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

двигателей с автоматически изменяющейся степенью сжа­ тия. Известные же опытные образны, а также выпущенные отдельными сериями двигатели имеют недостатки и тре­ буют дальнейшей доработки.

Несмотря на то, что изобретательская работа по созда­ нию двигателя внутреннего сгорания с переменной сте­ пенью сжатия велась еще до начала текущего века, рабо­ тоспособные двигатели с автоматическим изменением сте­

цию карбюраторного автомобильного двигателя с перемен­ ной степенью сжатия, объем камеры сгорания которого из­

го же двигателя и автомобиля под .руководством академи­ ка Е. А. Чудакова. Эти испытания показали, что в резуль­ тате применения переменной степени сжатия эксплуата­ ционный расход топлива снизился на 18-г- 23% [21].

В 1950 году в НАМИ при участии авторов была раз­ работана конструкция механизма для автоматического из­ менения степени сжатия двигателя ЗИЛ-120. В том же паду были проведены стендовые испытания двух дзигате-

10

лей ЗИЛ-120 с автоматически изменяющейся степенью сжатия.

В 1947 году профессор В. А. Петров предложил ориги­ нальную конструкцию механизма изменения степени сжа­ тия, в которой объем камеры сжатия регулируется гидрав­ лическим способом.

Эта система была описана ,в докторской диссертации В. А. Петрова и имела название «Автоматический регуля­

сгорания (BJCERJ), под руководством проф. П. Мэнсфильда была создана специальная конструкция поршня, из­ меняющая по надобности расстояние между поршневым пальцем и днищем поршня (ПАРСС). Этот поршень пер­ воначально был использован на двигателях с искровым за­

11

ременной степенью сжатия, включающие 1400 часовое ис­ пытание на одноцилиндровом двигателе показали вполне удовлетворительные результаты.

Весьма полезным является заметное улучшение пуско­ вых .качеств дизеля в холодную погоду.

Во Франции были проведены большие работы по соз­ данию для танкового двигателя вихревой камеры с автома­

потопливного двигателя, обладающего хорошими пусковы­ ми качествами при низких температурах атмосферного

4 воздуха.

Во Франции работы по переменной степени сжатия ве­ лись под руководством П. Шаффиота и Р. Хермана и были ■опубликованы в 1968 г. [25].

Заслуживает внимания идея создания дизеля с низкой степенью сжатия, который должен иметь высокий наддув и форсаж газовой наддувочной турбины, используемой во время пуска двигателя и обеспечивающей в этот период создание высокого давления в конце сжатия, достаточного для начального воспламенение топлива.

Анализ вышеизложенного позволяет сделать вывод, что из предложенных в течение нескольких десятилетий схем двигателей внутреннего сгорания с автоматически из­ меняющейся степенью сжатия, на сегодняшний день реаль­ но существуют .следующие системы: механизмы с дополни­ тельными регулирующими поршеньками, ПАРСС и ВКАРО.

К двигателям с переменной степенью сжатия можно отнести также некоторые типы свободнопоршнѳвых генера­ торов газа.

Степень сжатия в обычном понимании является гео-

.метричеокой величиной, влияние которой на рабочий про­ цесс двигателя связано с изменением давления в конце сжатия.

■Следовательно, если при неизменной степени сжатия изменять массовое наполнение цилиндров (т. е. давление в конце сжатия), то можно будет добиться эффекта, подобно­ го переменной степени сжатия.

13

Примером этого могут служить двигатели внутреннего

впускной клапан закрывается, не доходя поршня до нижней

а следовательно, и повышения мощности. Предполагается, что таким способом можно увеличить мощность дизеля без увеличения средней температуры цикла.

По патентным данным в этом двигателе при полной нагрузке впускной 'клапан закрывается на 43° раньше, не доходя до НМТ, а соответствующее этому снижение тем­ пературы заряда составляет 33°. Тем самым обеспечивается возможность при увеличении цикловой подачи топлива по­ высить среднее индикаторное давление без увеличения ме­ ханических и тепловых нагрузок дизеля [1]-

Намнопо раньше запатентован цикл Аткинсона, в кото­ ром ислользуетоя короткий ход сжатия и длинный ход рас­

такие механизмы получаются сложными и ненадежными.

(Конце сжатия следует отметить, что это способствует повы­ шению среднего эффективного давления, однако, увеличи­ вая период задержки воспламенения, ухудшает условия протекания процесса сгорания.

Нам кажется, что целесообразность применения авто­ матического изменения степени сжатия в двигателях внут­ реннего сгорания (особенно в дизелях), работающих с вы-

14

воздуха (без наддува), применение упомянутого мероприя­ тия может быть оправдано улучшением пусковых .качеств, повышением экономических показателей на частичных на­ грузках и в высотных условиях, и возможностью сжигания топлива разных сортов. Для карбюраторных двигателей важна также возможность работы на бедных смесях.

Бели в отдельных случаях применение переменной сте­ пени сжатия для в;его тиража двигателей без наддува, про­ изводимых в массовом порядке, окажется неоправданным, то во всяком случае выпуск отдельных модификаций дви­ гателей с автоматически изменяющейся степенью сжатия, предназначенных для машин специального назначения, мо­ жет оказаться вполне целесообразным.

Тот факт, что двигатели внутреннего сгорания с автоіматически изменяющейся степенью сжатия до настоящего времени не получили широкого распространения свидетель­ ствует о наличии в них серьезных недостатков, среди кото­ рых прежде всего, необходимо отметить сравнительную сложность конструкции механизмов, используемых для из­ менения степени сжатия и их низкую эксплуатационную надежность.

Недостатком систем с гидравлическим приводом явля­ ется сравнительно низкая чувствительность механизма и некоторое .отставание в изменении .степени сжатия при из­ менении режима работы двигателя. Это .особенно чувству­ ется в карбюраторных автомобильных двигателях, где на переходных режимах возникает кратковременная дето­ нация.

Явные преимущества в этом отношении имеет пневма­ тический привод, имеющий высокую чувствительность я способность быстро реагировать на изменение режима ра­ боты двигателя.

Серьезным недостатком (регулирующих поршеньков и ВКАРО является сложность их уплотнения и опасность

15

Г Л А В А I

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ

ВКАРБЮРАТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

§1. Общие предпосылки

Вданном случае имеются в виду автомобильные кар­ бюраторные двигатели, для которых использование авто­ матически изменяющейся степени .сжатия является наибо­

ходится в постоянном движении, перемещаясь в обе сторо­ ны. Механизм изменения степени сжатия должен следовать этим перемещениям и без практически заметных отстава­ ний изменять величину степени сжатия.

Кроме того, механизм должен реагировать на измене­ ние скорости вращения коленчатого вала и повышать сте­ пень сжатия по мере увеличения числа оборотов.

Для автомобилей, работающих в высокогорных усло­ виях, целесообразно осуществить повышение степени сжа­

коэффициент остаточных газов. В результате уменьшается склонность к детонации и появляется возможность повы­ шения степени сжатия. Чем выше степень дросселирования, тем меньше склонность к детонации; при работе карбюра­

I. .

на с октановым числом (О. Ч.) 72—76, без всякого опасе­ ния можно осуществить работу двигателя оо степенью сжа­ тия 11 -т- 12.

При изменении режима работы карбюраторного двитателя (дросселирование, изменение скорости вращения коленчатого вала, изменение давления и температуры за­ ряда на впуске) изменяется величина давления сжатия. Механизм для автоматического регулирования степени сжатия должен реагировать на изменение этого давления и переставлять регулирующие органы механизма таким об­ разом, чтобы во всех случаях вечичина давления рс и тем­ пературы Тс в конце сжатия рабочей смеси обеспечивала бы работу двигателя на пределе детонации.

Эксперимент показывает, что в 'бензиновом двигателе повышение давления оказывает более чувствительное влия­ ние на возникновение детонации, чем повышение темпера­ туры смеси.

При дросселировании двигателя, работающего на низ­ ких степенях сжатия, ввиду увеличения коэффициента оста­ точных газов, температура смеси в конце наполнения ци­ линдров повышается. При увеличении степени сжатия, вследствие уменьшения объема камеры старания, это влия­ ние становится менее чувствительным.

Что касается температуры в конце сжатия, то на нее оказывают одновременное влияние процентное изменение количества горячих остаточных газов и изменение баланса энергии при всасывании заряда. При дросселировании пер­ вый фактор повышает, а второй понижает температуру ра­ бочей смеси в конце сжатия. Очевидно, окончательный ре­ зультат будет зависеть от степени влияния того или иного фактора. На низких степенях сжатия, ввиду большого объема камеры сгорания, влияние первого фактора оказы­ вается преобладающим, и температура в конце сжатия при дросселировании повышается. По мере увеличения сте­ пени сжатия (т. е. уменьшения объема камеры) влияние первого фактора становится менее заметным, а влияние второго фактора усиливается. На высоких степенях сжатия

18

картина меняется, и при дросселированни температура ра­ бочей смеси «в конце сжатия понижается (ом. ниже).

Эксперименты (показывают вполне удовлетворитель- іньіій 'результат, если па всех .режимах обеспечивается пос­ тоянство давления в конце сжатия (двигатели постоянного сжатия). Некоторое изменение в таких случаях температу­ ры в 'Конце сжатия не оказывает на работу двигателя прак­ тическаго влияния и в случае надобности может быть учте­ но во время доводки осуществленного механизма.

В двигателях, работающих без наддува, для привода (срабатывания) механизма регулирования степени сжатия, можно использовать либо изменение разрежения во всасы­ вающей трубе, либо непосредственное воздействие давле­ ния газов в цилиндре на регулирующие поршеньки или не­ посредственно на рабочий поршень.

Впервом случае осуществляется пневматическая, а во втором — гидравлическая системы регулирования степени сжатия, которые будут рассмотрены ниже.

Вдвигателях с наддувом исключается возможность ис­ пользования для срабатывания механизма изменения сте­ пени сжатия первого метода.

Во всех возможных случаях основным требованием, предъявляемым к системе регулирования степени сжатия, надо считать быстрое срабатывание механизма, во избежа­ ние детонации в момент перехода двигателя с одного режи­ ма на другой.

Вэтом отношении, как об этом было сказано выше,

следует отдать предпочтение пневматическому приводу, т. к. при использовании гидравлического привода, ввиду наличия небольших проходных сечений и применения мо­ торного масла, обладающего значительной вязкостью, на­ блюдается замедленное реагирование на изменение режима работы двигателя, а потому некоторое отставание при из­ менении степени сжатия.

Говоря о пользе переменной степени сжатия, необхо­ димо иметь в виду возможность работы карбюраторного двигателя на более 'бедных смесях, что создает новые ре­ зервы повышения экономичности двигателя.

19