Автомобильные двигатели: рабочие циклы, показатели и характеристики. Методы повышения эффективности энергопреобразования - Дипломная работа

Характерными чертами современных автомобилей, ответственных агрегатов и систем, таких как их двигатели, становятся сложность, тепловая и механическая нагруженность, насыщенность глубокими и пересекающимися обратными связями. От конструкции двигателей, вида используемых в них рабочих процессов во многом зависят такие важные показатели как их мощность, топливная экономичность, экологическая безопасность, вероятность безотказной работы, ресурс. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) автомобиля является тепловой машиной, в которой теплота, как форма аккумулирования и передачи кинетической энергии структурных частиц вещества, получаемая в процессе экзотермической реакции окисления топлива, происходящей в рабочем теле с его участием в качестве окислителя в результате сгорания, преобразуется в работу, способную приводить в движение мобильные технические средства. Главным образом, разработки идут по пути повышения мощности и приемистости работы двигателей в различных режимах эксплуатации техники, снижения удельных затрат топлива, а также в целях уменьшения токсичности отработавших газов двигателей автомобильной техники, в том числе за счет совершенствования характеристик протекания рабочих процессов в цилиндрах двигателя. В двигателях с принудительным воспламенением особое внимание уделяется методам повышения эффективности энергопреобразования. Основными направлениями совершенствования являются: уменьшение термодинамических потерь за счет повышения степени сжатия; совершенствование характеристик тепловыделения путем повышения полноты, скорости и оптимального фазового положения процесса сгорания; уменьшение механических потерь; повышение эффективности энергопреобразования во всем поле реальных эксплуатационных режимов путем оптимального управления двигателем. Реализация этих общих направлений осуществляется за счет определенных физических условий, к которым относятся: - оптимизация состава горючей смеси на всех режимах работы двигателя; - турбулизация заряда; - улучшение воздухоснабжения; - оптимизация временных и энергетических характеристик зажигания. ДВС с принудительным воспламенением, применяемых в автомобильном транспорте, во всем мире в последние 20-30 лет резко возрос удельный вес систем впрыскивания в связи с введением жестких стандартов на выброс вредных веществ с отработавшими газами. Так, например, если в странах Западной Европы и Японии в 1989 году число моделей двигателей с впрыскивающей аппаратурой (инжекторных двигателей) составляло до 30% от всей номенклатуры выпускаемых образцов, то к 1993 году оно резко увеличилось до 96% [ 1 ]. Впрыскивание топлива позволило исключить недостатки, присущие карбюраторной системе топливоподачи: высокие гидравлические сопротивления на впуске, сложность точного дозирования компонентов горючей смести, практическую невозможность равномерного распределения топлива по отдельным цилиндрам многоцилиндрового двигателя. Оптимальное управление двигателем в любой точке поля эксплуатационных режимов может строиться с использованием двух принципов: управление комплексом регулировочных параметров на основе заложенных в систему программ; самонастраивающееся или адаптивное управление. Таким средством, как представляется является математическое моделирование. Характеристика проблемы повышения энергопреобразования в инжекторных двигателях 1.1 Анализ существующих систем впрыскивания топлива в двигателей с принудительным воспламенением и особенностей их конструкции Впрыскивание топлива в воздушный заряд двигателей под избыточным давлением как альтернатива образования горючей топливовоздушной смеси за счет использования «подсасывающего» действия потока воздуха возникло и развивалось в самом начале появления поршневых двигателей с искровым зажиганием (еще в конце XIX века). Вместе с тем, первый серийный двигатель с непосредственным впрыскиванием бензина был применен на автомобиле Mersedes-Benz 300SL только в 1954 году, показавшем большие преимущества этого способа смесеобразования с точки зрения резкого улучшения динамики машины. И только, начиная с 1961 года, когда сочли возможным перейти на впрыскивание бензина во впускной трубопровод, что существенно упростило топливную аппаратуру, применение таких систем стало стремительно расширяться. Дополнительным импульсом к этому послужил переход на электронное управление топливоподачей, что заметно улучшило функциональные характеристики двигателей. При этом аппаратура для этих систем производится специализированными фирмами, в числе которых следует назвать немецкую фирму Bosch, General Motors (США), Lucas (Великобритания) и Hitaschi (Япония). Однако системы непосредственного впрыскивания могут работать только при достаточно высоких давлениях впрыскивания (5...12 МПа), что требует применения дорогостоящей прецизионной топливной аппаратуры. При этом циклическое впрыскивание в распределенных системах реализуется либо синхронно с определенными тактами рабочего цикла каждого цилиндра (фазированное впрыскивание), либо в виде группового впрыскивания паро