Что такое степень сжатия дизельных двигателей
Степень сжатия дизельного двигателя
В любом автомобиле двигатель является очень сложной системой, и дизельный не исключение. Они состоят из различных механизмов и сложных систем.
Когда происходит взаимодействие всех систем и механизмов, в двигателе образуется энергия, которая преобразуется во время сгорания смеси, образуемой из воздуха и топлива и далее кривошипно-шатунный механизм преобразует поступательно-возвратное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Содержание:
Что такое степень сжатия дизельного двигателя
Степенью сжатия является соотношение между полным объемом цилиндра, когда поршень располагается в нижней мертвой точке (НМТ) и объемом камеры сгорания во время достижения поршнем верхней мёртвой точки (ВМТ).
Такое соотношение показывает разницу в давлении, которое образуется в цилиндре мотора при попадании в него топлива. В документах, которые идут вместе с двигателем, такое соотношение указывается при помощи математических расчетов, например 18:1. Наилучшая степень сжатия в таком двигателе располагается в диапазоне от 18:1 до 22:1.
Принцип работы
В дизельных моторах в процессе сжатия, то есть когда происходит движение поршня к ВМТ, происходит очень быстрое сокращение объёма цилиндра. В итоге в камере сгорания располагается только воздушная масса, именно она сжимается, такой процесс носит название такт сжатия.
Когда к ВМТ подходит поршень, сжатие воздуха происходит на необходимую степень, происходит подача топлива в камеру сгорания под высоким давлением.
Топливо-воздушная смесь при образованном высоком давлении мгновенно воспламеняется и создает повышенное давление в камере, поршень в такой момент как раз проходит ВМТ. Одним из преимуществ дизеля является то, что смесь возгорается только от давления, нет необходимости в сложной и высокоточной системе зажигания. Но роз без шипов не бывает — обратной стороной повышенного давления является особое внимание к герметизации соединений и наличие топливного насоса высокого давления (ТНВД), штуки прецизионной и очень капризной. В процессе сгорания смеси образуется сильное давление, которое начинает давить на поршень и вести его к НМТ. При помощи шатуна все поршневые движения преобразуются во вращение коленчатого вала.
Процесс образования давления при возгорании смеси, которое заставляет передвигаться поршень к НМТ, носит название рабочий ход.
Степень сжатия играет особую роль в такте сжатия. Чем больше степень, тем быстрее и легче воспламеняется смесь, которая полностью сгорает и образует требуемое давление.
Если степень сжатия дизельного двигателя имеет высокий показатель, то она будет создавать высокую мощность при низком заборе топлива. Но у них степень сжатия способна варьироваться в оптимальном диапазоне, который нарушать не стоит, и это не просто так:
- Если образовалась степень сжатия ниже допустимого диапазона, то значительно понижается мощность показателя, а объем потребляемого топлива начнет расти;
- Если образовалась степень сжатия выше необходимого диапазона, то образуется сильная нагрузка на цилиндры и поршни, в результате они быстро изнашиваются.
- Если произошло сильное увеличение степени сжатия, поршень начинает прогорать, а шатун изгибаться.
Зафиксированы случаи, когда при сильном повышении сжатия происходил взрыв всей системы без возможности ее восстановления.
Разница степени сжатия бензинового и дизельного двигателей
Степень сжатия и количество расхода топлива считаются основными показателями в обоих видах двигателей. Так как между сжатием и мощностью существует прямая зависимость.
В двигателях на бензине показатель сжатия находится на отметке 12 единиц, а у дизельных моторов данное число варьируется от 13 до 25 единиц.
Показателем экономичности является удельный расход топлива. Его прямой функцией является определение объема сжигаемого топлива во время работы при мощности 1 кВт за один час.
Бензиновые двигатели за час сжигают около 305 граммов топлива, в то время как дизельные всего 200 граммов.
К тому же у бензиновых моторов существует один существенный недостаток, у них низкая тяга во время работы на холостых оборотах. Очень часто двигатель глохнет, если совершается попытка движения на низких оборотах. А вот у дизельных двигателей такого недостатка нет.
Степень сжатия в двигателе играет очень важную роль, и за этим показателем рекомендуется следить, чтобы мотор работал долгое время, а основные запчасти не изнашивались за короткое время. Вмешиваться в систему, которая создана производителем, нежелательно, но если такая необходимость возникла, то лучше предоставить это дело специалисту.
НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ
Издатель ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Н.Э. Баумана». Эл № ФС 77 — 48211. ISSN 1994-0408
Россия, Уфимский государственный авиационный технический университет
Создание экологически безвредного и экономичного рабочего процесса поршневого двигателя внутреннего сгорания является одной из основных задач современного энергетического машиностроения. Из теории поршневых двигателей [1] известно, что с увеличением предварительного сжатия рабочего тела, уменьшается количество топлива, необходимое для получения единицы мощности. То есть для повышения эффективности перспективного рабочего процесса необходимо увеличение степени сжатия.
Такой способ повышения эффективности рабочего процесса уже был неоднократно использован на практике. Так, значение степени сжатия бензиновых автомобильных двигателей 30 – 40-х годов находилось в пределах 4 – 6. Современные двигатели с принудительным воспламенением имеют степень сжатия ≈ 11. Однако дальнейшее увеличение этого значения ограничено возникновением детонации.
Двигатели с самовоспламенением работают при значениях степени сжатия ≈ 15 – 20, что обеспечивает возгорание топлива. Уже при таких значениях степени сжатия значительно повышается максимальное давление и жесткость сгорания цикла. Это приводит к увеличению нагрузки на детали цилиндропоршневой группы и ужесточению требований к прочности конструкции двигателя, что, в свою очередь, вызывает рост механических потерь и увеличение массы двигателя. По этим причинам степень сжатия современных дизельных двигателей также ограничивается в районе 20.
Однако, не смотря на имеющиеся ограничения по степени сжатия для обоих типов поршневых двигателей, в настоящее время ведутся исследования возможности создания работоспособных двигателей со степенью сжатия более 25. Так, например, в работе [2] проведено численное исследование дизельного двигателя со степенью сжатия 30. Подвод теплоты здесь предлагается осуществить в начале процесса расширения. При этом условия в камере сгорания во время впрыска должны обеспечить самовоспламенение не только дизельного топлива, но и бензина.
Таким образом, при создании перспективного высокоэффективного рабочего процесса выбор степени сжатия является принципиальным вопросом, требующим решения на самых ранних этапах реализации проекта.
Цель работы заключается в выявлении преимуществ реализации сверхвысоких степеней сжатия и определении оптимального диапазона степеней сжатия перспективного высокоэффективного рабочего процесса. Для достижения поставленной цели необходимо исследовать влияние степени сжатия на эффективные показатели двигателя.
Методика исследования
В качестве объекта исследования был выбран четырехтактный одноцилиндровый дизельный двигатель YANMAR L -100 C (степень сжатия в серийном исполнении составляет 19,3). Расчеты проводились в системе имитационного моделирования ДВС «Альбея», разработанной на кафедре ДВС Уфимского государственного авиационного технического университета. Эта система позволяет определить индикаторные и эффективные показатели двигателя в любой момент времени [3, 4, 5].
Для подтверждения адекватности модели были проведены расчеты параметров цикла и эффективных показателей двигателя YANMAR L -100 C , которые были сопоставлены с данными экспериментального исследования и результатами индицирования. Условная продолжительность сгорания была определена из экспериментальных данных и составила 89 градусов угла п.к.в. Наилучшее совпадение расчётных и экспериментальных кривых давления и скорости нарастания давления в цилиндре было получено при значении показателя характера горения m = 0,1.
Из результатов сопоставления, представленных на рис. 1 и 2, видно, что используемая модель достаточно точно описывает исследуемый двигатель YANMAR L -100 C .
Рис. 1. Сопоставление расчётной и экспериментальной кривых давления и скорости нарастания давления (dP/dφ) в цилиндре двигателя YANMAR L -100 C ( n = 3100 об./мин., α = 1,36):
1. Давление в цилиндре, эксперимент.
2. Давление в цилиндре, расчёт.
3. Скорость нарастания давления (dP/dφ), эксперимент.
4. Скорость нарастания давления (dP/dφ), расчёт.
Рис. 2. Сопоставление расчётной и экспериментальной внешних скоростных характеристик двигателя YANMAR L -100 C :
1. Эксперимент. 2. Расчёт.
Для оценки влияния степени сжатия на эффективные показатели двигателя, необходимо было корректно выбрать параметры характеристики выгорания. Показатель характера горения задавался двумя значениями: m = 0.1, соответствующее серийному исполнению двигателя, и m = 3, как наиболее типичное для бензиновых двигателей.
Условная продолжительность сгорания также задавалась значениями, характерными для современных бензиновых и дизельных двигателей (50 и 89 градусов угла поворота коленчатого вала (УПКВ) соответственно). Кроме того было дополнительно выбрано третье значение, соответствующее 30 градусам УПКВ. В традиционных двигателях сокращение продолжительности теплоподвода менее 40 – 50 градусов УПКВ вызывает сильный рост механической и тепловой нагрузки на двигатель [1], но в данном случае предполагалось, что при сверхвысоких степенях сжатия теплоподвод может начинаться после прохождения поршнем верхней мертвой точки. В таких условиях высокая скорость выгорания, а, соответственно и короткая условная продолжительность сгорания, будут благотворно влиять на эффективность рабочего процесса.
При расчётах зависимостей параметров исследуемого двигателя от степени сжатия угол начала теплоподвода выбирался из условия получения максимального эффективного КПД. Частота вращения коленчатого вала, используемая в расчетах, равна 3100 об/мин, что примерно соответствует режиму наибольшей эффективности.
Обсуждение результатов
На рис. 3 и 4 представлены расчетные зависимости эффективного КПД от степени сжатия исследуемого двигателя при показателе характера горения m = 3 и 0,1 соответственно. Коэффициент избытка воздуха α = 1,36.
Рис. 3. Зависимость эффективного КПД от степени сжатия при показателе характера горения m = 3 и различных условных продолжительностях сгорания:
1. ϕ z = 30 град. УПКВ, 2. ϕ z = 50 град. УПКВ, 3. ϕ z = 89 град. УПКВ.
Рис. 4. Зависимость эффективного КПД от степени сжатия при показателе характера горения m = 0.1 и различных условных продолжительностях сгорания:
1. ϕ z = 30 град. УПКВ, 2. ϕ z = 50 град. УПКВ, 3. ϕ z = 89 град. УПКВ.
Во всех рассматриваемых условиях при переходе в диапазон сверхвысоких степеней сжатия (до значения 30) наблюдается снижение эффективного КПД цикла. Так, при повышении степени сжатия с 19,3 до 30 и значении показателя характера горения m = 3 эффективный КПД цикла падает на 14,3%, 14,4% и 18,3% для условной продолжительности сгорания ϕ z = 30, 50 и 89 градусов УПКВ соответственно. Для значения m = 0,1 падение эффективного КПД составляет 15,9%, 16,1% и 17,8% с тем же соответствием.
В то же время понижение степени сжатия исследуемого двигателя с 19,3 до 15 не вызывает понижения эффективного КПД цикла, а, напротив, ведет к его увеличению. Так при значении показателя характера горения m = 3 и ϕ z = 30 градусов УПКВ отмечается рост эффективного КПД цикла на 4,2%. При значениях условной продолжительности сгорания ϕ z = 50 и 89 градусов УПКВ рост составляет 4,1% и 6,1% соответственно. Аналогичная картина наблюдается и при значении показателя характера горения m = 0,1: рост эффективного КПД цикла на 5,1%, 5,3% и 6,1% соответственно для ϕ z = 30, 50 и 89 градусов УПКВ.
В случае снижения степени сжатия с 19,3 до 12,5 и значении показателя характера горения m = 3 рост эффективного КПД составил 4,4%, 4,4% и 7,4% для ϕ z = 30, 50 и 89 градусов УПКВ соответственно. При значении m = 0,1 соответствующее повышение эффективного КПД составило 5,1%, 5,3% и 6,1%.
Необходимо ещё раз обратить внимание на то, что при проведении расчетов угол начала теплоподвода выбирался из условия получения максимального эффективного КПД. Значения угла начала теплоподвода представлены в таблице 1.
Значения угла начала теплоподвода в расчетах зависимости эффективного КПД от степени сжатия исследуемого двигателя ( n = 3100 об/мин, α = 1,36), градус до ВМТ.
Степень сжатия дизельного двигателя – как увеличить параметры?
Знаете ли вы, как работает сердце вашего автомобиля – двигатель? Какие процессы происходят, когда вы давите на педаль газа или когда переключаете скорости? Не стоит открещиваться от этих знаний – чем лучше вы узнаете свой автомобиль, тем раньше почувствуете возможную неисправность. Одна из важных характеристик – степень сжатия двигателя.
Изучаем теорию – что происходит внутри камеры сгорания?
Степень сжатия в теории – это соотношение объема в пространстве над рабочим поршнем в момент, когда он проходит нижнюю мертвую точку, к объему в камере над поршнем в момент прохождения верхней мертвой точки. Это определение выражает разницу давления в самой камере сгорания в момент, когда происходит впрыск топлива в цилиндр.
В повседневной жизни часто путают степень сжатия с другим понятием, а именно с компрессией дизельного двигателя, однако на практике это два разных термина. Компрессия – это наибольшее давление поршнем в цилиндре на момент его прохождения от нижней мертвой точки к верхней. Эту величину измеряют в атмосферах.
Степень сжатия измеряют математическим соотношением, к примеру, 19:1. Для дизельных двигателей наилучшим считается соотношение в рамках от 18 до 22 к 1. При такой степени сжатия сердце автомобиля будет работать наиболее эффективно. Использование топлива связано напрямую со степенью сжатия. Чем больше давление поднимается в камере и больше сжатие, тем экономичней будет расход топлива, при этом полученная мощность может увеличиваться.
Степень сжатия на практике – как это происходит?
Сгорание топливной смеси в двигателе происходит при взаимодействии смешанных паров топлива и воздуха. При возгорании смеси происходит ее расширение, в результате чего увеличивается давление в камере. Коленчатый вал при этом выполняет обороты, соответственно двигатель выполняет один такт полезной работы. В наше время уже практически не выпускаются дизельные двигатели с низкой степенью сжатия, так как в этом нет необходимости, также и низкооктановое топливо практически исчезло с рынка. Все стремятся к более экономичным и высокооборотистым двигателям с большей степенью сжатия.
Увеличения степени сжатия можно добиться за счет уменьшения камеры сгорания дизельного двигателя. Но при таких изменениях инженерам на заводах приходятся искать компромиссное решение, потому что нужно сохранить давление в камере, а также уменьшить объем сжигания топлива. Одним из способов увеличения сжатия является расточка блоков головки цилиндра – степень сжатия при этом увеличивается, а объем сгорания топлива в камере уменьшается. При этом цилиндр сохраняет свой рабочий объем, и объем двигателя не меняется.
Изменение степени сжатия – как улучшить показатели?
В наше время инженеры нашли альтернативный способ повысить давление в камере сгорания – это установка турбо-нагнетателя. Установка данного устройства приводит к увеличению давления в камере внутреннего сгорания, при этом объемы самой камеры изменять не нужно. Появление подобных устройств привело к существенному увеличению мощности, вплоть до 50 % от изначальных цифр. Достоинством нагнетателей является возможность их установки своими руками, хотя лучше всего поручить эту задачу специалистам.
Принцип работы нагнетателей всех типов сводится к одному простому действию, которое понятно даже детям. Мы знаем, что мотор автомобиля работает благодаря постоянному сгоранию топливно-воздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя. Производители устанавливают оптимальное соотношение поступающих в цилиндры топлива и воздуха – последний попадает в камеру сгорания благодаря созданию разреженной атмосферы на такте впуска. Нагнетатели же позволяют в тот же объем камеры сгорания подать на впуске больше горючего и воздуха. Соответственно, увеличивается количество энергии при сгорании, растет мощность агрегата.
Однако автолюбителям не стоит увлекаться чрезмерным увеличением исходных показателей своего «железного коня» – при возрастании количества тепловой энергии увеличивается и амортизация деталей двигателя.
Быстрее прогорают поршни, изнашиваются клапаны, выходит из строя система охлаждения. Причем если турбонаддув можно установить своими руками, то ликвидировать последствия этого эксперимента далеко не всегда возможно даже в хорошей автомастерской. В особо неудачных случаях модернизации авто его «сердце» может попросту взорваться. Вряд ли нужно объяснять, что страховая компания откажется выплачивать вам какие-либо компенсации по этому прецеденту, возложив всю ответственность исключительно на вас.
В дизельных двигателях отсутствует дроссельная заслонка, в результате этого появилась возможность лучше и эффективней наполнять цилиндры независимо от оборотов. На очень многих современных автомобилях устанавливают такое устройство, как интеркулер. Он позволяет увеличить массу наполнения в цилиндрах на 20 %, что и поднимает мощность двигателя.
Увеличенное давление степени сжатия дизельного двигателя не всегда носит положительный характер и не всегда поднимает его мощность. Рабочая степень сжатия может находиться уже возле своего предела детонации для данного типа топлива, и дальнейшие её увеличение способно снизить мощность и время работы двигателя. В современных автомобилях давление в камере сгорания постоянно находится под управлением и контролем электроники, которая быстро реагирует на изменения работы в двигателе. Прежде, чем выполнить какие-либо операции по увеличению параметров современного «железного коня», обязательно проконсультируйтесь со специалистами.
Какие бывают дизели
В последние годы растет интерес автомобилестроителей к дизельным двигателям. Сейчас почти все крупные фирмы оснащают ими часть своих легковых моделей. О грузовых машинах, автобусах, фургонах и говорить не приходится: на подавляющем большинстве западноевропейских, японских американских стоят дизели. Все значительнее их доля и в производстве наших грузовиков и автобусов. В ряде стран практически не встретишь такси с бензиновым двигателем, хотя автомобиль с дизелем дороже и тяжелее, более дымен и шумен, у него хуже скоростные и динамически качества.
Но все эти недостатки дизеля «искупаются» тем, что он потребляет меньше топлива, которое вдобавок часто стоит дешевле бензина. Так не идет ли дело к постепенному вытеснению бензинового мотора? Нет. При выборе типа двигателя решающее значение имеют условия эксплуатации, в первую очередь годовой пробег: чем он больше — тем быстрее покрывается разница в цене автомобилей с дизелем и бензиновым мотором. Так, в некоторых странах более высокие затраты на приобретение автомобиля с дизелем компенсируются уже за 20 тысяч километров: после этого эксплуатация дизельного автомобиля становится выгоднее. Отсюда и предпочтение дизелям для такси, грузовиков, автобусов, фургонов: все они имеют большие годовые пробеги.
Конечно, в разных странах величина «компенсирующего» пробега колеблется. Она зависит от разницы цен на дизельное топливо и бензин, а также от налоговой политики. Поэтому и доля легковых автомобилей с дизелями в разных странах неодинакова.
Предкамерный дизель. Объем предкамеры — 20-40% от общего объема камеры сгорания; степень сжатия — 20-21.
Чтобы разобраться, почему дизельный двигатель экономичнее бензинового, надо сравнить особенности их конструкции и рабочие процессы. Как известно, в двигателях обоих типов после такта сжатия сгорает смесь топлива с воздухом. В бензиновом эта смесь приготавливается в карбюраторе или во впускной трубе, куда топливо впрыскивается форсункой, и воспламеняется в камере сгорания от искры.
Таким образом, в цилиндр бензинового двигателя всасывается смесь топлива с воздухом. В дизеле всасывается чистый воздух, а в конце такта сжатия, когда температура сжатого воздуха становится достаточно высокой, в камеру сгорания впрыскивается топливо. Здесь оно должно успеть распылиться, смешаться с воздухом и воспламениться. На эти процессы в дизеле отведен очень короткий промежуток времени: он соответствует повороту коленчатого вала на 20-40° против почти 360° в бензиновом. При этом надо учесть, что вал вращается с частотой 4500-4800 об/мин: на таких оборотах работают современные дизели легковых автомобилей. Становится ясно, что их топливная аппаратура должна удовлетворять весьма высоким требованиям. Здесь мы подошли к самому сложному этапу создания дизельного двигателя — к организации его рабочего процесса.
Итак, за очень короткий отрезок времени топливо необходимо впрыснуть в камеру сгорания и смешать с воздухом, а для этого — тонко распылить. Если капли топлива будут слишком крупными, они не успеют сгореть за отводимое им для этого время. Несгоревшее топливо вылетит в выхлопную трубу в виде темного дыма, а также напомнит о себе повышенным расходом. Но недостаточно хорошо распылить топливо: его, как уже говорилось, нужно тщательно перемешать с воздухом, чтобы обеспечить полное сгорание. Для этого используют разные методы. В основном они сводятся к завихрению воздуха, в который и подают топливо. Организовать интенсивное движение воздуха в цилиндре оказывается не так просто. В современных двигателях для этого, например, камеру сгорания разделяют на несколько частей, обычно на две. Такие камеры называют двухполостными. При этом одна часть является основной, а другая — дополнительной. В последней и происходит интенсивное перемешивание топлива с воздухом и его воспламенение.
Вихрекамерный дизель. Объем вихревой камеры — 50-80% от общего объема камеры сгорания; степень сжатия — 20-23.
Дело в том, что при сжатии давление воздуха в основной камере сгорания нарастает быстрее, чем в дополнительной, поэтому воздух перетекает из основной в дополнительную камеру. В автомобильных двигателях в основном применяют два варианта дополнительных камер. В первом она представляет собой тело вращения. Воздух подается в нее вдоль оси вращения, а топливо впрыскивается навстречу воздуху. При этом происходит интенсивное перемешивание топлива с воздухом и воспламенение. Такие двигатели называют предкамерными (форкамерными). Камеры другого типа имеют форму сферы, куда воздух подводится по каналу (или каналам), направление которого касательно к сферической поверхности. При этом в дополнительной камере происходит интенсивное вращательное движение воздуха, а топливо впрыскивается (в большинстве случаев) перпендикулярно к направлению движения воздуха. При этом также происходит интенсивное перемешивание топлива с воздухом и воспламенение. Эти двигатели называют вихрекамерными. В результате воспламенения резко повышается давление в дополнительной камере, и горящие газы перетекают в основную, где и происходит их догорание и расширение, то есть рабочий ход. Как вихрекамерные так и предкамерные двигатели надежны в работе, обладают неплохой экономичностью и требуют сравнительно невысокого (120-150 кгс/см2/12-15 МПа) давления впрыска. Это очень важно: создаются условия для использования сравнительно простой топливной аппаратуры, в частности, одно дырчатых форсунок. Практически все выпускаемые в настоящее время дизели легковых автомобилей являются вихрекамерными или предкамерными.
Другой тип дизелей — с камерой сгорания, образованной полостью между днищем поршня и головкой цилиндра (при положении поршня в верхней мертвой точке). Такие камеры называют однополостными, поскольку они представляют собой единый объем, в который и впрыскивают топливо, и вот почему сами дизели именуют также двигателями с непосредственным впрыском топлива. Основной объем камеры сгорания здесь образует, как правило, выемка в днище поршня.
Дизель непосредственным впрыском топлива. Степень сжатия — 13-18.
У однополостных камер при одинаковом с двухполостными объеме меньше площадь поверхности, через которую тепло, образовавшееся в процессе сгорания, уходит в охлаждающую среду. У них не теряется энергия на перекачивание газа из одной полости в другую.
Благодаря этому дизели с непосредственным впрыском имеют более высокий КПД и, следовательно, лучшую (примерно на 15%) экономичность, чем вихрекамерные и предкамерные.
Для организации рабочего процесса с непосредственным впрыском необходимо решить уже известные нам задачи подать топливо в камеру сгорания достаточно тонко его распылить и хорошо перемешать с воздухом.
Качество распыливания и «дальнобойность» топливного факела обеспечивают более высоким, чем при разделенных камерах, давлением впрыска (200—1500 кгс/см2 /20—150 МПа), а для равномерного распределения топлива по объему форсунки делают с несколькими (пятью—семью) отверстиями. Аппаратура, рассчитанная на большее давление, несколько сложнее и дороже, чем для предкамерных и вихрекамерных дизелей.
Дизель с пленочным смесеобразованием. Степень сжатия — 13-18.
Но процесс, давно освоенный на двигателях среднего и большого литража (грузовиков, тракторов, судов), оказывается непросто осуществить на моторе со сравнительно малым объемом камеры сгорания и цилиндра. В однополостной камере одновременно воспламеняется больший объем смеси, чем в разделенной, быстрее нарастает давление газов, а значит, и нагрузки на детали шатунно-поршневой группы. Такую работу двигателя называют жесткой. Она сопровождается повышенным шумом. Из-за высоких нагрузок поршни, шатуны коленчатый вал приходится делать более массивными, поэтому двигатель получается тяжелее. Из-за этих недостатков он неприемлем для легкового автомобиля.
Разработаны такие однополостные камеры, где перемешивание топлива с воздухом и его воспламенение происходит не во всем объеме одновременно. Часть топлива направляется на стенку камеры и растягивается воздухом в тонкую пленку. По мере испарения оно подхватывается воздушными вихрями и последовательно вводится в очаг сгорания. Вначале воспламеняется небольшое количество топлива; благодаря этому давление нарастает постепенно и дизель работает мягче. Если на стенки направляется почти все впрыскиваемое топливо, смесеобразование называют пленочным, если часть его — объемно-пленочным.
Но для легковых автомобилей достигнутая таким путем экономичность еще недостаточна. Поэтому ищут новые способы организовать турбулентное движение воздуха в камере: устанавливают по два впускных клапана на цилиндр, создают новые типы форсунок и распылителей — специально для малолитражных дизелей. Вместо четырехцилиндровых двигателей предлагают трехцилиндровые: у них больше объем одного цилиндра (при равном суммарном) значит, легче организовать рабочий процесс Задача создания малолитражного двигателя с непосредственным впрыском, конечно, будет решена, но потребует немалых усилий.
Познакомившись с особенностями конструкции дизелей, вернемся к вопросу о том, почему они более экономичны, чем бензиновые двигатели. Тут несколько причин. Основные — различия в системах регулирования и величинах степени сжатия.
Сравнение топливной экономичности легковых автомобилей с различными двигателями: 1 — типичный бензиновый; 2 — бензиновый с улучшенным рабочим процессом; 3 — вихрекамерный дизель; 4 — дизель с непосредственным впрыском.
Регулирование работы дизеля (изменение его мощности) осуществляется увеличением или уменьшением подачи топлива в цилиндр. Работа бензинового двигателя регулируется прикрытием или открытием дроссельной заслонки карбюратора. 3десь необходимо напомнить, что сжатие воздуха в цилиндре дизеля или рабочей смеси в бензиновом двигателе начинается при давлении ниже атмосферного, то есть при некотором разрежении. Оно возникает в результате того, что во время всасывания впускной клапан и впускной тракт оказывают значительное сопротивление потоку смеси или воздуха. Поэтому когда поршень находится в нижней мертвой точке перед тактом сжатия в цилиндре — разрежение. В итоге фактическая степень сжатия всегда ниже геометрической (той, которая должна быть, если бы сопротивление впускного тракта равнялось нулю и сжатие начиналось с давления, равного атмосферному). У бензинового двигателя очень большое сопротивление создает дроссельная заслонка. Когда она прикрыта, то есть водителю не нужна полная мощность двигателя, разрежение в цилиндре достаточно велико, оно даже используется например, для работы усилителя тормозов. При этом действительная степень сжатия намного ниже геометрической, указанной в технической характеристике. А именно от степени сжатия прежде всего зависят мощность и экономичность двигателя. Вот на этих, так называемых частичных режимах и выигрывает дизель: у него нет дроссельной заслонки и фактическая степень сжатия меньше отличает от геометрической. Вдобавок у дизеля она выше по условиям сгорания — 18—23, тогда как у бензинового не превышает, как правило, 10. Чтобы получить практически такие высокие степени сжатия, необходимо изготовлять детали кривошипно-шатунного механизма, полости в поршне и головку блока дизеля с большой точностью, а это требует дополнительных производственных затрат, что сказывается на стоимости двигателя. На нее оказывает влияние и топливная аппаратура она сложнее, требует очень высокой точности изготовления и потому дорога.
Таким образом, дизельные двигатели более экономичны, но и более дороги, чем бензиновые. Существенно и то, что регулировка и ремонт дизельной аппаратуры (насосов, форсунок) требуют большой точности и трудовых затрат и возможны только в специально оборудованных мастерских и СТО. Целесообразность применения дизелей зависит от условий эксплуатации автомобилей, на которых они установлены. И выбор того или иного типа двигателя диктуется в основном экономическими расчетами.
Разумеется, мы смогли коснуться лишь основных проблем, связанных с этим выбором. Более подробно конструктивные особенности различных двигателей освещены в специальной литературе.
П. Белов, В. Бурячко, Е Акатов. Двигатели армейских машин. Ч. 1. М., Воениздат, 1971.
Двигатели внутреннего сгорания Теория поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. А. Орлина, М. Круглова, 4-е изд. М., Машиностроение, 1983.
И. Ленин, К. Попык, О. Малашкин и др. Автомобильные и тракторные двигатели (теория, системы питания, конструкции и расчет). М., Высшая школа, 1969.
А. Орлин, В. Алексеев, Н. Костыгов и др. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. 2-е изд. М., Машиностроение, 1970.
