Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2015 » Июль » 27 » Экология ДВС ч 6. Устройство.
21:37
Экология ДВС ч 6. Устройство.

    Все поршневые двигатели внутреннего сгорания имеют ряд конструктивных недостатков, объясняющих снижение их КПД. Как следует из второго начала термодинамики, ни одна тепловая машина не может иметь КПД равный 100%. При рассмотрении ДВС с позиции экологической безопасности и экономии топлива, стоит уделить внимание полноте сгорания топлива. Как мы уже сказали ранее, любое жидкое топливо сгорает в парообразном состоянии в среде воздуха и остатков продуктов сгорания предыдущей партии топлива. Эта смесь носит название “рабочая смесь”, в отличие от топливной смеси, которую готовит карбюратор и которая не содержит остатки продуктов сгорания предыдущей партии топлива.
    Для повышения полноты сгорания топлива можно повысить содержание кислорода в подаваемом в карбюратор воздухе. Этот прием резко повысит полноту сгорания топлива, но, столь же резко повысит и температуру в области горения. Повышение температуры не только осложнит работу системы охлаждения, но и приведет к преждевременному износу деталей двигателя, контактирующих с горящей рабочей смесью. Прием увеличения содержания окислителя в топливной смеси изредка используется в спортивных автомобилях. В этих случаях часть воздуха заменяют на закись азота, не только имеющую большую плотность паров, но и содержащую значительно больше кислорода. Применение закиси азота призвано повысить удельную мощность двигателя, но, негативно сказывается на экологических показателях, так как, часть оксидов азота попадает в выхлопные газы. К тому же, дополнительный окислитель приходится возить с собой, что перекрывает все экологические преимущества.
    Повышение степени удаления из области сгорания всех продуктов сгорания предыдущего рабочего цикла, хотя и несколько повысило бы полноту сгорания, но, это связано с перерасходом топливной смеси на продувку цилиндра.
    Одним из методов повышения полноту сгорания топлива является использование катализаторов. Предложено разместить в головке цилиндра пористый катализатор окисления топлива. С одной стороны, элемент с развитой поверхностью, изобилующей активными центрами, проявляет катализирующее действие на газовую смесь при ее сгорании, но, имеется и ряд недостатков. Катализатор с развитой поверхностью создает заметное аэродинамическое сопротивление, что осложняет перемешивание топливной смеси вихревыми потоками при ее горении, а так же, повышает потери на трение в движущейся газовой среде при продувке цилиндра. Основным недостатком отдельного катализатора является быстрая потеря его активности, так как, пористый материал обладает малой теплопроводностью и сильно разогревается в слоях, прилегающих к области сгорания топливной смеси. Это вызывает спекание катализатора (обычно соле-окисные соединения переходных металлов на пористом металлическом носителе) и снижение его удельной поверхности, как следствие, снижение эффективности. Дополнительное снижение эффективности вызывает засорение поверхности катализатора сажей (если топливная смесь имеет слегка отрицательный кислородный баланс) и/или восстановленными производными переходных металлов.
    Для ускорения распространения пламени в сжатой топливной смеси и увеличения полноты ее сгорания предложено применять две искровые свечи зажигания. В случае калильных свечей дизельных двигателей, этот прием не дает заметных преимуществ. Вторая свеча не только поджигает топливную смесь в области сгорания со второго края, но и обеспечивает большую надежность работы двигателя и облегчает запуск (особенно, если ДВС изношен, на улице мороз, топливо посредственного качества и пр.). При воспламенении сжатой топливной смеси с двух сторон, появляется эффект встречи двух фронтов пламени (ударных волн). Аналогичный эффект обнаружен при изучении распространения ударной волны в облаке кислородно-топливных боеприпасов, в случае БОВ эффект встречи ударных волн в среде газообразной взрывчатой смеси несколько повышает бризантность и фугасность взрыва за счет более быстрого сгорания облака. В ДВС встреча двух фронтов пламени может быть использована для снижения рабочей степени сжатия смеси, соответствующей достижению высокой полноты сгорания за время одного цикла. Свечи обычно располагают напротив друг друга, а в промежутках между ними расположены клапаны систему ГРМ (газораспределительный механизм).
    Кстати о клапанах, для снижения аэродинамического сопротивления пространства цилиндра при заполнении, продувке и спуске отработавших продуктов сгорания, предложено применять четыре клапана вместо двух. Этот прием не значительно повышает сложность ДВС и практически не сказывается на его массе. В то же время, использование в два раза большего числа клапанов, позволяет в два разы быстрее наполнять цилиндр рабочей смесью и в два раза быстрее опорожнять его от отработавших газов. Почти все современные автомобили с мощными ДВС оснащены двумя свечами и четырьмя клапанами на один цилиндр. Как вариант, предложено использование клапанов с овальными и подковообразными головками, но, это решение не нашло поддержки, в связи со сложностями работы измерительного инструмента КИП и проблемами притирки клапанов при их установке в головку цилиндра.
    Отдельно стоит упомянуть систему впрыска топлива в цилиндр дизельного двигателя. Различают прямой и непрямой впрыск топлива. В первом случае впрыск топлива производят непосредственно в центр камеры сгорания, наполненный сжатым воздухом. Во втором случае, впрыск осуществляют в специальную боковую камеру, выполненную в форме прилива в головке цилиндра. Объем камеры впрыска намного меньше рабочего объема цилиндра, в этой же камере расположена калильная свеча предварительного подогрева. Прямой впрыск обеспечивает более полное и равномерное сгорание, фронт пламени от форсунки равномерно распространяется к стенкам цилиндра. Непрямой впрыск несколько снижает КПД, но, он упрощает запуск двигателя на морозе и в других неблагоприятных условиях. Когда в 1960-х годов в СССР был объявлен конкурс на разработку двигательной установки для нового танка (впоследствии получившего наименование Т-72 “Урал”), то было предложено два принципиально отличающихся двигателя: газотурбинный многотопливный двигатель и оппозитный парнопоршневой двенадцати цилиндровый дизель. Первый вариант обеспечивал хороший запуск двигателя даже на морозе и мог работать на практически любой горючей жидкости, кроме того, отличался высокой удельной мощностью, второй вариант имел боле простое устройство, выше КПД, ниже стоимость и меньшую опасность пожара. Тогда отдали предпочтение дизельному двигателю, как прекрасно зарекомендовавшему себя на предшественниках (с Т-34 по Т-62). Но, развитие тактики последних этапов холодной войны потребовало использование ДВС, способного заправляться везде и чем только можно, при этом, обеспечивающим высокую удельную мощности и подвижность танка. Следующее поколение тяжелых боевых машин, получивших общий индекс Т-80, получили два варианта двигателя: газотурбинный двигатель (ГТД-1000Т и его потомки) и собственно дизель (В-84-1, В-84Т или В-84ТС). Причем, ГТУ доминирует на большинстве модификаций, преимущественно за счет возможности использования всех видов жидкого топлива, высокой удельной мощности и легкости запуска на морозе.
    Сегодня дизельные двигатели с непрямым впрыском широко используются на легковых автомобилях, так как, это позволяет иметь более высокий КПД, чем у карбюраторных ДВС, при легком запуске, устойчивой работе и сравнительно небольшой массе.
    Можно упомянуть разработки ротационных ДВС, в которых нет поршневой группы как таковой, есть лишь ротор с выемками, которые, при совмещении с выемками в стенках статора, образуют камеры сгорания. Неравенство давления на противоположные стенки выемки ротора (за счет их формы), приводит к появлению вращающего момента. Данный тип ДВС разрабатывается уже давно и обеспечивает более высокий КПД за счет снижения потерь энергии на инерцию. Но, недостатки системы (требуется высокая точность изготовления массивных деталей, эксцентриситет ротора на больших оборотах вызывает существенную вибрацию конструкции, на малых оборотах ДВС имеет сравнительно низких КПД и пр.) пока не позволяют внедрить этот дерзкий проект. О других, столь же глубоких конструктивных методах повышения КПД ДВС мы говорить не будем – это поле деятельности механиков и конструкторов.

 

Категория: Топливо и энергетика | Просмотров: 845 | Добавил: Chemadm | Теги: дизель, Топливо, полнота сгорания, экология, бензин | Рейтинг: 5.0/5
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]