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

механических, так и тепловых нагрузок двигателя на низком уровне при очень вьюоких мощностных показателях этих двигателей.

§ 7. Двигатели с поршнями, автоматически регулирующими степень сжатия

Идея регулирования степени сжатия с помощью порш­

пытаний было постепенное форсирование двигателя приме­ нением наддува, выявление возникающих при этом проблем и изыска,ние путей их разрешения.

Испытания показали, что наиболее труднопреодолимой проблемой, при увеличении мощности двигателя с помощью наддува, следует считать чрезмерный рост давлений сгора­

духа. На диаграмме: А — температура головки цилиндра, В — давление наддува, С — максимальное давление сгора­ ния (в цилиндре, Д — удельный расход воздуха, Е — удель­

линдре, таких как: применение более продолжительного вре­ мени впрыска топлива, использование топлива с цетановым числом порядка 48, охлаждение наддувочного воздуха и сни­ жение степени сжатия с е = 14 до е = 12,5.

120

и .

121

Однако уменьшение степени сжатия ухудшило пуюкшые качества двигателя и привело ік неравномерной работе на ре­ жимах частичной нагрузки. Иапытаініия 'выявили, что дизель нуждался с одной стороны в высокой степени сжатия для обеспечения легкого пуска, а с другой стороны в еще более низкой степени сжатия для повышения предела нагрузки свыше ре = 15,7 бар, т. е. двигатель нуждался ів перемен­ ной степени сжатия.

Основная часть работ BJCERJ, касающаяся улучшения мощиостиыіх и экономических показателей двигателя с по­ мощью ПАРСС, охватывает исследования четырехтактного двигателя с воспламенением ют сжатия. Объектам исследо­

П. Менсфильда, является достаточным для обеспечения лег­

линдра, В — давление наддува, С — максимальное давление

является безопасным пределом для испытуемаго двигателя. Двигатель способен выдерживать давление порядка МО кГ/см2, следовательно поршни, отрегулированные на это дав-

*122

е= 1 о .24-8.

123

ление, могли бы обеспечить значительно 'большее увеличе­ ние мощности двигателя без ущерба надежности его кон­ струкции.

На рис. 63 показана индикаторная диаграмма протека­ ния рабочего процесса в цилиндре двигателя, снятая при на­ грузках, равных ре = 10,5; 11,2; 16,7 и 20,5 кГ/см2, кото­ рым соответствуют текущие значения степени сжатия е=15; 13,5; 10 и 8,5. Как видно из диаграммы, предел огра-

кГ/см*

I

У вол поборота криВошипо - S градусах

Рис. 63. Индикаторные диаграммы дизеля Мирдесс ТЛ с ПАРСС, при различных значениях г и р е .

ничания (максимальных давлений сгорания во всех случаях составляет 86 кГ/см2. Отмечается, что указанный предел давлений поддерживался при более коротком периоде про­ должительности впрыска топлива, ооставляющем 40° по уг­ лу поворота коленчатого вала, вместо 48° для поршней с e=oonst, при котором достигается чистый выхлоп [35].

Результаты экспериментов, проводимых на опытных двигателях BJCERJ, подтверждают мнение, что ПАРСС яв­ ляется средством, открывающим возможности дальнейшего форсирования дизелей. На рис. 64 показана зависимость среднего эффективного давления двигателя от максималь­ ных давлений сгорания для различных степеней сжатия и различных отношений pz тах и давлений конца сжатия [30]. ■График построен для трех значений е, равных 8, 11 и 14 при

124

коэффициенте избытка воздуха 1,5 и температуре воздуха

в цилиндре (в НМТ) порядка 78°С. Отношение -

Рс

\

Рис. 64. Зависимость среднего эффективного давления от максимального

меняется от 1,3 до 2,0. Пунктирными линиями на графике обозначены требуемые давления наддувочного воздуха при различной нагрузке двигателя.

125

График показывает, что ПАРСС позволяет форсироватьдвигатель без возрастания .максимального давления огара- (ния выше заданного предела, чего нельзя добиться при при­ менении обычных поршней. Например, среднее эффективное давление, равное 28 кГ/см2, достигается при степени сжатия,

равной 7,8 и отношении = 1,6, причем ѵаксимальное

Рс

давление сгорания не превышает ПО кГ/см2, в то время как

какой бы ни была прочность двигателя, низкая -степень сжа­ тия способствует большему повышению нагрузки двигателя, чем это возможно -при использовании обычных .поршней со стандартной степенью сжатия.

В сообщениях BJCERJ отмечается, что испытуемый дви­ гатель в состоянии выдерживать давление сгорания порядка 170 бар. Следовательно, при таком ограничении максималь­ ного давления сгорания среднее эффективное давление дви­

Однако, в работах BJCERJ отмечается, что достижение столь высоких параметров является вопросом сравнительно отдаленной перспективы, так как оно требует решения -слож­ ных проблем, связанных с чрезмерным возрастанием тепло­ вой нагрузки двигателя при таких значениях среднего эф­ фективного давления, рост которой обусловливается повы­ шением коэффициентов теплопередачи по -мере возрастания рабочих давлений в цилиндре. В-о избежание чрезмерной пе­ регрузки двигателя и излишнего усложнения конструкции ПАРСС, литровыми мощностями, превышающими 60 л. с./л, целесообразно пользоваться изредко, а нижний предел сте­ пени сжатия не следует понижать ниже 8 ГЗО].

Исследования, проводимые в BJCERJ с поршнями, из­ меняющими степень сжатия двигателя, в основном охваты­ вают работу дизеля с малым числом оборотов коленчатого вала.

126

С начала 60-х подав доводкой и совершенствованием Д ви гателей с ПАРСС занимается фирма «Континентальной

2—направление потока охлаждающего воздуха.

127

авиации іи техники» в США, ів сотрудничестве с другой аме­ риканской компанией, «Армейским танковым автомотоцен­ тром». Фирмой «Континенталь», приобретшей лицензию на ПАРСС у BJCERJ, были развернуты широкие конструктор­ ские и исследовательские работы по созданию выоокообэротного танкового дизеля с повышенными удельными мощностными и экономическими показателями.

Исходной моделью для разработки дизеля «Континен­ таль» AVCR-1100 с переменной степенью сжатия, послу­ жил 12-цилиидровый танковый двигатель марки AVDS-1100, поставляемый фирмой для вооруженных сил США.

Поперечный разрез двигателя AVCR-1100 представлен на рис. 65. Двигатель Ѵ-образный, воздушного охлаждения,

части двигателя, так что воздух проходит между ребрами цилиндров, а также просасывается через два воздухо-воз­ душных и два масляных радиатора, установленных по бокам

дельным резервуаром для масла. Применены цилиндры спе­ циальной конструкции, состоящие из стальной гильзы и за­ литой оребренной поверхности из алюминиевого сплава. Алюминиевая головка с куполообразным дном позволяет двигателю работать при температуре головки цилиндра свы­

128

ше 300°С. Гильза изготовлена из стали марки AMS 6303 и

0,75 мм и имеет твердость порядка 56Re. Оребрение цилинд­ ров составляет 13,5 ребер на 10 с.и высоты цилиндра. Допус­

одноцилиндрового отсека, проводимых с целью исследова­ ния рабочего процесса двигателя с ПАРСС, а -на разверну­

том двигателе максимальная степень форсирования была ог­ раничена величиной литровой мощности порядка 61,9 л. с./л.

Фирмой были проведаны 627-часовые испытания развернуто­ го двигателя, которым предшествовало 118-часовое исследо­ вание и отработка конструкции ПАРСС на одноцилиндро­ вых установках, .созданных специально для этих целей.

Таблица 2 позволяет сравнить показатели исходного двигателя AVDS-llOOc параметрами двигателя AVCR-1100, форсированного с помощью ПАРСС. Максимальная мощ­ ность двигателей, указанная в таблице, представляет собой величину, из которой вычтены асе затраты на привод вспо­ могательных агрегатов, кроме затрат на охлаждение. Удель­ ные параметры подсчитаны по максимальной мощности дви­ гателя {30].

Изменение максимальных давлений сгорания для дви­ гателей AVDS-1100 и AVCR-1100 при их форсировании, по­ казано на рис. 66 [30]. График показывает, что в двигателе с постоянной степенью сжатия, при е = 16, увеличение мощ­ ности до 855 л. с. сопровождается возрастанием максима.іь-