Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электронный научный журнал Современные проблемы науки и образования ISSN 2070-7428 Перечень ВАК ИФ РИНЦ 0,931

Что снижает эффективность работы двигателя

Дизельные электростанции (ДЭС) представляют собой практичное и эффективное решение проблемы автономного энергоснабжения различных объектов. К основным достоинствам ДЭС можно отнести универсальность применения, низкую стоимость оборудования, быструю окупаемость, достаточную надежность и долговечность. Дизельное топливо не обладает летучестью, как пары бензина или газ, поэтому даже его значительная утечка не создает опасности окружающим и работникам.

В силу этих обстоятельств дизельные электростанции нашли широкое применение как источники постоянного или аварийного электроснабжения. Одним из важных показателей ДЭС является ее экономичность, которая определяется отношением вырабатываемой энергии к расходу топлива за час работы при номинальной нагрузке. Обычно основные затраты на электроснабжение автономных объектов связаны с закупкой дизельного топлива, например, для ДЭС Томской области его удельный расход характеризуется значительным разбросом и лежит в интервале 350–720 г у.т./кВт.ч, при этом стоимость отпускаемой потребителям электрической энергии очень высока (4,9–9,8 руб./кВт.ч) [1].

Снижение расхода топлива позволяет повысить эффективность работы ДЭС. Основными причинами увеличения расхода топлива являются низкие температуры и неэффективная загрузка ДЭС.

ДЭС могут эксплуатироваться в тяжелых погодных условиях – при температуре воздуха от -50 до +50 ºС. Однако при низких температурах изменяется вязкость топлива, что ухудшает процесс образования воздушно-топливной смеси. Из-за этого часть топлива не сгорает в цилиндрах двигателя, и его мощность снижается.

Оптимальной считается нагрузка ДЭС, лежащая в диапазоне от 40 % до 75 % от номинального значения. Если нагрузка составляет менее 40 % номинальной мощности, дизель работает с повышенным удельным топливопотреблением. Загрузка ДЭС более чем на 75 % так же ведет к снижению коэффициента полезного действия и перерасходу топлива. Влияние температуры окружающей среды, не отрегулированная подача воздушно-топливной смеси и другие негативные факторы могут снижать экономичность двигателя почти на 30 % [6].

Целью исследования являлась разработка новых схем построения ДЭС, позволяющих повысить эффективность работы станции за счет снижения расхода топлива.

Для решения данной задачи был произведен анализ существующих конструкций ДЭС, а также предложены новые способы повышения эффективности работы дизель-генераторов.

Обычно в состав дизельной электростанции входит дизельный двигатель, синхронный генератор и система управления, которые регулирует частоту оборотов и, соответственно, развиваемую мощность дизельного двигателя, а также ток возбуждения синхронного генератора для стабилизации величины напряжения.

Подобная конструкция ДЭС не позволяет решить проблему максимального снижения расхода топлива, так как дизельный двигатель неизбежно будет работать на частичных режимах, в том числе с малой величиной нагрузки в соответствии с графиком электропотребления. При работе двигателя на малую нагрузку значительно увеличивается удельный расход топлива и проявляется эффект карбонизации, вызванной скоплением в цилиндрах продуктов неполного сгорания топлива, что негативно влияет на ресурс двигателя.

Для снижения расхода топлива предлагается снабдить ДЭС выпрямительно-зарядным устройством, вход которого подключен к выходу синхронного генератора и к системе управления, буферным накопителем энергии, вход которого соединен с выходом выпрямительно-зарядного устройства, автономным инвертором, вход которого подключен к выходу буферного накопителя энергии и к системе управления, а выход соединен с нагрузкой ДЭС (рис. 1).

Рис. 1. Структурная схема ДЭС с буферным накопителем энергии

Снижение расхода топлива достигается за счет того, что режим загрузки дизельного двигателя поддерживается на уровне средней мощности нагрузки [4]. При этом в режимах, когда выходная мощность синхронного генератора превышает текущую мощность нагрузки, избыток энергии аккумулируется в буферном накопителе энергии, а в режимах, когда выходная мощность синхронного генератора меньше мощности нагрузки, энергия из буферного накопителя отдается в нагрузку. В результате дизельный двигатель работает в режиме, близком к номинальному, соответственно, расход топлива уменьшается.

В процессе работы ДЭС интеллектуальная система управления контролирует энергосиловое оборудование, регулирует расход топлива дизельного двигателя и ток возбуждения синхронного генератора, поддерживая оптимальную загрузку ДЭС и обеспечивая реализацию энергоэффективного режима и структуры энергетического комплекса.

В автономных энергоустановках, работающих независимо от сети централизованного электроснабжения, довольно часто используются два и более дизель генератора. Кроме повышения надежности системы электроснабжения, многоагрегатная ДЭС позволяет включать в работу необходимое количество дизель-генераторов в соответствии с текущим графиком нагрузки [3]. Это позволяет оптимизировать загрузку агрегатов и улучшать технико-экономические характеристики ДЭС в целом.

Однако известный принцип построения многоагрегатных ДЭС не решает проблему максимального снижения расхода топлива в дизельных электростанциях, так как автоматический останов или пуск конкретного дизель-генератора производится по текущему значению потребляемой мощности, исходя из условия минимизации расхода топлива. Так как режимы работы потребителей постоянно меняются, может возникнуть ситуация, при которой ДЭС работает на границе или в пределах выбранного условия, при этом дизель-генераторы будут работать в тяжелых условиях пуск-остановка, что сокращает срок их службы и увеличивает расход топлива.

Снизить расхода топлива, а также оптимизировать режимы работы дизель-генераторов возможно, снабдив ДЭС блоком прогнозирования нагрузки и датчиком температуры (рис. 2). В данном случае микроконтроллер будет управлять процессом включения и выключения дизель-генераторов на основании информации, поступающей от блока прогнозирования нагрузки по температуре окружающей среды, которую измеряет датчик температуры [5].

Системный анализ экспериментальных данных, представленных в виде суточных ведомостей электрических нагрузок ДЭС, и их статистическая обработка позволяет определить зависимость суточной выработки электрической энергии и суточной максимальной мощности нагрузки от температуры окружающего воздуха для конкретной ДЭС. Установлено, что график электропотребления определяется сезонными изменениями температуры, которые косвенно связаны с продолжительностью светового дня [2].

Таким образом, появляется интегральный параметр, по которому можно управлять процессом пуска и остановки дизель-генераторов на основании зависимости, которая связывает величину мощности электрической нагрузки ДЭС с температурой окружающего воздуха и находится в блоке прогнозирования нагрузки. Так как температура воздуха с течением времени изменяется плавно, из процесса работы ДЭС исключаются режимы, при которых происходят частые пуски и остановки дизель-генераторов, и они работают в режимах, близких к номинальным. В результате происходит оптимизация режимов работы дизель-генераторов и снижение расхода топлива.

Рис. 2. Структурная схема ДЭС блоком прогнозирования нагрузки и датчиком температуры В качестве блока прогнозирования нагрузки (БПН) может использоваться микроконтроллер, реализующий функцию, связывающую величину мощности электрической нагрузки ДЭС с температурой окружающей среды, которую измеряет датчик температуры. Для определения зависимости, связывающей мощность нагрузки конкретной ДЭС с температурой окружающей среды, используются суточные ведомости электрических нагрузок ДЭС, годовой график среднедневной температуры района, в котором расположена ДЭС, а также суточные графики нагрузок в характерные сезоны года. Эти зависимости аппроксимируют полиномами четвертого порядка, а затем производят нормирование – сортировку значений по температуре. Это позволяет получить зависимости температуры окружающей среды, объемы выработки электрической энергии и мощности электрической нагрузки ДЭС от дней года в виде линейных трендов. Решение полученных алгебраических выражений относительно общей переменной позволяет получить линейные зависимости, связывающие суточную выработку электрической энергии и максимальную мощность электрической нагрузки с температурой окружающего воздуха. Данная методика была опробована на нескольких ДЭС Сахаэнерго и показала хорошую достоверность полученных результатов. Погрешность этой методики составляет порядка 14 % [2].

Алгоритм функционирования предлагаемой структуры энергокомплекса следующий. В процессе работы ДЭС датчик температуры измеряет температуру окружающей среды и посылает сигнал на блок прогнозирования нагрузки, который, на основании измеренной температуры, по заданной линейной зависимости определяет прогнозируемую мощность нагрузки ДЭС и посылает сигнал на микроконтроллер. Если мощность нагрузки не превышает значения мощности, при которой удельные расходы топлива дизель-генераторов равны, микроконтроллер посылает сигнал на первый блок управления, при этом происходит пуск первого дизель-генератора меньшей мощности, который работает на всю нагрузку ДЭС.

Если БПН прогнозирует увеличение мощности нагрузки, и эта мощность превышает значение мощности, при которой удельные расходы топлива дизель-генераторов равны, микроконтроллер посылает сигнал на второй блок управления, который запускает в работу второй дизель-генератор. При этом со второго дизель-генератора сигнал подается обратно на микроконтроллер, который подает сигнал на отключение первого выключателя и включение второго выключателя. В результате полную нагрузку ДЭС питает второй дизель-генератор большей мощности.

Если прогнозируемая мощность нагрузки превышает значение мощности, при которой расход топлива ДЭС одинаков при работе одного второго дизель-генератора большей мощности или совместной работе дизель-генераторов, то микроконтроллер подает сигнал на первый блок управления, который включает первый дизель-генератор. При этом сигнал с первого дизель-генератора поступает на микроконтроллер, который включает первый выключатель и оба дизель-генератора работают на нагрузку, которая распределяется между ними.

Если БПН определяет, что прогнозируемая мощность нагрузки будет уменьшаться, и мощность нагрузки превышает значение мощности, при которой удельные расходы топлива дизель-генераторов равны, то микроконтроллер подает сигнал на первый блок управления и первый выключатель. Первый дизель-генератор меньшей мощности отключается, и первый выключатель размыкается. Если мощность нагрузки будет продолжать уменьшаться, и мощность нагрузки не превышает значения мощности, при которой удельные расходы топлива дизель-генераторов равны, микроконтроллер, подает сигнал на первый блок управления, при этом запускается первый дизель-генератор, сигнал с которого поступает на микроконтроллер. С микроконтроллера сигналы поступают на выключатели и второй блок управления. В результате первый выключатель замыкается, второй выключатель размыкается, второй дизель-генератор отключается, и на всю нагрузку работает только первый дизель-генератор.

Читать еще:  Газ 31029 неустойчивая работа двигателя

Применение блока прогнозирования нагрузки дает возможность исключить из процесса работы ДЭС режимы, при которых происходят частые пуски и остановки дизель-генераторов. Оптимизация работы дизель-генераторов позволяет снизить расход топлива и, следовательно, повысить эффективность работы станции.

Предложенные в статье структурные схемы дизельных электростанций позволяют оптимизировать режимы работы станции и повысить эффективность ее работы за счет снижения расхода топлива.

Рецензенты:

Кабышев Александр Васильевич, д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры электроснабжения промышленных предприятий Энергетического института НИ Томского политехнического университета, г. Томск.

Муравлев Олег Павлович, д-р техн. наук, профессор кафедры электромеханических комплексов и материалов Национального исследовательского Томского политехнического университета, г. Томск.

Что снижает эффективность работы двигателя


Советы эксперта по экономичному вождению автомобиля

Основой безопасного и экономичного вождения является бережная эксплуатация автомобиля и, как не странно звучит, психологический настрой. Попробуем разобраться, в чем заключается залог успеха, и что позволит нам в конечном итоге как сэкономить на возможном ремонте?

Разгон-торможение

Один из основополагающих моментов в вопросе экономии топлива. При резком разгоне происходит максимальный расход топлива. Те водители, у кого автомобиль оснащен бортовым компьютером с возможностью увидеть мгновенный расход топлива, наверное, обращали внимание, что при разгоне расход показывает иногда и 40 литров на 100 километров. Это действительно так. Особенно это актуально в городе, где режим разгон-торможение обычное явление.

Разгоняйтесь плавно, не загоняя стрелку тахометра в красную зону! Актуально и на трассе, где можно неспешно разогнаться до крейсерской скорости и далее спокойно двигаться с постоянной скоростью.

Экономить топливо помогает круиз-контроль. Опытные водители на трассе разгоняются или тормозят многократным нажатием кнопок «круиза»: скорость добавляется плавно и расход оптимален. Резкое торможение приводит к тому, что не используется кинетическая энергия, т.е. её можно было бы использовать для того, чтобы максимально долго «докатиться» до красного светофора или поворота

В режиме, когда педаль газа полностью отпущена, расход топлива составляет вплоть до нуля. Поэтому, чем чаще Вы полностью будете отпускать педаль газа, тем экономичнее. Есть интересный прием у опытных водителей — тормозить как можно меньше не в ущерб безопасности движения. Зачастую, если вы видите, что водитель автомобиля, который едет перед Вами постоянно нажимает на тормоз, знаете, это «чайник».

Держитесь от него подальше.

Как-то раз я осваивал азы вождения на мощном спортивном мотоцикле в городе. Чтобы привыкнуть к управлению, мне дали следующий совет попробовать проехать один и тот же путь с минимальным количеством раз нажатия на тормоз.

Каждый раз, проезжая один и тот же путь, я считал количество нажатий на тормоз. Не поверите, но со временем удалось сократить их количество в пять раз. В данном случае это относилось больше к безопасности (нужно было прогнозировать ситуацию на дороге на «шаг вперед», просчитывать работу светофоров, соблюдать безопасную дистанцию, тормозить, понижаю передачи коробки и т.д.).

Но со временем, я понял, что расход топлива при системе «минимум нажатий на педаль» помогает существенно экономить топливо и использую этот прием постоянно. Так же в этом случае происходит минимальный износ деталей, связанных с тормозной системой, подвески (она сильно нагружается при резком торможении). К примеру, тормозные колодки я теперь меняю раз в 60 000 км (причем изнашиваются равномерно и передние, и задние). Так же минимизируйте количество перестроений, — каждое перестроение увеличивает расход.

Аэродинамика

Важный момент в вопросе экономии топлива. Важно, каким изначально был коэффициент аэродинамического сопротивления Сх. Чем он ниже, тем меньше сопротивления воздуху (попробуйте высунуть руку в открытое окно на скорости выше 100 км/ч, и вы поймете, как тяжело приходится автомобилю).

Чем выше скорость, тем больше приходиться повышать усилие на педаль газа, соответственно больше расходуется топлива.

При выборе автомобиля поинтересуйтесь параметрами Сх. Если он ниже 0,3 — это хорошо. Минимальный коэффициент у серийных автомобилей сейчас в районе 0,27. Такой показатель имеет Hyundai Elantra, Toyota Prius — 0.25. У большого автомобиля Toyota Land Cruiser 200 коэффициент аэродинамического сопротивления Сх составляет 0,38!

Существенно влияет на увеличение сопротивления воздуха установленное дополнительной оборудование: багажник на крышу, бокс на крыше, увеличенные брызговики, неправильно установленный спойлер, всевозможные кенгурятники, антенны и т.д. Так же не стоит ездить с открытыми окнами, — на больших скоростях существенно возрастает аэродинамическая нагрузка.

Дополнительные источники энергопотребления

Чем больше одновременно работают источников энергопотребления (фары, противотуманные фары, подогревы сидений, руля, зеркал, мощная акустическая система), тем хуже для расхода топлива.

Это происходит по причине дополнительной нагрузки на генератор, происходит отбор мощности.

Так же не рекомендуется устанавливать супермощные лампы головного освещения. Конечно, без света ездить не стоит, и хорошим компромиссом здесь являются диодные лампы (их яркость не хуже галогенных, а потребление энергии более чем в десять раз меньше.)

Давление шин

Важно соблюдать рекомендованные заводом параметры давления. Если колесо подспущенно, автомобилю сложнее ехать накатом, появляется дополнительное сопротивление, больше расход топлива. Кто-то даже перекачивает выше рекомендованных значений, но я не могу это рекомендовать, так как, в моем понимании, безопасность важнее.

Ширина покрышек так же влияет на расход. Не стоит ставить шире рекомендованных, т.к. существенно увеличивается сопротивление трения-качения. Что также увеличивает расход топлива.

Загрузка автомобиля

Не перегружайте автомобиль выше допустимых характеристик, рекомендованных заводом. Так же посмотрите, что лежит у Вас в багажнике, — все ли так необходимо?

Конечно, не стоит доводить до крайностей и ездить с полупустым баком и без задних сидений, как делают некоторые особо экономичные водители! Но и лишний груз не нужен.

Техническое состояние автомобиля

Масло является важным звеном в правильной работе двигателя. Неправильный индекс вязкости приводит к дополнительному трению деталей, что так же повышает расход топлива. Следуйте инструкции по эксплуатации и не экономьте на качестве масла. Не стоит приобретать масло у сомнительных продавцов, — его часто подделывают.

У официальных дилеров поставки масла идут напрямую от производителя в бочках, риск подделки минимален. Или покупайте в хорошо зарекомендованных крупных магазинах запчастей. Неправильно отрегулированные клапана, забитый воздушный фильтр, неисправные датчики топливной системы, — все это влияет на расход топлива! Обратите внимание на тормозную систему, — подклинивший суппорт сведет на нет все попытки сэкономить. Содержите свой автомобиль в технически исправном состоянии!

Психологический настрой и культура вождения

Планирование своего времени. Если торопиться, то и манера езды становиться агрессивной. Поэтому мой совет — выезжайте на 15 минут раньше, — и нервы сбережете, и приедете вовремя, и бензин сэкономите. Да и безопаснее движение, когда Вы никуда не торопитесь.

Спланируйте маршрут, пользуясь приложениями, показывающие пробки. Иногда лучше проехать лишние 10 км, чем час простоять в пробке.

Доказано, что агрессивная музыка провоцирует на агрессивную езду. Включите спокойную мелодию и наслаждайтесь поездкой!

Прогрев двигателя. Автономный подогреватель

Как прогревать двигатель? В интернете много споров по этому вопросу.

Наш совет: прогревать двигатель несколько минут на холостом ходу. Далее двигаться, не напрягая двигатель минут 10, т.е. не превышая 2500-3000 оборотов. Это снизит время работы непрогретого двигателя (на холодном двигателе повышенной износ деталей) и позволит сэкономить топливо, т.к. двигатель быстрее выйдет на рабочую температуру.

Своевременное переключение передач

При использовании механической трансмиссии топливо экономить проще: можно вручную переключать передачи при наибольшем крутящем моменте, проехать на нейтралке какое-то время.

Не стоит выключать двигатель при езде накатом, т.к. не будут работать гидроусилитель тормозов, руля, — это небезопасно!

Выбор скоростного режима

Подберите для себя и своего автомобиля оптимальную скорость движения. На каждом автомобиле она разная и зависит от объема двигателя, уровня аэродинамического сопротивления. Обычно это 90 −110 км/ч.

Обратите внимание на показания мгновенный расход топлива бортового компьютера. Когда добьетесь минимального расхода при допустимой правилами и Вашим предпочтениям скорости, это будет оптимальная скорость. Так же стоит двигаться со скоростью потока. Это безопасно и обеспечивает равномерную скорость движения.

Объем двигателя

Парадокс, но иногда двигатель с большим объемом более экономичен, чем с меньшим. Обычно это правило работает на автомобилях с небольшим (до 1.6 литра) двигателях с АКПП, т.к. меньшим по объему двигателю тяжелее разогнать автомобиль и поддерживать скорость.

Читать еще:  Временами троит двигатель 409

Мифы, сказки.

В интернете полно предложений с чудо-присадками, специальными приборами, и прочими «улучшайзерами», которые должны снизить расход топлива.Если вкратце — они не работают. Чудес не бывает, если бы все это работало, то производители давно бы уже их использовали и устанавливали на заводе!

Выводы

Залог успешного и экономичного вождения автомобиля кроется в самом водителе. Поддержать в технически исправном состоянии Ваш автомобиль помогут наши специалисты. А уж следовать ли нашим советам — дело Ваше.

Попробуйте, возможно, что и пригодится! Удачи на дорогах!

Какие вакансии вас интересуют?

Данный веб-сайт использует cookie-файлы с целью повышения удобства и эффективности работы пользователя.

Данный веб-сайт использует cookie-файлы

Использование cookie

Настоящий Web-ресурс (далее Сайт) использует «cookie», в том числе собирает следующие сведения о Пользователях в целях улучшения работы Сайта. Обработка сведений о Пользователях осуществляется в соответствии с Политикой в области обработки персональных данных ООО «Хендэ Мотор СНГ».

Этот сайт использует сервис веб-аналитики Яндекс.Метрика, предоставляемый компанией ООО «ЯНДЕКС», 119021, Россия, Москва, ул. Л. Толстого, 16 и сервис веб-аналитики google.ru/analytics, предоставляемый компанией ООО «ГУГЛ».

Эти сервисы используют технологию «cookie» — небольшие текстовые файлы, размещаемые на компьютере пользователей с целью анализа их пользовательской активности. Собранная при помощи cookie информация (IP-адрес пользователя, дата и время посещения сайта, типы браузера и операционной систем, тип и модель мобильного устройства, источник входа на сайт, информация о поведении пользователя на сайте (включая количество и наименование просмотренных страниц), возраст, пол, интересы, географическое месторасположение пользователя, прочие технические данные (cookies, flash, java и т.п.) не может идентифицировать вас, однако может помочь нам улучшить работу нашего сайта. Информация об использовании вами данного сайта, собранная при помощи cookie, будет передаваться ООО «ЯНДЕКС» и ООО «ГУГЛ», которые будут обрабатывать эту информацию для оценки использования вами сайта, составления для нас отчетов о деятельности нашего сайта, и предоставления других услуг. ООО «ЯНДЕКС» и ООО «ГУГЛ» обрабатывают эту информацию в порядке, установленном в условиях использования сервисов.

Вы можете отказаться от использования файлов cookie, выбрав соответствующие настройки в браузере. Используя этот сайт, вы соглашаетесь на обработку данных о вас в порядке и целях, указанных выше.

Что снижает эффективность работы двигателя

Повышению надежности и безопасности машин и агрегатов в различных условиях эксплуатации посвящены работы многих исследователей [10]. Важным направлением современного производства автомобилей и служб их эксплуатации является улучшение эксплуатационных характеристик и эффективности работы двигателей внутреннего сгорания [2]. Эффективность и надежность функционирования поршневых двигателей во многом определяется работой их отдельных систем и агрегатов. К числу таких важнейших систем двигателя относятся системы охлаждения, топливоподачи, смазки, воздухоочистки.

Улучшение экономичности эксплуатации теплообменных агрегатов представляет собой важную задачу современного производства [8], одним из направлений которой является решение вопросов интенсификации теплообмена в системах охлаждения автомобильных двигателей.

Оценка условий эксплуатации на показатели системы охлаждения двигателя

Опыт свидетельствует, что на эффективность работы двигателей и их отдельные показатели существенно влияют условия эксплуатации [1, 3]. Ряд климатических зон характеризуется высокими температурами [4]. При этом условия эксплуатации осложняются значительной запыленностью окружающей атмосферы.

Влияние температуры охлаждающей жидкости на различные параметры и температуру деталей двигателя: 1, 2, 3 – температуры гильзы, поршня и головки цилиндров соответственно; ηv – коэффициент наполнения; tв – температура охлаждающей жидкости; Fр – необходимая площадь радиатора; Qв и Qv – количество тепла, переданное соответственно в воду и масло

Пыль является определяющей причиной износа поршневых двигателей, поэтому ее количество в воздухе значительно влияет на их надежность. Например, количество пыли при песчаных бурях в пустыне увеличивается до 5–10 г/м 3 , т.е. на несколько порядков превышает запыленность воздуха в безветренные дни. Нельзя не отметить высокую проникающую способность мелкой пыли, которая в большинстве случаев приникает через серийные системы воздухо-, масло- и топливоочистки, через уплотнения воздушного, масляного и топливного трактов, нарушая при этом работу соответствующих систем двигателя.

Условия эксплуатации двигателей оказывают комплексное влияние на их различные показатели [5]. Так, наличие подъемов на маршруте движения автомобиля вызывает повышение температуры его агрегатов [6, 7]. Нормальное тепловое состояние двигателя в целом – это состояние стабилизации всех параметров рабочего процесса и температуры деталей в соответствующих пределах. Важнейшим показателем теплового состояния двигателя является температура наиболее нагретых и наиболее ответственных деталей двигателя – поршня, поршневых колец, гильзы цилиндров, головки, клапанов, вкладышей подшипников скольжения и др.

Установлено, что с повышением температуры жидкости в системе охлаждения возрастает температура основных деталей двигателя и изменяются параметры его рабочего процесса (рисунок). С ростом температуры деталей двигателя закономерно уменьшается коэффициент наполнения ηv, т.к. начинает сказываться влияние подогрева воздуха от деталей двигателя (каналов головки, впускного трубопровода и др.). Соответственно падает эффективная мощность двигателя и увеличивается минимальный эффективный расход топлива ge min. При повышенных температурах окружающей среды причиной падения мощности двигателя также служит уменьшение плотности воздуха на впуске и, следовательно, снижение массового наполнения цилиндров двигателя [3].

Следует отметить, что температура жидкости в системе охлаждения лишь приближенно отражает тепловое состояние основных деталей двигателя, т.к. при различных режимах работы двигателя имеется различное несоответствие температур охладителя и стенок цилиндров. Установлено, например, что у двигателя ЗМЗ 406.10 при температуре охлаждающей жидкости + 90 °С рабочая температура верхней зоны гильз цилиндров при полной нагрузке и частоте вращения 1500 мин-1 достигает значений + 160 °С, а при этой же нагрузке и увеличении частоты вращения до 4000 мин-1 она возрастает до + 230 °С [3].

Также установлено, что при нормальном тепловом состоянии разница температур охлаждающей жидкости на входе и выходе из двигателя ∆tж на различных режимах работы составляет 5–10 °С. Температура масла при нормальном тепловом состоянии двигателя изменяется пропорционально температуре жидкости. При этом считается нормой, если температура масла превышает температуру охлаждающей жидкости не более чем на 10 °С.

При повышении температуры охлаждающей жидкости до + 120 °С (высокотемпературные системы), температура деталей ЦПГ возрастает всего лишь на 10–12 °С.

Несмотря на различие типов и моделей автомобильных бензиновых двигателей, предельно допустимые температуры их наиболее нагретых деталей имеют примерно одинаковые значения.

Можно ввести параметр температурной напряженности деталей двигателя исходя из значений максимальной рабочей температуры деталей и из максимально допустимой температуры детали по условиям прочности материала:

.

Для двигателей семейства ЗМЗ значения , и приведены в таблице.

Таким образом, параметр определяет величину температурного запаса конкретных деталей. Как следует из данных таблице, для двигателей ЗМЗ наименьший температурный запас имеют вкладыши подшипников (около 13 %), а наибольший – верхнее поршневое кольцо (около 73 %).

Следует отметить, что с повышением рабочих температур деталей сокращается срок их службы. Например, увеличение температур силуминовых поршней с + 300 до + 350 °С снижает их долговечность в 2–3 раза, а возрастание температуры вкладышей со + 100 до + 160 °С ускоряет появление трещин на их поверхности в 5–7 раз. С приближением температуры охлаждающей жидкости к точке кипения эффективность циркуляционных систем охлаждения снижается из-за падения КПД водяного насоса. При повышенных температурах может возникнуть также кавитация в насосе и нарушиться циркуляция жидкости.

В экстремальных условиях эксплуатации эффективность работы системы охлаждения может резко снижаться из-за образования накипи в радиаторе и рубашке охлаждения двигателя. Это может происходить при заправке системы охлаждения водой из данного региона, которая может содержать до 20 % различных солей [7]. Часто работа двигателя в жарком климате осложняется также высокой запыленностью воздуха. Пыль и песок могут забивать воздуховоды, ребра радиатора и т.п., ухудшая условия охлаждения двигателя.

Выводы

Анализ способов повышения эффективности системы охлаждения двигателя позволяет предложить для практической реализации при эксплуатации двигателя в условиях жаркого климата следующее:

● замену воды (антифриза) в системе охлаждения двигателя на дизельное топливо;

● увеличение частоты вращения вентилятора;

● повышение интенсивности циркуляции охлаждающей жидкости.

Если первый способ наиболее применим для тяжело нагруженных двигателей коммерческой техники, то второй реализуем на всем спектре автомобилей. Так, на легковых автомобилях возможно изменение схем управления цепями питания электромоторов вентиляторов системы охлаждения, а на грузовых и автобусах – подбором параметров вискомуфт привода вентилятора. Для реализации повышения интенсивности циркуляции охлаждающей жидкости на ряде автомобильных двигателей используются муфты различного типа в приводе насоса охлаждения, также возможно применение привода насоса системы охлаждения с изменяемым передаточным отношением.

Температуры различных деталей двигателей ЗМЗ

Влияние свойств бензина на характеристики работы ДВС

Групповой состав бензинов, реализуемых в настоящее время на топливном рынке России, весьма разнороден. Он определяется источником происхождения сырья, технологиями его переработки, а также способами получения заданных физико-химических показателей топлива.

Читать еще:  Давление в дизельном двигателе 1kz

По данным кафедры ДВС СПбГПУ, полученным в ходе периодических исследований уровня качества бензинов, содержание ароматических углеводородов в зависимости от марки топлива и его вида меняется в достаточно широких пределах – от 30 до 56 %, олифиновых углеводородов – от 2 до 18 %, оксигенатов – от 0 до 15 % (см. Приложения 2, 3).

Различие группового состава топлива оказывает существенное влияние на процессы смесеобразования и сгорания бензовоздушных смесей в

двигателе и тем самым определяет параметры мощности, топливной экономичности и токсичности отработавших газов.

Проведенные исследования показали, что для топлив с близкими значениями октановых чисел, определенными по моторному и исследовательскому методам, изменение группового состава топлив может дать весьма значительную разницу в выходных показателях бензинового ДВС. По мощности различие может составить до 2..3 % для карбюраторных ДВС и 4…6 % для впрысковых (рис. 24).

Различие в эффективном к.п.д. цикла, определяющем качество процессов сгорания и смесеобразования, еще более значительно – соответственно 4…7 % для карбюраторных и 5…9 % для впрысковых двигателей. Особенно велико различие в показателях токсичности. Так, по компонентам СН и NОx оно может составлять до 20…25 % для двигателей обоих типов (рис. 25).

Влияние химического состава топлива на параметры работы двигателя внутреннего сгорания проявляется через изменение следующих физико-химических показателей топлива.

Во-первых, с изменением состава топлива изменяется его теплотворная способность. В настоящее время этот параметр действующими ГОСТами не нормируется (кроме авиационных бензинов), однако он оказывает значительное влияние на работу двигателя в реальных условиях. Так, в товарных бензинах в зависимости от состава низшая теплотворная способность может изменяться в пределах от 41,0 до 44,0 МДж/кг (см. Приложения 1–3), т. е. изменяться от топлива к топливу более чем на 5 %. Особенно заметно понижение теплотворной способности топлив на бензинах с высоким содержанием кислородсодержащих высокооктановых компонентов, например МТБЭ. Изменение теплотворной способности наиболее значимо влияет на параметры мощности и топливной экономичности бензинового двигателя.

В-вторых, состав топлива существенно меняет скорость и полноту сгорания топлива, особенно в зоне обогащенных топливовоздушных смесей. Наименьшими скоростями сгорания обладают топлива с высоким содержанием полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Наличие в бензинах связанного кислорода повышает скорость и полноту сгорания. Эти параметры определяют изменение как экономических характеристик двигателя, так и содержания токсичных компонент, особенно остаточных углеводородов СН и оксидов азота NOx при использовании различных бензинов.

В-третьих, бензины различного группового состава могут существенно отличаться по плотности. Этот параметр ранее действующими ГОСТами нормировался и должен был находиться в диапазоне 720…775 кг/м 3 . Однако в новом Техническом регламенте (Приложение 4) эта норма отсутствует. А ведь плотность топлива для реального двигателя имеет принципиальное значение. Это объясняется тем, что все дозирующие
элементы системы топливоподачи настроены на объемные расходы
топлива, т. е. массовые цикловые подачи на одних и тех же режимах для разных бензинов будут отличаться в зависимости от плотности топлива. Это в свою очередь меняет состав топливовоздушной смеси, причем в
достаточно широком диапазоне, чтобы оказать существенное влияние на работу двигателя, особенно в зоне мощностного обогащения на высоких нагрузках.

В-четвертых, от химического состава топлива существенно зависит его фракционный состав, что в свою очередь влияет на его испаряемость, и следовательно, на карбюрационные свойства бензина.

В-пятых, групповой состав топлив оказывает значительное влияние на фактическую детонационную стойкость бензинов. Проведенные исследования показывают, что даже при весьма близких значениях ОЧИ и ОЧМ пределы детонации в реальных условиях сильно зависят от состава топлив, метода получения заданного октанового числа, наличия или отсутствия оксигенатов. Так, при испытаниях бензинов АИ-92 было отмечено различие в нагрузке на двигатель, при которой фиксировались детонационные стуки, на 12…17 % в зависимости от состава бензина и скоростного режима работы двигателя. Этот эффект особенно влияет на характеристики впрысковых ДВС, где фактор детонации является одним из сигналов для системы управления, которая меняет алгоритм работы системы зажигания.

Из основных параметров состава бензинов влияние на выходные показатели двигателя в большей степени оказывают содержание ароматических углеводородов и оксигенатов, а также наличие или отсутствие моющих присадок.

Влияние содержания ароматических углеводородов на параметры мощности и топливной экономичности имеет сложный характер с оптимумом, близким к величинам порядка 40 %, т. е. в зоне бензинов класса “Евро-3”. Минимум токсичности отработавших газов наблюдается при уменьшении содержания ароматики до уровня 30…32 %, т. е. в зоне бензинов класса “Евро-4”. Дальнейшее снижение содержания ароматических углеводородов не приводит к существенному улучшению экологических показателей двигателя, но значительно ухудшает мощностные. Отчасти это связано с тем, что чрезмерное уменьшение доли ароматики приводит к снижению фактической детонационной стойкости топлива и требует использования низкокалорийных высокооктановых кислородсодержащих компонент. А это, в свою очередь, приводит к снижению общей теплотворной способности топлива.

Кроме того, топлива с низким содержанием ароматических углеводородов (менее 30 %) и оксигенатов чаще всего характеризуются низкой плотностью, что существенно меняет состав топливовоздушной смеси, уводя его в зону неэффективных регулировок. Повышенные же концентрации ароматических углеводородов (более 45 %) существенно снижают скорость сгорания топлива, уменьшая термическую эффективность цикла, уменьшают полноту сгорания, что в значительной степени влияет на увеличение выхода остаточных углеводородов. С другой стороны, выход оксидов азота на таких видах топлив существенно уменьшается из-за снижения температур сгорания в цилиндрах двигателя. Такие топлива обладают повышенной плотностью (до 770 кг/м 3 ), что также меняет состав смеси в неблагоприятном для эффективного сгорания направлении. Особенно сильно влияет содержание ароматических углеводородов на параметры впрыскового двигателя, имеющего l-регулирование.

Важным фактором, определяющим качество реальной работы бензинов, является содержание в их составе оксигенатов. Наиболее используемая в настоящее время кислородсодержащая компонента – метилтретбутиловый эфир (МТБЭ). Действующими нормативами содержание МТБЭ в бензинах ограничено 15 об. %, что связано с существенным падением общей теплотворной способности топлива при увеличении содержания оксигената, а также с повышением коррозионной активности бензина.

Проведенное исследование влияния содержания МТБЭ на характеристики двигателя, в котором для бензинов с примерно равным содержанием ароматических углеводородов (33…36 %) содержание МТБЭ менялось от 0 до 11 %, показало, что оптимум с точки зрения минимального расхода топлива лежит в области 6…7 % содержания МТБЭ. Такая концентрация оксигената, обеспечивая минимум выхода остаточных углеводородов, дает максимум содержания оксидов азота. Это в очередной раз подтверждает сложный многопараметрический характер задачи оптимизации группового состава топлива.

Механизм влияния содержания МТБЭ на выходные параметры двигателя весьма сложен и неоднозначен. При его описании следует учитывать влияние содержания этого оксигената на детонационную стойкость топлива, на его плотность, на изменение реального состава смеси с учетом связанного кислорода, на скорость и полноту сгорания, а также на общую теплотворную способность бензина. Надо отметить, что указанные результаты получены для конкретных видов бензинов с примерно сходным составом по содержанию различных групп углеводородов. Возможно, что для других концентраций ароматических углеводородов оптимальное содержание МТБЭ будет иным. Для выяснения этого требуются дополнительные исследования.

Важным фактором влияния на выходные показатели бензинового (в первую очередь – впрыскового) двигателя является наличие в составе бензинов моющих присадок. Очевидно, что при тех минимальных процентах ввода моющей присадки в топливо, которая практикуется в современной технологии производства топлив, она не может оказать существенного мгновенного действия и изменить параметры двигателя. Эффект от применения моющих присадок проявляется после значительного времени ее присутствия в двигателе. В ходе проведения многочисленных исследований работы двигателей на топливах, содержащих моющие присадки, была отмечена общая закономерность временного изменения параметров топливной экономичности и токсичности отработавших газов. Так, на начальном этапе работы бензина с моющей присадкой наблюдается некоторое ухудшение выходных параметров двигателя по мощности и токсичности отработавших газов по компоненте СН. Это, очевидно, обусловлено увеличением количества механических примесей и прочих загрязнений, попадающих в топливо со стенок элементов системы питания двигателя. Причем этот эффект тем более выражен, чем выше начальная степень загрязненности двигателя и больше концентрация моющей присадки. По мере увеличения времени наработки двигателя на бензине с моющей присадкой происходит стабилизация параметров на уровне, в определенной степени превышающем начальный – как по мощности и топливной экономичности, так и по токсичности отработавших газов. Следует, однако, отметить не повышение этих параметров, а их восстановление до уровня, приближающегося к штатным параметрам ДВС.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector