Меню Закрыть

Обороты дизельного двигателя: Обороты двигателя: максимальное количество и возможные неисправности :: Авторазбор Екатеринбург

Содержание

Обороты двигателя: максимальное количество и возможные неисправности :: Авторазбор Екатеринбург

Обороты двигателя: максимальное количество и возможные неисправности

Обороты дизельного двигателя — это один из частых вопросов владельцев дизельных автомобилей. Ответ один — все зависит от параметра силового агрегата, его мощности и крутящего момента, которые в совокупности определяют предел максимальных оборотов дизельных двигателей. Для того чтобы широко открыть эту тему, приведем некоторые сведения об особенностях дизельных двигателей и их оборотах.

Высокие обороты двигателя

Первая причина невысоких оборотов у дизелей, это увеличенная масса поршня и шатуна по сравнению с бензиновыми. Далее, это особенности воспламенения дизельного топлива. Неполнота сгорания дизельной смеси не позволяет двигателю развивать высокие обороты.

Смесь попросту не успевает догореть в цилиндрах и силовой агрегат не успевает выполнить свой полный рабочий цикл. По этой причине при запредельных оборотах нарушается рабочий такт и снижается удельная мощность дизельного двигателя на литр объема.

Кстати, именно из-за этого для спортивных дизельных авто производят специальное дизельное топливо, которое имеет способность быстро воспламеняться и полностью сгорать.

Следующий фактор, снижающий способность к оборотам у дизеля, это так называемый степень сжатия, возникающая при запредельных оборотах. Сжатие требует дополнительных усилий и начинает красть часть мощности движка, часть энергии двигателя попросту начинает уходить на вращение самого себя. Оба вышеописанных факторов усиливаются с повышением оборотов, в результате чего способность к максимумам у дизелей обычно ограничена.

По этим причинам ускорять дизель до максимума не рекомендуется, так как после преодоления так называемых моментных оборотов тяга увеличиваться дальше не будет. Стремление увеличить обороты могут привести только к изнашиванию цилиндров — поршневой группы и к перерасходу топлива и моторного масла.

Мощность попросту снижается после 3800-4000 об/мин. По вышеописанным причинам владельцам дизельных авто необходимо разумно корректировать стиль езды.

Турбодизельные агрегаты которыми снабжаются тяжелые КАМазы, имеют норму по оборотам —1800 об/мин. Что касается дизельных малолитражек, используемых на легковушках, у них запас максимума где-то диапазоне в 2200-2500 об/мин.

Приведем небольшую таблицу (представим, что мы имеем дело с 6 ступенчатой передачей):

  • 3 передача — от 30 км/ч до 50
  • 4 передача — от 50 км/ч до 70
  • 5 передача — от 70 км/ч до 100
  • 6 передача — от 100 км/ч

Заметим, что на 6-той передаче при скорости 100 км/ч, обороты становятся 2000 об/мин, за пределами которого увеличение не имеет смысла, так как у дизелей оптимальный крутящий момент в пределах 1500-1900.

Общая стратегия такова, если двигатель работает без напряга, то можно немного сбавить обороты. Схема переключения передач: первая передача — все обороты, начиная от второй — 1500 об/мин. после третьей передачи — 1700 оборотов, а на пятой — 1900. При нарушении правил переключения передач, вы подвергаете силовой агрегат излишней встряске и вибрациям, а при низких оборотах масло недостаточно смазывает дальние шестерни.

Механическая коробка передач

По вышеуказанным фактам следует, что дизельному мотору нет необходимости прибавлять оборотов для достижения высокого крутящего момента. Именно эта особенность дизелей и делает их незаменимыми для использования в грузовом транспорте, для которых высокая скорость движения не принципиальна.

Для сравнения можно привести в пример бензиновые двигатели. Они гораздо мощнее дизельных, им для достижения высоких скоростей необходима высокая мощность на максимумах оборотов. Бензиновый мотор увеличивает мощность не сразу, достигая пика на растущих оборотах. С дизелем дела обстоят по-другому, они набирают максимум мощности намного раньше, но уже на средних оборотах тяга дизельного мотора слабеет.

Холостые обороты дизельных двигателей могут давать разные значения, которые зависят от вязкости масла или нагрузки на генератор. Высокие обороты лучше всего измерять на холостом ходу выжимая полный газ. Согласно инструкциям, они могут быть 4900-5000.

Многие водители, ради экспериментов пытаются регулировать тросик на АКПП, которую без острой необходимости лучше не трогать, так как можно расстроить систему передач. Экспериментируя с холостыми оборотами следует помнить, что сниженные обороты отрицательно действуют на дизель в целом особенно на турбине.

Продолжим тему про холостые обороты дизеля. Существует поверье, что дизельный двигатель не любит старты, поэтому его лучше не глушить часто. Если следовать этому совету, существует риск порчи колец, они просто начинают стираются. Происходит это от злоупотребления холостым ходом при оборотах ниже 2000. Такое часто происходит на севере, где водители большегрузных дизельных авто сутками не глушат двигатели.

Разрушение поршня

Проблемы связанных с этим в основном две. Первое, это закоксовывание форсунок. Проблема решается нагрузкой при рабочих оборотах что очищает форсунки. Вторая проблема, которая связана с закоксовыванием колец, решается также. Нужно накручивать обороты с поддержанием масляного давления, а при морозах заслонять радиатор картонкой.

Вообще, при хорошем давлении масла и бесперебойной работы системы охлаждения, дизель способен долгое время выдерживать холостые обороты, только нельзя забывать про хорошую перегазовку с повышением оборотов как приводилось выше.

Но нельзя в этом переусердствовать, вы, конечно же, устраните отложения повышением оборотов, но кольца все же будут постепенно стираться, так-как давление масла падает при холостых. Гипотетически, если бы давление масла не падала, дизель мог бы работать вечно пожирая всю имеющуюся солярку.

Если большегрузные дизельные двигатели, с трудом выдерживают снижение нагрузки на 20 процентов ниже расчетной в течение длительного времени, то для легких автомобильных дизельных агрегатов норма совсем другая.

Для дизельных легковушек, последствие длительной работы на холостых оборотах не настолько катастрофичен как для грузовых. Для легковых дизельных транспортных средств существует иной риск. Максимально допустимые обороты могут привести к самовоспламенению в виде детонации, что чревато разрушением поршневой группы.

В процессе модернизации, дизельные установки по оборотам все более приближаются к бензиновым. однако, все же будут всегда уступать бензиновым. Мощный дизель можно разогнать вплоть до максимальных 4500-4800 тыс. об/мин, а 7 тыс. об/мин для бензиновых установок от седанов является чем-то обычным.

Производители дизельных агрегатов, постоянно совершенствуют характеристики двигателей. Увеличивается мощность, улучшается крутящий момент, совершенствуются способы экономии дизтоплива. Отметим модернизацию системы подачи топлива в цилиндры. Это так называемый предварительный впрыск топлива, он снижает ударный момент и улучшается сгорание топливно-воздушной смеси. Все эти нововведения в совокупности помогают дизелю работать менее жестко.

Можно также отметить доработку механизма распределения газа, приводящая к увеличению количества клапанов. Все же, настоящей революцией было добавление к дизельному двигателю турбины. Эти небольшие отклонение от основной темы, имела цель напомнить автовладельцам, что год за годом дизельные агрегаты эволюционируют. Непрестанно улучшаются характеристики оборотов, постепенно уравнивающие мощность к крутящему моменту.

Отдельного слова заслуживает Японский вклад в дизельные технологии. Владельцы джипов на дизельных агрегатах последних моделей, обратили внимание на наличие кнопки «Включение режима прогрева». По инструкции, кнопку следует активировать при зимних морозах. Ее функция в том, что она поднимает обороты холостого хода до 1300-1400.

Обороты держатся только в холостом режиме, если прибавить газу включив сцепление, обороты автоматически обретут штатное значение в 800-900. Иными словами, японский конструктив предлагает повышение оборотов на холостом ходу исключительно для прогрева двигателя.

Максимальные обороты дизельного двигателя

Вопросом касательно периодического раскручивания и/или постоянной эксплуатации дизельного двигателя на определенных оборотах часто задаются бывшие владельцы бензиновых авто. Стоит отметить, что понятие максимальных оборотов на дизеле и так называемые низкие обороты моторов на солярке сильно различаются применительно к тому или иному силовому агрегату.

Каждая модель ДВС имеет свои индивидуальные характеристики, которые выражены показателем мощности и крутящего момента. Необходимо также учитывать конструктивные особенности того или иного двигателя, определяющие максимально допустимые обороты дизеля. От моментной и мощностной кривой напрямую будут зависеть оптимальные режимы езды на конкретном моторе.

Для мощного турбодизельного мотора, который ставится на тяжелые грузовики, нормальный режим работы составляет около 1800 об/мин. Малолитражный дизель на легковой автомашине обеспечивает уверенную тягу в диапазоне 2200-2500 об/мин. Вполне очевидно, что и максимальные обороты на этих моторах будут отличаться.

Содержание статьи

Обороты на дизеле и бензиновом ДВС

Дизельные двигатели отличаются от бензиновых конструктивно, имеют более высокую степень сжатия и КПД. Главным отличием дизеля является более высокий крутящий момент на низких оборотах, хотя удельная мощность дизеля уступает агрегатам на бензине.

Другими словами, если необходимо осуществить перемещение большой массы, получив при этом хорошую тягу, крутящий момент дизеля является преимуществом. Если главной задачей выступает достижение максимума скорости, для чего потребуется больше мощности на максимальных оборотах, тогда это стихия бензиновых моторов.

Получается, дизельному мотору необходимо раскручиваться гораздо меньше для обеспечения максимума крутящего момента сравнительно с бензиновыми силовыми установками. Благодаря такой особенности дизельные ДВС изначально ставились на технику, для которой высокая скорость движения не являлась главным критерием.

Постепенное развитие технологий и стремление инженеров приблизить дизель по ряду показателей к бензиновому мотору  привели к тому, что мощность дизельных агрегатов существенно увеличилась. Для заметного прироста мощности и крутящего момента одновременно с сохранением экономии дизтоплива конструкторы внедрили множество решений в устройство дизельного двигателя:

  • Система топливоподачи получила непосредственный впрыск солярки в камеру сгорания, сама рабочая камера расположилась в днище поршня;
  • Появился режим предварительного впрыска (подвпрыск) для снижения ударных нагрузок и повышения эффективности сгорания топливно-воздушной смеси в цилиндрах. Дизель стал работать намного менее жестко.
  • Еще одним шагом стало совершенствование механизмов газораспределения, клапанов на цилиндр стало больше.
  • Также существенное увеличение удельной мощности и крутящего момента обеспечила установка турбины на дизельный двигатель. Одной из новейших разработок принято считать турбину с изменяемой геометрией, в которой лопатки турбины могут намного более эффективно взаимодействовать с потоком отработавших газов.

В результате конструктивных доработок дизельные ДВС стали высокооборотистыми, вплотную приблизившись к аналогам на бензине. Однако нужно учитывать и то, что максимальные обороты дизеля все равно меньше по сравнению с ДВС на бензине. Современный дизель с системой Common rail  можно в среднем раскручивать максимум до 4500-4800 тыс. об/мин, в то время как бензиновые агрегаты на легковых автомобилях спокойно выдерживают около 7 тыс. об/мин.

Мощность бензинового мотора нарастает постепенно и достигает пика на высоких оборотах. Дизель выходит на максимум мощности намного раньше, но после выхода уже на средние (применительно к бензиновому ДВС) обороты тяга дизельного мотора заметно слабеет.

Оптимальный диапазон оборотов

Именно по указанным выше причинам дизельные моторы имеют узкий диапазон оборотов. Рабочие обороты дизеля привязаны к пику крутящего момента и составляют 1800-2800 об/мин, а мощность резко снижается после 3800-4000 об/мин. 

Эти особенности заставляют корректировать стиль езды на дизеле. То, что для бензина означает езду внатяг, которая возникает при слишком раннем включении повышенной передачи, для простого дизеля является оборотами максимального крутящего момента. 

Что касается более оборотистых турбодизелей, стрелку тахометра лучше держать в зоне рабочих оборотов и раньше переключать передачи.

Крутить дизель до максимальных оборотов нет необходимости, так как после выхода за «моментные обороты» дальнейшего уверенного прироста тяги не последует. Более того, высокие обороты дизеля приводят к повышенному износу ЦПГ, перерасходу дизтоплива и дизельного моторного масла.

Читайте также

  • Разнос дизельного двигателя

    Почему двигатель идет в разнос: причины и последствия. Неисправности ТНВД, проблемы с турбонаддувом и моторное масло в камере сгорания. Как заглушить ДВС.

чьи лошади сильнее? — журнал За рулем

Кто лучше тянет? Кто быстрее разгоняется? Сравниваем бензиновый и дизельные двигатели.

До сих пор встречаются чудаки, свято верящие в то, будто бы 100 лошадиных сил дизеля соответствуют примерно 140 «бензиновым» силам. Дело, как они полагают, в крутящем моменте, который у дизеля гораздо выше.

Материалы по теме

Грамотно прояснить ситуацию оказалось не так-то просто. Пришлось то и дело консультироваться в самых различных местах — на ВАЗе и УАЗе, ГАЗе и ЯМЗе. В итоге трактат получил всеобщее «одобрям-с», но автору посоветовали заранее спрятаться от потока помидоров, запущенного недовольными апологетами того или иного двигателя. Мол, будет та же реакция, как если бы спартаковский фанат в своих красно-белых тонах забрался на зенитовскую трибуну…

В общем, разбираемся, чьи силы сильнее. А попутно, чтобы стало веселее, попытаемся ответить на простейший, казалось бы, вопрос:

«Даны два автомобиля, максимально близких по конструкции, — бензиновый и дизельный. Исходные условия: современные моторы одинаковой мощности, идеально подобранные для каждого коробки передач, образцовые водители (почти роботы!), отличное сцепление с дорогой. Какой автомобиль окажется на трассе быстрее?»

Простой вопрос? Оказалось, что не очень…

Лошадиный момент

Для разгона машины нужна энергия. Чем больше энергии можно потратить в единицу времени, тем быстрее машина разгонится. Иными словами, речь идет о мощности. Чем выше мощность, тем быстрее машина: всё, казалось бы, просто. Но…

Материалы по теме

Но на практике картина другая. Максимальная мощность мотора, как бензинового, так и дизельного, достигается им только при полной подаче топлива — понятно, что это соответствует положению «педаль в пол». А вот основная жизнь автомобиля протекает в режимах частичной подачи топлива, при которых развиваемая мотором мощность явно ниже максимальной.

Напомним, что крутящий момент и мощность — это почти что близнецы-братья, как у Маяковского. Друг без друга они не существуют: ведь мощность — это крутящий момент, помноженный на частоту вращения коленчатого вала. И если на какой-то частоте вращения ДВС способен выдать более высокий крутящий момент, чем его конкурент, то и мощность его в этот момент также должна быть выше. Одно без другого просто немыслимо. Поэтому разговоры о том, что у кого-то при равной мощности момент на тех же оборотах выше, сразу пресекаем: это несерьезно.

Материалы по теме

Пару слов о коробках передач. Очень часто споры вокруг двигателей упираются именно в коробку, а потому уходят в сторону от основной темы. Понятно, что коробка способна изменять момент на ведущих колесах в широких пределах, но одновременно она меняет и частоту вращения колес: изменять мощность она, естественно, не может. Поэтому в дальнейшем условно считаем коробку на бензиновой и дизельной машинах неким идеальным атрибутом и больше к ней не возвращаемся. Для ясности также не принимаем во внимание тот факт, что дизельный двигатель априори тяжелее бензинового той же мощности.

Если бы крутящий момент был постоянным во всем диапазоне частот вращения коленвала, то внешняя скоростная характеристика, показывающая зависимость мощности и крутящего момента от частоты вращения, превратилась бы в прямую линию, а мощность была бы прямо пропорциональна показаниям тахометра. Тогда разницы в поведении бензинового и дизельного моторов равной мощности не было бы вообще. Однако именно своеобразность протекания момента по дизельной кривой и породила неодинаковость их поведения.

Дело в том, что в массовом сознании дизельные моторы всегда отличала их способность выдавать относительно высокие значения мощности и крутящего момента на низах. Субъективно это воспринималось так, что в этом диапазоне частот дизель откликался на правую педаль охотнее, чем бензиновый коллега. Даже атмосферные дизели за счет более высокого эффективного давления в цилиндрах могли развить более высокий момент, чем бензиновые. Однако без наддува ширина «полки» крутящего момента была при этом практически такой же, то есть практически отсутствовала. А вот с применением наддува полка сразу появилась, причем в левой части характеристики — «на низах».

Материалы по теме

Что это дало? Именно то, чем любят хвалиться приверженцы дизелей — «тягу на низах». В этом диапазоне дизельный двигатель способен развить большую мощность, чем бензиновый, а его момент на ведущих колесах действительно может быть выше.

На всякий случай напоминаю: момент существует только там, где есть сопротивление — без него он равен нулю. Грубо говоря, мотор бульдозера готов его выдать, но только в том случае, если встретит кучу щебня перед своим отвалом. Поэтому до тех пор, пока дорога гладкая и ровная, бензиновая и дизельная машины будут примерно в равных условиях. Но как только дорога пойдет в гору или, скажем, подует встречный ветер, то машина, у которой в данном диапазоне оборотов есть запас мощности (или момента — это не важно), сможет за его счет выйти вперед.

А если раскрутить бензиновый мотор до более высоких оборотов? Тогда ситуация выровняется. Мало того, поскольку диапазон частот вращения коленвала у «бензинок» заведомо шире, чем у дизелей, то и отыграться за все обиды они могут именно там, «на верхах». Дизель, быстрее достигнув пика мощности, «заткнется» — его ВСХ пойдет на спад, а вот бензиновый мотор будет продолжать раскручиваться дальше, так как пик его мощности достигается при более высоких частотах вращения.

Впрочем, на этом этапе рассуждений мы упираемся в особенности конкретных моторов. Строго говоря, бензиновый двигатель тоже может быть «низовым». И если у двух моторов, низового и верхового, заявленная максимальная мощность одинакова, то поначалу вперед вырвется именно машина с «низовым» мотором. Как справедливо указал один из наиболее грамотных форумчан, при установке на автомобиль движков от «эмочки» и Таврии, мощность которых примерно одинакова, с «эмочным» мотором разгон будет интенсивнее.

У кого шире?

Материалы по теме

Между прочим, широкая полка момента, которой так любят хвастаться дизелеводы, сегодня уже не является их козырной картой. У бензинового движка с непосредственным впрыском и турбонаддувом она ни в чем не уступает дизельной, а то и превосходит. Более того, как подсказали нам на ЯМЗе, при построениях ВСХ заметно, что по мере снижения частоты вращения турбокомпрессоры «бензинок» держатся дольше, чем их дизельные коллеги. И это объяснимо: дизелю нужно больше воздуха, а потому турбокомпрессоры начинают задыхаться раньше. А с учетом широкого диапазона частот вращения бензиновый мотор вполне может оставить дизель позади.

Пора посмотреть на картинки. Из широкой гаммы вольвовских моторов нам любезно предоставили внешние скоростные характеристики тех, кто имеет воплощение в дизельном и бензиновом вариантах при равных или почти равных заявленных мощностях. Из них видно, что «полка» крутящего момента у бензиновых движков вовсе не уже, а шире, чем у дизельных собратьев по внутреннему сгоранию.

Слева на графиках — ВСХ 190-сильного бензинового мотора B4204T19 (V40 Cross Country, S60). Справа — ВСХ дизельного мотора D4204T5 той же мощности (S60, V 60 Cross Country, S80, XC60, XC70)

Слева показана ВСХ бензинового мотора B4204T36 мощностью 249 л.с. (XC40). Справа — ВСХ дизельного движка D4204T23 в 240 л.с. (Polestar XC60 New, V90 Cross Country, XC90)

Материалы по теме

Что касается вопроса, какой из автомобилей окажется быстрее в гонках с общего старта и чей разгон динамичнее, то теоретические рассуждения дают только один верный ответ: надо посмотреть на ВСХ их моторов. Решение подсказывает площадь под кривой крутящего момента — математики вспомнят слово «интеграл». Фактически эта площадь и есть мерило динамики машины. Чем характеристика «прямоугольнее», тем лучше. Чем равномернее «размазан» по оборотам крутящий момент, тем проще угодить и экологам, и мотористам. Лучше других выглядят бензиновые моторы с непосредственным впрыском и турбонаддувом, хуже — высокофорсированные безнаддувные «бензинки» с пиком мощности под 8000 об/мин и момента на 6000. Высокофорсированный наддувный дизель будет гораздо ближе к первому варианту, чем ко второму.

Надо отметить, что свою лепту в путаницу вносят «электронные педали газа». На пальцах это выглядит так: вы вдавили педаль в пол, а компьютер начинает советоваться с партией зеленых, оценивая предстоящие выбросы вредностей. Поэтому в любой современной машине всё определяется программным обеспечением и скоростью процессора, который порой может и не поспевать отслеживать меняющиеся условия работы. Можно привести и другой пример по части экологии: современные дизели имеют электронные ограничители времени работы на оборотах максимальной мощности, поскольку в таком режиме дизельный двигатель изрыгает сажу.

Всем, кто имеет свое суждение о превосходствах того или иного двигателя, предлагаю высказаться. Аргументы типа «„Зенит“ — чемпион»» прошу не употреблять: хочется услышать технически обоснованную аргументацию.

А вообще-то…

А, вообще-то, подобные споры скоро прекратятся. Одна компания за другой заявляют о полном прекращении новых разработок дизелей. А потом и ДВС в целом… Впереди эпоха гибридов различных мастей и, конечно же, электромобилей. Впрочем, недавно прозвучала команда вспомнить про метан, так что — посмотрим…

Я никогда не любил дизели. Но мне их жалко.

Фото: depositphotos

Что делать, если плавают холостые обороты дизеля

Ситуация, когда плавают холостые обороты дизельного двигателя – достаточно распространённая проблема дизельных машин. Автомобиль может ехать на нормальных оборотах, которые без видимых причин начинают падать, потом опять повышаться до показателя нормы. Новичку в автомобильных делах непросто разобраться с причинами такого явления, но незнание проблемы владельца автотранспортного средства автоматически не освобождает его от неё. Для оперативного устранения проблемы следует немедленно обратиться к услугам квалифицированных специалистов. 

Что вызывает плавание оборотов?

Владельцы двигателей с системой электронного впрыска топлива сталкиваются с распространённой причиной нестабильных оборотов, которая заключается в нестабильном подсосе воздуха. Такие моторы синхронизованы с бортовым компьютером, который контролирует подачу воздуха в цилиндры. При поступлении сигналов других индикаторов, блок управления автоматически производит открытие электромагнитных клапанов инжекторов на ограниченное время.

Поэтому система может самостоятельно «решить», что в двигатель поступают излишнее количество воздуха, а другие датчики опровергают такие данные. В результате компьютер оказывается не в состоянии проанализировать, как ему поступить с лишним воздухом. И результатом такого «непонимания» становятся плавающие обороты, которые колеблются в пределах 800-1200 оборотов в минуту. В данном случае это проблема автоматического регулирования системы.

Устраняем проблему

Что делать, если плавают холостые обороты дизеля? Для решения такой проблемы следует поочерёдно выполнить следующие действия:

  • закрутить винт, который выполняет регулирование холостых оборотов. Таким образом производится перекрытие отверстий, через которые может поступать воздух на холостых оборотах.

Если выполненное действие не принесло удовлетворительного результата, можно переходить к более радикальным действиям, а именно:

  • плоскогубцами пережать одну за другой резиновые трубки. Если в момент пережатия одной из трубок обороты стабилизировались, снимите её для ограничения попадания воздуха. Установив элемент, виновный в проблеме, можно существенно облегчить ремонт.

Разумеется, самостоятельно выполнить такую диагностику и поочерёдно методом проб установить виновника плавающих оборотов не под силу даже опытному автомобилисту. Для максимальной эффективности решения этой проблемы следует обратиться в автосервис с хорошей репутацией.

Одним из наиболее авторитетных автомастерских в Санкт-Петербурге является «Дизель-Моторс». Опытные мастера быстро выяснят причину нестабильных оборотов холостого хода и устранят неполадку, а стоимость предоставляемых услуг вас непременно удивит.

7 правил правильной эксплуатации дизельного двигателя

Правило 1

Покупайте моторное масло рекомендованное авто-производителем. Важно! Характеристики масла для турбодизелей отличаются от масел, используемых в атмосферном ДВС. Это связано с тем, что в турбодизеле масло при высоких температурах подвергается значительно большим нагрузкам.

Избегайте также менять марку масла и его вязкость.

Правило 2

Не допускайте низкого уровня масла в вашем дизельном двигателе с турбокомпрессором (ТКР)! Последствие масляного «голодания» ДВС – смазка не будет поступать в необходимом объеме к подшипникам ТКР, которые будут быстро изнашиваться и выходить из строя. Постоянно проверяйте уровень моторного масла, и вы сможете избежать этих проблем.

Правило 3

Забудьте минут на 5 о педали газа после запуска дизельного двигателя с ТКР! Перегазовка в момент, когда моторное масло еще не заполнило масляные каналы, приведет к быстрому износу турбокомпрессора – турбина пока работает почти «на сухую».

Совет: подержите ДВС после запуска несколько минут на холостом ходу. Двинувшись с места, подержите недолго обороты низкими. Увеличивать нагрузку надо постепенно.

Правило 4

Лучший режим работы для турбодизеля – средние обороты. Избегайте движения в течение продолжительного времени на низких/высоких оборотах. Баланс работы турбины будет нарушен, и она быстро выйдет из строя.

Важно! Запустить очистку системы турбонаддува ТКР можно при работе ДВС на самых высоких оборотах. Вам достаточно пару раз в неделю недолго погонять мотор в таком режиме. Очистка системы увеличит срок службы турбокомпрессора, однако долго держать высокие обороты турбодизеля нельзя!

Правило 5

Не выключайте двигатель сразу после завершения поездки! Дайте турбокомпрессору возможность охладиться при работе двигателя на холостых оборотах в пределах 5 минут.

Правило 6

Быстрая закоксовка (засорение продуктами горения) турбодизеля происходит при длительной работе мотора на холостых оборотах – этого допускать нельзя! Кроме того, на работоспособности деталей цилиндро-поршневой группы в таком режиме может сказаться попадание (подсос) масла в цилиндры.

Правило 7

Обязательное условие длительной и безаварийной работы турбодизеля – своевременное прохождение технического обслуживания. Интервал между ТО у дизельных двигателей с турбокомпрессором меньше, чем у обычных. Работа турбины под высокими нагрузками требует более частой замены масла и фильтров.

Хотите продлит в несколько раз срок службы своего турбодизеля и ТКР? Не забывайте следовать этим простым правилам!


Основные неисправности дизельных двигателей

Приобретая дизельный автомобиль, многие обращают внимание только на низкий расход недорогого топлива, забывая об объективно больших затратах на эксплуатацию и ремонт, хотя к этому надо быть готовым.

Возможные неисправности двигателей можно разбить на следующие группы по причинам возникновения: конструктивно-производственные недостатки или особенности двигателя; неквалифицированное обслуживание и неграмотная эксплуатация; низкое качество дизельного топлива; «естественный» износ двигателя и топливоподающей аппаратуры; низкое качество ремонта и запасных частей.

Рассмотрим наиболее распространенные модели дизельных двигателей именно с точки зрения перечисленных проблем.

Конструктивно-производственные факторы

Сразу оговоримся, что все дизельные двигатели достаточно надежны, а недостатки, связанные с их конструкцией или технологией производства, проявляются, как правило, в тяжелых условиях эксплуатации и при пробегах, превышающих назначенный заводом ресурс или близких к нему. И никак иначе, в противном случае избалованные хорошей техникой и сервисом зарубежные потребители разорили бы заводы-изготовители судебными исками. А вот попадая в Украину, дизельные иномарки как раз и сталкиваются с тяжелыми условиями эксплуатации и, имея, как правило, очень приличный пробег, охотно проявляют все конструктивные недоработки.

Неквалифицированное обслуживание и неграмотная эксплуатация

Первая и самая главная причина всех бед — невыполнение регламента эксплуатации. Масло рекомендуется менять через 7500-10000 км вне зависимости от того, какая периодичность указана в инструкции. Это обусловлено повышенным содержанием серы в отечественном дизтопливе, что приводит к быстрому окислению масла. Качество применяемых масел должно соответствовать требованиям инструкции.

Дефект распылителя привел к прогару поршня

Зубчатый ремень привода ГРМ и ТНВД надо менять не реже чем через 60 тыс. км при условии отсутствия на нем масла. Если масло все же попало на ремень, течь надо немедленно устранить. Необходимо также внимательно следить за топливной системой, например, периодически сливать отстой из топливного фильтра, отворачивая сливную гайку. Топливный бак рекомендуется промывать два раза в год, весной и осенью, полностью его снимая. В актуальности такой процедуры каждый может убедиться самостоятельно, увидев, сколько грязи выльется из бака.

Другая причина, приводящая к повреждениям дизеля, — это попытка запустить его во что бы то ни стало в случаях, когда он запуститься не может. Так, если в баке летняя солярка, а на улице -10°С , попытка пуска бессмысленна: при -5°С уже выпадают парафины и топливо теряет текучесть. Детали топливной аппаратуры, как известно, смазываются топливом, и его отсутствие приводит к сухому трению и их повреждению.

Так что единственный путь в этом случае — искать теплый гараж и отогревать топливную систему. А пускать дизель с буксира вообще не рекомендуется, особенно если ГРМ приводится ремнем. Исправный дизель заводится без дополнительных средств подогрева до -20°С. Если этого не происходит, проще найти и устранить неисправность, чем доводить мотор до капитального ремонта.

Не стоит также разбавлять солярку бензином без крайней на то необходимости — износы топливной аппаратуры из-за ухудшения смазки и самого двигателя из-за нарушения процесса сгорания резко возрастают. Эксплуатируя дизельный автомобиль, важно помнить, что его двигатель не любит высоких оборотов. Длительные поездки на максимальной скорости — еще один способ приблизить капремонт. И в заключение стоит сказать о том, что прогревать дизельный двигатель крайне необходимо. Конечно, не до рабочей температуры, но хотя бы 2-4 минуты. А давать полную нагрузку только после 70градусов температуры двигателя.

Качество дизельного топлива

По статистике примерно 50% неисправностей и поломок топливной аппаратуры вызываются качеством топлива. Причем не высоким содержанием серы и отклонением по цетановому числу. Это еще можно было бы пережить, так как негативные последствия растянуты во времени. А вот элементарное наличие воды и механических примесей в топливе губительны. Поэтому советуем усстанавливать топливные фильтра качественных производителей, и не вестись впервую очередь на низкую цену. Для ориентира цена фильтра на «Японца» должна быть не меньше 100грн, все что по 40-50грн сплошная бутофория!

«Естественный» износ

Износ двигателя и деталей топливной аппаратуры после большого пробега в ряду неисправностей занимает далеко не последнее место. Основная проблема связана обычно со снижением компрессии из-за износа поршневой группы. В этом случае двигатель плохо запускается в холодную погоду даже при полностью исправных свечах накаливания и зимнем топливе. При этом он легко заводится с буксира и, будучи прогретым, не доставляет проблем с запуском. Для справки отметим, что нижняя граница компрессии у большинства двигателей составляет 20-26 бар.

Другими важными признаками износа двигателя являются повышенные расход масла и давление картерных газов (более 10 мм вод.ст). Регулировками тут уже не помочь и альтернативы капремонту в этом случае нет.

Износ распылителей форсунок приводит к появлению черного дыма на выхлопе и увеличению расхода топлива. Иногда распылитель «закусывает» и издает характерный стук, сопровождающийся появлением едкого белого дыма. При нормальной эксплуатации ресурс распылителей обычно составляет 80-100 тыс. км.

Длительная эксплуатация двигателя с неисправными распылителями форсунок обычно приводит к прогару форкамер и далее поршней. Длительная эксплуатация, особенно в холодное время года, приводит к смыванию маслянной плёнки со стенок гильзы циллиндров несгоревшими (из-за плохого распыла)частичками топлива, ведущая к катострафичесскому износу поршневой группы. Часто встречаются и износы плунжерных пар ТНВД, обычно сопровождающиеся затруднением запуска горячего двигателя.

Последствия некачественного ремонта

Ремонт дизеля требует хорошего знания особенностей конструкции ремонтируемого мотора и добросовестного выполнения инструкции по ремонту, а также качественных запчастей. Попытки отремонтировать подешевле у «гаражных» мастеров с использованием запасных частей неизвестного происхождения чаще всего приводят к потерянным деньгам, а то и к загубленному двигателю.

Рассмотрим некоторые типовые ошибки при ремонте дизелей
При обрыве ремня ГРМ бессмысленно пытаться установить новый без снятия и ремонта головки блока цилиндра, т.к. клапаны «встречаются» с поршнями на любом дизеле. При этом хотя бы 2-3 клапана потребуют замены. Исключения немногочисленны; только у двигателей Renault 2,1 и Ford 2,5 л при ударе поршней по клапанам ломающиеся рокеры и деформированные штанги привода клапанов достаточно надежно предохраняют клапаны от повреждений. В случае ослабления посадки вихревых камер в головках блока двигателей Opel, VW, Peugeot, BMW пытаться закернить их бессмысленно — они все равно выпадают. Надо усстанавливать ремонтные форкамеры, или менять головку блока.

Установка головки на блок двигателей VW без центрирующих втулок недопустима — перекос головки с последующим прогаром прокладки почти неизбежен.

Попытка отделаться заменой поршневых колец при износе цилиндров свыше 0,1 мм бессмысленна — новые кольца пройдут не более 10 тыс. км, а обычно еще меньше. Столь же бесполезна установка новых номинальных поршней без расточки блока цилиндров. Единственно верное решение — расточить блок под ремонтный размер. Замена колец обычно требуется только в случае сильного перегрева двигателя и потери ими упругости.

В случае разрушения шатунного вкладыша или его проворачивания (это сопровождается перегревом нижней головки шатуна) шатун требует обязательного ремонта или замены, иначе двигатель опять ««застучит» на первой же тысяче километров.

Ремонт топливной аппаратуры «на коленке» невозможен. Для сколько-нибудь успешного ремонта ТНВД нужны стенды, спецприспособления, технологические карты и механики, знающие особенности ремонта насосов данной модели. При невыполнении этих условий насос будет скорее всего загублен безвозвратно.

Правильно отремонтированный и собранный двигатель заводится без особых проблем стартером. Если мотор не заводится, необходимо искать причину, а не таскать автомобиль на веревке многие километры или маслать стартером пока с него не повалит дым. Буксир — вернейший способ угробить только что собранный двигатель.

Симптомы основных неисправностей дизелей:

Запуск двигателя затруднен

Износ нагнетательных элементов насоса высокого давления. Неправильный угол опережения подачи топлива в двигателе. Износ распылителей, вызывающий плохое распыление топлива. Слишком низкое давление впрыска. Нехватка топлива перед насосом высокого давления из-за попадания воздуха в систему подачи топлива. Неисправности подкачивающего топливного насоса. Слишком малая доза топлива при запуске, вызванная неправильной работой регулятора. Загустение топлива зимой. Неисправны свечи накаливания.

Снижение мощности двигателя

Износ прецизионных элементов топливного насоса высокого давления или регулятора. Неправильная регулировка насоса или всережимного регулятора. Неправильный угол опережения впрыска. Износ или повреждение распылителей. Чрезмерное снижение давления впрыска. Недостаточное количество топлива, подаваемого системой нагнетания, из-за засорения топливного фильтра, недостаточной производительности подкачивающего топливного насоса или попадания воздуха в топливную систему.

Повышенный расход топлива

Неверный угол опережения впрыска. Износ нагнетательных элементов насоса высокого давления. Неправильная регулировка насоса высокого давления. Износ или повреждение распылителей. Слишком большое снижение давления впрыска. Загрязнен воздушный фильтр. Утечка топлива. Недостаточная компрессия.

Черный дымный выхлоп

Плохое смесеобразование в камере сгорания из-за нагара или неплотного закрытия клапанов. Поздний впрыск топлива. Плохое распыление топлива форсунками. Неверные зазоры в клапанах. Недостаточная компрессия.

Серый или белый дымный выхлоп

Неверное опережение впрыска. Недостаточная компрессия. Пробита прокладка головки блока. Переохлаждение двигателя.

Жесткая работа двигателя

Слишком ранний впрыск топлива. Большая разница между дозами топлива, впрыскиваемого в разные цилиндры двигателя. Неправильная работа некоторых форсунок. Недостаточная компрессия.

Перегрев двигателя

Неправильный угол опережения впрыска. Плохое распыление топлива форсунками (струя вместо «факела»).

Не развивается полная мощность двигателя

Короткий ход у педали акселератора, неправильно отрегулирована тяга педали акселератора. Загрязнен воздушный фильтр. Воздух в системе питания. Повреждены топливопроводы. Неисправны крепления распылителей (форсунок). Распылители неисправны. Сбит угол опережения впрыска топлива. Неисправен топливный насос высокого давления.

Повышенный расход топлива

Негермётична система питания. Забит топливопровод слива (от насоса к топливному баку). Высокие обороты холостого хода или же сбито опережение впрыска. Плохо работает двигатель. Неисправны распылители, неисправны форсунки механический распылитель топлива (например, мазута, дизельного топлива, бензина), состоит из одного или двух каналов. По первому на выход подается топливо, по второму пар, который служит для распыла топлива. Форсунки, используемые в двигателях внутреннего сгорания, осуществляют распыление за счёт высокого давления топлива (несколько атмосфер для бензина и сотни и тысячи атмосфер для дизельного). . Неисправен топливный насос высокого давления.

Повышенный шум двигателя

Загрязнения в системе питания, вследствие чего не работают распылители. Уплотнительные шайбы под распылителями отсутствуют или плохо установлены, распылитель слишком сильно (слишком слабо) завернут в головку цилиндров. Воздух в системе питания.

Неравномерная работа двигателя на холостом ходу

Неправильно установлены обороты холостого хода. Затруднен ход педали акселератора. Ослаб топливопровод подачи топлива между топливным насосом высокого давления и топливным фильтром. Повреждена опорная пластина насоса высокого давления. Неисправности в подаче топлива. Неисправны распылители, неисправны форсунки. Неправильное опережение впрыска.

Колебания частоты оборотов коленчатого вала

Износ регулятора оборотов. Разрегулирование или износ системы впрыска. Чрезмерное сопротивление перемещению элементов в системе регулирования. Попадание воздуха в топливную систему. Избыточное давление газов в картере.

Внезапная остановка двигателя

Смещение угла опережения нагнетания (нарушение соединения насоса с приводом). Засорение топливного фильтра и нехватка топлива, подаваемого в насос. Отсутствие подачи топлива, вызванное повреждением топливного насоса высокого давления или подкачивающего насоса. Повреждение трубопровода впрыска. Износ и перекос поршня-разделителя, ротора или поршней насоса высокого давления.

Часто выходят из строя калильные свечи

Неисправны форсунки в соответствующих цилиндрах.

Невозможно заглушить двигатель

Неисправен запорный электромагнитный клапан.

Повышается уровень моторного масла в картере

Течь через уплотнитель цепного или шестеренчатого привода насоса высокого давления.

Слабое торможение двигателем

Засорены сливные топливопроводы. Неверно установлены ускоренные обороты холостого хода.

Для более подробного изучения неисправностей, рекомендуем почитать раздел о всех неисправностях дизельных двигателей.

Дизельный двигатель.Проверка и регулировка холостого хода и предельных оборотов

Клемма для присоединения тахометра

 

W – клемма для присоединения 

тахометра

 

Проверка и регулировка оборотов 4-цилиндрового двигателя

 

1. Винт регулировки оборотов 

холостого хода

 

2. Винт регулировки предельных 

оборотов

 

3. Упорный винт понижения 

оборотов холостого хода

 

4. Упорный винт повышенных 

оборотов холостого хода 

(увеличение числа оборотов)

 

5. Обогатительный винт

 

Проверка и регулировка оборотов 5-цилиндрового двигателя

 

1. Винт регулировки оборотов 

холостого хода

 

2. Обогатительный винт

 

3. Винт регулировки предельных 

оборотов

 

Так как дизельные двигатели не имеют системы зажигания, необходим специальный 

измеритель оборотов (тахометр) VDO. Он подсоединяется к клемме генератора.

 

Если в машине установлен тахометр, для проверки и регулировки можно 

воспользоваться им.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ 

1. Прогреть двигатель до рабочей температуры. Температура масла не менее +60° С.

2. Подсоединить тахометр.

3. Тросик заслонки ускорителя холодного запуска не вынимать.

4. Все электропотребители (радио, свет) должны быть выключены.

5. Проверить обороты холостого хода, предельное значение для 1,9-литрового 

двигателя: 850±30 об/мин; 2,4-литрового двигателя: 850±50 об/мин. При 

необходимости, отрегулировать обороты холостого хода регулировочным винтом 1. 

Вправо: обороты увеличиваются. Влево: обороты уменьшаются. 

 

Предупреждение 

 Если у 4-цилиндрового двигателя обороты холостого хода не опустить ниже 880 

об/мин, так как упор прилегает к ограничительному винту 3, расконтрить 

ограничительный винт и вывинтить. Холостой ход отрегулировать регулировочным 

винтом 1, ввернуть ограничительный винт до упора в упор и законтрить.

 

Проверка возрастания оборотов (4-цилиндровый двигатель)

6. Вынуть тросик холодного запуска до первой фиксации. Обороты должны возрасти 

примерно на 60 об/мин.

7. Вынуть тросик холодного запуска до конца. Обороты должны возрасти примерно до 

1050±50 об/мин.

8. Если требуемые значения не достигаются, отрегулировать тросик холодного 

запуска. 

 

Предупреждение 

 Если требуемое значение 1050 об/мин, несмотря на правильность регулировки 

тросика холодного запуска, не достигается – расконтрить упорный винт (4). 

Отрегулировать, при полностью вынутом тросике, с помощью упорного винта 

обороты, и законтрить упорный винт.

 

Проверка предельных оборотов

9. Дать «полный газ». Требуемое значение: 4800±100 об/мин.

10. При необходимости ослабить контргайку регулировочного винта (2) (4-цилиндровый 

двигатель) или (3) (5-цилиндровый двигатель) и отрегулировать предельные обороты. 

Затем затянуть контргайку. 

 

Предупреждение 

 Обогатительный винт запломбирован колпачком и обычно не регулируется. Если, по 

неосмотрительности, натяжение винта было изменено, то возможно появление 

следующих неисправностей: 1. Винт ввинчен – обогащение слишком большое, обороты 

холостого хода высоки, нерегулируемы. 2. Винт вывинчен – обогащение слишком мало, 

толчки при начале движения или ускорение на низких оборотах. При необходимости, 

произвести базовую регулировку. Для этого снять колпачок и расконтрить винт.

 

11. Обогащение слишком мало: постепенно ввинчивать регулировочный винт до тех 

пор, пока обороты не будут больше возрастать, затем вывернуть винт на 1/2 оборота.

12. Обогащение слишком велико (обороты слишком высоки): вывинчивать 

регулировочный винт до тех пор, пока обороты не будут больше уменьшаться, затем 

ввинтить винт на 1/2 оборота.

13. Законтрить регулировочный винт и запломбировать новым колпачком.

 

Обороты двигателя — обзор

Четырехтактный двигатель

Современный среднеоборотный двигатель почти всегда представляет собой четырехтактный цилиндрический поршневой двигатель со значительными отличиями от низкооборотных двухтактных двигателей с поперечной головкой. Термин «цилиндрический поршневой двигатель» происходит от названия юбки или ствола поршня, как его обычно называют. Ствол действует как крестовина двухтактного двигателя, поглощая и передавая тягу на поршень. Таким образом, между коленчатым валом и поршнем находится только цельный шатун.Это способствует уменьшению высоты двигателя и, соответственно, более короткому ходу. Большинство четырехтактных двигателей имеют более квадратную форму, чем двухтактные, хотя в последнее время в стремлении к более высокой выходной мощности стал более распространенным более длинный ход.

Существенная разница между двумя типами заключается в смазке. В средне- и высокоскоростных двигателях используется общая система смазки картером и гильзами цилиндров, и отдельная система смазки не требуется для смазки верхнего цилиндра, как в низкооборотном двигателе.

За последнее десятилетие были достигнуты значительные успехи в повышении надежности и долговечности среднеоборотных двигателей как на стадии проектирования, так и за счет поддержки в процессе эксплуатации передовых систем мониторинга и диагностики. Прежние слабые места в более ранних поколениях среднеоборотных двигателей были устранены в новых моделях, в которых использовались расчеты методом конечных элементов при проектировании высоконагруженных компонентов. Теперь конструкторы доказывают достоинства новых поколений среднеоборотных двигателей с более длинным ходом поршня с более высокой удельной мощностью, позволяющей меньшему количеству цилиндров удовлетворить заданную потребность в мощности и способствовать компактности, надежности, сокращению затрат на техническое обслуживание и упрощению обслуживания.Также отмечается прогресс в экономии топлива и смазочного масла, наряду с улучшенной способностью сжигать тяжелое топливо от пирса к пирсу и большей гибкостью рабочих характеристик во всем диапазоне нагрузок.

Блоки цилиндров с полным охлаждением по внутреннему диаметру и камеры сгорания, образованные гильзой, головкой и поршнем, сочетают в себе хорошую прочность и жесткость с хорошим контролем температуры, которые являются важными факторами при сжигании низкокачественного жидкого топлива. Низкий уровень шума и вибрации, достигаемый современными среднеоборотными двигателями, может быть дополнительно снижен за счет использования упругих систем крепления — технологии, которая значительно продвинулась в последние годы.

Ограничения IMO Tier II на выбросы NOx в выхлопных газах обычно могут быть комфортно соблюдены среднеоборотными двигателями с использованием первичных мер, влияющих на процесс сгорания (в некоторых случаях утверждается, без ущерба для удельного расхода топлива). Например, технология сгорания Wärtsilä с низким уровнем выбросов NOx включает высокое давление впрыска топлива (до 2000 бар) для сокращения продолжительности впрыска, высокую степень сжатия (16: 1), максимальное давление в цилиндре до 210 бар и ход поршня. Отношение диаметра ствола> 1.2: 1. Обеспокоенность по поводу выбросов дыма, особенно со стороны операторов круизных судов в экологически уязвимых районах, потребовала от разработчиков двигателей особых мер, направленных на этот рынок, в частности, системы впрыска топлива Common Rail (CR) с электронным управлением.

Проекты CR в настоящее время доминируют в производственных программах по всему сектору на благо операторов судов и окружающей среды. Значительные преимущества обеспечивает эксплуатационная гибкость двигателя, экономичность и экологичность благодаря системе, в которой создание давления топлива и впрыск топлива не взаимосвязаны.

В отличие от традиционной системы, давление впрыска в конфигурации CR не зависит от частоты вращения двигателя, а полное давление всегда доступно при всех нагрузках, вплоть до холостого хода. Таким образом обеспечивается высокоэффективное и чистое сгорание во всем рабочем диапазоне двигателя, что дает экономические и экологические преимущества. Оптимальное давление впрыска и время впрыска могут быть выбраны для данного рабочего режима — независимо от частоты вращения двигателя — и схемы пилотного впрыска и последующего впрыска могут использоваться для удовлетворения различных требований: например, невидимый выхлоп при самых низких нагрузках и сокращение выбросов NOx при средних нагрузках, без подрывая экономию топлива.

Концепция топливных систем CR с электронным управлением была оценена за много лет до ее внедрения в программы по двигателям. Однако реальные решения требовали разработки быстрых и надежных железнодорожных клапанов и электронного управления. Достижения в области материалов и технологий производства также позволили создать системы, способные работать с тяжелым топливом и давлением от 1500 бар и выше.

Успешное применение схем CR в автомобильном дизельном топливе в силовых агрегатах легковых и грузовых автомобилей в значительной степени было обусловлено более строгими правилами выбросов, которые требовали гибких систем впрыска топлива, предлагающих изменение скорости впрыска, свободную регулировку давления впрыска, регулируемое начало впрыска и предварительную установку. — и постинъекционные паттерны.Текущие и будущие ограничения выбросов при судоходстве стимулировали переход на судовые двигатели. Все более строгие нормы по NOx и дыму в выхлопных газах трудно соблюдать без интеллектуальных средств управления и гибкой системы впрыска, если эффективность двигателя должна оставаться прежней. Работа с частичной нагрузкой ставит особую задачу в удовлетворении требований по невидимости дыма без технологии CR.

Простота осмотра и капитального ремонта — важное соображение в эпоху низкого уровня укомплектованности персоналом и более быстрых ремонтов в порту — решена за счет уменьшения общего количества компонентов (в некоторых случаях на 40% меньше, чем в двигателях предыдущего поколения). комплексными и модульными сборками с использованием многофункциональных компонентов.Упрощенные (часто вставные или зажимные) соединения и быстродействующие уплотнения также упрощают процедуры технического обслуживания. Каналы для смазочного масла, охлаждающей воды, топлива и воздуха могут быть встроены в блок двигателя или другие отливки компонентов, оставляя минимальные видимые внешние трубопроводы. Компактные и более доступные установки достигаются за счет интеграции вспомогательного вспомогательного оборудования (такого как насосы, фильтры, охладители и термостаты) в двигатель. Снижение производственных затрат также достигается за счет усовершенствования конструкции и более широкого использования гибких производственных систем для производства компонентов.

Концепция блока цилиндров — это особенность современных четырехтактных конструкций, позволяющая снимать головку, поршень, гильзу и шатун вместе в виде полного узла для ремонта, капитального ремонта или замены отремонтированным блоком на борту или на берегу. Этот модульный подход принят большинством крупных производителей.

По мере того, как привлекательность двухтопливных двигателей возросла, модульный подход был сделан еще дальше: двигатели были разработаны для перехода с жидкого топлива на двухтопливную работу путем замены и добавления небольшого количества компонентов.В 2017 году компания MAN Energy Solutions преобразовала дизельный двигатель MAN 8L48 / 60B на фидерном контейнеровозе Wes Amelie постройки 2011 года в многотопливный двигатель 8L51 / 60DF и одновременно установила систему газового топлива на СПГ.

До модернизации MAN 8L48 / 60B имел мощность 9000 кВт при 500 об / мин, работающую на мазуте. После преобразования установленная мощность составляет 7800 кВт при 514 об / мин. Потеря мощности была ожидаемой и считалась приемлемой, потому что судно ранее большую часть времени работало с малой нагрузкой.

Конверсия включала замену гильз цилиндров и области водяной рубашки, поршня, поршневых колец и головок цилиндров. Это произошло из-за увеличения диаметра цилиндра с 48 до 51 см. Кроме того, все компоненты впрыска были заменены или добавлены заново. Пилотная масляная система, которая требуется для использования газа, была новым дополнением. Чтобы реализовать новые тайминги двигателя 51 / 60DF, были установлены новые кулачки, а также новые компоненты турбокомпрессора. Управление двухтопливным двигателем 51 / 60DF является более сложным по сравнению с двигателем, работающим на тяжелом топливе, что означает, что датчики двигателя были либо переделаны, либо потребовалось переоборудование.

В новых типах двигателей от разных поставщиков больше внимания уделяется возможности модернизации, а компоненты упрощаются. Это должно сделать будущие преобразования намного менее масштабными.

Компактность и уменьшенный вес остаются ключевыми достоинствами среднеоборотного двигателя, предлагая конструкторам судов возможность увеличить грузоподъемность и снизить стоимость данного проекта нового строительства, а также возможность достичь наиболее эффективной скорости гребного винта с помощью понижающей передачи. .Производители среднеоборотных двигателей могут предложить самые разные решения — от одномоторных установок для небольших грузовых судов до многомоторных / двухвинтовых установок для самых мощных пассажирских судов, основанных на механической (редукторной) или электрической трансмиссии. Конфигурации с несколькими двигателями обеспечивают доступность оборудования и операционную гибкость, позволяя количеству первичных двигателей, задействованных в любое время, соответствовать графику обслуживания. Удобный прямой привод генераторов и другого вспомогательного оборудования в машинном отделении (например,гидроагрегаты) также упрощается за счет коробки отбора мощности.

Углеродно-режущее кольцо теперь является общей характеристикой среднеоборотных двигателей, предназначенных для устранения явления полировки цилиндров, вызванного углеродными отложениями, и, следовательно, для значительного снижения износа гильзы. Это также способствует более чистой площади поршневых колец, низкому и очень стабильному расходу смазочного масла и уменьшению прорыва.

Углеродно-режущее кольцо, также называемое антиполированным или огнестойким кольцом, содержит вставку гильзы, которая находится между точкой поворота верхнего поршневого кольца и верхней частью гильзы цилиндра.Он имеет немного меньший диаметр, чем отверстие гильзы, это уменьшение компенсируется уменьшенным диаметром верхней контактной площадки поршня. Основное действие кольца — предотвращение накопления нагара по краям днища поршня, который вызывает полировку и износ гильзы с соответствующим повышением расхода смазочного масла.

Вторичная функция — это внезапное сжимающее воздействие на кольцевой ремень, поскольку поршень и угольное режущее кольцо мгновенно соприкасаются. Смазочное масло, следовательно, вытесняется из зоны горения, снова помогая снизить расход: фактически, настолько эффективно, что Bergen Diesel счел необходимым изменить конструкцию кольцевого уплотнения, чтобы обеспечить требуемый расход масла.Норвежский конструктор двигателей сообщает, что расход смазочного масла снижен более чем наполовину, а нерастворимые отложения в масле резко уменьшены, что значительно продлевает срок службы масляного фильтра. Углеродистые режущие кольца можно дооснастить, чтобы обеспечить их преимущества для двигателей, находящихся в эксплуатации. Удаление перед извлечением поршня просто выполняется с помощью специального инструмента.

Конструкторы теперь также отдают предпочтение расположению «горячего ящика» для системы впрыска топлива, чтобы обеспечить более чистые линии двигателя и улучшить рабочую среду в машинном отделении благодаря пониженным температурам; Кроме того, внутри коробки сохраняется любая утечка топлива из компонентов системы впрыска.

Дизельные двигатели повышают эффективность за счет уменьшения габаритов и уменьшения частоты вращения.

КПД двигателя определяется как отношение проделанной полезной работы к выделяемому теплу, которое переводится в сожженное топливо. Это сводится к тому, сколько работы можно выполнить на один галлон израсходованного топлива. Обычно дизельные двигатели обеспечивают КПД от 40 до 50% на скоростях до 1800 об / мин. Но новейшие технологии, включая усовершенствованные алгоритмы впрыска топлива, повышение эффективности внутреннего сгорания и электронную интеграцию в машины, приводят к повышению эффективности.Многие из этих достижений были вызваны требованиями EPA по выбросам.

Марш в сторону увеличения удельной мощности — большей выходной мощности на кубический дюйм рабочего объема — не нов, но последние разработки раздвигают границы, приводя к еще более эффективным двигателям. Это требует тщательной оценки параметров двигателя перед тем, как сделать выбор. Уменьшив размер двигателя, вы сможете снизить вес, стоимость и повысить эффективность работы. Например, во многих грузовых автомобилях наблюдается тенденция с 15-литрового двигателя на 13-литровый.

Это также происходит в сфере бездорожья. «За последние несколько лет многие OEM-производители начали использовать более компактные, но мощные двигатели в своих приложениях», — говорит Ник Стефенсон, менеджер по маркетингу продукции Perkins Engines Co. Ltd. (информация о компании , 10055932 ). «Чтобы обеспечить соответствие применимым стандартам выбросов, обеспечивая при этом максимальную производительность и экономию топлива для наших клиентов, мы много работали над увеличением удельной мощности нашей линейки двигателей — чтобы обеспечить такую ​​же превосходную производительность за счет более компактных двигателей.Это позволило заказчикам получить выгоду от улучшенной экономии топлива без ущерба для производительности или производительности и часто с очень небольшими изменениями в существующих установках машин ».

Эта тенденция не случайна. «Повышение удельной мощности — ключевая цель нашего проектирования», — говорит Стивенсон. «Мы используем широкий набор технологий для обеспечения максимальной производительности наших двигателей, которая зависит от диапазона мощности. В основе этого — долговечность, надежность, производительность, производительность и стоимость владения — все это в нашем списке на первом месте.«

Чтобы добиться успеха, меньший двигатель должен быть более эффективным и давать те же результаты, что и заменяемый двигатель большего объема. «Увеличение удельной мощности — это то, что позволяет уменьшить размеры», — говорит Пол Пост, менеджер по PV&V и двигателям, John Deere Power Systems ( информация компании , 10056373 ). «Двигатели более эффективны при более высокой удельной мощности; поэтому уменьшение габаритов приводит к повышению эффективности двигателя». Еще одна тенденция, повышающая эффективность двигателя, заключается в увеличении частоты вращения двигателя, при которой создается полезный крутящий момент.«Понижение скорости снижает потери двигателя на трение, что также приводит к повышению его эффективности».

Основные преимущества уменьшения размеров — меньшее сжигание топлива и, как следствие, сокращение выбросов парниковых газов. «По сути, когда мы достигнем той же производительности с использованием двигателя меньшего рабочего объема, это приведет к снижению расхода топлива и выбросов выхлопных газов», — говорит Стивенсон. «То же самое в целом справедливо и в отношении частоты вращения двигателя, но более важно подумать о том, как заказчик будет использовать двигатель в своем конкретном диапазоне машин, поскольку требования могут варьироваться.Вот почему мы работаем с клиентами на этапе проектирования двигателей, чтобы обеспечить повышенную производительность, не жертвуя другими ключевыми преимуществами, и действительно оптимизировать наши двигатели в соответствии с потребностями машин. Номинальная частота вращения и рабочий объем двигателя — только часть истории ».

Тенденция к уменьшению размеров и производительности

Уменьшение размера и уменьшение скорости привлекают большое внимание. «Уменьшение габаритов и уменьшение скорости открывают возможности для улучшения общей упаковки, экономии топлива и стоимости», — говорит Пост.

Есть много потенциальных преимуществ для клиентов. «Уменьшение частоты вращения и уменьшение габаритов приводят к меньшему расходу топлива, а также к снижению потребления DEF», — говорит Марио Санчес, директор технической поддержки продаж Cummins Inc. (информация компании , 10055252 ). «Поскольку повышенная экономия топлива является синонимом меньшего количества выбросов парниковых газов, пониженные и уменьшенные двигатели действительно выбрасывают меньше парниковых газов».

Нигде эффективность не является более важной, чем на рынках грузовых перевозок, где даже очень небольшое увеличение экономии топлива может дать огромное преимущество в эксплуатационных расходах.Уменьшение габаритов и снижение скорости стали популярными на рынках грузовых автомобилей, поскольку производители и владельцы автомобилей стремятся к наилучшему сочетанию производительности, экономии топлива и надежности.

«Сокращение грузоперевозок можно рассматривать двумя разными способами», — говорит Камминс. Во-первых, производители двигателей работают над оптимизацией ассортимента своей продукции. «В случае с Cummins это очевидно в линейке продуктов среднего класса, где ISB6.7 и ISL9 могут охватывать тот же диапазон мощности (от 200 до 380 л.с. для североамериканских среднетоннажных грузовиков), который ранее охватывался ISB6.7, ISC8.3 и ISL9 «, — говорит Санчес.

«Второй способ сокращения габаритов на рынке грузовых автомобилей — это движение к двигателям меньшего объема, обычно от 12 до 13 литров по сравнению с 15-литровым двигателем», — говорит Санчес. Часто изменения в автомобиле также меняют требования к мощности. «Повышение эффективности транспортного средства, такое как снижение аэродинамического сопротивления и сопротивления качению, а также использование более легких материалов, снижает среднюю мощность, необходимую для поддержания заданной скорости или среднего времени поездки.«

Имейте в виду, что уменьшение размеров подходит не для каждого приложения, и могут возникнуть компромиссы, связанные с увеличением удельной мощности. «Этот тип сокращения требует тщательного рассмотрения, чтобы гарантировать приемлемость компромиссов, которые могут потребоваться», — отмечает Санчес.

«Двигатели большего объема, такие как ISX15 компании Cummins, работают с меньшей удельной мощностью, чем дизели меньшего объема при той же номинальной мощности, что обеспечивает повышенную надежность и долговечность», — говорит Санчес.«В то время как двигатели объемом от 12 до 13 литров работают до пределов своих механических и тепловых характеристик, 15-литровые двигатели с большим рабочим объемом имеют увеличенную мощность и запас по сравнению с допустимым давлением в цилиндре и механическими тепловыми пределами.

«Кроме того, более низкая удельная мощность может позволить упростить платформу двигателя или может обеспечить гибкость для оптимизации двигателя и подсистем для достижения наилучшего сочетания желаемых характеристик, экономии топлива и характеристик выбросов», — отмечает Санчес. Двигатели с большим рабочим объемом обеспечивают улучшенные ходовые качества и более высокую стоимость при перепродаже.«Двигатель меньшего объема может иметь меньший размер и меньший вес».

Случай понижения частоты вращения

Есть несколько способов снизить частоту вращения двигателя в зависимости от области применения. «Понижение скорости на рынке грузовых автомобилей относится к передаче трансмиссии для достижения максимального крутящего момента, который дизели обеспечивают при более низких оборотах, что позволяет двигателям проводить больше времени, работая с нагрузкой и скоростью, где они дают более низкий BSFC, что обеспечивает лучшую экономию топлива при сохранении безопасные, приятные для водителя характеристики », — говорит Санчес.«Как правило, снижение на 100 об / мин означает повышение экономии топлива на 1%.

«В 2013 году компания Cummins внесла улучшения в свои двигатели, включая оптимизацию сгорания и усовершенствованное взаимодействие с системой нейтрализации выхлопных газов, что позволило разработать кривые характеристик двигателя (номинальные характеристики) с улучшенным крутящим моментом на низких оборотах, что позволило двигателям достичь максимального крутящего момента при 1000 об / мин ( против 1200 об / мин у предыдущих моделей) », — отмечает Санчес. «Эти изменения позволят снизить скорость и, соответственно, сэкономить топливо.«

Многие двигатели также развивают максимальный крутящий момент на более низких оборотах. «Понижение частоты вращения двигателя снижает потери на трение, предоставляя возможность для общего повышения эффективности», — говорит Даррин Трептоу, менеджер по внешним приложениям двигателя, John Deere Power Systems. «Кроме того, транспортные средства и машины могут минимизировать паразитные потери трансмиссии за счет снижения скорости. Понижение скорости двигателя и соответствующая трансмиссия оптимизируются вместе для обеспечения требуемых характеристик транспортного средства.В некоторых случаях оптимизация системы воздух / топливо позволяет улучшить характеристики на низких скоростях ».

«Он начинается с правильного размера, чтобы поддерживать повышенную степень сжатия без ущерба для надежности и долговечности», — говорит Санчес. «Для своих мощных шоссейных двигателей компания Cummins оптимизировала сгорание и усовершенствовала взаимодействие двигателя с системами нейтрализации выхлопных газов, что позволило разработать такие характеристики двигателей, которые обеспечивают максимальный крутящий момент при 1100 об / мин — на 100 об / мин раньше, чем предыдущие модели.

«Обеспечение максимального крутящего момента на более низких оборотах приводит к экономии топлива за счет снижения трения и повышения эффективности дыхания двигателя и дополнительной обработки при более низких объемных расходах», — говорит Санчес. «Наш ISX15 2013 года может обеспечить до 2% большей экономии топлива, а наша трансмиссия SmartAdvantage предлагает дополнительный 1% для моделей двигателей Cummins 2013 года.

«На рынке внедорожников более низкая частота вращения двигателя может соответствовать конкретному применению с точки зрения топливной экономичности или достижения целей по снижению шума», — говорит Санчес.«Сложные электронные средства управления, связанные с Tier 4, позволяют использовать методы формирования крутящего момента для достижения желаемых характеристик без снижения производительности машины».

Но у снижения скорости в некоторых приложениях есть потенциальные недостатки. «Более высокие рабочие скорости часто приводят к более широкому диапазону работы внедорожного оборудования с регулируемой скоростью», — отмечает Трептов. «Во многих случаях расширенный диапазон скоростей дизельного двигателя может упростить работу оборудования. Более конкретно, более широкий диапазон скоростей может означать менее частое переключение передач и в целом большую гибкость для различных применений и операций в любых внедорожных условиях.«

Уменьшение габаритов для бездорожья

Tier 4 стал ключевым фактором сокращения на рынке внедорожников.

«На рынке внедорожного оборудования компания Cummins работала над оптимизацией своих предложений двигателей до уровня Tier 4 Interim, что позволило значительно улучшить топливную экономичность и сократить требования к месту установки, что является важным преимуществом, поскольку клиенты привыкли к технологиям последующей обработки, — говорит Санчес. «Например, 9-литровый двигатель Cummins QSL9 ( информация о продукте , 10252498 ) заменил 11-литровый двигатель QSM11, который использовался на Уровне 3 в нескольких крупных вилочных погрузчиках и ричстакерах.В то время как выходная мощность, реакция двигателя и долговечность остались прежними, топливная эффективность увеличилась примерно на 10%. Это стало возможным благодаря использованию турбонагнетателя с изменяемой геометрией и более производительной топливной системы высокого давления Common Rail (HPCR) на двигателе QSL9.

«Таким образом, для внедорожного оборудования, при наличии соответствующей технологии и с учетом применения, использование двигателя с меньшим рабочим объемом возможно в зоне перекрытия диапазона мощности, где верхний конец двигателя меньшего объема перекрывается с нижним концом двигателя большего объема. «говорит Санчес.«Для Tier 4 Final Cummins ожидает, что его четырехцилиндровый QSB4.5 заменит некоторые шестицилиндровые установки, поскольку выходная мощность QSB4.5 увеличилась до 173 л.с.». Новый QSG12 также дает возможность заменить некоторые тяжелые двигатели большего объема, поскольку он обеспечивает высокую удельную мощность и максимальную мощность 512 л.с.

Пункты перехода на нормы выбросов также вызывают тенденцию к сокращению. «Некоторые производители двигателей использовали две точки отсечки выбросов: от 49 до 50 л.с. и от 173 до 174 л.с., чтобы сбалансировать предложения своих продуктов с точки зрения номинальных характеристик, иногда делая точку отсечки максимальной жесткой остановкой для конкретной платформы двигателя», — говорит Санчес.«Это может принести пользу с точки зрения занимаемой площади и снижения требований к охлаждению оборудования. Фактически, использование точек отсечки выбросов для расчетных характеристик конструкции — еще один пример правильного выбора размера Tier 4. Некоторые приложения могут быть больше рассчитаны на мощность, чем на крутящий момент, OEM-производители учтут это при выборе двигателя ».

Уменьшение габаритов произошло в некоторых ключевых точках ограничения выбросов, например, на 75 л.с. «Предлагаемая нами серия 850 составляет от 60 до 120 л.с., но ниже 75 л.с. двигатель не требует компонентов системы избирательного каталитического восстановления (SCR) и жидкости для выхлопных газов (DEF)», — говорит Стивенсон.«Чтобы удовлетворить или превзойти ожидания наших клиентов в этом диапазоне мощности, мы разработали конкретные кривые крутящего момента и мощности, чтобы обеспечить улучшенные ходовые качества и производительность на уровне 74 л.с. наше предложение, отвечающее потребностям клиентов и конкретным приложениям, гарантируя, что они найдут правильное решение, независимо от их требований ».

Гибридизация оборудования может еще больше стимулировать тенденцию к уменьшению размеров. «Технология гибридизации предлагает больше возможностей для транспортных средств и приложений для использования двигателей меньшего размера, поскольку электрификация может дополнить требования к мощности», — говорит Пост.«Использование двигателей с постоянной частотой вращения в некоторых приложениях открывает возможности для дальнейшей оптимизации характеристик двигателя в соответствии с системными требованиями приложения, что в сочетании с эффективностью гибридных трансмиссий обеспечивает повышенную эффективность транспортного средства».

«Очевидно, что гибридные установки дают возможность использовать двигатели с меньшим рабочим объемом, хотя это необходимо учитывать с точки зрения применения», — отмечает Санчес. «В то время как использование четырехцилиндрового двигателя вместо шестицилиндрового может быть осуществимо в части оборудования, имеющей более низкие коэффициенты нагрузки, например экскаватор, то же самое может не относиться к колесному погрузчику, который обычно работает с более высокими коэффициентами нагрузки.В этих обстоятельствах было бы полезно сохранить двигатель того же размера, хотя топливная экономичность и более низкие выбросы CO2 все равно будут достигнуты ».

«Гибридизация — один из многих вариантов, которые производители двигателей и машин активно изучают», — говорит Стивенсон. «Во многих случаях эта технология позволяет электродвигателю компенсировать потери мощности при выборе двигателя с меньшим рабочим объемом. Во всех случаях мы работаем с нашими клиентами, чтобы определить оптимальное решение для рабочих циклов их машин, которое может включать гибридный двигатель. , или технология старт-стоп, или что-то совсем другое.«

Сотрудничество с заказчиком для интеграции систем, обеспечивающих оптимальные преимущества, стало ключевым направлением. «В течение последних пяти лет мы проводили семинары по интеграции технологий, чтобы вовлечь клиентов в процесс проектирования на раннем этапе, что является важным подходом для обеспечения того, чтобы мы предоставляли наилучший продукт», — говорит Стивенсон.

Оптимизация машины

В настоящее время наблюдается тенденция к полной оптимизации машин.

«Мы понимаем, что двигатель — важная часть повышения эффективности, но не единственная», — говорит Стивенсон.«Оптимизация машины за счет улучшенной гидравлики или других конструктивных изменений также играет большую роль, как и обучение операторов, и множество других факторов. Эти не связанные с двигателем факторы могут иметь 30% -ное влияние на расход топлива и частично наша работа с производителями оригинального оборудования призвана помочь понять, как наши двигатели вписываются в общую картину.

«Мы работаем с каждым из наших клиентов, чтобы обеспечить производительность, необходимую им для их конкретных рабочих циклов», — говорит Стивенсон. «Частью этого является частота вращения двигателя, и мы тесно сотрудничаем с производителями комплектного оборудования, чтобы определить наилучший подход к их индивидуальной ситуации.Часто мы можем использовать электронное управление наших двигателей для точной настройки характеристик двигателя и кривых мощности, предоставляя клиентам оптимальное сочетание мощности и экономии топлива, которое будет соответствовать их конкретным потребностям.

«Эта работа идет намного дальше, чем просто размышления о« номинальной скорости », поскольку мы должны учитывать весь рабочий цикл машины, где требуется широкий диапазон оптимизированных скоростей вращения двигателя», — говорит Стивенсон. «Усовершенствованные методы сгорания и ряд специально разработанных технологий помогают нам достичь этого, которые варьируются в зависимости от мощности двигателя.«

«Требования к мощности в транспортном средстве определяются потребностями транспортного средства», — говорит Трептов. «Конструкторы транспортных средств и приложения оптимизируют эффективность своих трансмиссий, чтобы минимизировать мощность на маховике при сохранении той же производительности. Повышение эффективности трансмиссии и средств управления транспортными средствами оптимизирует мощность на маховике двигателя».

Результаты того, что может быть достигнуто с точки зрения эффективности дизельного двигателя, — это движущаяся цель. «Мы продолжаем инвестировать в исследования и разработки технологий экономии топлива», — говорит Трептов.«Мы продолжаем оптимизировать улучшения сгорания, снижение трения и дыхание двигателя с желаемой целью — 50% тепловой эффективности тормозов».

«Тенденция к увеличению удельной мощности будет продолжаться», — прогнозирует Пост. «Технологические достижения в области материалов, топливно-воздушных систем, стратегий управления и общей оптимизации различных систем являются ключевыми факторами в увеличении удельной мощности».

Прекращение превышения скорости в дизельных двигателях и типы превышения скорости

Прерывание скорости — это функция безопасности, предусмотренная на дизельном двигателе судна для ограничения неконтролируемого ускорения двигателя, ведущего к механической поломке или нежелательным авариям.Для предотвращения выхода дизельного двигателя за пределы заданного диапазона скоростей в дизельных двигателях используется отключение по превышению скорости.

Насколько превышение скорости может быть вредным?

A Дизельный двигатель разработан для механических нагрузок, связанных с центростремительными и центробежными силами движущихся частей внутри него в заданном рабочем диапазоне. Центростремительная сила прямо пропорциональна квадрату скорости вращения, напряжение быстро увеличивается с увеличением скорости.Прочность механического соединения может быть преодолена чрезмерными напряжениями за счет увеличения рабочей скорости. Это может привести к поломке вращающихся частей или повреждению самого оборудования. Таким образом, превышение скорости представляет собой серьезную угрозу безопасности и может привести к летальному исходу.

Образец изображения

Что означает превышение скорости?

Из-за резких изменений нагрузки на дизельный двигатель частота вращения двигателя может изменяться. Хотя для управления скоростью дизельного двигателя предусмотрен регулятор, скорость может выйти из-под контроля, что приведет к повреждению двигателя.Таким образом, по этой причине используются поездки с превышением скорости.

Независимо от того, какой тип отключения с превышением скорости использует двигатель, основная цель поездки с превышением скорости — отключить подачу топлива в цилиндры двигателя в случае, если частота вращения двигателя превышает определенный уровень.

Предотвращение превышения скорости двигателя

Снижение вероятности неконтролируемого и катастрофического превышения скорости имеет важное значение и может быть выполнено двумя способами:

a) Механическое отключение при превышении скорости

b) Электронное отключение при превышении скорости

В этой статье мы рассмотрим электронную систему защиты от превышения скорости.

Электронное отключение при превышении скорости

Для понимания электронного отключения по превышению скорости ниже описывается нормальная схема системы. Электронная система защиты от превышения скорости состоит из

a) Датчик скорости на маховике

Магнитный датчик скорости предпочтителен в двигателях генератора. Из-за неоднородности поверхности исполнительного механизма (зуба шестерни маховика) в измерительной катушке датчика возбуждается напряжение, создавая электрическую аналоговую волну.Эта циклическая волна, создаваемая маховиком, считывается датчиком.

б) Блок состояния сигнала

Это устройство действует как приемник датчика скорости. Основная функция формирователя сигнала — преобразовать один тип электронного сигнала, который может быть трудно прочитать, в другой тип, в более удобный для чтения формат. Это может быть достигнуто путем усиления, возбуждения и линеаризации электрического сигнала.

c) Блок обнаружения и сравнения

Существует установленное значение, которое обычно на 10% выше номинальной скорости и действует как базовое значение для данного устройства.Выходной сигнал блока состояния непрерывно определяется и сравнивается с заданным значением.

d) Блок сигнала отключения

Если разница между установленным значением и обнаруженным значением превышает предел, то этот блок выдает сигнал отключения, который, в свою очередь, отключает генератор.

Теги: генератор безопасности двигателя Изображение предоставлено

(PDF) Влияние колебаний оборотов двигателя на одноцилиндровый дизельный двигатель с прямым впрыском

Страница | 67

8.Юсефи А., Бирук М. Исследование доли энергии природного газа и времени впрыска

на производительность и выбросы двухтопливного двигателя

с камерой предварительного сгорания при низкой нагрузке на двигатель. Прикладная энергия.

2017; 189: 492-505. http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.12.046

9. Rajak U, Nashine P, Subhaschandra T, Nath T. Численное исследование

характеристик производительности, горения и выбросов различных

биотопливо.Преобразование энергии и управление. 2018; 156: 235-252.

https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.11.017

10. Coskun G, Soyhan HS, Demir U, Turkcan A, Ozsezen AN, Canakci M.

Влияние вариаций второго впрыска на горение и выбросы

двигателя HCCI-DI: эксперименты и моделирование CFD. Топливо. 2014;

136: 287-294. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.07.042

11. Kiat H, Gan S, Ng J, Mun K. Моделирование сгорания биодизеля в легком дизельном двигателе

с использованием встроенного компактного биодизеля -дизель

механизм реакции.Прикладная энергия. 2013; 102: 1275-1287.

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.06.059

12. Кескинен К., Каарио О, Нуутинен М., Вуоринен В., Кюнш З., Ола Л. и др.

Тип форсунки, давление впрыска и влияние времени впрыска. Энергия. 2016;

94: 542-556. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.09.121

13. Раджак У, Верма Т.Н. Эффект выбросов этилового биодизеля пищевого

и непищевого растительного масла, животных жиров, отработанного масла и спирта в двигателе CI

, преобразование энергии и управление.2018; 166: 704-718.

https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.04.070

14. Rajak U, Verma TN. Биодизель из микроводорослей спирулины — новый возобновляемый источник энергии

, альтернативный источник энергии для двигателя с воспламенением от сжатия, журнал

Cleaner Production, 201: 343-357. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.

2018.08.057

15. Раджак У, Нашин П, Верма Т.Н. Оценка производительности дизельного двигателя

с использованием биодизеля из микроводорослей спирулины.Energy, 2018.

https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.10.098

16. Rajak U, Verma TN. Сравнительная оценка характеристик выбросов

биодизеля первого, второго и третьего поколения в качестве топлива в дизельном двигателе

. Journal of Thermal Engineering, (Accepted Manuscript),

2018.

5 Дизельные двигатели с воспламенением от сжатия | Оценка технологий экономии топлива для легковых автомобилей

лазание и буксировка.Этот атрибут дизельных двигателей CI является преимуществом по сравнению с другими вариантами технологий, которые выгодны только для части рабочего диапазона транспортного средства (например, гибридные силовые агрегаты снижают расход топлива, прежде всего, при движении по городу / городу).

Вывод 5.4: Ожидается, что выявленные усовершенствованные технологические усовершенствования дизельных двигателей CI выйдут на рынок в период 2011–2014 годов, когда на рынок также выйдут усовершенствованные технологические дополнения к бензиновым двигателям SI.Таким образом, между этими двумя системами силовой передачи будет продолжаться конкуренция по расходу топлива и стоимости. В период 2014-2020 гг. Дальнейшее возможное снижение расхода топлива для дизельных двигателей CI может быть компенсировано увеличением расхода топлива из-за изменений двигателя и системы выбросов, необходимых для соответствия более строгим стандартам выбросов (например, LEV III).

Вывод 5.5: На проникновение дизельных двигателей CI на рынок будет сильно влиять как дополнительная стоимость дизельных силовых агрегатов CI по сравнению со стоимостью бензиновых силовых агрегатов SI, так и разница в цене на дизельное топливо по сравнению с бензином.Предполагаемая разница в дополнительных затратах для дизельных двигателей I4 CI базового и улучшенного уровня для замены бензиновых двигателей SI для седанов среднего размера 2007 модельного года колеблется от 2400 долларов (базовый уровень) до 2900 долларов (продвинутый уровень). Для двигателей I4 базового уровня в сочетании с DCT стоимость замены силовой передачи оценивается в 2550–2800 долларов, а для силовых передач I4 повышенного уровня оценивается в 3050–3300 долларов (оба округлены до ближайших 50 долларов). Для среднеразмерных внедорожников 2007 модельного года ориентировочная стоимость замены бензиновых двигателей SI на дизельные двигатели V6 CI базового и расширенного уровня колеблется от 3150 долларов (базовый уровень) до 4050 долларов (расширенный уровень) (оба округляются до ближайших 50 долларов). .Для двигателей V6 CI в сочетании с DCT предполагаемое увеличение стоимости замены силовой передачи V6 CI по сравнению с силовыми передачами SI 2007 модельного года составляет от 3300 до 3550 долларов (базовый уровень), а дополнительные затраты на силовую передачу расширенного уровня составляют от 4200 до 4500 долларов (оба округлены). до ближайших 50 долларов). Эти затраты не включают фактор эквивалента розничной цены.

ССЫЛКИ

Брессион, Г., Д. Солери, С. Сави, С. Деу, Д. Азулай, H.B-H. Хамуда, Л. Дораду, Н.Геррасси и Н. Лоуренс. 2008. Исследование методов снижения выбросов HC и CO в дизельных HCCI. Документ SAE 2008-01-0034. SAE International, Warrendale, Pa.

Дизель Форум. 2008. Доступно по адресу http://www.dieselforum.org/DTF/news-center/pdfs/Diesel%20Fuel%20Update%20-%20Oct%202008.pdf.

DieselNet. 2008. 22 февраля. Доступно на http://www.dieselnet.com/news/2008/02acea.php.

DOT / NHTSA (Министерство транспорта / Национальное управление безопасности дорожного движения).2009. Стандарты средней экономии топлива для легковых и легких грузовиков — модельный год 2011. Номер дела NHTSA-2009-0062, RIN 2127-AK29, 23 марта. Вашингтон, округ Колумбия,

.

Доу. 2009. Доступно по адресу http://www.dow.com/PublishedLiterature/dh_02df/0901b803802df0d2.pdf?filepath=automotive/pdfs/noreg/299-51508.pdf&fromPage=GetDoc.

Duleep, K.G. 2008/2009. Анализ затрат на дизельное топливо и гибридные двигатели: сравнение EEA и Martec, презентация для комитета NRC, 25 февраля 2008 г., обновлено 3 июня 2009 г.

EIA (Управление энергетической информации). 2009a. Легковые дизельные автомобили: характеристики эффективности и выбросов, а также вопросы рынка. Февраль. Доступно по адресу http://www.eia.doe.gov/oiaf/servicerpt/lightduty/execsummary.html.

EIA. 2009b. Цены на дизельное топливо. Доступно по адресу http://tonto.eia.doe.gov/oog/info/gdu/gasdiesel.asp. По состоянию на 9 мая 2009 г. и 5 июня 2009 г.

EPA (Агентство по охране окружающей среды США). 2005. Документ 420-F-05-001. Доступно по адресу http: // www.epa.gov/otaq/climate/420f05001.htm.

EPA. 2008. Исследование потенциальной эффективности транспортных средств, снижающих выбросы углекислого газа. Отчет 420р80040а. Пересмотрено в июне.

EPA. 2009. Обновленная смета расходов на основе данных Агентства по охране окружающей среды США, 2008 г. Электронная переписка комитета с Агентством по охране окружающей среды, 27 и 28 мая.

Hadler, J., F. Rudolph, R. Dorenkamp, ​​H. Stehr, T. Düsterdiek, J. Hilzendeger, D. Mannigel, S. Kranzusch, B. Veldten, M. Kösters, and A. Specht. 2008. Новый Volkswagen 2.Двигатель TDI 0 л соответствует самым строгим стандартам выбросов, 29-го Венского автомобильного симпозиума.

Ивабути, Ю., К. Каваи, Т. Сёдзи и Ю. Такеда. 1999. Испытания новой концепции дизельной системы сгорания — горение с воспламенением от сжатия с предварительным смешиванием. Документ SAE 1999-01-0185. SAE International, Warrendale, Pa.

Йоргл, Фолькер, П. Келлер, О. Вебер, К. Мюллер-Хаас и Р. Конечны. 2008. Влияние конструкции пред-турбокатализатора на характеристики дизельного двигателя, выбросы и экономию топлива.Документ SAE 2008-01-0071. SAE International, Warrendale, Pa.

Канда, Т., Т. Хакодзаки, Т. Учимото, Дж. Хатано, Н. Китайма и Х. Соно. 2005 г. Эксплуатация PCCI с ранним впрыском обычного дизельного топлива. Документ SAE 2005-01-0378. SAE International, Warrendale, Pa.

Келлер П.С., В. Йоргл, О. Вебер и Р. Чарновски. 2008. Компоненты, способствующие созданию экологически чистых дизельных двигателей будущего. Документ SAE 2008-01-1530. SAE International, Warrendale, Pa.

Martec Group, Inc.2008. Переменная стоимость технологий экономии топлива. Подготовлено к альянсу автопроизводителей, 1 июня; с изменениями, внесенными 26 сентября и 10 декабря.

Маттес, Вольфганг, Петер Рашль и Николай Шуберт. 2008. Специально разработанные концепции DeNO x для высокопроизводительных дизельных двигателей. Вторая конференция MinNO x , 19-20 июня, Берлин.

Müller, W., et al. 2003. Селективное каталитическое восстановление — европейская технология восстановления NO x .SAE 2003-01-2304. SAE International, Warrendale, Pa. Myoshi, N., et al. 1995 г. Разработка новой концепции трехкомпонентного катализатора для автомобильных двигателей на обедненной смеси. Документ SAE 95809. SAE International, Warrendale, PA

NRC (Национальный исследовательский совет). 2002. Эффективность и влияние корпоративных стандартов средней экономии топлива (CAFE). National Academy Press, Вашингтон, округ Колумбия,

Пекхэм, Джон. 2003. Как JD Power / LMC рассчитывает 16% долю продаж легковых дизельных двигателей в Северной Америке.Новости дизельного топлива, 13 октября.

Пикетт, Л.М. и Д.Л. Зиберс. 2004. Сгорание дизельного дизельного топлива DI без образования сажи, низкая температура пламени, контролируемое перемешиванием. Документ SAE 2004-01-1399. SAE International, Warrendale, Pa.

Райан Т.В. и Т.Дж. Каллахан. 1996. Воспламенение дизельного топлива от сжатия однородного заряда. Документ SAE 961160. SAE International, Warrendale, PA

Стили, Д., Дж. Джулиано, Дж. Хоард, С. Слудер, Дж. Стори, С. Льюис и М. Ланс. 2008. Выявление и контроль факторов, влияющих на загрязнение охладителя EGR.14-я Конференция по исследованию эффективности дизельных двигателей и выбросов, Дирборн, штат Мичиган,

Tilgner, Ingo-C., T. Boger, C. Jaskula, Z.G. Pamio, H. Lörch и S. Gomm. 2008. Новый материал для сажевых фильтров для легковых автомобилей: сажевые фильтры Cordierite для нового Audi A4 V6 TDI, 17. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik, p. 325.

Super Turbocharging the Direct Injection Diesel Engine

В настоящем исследовании моделируется устойчивая работа дизельного двигателя с непосредственным впрыском (TDI) с турбонаддувом и механизмом изменения передаточного числа, соединяющим вал турбонагнетателя с коленчатым валом.Ключевыми параметрами механизма с регулируемым передаточным числом являются диапазон передаточных чисел, эффективность и инерция, а также возможность управления относительной скоростью и потоком мощности. Устройство получает энергию от коленчатого вала или турбонагнетателя или передает энергию им. Таким образом, помимо поршней двигателя внутреннего сгорания (ДВС), также турбокомпрессор вносит свой вклад в общую механическую мощность двигателя. Подача энергии от коленчатого вала в основном необходима во время резких ускорений, чтобы избежать турбонаддува и увеличить крутящий момент на низких скоростях.На низких скоростях резко увеличивается максимальный крутящий момент, радикально расширяя диапазон нагрузок. Кроме того, приближаясь к точкам работы сбалансированного турбонагнетателя, можно также улучшить как КПД η , определяемый как отношение мощности поршневого коленчатого вала к мощности потока топлива, так и общий КПД η * , определяемый как отношение мощности поршневого коленчатого вала, увеличенной мощности от вала турбонагнетателя, к мощности потока топлива, даже если она минимальна.Подача энергии к коленчатому валу возможна в основном при высоких скоростях и высоких нагрузках, когда в противном случае турбина могла бы быть закрыта впустую, а также во время замедления. Использование энергии в турбине в противном случае приводит к повышению общего КПД преобразования топлива на η * больше, чем КПД η . Гораздо меньшие улучшения достигаются для максимального крутящего момента, опять же, приближаясь к точкам работы сбалансированного турбонагнетателя. Использование гораздо большего турбонагнетателя (целевой рабочий объем x частота вращения на 30% больше, чем у обычного турбонагнетателя), улучшенный выходной крутящий момент и эффективность преобразования топлива η * и η возможны на любой скорости vs.двигатель с меньшим сбалансированным турбонагнетателем. Этот результат мотивирует дальнейшие исследования механизма, который может значительно улучшить традиционные силовые агрегаты на базе дизельных двигателей.

1 Введение

Нагнетатели повышают давление на впуске за счет работы сжатия, снимаемой с коленчатого вала. Полностью теряется энергия выхлопных газов. Турбокомпрессоры повышают давление на впуске за счет энергии выхлопных газов, которые расширяются через коаксиальную турбину за счет повышенного противодавления.

Турбокомпрессоры

обычно более эффективны, чем нагнетатели, и имеют лучшие характеристики во всем диапазоне скоростей и нагрузок. Поскольку нагнетатели приводятся в движение коленчатым валом через механизмы с регулируемым передаточным числом, наддув не зависит от энергии выхлопных газов. В турбонагнетателе наддув зависит от энергии выхлопных газов, поскольку работа в турбине равна работе в компрессоре при равновесной скорости. Обычно турбокомпрессор управляется перепускным клапаном на турбине, который снижает количество энергии, рекуперированной в турбине для работы компрессора.В то время как на высоких скоростях турбина является закрытой, на низких скоростях энергия, доступная в турбине, минимальна, и наддув уменьшается. Отсутствие наддува также наблюдается во время резких ускорений, поскольку энергии турбины недостаточно для выполнения требуемой работы компрессору (турбо-задержка). Таким образом, турбокомпрессор расходует часть рекуперируемой энергии в выхлопе на высокой скорости или во время резких замедлений и не имеет достаточной энергии на турбине во время резких ускорений и на низких скоростях.В нагнетателе вся энергия выхлопных газов теряется.

В то время как в турбонагнетателе скорость вращения может изменяться в широких пределах, в случае нагнетателя скорость компрессора ограничивается характеристиками механизма, соединяющего коленчатый вал с валом компрессора. В нагнетателях помимо центробежных компрессоров также используются объемные компрессоры.

В традиционных турбонагнетателях вал турбонагнетателя не соединен с коленчатым валом, и мощность компрессора идеально сбалансирована мощностью от турбины, при этом перепускной клапан турбины дает возможность контролировать рабочую точку, уменьшая поток через турбину.Если вал турбокомпрессора соединен с коленчатым валом через механизм с изменяемым передаточным числом, это открывает новый мир возможностей, поскольку турбокомпрессор может работать со скоростью, отличной от равновесной, а мощность может подаваться на коленчатый вал или отводиться от него. Это нововведение, которое изучается здесь, направлено на улучшение рекуперации наддува и отходящего тепла и, в конечном итоге, на повышение общей эффективности преобразования топлива и крутящего момента на любой скорости.

Поскольку дополнительная работа турбины может быть собрана на коленчатом валу, турбокомпрессор может быть выбран намного большего размера, чем в традиционной установке турбокомпрессора.

Управление частотой вращения турбонагнетателя и, следовательно, потоком мощности к коленчатому валу или от вала турбонагнетателя, а также повышением давления теперь достигается за счет управления передаточным числом через механизм.

1,1 VanDyne Super Turbocharger

Название супер турбокомпрессор не новинка. VanDyne Super Turbocharger (или SuperTurbo) [1–4] — это турбокомпрессор, соединяющий вал турбокомпрессора с коленчатым валом. Изобретение, указанное в [2], приводит в действие турбокомпрессор до определенной скорости или давления во впускном коллекторе.Когда энергия выхлопных газов обеспечивает больше работы, чем требуется для приведения в действие впускного компрессора, изобретение восстанавливает эту избыточную энергию, чтобы добавить крутящий момент на коленчатый вал. Изменяя передаточное число бесступенчатой ​​трансмиссии (CVT), SuperTurbo в принципе может потреблять энергию от коленчатого вала, работающего как нагнетатель, или передавать энергию коленчатому валу, работающему как турбокомпрессор. Функция нагнетателя SuperTurbo улучшает переходные характеристики двигателя с уменьшенным размером и турбонаддувом, а функция турбонаддува дает возможность извлекать доступную энергию выхлопных газов из турбины, а не открывать перепускной клапан.

В практическом применении ссылки [4] высокоскоростной тяговый привод используется для обеспечения снижения скорости от вала высокоскоростной турбины, в то время как второй тяговый привод обеспечивает бесступенчатое регулирование передаточных чисел через вариатор. Однако передаточное отношение вала турбонагнетателя к коленчатому валу двигателя ограничено. Механизм состоит из зубчатых пар, насоса с наклонной шайбой, рычага управления, электродвигателя, гидравлических линий, но в нем отсутствует современный вариатор, такой как тороидальный вариатор Tototrak [5, 6] или тороидальный вариатор Nissan Extroid [7] для управления. передаточное число и поток энергии между турбонагнетателем и коленчатым валом.

1.2 Нагнетатель с регулируемой скоростью Torotrak

В 2012 году Torotrak предложила технологию наддува с регулируемой частотой вращения [5], позволяющую запускать нагнетатель в широком диапазоне оборотов в минуту и ​​наддува независимо от частоты вращения двигателя. Механизм состоит из вариатора тягового привода (TDV) и эпициклического тягового привода (TDE), которые изменяют скорость центробежного нагнетателя. Механизм получает от двигателя повышающую передачу 3: 1. TDV регулирует передаточное число от 0,35: 1 (понижающая передача) до 2.82: 1 (овердрайв). TDE обеспечивает фиксированное увеличение передаточного отношения 12,67: 1. Механизм может вращать центробежный компрессор от 13,3 до 107,2 оборотов двигателя в бесступенчато регулируемой величине [5]. Вариатор из [5] аналогичен по конструкции тороидальному вариатору, предложенному для чисто механических систем рекуперации кинетической энергии (KERS) F1 [6] на основе маховика. Двунаправленный двойной тороидальный вариатор был ранее предложен Торотраком для F1 KERS [6]. С Torotrak V-Charge [5] скорость компрессора может быть в пределах 4.В 43 и 35,73 раза больше оборотов двигателя. Таким образом, для частоты вращения двигателя 3000 об / мин скорость компрессора может быть изменена между 13 300 и 107 200 об / мин. Передаточное отношение вала турбонагнетателя к коленчатому валу двигателя широкое. Этот вариатор подходит для управления передаточным числом и потоком энергии между турбонагнетателем и коленчатым валом.

1,3 F1 MGU-H

Бензиновый двигатель с прямым впрыском (DI) с турбонаддувом, входящий в состав гибридной электрической трансмиссии, с установленным на валу турбокомпрессора двигателем-генератором типа F1 (MGU-H) был недавно исследован в [8].На рисунке 1 представлена ​​схема турбонагнетателя со стороной компрессора (a) или между компрессором и турбиной (b) со стороны блока двигателя / генератора (b), как это используется в F1, например, Renault или Ferrari в сезоне 2014 года. MGU-H получает или передает энергию в тот же накопитель энергии (ES) гибридного силового агрегата, который включает в себя мотор-генератор на трансмиссии (MGU-K) в дополнение к двигателю внутреннего сгорания (ICE). Подача энергии от ES в основном необходима во время резких ускорений, чтобы избежать турбо-лага и увеличить крутящий момент на низких скоростях.На низких скоростях он также улучшает отношение мощности коленчатого вала двигателя к мощности потока топлива, а также отношение мощности коленчатого вала двигателя плюс мощность вала турбонагнетателя к мощности потока топлива. Подача энергии к ES возможна при высоких скоростях и нагрузках, где в противном случае турбина могла бы быть закрытой, а также во время замедления. Это улучшает соотношение мощности коленчатого вала двигателя и вала турбонагнетателя к мощности потока топлива. Однако в этом случае мощность, подаваемая на вал турбонагнетателя, идет на подзарядку аккумулятора через MHU-H и не поступает непосредственно на колеса.Точно так же мощность, потребляемая от вала турбокомпрессора, вырабатывается при разряде аккумулятора через MHU-H и не влияет на поток мощности к колесам. Поскольку каждое изменение формы энергии, с механической на электрическую, на химическую и наоборот, происходит с КПД менее 100%, чисто механический супер-турбонаддув также имеет преимущества по сравнению с гибридным электрическим супер-турбонаддувом. Эти преимущества рассматриваются здесь для дизельного двигателя, в котором повышение давления не ограничивается детонацией.

Рис.1

Схема турбонагнетателя со стороной компрессора (а) или между компрессором и турбиной (b) со стороны двигателя / генератора, как используется в F1.

2 Предлагаемый супер-турбонагнетатель с широким диапазоном частоты вращения

В предлагаемом нововведении турбонагнетатель увеличенного размера соединен с коленчатым валом через другой механизм изменения передаточного числа. Конструкции да Винчи бесступенчатого вариатора датируются 1490 годом.В 1886 году был подан первый патент на тороидальный вариатор. Конструкция полутороидальной бесступенчатой ​​трансмиссии (CVT), используемая здесь, предлагается во многих статьях, таких как [9]. В этой статье предлагаются геометрические и кинематические величины, силы, крутящий момент и эффективность, контактное давление и смазка полутороидального вариатора. Устройство с регулируемым передаточным числом, аналогичное характеристикам Torotrak V-Charge, может использоваться для запуска турбокомпрессора увеличенного размера в предлагаемом приложении. А 13.В настоящей заявке рассматривается механизм передаточного отношения от 2 до 107,2. CVT должен обеспечивать непрерывное передаточное число переменной скорости от понижающей передачи 1: (2,85) до повышающей передачи (2,85): 1, хотя и имеет тороидальную конструкцию. Конечное передаточное число достигается за счет использования одной или нескольких зубчатых пар с общим передаточным числом 37,6: 1. Этот механизм позволяет передавать на коленчатый вал положительную разницу между работой турбины и компрессора или получать от коленчатого вала отрицательную разницу между работой турбины и компрессора с оптимальной скоростью.Механизм действует в двух направлениях, то есть может передавать мощность на коленчатый вал или от коленчатого вала и турбокомпрессора, и он соединен с валом турбокомпрессора, а не с валом компрессора. Существование продукта — нагнетателя с регулируемой скоростью Torotrack — с бесступенчатой ​​трансмиссией с таким же передаточным числом, как у предлагаемого здесь, является доказательством осуществимости этого устройства.

Рабочая скорость турбонагнетателя — это скорость, которая максимизирует общий выходной крутящий момент на коленчатом валу и общую топливную эффективность. η *, определяемая как отношение мощности поршневого коленчатого вала, увеличенной мощности от вала турбонагнетателя к мощности потока топлива. .В случае традиционного турбонагнетателя работа турбонагнетателя направлена ​​только на максимизацию работы поршня и КПД η , определяемого как отношение мощности поршневого коленчатого вала к мощности потока топлива.

В настоящей работе рассматривается дизельный, а не бензиновый двигатель, как в ссылках [1–4] (или [8]). Турбина может рекуперировать намного больше энергии, чем энергия, необходимая для компрессора, и вносить вклад в общий выходной крутящий момент на коленчатом валу с разницей между работой турбины и компрессора.Точно так же, когда компрессору требуется больше энергии, чем энергия, доступная в турбине, именно эта разница обеспечивается коленчатым валом. Эффективность механизма только весит на разнице между работой компрессора и турбины. При работе турбокомпрессора на более высокой скорости, чем уравновешивающая скорость, компрессор выполняет больше работы, давление на впуске увеличивается, больше воздуха задерживается внутри цилиндра, больше топлива впрыскивается при сгорании, больше работы совершается поршнями, и больше работы совершается выхлопными газами, расширяющимися через турбину.Это увеличивает общий крутящий момент и общую эффективность преобразования топлива.

На рис. 2 представлена ​​схема турбонагнетателя со стороной компрессора CVT для механического соединения с желобными шестернями коленчатого вала (a, b), рассматриваемыми в настоящем исследовании. Здесь рассматриваются варианты компрессора со стороны вариатора для механического соединения с коленчатым валом через двойной тороидальный вариатор и 3 пары шестерен или один тороидальный вариатор с 1 парой зубчатых колес к / от коленчатого вала. Бесступенчатая трансмиссия состоит из входного и выходного диска (дисков) и приводных роликов, с передаточным отношением отношения радиусов входного и выходного контакта.Также может быть добавлено сцепление, чтобы обеспечить сбалансированную работу турбонагнетателя без привязки к скорости двигателя, если / когда это будет сочтено целесообразным. Конструкции бесступенчатой ​​трансмиссии (а) и (b) — это только две из множества возможностей, которые необходимо дополнительно изучить в механической конструкции вала трансмиссии от / до коленчатого вала.

Фиг.2

Схема турбокомпрессора со стороной вариатора компрессора для механического соединения с коленчатым валом через двойной тороидальный вариатор, тороидальный и 3 зубчатые пары (а) или одиночный тороидальный вариатор с 1 зубчатой ​​парой (б).

Механическая система имеет недостатки в упаковке и гибкости по сравнению с электрической системой. Однако его преимущества заключаются в полной механической интеграции, увеличивающей выходную мощность коленчатого вала.

CVT должен обеспечивать непрерывное передаточное число переменной скорости от понижающей передачи 1: (2,85) до повышающей передачи (2,85): 1 посредством тороидальной конструкции, такой как предложенная на рисунке 1 (b). Если r 1 — радиус контакта на входном диске, а r 2 — радиус контакта на выходном диске, (симметричный) тороидальный вариатор работает от r 2 / r 1 = 2.85 по r 1 / r 2 = 2,85. Поскольку поток мощности через вариатор ограничен, конструкция двойного тороидального вариатора, показанная на Рисунке 1 (а), типичная для трансмиссий двигателя или гоночного механического маховика KERS, не требуется. При изменении r 1 / r 2 изменяется относительная скорость турбокомпрессора и компрессора, и, таким образом, наддув и мощность на коленчатый вал или от него.

3 Вычислительный метод

Моделирование рабочих характеристик двигателя (например, хорошо известные из справочников [10, 11], лидеры отрасли в этой области) позволяют рассчитать работу двигателя для заданной геометрии при различных условиях эксплуатации.Точность моделирования повышается за счет применения передового опыта и обширных проверок по сравнению с экспериментами. Настоящее моделирование выполнено для шестицилиндрового дизельного двигателя TDI V с соотношением диаметр цилиндра / ход поршня 0,829, отношение длины шатуна к ходу хода 1,896, степень сжатия 18,5: 1, максимальное отношение давлений через компрессор 4,0, рабочий объем 3,8 литра. Этот двигатель предназначен для гоночных автомобилей, а не для легковых автомобилей.

Критическим аспектом моделирования, в остальном довольно простым, является моделирование горения.Сгорание здесь моделируется с помощью функции дизельного топлива Wiebe, состоящей из табулированных параметров в зависимости от скорости и нагрузки. Скорость горения задается с помощью трехчленной функции Вибе. Константы Вибе должны соответствовать скорости тепловыделения, рассчитанной на основе измеренного давления в цилиндре. Константы Вибе включают в себя: задержку зажигания (задержка в градусах угла поворота коленчатого вала между началом впрыска и началом сгорания), предварительно смешанная фракция (фракция топлива, которая смешивается перед началом сгорания и сгорает предварительно смешанной), хвостовую фракцию (долю топлива, которая ожоги за пределами основного диффузионного ожога), продолжительность предварительно смешанного ожога (продолжительность в градусах угла поворота кривошипа для предварительного ожога), основная продолжительность (продолжительность в градусах угла поворота кривошипа основного диффузного ожога) и, наконец, продолжительность хвостового ожога (продолжительность в градусах угла поворота кривошипа хвостового ожога) изгиб).Модель также требует указания предварительно смешанной экспоненты, главной экспоненты и хвостовой экспоненты. Функция Wiebe для дизельного двигателя представлена ​​в виде таблицы для воспроизведения экспериментальной скорости тепловыделения, рассчитанной на основе давления в цилиндре для базового дизельного двигателя, который работает с другим турбонагнетателем и другими наддувами. Поскольку предполагается, что температура и давление внутри цилиндра увеличатся, это в конечном итоге приведет к более высокой скорости сгорания. Модель аппроксимирует одним эквивалентным событием впрыска тепловыделение более сложного впрыска, состоящего из нескольких фаз, поскольку стратегия впрыска в современных дизельных двигателях с прямым впрыском основана на последовательности событий впрыска.Дальнейшее улучшение точности моделирования возможно только после экспериментов с двигателем.

4 Результаты

Здесь представлены моделирование двигателя с воспламенением от сжатия, работающего с валом турбонагнетателя, соединенным с коленчатым валом с помощью механизма изменения передаточного числа. Турбокомпрессор намеренно увеличен в размерах, а также увеличены размеры портов, диаметров клапанов и подъемников. Турбокомпрессор предназначен для использования с максимальной скоростью x рабочий объем, который на 30% больше нынешнего 3.8 литров × 4500 об. / Мин. Предполагается, что КПД механизма с изменяемым передаточным числом, обеспечивающего передаточное число от 13,3 до 107,2, составляет 90%.

На рисунке 3 представлены карты турбины и компрессора. a) и b) карты компрессора, c) и d) карты турбины. Значения скорректированы на 298 К и 100 кПа. Уменьшенные значения соответствуют формулам:

р п M р е d ты c е d знак равно р п M а c т ты а л Т я п л е т — т о т а л м ˙ р е d ты c е d знак равно м ˙ а c т ты а л ⋅ Т я п л е т — т о т а л п я п л е т — т о т а л

Рис.3

Карта компрессора. Скорость (a) и эффективность (b) в зависимости от степени давления и скорректированного массового расхода. Линии скорости компрессора от 8 644 до 102 000 об / мин. Карта турбины. Скорость (c) и эффективность (d) в зависимости от степени давления и скорректированного массового расхода.

С частотой вращения турбонагнетателя, давлением P, температурой T и массовым расходом. Турбокомпрессор имеет области оптимальной работы, области, где он работает менее эффективно, и области, где он не может работать. Соединение коленчатого вала с помощью механизма переменного передаточного числа позволяет искать оптимальную рабочую точку, изменяя передаточное число и, следовательно, скорость турбокомпрессора в дополнение к другим типичным параметрам управления традиционного турбокомпрессора.

На рис. 4 представлена ​​созданная модель. Вал турбины и компрессора через шестерни соединены с коленчатым валом двигателя. Передаточное число задано различным для каждой частоты вращения двигателя и нагрузки, но одинаково для турбины и компрессора. На максимальной скорости компрессор работает в зоне между линией помпажа с левой стороны и линией дроссельной заслонки с правой стороны для всех значений массового расхода в диапазоне частот вращения двигателя. Компрессорная система, включая вариатор и шестерню, соединяющую вал с коленчатым валом, выбрана таким образом, чтобы расчетные рабочие точки не выходили за пределы линий помпажа и дросселирования.

Виртуальные модели двигателей разработаны с использованием программного обеспечения GT-SUITE [11, 17]. GT-SUITE — это один из ведущих в отрасли инструментов моделирования характеристик двигателя, применяемый производителями оригинального оборудования (OEM), исследовательскими центрами и академическими учреждениями и предлагаемый на многих курсах бакалавриата и магистратуры по автомобильной инженерии. Этот конкретный инструмент существует уже 3 десятилетия. Почти 800 из множества опубликованных статей, посвященных разработке, проверке и применению моделей GT-SUITE разработчиками, перечислены в [17].Рисунок 4 позволяет оценить детали модели. В дополнение к элементам потока, в которых решается зависимое от времени уравнение сохранения массы, импульса, энергии и компонентов, на эскизе также показаны специальные элементы, такие как цилиндры двигателя и форсунки, а также элементы компрессора и турбины, имеющие более сложное определение. . Следует отметить, что компрессор и турбины связаны с коленчатым валом отдельными механическими звеньями. Это требует ручной постобработки результатов, чтобы уменьшить механические потери турбонагнетателя, пропорциональные полезной мощности, подаваемой на турбонагнетатель или от него.Более подробную информацию о моделировании можно найти в [11] и [17].

Кинематическое передаточное число и механический КПД, которые представляют собой потери на трение в зубчатом соединении между коленчатым валом и валом турбонагнетателя, предписываются для каждой рабочей точки нагрузки (BMEP) x скорости. Механический КПД трения также определяется для вала как отношение выходной мощности к входной мощности. Этот параметр также предписывается для каждой рабочей точки нагрузка × скорость.

Аналогично тому, что было сделано в [8], установка модели не позволяет напрямую рассчитать поток мощности к / от коленчатого вала, поскольку только разница между мощностью турбины и компрессора проходит через вариатор и зубчатая пара до коленвала.В [8] только разница между мощностью турбины и компрессора подавалась на MGU-H для зарядки или разрядки батареи. Общая мощность на коленчатом валу, а также вклад поршней и турбонагнетателя корректируются во время постобработки. Если P t — полная мощность турбины, а P c — полная мощность компрессора, тогда Δ P t , c = (P t −P c )> 0, то мощность, передаваемая на коленчатый вал, составляет Δ P t , c η CVT , где η CVT , является КПД вариатора и зубчатой ​​пары.И наоборот, когда Δ P t , c = (P t −P c ) <0, то мощность, потребляемая от коленчатого вала, составляет Δ P t , c / η CVT .

На Рисунке 5 представлены предварительные результаты работы. a) и b) — это степень давлений в компрессоре и турбине, а c) и d) — это соотношение скоростей турбокомпрессор / двигатель и частота вращения турбокомпрессора.e) и f) — отношение мощности турбонагнетателя к общей мощности и общий КПД преобразования топлива η *, отношение мощности на коленчатом валу и валу турбонагнетателя к мощности потока топлива в зависимости от среднего эффективного давления и скорости в тормозной системе.

Фиг.5

Предварительные результаты расчетов, различные рабочие параметры двигателя в зависимости от частоты вращения двигателя в оборотах в минуту и ​​среднего эффективного давления в тормозной системе в барах. Соотношение давлений в компрессоре (а) и турбине (б).Отношение частоты вращения турбокомпрессора к коленчатому валу двигателя (c) и частота вращения турбонагнетателя (d). Отношение мощности турбонагнетателя к мощности коленчатого вала (e) и общий КПД двигателя η * (отношение мощности на коленчатом валу плюс мощность на валу турбонагнетателя к мощности потока топлива) (f).

Максимальная частота вращения турбокомпрессора 150 000 об / мин. При средней нагрузке на любой скорости обеспечивается очень высокая степень сжатия около 4, при этом это отношение лишь минимально снижает, увеличивая скорость двигателя выше 3000 об / мин.При высокой нагрузке максимальная частота вращения турбокомпрессора разрешена выше 1500 об / мин. Только в диапазоне малых нагрузок частота вращения турбокомпрессора может быть чрезмерной.

Это результат предписанного минимального передаточного числа 13,3, поскольку турбокомпрессор, отсоединенный от механизма, мог бы лучше работать ниже этого передаточного числа. Более широкое передаточное число или сцепление могут решить эту проблему.

С традиционным турбонагнетателем максимальный крутящий момент составляет около 3000 об / мин, при очень плохих характеристиках ниже этой частоты вращения двигателя, а максимальная мощность составляет 4500 об / мин.Увеличиваются и максимальный крутящий момент, и максимальная мощность. Широко распространена область с КПД выше 40%, от 15 до 40 бар и от 2000 до 4000 об / мин. При максимальной нагрузке рассматривается λ 1,4.

При частоте вращения выше 4000 об / мин эффективность снижается в основном из-за зависимости трения от скорости и усложнения процесса сгорания (4500 об / мин — это технологический предел для сгорания дизельного топлива с диффузионным регулированием). Ниже 2000 об / мин эффективность снижается, поскольку выхлопные газы не поддерживают более высокие скорости компрессора.Однако КПД по-прежнему выше, чем можно было бы достичь без подачи энергии на вал турбонагнетателя. При частичной нагрузке турбокомпрессор продолжает получать энергию на низких скоростях — средних и высоких нагрузках, а на высоких скоростях — средних и высоких нагрузках турбокомпрессор обычно выдает энергию. Турбонагнетатель вносит значительный вклад в общую мощность двигателя, особенно при высоких скоростях и нагрузках. Для конкретного двигателя и турбонагнетателя дополнительная мощность турбонагнетателя может приближаться к 10% мощности коленчатого вала двигателя.На низких оборотах мощность турбонагнетателя отрицательная, требуя почти 20% мощности коленчатого вала двигателя. Минимальное значение λ для полной нагрузки составляет 1,4. λ увеличивается до 6,5–7, снижая нагрузку до 1 бар BMEP. Поскольку карта передаточного отношения не полностью оптимизирована, дальнейшие улучшения в общей карте эффективности преобразования топлива все еще возможны.

Не показан в статье, предлагаемый двигатель с автономным турбонагнетателем увеличенного размера (не соединенным с коленчатым валом через шестерню и вариатор) имеет очень низкий крутящий момент и очень низкую эффективность преобразования топлива в диапазоне низких оборотов.В предлагаемом устройстве крутящий момент на низкой скорости увеличивается до значений средней скорости, рис. 5f, в то время как эффективность лишь незначительно снижается при снижении скорости с 2000 до 1000 об / мин.

На рис. 6, наконец, представлена ​​мощность, подаваемая на коленчатый вал от вала турбокомпрессора (положительное значение для работы турбины больше, чем для работы компрессора), плюс отношение радиусов впуска и выпуска в вариаторе. Мощность максимальная при высоких скоростях и нагрузках и минимальная при низких скоростях и средних и высоких нагрузках. Передаточное число CVT максимально при низкой скорости и средних и высоких нагрузках и минимально при низких нагрузках.Он также уменьшается за счет увеличения скорости. Эти данные являются рабочими входными данными, необходимыми для проверки механической правильности конструкции вариатора.

Фиг.6

Предварительные результаты расчетов в зависимости от частоты вращения двигателя в об / мин и среднего эффективного давления в тормозной системе в барах. Мощность на валу турбокомпрессора (а) и передаточное число (или отношение радиусов впуска к выпускному) на вариаторе (b).

5 Обсуждение и заключение

Здесь предлагается супертурбонагнетатель, соединяющий вал турбонагнетателя с коленчатым валом через вариатор и шестерню.Этот супертурбонагнетатель отличается от системы VanDyne, где вал турбонагнетателя соединен с коленчатым валом через шестерню, или нагнетателя с регулируемой скоростью Torotrak, где вариатор и шестерня соединяются с коленчатым валом только валом компрессора.

Предлагаемое нововведение позволяет достичь максимального среднего эффективного давления в тормозах 40 бар в дизельном двигателе на обедненной смеси с минимальным давлением λ 1,4. Нововведение обеспечивает высокий наддув на любой скорости, а также высокую эффективность преобразования топлива, превышающую 40%, на большей части графика нагрузки x скорости, отсутствие турбо-лага и снижение потерь тепла выхлопных газов.

Нововведение включает теоретически готовые компоненты (конечно, турбокомпрессор, что еще более сомнительно, устройство с регулируемым передаточным числом).

Результаты расчетов должны быть проверены во время экспериментов с двигателем.

Что касается тепла выхлопа двигателя-генератора типа F1 (MGU-H), соединяющего вал турбонагнетателя с тяговой батареей, такой как [8], то предлагаемая конструкция имеет значительное преимущество, заключающееся в подаче энергии на коленчатый вал, а не на батарею, тем самым увеличивая мощность двигателя в остальном не изменилась.С точки зрения эффективности чисто механическое соединение лучше, чем преобразование механической энергии в электрическую, затем химическую, затем обратно в электрическую и, наконец, в механическую энергию, как в MGU-H в стиле F1. Предлагаемое нововведение превосходит MGU-H типа F1 [8] как по мощности двигателя, так и по эффективности преобразования топлива и не требует гибридной электрической силовой передачи.

Этот результат мотивирует дальнейшие исследования механизма, который может значительно улучшить традиционные силовые агрегаты на базе дизельных двигателей.

Утверждение об электрическом MGU-H в стиле F1 следует из того факта, что предложенный механизм передает или получает энергию непосредственно от или к коленчатому валу без какого-либо преобразования энергии. В MGU-H типа F1 турбокомпрессор подает или получает энергию от накопителя энергии, батареи, или получает ее, с преобразованием механической энергии в электрическую, а затем в химическую энергию или преобразованием химической энергии в электрическую, а затем в механическую. энергия, с эффективностью каждого процесса преобразования энергии все, кроме единства.Кроме того, в то время как в предлагаемом устройстве турбонагнетатель передает дополнительную энергию, в конечном итоге доступную для коленчатого вала, и, следовательно, увеличивает чистую выходную мощность двигателя, в MGU-H типа F1 дополнительная мощность турбонагнетателя направляется в накопитель энергии, который может быть разряжен путем подачи энергия поступает в турбонагнетатель, когда баланс энергии восстанавливается, или на колеса через MGU-K системы рекуперации кинетической энергии, в этом случае снова возникают проблемы с преобразованием энергии. Хотя турбокомпрессор увеличенного размера имеет смысл с предлагаемым механическим соединением вала турбокомпрессора с коленчатым валом, нет никаких оснований использовать турбокомпрессоры увеличенного размера с электрическим MGU-H.

С максимальной эффективностью преобразования топлива в диапазоне от 40% для легковых автомобилей и выше 50% для грузовиков большой грузоподъемности и незначительными потерями эффективности в большей части диапазона нагрузок традиционные силовые агрегаты с дизельными двигателями превосходят всех других конкурентов. для экономии топлива по сравнению с реальными условиями вождения, с возможностью использования механической или электрической системы рекуперации кинетической энергии, необходимой для тяжелых городских условий вождения, характеризующихся частыми запусками и остановками [12].

Что касается выбросов оксидов азота, ахиллова пята дизельного двигателя, работающего на обедненной смеси, все еще не имеющего дополнительной обработки, которая может конкурировать с трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором стехиометрического бензина, следует отметить, что различные альтернативы массового транспорта следует сравнивать с все соответствующие критерии, экологические, экономические и рабочие характеристики, на протяжении всего жизненного цикла транспортного средства, включая производство, эксплуатацию, техническое обслуживание и утилизацию, а также с помощью объективных испытаний [13].

В дополнение к дальнейшему развитию доочистки, образование оксидов азота также может быть уменьшено за счет использования прямого впрыска воды [14–16] в дополнение к рециркуляции выхлопных газов, поскольку эта мера может не только снизить тенденция к детонации и ограничению потерь тепла в бензиновых двигателях, а также к снижению температуры дымовых газов там, где / когда это необходимо, в дизельном топливе с обедненным сжиганием.

Эта статья — лишь еще один пример того, что еще есть значительные запасы для улучшения двигателя внутреннего сгорания.Если политически будущее двигателя внутреннего сгорания находится под угрозой [13], поскольку электромобиль предлагается для массовой мобильности до того, как будут решены проблемы с аккумулятором и производство возобновляемой электроэнергии, технически все еще нет лучшего варианта, чем внутренний двигатель внутреннего сгорания, при этом все еще возможны значительные улучшения в конструкции двигателя внутреннего сгорания и в гибридизации трансмиссии.

BMEP

среднее эффективное давление тормоза

Вариатор

Бесступенчатая трансмиссия

ЛЕД

двигатель внутреннего сгорания

KERS

система рекуперации кинетической энергии

МГУ-Н

Мотор-генератор тепла выхлопных газов

МГУ-К

мотор-генератор кинетической энергии

η

мощность на коленчатом валу vs.мощность потока топлива

η *

зависимость выходной мощности на коленчатом валу и валу турбонагнетателя от мощности потока топлива

λ

относительное соотношение воздух-топливо

Ссылки

[1] VanDyne, E.A. и Вагнер Р., Компания Woodward Governor Company, 2008. Презентация супертурбокомпрессора.На конференции DEER, Детройт (Мичиган), август. energy.gov/sites/prod/files/2014/03/f8/deer08_vandyne.pdf Поиск в Google Scholar

[2] Ван Дайн, Э. и Гендрон, Т.А., Woodward Governor Company, 2009. Супер-турбонагнетатель. Патент США 7,490,594. Поиск в Google Scholar

[3] Chadwell, C.J. and Walls, M., 2010. Анализ уменьшенного двигателя с супертурбированным двигателем с использованием одномерного CFD-моделирования. Технический документ SAE № 2010-01-1231. Искать в Google Scholar

[4] Riley, M.B., VanDyne, E.и Браун, Дж. У., Vandyne Superturbo, Inc., 2015. Супертурбонагнетатель с высокоскоростным тяговым приводом и бесступенчатой ​​трансмиссией. Патент США 9, 217, 363. Искать в Google Scholar

[5] www.enginelabs.com/news/inside-look-variable-speed-supercharging-technology/ Искать в Google Scholar

[6] Cross, D. и Brockbank, C., 2009. Механическая гибридная система, включающая маховик и вариатор для автоспорта и основных автомобильных приложений, технический документ SAE No.2009-01-1312. 10.4271 / 2009-01-1312 Искать в Google Scholar

[7] www.nissan-global.com/PDF/tcvt_e.pdf Искать в Google Scholar

[8] Boretti, A., 2017. F1 style MGU-H применяется к турбокомпрессору бензинового гибридного легкового электромобиля, Нелинейная инженерия, 10.1515 / nleng-2016-0069. Поиск в Google Scholar

[9] Карбоне, Г., Мангиаларди, Л. и Мантриота, Г., 2004. Сравнение характеристик полнотороидальных и полутороидальных тяговых приводов. Теория механизмов и машин, 39 (9): 921–942.10.1016 / j.mechmachtheory.2004.04.003 Поиск в Google Scholar

[10] www.software.ricardo.com/Products/WAVE Поиск в Google Scholar

[11] www.gtisoft.com/gt-suite-applications/ propulsion-systems / gt-power-engine-Simulation-software / Поиск в Google Scholar

[12] Боретти, А., 2010, Сравнение топливной экономичности высокоэффективных дизельных и водородных двигателей, приводящих в движение компактный автомобиль с кинетической системой на основе маховика. системы рекуперации энергии, Международный журнал водородной энергетики 35 (16): 8417–8424.10.1016 / j.ijhydene.2010.05.031 Поиск в Google Scholar

[13] Боретти А., 2017, Будущее двигателя внутреннего сгорания после «дизельных ворот», Техническая статья SAE № 2017-28-1933. Поиск в Google Scholar

[14] Boretti, A. (2011), Стехиометрические измерения с закачкой воды, Международный журнал по водородной энергии 36: 4469–4473.10.1016 / j.ijhydene.2010.11.117 Поиск в Google Scholar

[ 15] Боретти А., Осман А. и Арис И. (2011), Прямой впрыск водорода, кислорода и воды в новый двухтактный двигатель, Международный журнал по водородной энергии 36: 10100–10106.10.1016 / j.ijhydene.2011.05.033 Искать в Google Scholar

[16] Боретти, А. (2013), Впрыск воды в двигатели с искровым зажиганием с прямым впрыском, с турбонаддувом, Applied Thermal Engineering, 52 (1): 62–68.10.1016 /j.applthermaleng.2012.11.016 Искать в Google Scholar

[17] Gamma Technologies LLC, «GT-SUITE Publications». https://www.gtisoft.com/gt-suite/publications, 2015 (по состоянию на 15 октября 2015 г.). Искать в Google Scholar

Поступила: 20.11.2016

Принято к печати: 2017-8-10

Опубликовано в сети: 16.09.2017

Опубликовано в печати: 2018-3-26

© 2017 Walter de Gruyter GmbH, Берлин / Бостон

Эта статья распространяется в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution, которая разрешает неограниченное некоммерческое использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

Разберитесь в характеристиках дизельного двигателя

Ларри Йорк, президент Frontier Power Products

Обзор

Попытка провести осмысленное сравнение типов двигателей может сбивать с толку. Помимо обычного использования двух (или более) единиц измерения для каждой спецификации, часто существует несколько оценок для каждой модели двигателя. Для многих приложений, таких как морские и генераторные установки, предлагаются специальные характеристики, которые предназначены специально для конкретного использования.На эти специальные рейтинги обычно накладываются ограничения.

Таблица преобразования

«Метрификация» единиц измерения кажется почти универсальной. В большинстве листов спецификаций указаны как S.I., так и более старые меры SAE. Существует множество легко доступных таблиц преобразования, которые обеспечивают простой перевод общих единиц, используемых для описания спецификаций дизельных двигателей. Хотя эта статья не предназначена для использования в качестве таблицы преобразования, ниже преобразованы несколько общих единиц измерения двигателя.

  • л.с. × 0,746 = кВт · м (кВт · м × 1,34 = л.с.)
  • фунт-фут × 1,356 = Н · м (Н · м × 0,738 = фунт-фут)
  • фунт-фут × 1,38 = кг-м (кг-м × 1,233 = фунт-фут)
  • 1 галлон США / час = 3,785 литра / час (1 литр / час = 0,264 галлона США / час)
  • 1 британский галлон / час = 4,546 л / час (1 литр дизельного топлива №2 весит 0,85 кг (приблизительно))
  • галлона дизельного топлива № 2 (США) весит 7,1 фунта. (приблизительно) (1 британский галлон дизельного топлива № 2 весит 8,7 фунта (приблизительно))

л.с. = лошадиные силы
кВтм = киловатты (механические)
Н · м = ньютон-метр

Примечание. При любом сравнении важно использовать одни и те же базовые критерии.Например, до тех пор, пока каждый двигатель расходует один и тот же вес на единицу топлива, сравнительные характеристики будут значимыми.

Мощность

Несмотря на «метрификацию», дизельные двигатели часто называют их мощностью в лошадиных силах. Метрическое сравнение — киловатты (кВт). До недавнего времени в Северной Америке мощность двигателя измерялась в лошадиных силах, а электрическая мощность — в киловаттах. Это может привести к некоторой путанице, когда двигатель требуется для привода генераторной установки.Механическая мощность двигателя в киловаттах (кВт · м) не учитывает потери эффективности в генераторе или, возможно, другие паразитные потери, такие как охлаждающий вентилятор, до электрической мощности генератора, измеряемой в электрических киловаттах (кВт-экв). Киловатт (электрический) — это мощность, доступная на клеммах генератора. Как и в случае номинальной мощности двигателя, может быть три или более номинальных мощности генератора (непрерывный, основной и резервный) в зависимости от предполагаемого использования машины.

Существует несколько распространенных методов оценки промышленных и судовых дизельных двигателей.Нет ничего необычного в том, чтобы увидеть пять различных значений выходной мощности для одной и той же модели двигателя. Рейтинги могут быть выполнены в соответствии со стандартами «DIN», «SAE» или JIS (три руководящих органа). По сути, наиболее важным фактором является предполагаемое использование двигателя. Определите, какой номинал вам нужен для предполагаемого обслуживания двигателя, и попросите выразить мощность двигателя в л.с. или кВт · м наиболее подходящими терминами. Все производители, предлагающие несколько номинальных мощностей, также предлагают рекомендации по использованию двигателя с разными номинальными мощностями.

Пример этого может быть проиллюстрирован следующими образцами кривых. Горизонтальная ось показывает частоту вращения двигателя в оборотах в минуту (об / мин), а вертикальная ось указывает мощность как в кВт · м, так и в л.с. Показаны две кривые и указаны стандарты испытаний (ISO 3046). Обычно эти кривые называют «непрерывными» (самый низкий выход) и «прерывистыми» (верхняя кривая).

При равных или лучших условиях, чем условия испытаний по топливу, температуре окружающей среды и высоте, этот двигатель мог бы обеспечить пользователя любой выходной мощностью, показанной на любой из указанных скоростей.

Пожалуй, нигде нельзя найти более «эластичных» характеристик, чем для высокоскоростных судовых двигателей. Одна из причин этого заключается в том, что использование судовых дизелей может варьироваться от полной мощности, «круглосуточно без выходных», до высокоскоростных судов с очень прерывистой работой. Кроме того, в судовых двигателях можно использовать морскую воду для дополнительного охлаждения всасываемого воздуха с турбонаддувом, что позволяет эффективно сжигать больше топлива. Судно, как и любое другое использование, требует от покупателя четко указать характер использования судна.

Так почему бы не купить максимально возможную мощность двигателя? Ответ — срок службы двигателя (для получения дополнительной информации о сроке службы двигателя см. Как долго прослужит (морской) дизельный двигатель?).Двигатели имеют расчетный срок службы при заданной выходной мощности. При выборе двигателя необходимо учитывать сервисный фактор приложения. Например, от водяных насосов может потребоваться работа с заданной выходной мощностью в течение длительных периодов времени. Это «непрерывное» приложение. Щеточный измельчитель, как правило, работает только в течение коротких периодов времени, когда материал подается через лезвия. Это прерывистый режим работы. Есть и специальные приложения. Пожарные насосы, высокоскоростные аварийные суда и т.п. могут иметь кривые, которые предназначены только для их конкретного применения.

Двигатели

изначально предназначены для оказания услуги или некоторого набора услуг. Например, «автомобильные» двигатели обычно представляют собой компактные и легкие двигатели, предназначенные для использования в транспортных средствах. В двигателе могут использоваться более легкие и менее прочные компоненты, чем в двигателе, предназначенном для использования в тяжелом оборудовании или коммерческих морских приложениях. Автомобильные производные двигатели могут по-прежнему предлагать «непрерывную» номинальную мощность в лошадиных силах, но расчетный срок службы двигателя может быть значительно меньше, чем у более тяжелого двигателя промышленного типа.Наиболее распространенными «ключами» к надежности являются кубический объем двигателя и частота вращения, при которой он развивает свою мощность.

В этом нет правильного или неправильного. Если приложение является автомобильным, для этой цели создан двигатель автомобильного типа, который должен обеспечивать достаточный срок службы. Если бы применение было тяжелым промышленным, двигатель автомобильного типа применялся бы неправильно и не обеспечивал бы разумный срок службы.

Существуют таблицы, в которых приведены рекомендации по двигателям, используемым в различных службах.Производители двигателей публикуют информацию о применении, и многие производители оборудования также предоставляют информацию о требованиях к входной мощности. Эта информация и представление о количестве необходимых часов обслуживания помогают определить, какой двигатель «подходит» для работы.

Это компромисс между выходной мощностью и сроком службы двигателя. Ключом к удовлетворительному опыту работы с двигателем является определение предполагаемого использования и выбор двигателя и номинальной мощности, которые должны обеспечивать необходимое количество часов службы .

Крутящий момент и увеличение крутящего момента

лошадиных сил — это скорость выполнения работы. Крутящий момент — это «вращающая сила в механизме» согласно словарному определению. Эти два параметра связаны (крутящий момент фунт-фут = л.с. X 5252 / об / мин), но крутящий момент часто понимается неправильно. Поскольку существует фиксированная зависимость между л.с. (или кВт · м) и крутящим моментом, два двигателя, имеющие одинаковую мощность при одинаковых оборотах, будут иметь одинаковый крутящий момент. Однако при работе два двигателя могут работать по-разному. Причина этого в том, что у них может быть очень разный крутящий момент.Поэтому они по-разному реагируют на требования нагрузки.

Длина хода поршня, количество цилиндров, масса вращения и другие факторы влияют на увеличение крутящего момента. Новые двигатели с электронным управлением способны обеспечивать характеристики крутящего момента, которые не могут быть достигнуты с помощью механического управления подачей топлива.

Кривые мощности двигателя

в лошадиных силах часто также показывают кривую крутящего момента или «понижающий крутящий момент». Эта кривая показывает величину крутящего момента, доступного от двигателя при приложении нагрузки, превышающей номинальный крутящий момент двигателя при рабочих оборотах.Разница в крутящем моменте при номинальных оборотах и ​​максимальном или пиковом крутящем моменте называется «нарастанием крутящего момента». Обычно выражается в процентах. (Пиковый крутящий момент — номинальный крутящий момент / номинальный крутящий момент = нарастание крутящего момента X 100)

В этом случае номинальный крутящий момент составляет 477 фунт-фут. а максимальный крутящий момент составляет 657 фунт-фут. @ 1200 об / мин. Увеличение крутящего момента составляет: 657 — 477, деленное на 477 = 38%.

Обратите внимание, что, хотя есть две кривые мощности, непрерывная и прерывистая, отображается только прерывистая кривая крутящего момента.Предполагается, что если двигатель «понижен» (частота вращения снижается из-за нагрузки), то двигатель будет работать на своей прерывистой кривой номинальных значений. Кривые крутящего момента обычно доступны для любых опубликованных значений мощности в лошадиных силах.

На практике все это означает, что во многих случаях двигатель с большим увеличением крутящего момента будет выполнять свою работу быстрее. Он будет казаться более мощным и отзывчивым. Эта разница будет очень очевидна в приложениях, где двигатель обычно понижает свою номинальную скорость под нагрузкой.Примерами этого являются буровая установка, поднимающая колонну штанг, шлифовальный станок, обрабатывающий пень, или погрузчик, копающийся в скалистом берегу. Даже приложения, которые обычно не считаются чувствительными к увеличению крутящего момента, такие как генераторные установки и судовые двигатели, при некоторых условиях могут выиграть от хороших характеристик увеличения крутящего момента. (Например, вытягивание тяжелой траловой сети, противодействие току или запуск двигателя.)

Крутящий момент и увеличение крутящего момента являются очень важными факторами во многих приложениях, особенно в тех, где двигатель регулярно понижает свою номинальную скорость из-за воздействия нагрузки.Большее увеличение крутящего момента позволяет двигателю работать с более высокими оборотами в минуту. под нагрузкой и тем самым быстрее выполнит свою работу. В экстремальных условиях недостаточный рост крутящего момента не позволит двигателю принять нагрузку, и он заглохнет.

Можно многое добавить к важности крутящего момента. «Спад» и «изохронный» управляющий, электронный или механический контроль и другие факторы входят в аспекты, которые необходимо учитывать. Опять же, если предполагаемое использование ясно, лучший вариант обычно будет очевиден.

Расход топлива

По уважительной причине люди часто хотят знать, сколько топлива будет потреблять их двигатель. Топливо — это, безусловно, самая большая стоимость в течение срока службы большинства двигателей. Кажущаяся небольшая разница в расходе топлива может обеспечить большую экономию в течение срока службы двигателя. Есть приложения, в которых затраты на двигатель или генераторную установку можно окупить в течение относительно короткого периода времени, просто правильно подобрав агрегат для нагрузки.

Производители двигателей публикуют кривые расхода топлива.Эти кривые обычно сертифицированы как правильные в узких пределах с учетом определенных факторов, таких как минимальное цетановое число и приемлемые условия окружающей среды. Проверка расхода топлива обычно проводится по массе израсходованного топлива за известный период времени при известной выходной мощности. Результаты испытаний могут быть опубликованы по весу или могут быть переведены в объем.

Многие производители также публикуют данные о расходе топлива при частичной загрузке. Это может быть очень важная информация, так как большинство двигателей не всегда работают на полной мощности.Из-за потери эффективности при сгорании расход топлива при частичной нагрузке не является «линейным». То есть при 50% -ной нагрузке не будет потребляться 50% от расхода топлива при полной нагрузке. В некоторых случаях различия в показателях расхода топлива при частичной нагрузке могут быть весьма значительными при сравнении от модели двигателя к модели.

Современные дизельные двигатели, особенно двигатели с электронным управлением, очень эффективны с точки зрения полезной энергии, производимой для израсходованного топлива. Однако любой двигатель необходимо правильно использовать, чтобы обеспечить экономичное и надежное обслуживание.

Единственный способ точно предсказать расход топлива — это знать, какой будет нагрузка на двигатель. Правильный выбор двигателя имеет решающее значение. Слишком большая мощность для нагрузки приведет к плохой экономии топлива (и другим проблемам). Слишком низкая мощность приведет к сокращению срока службы двигателя.

Во многих случаях можно использовать кривую расхода топлива, чтобы найти наиболее экономичный источник энергии.


Вот пример того, что можно найти, глядя на кривые расхода топлива.

Диаграмма «A» показывает кривую мощности в лошадиных силах для тяжелых условий эксплуатации для двигателя мощностью 250 л.с. @ 2200 об / мин. Диаграмма «B» иллюстрирует кривую мощности двигателя мощностью 225 л.с. (непрерывный) при 2400 об / мин.

Если бы мы хотели приводить в действие водяной насос мощностью 220 л.с. мы могли бы запустить двигатель «А» на скорости 1600 об / мин и выбрать водяной насос с крыльчаткой, настроенной в соответствии с этим числом оборотов в минуту. Ожидаемая мощность двигателя:
— 220 л.с. x 0,32 фунта = 70,4 фунта / час или 9.86 галлонов США (37,47 литра)

Двигатель «B» должен был бы работать со скоростью 2200 об / мин, чтобы обеспечить нам непрерывную 220 л.с. Его расход топлива составит:
— 220 л.с. x 0,35 фунта = 77,0 фунта / ч или 10,85 галлона США (41,23 литра)

Разница в расходе топлива составляет всего 0,03 фунта на лошадиную силу в час. Однако, если насос проработает 2500 часов в год (48 часов в неделю), экономия топлива составит 2 475 галлонов США (9 405 литров). Это означает огромную экономию эксплуатационных расходов в течение ожидаемого срока службы двигателя.

Оставаясь с нашим примером «A» и «B», можно было бы ожидать, что для получения такой же постоянной мощности при более низких оборотах двигателя потребуется двигатель большего объема.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.