ДооборудТюнТрансСред_Конспект лекций_2012

тем не менее, на солярке с чересчур большим периодом задержки самовоспламенения он работает слишком жестко, его детали испытывают повышенные нагрузки и быстрее изнашиваются.

Воспламеняемость дизельного топлива оценивают по величине цетанового числа (ЦЧ). Между цетановым числом солярки и октановым числом бензина нередко проводят параллели, что, может быть, не совсем корректно технически, зато возвращает ЦЧ значение, утерянное в связи с тем, что эта важнейшая характеристика качества солярки не используется в обозначении марок дизельноготоплива, в отличие от маркировки бензинов, где, как говорилось выше, величина ОЧ указывается в обязательном порядке. Буквенные же индексы (Л – летнее дизтопливо, З – зимнее и А – арктическое), применяемые для обозначения сорта солярки, определяют температурно-сезонные пределы использования горючего для дизелей и к величине цетанового числа имеют лишь косвенное отношение.

Говорить о сходстве ЦЧ и ОЧ можно еще и потому, что аналогично октановому числу оценка дизельного топлива по цетановому числу основана на сравнении солярки со смесью, состоящей из двух углеводородов. В случае с дизтопливом в качестве эталонных химических веществ выступают цетан и aльфа-метилнафталин. Цетан отличается высокой расположенностью к самовоспламенению, альфа-метилнафталин, напротив, плохой. Соответственно, ЦЧ цетана принимается равным 100 единицам, а альфа-метилнафталина – нулю. Цетановое же число смеси этих двух веществ выражают в объемных процентах содержащегося в ней цетана, и характеризует этот параметр, разумеется, способность смеси к самовоспламенению. Когда говорят, что ЦЧ солярки равно 40, это значит, что период задержки воспламенения данного топлива такой же, как у смеси, состоящей из 40% цетана и 60% альфа-метилнафталина. Чем выше цетановое число, тем короче задержка воспламенения.

В летний период эксплуатации дизель нормально запускается и плавно работает на топливе с цетановым числом 40 – 45 единиц. Для зимы желательно использование солярки с увеличенным на 5 – 10 единиц цетановым числом. Дальнейшее увеличение ЦЧ нецелесообразно, так как ведет к повышению удельного расхода топлива и дымности отработанных газов. Согласно стандартам, действующим в странах СНГ в отношении выпускаемого промышленностью дизтоплива, ЦЧ любой марки солярки – зимней, летней или арктической – должно быть не менее 45. Вероятно, по этой причине величина ЦЧ не отражается в маркировке дизельного топлива. Для сравнения: в Финляндии и Швеции, странах с близкими к нам климатическими условиями, для дизтоплива принято цетановое число на уровне 48 – 49 единиц.

ЦЧ солярки можно увеличить добавлением присадок – препаратов на основе органических перекисей, а также алкилнитратов. Однако, учитывая, что при «переборе» ЦЧ растет расход топлива и тем самым «улетучивается» экономическая привлекательность дизеля, рациональным является использование присадок, увеличивающих ЦЧ не более чем на 3 –

111

5 единиц. Следует знать, что практикуемое некоторыми автомобилистами в зимний период разбавление дизтоплива керосином или бензином, расширяя температурный предел использования летнего сорта солярки, в то же время снижает ЦЧ получаемой смеси. Более грамотное решение проблемы – использование антигелевых присадок, которые улучшают низкотемпературные свойства топлива, но на цетановое число не влияют либо несколько увеличивают его, что для зимней эксплуатации дизеля – полезно.

В случаях, когда прирост мощности и момента требуется только на

двигателя, переделку его узлов и агрегатов. Это, в свою очередь, снижает ресурс двигателя, либо ведет к очень дорогостоящим заменам таких частей, как блоки цилиндров, поршни, шатуны, коленчатый и распредвалы, клапаны и т.д. Нитрооксидная система (НОС) включается по желанию водителя, а все остальное время двигатель работает в своем обычном режиме без дополнительных нагрузок и расхода топлива.

Плотность закиси азота примерно на 50% больше плотности воздуха. Кислорода в ней содержится примерно 36 %, против 21% в атмосфере, т. е. при разложении закиси выделяется в 1,7 раза больше кислорода, чем его находится в том же объеме воздуха. Чтобы подать необходимую для мгновенного ускорения порцию закиси в цилиндры, не нужна турбина или приводной компрессор – достаточно пустить сжиженный газ из баллона во впускной коллектор. Что и делают при разгоне, открывая клапан газовой магистрали посредством дистанционного привода.

Попав в двигатель, молекулы закиси азота под действием высоких температур распадаются на азот и кислород, и этот самый высвободившийся кислород позволяет бензину сгорать эффективнее. Давление в цилиндре повышается, и как результат – повышение мощности. А высвободившийся азот работает как антидетонатор, не давая процессу горения идти лавинообразно.

Закись азота также увеличивают плотность топливно-воздушной смеси. Подающаяся в состав смеси в виде сжиженного газа закись азота приводит к ее немедленному охлаждению, т.к. температура испаряющегося сжиженного газа всегда на несколько порядков ниже

112

температуры окружающей среды. А, как известно, более холодная и более плотная смесь лучше горит и производит больше мощности.

Существуют три типа систем закиси азота: сухая, мокрая и система прямого впрыска (direct port):

Сухая система является самой дешевой и простой, закись подается одной форсункой в коллектор. Система неуправляема, её можно только включить и выключить. Под карбюратор или в коллектор за воздушным фильтром (у впрысковых моторов) врезается дополнительная форсунка для подачи закиси. Впрыск топлива осуществляется как обычно. При этом при подаче закиси азота нужно подать и больше горючего, иначе смесь обеднится и возникнет нежелательная детонация, которая вполне может привести к поломке двигателя. Так как впрыском управляет бортовой компьютер, то необходимо либо перенастраивать его, увеличивая продолжительность открытия форсунок, либо повышать давление в топливной магистрали.

В мокрой нитро-системе закись подаётся также как в сухой, но дополнительно происходит подача топлива с помощью отдельной форсунки, что позволяет избегать появления детонации и достичь максимальных показателей для этого типа впрыска. Объем закиси азота и топлива выверяется компьютером нитрос-системы, что делает это устройство более самостоятельным и удобным в управлении. Единственная сложность в том, что к такой системе приходится проводить дополнительную топливную магистраль. Такие системы особо подходят для наддувных моторов.

- Третий тип систем впрыска закиси азота – это системы прямого впрыска. Здесь для каждого цилиндра предусмотрена отдельная форсунка, которая по команде распределительного блока смешивает и отмеряет необходимое количество закиси азота и топлива. Таким образом, существует возможность контролировать соотношение закись азота/топливо для каждого цилиндра индивидуально. Это самый мощный и один из самых точных типов систем. Системы прямого впрыска являются еще и самыми сложными в установке. В связи с этим, а также с их высокой мощностью эти системы применяются в основном на гоночных автомобилях.

Главным недостатком системы является повышенные температуры процесса, что приводит к оплавлению поршней двигателя, то есть необходимо устанавливать относительно не мощную НОС. При правильном выборе НОС для данного двигателя, например для 4-х цилиндрового двигателя, получают дополнительные 40 – 60 л.с.; для шестицилиндрового двигателя получают прибавку в диапазоне 75 – 100 л.с.; для малого блока V8 – до 140 л.с.; для большого блока V8 – 200 л.с. Эта рекомендуемая прибавка мощности, позволяющая оставить механику двигателя без доработки.

Для получения больших значений необходимо тюнинговать весь двигатель. Сначала необходимо заменить шатунно-поршневую группу.

113

При этом используются кованые поршни вместо штатных из-за возросшей нагрузки на двигатель. Далее следует замена коленчатого вала и настройка системы зажигания. Также необходимо использовать качественное топливо или специальный гоночный бензин. Часто требуется установка топливного насоса повышенной мощности и более холодных свечей зажигания.

Если вы хотите добиться качественного результата, необходима не только установленная система закиси азота, но и доработка двигателя, усиление его механизмов для работы в критических режимах. Это включает в себя следующее: установка спортивной шатунно-поршневой группы и холодных свечей, замене коленвала и распредвалов, доработка зажигания и замена топливного насоса, замена головки цилиндров на головку, предназначенную для работы в более жестких условиях. Система закиси азота достаточно требовательна к топливу. Поэтому бензин желательно использовать либо АИ-98, либо спортивный.

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания – совокупность устройств, обеспечивающих подвод охлаждающей среды к нагретым деталям силового агрегата и отвод от них в атмосферу лишней теплоты, которая должна обеспечивать наивыгоднейшую степень охлаждения и возможность поддержания в требуемых пределах теплового состояния двигателя при различных режимах и условиях работы. Она должна быть рассчитана на отвод

значительного количества теплоты. Это достигается установкой нескольких радиаторов или одного, большего размера, а у двигателей с воздушным охлаждением – увеличением потока охлаждающего цилиндры воздуха. В зависимости от уровня форсирования двигателя может потребоваться и эффективное охлаждение смазочного масла.

В период сгорания рабочей смеси температура в цилиндре достигает 2000 °C и более. Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального теплового состояния двигателя в пределах 80-90 °.Сильный нагрев может вызвать нарушения нормальных рабочих зазоров и, как следствие, усиленный износ, заклинивание и поломку деталей, а также снижение мощности двигателя за счет ухудшения наполнения цилиндров горючей смесью, самовоспламенения и детонации. Для обеспечения нормальной работы двигателя необходимо охлаждать детали, соприкасающиеся с горячими газами, отводя от них тепло в атмосферу непосредственно, либо при помощи промежуточного тела (воды, низкозамерзающей жидкости). При чрезмерно сильном охлаждении рабочая смесь, попадая на холодные стенки цилиндра конденсируется и стекает в картер двигателя, где разжижает моторное масло. Как следствие

114

этого, мощность двигателя уменьшается, а износ увеличивается. При понижении температуры масло густеет. Это является причиной того, что масло хуже подается в цилиндры и увеличивается расход топлива, уменьшается мощность. Поэтому система охлаждения должна ограничивать температурные пределы, обеспечивая наилучшие условия работы двигателя.

Существует три типа систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания: воздушная, жидкостная, гибридная.

Воздушное охлаждение – система, при которой рубашка цилиндра свободно обдувается воздухом, тем самым забирая большую часть тепла двигателя. Является самой простой, так как не требует сложных деталей и систем управления. Недостаток системы заключается в маленькой

теплоемкости воздуха, что не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные

мощные силовые установки.

Примером машин с воздушным охлаждением могут служить автомобили ЗАЗ968 и Volkswagen Käfer. Так как предполагалось, что советским советским автовладельцам придется обслуживать автомобиль самостоятельно (с учетом дефицита запчастей), воздушное охлаждение оценивалось положительно и виделось весьма практичным в суровых зимних условиях (при низких температурах нет риска замерзания

охлаждающей жидкости на стоянке). Кроме того, малая масса силового агрегата, его простота и разборная конструкция (съемные цилиндры) позволяла отремонтировать автомобиль практически «в чистом поле». Однако такая конструкция системы охлаждения обусловила возникновение проблемы перегрева в жаркую погоду, которая особенно усугублялась в процессе износа двигателя, когда его оребрение покрывалось слоем масла и прилипшей к нему пыли. Следует отметить, что на автомобилях ЛуАЗ-969, где тот же двигатель работал с большей нагрузкой, но лучше обдувался набегающим потоком воздуха, его перегрев наблюдался редко.

Цилиндры двигателя охлаждаются жидкостью, после чего она возвращается в расширительный бачок. Является очень старым типом системы охлаждения, в настоящее время этот тип в автомобилестроении не используется, так как жидкость не успевает охладиться, поэтому

115

двигатели, оснащенные этой системой охлаждения, не могут работать в течение длительного времени. Однако в двигателях речных и морских судов запас охлаждающей жидкости (забортной воды) не ограничен, что позволяет уменьшить вес силовой установки по сравнению с двигателями с гибридной системой охлаждения.

Сейчас такую систему называют жидкостной (рис. 4.26). Фактически она все же гибридная, так как в ее работе принимает участие воздух.

Гибридный тип сочетает вышеуказанные системы: тепло от цилиндров отводится жидкостью, после чего, на удалении от теплонагруженной части двигателя, охлаждается в радиаторах воздухом. Состоит из рубашки охлаждения блока цилиндров, головки охлаждения блока цилиндров, радиатора, вентилятора, жидкостного насоса, термостата, расширительного бачка и датчика температуры. Этот тип используется на всех современных автомобилях. Жидкость охлаждает цилиндры, а затем сама охлаждается в радиаторе. В этой системе существует два круга циркуляции жидкости – большой и малый.

Большой круг составляют блок двигателя, водяной насос, радиаторы (в том числе – отопителя салона), термостат. В малый круг входит блок двигателя, водяной насос, термостат.

Регулировка количества жидкости между кругами циркуляции жидкости регулируется термостатом. Малый круг охлаждения предназначен для быстрого введения двигателя в эффективный тепловой режим.

Система гибридного типа охлаждения обычно включает следующие элементы:

двойные стенки цилиндров, пространство между которыми заполнено охлаждающей жидкостью (например, водой или антифризом);

теплообменник или радиатор, состоящий из трубок и полостей;

вентилятор, состоящий из ступицы и лопастей, при вращении которого обеспечивается прокачка воздуха между трубками радиатора;

центробежный насос, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости в системе;

трубопроводы и патрубки, связывающие двигатель с радиатором.

Двухконтурная система охлаждения. В одном контуре охлаждается вода дизеля, а в другом вода, охлаждающая масло и наддувочный воздух (в теплообменных аппаратах - интеркулерах). Охлаждение воды обоих контуров осуществляется воздухом в полуторных радиаторных секциях холодильной камеры, имеющей три мотор-вентилятора. В контуре охлаждения воды дизеля используются радиаторные секции половинной глубины, а в контуре охлаждения воды второго контура используются

116

радиаторные секции полной глубины. Мотор-вентиляторы холодильной камеры оборудованы системой плавного регулирования их производительности.

Испарительная система. Существует подвид системы охлаждения, называемый испарительной системой. Главное отличие ее от обычных водяных или этиленгликолевых – доведение температуры охлаждающей жидкости (воды) выше точки кипения, в результате чего при испарении от теплонагруженных деталей отводится большое количество тепла. Пар конденсируется в жидкость в радиаторе, и цикл повторяется. Подобные системы использовались в авиастроении в 30-х годах XX века.

Мы рассмотрели лишь основные методы тюнинга силовых агрегатов. Понятно, что приведенные значения даны лишь с целью иллюстрации приемов доработки двигателей. Главный же, «количественный», вопрос остался за рамками теории и на практике, в каждом конкретном случае, должен решаться специалистом, выполняющим работы, учитывая его знания и опыт. В реальной жизни доводка двигателя представляет собой комбинацию приведенных способов. И вовсе не из принципа «чем больше, тем лучше», а потому, что двигатель автомобиля – сложный организм, имеющий множество взаимосвязанных параметров, которые необходимо учитывать, если цель работы – получение результата, а не удовольствие от процесса.

Исследование эксплуатационных параметров двигателя с целью определения возможности тюнинга двигателя

Исследование влияния установочного угла опережения и давления впрыскивания топлива на эксплуатационные показатели двигателя. Результаты стендовых исследований дизеля Д-240 (4Ч 11/12,5) покали, что при уменьшении установочного угла опережения впрыскивания топлива от оптимального значения (для данного дизеля - 26 град. п.к.в.) до 20 град.п.к.в. (рис. 1, 2, 3) большее количество топлива подается в процессе сгорания и поступает в зоны сгоревшего топлива на линии расширения при этом максимальные температуры газа в цилиндре дизеля снижаются, что определяет снижение образования и выброса с отработавшими газами (ОГ) окислов азота. С другой стороны уменьшение установочного угла опережения впрыскивания топлива способствует увеличению давления и температуры газов в цилиндре в начале впрыскивания и сокращению времени протекания подготовительных процессов горения топлива при этом наблюдаются более высокие температуры в начальный момент горения топлива. Повышение температуры заряда снижает поверхность натяжения капель топлива, затрудняет дальнейшее их слипание. Оптимальный размер капель, зависящий от состояния воздушной среды (температуры и давления) будет меньше, чем обуславливает более

117

короткое время испарения капель. При быстром испарении сокращается время, в течение которого продукты сгорания находятся при повышенной температуре и, следовательно, уменьшается количество образовавшихся окислов азота.

Рис. 4.27 Изменение цикловой подачи топлива при различных значениях установочного угла опережения впрыскивания топлива на нагрузочной характеристике двигателя Д-240:установочный угол опережения впрыскивания топлива, град п.к.в. 1 - 20, 2 - 23, 3 - 26, 4 - 29, 5 - 32.

Улучшение взаимодействия топливных факелов с воздушным зарядом приводит к уменьшению концентрации углеводородов, продуктов неполного сгорания, то есть повышается экономичность работы двигателя. Однако, с дальнейшим уменьшением установочного угла опережения впрыскивания топлива, концентрация углеводородов остается постоянной и даже несколько возрастает. Причина этого явления заключается в том, что перед горением смесь не перемешивается до гомогенного состояния, соответствующего общему избытку кислорода, по-видимому, имеет место диффузионное горение. Увеличение количества топлива в отдельных зонах сгорания и недостаток кислорода приводит к росту концентрации углеводородов в ОГ.

При увеличении давления начала впрыскивания топлива улучшается качество распыла, что способствует повышению скорости сгорания подготовленного топлива за период задержки воспламенения и интенсивность образования промежуточных продуктов реакции при выгорании топлива, впрыснутого во время самого процесса сгорания. Протекание реакций при диффузионном горении определяется в основном

118

физическими процессами. При любом качестве распыла существуют капли топлива различных диаметров, но, чем мельче распыливается топливо, тем интенсивнее теплообмен и нарастание давления, скорость выгорания топлива повышается: наблюдается наиболее полное сгорание топлива, уменьшаются концентрации углеводородов от значений.

Рис. 4.28 Изменение содержания углеводородов в отработавших газах при различных значениях установочного угла опережения впрыскивания топлива на нагрузочной характеристике двигателя Д-240: установочный угол опережения впрыскивания топлива, град п.к.в. 1 - 20 , 2 - 23, 3 - 26, 4 - 29, 5 - 32.

Рис. 4.29 Изменение содержания оксидов азота в отработавших газах при различных значениях установочного угла опережения впрыскивания

119

топлива на нагрузочной характеристике двигателя Д-240: установочный угол опережения впрыскивания топлива, град п.к.в. 1 - 20, 2 - 23, 3 - 26, 4 - 29, 5 - 32.

Рис. 4.30 Изменение цикловой подачи топлива при изменении давления впрыскивания топлива для различных значений нагрузки (%)

двигателя Д-240. 1 - 100, 2 - 90, 3 - 80, 4 - 60, 5 - 40.

Рис. 4.31 Изменение содержания оксидов азота в отработавших газах при различных значениях давления впрыскивания топлива на нагрузочной характеристике двигателя Д-240: давление впрыскивания топлива, МПа 1 - 20,5 , 2 - 17,5, 3 - 14,5.

Максимальные температуры газов в цилиндре значительно ниже температуры пламени, но существующее по законам теплообмена

120