Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 101
Текст из файла (страница 101)
Например, вентилятор системы охлаждения выполняют как одно целое с маховиком, вкоторый встраивается и электрогенератор, и др.В качестве примера на рис. 11.13показан отечественный одноцилинРис. 11.14. Одноцилиндровый дизель типа 1 Ч8,5/8,0478дровый, четырехтактный карбюраторный двигатель воздушного охлаждения типа 1 Ч5,0/6,8: мощностьNе = 3,7 кВт при 3600 мин-1, удельный расход топлива не превышает 340 г/(кВт×ч), удельная масса двигателя GN = 4,86 кг/кВт. Улучшению показателей двигателей с принудительным воспламенением способствует настройка систем впуска и выпуска. Так, применительнок отечественному двигателю МД4для средств малой механизациимощностью 3,5 кВт при n == 4000 мин-1 за счет модернизациикамеры сгорания и систем впуска ивыпуска получено существенноеснижение минимального расходатоплива (порядка 12 %) по скоростной характеристике.Дизели малой мощности производятся в достаточно большихобъемах.
Лидирующее положениездесь занимают немецкие и японские производители. При этомрынок этих двигателей весьмаконсервативен. Это связано стем, что дизель малой мощностивыступает в качестве комплектующего элемента для изделийразличного применения. Крометого, производителей одноцилиндровых дизелей значительноменьше, чем производителей техники, на которую они устанавливаются. Дизели данного классавыпускаются с диаметром цилиндра 70–102 мм при частотевращения коленчатого вала от2400 до 3600 мин-1 . В качествепримера можно привести отечественный одноцилиндровый дизель типа Т450Д (рис.
11.14)воздушного охлаждения мощностью 8 кВт при частоте вращенияколенчатого вала 3000–3600 мин-1типа 1 Ч8,5/8,0. Применение неразделенной камеры сгорания сдоведенными процессами смесеобразования и сгорания позволило решить проблемы экологии иобеспечить минимальный удельный расход топлива на уровне235–240 г/(кВт×ч) по скоростнойхарактеристике.11.6. Поршневые двигателив составе гибриднойэнергоустановкиПроблемы загрязнения окружающей среды и непрекращающийся рост цен на нефть и природный газ ставят перед двигателестроителями задачи поиска принципиально новых решений обеспечения энергией установок, традиционно ориентирующихся напоршневые двигатели внутреннегосгорания. Прежде всего, следуетобратить внимание на энергоустановки легковых автомобилей,эксплуатируемых в крупных городах и особенно сильно влияющих на загрязнение окружающейсреды.Одним из решений задачи повышения экономичности и улучшения экологических показателей энергоустановок с поршневыми двигателями является создание так называемых гибридных моделей.
Гибридная энергоустановка предполагает наличиедвух типов двигателей: внутреннего сгорания и электрического.При этом в качестве двигателявнутреннего сгорания предпочтение отдается дизелю, в томчисле газодизелю. К преимуществам гибридной установки относится также существенное (до60 %) снижение уровня шума посравнению с дизельным вариантом. Поршневой двигатель работает на электрогенератор, крутящий момент на колеса автомобиля передает электродвигатель,479переключающийся при торможении в режим рекуперации.Накопителем энергии являетсяаккумулятор (например, никельметаллогидридный), позволяющий проезжать с выключеннымпоршневым двигателем десяткикилометров.Принцип объединения ДВС иэлектропривода колес давно используется в дизельгенераторных энергоустановках, например,тепловозов.
Принципиально новым в данном случае являетсявключение в общую схему энергетической установки накопителя. В качестве последнего, в частности, использовался набор аккумуляторных батарей. По ориентировочным оценкам, автомобиль типа "Жигули" при движении в городских условиях потребляет в среднем мощность около15 кВт. С учетом этого и следуетназначать мощность поршневогодвигателя в составе гибриднойустановки. При постоянной работе на режиме, близком к расчетному, двигатель обеспечит повышенную топливную экономичность и высокие экологическиепоказатели энергоустановки автомобиля.Гибридная энергоустановка автомобиля может быть выполненапо различным схемам соединенияее тепловой и электрической составляющих.
Схемы последовательного включения предусматривают соединение поршневого двигателя с генератором и приводомколес от электродвигателя, получающего электроэнергию от аккумуляторных батарей и генератора.При параллельных схемах валыпоршневого двигателя и генератора связаны между собой и валомтрансмиссии через редуктор; приэтом не обеспечивается постоянная работа поршневого двигателяна расчетном режиме, и снижениерасхода топлива определяется лишьуменьшением рабочего объема цилиндров поршневого двигателя.В более совершенных схемах соединения, получивших названиеСПЛИТ, выходные валы поршневого двигателя и электрическихмашин связаны с помощью несимметричного планетарного дифференциала, что позволяет обеспечить поршневому двигателю работу на режиме, близком к расчетному, и существенно сократить потери при перераспределении мощности между элементами гибридной энергоустановки и колесамиавтомобиля.
На рис. 11.15 показанвариант схемы гибридной силовойустановки автомобиля с приводомна задние колеса.Концепция гибридного двигателя открывает широкие возможности совершенствования транспортных энергоустановок с поршневыми двигателями. На рис. 11.А показан общий вид гибридной установки легкового автомобиля. ФирмаToyota добилась значительных успехов в создании гибридных автомобилей. Ее гибридный автомобиль Prius II с четырехцилиндровым двигателем жидкостного охлаждения с принудительным воспламенением и рабочим объемом 1,5 лбыл признан в 2005 году автомобилем года.При частоте вращения n == 5000 мин-1 мощность двигателясоставляет 57 кВт.
Помимопоршневого двигателя, гибриднаяэнергоустановка включает тяговый электродвигатель переменного тока мощностью 50 кВт и аккумуляторную батарею, общаямасса которой была доведена до45 кг. Привод колес обеспечивается в различных вариантах: от480Рис. 11.15. Схема гибридной силовой установки автомобиля:1 – ДВС; 2 – дифференциальный механизм; 3 – ведущие колеса; 4 – тяговый двигатель; 5 –аккумуляторная батарея; 6 – блок управления; 7 – генераторпоршневого двигателя или отобоих двигателей. По даннымфирмы, расход топлива составляет примерно 4,3 л на 100 км пробега при значительном сокращении выбросов вредных веществпо сравнению с условным поршневым двигателем автомобиля такого же класса.По мнению ведущих специалистов, гибридные энергоустановки могут занять прочные позиции в автомобилестроении вближайшие десятилетия.
Особоезначение они имеют для городского транспорта и, прежде всего, автобусов.Гибридная схема ухудшает массогабаритныехарактеристикиэнергоустановки. В данном случаемногое зависит от снижения размеров и массы используемых аккумуляторных батарей. В частности,масса разработанных для гибридных установок литиевоионных батарей почти в два раза меньше массы традиционных.Конструкция двигателя тесносвязана с видом используемоготоплива.
На протяжении более сталет поршневые двигатели всех типов и назначений потребляют вкачестве товарных топлив бензины, дизельные топлива, а в отдельных случаях сжатые и сжиженные газы.Уже давно привлекает к себевнимание сжатый природный газ,для использования которого сравнительно легко адаптировать двигатель с принудительным воспламенением, спроектированный дляработы на бензине. В первую очередь речь идет об автомобилях, которые в этом случае оснащаютсягазобаллонной аппаратурой. Емкости, содержащие газообразное топливо, могут занимать значительноепространство, что является неизбежной платой за отказ от традиционного жидкого топлива.Учитывая ограниченность запасов нефти, постоянное внимание уделяется альтернативным481видам моторных топлив.
Желательно, чтобы альтернативное топливо было возобновляемым продуктом, производство которого ненаносило бы заметного ущербаокружающей среде. В этом планеследует указать на биотоплива,которые можно получать из различных видов биомассы. Естьуказания, что добавка около 20 %биоэтанола к бензину может существенно улучшить экологические показатели автомобильногодвигателя и без применения дорогих систем нейтрализации отработавших газов.По мере истощения запасовнефти и газа представляет значительный интерес биодизельноетопливо, имеющее более высокоецетановое число, низкое содержание серы, меньшие выбросыСО, СН и твердых частиц. Егоприменение снижает также выбросы парниковых газов, так какСО2, образующийся при сгораниибиотоплива, поглощается из атмосферы в период роста биомассы.
Примером может служить использование для биодизельноготоплива масляничных растений,в частности, рапса. Кроме самостоятельного применения в качестве топлива, рапсовое масло(РМ) может перерабатываться вметиловый эфир (МЭРМ), используемый, в свою очередь, каксамостоятельное биотопливо иливместе с дизельным топливом.В индустриально развитыхстранах уже давно обсуждаетсяперспектива использования в качестве топлива для двигателейвнутреннего сгорания водорода.В 2006 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
