Возможность изменения степени сжатия - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания
Впервые мотор с изменяемой степенью сжатия был представлен на Женевском автосалоне в 2000 г. компанией Saab. Пятицилиндровый двигатель объемом 1,6 л развивал чрезвычайно высокую мощность в 225 л. с. и крутящий момент, равный 305 Нм. Расход топлива при средних нагрузках был снижен на 30 %, и в такой же пропорции уменьшилась интенсивность выбросов СО2. Двигатель с изменяемой степенью сжатия был способен работать на различных марках бензина - от А-76 до А-98 - практически без ухудшения характеристик и детонации. Несколько месяцев спустя подобный силовой агрегат представила и компания FEV Motorentechnik. Немного позже в том же году был представлен 1,8-литровый двигатель такого же типа и с подобными характеристиками для Audi A6.
Из-за сложности конструкции эти двигатели не удалость довести до серийного производства, и дальнейшие усилия по совершенствованию двигателей внутреннего сгорания были направлены на внедрение непосредственного впрыска топлива, изменяемой геометрии впускного тракта, турбонагнетателей, гибридных силовых установок и т. д.
Сегодня наиболее близким к осуществлению идеи двигателя с переменной степенью сжатия, никогда не перестававшей интересовать конструкторов и ученых, является проект французской инжиниринговой компании MCE-5 Development. В 2010 г. фирма MCE-5 Development получила серьезную финансовую поддержку консорциума из 12 ведущих европейских автокомпаний и производителей комплектующих - 14 млн долл. США, выделенные группой, будут использованы для вывода мотора MCE-5 VCRi на рынок к 2016-2017 гг.
Разработка представляет собой 4-цилиндровый двигатель рабочим объемом 1,5 л, развивающий мощность 218 л. с. и крутящий момент 300 Нм. Помимо изменяемой степени сжатия, двигатель оснащен непосредственным впрыском, системой изменения фаз газораспределения, что позволяет ему соответствовать всем установленным на перспективу экологическим нормам.
В двигателе MCE-5 степень сжатия может изменяться в интервале от 7:1 до 20:1. Управление степенью сжатия в каждом цилиндре выполняется независимо от остальных цилиндров. Для реализации этой схемы используется довольно сложный механизм. Основной деталью двигателя является срезанное с двух противоположных сторон зубчатое колесо, посаженное на укороченный шатун кривошипно-шатунного механизма. Зубчатое колесо, имеющее форму сектора, одной зубчатой стороной находится в зацеплении с зубчатой рейкой рабочего поршня, а с другой - с зубчатой рейкой управляющего поршня, являющегося рабочим элементом механизма изменения объема камеры сгорания. В этой конструкции двигателя зубчатое колесо на валу коленчатого вала играет роль коромысла. Если это коромысло поворачивать на валу в одну или другую сторону, положение верхней мертвой точки будет смещаться по оси цилиндра также в ту или иную сторону при неизменной величине хода поршня. В свою очередь это приведет к изменению объема камеры сгорания и, соответственно, изменению степени сжатия.
Наклоном коромысла управляет гидромеханическая система, состоящая из поршня с шатуном в виде зубчатой рейки, входящей нижним концом в зацепление с коромыслом с противоположной стороны от рабочего поршня. Камеры над и под управляющим поршнем соединены с системой смазки, а в самом поршне, названном масляным, есть специальный клапан, перепускающий масло из верхней в нижнюю камеру.
Управление клапаном осуществляют с помощью эксцентрикового вала, червячной передачи и электропривода Valvetronic (BMW). Для изменения степени сжатия от 7 до 18 требуется менее 100 мс.
Разработчики заявляют, что наряду с использованием последних разработок для двигателей внутреннего сгорания они стремятся реализовать на своем двигателе процесс HCCI, так как для его осуществления требуется переменная степень сжатия, которую способен развивать MCE-5. В то же время разработчики двигателя отдают себе отчет, что процесс HCCI еще не отлажен и требует много усилий по обеспечению прецизионного управления всеми параметрами, оказывающими влияние на процесс самовоспламенения топлива.
Другой вариант двигателя с изменяемой степенью сжатия разрабатывает производитель спортивных и гоночных машин компания Lotus Cars (Великобритания). Для создания этой силовой установки инженерное бюро компании Lotus объединило свои усилия с известным производителем автомобилей фирмой Jaguar, а также с Королевским университетом в Белфасте.
Авторы новинки утверждают, что, по самым скромным расчетам, двигатель Omnivore будет на 10 % экономичнее лучших образцов бензиновых двигателей с прямым впрыском.
Мотор Omnivore (название происходит от латинского "всеядное животное") представляет собой двухтактный двигатель с прямым впрыском и изменяемой степенью сжатия, способный работать практически на любом виде жидкого топлива - бензине, дизельном и биодизельном топливе, топливном этаноле, спирте и различных их комбинациях.
В верхней части камеры сгорания расположена "шайба" в виде поршня с размещенной в ней свечой зажигания. Принцип действия механизма изменения степени сжатия достаточно прост: шайба, перемещаемая эксцентриковым механизмом, движется вверх или вниз, увеличивая или уменьшая объем камеры сгорания (рис. 8). Такая система позволяет плавно изменять степень сжатия до 40:1, что почти в 4 раза превышает этот показатель для стандартного четырехтактного двигателя (рис. 8). Получить такую высокую степень сжатия позволило, в частности, отсутствие в конструкции двигателя тарельчатых клапанов.
Двухтактные двигатели, которые можно увидеть в любом мотоцикле или мотороллере, обычно обладают малой массой и высокой мощностью. Во многих секторах индустрии мощных спортивных машин эти компактные двигатели были вытеснены более "чистыми" и экономичными четырехтактными моторами. Используя новые технологии, Lotus разрабатывает двигатель, призванный вернуть внимание автомобилестроителей к двухтактным агрегатам.
Концепция Omnivore основана на схеме двигателя с золотниковым газораспределением, однако прямой впрыск, компьютерное управление выпускным клапаном позволяют точно контролировать подачу топлива и рециркуляцию выхлопных газов. В сочетании с высокой степенью сжатия это позволит избавить двухтактные двигатели от характерной для них склонности выбрасывать несгоревшее топливо.
При всей своей перспективности новые силовые агрегаты, несомненно, еще долгое время будут слишком требовательными к обслуживанию и дорогими. Поэтому ожидать запуска двигателей типа DiesOtto в полно масштабное промышленное производство всамом ближайшем будущем не приходится.
Приведенный анализ основных тенденций развития бензиновых двигателей легковых автомобилей дает общее представление о направлении их эволюции и показывает, что потенциал этих силовых установок еще далеко не исчерпан и их совершенствование непрерывно продолжается.
С целью выбора прототипа двигателя для дипломного проекта, мною был сделан краткий обзор характеристик современных бензиновых двигателей в диапазоне мощности 130 - 150 кВт, который приведен ниже.
Похожие статьи
-
Выбор и обоснование исходных данных. Подготовка к расчету конвективного теплообмена в камере сгорания ДВС ведется с помощью программы podknv. exe....
-
Диаметр цилиндра: D=0,081 м. Ход поршня: S=0,077 м. Степень сжатия - отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия: е=9,5. Число цилиндров:...
-
Обзор двигателей - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания
Двигатель 2.0 Turbo 200HP (Opel Astra) Тип двигателя 4-цилиндровый, рядный Рабочий объем, см3 1998 Диаметр цилиндра, мм 86,0 Ход поршня, мм 86,0 Степень...
-
Требуется спроектировать транспортный бензиновый двигатель для автомобиля мощностью: Ne=140 кВт при 6000 об/мин. Основным топливом для данного двигателя...
-
Рисунок 1 Относительное применение различных систем топливоподачи в области бензиновых двигателей. На рис. 1 приведены данные по применению различных...
-
Токсичность двигателя определяется с учетом среднесуточного содержания в атмосфере COx, NOx, SO2. Таблица 17 "Предельно допустимое содержание токсичных...
-
Расчет общего шума двигателя - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания
Расчет уровня шума проводится графоаналитическим методом для точки, удаленной от двигателя на полметра. Двигатель устанавливается на специальный...
-
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВС НА БАЗЕ "РАЗОМКНУТОЙ" СХЕМЫ СИСТЕМЫ РЕСИВЕР - ЦИЛИНДР - КОЛЛЕКТОР S = 77.0 D = 81.0 [мм]; Epsг = 9.5; Lam =...
-
Тепловой расчет проектируемого двигателя - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания
Проектирование двигателей внутреннего сгорания начинается с расчета рабочего цикла. Этот расчет во многом определяет конструктивное исполнение узлов,...
-
Давление конца сжатия: МПа Где: n1 =1,38- показатель политропы Температура конца сжатия: К Расчет процесса сгорания Прежде всего необходимо определить...
-
Вибрация - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания
Вибрация - это механическое колебательное движение системы с упругими связями; движение точки или механической системы, при котором происходит...
-
Целью данного расчета является определение распределения температуры в поршне двигателя внутреннего сгорания и максимального значения температуры, а...
-
При проектировании двигателя предусмотрены следующие мероприятия: 1) Детали поршневой группы, коленчатый вал, газораспределительный механизм, зубчатые...
-
Анализ вредных и опасных факторов Темой данного раздела является обеспечение безопасности при эксплуатации автомобильного бензинового поршневого...
-
Увеличение ресурса двигателя - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания
Вопрос надежности является главным фактором при внедрении различных новинок конструкции двигателей для увеличения их мощности (например внедрение...
-
По заданию на дипломный проект был выполнен расчет температурного и напряженно-деформированного состояния, подтверждающий работоспособность...
-
Выбор материала шатуна Для изготовления шатуна бензинового автомобильного двигателя (n=6000 об/мин) выбираем в качестве материала шатуна сталь 18Х2Н4МА,...
-
Оптимизация рабочего процесса - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания
Оптимизация по углу закрытия впускного клапана Таблица 1. "Оптимизация рабочего процесса по углу закрытия впускного клапана" № Цзвп Pz, бар Ne, кВт Ge,...
-
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...
-
Построение бицентровой диаграммы Брикса. Определим поправку Брикса: , Где L - длина шатуна; R - радиус кривошипа. Построенная бицентровая диаграмма...
-
Основное время : T=(l*i)/(n*s), где N - частота вращения заготовки, n=(200-600)об/мин Сталь 18Х2Н4МА S - подача, мм I - число проходов L=lвр+lп+l0 -...
-
Шум - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания
По физической природе шум, возникающий во время работы двигателя, обусловлен аэродинамическими газодинамическими процессами происходящими в его системах,...
-
Экономическое обоснование проекта - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания
В данном разделе производится приближенная оценка себестоимости будущей продукции и конечной цены проектируемого двигателя. По результатам данного...
-
При эксплуатации двигателя необходимо соблюдать следующие требования безопасности: 1) Не допускается к эксплуатации неисправный силовой агрегат, а также...
-
Улучшение компактности двигателя - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания
На компактность двигателя в первую очередь влияет компоновочная схема. Сравним данные по использованию различных компоновочных схем автомобильных...
-
Динамический расчет - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания
Целью данного расчета является получение действующих сил и моментов, необходимых для расчета на прочность деталей кшм, прогнозирование условий работы...
-
Сила давления газов и сила инерции ПДМ, действующие на расчетном режиме двигателя вдоль оси цилиндра, рассматриваются совместно, поэтому для каждого...
-
Автомобилестроение является одной из быстропрогрессирующих отраслей индустрии. Мировое производство легковых автомобилей в 2010 году составило около 60...
-
Мероприятия по техники безопасности и охране окружающей среды при выполнении ТО2 двигателя внутреннего сгорания Проблема охраны окружающей среды и...
-
Ремонт и восстановление канавок поршней двигателей внутреннего сгорания автомобилей
В большинстве случаев 40-50 % дефектуемых поршней двигателей внутреннего сгорания автомобилей подлежат вторичному использованию. Такая ситуация возможна...
-
Дизельные двигатели (дизели) - Транспортные средства
Дизельными двигателями называются двигатели внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. В дизельном двигателе, изобретенном Рудольфом Дизелем в...
-
Расчет прочности деталей движения - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания
Расчеты прочности деталей двигателя будем проводить по методу Р. С.Кинасошвили при помощи ПЭВМ в соответствующей программе. Материал коленчатого вала -...
-
План обработки шатуна - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания
Материал Сталь 18Х2Н4МА. Заготовка штамповка. Таблица 8. "План обработки шатуна". № Наименование операции Оборудование База Приспособления T, мин Рис. 1...
-
Определение ПДМ и НВМ Определим следующие величины: Радиус кривошипа: , Параметр л выбран из прототипа: , Тогда длина шатуна будет равна: , Реальный КШМ...
-
Разборку карданного шарнира, при помощи струбцины, показанной на Извлекаем стопорные кольца подшипников одной вилки. Если есть возможность, лучше...
-
Наиболее оптимальным методом организации технического обслуживания АТП представленного в данном курсовом проекте является метод комплексных бригад. Метод...
-
Топливо . В соответствии с ГОСТ 305-82 для рассчитываемого двигателя принимаем дизельное топливо (для работы в летних условиях - марки Л и для работы в...
-
Как отмечал А. И. Колчин и В. П. Демидов [ ] тепловой расчет позволяет с достаточной степенью точности аналитическим путем определить основные параметры...
-
Карбюраторные поршневые двигатели - Транспортные средства
Карбюраторный двигатель состоит из Кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, систем питания, смазки, охлаждения и электрооборудования. В...
-
Низшая теплота сгорания топлива может быть определена по формуле Д. И.Менделеева [4]: QH=33,9?С+103?Н-10,9? (О-S)- 2,5?W Полагая С=84%,...
Возможность изменения степени сжатия - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания