Как повысить кпд дизельного двигателя
Перейти к содержимому

Как повысить кпд дизельного двигателя

  • автор:

ПОВЫШЕНИЕ ИНДИКАТОРНОГО КПД ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Юльбердин Р.Р., Якупова А.А., Калинин В.А., Шафиков Л.И.

В данной статье представлено теоретическое обоснование повышения индикаторного КПД.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Юльбердин Р.Р., Якупова А.А., Калинин В.А., Шафиков Л.И.

ПРОХОДНОЙ КЛАПАН ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ПОДВЕСКИ ПОЛУПРИЦЕПА
К ВОПРОСУ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ ДИЗЕЛЕЙ
Совершенствование регулировочных стендов топливной аппаратуры автотракторных дизелей
РАПСОВОЕ МАСЛО КАК АЛЬТЕРНАТИВА ДИЗЕЛЬНОМУ МОТОРНОМУ ТОПЛИВУ
Совершенствование способа регулирования топливной аппаратуры дизелей
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «ПОВЫШЕНИЕ ИНДИКАТОРНОГО КПД ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ»

Аспирант 1-го года обучения кафедры теплоэнергетики и физики Башкирский государственный аграрный университет

Магистрант 2-го года обучения кафедры автомобилей

и машино-тракторных комплексов Башкирский государственный аграрный университет

Магистрант 2-го года обучения кафедры автомобилей

и машино-тракторных комплексов Башкирский государственный аграрный университет

Бакалавр 4-го года обучения кафедры автомобилей

и машино-тракторных комплексов Башкирский государственный аграрный университет

ПОВЫШЕНИЕ ИНДИКАТОРНОГО КПД ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Аннотация: в данной статье представлено теоретическое обоснование повышения индикаторного КПД.

Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, степень сжатия, коэффициент полезного действия, давление газов.

Введение. В настоящее время наблюдается тенденция форсирования двигателей внутреннего сгорания (ДВС) применением наддува, изменением степени сжатия и других конструктивных параметров. При этом ограничивающим фактором являются механическая прочность и термонапряжённость деталей ДВС [1,2].

Высокие величины давления и температуры возникают в процессе работы ДВС лишь кратковременно, что даёт резервы повышения данных параметров в период рабочего цикла и получить дополнительную работу. Согласно этому необходимо совершенствовать теоретические циклы ДВС для более полного использования их конструктивного ресурса [3,4,5].

Цель работы. Теоретическое обоснование возможности повышения индикаторного КПД ДВС.

Результаты исследования. Пусть ртах максимальное давление в рабочем цикле, допустимое по условию прочности конструктивных элементов, а ТРтах максимальная температура при этом давлении. В процессе цикла расширения давление падает, но при этом возрастает температура газов. Если при этом продолжается подвод теплоты, то несмотря на снижение давления прочность конструктивных элементов может не обеспечиваться из-за температурного фактора [6,7].

Исходя из этого, подвод теплоты в процессе рабочего цикла необходимо вести, чтоб произведение давления на температуру оставалось постоянным рТ=сот1.

Тогда из уравнения состояния идеально газа ри=ЯоТ следует

где и- молярный объём;

Яо- газовая постоянная.

С учётом уравнения (1)

Удельная работа расширения при этом

I = \ р^и = 4″к • \и~°-5•йи = 2Л[«0К • \ , (3)

где ВМТ и НМТ — верхний и нижний мертвые точки.

Обозначив 2″ • N как константу работы N и используя уравнение (1) Ртах и ТРтах можно записать

N = ^»о ^тпах Тртх ■ (4)

Тогда удельная работа расширения будет равна

«о •Ртах •Тртх ■и\ШТ= N• Л1°НМТ Ч\мТ • (5)

С учетом преобразований

I = .АНМТ = 2• Р • \НМТ = 2• (Р \ — Р \ ) = 2-Л(Т — Т )(6)

1 г~ и\ВМТ 2 1 и\ВМТ 2 (РНМТ иНМТ РВМТ иВМТ ) 2 Л (ТНМТ ТВМТ ) (6)

Согласно этого уравнения получается, что важными факторами являются и температура отработавших газов, газовая постоянная смеси.

Для повышения газовой постоянной смеси можно применять различные присадки к топливу при подаче его в цилиндр ДВС Повышение температуры отработавших газов можно достичь путем подвода дополнительного тепла в фазе расширения, называемый смещенным подводом тепла, который является оптимальным для ДВС поршневого типа.

Этому требованию отвечают дизельные ДВС. Их особенность заключается в том, что впрыск топлива продолжается и в цикле расширения, при этом продолжает повышаться температура и давление.

Если описать рассматриваемый процесс уравнением Р1Р=сот(, то можно сделать вывод, что он протекает с показателем политропы равным 0,5.

Необходимый способ подвода теплоты можно осуществлять настройкой топливной аппаратуры на данный режим работы [8,9].

Вывод. Предлагаемые мероприятия позволят увеличить эффективную мощность ДВС. Это в свою очередь конечно увеличивает расход топлива из-за повышения температуры отработавших газов, но при дополнительном использовании средств трансформации тепловой энергии выбрасываемой из ДВС в механическую можно повысить эффективность работы ДВС. Установками трансформации тепловой энергии могут служить, например турбокомпаудные двигатели.

1. Баширов, Р.М. Автотракторные двигатели: конструкция, основы теории и расчета. — Москва: Лань, 2017. — 335 с.

2. Сафин, Ф.Р. Совершенствование методики и средств регулирования топливной аппаратуры автотракторных дизелей [Текст] / Ф.Р. Сафин // Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. — Оренбург, 2015. — 145 с.

3. Сафин Ф.Р. Повышение экономичности работы дизельных поршневых двигателей когенерационных установок [Текст] / Ф.Р. Сафин // В сборнике: Современные технологии в системах отопления, водоснабжения и вентиляции материалы IV международной научно-практической конференции, проводимой в рамках XX специализированной выставки «Отопление. Водоснабжение. Вентиляция». 2016. С. 33-37.

4. Сафин Ф.Р. Тепловой баланс двигателя внутреннего сгорания [Текст] / Ф.Р. Сафин, Р.Р. Назмутдинов // В сборнике: Современное состояние, традиции и инновационные технологии в развитии АПК материалы международной научно-практической конференции в рамках XXVIII Международной специализированной выставки «Агрокомплекс-2018». Башкирский государственный аграрный университет. 2018. С. 171-175.

5. Сафин Ф.Р. Устройство для диагностики топливных систем дизельных

когенерационных установок [Текст] / С.З. Инсафуддинов, Ф.Р. Сафин, А.А. Шарафеев//

В сборнике: Отопление. Водоснабжение. Кондиционирование Материалы

Международной научно-практической конференции, проводимой в рамках XVII

специализированной выставки. 2013. С. 16-18.

6. Инсафуддинов, С.З. Теплотехника. — Уфа: Башкирский ГАУ, 2014. — 130 с.

7. Баширов, Р.М. Совершенствование способа регулирования топливной аппаратуры дизелей [Текст] / Р.М.Баширов, Ф.Р. Сафин., Р.Ж. Магафуров// В сборнике: Отопление. Водоснабжение. Кондиционирование Материалы Международной научно-практической конференции, проводимой в рамках XVII специализированной выставки. 2013. С. 16-18.

8. Сафин Ф.Р. Регулирование топливной аппаратуры на стендах с впрыском в среду с противодавлением как фактор повышения экономичности работы дизелей [Текст] / Ф.Р. Сафин, П.А. Иофинов// В сборнике: Наука молодых — инновационному развитию АПК материалы Международной молодежной научно-практической конференции. 2016. С. 329-335.

9. Сафин Ф.Р. Стенд для проверки форсунок топливных систем дизелей [Текст] / Ф.Р. Сафин, А.А. Шарафеев// В сборнике: Молодежная наука и АПК: проблемы и перспективы Материалы международной научно-практической конференции молодых ученых, посвященной 80-летию ФГОУ ВПО «Башкирский ГАУ». 2010. С. 80-82.

Повысить КПД дизельного двигателя

Повысить КПД дизельного двигателя

Одним из способов повысить КПД двигателя и снизить уровень вредных выбросов является более точное управление системой впрыска топлива. Дизельные форсунки могут распылять топливо до 10 раз в каждом рабочем цикле двигателя, поэтому прецизионное управление каждым отдельным моментом впрыска позволяет еще больше повысить топливную экономичность, снизить уровень вредных выбросов и уменьшить уровень шума в течение всего срока службы двигателя.

Инженеры Delphi разработали передовую технологию управления насос-форсункой с обратной связью, реализуемую посредством аппаратного и программного обеспечения. С ее помощью поддерживается максимальная эффективность впрыска в течение продолжительного времени. Это достигается за счет использования дополнительного электрического провода внутри корпуса насос-форсунки, игла которой действует в качестве «электрического выключателя». Данный процесс обеспечивает передачу сигнала управления в реальном времени, что является более точным и более экономически выгодным решением, чем те, что реализованы в аналогичных системах.

Посылая электрический ток по игле распылителя, система Delphi распознает моменты контакта иглы с седлом, ограничителем подъема или нахождения между этими двумя положениями. Этот процесс позволяет системе непрерывно перекалибровывать все моменты подачи топлива на протяжении всего срока службы автомобиля.

Сочетание электрического выключателя и нового алгоритма управления создает уникальное решение, которое обеспечивает высокую точность многофазного впрыска. В отличие от других решений такая конструкция работает независимо от настроек параметров впрыска и сгорания топлива, а также сложности конструкции двигателя или силовой установки.

Использование в конструкции форсунки «выключателя» и нового алгоритма работы электронного блока управления позволило инженерам Delphi добиться снижения уровня вредных выбросов и предложить эффективное решение для сложных технических задач.

Как повысить кпд дизельного двигателя

Конференция в Цзинань

16 сентября 2020 года корпорация Weichai, ведущая в области двигателестроения в Китае, во главе с председателем Таном Сюйгуаном – провели пресс-конференцию в г. Цзинань провинция Шаньдун. В ходе которой было официально объявлено о выпуске первого в мире коммерческого дизельного двигателя с эффективным КПД выше 50%.

На конференции немецкая TÜV SÜD (всемирная организация по инспектированию и сертификации) и «Китайский исследовательский центр автомобильных технологий» вручили корпорации Weichai сертификат, подтверждающий, что эффективный КПД нового дизельного двигателя WP13H560E65 превысил 50,26%.

Эффективный КПД – это критерий оценки эффективности использования топлива в двигателе внутреннего сгорания. Чем выше этот показатель, тем меньше расход топлива, и выше энергоэффективность, а уровень выбросов ниже. С 1897 года, когда впервые был успешно использован двигатель внутреннего сгорания, и за сто лет модернизации и технологических инноваций эффективный КПД дизельного топлива вырос с 26% до 46%. На сегодняшний день с постоянным ужесточением нормативов выбросов, процесс роста эффективного КПД значительно замедлился. Данная проблема стала общемировой технологической трудностью в отрасли двигателестроения.

Корпорация Weichai активно работает в области двигателестроения уже более 70 лет. За этот период корпорация накопила обширную интеллектуальную базу и опыт в производстве и разработке дизельных двигателей. Weichai постоянно совершенствует ключевые технологии. За последние 10 лет корпорация инвестировала 4,5 миллиардов долларов, привлекла более 200 докторов наук, более 300 высококвалифицированных специалистов со всего мира, более 3000 исследователей для участия в разработках. Такие меры позволили корпорации осуществить скачок в развитии собственных инновационных технологий в области дизельных двигателей. В г. Вэйфан в Китае корпорация построила крупнейший в мире завод, способный изготавливать и продавать ежегодно более 1 миллиона единиц двигателей.

Последние несколько лет корпорация Weichai наращивала потенциал, который был направлен на проекты по повышению эффективного КПД. Этот процесс еще сильнее ускорился в 2015 году, когда была сформирована специальная команда по технологическим инновациям, которая осуществляла огромное количество моделирований и стендовых испытаний, изучила и проанализировала тысячи разных проектов, постоянно пробовала и совершенствовала существующие решения, фиксировала повышение эффективного КПД на каждые 0,1%, пока наконец не добилась исторического прорыва. Были разработаны пять специальных технологий – технология согласованного сгорания, технология согласованного проектирования, технология распределения энергии выхлопа, технология зонирования смазки и технология интеллектуального управления. Благодаря этим технологиям удалось решить ряд общих для всего мира трудностей и добиться – эффективного сгорания, низкой теплопередачи, высокой надежности, низких потерь на трение, низкого уровня выброса загрязняющих веществ и интеллектуального управления. Это позволило создать двигатель с эффективным КПД выше 50%.

Технология согласованного сгорания позволила сбалансировать соотношение между скоростью, концентрацией и другими физическими процессами в камере сгорания благодаря оптимизации проектирования газовых каналов, впрыска топлива, камеры сгорания и других систем. Это позволило в свою очередь повысить скорость сгорания на 30%.

Технология согласованного проектирования направлена на усовершенствование сгорания при чрезвычайно ограниченном запасе прочности при максимальном давлении сгорания. Изменение массы отдельных деталей и дальнейшее укрепление цельной конструкции позволило повысить устойчивость системы к высокому давлению сгорания почти на 60%.

Технология распределения энергии выхлопа направлена на решение проблемы значительного повышения сложности контроля выбросов загрязняющих веществ, вызванной усовершенствованием процессов сгорания.

Технология зонирования смазки заключается в целевом применении различных технологий снижения трения в зависимости от свойств фрикционных пар системы. Данная технология позволила снизить трение системы на 20%.

Технология интеллектуального управления заключается в использовании преимуществ собственного электронного блока управления корпорации Weichai и разработке ряда более точных моделей прогнозирования, которые позволяют повысить эффективность каждой зоны работы дизельного двигателя.

Рост эффективного КПД выше отметки в 50% является революцией в мировом развитии двигателестроения. Свои поздравления в достижении корпорацией Weichai этого исторического прорыва выразили: немецкая корпорация Bosch, австрийская AVL, немецкая FEV, американское Сообщество инженеров-автомехаников, Китайская ассоциация машиностроения, Китайская ассоциация промышленности двигателей внутреннего сгорания, другие авторитетные организации и специалисты.

Корпорация Weichai не только объявила о выходе первого в мире дизельного двигателя с эффективным КПД, превышающим 50%, но также смогла добиться соответствия требованиям уровня выбросов, соответствующих национальному стандарту G6/EU-VI, первой создала возможности для серийного производства и коммерциализации продукта. Специалисты по отрасли указывают на то, что повышение эффективного КПД с предыдущего уровня с 46% до 50% позволит снизить расход дизельного топлива на 8% и снизить уровень выбросов CO2 на 8%. Если отталкиваться от текущей оценки, согласно которой количество тяжелых дизельных двигателей на китайском рынке достигает 7 миллионов, то в случае замены всех дизельных двигателей на новые можно будет добиться экономии около 33,32 миллионов тонн дизельного топлива в год и снижения выбросов СО2 на 104,95 миллиона тонн. Это станет огромным вкладом для решения экологических проблем.

Объявление о разработке первого в мире коммерческого дизельного двигателя с эффективным КПД выше 50% ознаменовало выход китайских технологий тяжелых дизельных двигателей на мировой уровень. В ходе проекта по разработке двигателя корпорация Weichai пользовалась поддержкой немецкой корпорации Bosch и других ведущих мировых организаций. На пресс-конференции Тан Сюйгуан объявил также о том, что в будущем корпорация Weichai будет открыта к сотрудничеству и партнерству с компаниями со всего мира для движения к новой цели – создания дизельных двигателей с эффективным КПД 55%!

способ повышения коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано в бензиновых и двигателях типа «Дизель». Способ повышения коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания заключается в подаче энергоносителя в надпоршневую полость в виде двух вводов, его поджига, причем второй ввод осуществляют при движении поршня во время рабочего хода, при этом угол между шатуном и кривошипом коленчатого вала составляет 150 — 190 o , а номинальная масса энергоносителя обоих вводов остается постоянной для данного режима работы. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения

1. Способ повышения коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в подаче энергоносителя в надпоршневую полость в виде двух вводов и его поджига, отличающийся тем, что второй ввод энергоносителя осуществляют при движении поршня во время рабочего хода.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что второй ввод энергоносителя осуществляют при угле между шатуном и кривошипом коленчатого вала 150 — 190 o .

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что номинальная масса энергоносителя обоих вводов его остается постоянной для данного режима работы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к улучшению преобразования тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в механическую энергию (повышение КПД). Предложение может быть использовано в бензиновых ДВС и двигателях типа «Дизель».

Известен цикл Отто, который используется во всех бензиновых ДВС, в которых рабочий цикл осуществляется путем всасывания горючей смеси (воздуха с бензином) при движении поршня от головки цилиндра с последующим перемещением поршня к головке цилиндра с поджигом при положении поршня в верхней точке (Элементарный учебник физики. Под ред. Ландсберга.-М., т.1, 1975, с. 639-642).

Недостатком такого цикла следует считать подвод тепловой энергии при постоянном объеме, когда максимальное усилие фактически не используется для вращения коленчатого вала и усилие просто изгибает коленчатый вал — изохорический процесс (Справочник по физике. Под ред. Яворского.-М.: Наука, 1964, с. 158). Далее процесс развивается со снижением давления до атмосферного.

Наиболее близким, выбранным в качестве прототипа, является способ работы ДВС, заключающийся во впрыске энергоносителя в надпоршневую полость в виде двух вводов и его поджига.

Однако при осуществлении рабочего хода поршнем происходит падение давления, а следовательно, и силового воздействия на коленчатый вал, снижение выходного момента на валу двигателя.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков: повышение среднего момента на коленчатом валу, т.е. повышение КПД двигателя, так как его мощность определяется произведением момента на угловую скорость. При равенстве угловой скорости и росте момента будет возрастать мощность, а если постоянен расход энергоносителя, то возрастает КПД.

Поставленная задача достигается за счет того, что способ повышения КПД ДВС заключается в подаче энергоносителя в надпоршневую полость в виде двух вводов и его поджига, причем второй ввод энергоносителя осуществляют при движении поршня во время рабочего хода. Второй ввод энергоносителя осуществляют при угле между шатуном и кривошипом коленчатого вала 150-190 o , а номинальная масса энергоносителя обоих вводов остается постоянной для данного режима работы.

Пояснения к способу:
Желательно получить максимальное давление в надпоршневой полости, когда угол между шатуном и кривошипом составляет 90 o . В этом положении составляющая, касательная к траектории кривошипа, будет максимальной.

Разброс угла ввода энергоносителя объясняется следующими обстоятельствами: если способ используется в бензиновом ДВС, то ввод бензина может быть осуществлен, допустим, при угле 120 o , и 90 o будет осуществляться сгорание энергоносителя (примерно, так как линейная скорость велика); в «Дизеле» процесс сгорания будет происходить медленнее из-за самой структуры топлива, поэтому введение энергоносителя нужно производить раньше, допустим, при угле 150-190 o в зависимости от режима работы ДВС.

Введение топлива при движении поршня вниз не требует дополнительного поджига, так как температура будет выше точки вспышки энергоносителя.

Под энергоносителем понимается либо чистое топливо, либо смесь с газом (воздухом или обогащенным кислородом газом).

В начальный момент (топливо) энергоноситель, когда поршень находится в верхней точке («Дизель»), подается от 30 до 50% номинального значения топлива, а остальные 70-50% вводятся при благоприятном положении шатуна и коленчатого вала. Это зависит от режима работы и сейчас, когда используется вычислительная техника для определения оптимального момента поджига (для бензинового ДВС), не представит проблемы.

Качественно диаграммы обоих типов ДВС представлены на фиг. 1, 2: на фиг. 1 — бензиновой ДВС; на фиг. 2 — «Дизель». Снижение процесса подвода тепловой энергии связано с уменьшением массы энергоносителя.

Однако, если соответственно снизить и объем камеры сгорания, то форма подвода тепловой энергии меняться не будет.

Заштрихованный всплеск определяется горением введенной массы топлива. Площадь, заключенная между кривыми, возрастет, а она и определяет полезную работу. Возрастает и крутящий момент, т.е. произойдет возрастание КПД, что и является целью изобретения.

Возможен случай ввода энергоносителя только при движении поршня в указанных углах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *