Двигатель легкового автомобиля, форсированный по степени сжатия
|
Аннотация 2
Введение 4
1 Анализ состояния вопроса 6
1.1 Возможные области применения технологии переменной степени сжатия 6
1.2 Двигатели с изменяемой степенью сжатия 7
1.3 Обзор существующих моделей двигателей с переменной степенью сжатия 10
2 Тепловой расчет проектируемого двигателя 17
3 Кинематический и динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 45
3.1 Кинематический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 45
3.2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 47
4 Анализ влияния степени сжатия на рабочий процесс ДВС 56
4.1 Влияния степени сжатия на максимальную температуру и давление цикла 56
4.2 Влияния степени сжатия на эффективные показатели цикла 65
Заключение 70
Список используемых источников 73
Введение 4
1 Анализ состояния вопроса 6
1.1 Возможные области применения технологии переменной степени сжатия 6
1.2 Двигатели с изменяемой степенью сжатия 7
1.3 Обзор существующих моделей двигателей с переменной степенью сжатия 10
2 Тепловой расчет проектируемого двигателя 17
3 Кинематический и динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 45
3.1 Кинематический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 45
3.2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 47
4 Анализ влияния степени сжатия на рабочий процесс ДВС 56
4.1 Влияния степени сжатия на максимальную температуру и давление цикла 56
4.2 Влияния степени сжатия на эффективные показатели цикла 65
Заключение 70
Список используемых источников 73
Стремление к ограничению неблагоприятных внешних воздействий, связанных с развитием автомобилестроения и транспорта, в основном на базе поршневого двигателя внутреннего сгорания как основного источника энергии, выявляет прежде всего при ограничении допустимый уровень выбросов вредных веществ в отработавшие газы. Несмотря на значительный прогресс, достигнутый в последние годы, дальнейшее улучшение экологических и энергетических показателей поршневых двигателей требует дальнейших изменений в их конструкции, охватывающих практически все функциональные системы.
Одним из наиболее эффективных путей, хотя на современном этапе развития еще имеет много технических и эксплуатационных трудностей, является построение двигателей, в которых степень сжатия становится регулирующим параметром и может изменяться непрерывно в широком диапазоне и относительно короткое время. В обычном двигателе степень сжатия — отношение наименьшего объема цилиндра к наибольшему в положениях верхней мертвой точки поршня — постоянна и определяется геометрией цилиндра и кривошипно-шатунного механизма. Новая технология, называемая переменной степенью сжатия (VCR), полностью меняет ранее неизменную характеристику двигателей. Многие компании заметили значительный потенциал, скрытый в системах с переменным сжатием, и сосредоточили все свое внимание на поиске способов применения и использования этой возможности. Поэтому в последние годы наблюдается растущий интерес к этому виду инновационного строительства.
Двигатель с переменной степенью сжатия имеет несколько преимуществ в отношении эффективности и удельной мощности. При малой выходной мощности двигатель можно заставить работать как безнаддувный двигатель с высокой степенью сжатия. Когда требуется высокая выходная мощность, двигатель можно заставить работать как двигатель с низкой степенью сжатия и сильным наддувом. Огромный потенциал удельной мощности также предоставляет разработчику двигателя большие возможности для уменьшения рабочего объема двигателя при сохранении соответствия требованиям по мощности для конкретного применения.
Степень сжатия двигателя внутреннего сгорания является важным параметром управления для эффективной конструкции двигателя. Степень сжатия определяется как общий максимальный объем в узле поршневого цилиндра по отношению к его минимальному объему, когда поршень находится ближе всего к головке цилиндра. Типичные значения в современных двигателях с искровым зажиганием колеблются от 8:1 на нижнем уровне до 12:1 или на верхнем уровне. Конструктор двигателя может свободно регулировать целевую степень сжатия в двигателе с верхним расположением клапанов, размещая или опуская конструкционный материал в области камеры сгорания. Конструктор двигателя должен учитывать такие факторы, как целевые характеристики и эффективность, тип топлива, качество топлива, условия окружающей среды и уровень давления наддува, если таковой имеется, при установке целевой степени сжатия. Таким образом, целевая степень сжатия является компромиссом, предназначенным для удовлетворительного удовлетворения множества противоречивых требований. Растущий интерес вызывают системы, позволяющие регулировать степень сжатия двигателя. Эта регулировка может выполняться при работающем двигателе, что позволяет установить наилучшую возможную степень сжатия в зависимости от требований пользователя, условий окружающей среды и используемого топлива. Существует множество различных конструкций систем, которые могут облегчить регулировку степени сжатия, но конечная польза для характеристик двигателя в основном одинакова; КПД может быть максимальным при низких уровнях мощности без значительного снижения максимальной пиковой мощности двигателя.
Одним из наиболее эффективных путей, хотя на современном этапе развития еще имеет много технических и эксплуатационных трудностей, является построение двигателей, в которых степень сжатия становится регулирующим параметром и может изменяться непрерывно в широком диапазоне и относительно короткое время. В обычном двигателе степень сжатия — отношение наименьшего объема цилиндра к наибольшему в положениях верхней мертвой точки поршня — постоянна и определяется геометрией цилиндра и кривошипно-шатунного механизма. Новая технология, называемая переменной степенью сжатия (VCR), полностью меняет ранее неизменную характеристику двигателей. Многие компании заметили значительный потенциал, скрытый в системах с переменным сжатием, и сосредоточили все свое внимание на поиске способов применения и использования этой возможности. Поэтому в последние годы наблюдается растущий интерес к этому виду инновационного строительства.
Двигатель с переменной степенью сжатия имеет несколько преимуществ в отношении эффективности и удельной мощности. При малой выходной мощности двигатель можно заставить работать как безнаддувный двигатель с высокой степенью сжатия. Когда требуется высокая выходная мощность, двигатель можно заставить работать как двигатель с низкой степенью сжатия и сильным наддувом. Огромный потенциал удельной мощности также предоставляет разработчику двигателя большие возможности для уменьшения рабочего объема двигателя при сохранении соответствия требованиям по мощности для конкретного применения.
Степень сжатия двигателя внутреннего сгорания является важным параметром управления для эффективной конструкции двигателя. Степень сжатия определяется как общий максимальный объем в узле поршневого цилиндра по отношению к его минимальному объему, когда поршень находится ближе всего к головке цилиндра. Типичные значения в современных двигателях с искровым зажиганием колеблются от 8:1 на нижнем уровне до 12:1 или на верхнем уровне. Конструктор двигателя может свободно регулировать целевую степень сжатия в двигателе с верхним расположением клапанов, размещая или опуская конструкционный материал в области камеры сгорания. Конструктор двигателя должен учитывать такие факторы, как целевые характеристики и эффективность, тип топлива, качество топлива, условия окружающей среды и уровень давления наддува, если таковой имеется, при установке целевой степени сжатия. Таким образом, целевая степень сжатия является компромиссом, предназначенным для удовлетворительного удовлетворения множества противоречивых требований. Растущий интерес вызывают системы, позволяющие регулировать степень сжатия двигателя. Эта регулировка может выполняться при работающем двигателе, что позволяет установить наилучшую возможную степень сжатия в зависимости от требований пользователя, условий окружающей среды и используемого топлива. Существует множество различных конструкций систем, которые могут облегчить регулировку степени сжатия, но конечная польза для характеристик двигателя в основном одинакова; КПД может быть максимальным при низких уровнях мощности без значительного снижения максимальной пиковой мощности двигателя.
В бакалаврской работе проведен анализ влияния степени сжатия на рабочий процесс перспективного ДВС с изменяемой степенью сжатия. Получены основные выводы по работе:
1. Повышение максимальной температуры цикла более 3000 К для степеней сжатия 12 и 14, а также значения максимального давления в цилиндре двигателя в районе 9 МПа для степени сжатия 12, что соответствует давлению при малом наддуве и в районе 11 МПа для степени сжатия 14, что соответствует давлению при среднем наддуве.
2. Повышение давления и температуры в процессе сгорания за счет повышения степени сжатия приводит к повышению полноты сгорания, и, следовательно, к снижению выбросов продуктов неполного сгорания, таких как углеводороды и монооксид углерода. С ростом частоты вращения увеличиваются границы детонации и повышение степени сжатия на высоких оборотах позволяет увеличивать мощностные показатели, практически как при применении систем наддува.
3. При повышении степени сжатия происходит значительное улучшение характеристик работы двигателя именно при повышении частоты вращения. Это связано с тем, что с повышением частоты вращения, при расширении границы детонации, имеется возможность применения более оптимальных углов опережения зажигания и работа в более термически нагруженных условиях, что эффективно сказывается на условиях тепловых потерь.
4. Проведенный анализ показал, снижение доли тепловых потерь в систему охлаждения и с отработавшими газами с ростом степени сжатия.
Выводы по 1-му разделу
Проведенный обзор современного состояния двигателей с переменной степенью сжатия показал постоянный интерес к данному направлению развития среди ведущих мировых инжиниринговых центров. В результате было достигнуто надлежащее отображение технологии и рассмотрена расширенная классификация двигателей VCR. Эта классификация была объяснена с помощью репрезентативных примеров, которые были представлены как в схематическом, так и в структурном представлении.
На основании проведенного обзора был выбран для дальнейшего моделирования двигатель SAAB SVC, как единственная модель, выпускаемая серийно.
Выводы по 2-му разделу
Тепловой расчет показал значительное влияние степени сжатия на мощностные и экономические характеристики работы двигателя. Получено, что для эффективного использования переменно степени сжатия необходимо повысить эффективность работы на низких степенях сжатия. Также необходимо контролировать условия воспламенения и горения при работе на степенях сжатия 12 и 14 для недопущения появления нарушения нормального процесса сгорания в виде детонации. Для этого следует контролировать максимальную температуру в процессе сгорания, как вариант — это применение систем анализа ионного тока проводимости в зоне свечи зажигания, где анализ плазмы за фронтом пламени покажет температурное состояние и своевременно контроля за процессом сгорания без детонации.
Выводы по 3-му разделу
Как мы видим повышение степени сжатия не приводит к катастрофическому увеличению нагрузок и принципиальным сложностям, связанным со снижением ресурса элементов кривошипно-шатунного механизма. Имеются локальные постоянные зоны повышенных нагрузок, с углом повышенного нагружения примерно в 40 градусов ПКВ. Узость зоны повышенных нагрузок позволяет, говорить об возможности эффективного локального упрочнения, что позволяет не повышать значительно габариты элементов КШМ.
Выводы по 4-му разделу
Проведенный анализ показал, что для эффективной работы двигателя с изменяемой степенью сжатия необходимо осуществлять повышение степени сжатия с ростом частоты вращения и при увеличении нагрузки. Получено, что с увеличением степени сжатия происходит рост термического ПКД примерно на 2% на каждую единицу увеличения степени сжатия. И увеличение степени сжатия на 6 единиц позволяет повысить КПД на 10%, а мощностные показатели работы почти на 20%.
1. Повышение максимальной температуры цикла более 3000 К для степеней сжатия 12 и 14, а также значения максимального давления в цилиндре двигателя в районе 9 МПа для степени сжатия 12, что соответствует давлению при малом наддуве и в районе 11 МПа для степени сжатия 14, что соответствует давлению при среднем наддуве.
2. Повышение давления и температуры в процессе сгорания за счет повышения степени сжатия приводит к повышению полноты сгорания, и, следовательно, к снижению выбросов продуктов неполного сгорания, таких как углеводороды и монооксид углерода. С ростом частоты вращения увеличиваются границы детонации и повышение степени сжатия на высоких оборотах позволяет увеличивать мощностные показатели, практически как при применении систем наддува.
3. При повышении степени сжатия происходит значительное улучшение характеристик работы двигателя именно при повышении частоты вращения. Это связано с тем, что с повышением частоты вращения, при расширении границы детонации, имеется возможность применения более оптимальных углов опережения зажигания и работа в более термически нагруженных условиях, что эффективно сказывается на условиях тепловых потерь.
4. Проведенный анализ показал, снижение доли тепловых потерь в систему охлаждения и с отработавшими газами с ростом степени сжатия.
Выводы по 1-му разделу
Проведенный обзор современного состояния двигателей с переменной степенью сжатия показал постоянный интерес к данному направлению развития среди ведущих мировых инжиниринговых центров. В результате было достигнуто надлежащее отображение технологии и рассмотрена расширенная классификация двигателей VCR. Эта классификация была объяснена с помощью репрезентативных примеров, которые были представлены как в схематическом, так и в структурном представлении.
На основании проведенного обзора был выбран для дальнейшего моделирования двигатель SAAB SVC, как единственная модель, выпускаемая серийно.
Выводы по 2-му разделу
Тепловой расчет показал значительное влияние степени сжатия на мощностные и экономические характеристики работы двигателя. Получено, что для эффективного использования переменно степени сжатия необходимо повысить эффективность работы на низких степенях сжатия. Также необходимо контролировать условия воспламенения и горения при работе на степенях сжатия 12 и 14 для недопущения появления нарушения нормального процесса сгорания в виде детонации. Для этого следует контролировать максимальную температуру в процессе сгорания, как вариант — это применение систем анализа ионного тока проводимости в зоне свечи зажигания, где анализ плазмы за фронтом пламени покажет температурное состояние и своевременно контроля за процессом сгорания без детонации.
Выводы по 3-му разделу
Как мы видим повышение степени сжатия не приводит к катастрофическому увеличению нагрузок и принципиальным сложностям, связанным со снижением ресурса элементов кривошипно-шатунного механизма. Имеются локальные постоянные зоны повышенных нагрузок, с углом повышенного нагружения примерно в 40 градусов ПКВ. Узость зоны повышенных нагрузок позволяет, говорить об возможности эффективного локального упрочнения, что позволяет не повышать значительно габариты элементов КШМ.
Выводы по 4-му разделу
Проведенный анализ показал, что для эффективной работы двигателя с изменяемой степенью сжатия необходимо осуществлять повышение степени сжатия с ростом частоты вращения и при увеличении нагрузки. Получено, что с увеличением степени сжатия происходит рост термического ПКД примерно на 2% на каждую единицу увеличения степени сжатия. И увеличение степени сжатия на 6 единиц позволяет повысить КПД на 10%, а мощностные показатели работы почти на 20%.
Подобные работы
- Анализ влияния форсирования с применением впрыска воды или закиси азота на рабочий процесс двигателя легкового автомобиля
Магистерская диссертация, машиностроение. Язык работы: Русский. Цена: 5600 р. Год сдачи: 2022 - Двигатель легкового автомобиля с возможностью форсирования закисью азота
Бакалаврская работа, машиностроение. Язык работы: Русский. Цена: 4325 р. Год сдачи: 2022 - УЛУЧШЕНИЕ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ВЫСОКООБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ УСЛОВИЙ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И СГОРАНИЯ
Диссертация , автомобили и автомобильное хозяйство. Язык работы: Русский. Цена: 5700 р. Год сдачи: 2006