книги из ГПНТБ / Махалдиани, В. В. Двигатели внутреннего сгорания с автоматическим регулированием степени сжатия

В . В . М А Х А Л Д И А Н И , И . ф . Э Д Ж И Б И Я

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С АВТОМАТИЧЕСКИМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ

I

і

• : М Е Ц Н И Е Р Е В А : *

ііОхэсхоОшегспь ььб зобБообо&^ш o><36csoaoo>

АКАДЕМИЯ НАУК ГРУЗИНСКОЙ ССР

дйБбдБдт ЭсШбот обь*о*-зао

ИНСТИТУТ МЕХАНИКИ МАШИН

1 9 7 3

3 . 3,!>Ь«ЬС?с°0АБ0. 0 . ЯЗБ0&0Л,

д. е ? з н Б (Ш

j*39*a30b ьб(лОььоь бЗФНЭбсЭТйо

(НпдЗЗЪО

азэгсэоозстз „аовбоолоы>»

ШЬОСГО1)0

1973

В . В . М А Х А Л Д И А Н И , И . Ф . Э Д Ж И Б И Я ,

А . М . Л Е О Н И Д З Е

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С АВТОМАТИЧЕСКИМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «МЕЦНИЕРЕБА*

ТБИЛИСИ

1973

6Т2Л

621.43 n 474

УДК 621.43S.7

Л?*123

В книге рассмотрены вопросы, касающиеся конструкции, теории и расчета систем, используемых для автоматического регулирования степени сжатия поршневого двигателя внут­

а также результаты многолетних исследований авторов. Книга предназначена для инженеров и научных работ­

ников, работающих в области поршневых двигателей внут­ реннего сгорания.

Под редакцией проф. В. В. Махалдиани

t ,

в будущем конкурировать с газотурбинными и другими ви­ дами тепловых двигателей, можно представить лишь как сильно форсированный двигатель с очень высоким давлени­ ем наддува. Однако степень форсирования в настоящее вре­ мя ограничена максимальным давлением и высокой темпе­ ратурой сгорания.

По мнению известных специалистов по двигателям внутреннего сгорания [25], [30], прочность современных быстроходных дизелей определяется в большей мере меха­ ническими, чем тепловыми нагрузками. Поэтому для обес­ печения достаточной прочности дизеля и необходимого сро­ ка службы, давление сгорания рекомендуется ограничивать

ния воздуха для улучшения процесса сгорания, применение более продолжительного времени впрыска топлива, примене­ ние топлива с повышенной воспламеняемостью, охлаждение поступающего в цилиндры воздуха и др., хотя и снижают частично давление сгорания, по не дают полного решения вопроса.

Выход из этого положения усматривается в использова­ ніии переменной степени сжатия.

В двигателе с переменной степенью сжатия, путем ав­ томатического понижения степени сжатия по мере повыше­ ния давления наддува, можно добиться очень высокого фор­

5

сирования дизеля при сохранении давления сгорания на до­ пустимом уровне.

Уменьшение степени сжатия при увеличении массы за­ ряда цилиндров приводит к тому, что средняя температура газов, находящихся в цилиндре, изменяется незначительно; следовательно, переменная степень сжатия позволяет прео­ долеть не только трудности, связанные с повышением меха­ нической нагрузки деталей, но и, в значительной мере, проб­

риментов проф. П. Менсфильда [29], получившего среднее эффективное давление 27,6 бар при степени сжатии 7,8; при этом максимальное давление сгорания не превышало

Испано-Сюиза с переменной степенью сжатия. На этом за­ седании было отмечено: «Высокий наддув при наличии пе­ ременной степени сжатия представляет собой именно то средство, которое может позволить дизелям в течение 70— 80-х годов конкурировать с новыми типами тепловых дви­

сятилетий тому назад, 'когда начинались работы по двига­

6

дачного и скоростного режимов двигателя. Исходя нз это­ го, двигатель с автоматически изменяющейся степенью сжатия рассматривался прежде лишь как автомобильный карбюраторный двигатель.

Степень сжатия является основным параметром порш­ невого двигателя внутреннего огорания, величина которой, непосредственно влияя на процесс сгорания, обусловлива­ ет качество протекания всего рабочего процесса двигателя.

тоянной величиной и при изменении режима работы оста­ ется неизменной. Отсюда следует, что во время работы дви­

имеет существенного значения, однако для двигателей мо­ бильных машин (автомобиль, танк, трактор) это обстоя­ тельство весьма важно и оказывает большое влияние на эксплуатационные показатели машины.

В карбюраторных двигателях величина степени сжатия устанавливается из условия работы двигателя на грани де­ тонации при полной нагрузке и низких оборотах коленча­ того вала. В дизелях величина степени сжатия устанавли­ вается из условия надежного пуска двигателя.

Легко можно прийти к выводу, что целесообразным является двигатель с изменяющейся степенью сжатия, поз-

7

валяющий в зависимости от условий и режима работы дви­ гателя устанавливать степень сжатия, оптимальную для данного режима.

Степень сжатия может изменяться либо автоматичес­ ки, либо вручную, путем изменения объема камеры сгора­ ния или рабочего объема цилиндров двигателя.

В карбюраторных двигателях степень сжатия должна изменяться в зависимости от нагрузочнаго и скоростного режимов, а также в зависимости от давления и температу­ ры заряда на впуске, повышаясь при падении атмосферно­

в зависимости от теплового состояния двигателя, степень сжатия принимает оптимальное значение.

Для дизелей, работающих со всасыванием воздуха (без наддува) оптимальное значение степени сжатия при максималь­ ной нагрузке составляет s = 12 ч- 14; при наличии наддува эта величина понижается, и при высоком наддуве может понизиться

’удельного эффективного расхода топлива.

Однако практически этого не происходит, так как, волерзых, ввиду уменьшения максимального давления сгора­ ния понижаются потери на трение в кривошипном меха­ низме двигателя, во-вторых, ввиду уменьшения шютности газов, находящихся в цилиндре, понижается интенсивность теплопередачи от газа в стенки и, следовательно, умень­ шаются удельные потери тепла.

Следует отметить и то обстоятельство, что при пониже­ нии степени сжатия увеличивается давление наддува и усиливается предварительное сжатие заряда в компрессо­ ре, что не учитывается при выводе общепринятых формул для определения термического к. л. д.

8

При проектировании дизеля с переменной степенью сжатия должны 'быть учтены трудности, .могущие возник­ нуть при работе двигателя на низких степенях сжатия, выражающиеся в увеличении периода задержки самовос­ пламенения и в большой скорости нарастания давления. В таких случаях необходимо использовать такие імероириятия, как: прямое столкновение струи топлива со стенками камеры, разбрызгивание небольшой части топлива (около 15%) на входе воздуха («окуривание») и двухстадийная подача топлива с соответствующим нарастанием скорости впрыска.

Известны многочисленные попытки создания двигателя внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия, для чего были использованы такие приемы, как установка ко­ ленчатого вила в эксцентричных втулках, применение та­ ковых в шатунных шейках вала и во втулках поршневого пальца, перемещение цилиндров вдоль оси, использование телескопических шатунов и др.

Однако подобные схемы частично получили практи­ ческое .применение лишь в стендовых одноцилиндровых ус­ тановках, предназначенных для установления показателей топлива.

Вдвигателестроении перечисленные способы измене­ ния степени сжатия ие получили распространения ввиду сложности и ненадежности конструкции. Кроме того, серь­ езным недостатком ранее осуществленных конструкций это­ го типа является отсутствие возможности осуществления автоматизаціии изменения степени сжатия.

Внастоящее время наиболее перспективным считается использование поршней специальной конструкции «ПАРСО (поршень, автоматически регулирующий степень сжатия), способных осуществлять автоматическое регулирование

степени сжатия за счет изменения объема камеры над порш­

9