"Механики XXI веку" №16 2017

Механики XXI веку. № 16 2017 г.

306

УДК 621.4(075.8)

Оценка качества процессов впуска и сжатия

бензинового и дизельного двигателей автомобиля

Витковский С.Л.

Братский государственный университет, Макаренко 40, Братск, Россия

vitsl@mail.ru

Ключевые слова:

рабочий процесс двигателя, тепловой баланс, коэффициент полезного

действия, эффективность процессов впуска и сжатия

Распределение теплоты, вводимой при сгорании топлива, характеризует поршневой двига-

тель как тепловой двигатель. В данной статье рассмотрены возможности повышения мощности и

коэффициента полезного действия за счёт улучшения значений параметров от фактически исполь-

зуемых значений до возможных. Большой эффект даёт увеличение степени сжатия (увеличение

КПД на 10,8%) и приближение коэффициента избытка воздуха к значению единица (увеличение КПД

на 30,7%). Соответственно увеличивается мощность (на 8,2% и 3,6%). Снижение давления и тем-

пературы в конце процесса выпуска до предельных значений, характерных для данного типа двига-

теля, не приводит к заметному результату. Что касается дизельного двигателя, существенный

эффект даёт также повышение степени сжатия (увеличение КПД на 5,7%) и снижение коэффици-

ента избытка воздуха до значения 1,3 (увеличение мощности на 22%). Изучено влияние степени по-

вышения давления показателя политропы компрессора. Полученные количественные результаты

соответствуют изменению лишь одного параметра при прочих неизменных исходных данных. Рас-

чёты проведены в соответствии с принятой методикой.

Расчёт рабочих процессов поршневого двигателя внутреннего сгорания хорошо изу-

чен [1,2], а конструкторы двигателей постоянно совершенствуют их с целью повышения па-

раметров качества, экологичности, конкурентоспособности по сравнению с другими видами

двигателей. Прогресс в организации рабочих процессов и конструкции систем двигателей

обеспечивается использованием компьютерной техники. Отдельное внимание уделяется по-

вышению надёжности поршневого двигателя автомобиля.

Двигатель внутреннего сгорания, являясь тепловым двигателем, характеризуется рас-

пределением теплоты, вводимой при сжигании топлива, на полезно-используемую и отдель-

ные виды потерь. Повышение доли полезной теплоты приводит к повышению мощности

двигателя, а снижение потерь – к повышению коэффициента полезного действия. В данной

работе предлагается в процессе проведения теплового расчёта двигателя определить, какие

резервы имеет улучшение параметров процессов сжатия и впуска от фактически реализуе-

мых до «теоретически» возможных, недостигнутых, но являющихся целью на данном этапе

проектирования двигателей. Оценивать количественно эти резервы следует двумя показате-

лями: изменением мощности и коэффициента полезного действия (КПД).

Расчёты проведены для двигателя ВАЗ-2106 в среде проектирования MathCAD в со-

ответствии с методикой, изложенной в [3]. Параметры номинального режима двигателя со-

ответствуют его краткой технической характеристике: номинальная мощность

= 55,5 кВт,

при частоте 5400 об/мин, рабочий объём 1,57 дм

, диаметр цилиндра 79 мм, ход поршня 80

мм, степень сжатия ε = 8,5 [4]. Следующие параметры, определяющие процесс впуска и сжа-

тия, выбраны так, чтобы соответствовать технической характеристике:

= 0,81 – коэффициент избытка воздуха,

= 0,77 – коэффициент наполнения,

= 0,11 МПа – давление в конце процесса выпуска,

= 1000 К – температура в конце процесса выпуска.

Для бензиновых двигателей по статистическим данным эти параметры находятся в

следующих пределах: ε = 6…12, α

= 0,95…0,98, η

= 0,70…0,90,

= 0,105…0,20 МПа,

900…1100 К.