой четверти нового столетия бензиновые двигатели достигнут величин литровой мощности 70-80 кВт/л. Очевидно что такие показатели достигаются применением наддува двигателей. Анализ данных по использованию различных видов наддува показывает (рис. 3), что у бензиновых двигателей наддув находит ограниченное применение, практически не превышающее 10%. При этом механический наддув используется довольно редко, хотя его применение и возрастает с 1 % в 1996 г. до 2,6 % в 2005г. Остальную долю в секторе надувных вариантов бензиновых двигателей занимает турбонаддув. Который в настоящее время находит все более широкое применение.

применение различных видв наддува у бензиновых двигателей

Рисунок 3 Применение различных видв наддува у бензиновых двигателей.

Следует отметить, что практически все двигатели с распределенным впрыскиванием бензина имеют настроенные впускные трубопроводы, обеспечивающие газодинамический наддув. При этом все шире применяются впускные трубопроводы с изменяемой геометрией, позволяющие добиться оптимальной настройки трубопровода на различных эксплуатационных режимах.

Также для увеличения мощности возможно применение двухступенчатой схемы турбонаддува рис.4. В двухступенчатой системе большой (низкого давления) и малый (высокого давления) турбонагнетатели соединены последовательно и вместе обеспечивают оптимальный режим работы двигателя во всем диапазоне частот вращения.

При конструировании таких систем специалисты преследуют две противоречивые цели: достижение требуемой мощности двигателя - с одной стороны, устранение турболага (турбоямы) и получение максимального крутящего момента - с другой.

Для анализа конструкций двигателей важным является применяемое количество клапанов на цилиндр. Данные по использованию различного количества клапанов на цилиндр для бензиновых двигателей приведены на рис. 5.

относительное применение различного количества клапанов на цилиндр у бензиновых двигателей

Рисунок 5 Относительное применение различного количества клапанов на цилиндр у бензиновых двигателей.

У бензиновых двигателей, несмотря на значительное применение в прошлом 2 - х клапанов на цилиндр, использование 4 - клапанной схемы неуклонно расширялось, и в настоящее время количество таких конструкций составляет около 70 % всех выпускаемых моделей бензиновых двигателей. Скорее всего эта ситуация сохранится и в дальнейшем.

Однако следует отметить, что несмотря на указанную тенденцию, ряд ведущих автомобильных фирм мира (Ford, Mercedes - Benz и др.) не отказывается от применения 2 - клапанной схемы из-за некоторых позитивных ее особенностей - простоты конструкции клапанного механизма, меньшей суммарной массы клапанов, лучшего наполнения цилиндров при низких частотах вращения вала и благоприятного протекания кривой крутящего момента в зоне эксплуатационных частот вращения. При этом часто производители двигателей удачно сочетают достоинства 2 - клапанной схемы с наддувом или регулированием механизма газораспределения для формирования необходимой характеристики крутящего момента.

Похожие статьи




Увеличение мощности двигателя - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания

Предыдущая | Следующая