Современный экономичный автомобиль.
Текст напечатан в сокращенном виде с комментариями. [ 13.09.02 г.]

Перевод с чешского. Москва, Машиностроение, 1987 г.
    УДК 629.114.6 "312"
Ю. Мацкерле
   Примерно одна треть топлива расходуется на движение, остальное это потери: трение, тепловые и т.д.
  100% энергии распределяется следующим образом:
движение – 12%,(3,2 сопротивление воздуха, 2,4 качение, 6,4 силы инерции)
система охлаждения – 42%;
отработанные газы – 22%;
трение в двигателе – 13%;
трансмиссия – 9%;
привод вспомогательных агрегатов – 2%.
  Большую роль играет снижение массы автомобиля. На каждые 100 кг тратится в среднем для легкового автомобиля 0,7 литра топлива.
Давление в колесах может проявиться двояко. На неровной дороге повышенное давление в колесах может увеличивать сопротивление качению, хотя на хорошей дороге сопротивление качению снижается. Скорость движения от 60 – 80 км/час оптимальная с точки зрения аэродинамического сопротивления. Большие потери в коробке передач. Следовательно хорошее масло, твердая смазка, качество изготовления.
Соревнования по экономичности Шелл проводит. Масса авто около 50 кг, 1 цилиндр, объемом 50 – 67 см3, дизель – 200 см3. Достижения: дизель – мощность 0,75 кВт, импульсный разгон, накат, (800 метров дистанции – 3 сек работает двигатель;) расход топлива – 1литр на 1284 км, 0,0778 литра на 100 км пути.
Бензиновый двигатель: 1 литр на 745 км. Движение по кругу.
  Сопротивление качения минимальные значения имеет при скорости 60 – 100 км/час; для хороших шин до 130 км/час. Поворот в движении увеличивает сопротивление качения. Открытые окна увеличивают сопротивление аэродинамическое.
У современного ДВС бензинового область наименьшего удельного расхода топлива находится в зоне частоты вращения около 50% от максимальной величины и при полностью открытой дроссельной заслонке. Из анализа следует, что экономичное число передачи таково, что при движении по ровному шоссе нет запаса мощности на преодоление подъема. Это получается повышающая передача. В реальных условиях это сложно осуществимо. Также практически не осуществима стратегия разгона – наката. Оптимальная стратегия – равномерное движение на полном дросселе с использованием дорожных уклонов. Либо использование дополнительного экономичного режима. (Эконом-форсаж, вариостат)
  При движении в ГЦ приходится работать ДВС с прикрытой ДЗ и при этом большой процент времени и мощности тратится на разгоны в мощностном режиме, следовательно перерасход топлива. Геометрическое сжатие может достигать 12,5 при этом на средних нагрузках оно увеличивается на 2,5 ед., КПД индикаторное увеличивается в среднем на 10%.
Если бы впускной клапан закрывался на половине хода поршня, то фактический объем сократился бы в 2 раза, следовательно уменьшилась и мощность ДВС, вес двигателя постоянный, но и расход сократился бы.(дефорсирование)
  Детонация. Возникновение, после искры процесс сгорания развивается со скоростью , зависящей от температуры газов и давления, типа топлива и состава смеси. Большое влияние оказывают на процесс сгорания, движение смеси и температура стенок камеры и цилиндра. Часть смеси, сгорая у свечи, расширяясь и сжимает остаток не сгоревшей смеси. Следовательно температура и давление газов изменяются не по постоянному закону. При критических значениях произойдет мгновенное горение смеси и следовательно резкий скачек температуры и давления – это детонация. Устранение. Объем смеси сгорающий последним должен быть в холодной части камеры сгорания, а в первую очередь должна гореть смесь в зоне максимальной температуры, т.е. у выпускного клапана, следовательно свеча должна быть ближе к нему. (Прим. Либо направление горения должно соответствовать, т.к. свечу приблизить сложно из-за рубашки охлаждения.) При полной нагрузке необходимо уменьшать угол опережения зажигания, а в зоне средних нагрузок угол должен быть максимальный, но это уменьшает мощность на максимальных нагрузках.
  Бедные смеси – ограничение по пределу воспламенения. В районе свечи более богатая смесь (13). Отношение воздуха к топливу равно 13. По объему цилиндра, более бедную около 17 и меньше, и не смешивать их. Тогда уменьшается количество NOx. Стехиометрическая смесь: в/т = 15, альфа = 1; больше всего CNx. В будущем в основном будут применяться бедные смеси. Они выгодны и с точки зрения достижения высокого индикаторного КПД, и для снижения вредности выхлопа, хотя необходимо отметить что это приводит к снижению мощности ДВС. Допустимое решение: увеличение степени сжатия i и устранения возможности детонации завихрением топливной смеси. Оптимальное сжатие около 11,6 для 92 бензина.(оптимальные соотношения: i = 12,5; a = 0,9 при полной нагрузке; и до a = 1,2 при частичной нагрузке).
  Система охлаждения отводит около 33% тепловой энергии. Охлаждение ДВС зимой и летом; большой тепловой градиент, с целью экономии топлива при частичной нагрузке необходимо снижать температуру воздуха. Механические потери. Большая часть потерь – это трение в цилиндре, меньшая часть, трение в хорошо смазанных подшипниках и привод других вспомогательных агрегатов.
Потери связанные с поступлением воздуха в цилиндры (насосные потери) важны, они возрастают пропорционально квадрату частоты.
При увеличении нагрузки на ДВС его механический инд. КПД уменьшается, т.к. абсолютная величина потерь (большинства) не зависит от нагрузки. Наглядный пример: режим холостого хода ДВС, индикаторный КПД равен 0. Вся индикаторная мощность расходуется на преодоление потерь. При нагрузки ДВС 50% и менее удельный расход топлива увеличивается, и следовательно использовать мощность двигателя если в этом нет необходимости нецелесообразно.
Трение в паре поршень – цилиндр. Наибольшие потери вызывает 1 компрессионное кольцо. Сказываются давление, плохая смазка (сухое трение), повышенная температура. Другие факторы: прижатие поршня к стенке цилиндра вблизи ВМТ, давлением газов и силами инерции возвратно-поступательных масс. При больших оборотах они имею силы большие, чем газовые. Следовательно поршни должны иметь минимальную массу, уменьшение количества колец, защитный слой на юбке поршня, предохраняющий поршень от задира и заклинивания. Потери на трение зависят от квадрата частоты вращения.
Потери на газообмен также зависят от квадрата оборотов, на нее расходуется часть индикаторной мощности ДВС. Поэтому механический КПД с увеличением оборотов уменьшается, а удельный расход топлива ухудшается.
Суммарная зависимость мех. КПД от нагрузки бензинового ДВС такова (при постоянных оборотах): уменьшение с 87,8% до 67,3% при изменении нагрузки от 30% до 100%.
При увеличении оборотов в среднем все потери увеличиваются по квадрату.
  При движении состав топливной смеси должен быть бедным, (хорошее КПД и расход топлива). Для достижения максимальной мощности использовать богатую смесь для полного использования воздуха.

Выводы и комментарии. Оширов В.
   Общие характеристики и анализ хорошие. Многие данные уже устарели. Основа для дальнейшего развития.

Возврат в список


© Оширов В. 2002 г.

Главная страница

Статьи и разработки

Обсудить на форуме

E-mail: ingenerw@km.ru

Hosted by uCoz