2Ноя

Системы двс: ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ • Большая российская энциклопедия

Содержание

Двигатель. Классификация, механизмы и системы ДВС

На современных тракторах и автомобилях в основном применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания. Внутри этих двигателей сгорает горючая смесь (смесь топлива с воздухом в определенных соотношениях и количествах). Часть выделяющейся при этом теплоты преобразуется в механическую работу.

Классификация двигателей

Поршневые двигатели классифицируют по следующим признакам:

  • по способу воспламенения горючей смеси — от сжатия (дизели) и от электрической искры
  • по способу смесеобразования — с внешним (карбюраторные и газовые) и внутренним (дизели) смесеобразованием
  • по способу осуществления рабочего цикла — четырех- и двухтактные;
  • по виду применяемого топлива — работающие на жидком (бензин или дизельное топливо), газообразном (сжатый или сжиженный газ) топливе и мно­готопливные
  • по числу цилиндров — одно- и многоцилиндровые (двух-, трех-, четырех-, шестицилиндровые и т.д.)
  • по расположению цилиндров — однорядные, или линейные (цилиндры расположены в один ряд), и двухрядные, или V-образные (один ряд цилиндров размещен под углом к другому)

На тракторах и автомобилях большой грузоподъемности применяют четырехтактные многоцилиндровые дизели, на автомобилях легковых, малой и средней грузоподъемности — четырехтактные многоцилиндровые карбюра­торные и дизельные двигатели, а также двигатели, работающие на сжатом и сжиженном газе.

Основные механизмы и системы двигателя

Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из:

  • корпусных деталей
  • кривошипно-шатунного механизма
  • газораспределительного механизма
  • системы питания
  • системы охлаждения
  • смазочной системы
  • системы зажигания и пуска
  • регулятора частоты вращения

Устройство четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя показано на рисунке:

Рисунок. Устройство одноцилиндрового четырехтактного карбюра­торного двигателя:
1 — шестерни приводи распределительного вала; 2 — распределительный вал; 3 — толкатель; 4 — пружина; 5 — выпускная труба; 6 — впускная труба; 7 — карбюратор; 8 — выпускной кла­пан; 9 — провод к свече; 10 — искровая зажигательная свеча; 11 — впускной клапан; 12 — го­ловка цилиндра; 13 — цилиндр: 14 — водяная рубашка; 15 — поршень; 16 — поршневой палец; 17 — шатун; 18 — маховик; 19 — коленчатый вал; 20 — резервуар для масла (поддон картера).

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение ко­ленчатого вала и наоборот.

Механизм газораспределения (ГРМ) предназначен для своевременного соединения надпоршневого объема с системой впуска свежего заряда и вы­пуска из цилиндра продуктов сгорания (отработавших газов) в определенные промежутки времени.

Система питания служит для приготовления горючей смеси и подвода ее к цилиндру (в карбюраторном и газовом двигателях) или наполнения ци­линдра воздухом и подачи в него топлива под высоким давлением (в дизеле). Кроме того, эта система отводит наружу выхлопные газы.

Система охлаждения необходима для поддержания оптимального теп­лового режима двигателя. Вещество, отводящее от деталей двигателя избы­ток теплоты, — теплоноситель может быть жидкостью или воздухом.

Смазочная система предназначена для подвода смазочного материала (моторного масла) к поверхностям трения с целью их разделения, охлажде­ния, защиты от коррозии и вымывания продуктов изнашивания.

Система зажигания служит для своевременного зажигания рабочей смеси электрической искрой в цилиндрах карбюраторного и газового двига­телей.

Система пуска — это комплекс взаимодействующих механизмов и сис­тем, обеспечивающих устойчивое начало протекания рабочего цикла в ци­линдрах двигателя.

Регулятор частоты вращения — это автоматически действующий меха­низм, предназначенный для изменения подачи топлива или горючей смеси в зависимости от нагрузки двигателя.

У дизеля в отличие от карбюраторного и газового двигателей нет сис­темы зажигания и в системе питания вместо карбюратора или смесителя ус­тановлена топливная аппаратура (топливный насос высокого давления, топ­ливопроводы высокого давления и форсунки).

Моторное масло и системы ДВС

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) был изобретён в 1858 году Ж.Ж. Этьеном Ленуаром и с тех пор претерпел много усовершенствований, но его суть осталась прежней: перевод энергии сгорания топлива в крутящий момент на коленчатом валу через возвратно-поступательные движения шатунного механизма.

Ускорение скорости современной жизни поддерживает стремительные инновации в технике приводящие к росту мощности и отдачи на сжигаемые килокалории.

Поворачивая ключ зажигания или нажимая кнопку стартера, мы не задумываемся о том, что происходит под капотом, а меж тем, там идут весьма занимательные процессы, о которых мы начинаем задумываться только когда привычное урчание замолкает или начинает перемеживаться посторонними звуками и стуками.

Распредвал подвержен воздействию значительных сдвигающих нагрузок, трение скольжения от толкателей клапанов, может испытывать масляное голодание на низких скоростях, если моторное масло имеет недостаточную прокачиваемость или неправильную вязкость. Масло MobilTM содержит противоизносные присадки и обладает хорошей текучестью, что с блеском решает эту задачу.

Клапаны работают в среде высоких температур (более 300O С), что создаёт риск образования нагара и отложений из-за плохого качества топлива или при избыточной подаче масла. Последствие – нарушение уплотнения, потеря компрессии, снижение эффективности наполнения цилиндра топливовоздушной смесью, снижение мощности. Масло

MobilTM с моющими присадками не допускает выхода ДВС из строя.

Турбонагнетатели требуют смазочных материалов MobilTM с высокой температурной стабильностью во избежание отложений в масляных каналах и подшипниках, снижающих производительность турбины.

Поршни могут накапливать отложения в кольцевых канавках, что приводит к залеганию колец, прорыву газов в картер, полировке стенок цилиндра от хонингованных рисок и, в конечном счёте, потере мощности. Моющие и диспергирующие присадки входящие в состав высококачественного масла MobilTM

предотвращают поломки мотора.

Подшипники скольжения коленвала, распредвала, шатунов и поршней подвержены значительному износу в случае, если толщина масла недостаточна. Граничный слой масла должен сохранять свою величину и способность к устранению трения как при холодных пусках, так и на максимальных оборотах, что требует совершенно разных присадок.

Используя продукты MobilTM, автовладелец всегда может быть уверен в оптимально подобранном составе масла и комплекса присадок решающих широкий спектр задач для эффективной и долговременной работы двигателя и механизмов автомобиля, в числе которых перечисленные ниже.

Модификаторы характеристик: подавитель температуры застывания (депрессорная присадка), присадка для улучшения индекса вязкости (модификатор вязкости), агенты улучшения уплотнения.

Протекторы масла: антиокислительная присадка, дезактиватор металла, противопенная присадка.

Протекторы поверхности: замедлитель коррозии, ингибитор коррозии, моющая присадка, диспергирующая присадка, противоизносная присадки, модификаторы трения.

Подберите нужное Вам моторное масло в нашем Каталоге или доверьтесь Подбору масла он-лайн.

Андрей Герасименко

[email protected]

Мягкая промывка смазочной системы ДВС «Ормекс»

— для бензиновых и дизельных двигателей с объемом картерного масла 4 литра.

Цена: 450 р.

Почувствуйте, как должен работать Ваш двигатель по настоящему!

Это принципиально новый, современный подход к проблеме очистки двигателя от нагаров, кокса и лакообразований. Совместимость со всеми типами масел. Имеет нейтральную среду — очистка и промывка осуществляется за счет каталитических реакций.

Специально разработанный состав не вступает в противодействие с моющими присадками, находящимися в масле, компенсируя их утраченные свойства.

Преимущества состава ОРМЕКС для мягкой промывки двигателя
  • Обеспечивает полную очистку всей смазочной системы двигателя;
  • Восстанавливает эластичность резинотехнических изделий (маслосъёмных колпачков, прокладок, сальников), продлевает их ресурс и работоспособность;
  • Стабилизирует молекулярные связи базового масла, замедляет деструкцию и окисление, что позволяет продлевать сроки его эксплуатации;
  • Препятствует образованию коксов и лакообразований, расщепляет уже имеющиеся нагары и выводит их на фильтрующие элементы;

Применяется как в «старое» масло за 1500 – 2000 км до его замены, так и для введения в «свежее» масло с последующей длительной эксплуатацией.

Применение состава в «старое» масло позволяет:

  • Осуществить раскоксовку поршневых колец и самым тщательным образом очистить внутреннюю поверхность масляной системы от отложений и коксообразований;
  • Планировать время смены масла исходя из максимального удобства и возможности.

Применение состава в «свежее» масло позволяет:

  • Компенсировать потерю моющих свойств масла в процессе эксплуатации;
  • Исключить засорение масляных каналов и образование отложений;
  • Стабилизировать устойчивость масла к температурным изменениям, что особенно актуально в условиях движения в городском режиме;
  • Исключить дополнительную промывку при замене масла;
  • Совершенно свободно переходить на другие сорта и марки масел в процессе замены;
  • При необходимости использовать на доливку масло другой марки (стабилизируется процесс смешивания).

Способ применения:

Содержимое флакона тщательно встряхнуть и влить в заливную горловину прогретого двигателя. Далее эксплуатировать автомобиль в обычном режиме.

  • При применении состава, проехать не менее 1500 — 2000 км, затем слить старое масло, заменить масляный фильтр, залить новое масло.
  • При применении состава со свежим маслом, после 5000 км рекомендуется делать смену масляного фильтра двигателя

По окончании промывки и заправке картера двигателя новым (свежим) маслом рекомендуется использовать Состав Защитно-Восстановительный для двигателя из серии МКС «ОРМЕКС».

Основные механизмы и системы двс. Их назначение — Студопедия

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на легковых автомобилях, состоят из двух механизмов: кривошипно-шатунного и газораспределительного, а также следующих пяти систем:

— системы питания;

— системы зажигания;

— системы охлаждения;

— системы смазки;

— системы выпуска отработавших газов.

Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Механизм газораспределения обеспечивает своевременный впуск горючей смеси в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания. Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смеси в цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания.

Смазочная система служит для подачи масла к взаимодействующим деталям с целью уменьшения силы трения и частичного их охлаждения, наряду с этим циркуляция масла приводит к смыванию нагара и удалению продуктов изнашивания. Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы двигателя, обеспечивая отвод теплоты от сильно нагревающихся при сгорании рабочей смеси деталей цилиндров поршневой группы и клапанного механизма. Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя.

Итак, четырехтактный поршневой двигатель состоит из цилиндра и картера, который снизу закрыт поддоном. Внутри цилиндра перемещается поршень с компрессионными (уплотнительными) кольцами, имеющий форму стакана с днищем в верхней части. Поршень через поршневой палец и шатун связан с коленчатым валом, который вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере. Коленчатый вал состоит из коренных шеек, щек и шатунной шейки. Цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал составляют так называемый кривошипно-шатунный механизм.

Сверху цилиндр накрыт головкой с клапанами и, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала, а следовательно, и с перемещением поршня. Перемещение поршня ограничивается двумя крайними положениями, при которых его скорость равна нулю. Крайнее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее его положение — нижняя мертвая точка (НМТ). Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается маховиком, имеющим форму диска с массивным ободом.

Расстояние, проходимое поршнем от ВМТ до НМТ, называется ходом поршня S, который равен удвоенному радиусу R кривошипа: S = 2R. Пространство над днищем поршня при нахождении его в ВМТ называется камерой сгорания; ее объем обозначается через Vс; пространство цилиндра между двумя мертвыми точками (НМТ и ВМТ) называется его рабочим объемом и обозначается Vh. 2 * S)/4 * i, где i — число цилиндров. Отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сгорания Vc называется степенью сжатия: E = (Vc + Vh)Vc = Va/Vc = Vh/Vc + 1. Степень сжатия является важным параметром двигателей внутреннего сгорания, т.к. сильно влияет на его экономичность и мощность.

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на легковых автомобилях, состоят из двух механизмов: кривошипно-шатунного и газораспределительного, а также следующих пяти систем:

— системы питания;

— системы зажигания;

— системы охлаждения;

— системы смазки;

— системы выпуска отработавших газов.

Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Механизм газораспределения обеспечивает своевременный впуск горючей смеси в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания. Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смеси в цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания.

Смазочная система служит для подачи масла к взаимодействующим деталям с целью уменьшения силы трения и частичного их охлаждения, наряду с этим циркуляция масла приводит к смыванию нагара и удалению продуктов изнашивания. Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы двигателя, обеспечивая отвод теплоты от сильно нагревающихся при сгорании рабочей смеси деталей цилиндров поршневой группы и клапанного механизма. Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя.


Итак, четырехтактный поршневой двигатель состоит из цилиндра и картера, который снизу закрыт поддоном. Внутри цилиндра перемещается поршень с компрессионными (уплотнительными) кольцами, имеющий форму стакана с днищем в верхней части. Поршень через поршневой палец и шатун связан с коленчатым валом, который вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере. Коленчатый вал состоит из коренных шеек, щек и шатунной шейки. Цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал составляют так называемый кривошипно-шатунный механизм.

Сверху цилиндр накрыт головкой с клапанами и, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала, а следовательно, и с перемещением поршня. Перемещение поршня ограничивается двумя крайними положениями, при которых его скорость равна нулю. Крайнее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее его положение — нижняя мертвая точка (НМТ). Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается маховиком, имеющим форму диска с массивным ободом.

Расстояние, проходимое поршнем от ВМТ до НМТ, называется ходом поршня S, который равен удвоенному радиусу R кривошипа: S = 2R. Пространство над днищем поршня при нахождении его в ВМТ называется камерой сгорания; ее объем обозначается через Vс; пространство цилиндра между двумя мертвыми точками (НМТ и ВМТ) называется его рабочим объемом и обозначается Vh. Сумма объема камеры сгорания Vс и рабочего объема Vh составляет полный объем цилиндра Vа: Vа = Vс + Vh.

Рабочий объем цилиндра (его измеряют в кубических сантиметрах или метрах): Vh = пД ^ 3 * S/4, где Д — диаметр цилиндра. 2 * S)/4 * i, где i — число цилиндров. Отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сгорания Vc называется степенью сжатия: E = (Vc + Vh)Vc = Va/Vc = Vh/Vc + 1. Степень сжатия является важным параметром двигателей внутреннего сгорания, т.к. сильно влияет на его экономичность и мощность.

IAA 2019: Schaeffler сделает ДВС экономичнее и чище

Компания Schaeffler представит на автосалоне во Франкфурте ряд решений для двигателей внутреннего сгорания, направленных на улучшение топливной экономичности подобных моторов и снижение объемов вредных выбросов. 

В частности, немецкий производитель автокомпонентов представит на «домашней» выставке последнюю версию системы управления клапанами UniAir. 

Компоненты / Статьи

В новом исполнении, как сообщает пресс-служба Schaeffler, система стала компактнее и на 30% легче предыдущей модификации. 

Данный узел, по данным производителя, позволяет оптимизировать воздушный поток внутри двигателя и добиться его максимальной отдачи при изменении нагрузки и скорости движения. 

Система включает модуль, который устанавливается между распределительным валом и штоком клапана, а также соответствующее программное обеспечение. 

Еще одно решение от Schaeffler под названием eRocker призвано регулировать работу выпускной системы. Соответствующий узел приводится в действие электромеханически, независимо от масляного контура двигателя.

Кроме того, Schaeffler представит во Франкфурте блок ECP (Electric Cam Phasing) – узел, представляющий собой систему быстрой регулировки фаз газораспределения на основе данных о скорости и температуре. Применение подобной системы, как утверждают специалисты компании, позволяет оптимизировать время подъема и закрытия клапанов во всем рабочем диапазоне и диапазоне температур. Особенно актуально это для гибридных автомобилей, поскольку двигатели внутреннего сгорания на подобных авто выключаются и запускаются значительно чаще, чем на машинах, использующих только ДВС. Блок ECP, по заявлению производителя, позволяет сделать процесс перезапуска двигателя более быстрым и эффективным при меньшем уровне шумов и вибраций. 

На фото слева – система управления клапанами UniAir, справа – стартер-генератор с ременным приводом

Помимо этого, Schaeffler представит во Франкфурте стартер-генератор с ременным приводом для «гибридных» автомобилей с 48-вольтовой бортовой электросистемой, модуль управления термосистемой TMM (Thermal Management Module) для автомобилей с ДВС, «гибридов» и электромобилей, а также ряд решений, направленных на снижение потерь на трение в двигателе. В числе последних – облегченные балансирные, коленчатые и распределительные валы, а также новаторский балансирный вал с шарикоподшипниками, генерирующий при работе почти на 50% меньшее трение по сравнению с существующими валами, «опирающимися» на подшипники скольжения. 

По мнению специалистов Schaeffler, двигатели внутреннего сгорания в ближайшее время по-прежнему будут играть решающую роль в развитии мировой автоиндустрии. В 2030 году, как полагают в компании, такие моторы будут установлены примерно на 70% эксплуатирующихся в мире автомобилей, при этом 30% из них будут ездить исключительно на ДВС, 40% – с использованием «гибридного» привода. 

Международный автосалон во Франкфурте IAA 2019 откроется для прессы 10 сентября, для широкой публики выставка начнет работать с 12 сентября. Стенд компании Schaeffler будет располагаться в 9-м павильоне выставочного комплекса Messe Frankfurt.

чистота и надежная работа мотора

В процессе эксплуатации двигателя в его системе смазки образуются загрязнения и отложения, которые ухудшают работу всего агрегата. Для решения проблемы используются специальные средства — промывки (или очистители) масляной системы. Все об этих средствах, их типах и правильном выборе читайте в статье.


Что такое промывка масляной системы двигателя?

Промывка масляной системы двигателя — специализированная жидкость для промывки системы смазки ДВС с целью очистки от загрязнений, образующихся вследствие выработки моторного масла. Применение промывок позволяет выполнять более качественную замену моторного масла при регламентном техническом обслуживании, предотвращает загрязнение нового масла скопившимися в двигателе отложениями, в целом улучшает работу и продлевает ресурс силового агрегата.

Обратите внимание: для очистки системы смазки двигателя применяются два типа средств — промывочные масла и специализированные концентрированные промывки. В дальнейшем речь пойдет о промывках, подробнее о промывочных маслах вы можете узнать в статье «Масло промывочное».

Типы, состав и особенности промывок для систем смазки двигателей

Сегодня на рынке представлено два основных типа промывочных средств для масляной системы двигателя:

  • «Короткие» промывки — 5-ти, 7-ми и 10-минутные препараты быстрой промывки мотора перед регламентной заменой масла;
  • «Длинные» или мягкие промывки — препараты для длительной промывки мотора на протяжении нескольких дней или 200-300 км пробега.

Некоторое распространение получили и другие виды промывок:

  • Мягкие регулярные промывки с защитным эффектом, которые добавляются в свежее масло и оказывают эффект до следующего регламентного ТО;
  • Специальные сильнодействующие составы, используемые для очистки старых загрязненных двигателей с различными проблемами;
  • Универсальные средства с комбинированным действием — они могут использоваться в качестве «короткой» или «длинной» промывки, обеспечивают защиту деталей двигателя и т.д.

В любом случае, все это концентрированные препараты, которые добавляются в систему смазки силового агрегата в небольшом количестве — несколько сот миллилитров на 4-6 литров масла. И, в отличие от промывочных масел, промывки работают совместно со старым маслом и вместе с ним затем удаляются из двигателя.

Основу «коротких» промывок для масляной системы двигателя составляют органические или неорганические растворители и поверхностно-активные вещества (ПАВ, моющие вещества), которые обеспечивают растворение образовавшихся в масляных каналах и на деталях двигателя отложений, лаков, шлама и т.д. Также в их состав входят диспергенты и другие компоненты, улучшающие качество работы ПАВ. За счет наличия растворителей эти средства в течение нескольких минут удаляют основной объем загрязнений, однако могут оказать негативное воздействие и на детали двигателя.

«Длинные» и мягкие промывки, используемые в двигателе долговременно, растворителей в своем составе не имеют (хотя это не всегда так), а эффект достигается применением моюще-диспергирующих компонентов (как правило, это сульфонаты кальция) и различных защитных присадок. За счет отсутствия растворителя эти средства оказывают мягкое воздействие на мотор, однако для удаления отложений им необходимо длительное время.

Большое число промывок имеет в своем составе разнообразные вспомогательные компоненты, предотвращающие износ и поломку двигателя именно в момент очистки масляной системы и в последующий за этим период эксплуатации. К таким компонентам относятся антизадирные препараты, кондиционеры металла и прочие. Ряд присадок, напротив, оказывают долговременный эффект на двигатель, однако к этому заявлению производителей промывок нужно относиться с осторожностью.


Как выбрать и использовать промывку системы смазки?

При выборе препаратов для промывки масляной системы двигателя необходимо учитывать тип двигателя, его возраст (ресурс) и текущее техническое состояние, а также то время, которое у вас есть на уход за двигателем. Как правило, все характеристики и назначение препарата указаны на его упаковке, поэтому сориентироваться в выборе будет несложно.

Если вы меняете масло в двигателе регулярно, не допуская даже минимального перепробега, и в процессе эксплуатации автомобиля масло в двигателе остается в приемлемом состоянии (не потемнело, не изменило консистенцию и не имеет видимых загрязнений), то имеет смысл использовать мягкую («длинную») промывку. Такие промывки рекомендованы и для новых двигателей. Этот препарат добавляется в масляную систему двигателя за 200-300 км пробега до предполагаемой замены масла, и автомобиль все это время эксплуатируется в обычном режиме. Затем выполняется процедура замены масла и масляного фильтра в соответствии с регламентом ТО.

Если вы допустили некоторый перепробег масла, либо оно даже при нормальном пробеге значительно потеряло свои характеристики (потемнело, изменило консистенцию, имеет характерный запах и т.д.), то лучше выбрать «короткую» 5-ти, 7-ми или 10-минутную промывку. В этом случае препарат добавляется в масляную систему непосредственно перед заменой масла, мотор запускается на указанное производителем время (соответственно, 5, 7 или 10 минут), а затем выполняется замена масла и фильтра. При залитой промывке двигатель должен работать на холостых оборотах, и автомобиль эксплуатировать нельзя — в промывке есть растворитель, который ухудшает смазочные свойства масла, поэтому повышение нагрузки на двигатель может привести к возникновению задиров и серьезных поломок.

С особой осторожностью нужно относиться к долгосрочным промывкам, которые добавляются в свежее мало. Производители утверждают, что такие препараты защищают двигатель и восстанавливают его нормальную работу, однако добавка промывки может серьезно изменять характеристики масла и нарушать функционирование мотора. Поэтому здесь необходимо опираться на ресурс и особенности двигателя, характеристики используемого масла и советы профессионалов. И использовать такие промывки при полной уверенности, что они не навредят мотору.

Применение промывок масляной системы двигателя имеет и ряд «подводных камней». В частности, после слива отработанного масла с промывкой на стенках масляных каналов, смазываемых деталей и поддона двигателя остается тонкая пленка, содержащая в себе растворенные загрязнения и остатки компонентов промывки. В последующем все это попадает в новое масло, что может нанести вред мотору. Особенно это опасно, если промывка использовалась впервые на старом и видавшем виды двигателе — в этом случае освобождается большое количество загрязнений, которые могут забить тонкие каналы и нанести вред узлам силового агрегата. Специалисты рекомендуют после слива отработанного масла с промывкой дополнительно промывать двигатель обычным маслом, а лишь затем заливать свежее масло и менять фильтр.

При правильном выборе и применении промывок двигатель вашего автомобиля будет работать долго и надежно, помогая избежать лишних расходов.

Учебная деятельность на базе ХНПЛ ДВС

Профиль: Двигатели внутреннего сгорания, направление подготовки «Энергетическое машиностроение» 13.03.03 (бакалавриат), 13.04.03 (магистерская программа). 

Стандарт: Третьего поколения. Квалификация: Бакалавр, магистр.

Форма обучения: Дневная. 

Виды учебных занятий: лекции, практические и лабораторные занятия, практика.

Наименование дисциплин:

3бДВС, бакалавры. Автоматизация диагностирования ДВС (АД)  34 часа   Александров А.В.

2мДВС, магистры. Методы управления рабочим процессом ДВС 28 часов  (УРП) Александров А.В.

4бДВС, бакалавры. Системы двигателей (СД)  32 часов  Александров А.В.

4бДВС, бакалавры. Техническая эксплуатация ДВС (ТЭ)   48 часов   Александров А.В

Учебная, производственная, преддипломная практика.

Студенты с ст. преп. Александровым А.В. участвуют в практическом занятии с диагностическим компьютером


Лабораторная работа в моторном боксе ЛД-1


Студенты на занятии в моторном боксе ЛД-8


Класс сборки разборки ДВС. Перед началом 2х дневного марафона под руководством студента-магистра Морозкина Тимофея.


Студенты с с т. преп.  Александровым А.В.  работают с  нагрузочным стендом. Двигатель ММЗ Д-245.7 с аккумуляторной системой Common Rail


Студенты  в ремонтной зоне. Ознакомление с мат. частью автомобиля.

Расписание занятий на базе ХНПЛ ДВС

2018/2019 учебный год  

Осенний семестр

 

Александров А.В.

Расписание лекций, практических и лабораторных занятий

1 семестр 2018/2019

Время

 

Пн

Вт

Ср

Чт

Пт

Сб

08:15-09:45

ч

  



 

 

 

з





09:55-11:25

ч

 

 

 

 


4бДВС

СД ЛР  

з

11:35-13:05

ч

 

3бДВС

АД Л


 


4бДВС

ТЭ ЛР 

з



13:55-15:25

ч




 


 4бДВС

ТЭ ЛР 

з




15:35-17:05

ч

 2мДВС УРП Л


 4бДВС

ТЭ Л


 

  

з

4бДВС

ТЭ ПЗ

17:15-18:45

ч

 2мДВС УРП ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

18:50-20:20

ч

 

 


 


 

з

 

 

 

 

 

 

20:30-22:00

ч

 

 


 


 

з

 

 

 

 

 

 

 

Тематический план лекций, лабораторных и практических работ на базе ХНПЛ ДВС

2018/2019 учебный год  

Осенний семестр

1. «Автоматизация диагностирования ДВС», (3бДВС)

№пп

Дата

Вид

 

время

Тема занятия

 

1

04.09

2018

Л

2

Повторение ранее изучаемых материалов

2

11.09

2018

ЛР

2

«Электрические измерения»

3

18.09

2018

Л

2

«Что такое система управления?»

4

25.09

2018

Л

2

«Работа с обратной связью по λ-регулированию и детонации»

5

02.10

2018

Л

2

«Системы Vanos, DISA и EML»

6

09.10

2018

Л

2

«Система Valvetronic»

7

16.10

2018

Л

2

«Двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина»

8

23.10

2018

Л

2

«Бензиновые двигатели с наддувом»

9

30.10

2018

Л

2

«Современные дизельные двигатели»

10

06.11

2018

Л

2

«Оценка состояния и прогнозирование остаточного ресурса»

11

13.11

2018

Л

2

«Оценка изменения состояния по группам деталей ДВС»

12

20.11

2018

ПР

2

«Изучение измерительного инструмента, методов дефектовки и технологии ремонта деталей ДВС»

13

27.11

2018

ЛР

2

«Измерение изношенных деталей двигателя»

14

04.12

2018

ПР

2

«Изучение деталей современных двигателей BMW и выяснение причин, вызвавших их износ»

15

11.12

2018

ПЗ

2

Сдача лабораторных работ и получение зачета

16

18.12

2018

ПЗ

2

Сдача лабораторных работ и получение зачета

17

25.12

2018

ПЗ

2

Сдача лабораторных работ и получение зачета

 

2. «Системы двигателей», (4бДВС)

№пп

Дата

Вид

 

время

Тема занятия

 

1

08.09

2018

Л

2

«Диагностика ДВС»

2

15.09

2018

Л

2

«Проработка диагностических действий «Двигатель не заводится»»

3

22.09

2018

ПР

2

«Проверка согласованности КШМ и МГР»

4

29.09

2018

ПР

2

«Замер компрессии, проверка осадки шатуна»

5

06.10

2018

Л

2

«Нарушение работы ДВС»

6

13.10

2018

Л

2

«Работа с диагностическим сканером»

7

20.10

2018

ПР

2

«Изучение меню диагностического сканера»

8

27.10

2018

ПР

2

«Изучение меню диагностического сканера»

9

10.11

2018

Л

2

«Диагностирование невозможности пуска»

10

17.11

2018

Л

2

«Нарушение работы ДВС»

11

24.11

2018

Л

2

«Причины, приводящие к пропускам воспламенения»

12

01.12

2018

ПР

2

«Контроль параметров работы бензинового ДВС, пропусков воспламенения»

13

08.12

2018

Л

2

«Неисправности различных датчиков и их проявления»

14

15.12

2018

ПР

2

«Контроль работы ДВС с обратной связью по λ-регулированию»

15

22.12

2018

Л

2

«Диагностика бензиновых ДВС с непосредственным впрыском и наддувом»

16

29.12

2018

Л

2

«Диагностика дизелей»

 

3. «Техническая эксплуатация ДВС», (4бДВС)

№пп

Дата

Вид

 

время

Тема занятия

 

1

05.09

2018

Л

2

«Смазочная система»

2

12.09

2018

ЛР

2

«Проверка состояния масляного фильтра и контроль давления в смазочной системе»

3

19.09

2018

ПР

2

«Изучение путей попадания масла в камеру сгорания»

4

22.09

2018

Л

2

«Система охлаждения»

5

22.09

2018

ПР

2

«Изучение контрольно-диагностических работ по системе охлаждения автомобиля»

6

26.09

2018

ПР

2

«Проверка герметичности газового стыка»

7

03.10

2018

Л

2

«Топливная система»

8

10.10

2018

ПР

2

«Промывка топливных форсунок, подающих топливо во впускной коллектор»

9

17.10

2018

ПР

2

«Контроль параметров работы дизельного двигателя»

10

20.10

2018

Л

2

«Впускной и выпускной тракт, система вентиляции картера»

11

20.10

2018

Л

2

«Система зажигания и ее обслуживание, свечи накаливания»

12

24.10

2018

Л

2

«Дополнительные агрегаты»

13

31.10

2018

ПР

2

«Изучение неисправностей дополнительных агрегатов и их привода»

14

07.11

2018

Л

2

«Система энергообеспечения автомобиля»

15

14.11

2018

ПР

2

«Контроль тока и напряжения в бортовой сети автомобиля»

16

17.11

2018

Л

2

«ASAP BMW»

17

17.11

2018

ПР

2

«Изучение информации, которую можно получить по VIN-коду автомобиля, электронный каталог ETK, TIS»

18

21.11

2018

ПР

2

«Изучение информации, которую можно получить по VIN-коду автомобиля, электронный каталог ETK, TIS»

19

28.11

2018

ПР

2

«Поиск неисправностей, вызванных нарушением электропроводки автомобиля»

20

05.12

2018

ПР

2

«Поиск неисправностей, вызванных нарушением электропроводки автомобиля»

21

12.12

2018

ПЗ

2

Сдача лабораторных работ и получение зачета

22

15.12

2018

ПЗ

2

Сдача лабораторных работ и получение зачета

23

15.12

2018

ПЗ

2

Сдача лабораторных работ и получение зачета

24

19.12

2018

ПЗ

2

Сдача лабораторных работ и получение зачета

 

4. «Методы управления рабочим процессом», (2мДВС)

№пп

Дата

Вид

 

время

Тема занятия

 

1

01.10

2018

Л

2

Диагностика ДВС при помощи мобильного диагностического комплекса

2

01.10

2018

Л

2

«Изучение осциллограмм сигналов СУ ДВС и их обработка в диагностическом комплексе»

3

08.10

2018

ПР

2

«Изучение осциллограмм сигналов СУ ДВС и их обработка в диагностическом комплексе»

4

08.10

2018

ПР

2

«Рассмотрение примеров использования диагностического комплекса при диагностике»

5

15.10

2018

ПР

2

«Рассмотрение примеров использования диагностического комплекса при диагностике»

6

15.10

2018

ЛР

2

«Регистрация и обработка сигналов ДПКВ, ДПРВ, КЗ, ТФ, РДВ

7

22.10

2018

ЛР

2

«Регистрация и обработка сигналов ДПКВ, ДПРВ, КЗ, ТФ, РДВ

8

22.10

2018

ЛР

2

«Регистрация и обработка сигналов ДПКВ, ДПРВ, КЗ, ТФ, РДВ

9

29.10

2018

Л

2

Индицирование ДВС

10

29.10

2018

ПР

2

«Изучение шин обмена данными между диагностическими блоками на основании материалов, предоставляемых BMW»

11

12.11

2018

ПР

2

«Изучение шин обмена данными между диагностическими блоками на основании материалов, предоставляемых BMW»

12

12.11

2018

ПЗ

2

Сдача лабораторных работ и получение зачета

 

1.    Учебная практика 1 курса, группа 1бДВС (бакалавры)

2.

      Время проведения с 02.07.2018 по 13.07.2018. План практики

      № п/п

      Виды учебной деятельности на практике по разделам (этапам)

      Дата

       

      1

       Подготовительный этап

       

      1.1

      Изложение цели и задач практики, а также особенности ее организации

       2.07.18

      1.2

      Ознакомление с требованиями по технике безопасности

      2.07.18

      1.3

      Уточнение особенностей заполнения индивидуального дневника

      2.07.18

      2.

       Ознакомительный этап

       

      2.1

      Знакомство с организацией работы в ПЛТД

      2.07.18

      2.2

      Изучение состава, структуры, функционирования, параметров и показателей ДВС

      3.07.18

      2.3

      Ознакомление с оборудованием и инструментом для разборки-сборки двигателя

      4.07.18

      2.4

      Ознакомление с измерительным инструментом для оценки технического состояния двигателя

      5.07.18

      2.5.

      Ознакомление с технологией разборки-сборки двигателя

      6.07.18

      3.

       Рабочий этап практики

       

      3.1.

      Разборка двигателя

      9.07.18

      3.2

      Измерительные операции

      10.07.18

      3.3

      Сборка двигателя

      11.07.18

      3.4

      Проверка работоспособности двигателя

      12.07.18

      4

       Отчет по практике

       

      4.1

      Подготовка и оформление отчета по практике

      12.07.18

      4.2

      Сдача отчета и зачета по практике

      13.07.18

       

      2. Эксплуатационная производственная практика 3 курса 3бДВС (бакалавры)

      Время проведения с 23.07.2018 по 17.08.2018. План практики

      № п/п

      Виды учебной деятельности на практике по разделам (этапам)

      Дата

       

      1

       Подготовительный этап

       

      1.1

      Уяснение цели и задач практики, а также особенностей ее организации

       23.07.18

      1.2

      Ознакомление с требованиями по технике безопасности

      23.07.18

      1.3

      Уточнение особенностей заполнения индивидуального дневника

      23.07.18

      2.

       Ознакомительный этап

       

      2.1

      Знакомство с организацией работы в ПЛТД

      24.07.18

      2.2

      Изучение структуры и функционирования различных систем управления ДВС

      25.07.18

      2.3

      Ознакомление с диагностическим оборудованием, используемом в ПЛТД

      27.07.18

      2.4

      Ознакомление с работой инженера-диагноста при диагностировании автомобилей с различными признаками неисправностей

      30.07.18

      2.5.

      Ознакомление с технологией ремонта различных систем ДВС

      1.08.18

      3.

       Рабочий этап практики

       

      3.1.

      Участие в диагностике автомобилей, обучение пользованием диагностическим сканером

      6.08.18

      3.2

      Участие в несложных ремонтных и профилактических действиях (замена свечей, промывка топливных форсунок и т.д.)

      9.08.18

      3.3

      Изучение и участие в проведении регламентных работ при проведении ТО

      13.08.18

      3.4

      Изучение и участие в проведении работ по определению технического состояния и оценке остаточного ресурса ДВС

      15.08.18

      3.5

      Обучение работе с информационным обеспечением СТОА – TIS, ETK

      16.08.18

      4

       Отчет по практике

       

      4.1

      Подготовка и оформление отчета по практике

      17.08.18

      4.2

      Сдача отчета и зачета по практике

      17.08.18

       

      Дистанционно материалы и контрольные вопросы представлены на сайте  el.madi.ru

      Сайт предназначен для дистанционного обучения студентов и всех, кого интересуют вопросы устройства, работы, обслуживания и диагностики ДВС. Дополнительную информацию можно получить у Антона Вячеславовича Александрова, [email protected]ru

      Сайт дистанционного обучения построен на базе системы управления обучение Moodle —  Modular ObjectOriented Dynamic Learning Environment (модульная объектно-ориентированная динамическая обучающая среда). Представляет собой  открытое (распространяющееся по лицензии GNU GPL) веб-приложение, предоставляющее возможность создавать сайты для онлайн-обучения

      Введение в моделирование и управление системами двигателей внутреннего сгорания

      ‘) var head = document.getElementsByTagName(«head»)[0] var script = document.createElement(«сценарий») script.type = «текст/javascript» script.src = «https://buy.springer.com/assets/js/buybox-bundle-52d08dec1e.js» сценарий.id = «ecommerce-scripts-» ​​+ метка времени head.appendChild (скрипт) var buybox = document.querySelector(«[data-id=id_»+ метка времени +»]»).parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.вариант-покупки»)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка.querySelector(«.цена-варианта-покупки») подписка.classList.remove(«расширенный») переменная форма = подписка.querySelector(«.форма-варианта-покупки») если (форма) { вар formAction = form.getAttribute(«действие») document.querySelector(«#ecommerce-scripts-» ​​+ timestamp).addEventListener(«load», bindModal(form, formAction, timestamp, index), false) } var priceInfo = подписка.querySelector(«.Информация о цене») var PurchaseOption = переключатель.родительский элемент если (переключить && форма && priceInfo) { toggle.setAttribute(«роль», «кнопка») toggle.setAttribute(«tabindex», «0») toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) { var expand = toggle.getAttribute(«aria-expanded») === «true» || ложный toggle.setAttribute(«aria-expanded», !expanded) форма.скрытый = расширенный если (! расширено) { покупкаOption.classList.add(«расширенный») } еще { покупкаOption.classList.remove(«расширенный») } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } функция bindModal (форма, formAction, метка времени, индекс) { var weHasBrowserSupport = окно.выборка && Array.from функция возврата () { var Buybox = EcommScripts ? EcommScripts.Buybox : ноль var Modal = EcommScripts ? EcommScripts.Modal : ноль if (weHasBrowserSupport && Buybox && Modal) { var modalID = «ecomm-modal_» + метка времени + «_» + индекс var modal = новый модальный (modalID) модальный.domEl.addEventListener(«закрыть», закрыть) функция закрыть () { form.querySelector(«кнопка[тип=отправить]»).фокус() } вар корзинаURL = «/корзина» var cartModalURL = «/cart?messageOnly=1» форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(cartURL, cartModalURL) ) var formSubmit = Buybox.перехват формы отправки ( Buybox.fetchFormAction(окно.fetch), Buybox.triggerModalAfterAddToCartSuccess(модальный), функция () { form.removeEventListener («отправить», formSubmit, false) форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(cartModalURL, cartURL) ) форма.представить() } ) form.addEventListener («отправить», formSubmit, ложь) document.body.appendChild(modal.domEl) } } } функция initKeyControls() { document.addEventListener («нажатие клавиши», функция (событие) { если (документ.activeElement.classList.contains(«цена-варианта-покупки») && (event.code === «Пробел» || event.code === «Enter»)) { если (document.activeElement) { событие.preventDefault() документ.activeElement.click() } } }, ложный) } функция InitialStateOpen() { var узкаяBuyboxArea = покупная коробка.смещениеШирина -1 ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.опция покупки»)).forEach(функция (опция, индекс) { var toggle = option.querySelector(«.цена-варианта-покупки») var form = option.querySelector(«.форма-варианта-покупки») var priceInfo = option.querySelector(«.Информация о цене») если (allOptionsInitiallyCollapsed || узкаяBuyboxArea && индекс > 0) { переключать.setAttribute («ария-расширенная», «ложь») form.hidden = «скрытый» priceInfo.hidden = «скрытый» } еще { переключить.щелчок() } }) } начальное состояниеОткрыть() если (window.buyboxInitialized) вернуть window.buyboxInitialized = истина initKeyControls() })()

      Моделирование двигателя внутреннего сгорания (ME7440)

      Описание курса

      Этот курс для выпускников развивает навыки тепложидкостного моделирования и имитации двигателей внутреннего сгорания и ориентирован на студентов и практикующих инженеров, заинтересованных в разработке собственных моделей или использовании коммерческих инструментов моделирования для проведения виртуального проектирования двигателей, анализа производительности, оптимизации и контроль.

      Курс посвящен основанному на физике моделированию двигателей для анализа производительности и оптимизации, охватывая теорию, основные уравнения и соответствующие методы реализации для прогнозирования поведения наиболее важных систем и процессов двигателя. Кроме того, курс дает практический опыт работы с различными методами моделирования (среднее значение, разрешенный угол поворота коленчатого вала, газодинамические модели). В ходе этого курса студенты будут постепенно строить модель одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания с разрешением по углу поворота коленчатого вала (в Simulink) и учиться использовать коммерческое программное обеспечение для моделирования (GT-Power).

      Требуется бакалавриат по основам работы с двигателями внутреннего сгорания и практические знания Matlab и Simulink.

      Цели

      По окончании этого курса участники смогут:

      • Понимать физические принципы и основные уравнения, описывающие термодинамику и газовую динамику двигателей внутреннего сгорания;
      • Разработать полную модель с разрешением угла поворота коленчатого вала (Matlab/Simulink) воздушного тракта двигателя, сгорания, теплопередачи и выходного крутящего момента и использовать такую ​​модель для моделирования, анализа и оптимизации;
      • Глубокое понимание математической основы и основных допущений/ограничений одномерных газодинамических моделей;
      • Развитие навыков использования коммерческих инструментов моделирования (GT-Power) для проведения анализа производительности, оптимизации и управления двигателями внутреннего сгорания.

      Инструктор

      Марчелло Канова — адъюнкт-профессор машиностроения и аэрокосмической техники в Университете штата Огайо и заместитель директора по последипломному и непрерывному образованию в Центре автомобильных исследований. Его исследования сосредоточены на оптимизации и управлении силовыми установками, включая двигатели внутреннего сгорания, гибридно-электрические трансмиссии, системы накопления энергии и терморегулирование.

      Работа Canova по оптимизации энергопотребления передовых силовых агрегатов привела к значительным преимуществам в экономии топлива и была реализована в производственных программах крупных OEM-производителей.Кроме того, он опубликовал более 110 статей в реферируемых журналах и материалах конференций и получил, среди прочего, премию SAE Vincent Bendix Automotive Electronics Engineering Award (2009 г.), образовательную премию SAE Ralph E. Teetor (2016 г.), премию NSF CAREER Award ( 2016 г.), Премия Ламли за исследования (2016 г.) и Премия Майкла Дж. Морана за выдающиеся достижения в области преподавания (2017 г.).

       

       

       

       

      Введение в моделирование и управление системами двигателей внутреннего сгорания

      Бум электронной коммерции увеличивает нагрузку на систему грузовых перевозок, требуя более быстрых и больших объемов доставки.Несмотря на разнообразие средств грузового транспорта, доминирующим методом грузовых перевозок по-прежнему остается наземный транспорт, а именно перевозки большегрузными автомобилями. Примерно треть ежегодных расходов на наземный грузовой транспорт приходится на расходы на топливо. Если бы можно было снизить затраты на топливо, финансирование грузовых перевозок улучшилось бы, и объем перевозок мог бы увеличиться без дополнительной платы для средних потребителей. Еще одним преимуществом снижения расхода топлива будет связанное с этим воздействие на окружающую среду.Расход топлива большегрузными транспортными средствами, несмотря на то, что они составляют меньшинство дорожных транспортных средств, оказывает большое влияние на весь транспортный сектор, который является основным источником выбросов парниковых газов. Таким образом, экономия топлива для большегрузных автомобилей также сократит выбросы парниковых газов, что принесет пользу окружающей среде. В течение десятилетий исследователи и инженеры стремились улучшить топливную экономичность большегрузных транспортных средств, сосредоточив внимание на самих транспортных средствах, работая над совершенствованием конструкции транспортных средств во многих аспектах.Совсем недавно внимание было обращено на повышение эффективности использования топлива при движении в динамичной дорожной среде. Усилия по экономии топлива могут быть реализованы благодаря достижениям в технологиях подключенных и автоматизированных транспортных средств, которые предоставляют больше информации для проектирования и управления транспортными средствами. В этой диссертации представлены современные методы, использующие подключение и автоматизацию для повышения топливной экономичности большегрузных транспортных средств, позволяя им оставаться в безопасности в реальных условиях дорожного движения. Эти методы сосредоточены на трех различных уровнях управления транспортным средством и могут привести к значительному улучшению расхода топлива на каждом уровне.Начиная с уровня трансмиссии, предлагается подход к разработке графика переключения передач, основанный на теории гибридных систем. В результате конструкция улучшает экономию топлива, не ухудшая управляемость. Этот новый подход также объединяет логику переключения передач управляемых человеком и автоматизированных транспортных средств и демонстрирует большой потенциал экономии топлива при улучшении связи и автоматизации более высокого уровня. Имея в виду этот потенциал, на уровне транспортного средства представлен экономичный алгоритм круиз-контроля с прогнозированием.Этот механизм учитывает высоту дороги, ветер и совокупную информацию о дорожном движении, полученную через подключение. Кроме того, разработан систематический инструмент для настройки параметров оптимизации для определения приоритетов различных целей. Хотя показано, что алгоритм и инструмент полезны для транспортных средств большой грузоподъемности, когда они находятся в условиях умеренного движения, такие преимущества могут быть недостижимы при плотном движении. Таким образом, на уровне трафика, когда большегрузному транспортному средству необходимо взаимодействовать с окружающими транспортными средствами в плотном потоке, предлагается алгоритм подключенного круиз-контроля.Этот алгоритм использует информацию за пределами прямой видимости, полученную посредством связи между транспортными средствами, для лучшего понимания окружающего движения, чтобы транспортное средство могло реагировать на движение экономичным способом. Эти методы могут значительно улучшить экономию топлива при индивидуальном применении. На практике важно безопасно интегрировать эти три метода на разных уровнях, чтобы получить общие преимущества. Для этого разработан метод проверки безопасности для подключенного круиз-контроля, чтобы координировать алгоритмы на уровне транспортного средства и на уровне трафика, чтобы максимизировать топливные преимущества при сохранении безопасности.

      Новое изобретение двигателя внутреннего сгорания

      Хотя в последнее время большая часть шума в транспортной политике была сосредоточена на электрификации, подавляющее большинство автомобильного парка США оснащено двигателями внутреннего сгорания (ДВС). По оценке Министерства энергетики, в 2009 году в США использовалось всего 57 185 электромобилей. После принятия администрацией Обамы в июле 2011 года мандата на более высокие стандарты экономии топлива игроки автомобильной промышленности еще больше концентрируются на повышении эффективности двигателей внутреннего сгорания. .

      Опровергая пессимистов в отрасли, утверждающих, что действующие стандарты уже вынуждают двигатели работать на пределе их возможностей, Кристиан Берггрен и Томас Магнуссон утверждают, что производители ДВС ускоряют повышение эффективности использования топлива из-за усиления конкуренции на рынке. В своей статье «Сокращение автомобильных выбросов — потенциал технологий двигателей внутреннего сгорания и сила политики» Берггрен и Магнуссон исследуют, в какой степени регулирование вдохновляет на инновации и снижает выбросы.

      Берггрен и Магнуссон отмечают тенденцию прогнозистов использовать S-кривые, которые являются моделями развития промышленных технологий. Модель S-образной кривой предполагает, что медленный прогресс в отрасли указывает на конец кривой, что делает достижение дополнительного прогресса еще более трудным и дорогостоящим. Однако, учитывая дополнительную конкуренцию — со стороны новых участников рынка, новых технологий или новой нормативно-правовой базы — S-образная кривая может снова пойти вверх. Эти новые повороты означают, что быстрые и дешевые улучшения остаются возможными в обозримом будущем.

      Например, авторы используют цели ЕС по сокращению выбросов, чтобы показать, как двигатели превзошли уровни эффективности, которые ранее считались выходящими за технологические ограничения. В период с 1998 по 2007 год выбросы европейских автомобилей сократились на 22 грамма на километр. За три года, с 2007 по 2010 год, выбросы сократились еще на 19 граммов на километр.

      Регуляторный климат, требующий снижения выбросов, побудил некоторых производителей автомобилей отказаться от таких характеристик, как вместительность и спортивный вид, в пользу повышения эффективности использования топлива.Этот переход был очевиден в изменении конкурентоспособности Volvo в период с 2007 по 2010 год, когда автомобильная компания не внедряла передовые технологии, а вместо этого уделяла больше внимания параметрам производительности, чтобы улучшить выбросы и повысить эффективность использования топлива.

      Берггрен и Магнуссон определяют несколько компонентов или функций, которые будут улучшены в автомобилях с ДВС следующего поколения: вспомогательные системы двигателя, кондиционер, трансмиссия и микрогибридизация. Обязательные модификации существующих ДВС и неизбежность дальнейших улучшений в будущем доказывают важность нормативно-правовой базы для снижения выбросов транспортных средств.

      Хотя более широкое проникновение электромобилей в пассажирский парк США могло бы резко сократить выбросы, существуют серьезные экономические препятствия для их широкого внедрения. В частности, проблемы с инфраструктурой в мегаполисах и сельской местности могут препятствовать внедрению пассажирских электромобилей.

      Берггрен и Магнуссон продемонстрировали, что разработка рамок, поощряющих производителей автомобилей к инновациям в своих разработках, является ключом к стимулированию конкуренции и сокращению выбросов транспортных средств.Сосредоточение внимания на прошлых результатах, чтобы указать будущие возможности, — это способ гарантировать, что прогресс не будет достигнут.

      Рабочий цикл ДВС за счет оптимизации

      1. Введение — суть проблемы исследования

      На дворе начало 2021 года и ДВС еще не умерли, хотя многие предсказывали их существенное сокращение в связи с внедрение гибридного привода в транспортные средства [1]. А ведь у этого привода еще и двигатель внутреннего сгорания!

      Когда в 2007 г. в Кракове (Польша) проходил 2-й Конгресс двигателей PTNSS, международная группа ученых и исследователей определила три сценария развития двигателей внутреннего сгорания:

      1. краткосрочный (до 2017 г.): улучшение проектирование двигателей внутреннего сгорания с учетом экологических норм и использование альтернативных видов топлива,

      2. среднесрочная (2017–2037 годы): разработка гибридных систем,

      3. долгосрочная (свыше 30 лет, т.е. свыше 2037 г.): независимость транспорта от ископаемого топлива [2].

      С течением лет и проверкой прогнозов на основе реальных данных на необходимость разработки двигателей внутреннего сгорания указывалось косвенно в связи с переходом от линейного к экспоненциальному транспортному показателю пассажиро-километр, что вынуждает увеличение производства автотранспортных средств (легковых, грузовых автомобилей и автобусов) с нынешних 70 млн ежегодно до более 107 млн ​​единиц в 2050 г. [3, 4].

      17 августа 2017 года Норман Майерсон в журнале The New York Times в статье под названием «Двигатель внутреннего сгорания еще не умер» взял интервью у профессора Джона Хейвуда, бесспорного гуру в области проектирования и испытаний двигателей внутреннего сгорания. . Профессор Хейвуд указал на наличие двигателей внутреннего сгорания со значительной долей в 2050 году – цитата: «Определенно. Джон Хейвуд, профессор машиностроения в Массачусетском технологическом институте, прогнозирует, что в 2050 году 60 процентов легковых автомобилей по-прежнему будут иметь двигатели внутреннего сгорания, часто работающие с электродвигателями в гибридных системах и в основном оснащенные турбокомпрессором.По его оценке, автомобили с питанием исключительно от аккумуляторов составят 15% продаж» [5].

      В апреле 2020 года состоялся виртуальный 41-й Международный Венский автомобильный симпозиум (в связи с пандемией коронавируса COVID19), в ходе которого обсуждались вопросы разработки двигателей внутреннего сгорания [6].

      Это было время сессии «Новые и оптимизированные двигатели», в ходе которой Ford представил новейшие решения в области технологии EcoBoost, подчеркнув важность наддува [7].

      Компания Toyota рассказала о решениях для двигателей объемом 1,5 л на платформе новой глобальной архитектуры Toyota (TNGA), подчеркнув важность баланса между конструкцией и применением. Среди прочего, обсуждались: гидравлическое изменение фаз газораспределения, очень высокая степень сжатия, регулируемая циклом Аткинсона, более длинный диаметр цилиндра и передаточное отношение, применение многоканальной системы форсунок для достижения «высокоскоростной сгорания», в результате чего более 40% теплового эффективность [8].

      Авторы другой презентации указывали на аналогичный смысл модульной конструкции и технологической платформы для двигателей внутреннего сгорания [9].

      Модульность двигателей, но применительно к дизелю, обсуждалась на сессии «Новые двигатели SI и CI» [10], где были продемонстрированы модульные решения компании BMW.

      Аналогичным решениям Toyota TNGA у Mercedes-Benz является FAME (Семейство модульных двигателей), которое предполагает создание последующих модификаций двигателя на базе двигателя М-254. [11]. Все направлено на выполнение глобальных целей по автопарку CO 2 . Цитата „.. M 254 прокладывает путь в отношении нейтральности CO2 и качества воздуха, приближаясь к стратегии устойчивого развития Ambition 2039.

      Подчеркнута важность процесса наполнения как со стороны наддува, так и изменения геометрии системы всасывания. Внимание также уделялось уменьшению трения в системе поршень-гильза цилиндра. Итог всего был таков — цитата … ДВС еще далеко не в конце пути!

      Защита окружающей среды является основной темой всех публикаций. То же самое относится и к другому исследованию [12], где VW указал на многочисленные возможности соответствия стандартам Euro 6d.

      Последующие исследования указывают на важность альтернативных видов топлива с особым упором на водород [13, 14]. Полная полезность типичных двигателей внутреннего сгорания, работающих на водороде, была продемонстрирована в отношении все еще разрабатываемой технологии топливных элементов.

      При широком обсуждении не забыто применение двигателей грузовых автомобилей [15]. Здесь важна долговечность использования. Рассмотрение велось в перспективе 2050 года!

      Наконец, в общем обсуждении были указаны сценарии развития двигателей внутреннего сгорания [16, 17].В краткосрочной перспективе, т.е. до 2030 г., подчеркивалась важность охраны окружающей среды, а в более долгосрочной, т.е. до 2050 г., дополнительно обращалось внимание на важность экологичности и безопасного использования двигателей в окружающей среде.

      Вышеизложенные соображения имеют общий знаменатель — мир не отказывается от двигателей внутреннего сгорания. Исследовательские центры и университеты до сих пор работают над разработкой конструкции этой тепловой машины.

      Одной из тенденций развития является уменьшение размеров двигателей внутреннего сгорания, которое продолжается уже более десяти лет и недавно было изменено в сторону уменьшения размеров.Эта тенденция заключается не столько в уменьшении рабочего объема, сколько в выборе правильного размера для достижения баланса между ожиданиями клиентов в отношении комфорта при эксплуатации и способностью производителя снизить расход топлива и выбросы CO 2 .

      Суть исследовательской задачи, представленной в данной главе, заключается в демонстрации существования параметров, характеризующих рабочий объем двигателя, что является доминирующим признаком уменьшения/уменьшения размеров, позволяющих оценить эффективность изменения показателей работы двигателя внутреннего сгорания.

      Это означает, что основной исследовательский вопрос можно сформулировать так — можно ли заменить рабочий объем двигателя внутреннего сгорания в рассуждениях о его рабочем цикле неким эквивалентным объемом, и можно ли применить новое решение используется для исследования причинно-следственных связей между термодинамическими параметрами и показателями работы двигателя внутреннего сгорания?

      Поиск ответа на исследовательский вопрос связан с анализом термодинамического рабочего цикла уменьшенного двигателя.Оценено влияние изменения рабочего объема и эквивалентного объема на параметры сравнительного рабочего цикла при аналогичных значениях коэффициента сокращения.

      Объявление

      2. Оптимизация двигателя внутреннего сгорания

      Опытно-конструкторские работы, связанные с концепцией оптимизации, направлены, прежде всего, на увеличение удельной объемной мощности. Таким образом, эти действия аналогичны тем, которые предпринимались ранее для уменьшения габаритов, при уменьшении рабочего объема при сохранении или увеличении мощности двигателя на литр рабочего объема.

      Суть сокращения вытекает из степенного уравнения, которое принимает вид (1) [18, 19].

      Ne=peVssn30τE1

      Изменяя объем двигателя по правилу — объем «после» меньше «до», т.е. ssd — рабочий объем двигателя после уменьшения габаритов) и при этом сохраняя мощность двигателя N ed  = N e (где: N ed — уменьшение мощности двигателя), уравнение(2) получается

      peVssn30τ=pedVssdnd30τdE2

      Показатели с индексом «d» указывают на данные сокращения.

      Предполагая, что скорость вращения двигателя N D = N и постоянство количества ударов τ d = τ , для дачи (3)

      ped = pevssvsde3

      в свою очередь, расход топлива выражены Как специфическое значение ( г E ) может быть записано как (4)

      GE = 1ηewue4

      , где полезная эффективность η E выражается соотношением (5)

      ηe = mrlppetoηηvwupoe5

      При разумном предположении неизменности значения за пределами работы двигателя после уменьшения размера полезная эффективность становится зависимой только от среднего эффективного давления в тормозной системе ( p e  = BMEP ).

      Удельный расход топлива при торможении ( BSFC = g e ) также может быть выражен путем определения фактического количества топлива, сжигаемого в единицу времени, с указанием единицы мощности (6).

      ge=GeNeE6

      Сохранение постоянной полезной мощности после сокращения, т. е. N ed  = N e , следующее уравнение (7) получается

      Gedged=GegeE7

      , которое с учетом тесной связи между расходом топлива и концентрацией углекислого газа в выхлопных газах изменится на (8)

      CO2d=CO2geE8

      Изменения, вызванные идею сокращения можно проиллюстрировать на диаграммах — рисунок 1.

      Рис. 1.

      Идея сокращения размеров.

      Если при уменьшении размера двигателя внутреннего сгорания уменьшить скорость вращения двигателя ( снижение скорости ), эффект снижения расхода топлива и ограничения выбросов углекислого газа будет усилен. Для этого случая, предполагая стабильность значений параметров, как в уравнении. (9)

      vssd2 = vssd1, ned2 = ned1, τd2 = τd1, e9

      и изменение только скорость n d2 d1 , один получает (10) и (11)

      ped1vssd1nd130τd1 = ped2Vssd2nd230τd2E10

      ped2=ped1nd1nd2E11

      Индекс 1 представляет базовый двигатель уменьшенного размера.

      Индекс 2 обозначает двигатель уменьшенного размера с измененной (уменьшенной) частотой вращения.

      Мерой модернизации двигателя, как при уменьшении, так и при уменьшении, является степень (индекс) изменений, определяемая различными способами [19, 20, 21]. Независимо от определения, этот показатель показывает изменение или степень остатка после уменьшения или увеличения охваченного объема.

      В отличие от всех остальных, индекс уменьшения размеров ( W d ) автор определил исходя из степеней изменения компонентов, описывающих цилиндрическую камеру сгорания (эквивалентный объем), которая доминирует в конструкции двигателей внутреннего сгорания [19]. ].Согласно этому определению индекс сокращения может быть описан формулой (12).

      Wd=1−AB2dlaA=SdSB=DdDE12

      При графической интерпретации теоретически и практически можно выделить три формы изменения рабочего объема — как на рис. 2.

      Рис. 2.

      Формы сокращения [19 ].

      Реализуя идею оптимизации, можно получить одинаковые изменения показателя W d при различных значениях хода поршня и диаметра цилиндра, что является следствием различных значений коэффициентов А и В (см. формулу 12).Комбинации даунсайзинга/оптимизации представлены в виде матрицы изменения коэффициентов А и В — рисунок 3. Матрица может отображать две зоны волатильности индикатора W d : даунсайзинг и апсайзинг, важные при рассмотрении оптимизации .

      Рис. 3.

      Матрица изменения индекса сокращения/расширения по различным сочетаниям коэффициентов А и В (по формуле 12).

      Обладая знаниями конструкции камеры сгорания и кривошипно-шатунной системы в общепринятых геометрических соотношениях между диаметром цилиндра и ходом поршня [18, 22], а также исходя из реальных соотношений этих параметров, определяемых на основании двигателей из конкурса «Двигатель года» за 1999–2019 годы [19, 20] удалось определить реальные диапазоны изменчивости отношения диаметра цилиндра к ходу поршня, который составляет от 0.77 до 1,30, что приводит к значению индекса W d в диапазоне минус -1,20 в сторону увеличения и плюс +0,51 в случае уменьшения.

      Для сохранения эксплуатационных параметров двигателя внутреннего сгорания при снижении его рабочего объема необходимо реализовать новые или усилить существующие функции, выполняемые отдельными структурно-функциональными системами в двигателе. Среди них важное место занимают: непосредственный впрыск топлива, наддув, изменение фаз газораспределения, изменение степени сжатия.И всем этим управляет электроника [23, 24, 25].

      Идея прямого впрыска топлива развивалась по-разному в двух разных типах двигателей (дизельном и бензиновом). Она почти всегда использовалась в дизельных двигателях, но особую роль сыграло внедрение системы Common Rail корпорацией Denso/Toyota. Произошло это в 1995 г., хотя идея была известна еще в 1916 г. (компания Vickers) [26]. Однако в то время отсутствовала технология получения высокого давления, распыления капель топлива и возможности многократного впрыска топлива за один цикл [27].Сегодня в результате этого снижается расход топлива и значительно снижается выброс вредных компонентов выхлопа за счет более низкой температуры в камере сгорания. Дополнительно достигается более низкий уровень шума, что значительно повышает комфортность работы [28].

      С другой стороны, внедрение прямого впрыска бензина в двигателях с искровым зажиганием привело к большему положительному влиянию на экономический и экологический баланс разработки двигателей. Первые попытки впрыска бензина непосредственно в камеру сгорания были предприняты Йонасом Хессельманом в 1925 году, но только решение, предложенное Mitsubishi в 1996 году, принесло успех в разработке.Это решение известно как GDI — прямой впрыск бензина [29]. Впрыск бензина, осуществляемый не менее чем в две фазы на такте впуска и сжатия, позволяет осуществлять послойное сгорание, в том числе сгорание очень бедных смесей (50:1 против стехиометрических — обычных 14,7:1), что в свою очередь способствует увеличению степени сжатия без ударного эффекта. Использование специальной геометрии камеры сгорания в днище поршня и, таким образом, достижение завихрения нагрузки увеличивает мощность двигателя при одновременном снижении расхода топлива.Недостатком этой системы является, к сожалению, увеличение выбросов оксидов азота, а это означает, что двигатель должен быть оборудован восстановительным катализатором и системой рециркуляции отработавших газов. Большое значение при реализации GDI имеет управление, в том числе адаптивными системами [30]. Использование непосредственного впрыска очень хорошо вписывается в архитектуру двигателя, на которую распространяется уменьшение/оптимизация размеров, поскольку оно напрямую компенсирует потери мощности, возникающие в результате изменения геометрии.

      Еще одной вспомогательной системой уменьшения/увеличения размеров является зарядка, наличие которой необходимо для правильного наполнения баллона.Еще в 1885 году Готлиб Даймлер в своем патенте о необходимости увеличения давления воздуха выше атмосферного в начале каждого цикла заметил необходимость зарядки для повышения уровня наполнения [18]. Затем появилась концепция повторного использования энергии, потраченной впустую при выпуске выхлопных газов, и в 1916 году Огюст Рето построил первый турбокомпрессор. Долгие годы концепция единого турбокомпрессора функционировала до появления турбокомпрессора Honeywell, где из-за ограниченного времени реакции на изменение нагрузки двигателя на общую ось рядом с одной турбиной появилось два компрессорных колеса.Двигатель с такой системой работает более эффективно, особенно в диапазоне низких оборотов (об/мин) и нагрузки. В последующие годы стали появляться различные решения, в том числе с изменяемой настройкой VNT (Variable Nozzle Turbine). Интересным решением является система из двух параллельно работающих турбокомпрессоров, заменяющих один большой. Благодаря этому решению размеры турбокомпрессоров меньше (в соответствии с идеей уменьшения размеров), что приводит к меньшим потерям тепла в атмосферу.

      Существуют также комбинации механической, электрической и традиционной зарядки.[31, 32, 33]. Наддув — это простейшая форма поддержки двигателя с уменьшенным / оптимальным размером как с точки зрения потери мощности, так и путем создания условий для сжигания бедных смесей для удовлетворения экологических требований.

      Повышение объемного КПД также достигается за счет применения систем изменения фаз газораспределения. Система изменения фаз газораспределения обеспечивает соответствие углов и времени открытия и закрытия клапанов текущей нагрузке и частоте вращения двигателя.

      Существует множество систем изменения фаз газораспределения, которые претерпевают последовательные конструктивные преобразования и имеют разные названия в зависимости от производителя [34].Первая система изменения фаз газораспределения появилась в 1981 году на двигателях Alfa Romeo, но только введение электронного управления в 1989 году компанией Honda позволило разработать эту конструкцию, известную как VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control), а в последняя версия i-VTEC (i — интеллектуальная система, работающая на опережение).

      Напротив, система VarioCam, разработанная Porsche в 1992 году, изменила положение клапанов, изменив натяжение цепи, соединяющей впускной и выпускной распределительные валы.Сегодня система разработана и также предлагает возможность подъема клапана. Другой пример — система Valvetronic от BMW с полным контролем подъема впускных клапанов, что значительно снижает потери потока, а время реакции на изменение нагрузки сводится к минимуму.

      Еще одним примером в этой области является система Ford TI-VCT (Twin Independent — Variable Camshaft Timing) с независимой работой впускного и выпускного клапанов, основным преимуществом которой по сравнению с другими системами является лучшее заполнение цилиндров и продувка камеры сгорания.

      Система изменения фаз газораспределения является хорошим дополнением к методу уменьшения/оптимизации размеров, так как она способна уменьшить потери потока из-за меньших размеров клапана и обеспечивает правильное заполнение камеры сгорания для поддержания или повышения эффективности двигателя.

      При наддуве двигателей с искровым зажиганием может возникнуть опасность самовозгорания, что по своей природе нежелательно. Чтобы этого не допустить, следует снизить степень сжатия, которая, в свою очередь, определяет давление в камере сгорания, а это влияет на мощность двигателя во всем его рабочем диапазоне.Решением этой проблемы является система с переменной степенью сжатия.

      Принцип работы системы переменной степени сжатия — ВКР связан с изменением объема камеры сжатия при изменении нагрузки. Есть несколько технических решений этой проблемы. Одним из них является изменение хода в кривошипно-шатунном механизме (Multi Cycle Engine 5, реализованный компанией Peugeot).

      Другой способ — угловое смещение головки блока цилиндров, предлагаемое SAAB (система SVC — Saab Variable Compression).Еще одно решение — динамическое движение всей кривошипно-шатунной системы (Cortina VC — Variable Compression). Конструктивно решение GoEngine интересно тем, что обеспечивает изменение степени сжатия в диапазоне от 8:1 до 18:1. Существенным преимуществом данной системы является возможность значительного (до 20%) удлинения такта расширения по отношению к такту сжатия, что обеспечивает лучшие условия для сжигания дозы топлива, создает более благоприятное распределение давления на днище поршня и снижает температуру выхлопных газов.Систему переменной степени сжатия, изменяя объем цилиндра, можно рассматривать как одну из форм динамического уменьшения/улучшения размера, а не как вспомогательную систему.

      Из инженерной практики можно привести ряд примеров развития идеи уменьшения/уменьшения размеров. Можно даже упомянуть двигатели, устанавливаемые на автомобили Ford или Volkswagen.

      Двигатель Ford рабочим объемом 2,3 дм 3  V6 был уменьшен до 2,0 дм 3 и 1,6 дм 3 , чтобы наконец достичь эффектного 0.999 дм 3 EcoBoost — Рисунок 4. Некоторые люди считают двигатель рабочим объемом 5,0 дм 3 Coyote прародителем всех изменений по уменьшению/уменьшению размеров. Это делает изменения своеобразным каскадом действий.

      Рис. 4.

      Оптимизация на примере двигателей Ford.

      В свою очередь двигатели Volkswagen изменили рабочий объем с 2,8 дм 3 или 2,0 дм 3 до 1,8 дм 3 , а затем до 1,4 дм 3 , выполнив предположение об устойчивом развитии, и с ) 1.Двигатель 4 дм 3 заменен на 1,5 дм 3 .

      В целом тенденция изменения рабочего объема хорошо представлена ​​двигателями, рассматриваемыми в международном конкурсе «Двигатель года», который с 1999 года организует журнал Engine Technology International — UK & International Press [35] . Двигатели-победители во всех категориях демонстрируют четкую тенденцию изменения рабочего объема с годами. Выражается увеличением удельной мощности и уменьшением выбросов углекислого газа, которые увеличиваются при уменьшении ударного объема — рисунок 5.

      Рисунок 5.

      Удельная мощность двигателей внутреннего сгорания вместе с выбросами углекислого газа «победителей» конкурса «Двигатель года» во всех категориях.

      В автомобильной практике двигатели внутреннего сгорания, разработанные в технике уменьшения и уменьшения размеров, встречаются в автомобилях с целым пакетом проэкологических решений и включаются в маркетинговые названия, например: EcoBoost/Econetic (Ford) или Blue Motion ( Фольксваген) [2].

      Реклама

      3.Эффективность обобщенного рабочего цикла двигателя в условиях оптимизации — методика исследования

      В камере сгорания поршневого двигателя внутреннего сгорания топливо в смеси с воздухом создает рабочее тело, которое претерпевает термодинамические изменения, связанные, в том числе, с объемом пространства сгорания. Эти изменения повторяемы, хотя их величина зависит от текущих условий работы двигателя. Происходящие преобразования создают цикл работы двигателя, математически описываемый различными способами [36, 37, 38].В обобщенном виде, соответствующем всем известным теориям двигателей внутреннего сгорания, рабочий цикл можно описать КПД (ηt) по формуле (13) и выразить графически, как на рис. 6.

      Рис. рабочий цикл четырехтактного двигателя внутреннего сгорания [36].

      ηt=1−λpρpεsκ−1δκ−1+κρ’−1−ρ’εsκ−1λpκρp−κ−11+ρplnρT−1E13

      Отдельные безразмерные величины, входящие в формулу (13), описываются в соответствии с рис. 6 [ 19].

      λp = pZ’PC = PZ «PCE14

      ρp = VZ» VZ ‘= VZ «VCe15

      εs = Vavce16

      κ = CPCve17

      Δ = Vbvze18

      ρ’ = vdva = vbvae19

      ρt = VzVz″E20

      ε=VbVc=VdVcE21

      Вводя в формулу (13) величины, выраженные формулами (14)–(21), можно получить соотношения, подчеркивающие изменения различных объемов, которые можно использовать для описания изменений, вызванных сокращением (22)

      ηt=1−λpVz″VcVaVcκ−1VbVzκ−1+κVbVa−1−VbVaVaVcκ−1λpκVz″Vc−κ−11+Vz″VclnVzVz″−1E22

      900 , Vz, Vz», κ — компоненты, вытекающие из свойств используемого топлива и логистики процесса сгорания, а V b и V c — конструктивные параметры двигателя внутреннего сгорания, относящиеся к пространство для горения, и, следовательно, связано с операцией по корректировке размеров.

      Введение в формулу (22) переменных А и В из формулы (12) дает полную картину изменения термодинамических превращений в теоретическом цикле двигателя уменьшения/уменьшения размеров. При оценке эффективности применения идеи нормализации можно рассмотреть три случая:

      1. изменению подлежат все рассматриваемые компоненты, то есть: объем смещения Vsd ≠ Vs вместе с объемом сжатия V cd  ≠ V C и соотношение сжатия ε D ≠ ε (23)

    ηtd = 1-λpdvz «DVCε-1AB2DAB2VADVSε-1εD-1AB2κD-1VS + VCε-1εd-1AB2VZDκD-1 + κDVS + VCε −1εd−1AB2Vad−1−Vs+Vcε−1εd−1AB2VadVadVcε−1εd−1AB2κd−1λpdκdVz″dVcε−1εd−1AB2−κd−11+Vz″dVcε−1εd−1AB2lnVzdVz″d−1E23

    степени сжатия для двигателя уменьшения/улучшения размера будет производиться на основе экспериментальных данных, т.е.грамм. путем сравнения значений степени сжатия двигателей, включенных в конкурс «Двигатель года », то для типовых примеров была выявлена ​​зависимость между ε и ε d [19] (16).

    εd=0,547ε+4,239E24

    Имеется в виду возможность введения нового коэффициента (C), выражаемого соотношением (25).

    εd−1ε−1=CE25

    После учета зависимости (25) формула, описывающая теоретический КПД рабочего цикла двигателя, принимает вид (26).

    ηtd = 1-λpdVz «dVcAB2CVadVcAB2Cκd-1Vs + Vc1CAB2Vzdκd-1 + κdVs + Vc1CAB2Vad-1Vs + Vc1CAB2VadVadVcAB2Cκd-1λpdκdVz» dVcAB2C-κd-11 + Vz «dVcAB2ClnVzdVz» д-1E26

    1. следующая подлежат Изменение: Swept Volume V SD ≠ V S и компрессионный объем V CD ≠ V C без изменения отношения сжатия ε d = ε (27)

    ηtd = 1-λpdvz «dvcab2vadvcab2κd-1vs + vcab2vzdκd-1 + κdvs + vcab2vad-1-vs + vcab2vadvAdvcab2κd-1λpdκdvz» dvcab2-κd-11 + vz «dvcab2lnvzdvz» D-1E27

    1. Третий корпус — это изменение Из подметания объема V SD ≠ V S и соотношение компрессии ε D ε ε без изменения пространства сжатия V CD = V C (28)

    ηtd=1−λpdVz″dVcVadVcκd−1VsAB2+VcVzdκd−1+κdVsAB2+VcVad−1−VsAB2+VcVadVadVcκd−1λpdκdVz″dVc−κd−11+Vz ″dVclnVzdVz″d−1E28

    В методологии оценки испытаний реальные значения пар коэффициентов A и B вводятся из матрицы, описанной на рисунке 2.Таким образом, можно рассчитать изменения термодинамической эффективности рабочего цикла. Остальные данные были взяты из исследований двигателей 1.4 TSI, 1.5 TFSI, 1.8 T и 2.0 TDI, которые являются примером звена в цепочке уменьшения/улучшения размеров двигателей Volkswagen.

    Исследование охватывало крайний случай изменений, т.е. изменения рабочего объема, сжатия и степени сжатия (формула 23).

    Для оценки исследовательской задачи, теоретических и экспериментальных данных испытаний VW 1.4 Двигатель внутреннего сгорания TSI, выполненный на кафедре автомобилестроения Вроцлавского университета науки и технологий — Рисунок 7. Следующие данные были использованы в результате испытаний на динамометрическом стенде автомобилей, оснащенных двигателями 1,8 T и 2,0 TDi — Рисунок 8

    Рисунок 7. Двигатель

    VW 1.4 dm 3 на испытательном стенде [39].

    Рис. 8.

    Испытанный автомобиль с двигателем 1,8 Т на динамометрическом стенде.

    Данные исследования, составляющие граничные условия для оценки 1.5 двигателя TFSI были получены из литературы [40].

    Индексы по сокращению / сважанию в соответствии с формулой (12) для каскада изменений смены объема следующие:

    • 2,0 дм 3 Na 1,8 дм 3 W D = 0,09

    • 2.0 DM 3 NA 1,5 дм 3 W D = 0,25

    • 2,0 дм 3 Na 1,4 дм 3 W D = 0,29

    для каждого случая, кроме заводской версии рассмотрены теоретические изменения, связанные с поведением показателя W d с разными коэффициентами А и В, взятыми из матрицы изменений — рис. 2.

    Таким образом, пакет переменных был получен и проанализирован — таблица 1.

    9051 9051 9051 9051 9
    Двигатели S A S D D B D D D D W D D D D D / S D Заметки
    DM 3 мм
    0 92.80 92.80 82.50 0
    0,91 0,91 1.00 82.50 0.090 0.98 0.98 Завод-1.8_1
    1,8 1.00 92.80 0.955 78.80 0.088 0.088 0.85 Test-1.8_2
    1.8 0,97 0,97 90.00 0.97 0.97 0.087 0.087 0.89 Test-1.8_3
    1,5 0,93 85.9 0,90 74.50 0,247 0.87 Factory-1.5_1
    1.5 0.75 69.60 69.60 1.00 82,5 0.250 1.19 Test-1.5_2
    1,5 1.00 92.80 0.87 0.87 71.50 0.243 0.243 0.77 Test-1.53 ​​
    1,4 0.82 75.60 0.93 76.50 0.291 1.01 _1
    1.4 1.00 92.80 92.80 0.84 69.30 0.294 0.294 0.75 не соответствует 0,77 ≤ d / s ≤ 1.30
    1.4 0.97 0,97 90.00 0.855 0.855 0.291 0.291 0.78 Test-1.4_2
    1,4 0,71 65.00 1,00 82.50 0.2 Тест-1.4-3

    Таблица 1.

    Значения хода и диаметра цилиндра и соответствующие коэффициенты определяют область уменьшения/уменьшения размеров.

    Стоит отметить, что в случае с 1.4 дм 3 , в котором предполагалось уменьшение/улучшение размеров по форме «цилиндровый вариант» (А = 1), правило взаимосвязи диаметра и хода поршня, которое должно быть в пределах (0,77 –1.30) – как обсуждалось выше. Отсюда решение изменить соотношение на ближайшую единицу к A = 0,97.

    Принятые для оценки значения коэффициентов А и В заполняют последовательные значения индекса уменьшения/уменьшения размеров W d , обеспечивая их неизменность в пределах заданного объема цилиндра.Остальные данные, заполняющие форму формулы КПД сравнительного цикла с эквивалентным объемом (формула 23) и позволяющие оценить показатели работы двигателя, были получены в результате вышеупомянутых лабораторных испытаний.

    Объявление

    4. Обсуждение результатов

    Оценивались типовые эксплуатационные показатели работы двигателя совместно с параметрами термодинамического цикла, в том числе КПД обобщенного рабочего цикла. Полученные данные представлены в виде относительных изменений, т.е.е. в процентах от данных для базового двигателя 2,0 дм 3 — Таблицы 2–4.

    0.92 6 4 110 0.32
    Parameter Производитель-2.0 Производитель-2.0 Производитель-1.8_1 Test-1.8_2 Test-1.8_3
    % 1.8 / 2.0 % 1.8 / 2.0 % 1.8 / 2.0
    ε 10.5 -4.7 -4.7 -4.7 -4.7
    RPM -8 6000 -8.3 -8.3 -8.3 -8.3 -89.3
    N 1 1.35 -1.5 +04 -1,0
    N 2 N 2 1.19 0 -0.2 0
    T Max , K 2706 -0,7 -0,7 +0,1 -05
    η V +29,1 +28.9 + 29.1
    BMEP 1.11 +36.8 +35.9 +35.9 +36.0
    BSFC, G / KWH 264 -5.6 -5.2
    00 N е , кВт +13.6 +13.7 +13.7 +13.7 +13.7
    00 η E +6,0 +5.5 +563 η T 0.45 +0.7 +0.7 +0.4 +0.4 +0.4 +04

    Таблица 2.

    Значения выбранных рабочих параметров двигателя 1,8 дм 3 по отношению к 2,0 дм 3 при разных значениях сокращения / права коэффициенты А и В (табл. 1).

    E , кВт E
    Параметр Производитель-2.0 Производитель-2.0 Производитель-1.5_1 Test-1.5_2 Test-1.5_3
    % 1.5 / 2.0 % 1.5 / 2.0 % 1.5 / 2.0 % 1.5 / 2.0
    ε 10.5 +19.1 +19.1 +19.1
    RPM 6000 -16.7 -16.7 -16.7 -16.7 -16.7 -16.7 -16.7
    N 1 1 03 +9.0 +9.0 +9.7
    N 2 1.19 -2.5 -2.5 -2.5 -2.5 −2.5
    T Max , K , K 2706 +6.6 +6.6 +7.59 +763
    η V 0,92 +26.6 +26.7
    BMEP 1.11 +54.3 +56.7 +56.4 +59.4
    00 BSFC, G / KWH -19.7 -19.9 -20.9 -19.5
    110 +2.9 +2.1 +2.1 +0.22
    η E 0.32 +24.4 +24.2 +24.2
    00 η T 3 0,45 + 6.9 + 7.2 +6.8

    Таблица 3.

    Значения выбранных параметров работы двигателя 1,5 дм 3 по отношению к 2,0 дм 3 по отношению к 2,0 дм 3 .

    0,92
    Параметр
    Производитель-2.0 Производитель-1.4_1 Test-1.4_2 Test-1.4_3
    % 1.4 / 2.0 % 1.4 / 2.0 % 1.4 / 2.0
    ε 10.5 -4.7 -4.7 -4.7 — 4.7
    RPM 6000 0 0 0
    N 1 1.35 +7.5 +7.4 +7.4 +9.6 +9.6
    N 2 00 9 2 1.19 -3.4 -2.5.4 -2.5
    T Max , K 2706 +5.0 +5.0 +5.5 +6.5
    η V +38.4 +39.0 +37.8 +37.8
    BMEP 1.11 +60.4 +60.4 +62.0
    BSFC, G / KWH -13.7 -13.7 -12.4 -14.0 -14.0
    N E , KW 110 +13.6 +13.6 +13.5
    η E 0.32 +15.9 +14.2 +13.59 +13.59 T 00 η T 3 0,45 +2.7 + 2,7 +2,6

    Таблица 4.

    Значения отдельных параметров работы двигателя 1,4 дм 3 по отношению к 2,0 дм 3 при различных значениях коэффициентов уменьшения/уменьшения размеров А и В (табл. 1).

    Данные, содержащиеся в Таблице 2, относятся к двигателю 1,8 дм 3 и подтверждают правильность идеи уменьшения габаритов за счет снижения расхода топлива в среднем на 5%. Благодаря вспомогательным системам с наддувом на переднем крае и контролю процесса сгорания даже прирост мощности почти на 14% по сравнению с 2.0 дм 3 ед.

    Достигнута большая эффективность как теоретическая, так и полезная. Различия между изменениями эффективности η e и η t обусловлены потерями выхлопных газов и охлаждением.

    Следует подчеркнуть, что изменение коэффициентов А и В таким образом, чтобы индекс сокращения W d сохранялся, не вызывало существенных различий в значениях всех исследуемых параметров и находилось в пределах статистической значимости.

    Данные таблицы 3 относятся к двигателю 1,5 дм 3 и подтверждают правильность концепции уменьшения габаритов за счет снижения расхода топлива в среднем почти на 20%. Предложение уменьшить ударный объем примерно на 25% близко к агрессивному сокращению.

    Прибл. Повышение объемного КПД на 27% связано с системой наддува и системой изменения фаз газораспределения. Мощность двигателя была сохранена с, казалось бы, разумным наддувом, что привело к большему, чем 1.8 дм 3 , но менее 1,4 дм 3 увеличение БМЭП. В группе протестированных двигателей это единственный двигатель, в котором была применена концепция замедления , изменяющая максимальное значение частоты вращения двигателя с 6000 до 5000 об/мин. Значимого повышения температуры в максимальном рабочем цикле не наблюдалось. При сохранении индекса уменьшения/уменьшения размеров W d на уровне 0,25 показано, что изменение коэффициентов А и В не вызывает дифференциации теоретической эффективности рабочего цикла.

    Данные в Таблице 4 относятся к двигателю 1,4 дм 3 и указывают на агрессивное уменьшение размеров до 30%. Ожидаемый эффект был достигнут – удельный расход топлива снижен в среднем на 13 %, что, очевидно, выражается в снижении выбросов углекислого газа в атмосферу. Внедрение систем поддержки геометрических изменений привело к значительному увеличению BMEP более чем на 60%, что может привести к снижению долговечности деталей двигателя, особенно в области поршневой и кривошипно-шатунной системы.

    Различия между изменениями эффективности η e и η t обусловлены потерями в системах выпуска и охлаждения.

    Изменение коэффициентов А и В не оказывает существенного влияния, и даже различия в значениях незначительны, на исследуемые параметры.

    С точки зрения нормализации следует отметить четкую взаимосвязь между эффективностью цикла и необходимым изменением ударного объема, т.е.е. тот, который будет соответствовать устойчивому подходу к проектированию, удовлетворяя потребности клиентов и в то же время реализуя возможности производителя.

    На рис. 9 представлена ​​взаимосвязь между эффективностью цикла и индексом сокращения, которая показывает, что сокращение рабочего объема будет эффективным до определенного предела. Для анализируемого случая примером этого является реализация двигателя объемом 1,5 дм 3 вместо 1,4 дм 3 .

    Рис. 9.

    Изменение эффективности рабочего цикла двигателя в зависимости от индекса уменьшения габаритов.

    Реклама

    5. Резюме

    Проблема изменения рабочего объема двигателя внутреннего сгорания известна как уменьшение размера, но в последнее время она претерпевает трансформацию в сторону уменьшения размера. Это результат нового подхода к процессу проектирования и эксплуатации, предполагающего балансировку требований заказчика и возможностей производителя, причем в конкретной среде, т.е.грамм. постоянное ужесточение экологических стандартов. В любом случае, экологический аспект является наиболее желательным критерием для оценки концепции оптимизации, которая выражается в стремлении к снижению расхода топлива и, как следствие, сокращению выбросов углекислого газа, и все это для правильного выбора рабочего объема двигателя.

    Определена задача исследования, заключающаяся в оценке влияния различий геометрических изменений хода поршня и диаметра цилиндра при сохранении одинакового значения коэффициента сжатия на эффективность рабочего цикла двигателя.

    Для достижения цели исследования была модифицирована зависимость, описывающая теоретический КПД общего эталонного цикла, в которой вместо рабочего объема подставлены коэффициенты, определяющие изменение величины хода поршня (А) и диаметра цилиндра (В) были выявлены.

    Для рассмотрения был принят впечатляющий случай изменений, предполагающий изменение рабочего объема и сопутствующие изменения пространства сжатия и степени сжатия.Необходимые данные для анализа были получены из лабораторных исследований и из литературы. Неоднократно оценивались промежуточные величины, определяющие КПД двигателя, поддерживаемый полученными параметрами работы двигателя.

    Анализ результатов показывает, что КПД цикла ДВС стабилен, независимо от коэффициентов А и В, определяющих геометрические изменения рабочего объема двигателя.

    Также продемонстрировано наличие предельного значения индекса сокращения/уменьшения размеров, при котором достигается наивысший уровень положительного изменения эффективности обращения, соответствующий требованиям устойчивости.

    На следующих этапах исследовательская работа должна быть направлена ​​на детальное тестирование на дорожную токсичность выхлопных газов двигателей уменьшенного/улучшенного размера. Из-за значительной нагрузки на конструкцию двигателя важно будет также уделить внимание вопросам материаловедения и трибологических процессов, связанных с концепцией уменьшения/улучшения размеров.

    Объявление

    Благодарности

    Работы проводились в исследовательском комплексе GEO-3EM Вроцлавского университета науки и технологий, в лабораториях кафедры автомобильной техники.

    Это исследование финансировалось Вроцлавским университетом науки и техники, номер гранта MPK

    60000/8201003902.

    Реклама

    Номенклатура

    A

    коэффициент изменения хода поршня

    B

    коэффициент изменения диаметра цилиндра

    BMEP = p e

    тормозное среднее эффективное давление

    BSFC = g e удельный расход топлива в цилиндре диаметр — входное состояние

    D d

    диаметр цилиндра в уменьшенном двигателе

    Ge

    расход топлива в час

    л p

    индекс молей для окружающего воздуха

    MR

    универсальная газовая постоянная

    N p e

    полезная мощность 90 o

    давление окружающей среды

    об/мин = n

    обороты двигателя

    S

    ход поршня — состояние ввода

    S d

    ход поршня в двигателе уменьшенного размера

    Рабочий объем двигателя

    Вт d

    Индекс уменьшения/уменьшения габаритов

    Вт u

    Теплотворная способность топлива

    δ

    Степень другого процесса расширения

    ε

    Геометрическое соотношение компрессионного сжатия

    ε S

    Эффективное соотношение сжатия

    η T

    Теоретическая эффективность рабочего цикла

    κ

    Истентропный показатель

    λ P

    Степень повышения давления во время изохорического теплоотдача

    ρ’

    степень предварительного сжатия при отводе тепла при постоянном давлении

    ρ p

    степень расширения при изобарной теплоотдаче

    ρ T

    степень расширения при изотермической теплоотдаче

    τ

    индекс хода ( число тактов)

    Специальный выпуск: Оптимизация и проектирование безуглеродных систем двигателей внутреннего сгорания

    Специальный выпуск Energies (ISSN 1996-1073).Этот специальный выпуск относится к разделу «E: Управление температурным режимом».

    Крайний срок подачи рукописей: 15 июня 2022 г. .

    Редактор специального выпуска

    Доктор Мирко Баратта
    Электронная почта Веб-сайт
    Приглашенный редактор

    Департамент энергетики, Туринский политехнический университет, Corso Duca degli Abruzzi, 24, 10129 Турин, Италия
    Интересы: Моделирование двигателей внутреннего сгорания; CFD-моделирование энергетических систем; моделирование горения

    Информация о специальном выпуске

    Уважаемые коллеги,

    Значение обезуглероживания энергетического сектора постоянно растет, и транспортный сектор играет важную роль в этом контексте.Несмотря на то, что электрические и электрифицированные транспортные средства, по прогнозам, будут очень популярными решениями в краткосрочной перспективе, будущий парк, скорее всего, будет сформирован из сочетания различных решений для силовых агрегатов. Многие авторы в литературе отмечают, что сценарий полностью обезуглероженной мобильности не может выдержать полного использования потенциала двигателей внутреннего сгорания.

    В центре внимания этого специального выпуска — демонстрация того, как специальная конструкция ДВС, которая может ориентироваться на определенный диапазон мощности двигателя в рамках определенного гибридного решения, является, вероятно, наиболее эффективным и быстрым способом обезуглероживания.Возможные разработки сосредоточены на инновационных концепциях зажигания и сгорания, оптимизации двигателей на биотопливе и H3, а также на развитии подсистем. Приветствуются как модельные, так и экспериментальные работы, а также работы, сочетающие в себе и то, и другое.

    Интересующие темы включают, но не ограничиваются:

    • Предкамерные двигатели NG и NG-h3, работающие на обедненной смеси;
    • Двигатели h3 с непосредственным впрыском топлива;
    • Разработка наддувных систем нового поколения;
    • Системы впрыска биотоплива и водорода;
    • Моделирование и оптимизация систем сжигания биотоплива.

    Доктор Мирко Баратта
    Приглашенный редактор

    Информация о подаче рукописей

    Рукописи должны быть представлены онлайн на сайте www.mdpi.com путем регистрации и входа на этот сайт. После регистрации нажмите здесь, чтобы перейти к форме отправки. Рукописи можно подавать до указанного срока. Все материалы, прошедшие предварительную проверку, рецензируются экспертами. Принятые статьи будут постоянно публиковаться в журнале (как только они будут приняты) и будут перечислены вместе на веб-сайте специального выпуска.Приглашаются исследовательские статьи, обзорные статьи, а также короткие сообщения. Для планируемых статей в редакцию можно отправить название и краткую аннотацию (около 100 слов) для размещения на сайте.

    Представленные рукописи не должны быть опубликованы ранее или находиться на рассмотрении для публикации в другом месте (за исключением материалов конференции). Все рукописи проходят тщательную рецензирование в рамках единого процесса слепого рецензирования. Руководство для авторов и другая необходимая информация для подачи рукописей доступны на странице Инструкции для авторов. Energies — международный рецензируемый журнал с открытым доступом, выходящий раз в полгода, издаваемый MDPI.

    Перед отправкой рукописи посетите страницу Инструкции для авторов. Плата за обработку статьи (APC) для публикации в этом журнале с открытым доступом составляет 2200 швейцарских франков (швейцарских франков). Представленные документы должны быть хорошо отформатированы и на хорошем английском языке. Авторы могут использовать MDPI Услуги редактирования на английском языке перед публикацией или во время авторских правок.

    Ключевые слова

    • обезуглероживание
    • водород
    • биотопливо
    • оптимизация двигателя
    • форкамерные двигатели с обедненной смесью

    Этот специальный выпуск открыт для публикации.

    Новый двигатель внутреннего сгорания с одновременным впрыском топлива и предварительно сжатого подогретого воздуха — The University of Brighton

    @inproceedings{a61d14868df74dd2a8390f27ffe6c770,

    title = «Новый двигатель внутреннего сгорания с одновременным впрыском топлива и предварительно сжатым подогревом воздуха»,

    аннотация = «Разрабатывается новый тип высокоэффективного поршневого двигателя внутреннего сгорания, который имеет отдельные цилиндры для сжатия и сгорания на общем коленчатом валу.Воздух для горения квазиизотермически сжимается с помощью плотных струй воды, предварительно нагревается за счет отработанного тепла двигателя и впрыскивается в камеру сгорания одновременно с топливом. Прогнозируется, что этот новый процесс позволит получить чистый электрический КПД до 60%. В настоящей статье основное внимание уделяется процессу сгорания и системе охлаждения прототипа четырехцилиндрового двигателя мощностью 3 МВт, который в настоящее время находится в стадии разработки. Сюда входит разработка конструкции для высоких тепловых нагрузок и для сжигания, при которой в цилиндр одновременно с топливом вводится предварительно сжатый и подогретый воздух.Общая разработка нацелена на коммерческий двигатель мощностью 7 МВт с восемью цилиндрами.»,

    автор = «Кони, {Майк В.} и Клаус Линнеманн и Морган, {Роб Э.} и Бэнкрофт, {Том Г.} и Саммут, {Ричард М.}»,

    год = «2002»,

    месяц = ​​декабрь,

    день = «1»,

    дои = «10.1115/ICEF2002-485»,

    язык = «английский» ,

    isbn = «0791846628»,

    volume = «39»,

    series = «Американское общество инженеров-механиков, подразделение двигателей внутреннего сгорания (публикация) ICE»,

    издатель = «ASME»,

    страниц = «67—77»,

    booktitle = «Конструкция, применение, характеристики и выбросы современных систем и компонентов двигателей внутреннего сгорания»,

    примечание = «Осенняя техническая конференция 2002 года отдела двигателей внутреннего сгорания ASME; Дата проведения конференции: с 09.