Файл: Карницкий, В. В. Основные итоги испытаний автомобилей с дизельными двигателями.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.11.2024
Просмотров: 29
Скачиваний: 0
НАМИ ОСНОВНЫЕ ИТОГИ
ИСПЫТАНИЙ АВТОМОБИЛЕЙ
С ДИЗЕЛЬНЫМИ
ДВИГАТЕЛЯМИ
> V
НИИНАВТОПРОМ |
МОСКВА 1974 |
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ АВТОМОБИЛЬНЫЙ
И АВТОМОТОРНЫЙ ИНСТИТУТ (НАМИ)
УДК 629.114.3/.4.001.4:621.436
Канд. техн. наук В.В. КАРНИЦКИИ
ОСНОВНЫЕ ИТОГИ
ИСПЫТАНИЙ АВТОМОБИЛЕЙ
С ДИЗЕЛЬНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
(НИИНАВТОПРОМ)
Москва 1974
Гос. пѵбличйПя ч науіно-техническая
библио гена СССР , ЭКЗЕМПЛЯР
ЧИТ АЛь; іОГО ЗАДА і
В ближайшем будущем в СССР значитель но возрастет производство грузовых автомо - билей с дизельными двигателями различной гру зоподъемности. Поэтому большое значение для работников автомобильной промышленнос ти имеет знакомство с опытом ведущих зару бежных дизелестроительных фирм.
В работе приведены результаты испытаний современных легковых и грузовых автомоби лей с дизельными двигателями. Материалы испытаний, в которых отражены топливная экономичность автомобилей, их динамика, пус ковые качества двигателей, токсичность, ха рактеристики шума и другие эксплуатационные показатели, могут быть использованы для довод ки вновь создаваемых отечественных дизель - ных двигателей разных классов.
Научно-исследовательский институт информации автомобильной промышленности
(НИИНавтопром), 1874
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время во всем мире насчитывается около 275 млн. автомобилей. С каждым годом парк ав томобилей непрерывно возрастает. Это выдвигает пе ред человечеством ряд серьезных проблем и прежде всего проблемы истощения энергетических ресурсов и охраны окружающей среды от загрязнения.
Проблемой охраны окружающей среды от загрязнения отработавшими газами уже многие годы занимаются все ведущие автомобильные фирмы мира, затрачивая на это огромные средства. Недостаток топлива до недав него времени мало волновал автомобилестроителей, и только топливный кризис, разразившийся в капиталисти ческих странах в конце 1973 г., напомнил всем о серь езности вопроса.
’Поскольку автомобиль является пока основным сред ством транспорта для подавляющего большинства чело вечества и жизнь современного цивилизованного об щества без него невозможна, конструкторам автомоби лей с каждым годом приходится решать все более сложные задачи.
Во всем мире ведутся работы по проектированию ав томобильных двигателей новых типов. Разрабатываются малотоксичные и экономичные электромобили, автомо били с паровыми двигателями, двигателями Стирлинга, малогабаритными газовыми турбинами, инерционными и многими другими типами двигателей. Но так как сроки начала массового промышленного производства этих двигателей еще неопределенны, то конструкторы продол жают интенсивно работать над совершенствованием тра диционных поршневых двигателей внутреннего сгорания. Как считают многие специалисты, эти двигатели еще многие годы будут оставаться основной силовой уста-
- 3 -
ЦОВКОЙ для массовых моделей легковых и грузовых ав томобилей.
Одним из путей значительного снижения расходов топлива автомобильным транспортом, а также уменьше
ния загрязнения атмосферы токсичными веществами от работавших газов автомобилей является широкое при
менение дизельных двигателей. Правильность этого пу ти подтверждается тем, что в Западной Европе и Япо нии продолжается неуклонный рост производства дизель*- ных двигателей для автомобилей всех классов. При этом традиционная сфера применения дизельных двига - телей - тяжелые грузовики, тягачи и большие автобу сы - в последнее время все больше расширяется за счет грузовых автомобилей средней и малой грузоподъем ности. Наблюдается увеличение использования малолит ражных быстроходных дизельных двигателей и на лег ковых автомобилях, а также на легких грузовиках, соз-j даваемых на их базе.
Создание и широкое применение малолитражных ди зельных двигателей для легковых автомобилей имеет свои специфические особенности, о которых говорится ниже.
РЕЖИМЫ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ НА АВТОМОБИЛЕ И ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕД КАРБЮРАТОРНЫМИ
Автомобильный, двигатель большую часть времени работает на неустановившихся режимах» Анализ иссле дований, посвященных обобщению реальных скоростных и нагрузочных режимов автомобильных двигателей в различных условиях эксплуатации, позволяет сделать следующие основные ВЫВОДЫ ft]
Автомобильные двигатели работают в очень широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов, при этом они практически никогда не работают длительное время на полной мощности с номинальным числом обо ротов.
Наибольшие нагрузочные и скоростные режимы дви гателя имеют место при эксплуатации автомобилей и автопоездов на междугородных магистральных шоссе. В этих условиях их средний нагрузочный режим, в за висимости от назначения и типа двигателя и автомоби ля, колеблется от 42 до 96% максимальных крутящих моментов и от 44 до 69% номинальных оборотов колен чатого вала. Даже в условиях скоростной дороги авто полигона НАМИ, которые можно сравнить с условиями движения автомобилей на первоклассных западноевро
пейских *автобанах*, загрузка двигателя в большинстве случаев не превышает 50% от номинальной, а обороты составляют 90-92% от номинальных. При движении ав томобилей в городских условиях, а также на грунтовых
- 5 -
дорогах скоростные и нагрузочные режимы двигателей но сравнению с работой на магистральных шоссе еще больше снижаются. В условиях интенсивного городского движения они составляют: нагрузка - от 28 до 88% от номинальной; обороты коленчатого вала двигателя - от 30 до 56% от номинальных. При движении по грунтовой дороге: нагрузка - от 18 до 60% от номинальной; обо роты коленчатого вала двигателя - от 30 до '62% от номинальных. Примерно такая же степень загрузки дви гателя имеет место при эксплуатации автомобилей на булыжно-щебеночных дорогах.
Таким образом, автомобильные двигатели работают в широком диапазоне-скоростных (от холостых до но минальных оборотов) и нагрузочных режимов (от холос того хода до номинальной мощности). Причем основ ными режимами являются быстро меняющиеся частич ные нагрузки.
Говоря о нагрузочных режимах двигателя, нельзя не упомянуть также о том, что значительную часть време ни движения автомобиля на передачах КП составляют режимы торможения двигателем, когда автомобиль дви жется по инерции с включенной передачей и педалью уп равления подачей топлива, находящейся в положении холостых оборотов. В зависимости от условий эксплуа тации и типа автомобиля тормозные режимы составля ют от 10 до 15%, а иногда до 30% от общего времени движения на передачах.
Постараемся теперь коротко сформулировать основ ные преимущества дизельных двигателей, позволяющие им постепенно завоевывать все более прочные позиции во всех сферах автомобильного транспорта.
Наиболее существенными преимуществами дизельного двигателя по сравнению с карбюраторным являются:
более высокая топливная экономичность, обусловлен ная термодинамическими преимуществами цикла и более пологим протеканием нагрузочных характеристик по ме ре уменьшения нагрузки;
способность работать на более тяжелом и дешевом топливе;
- 6 -
большая долговечность; меньшая токсичность отработавших гааов;
потендиальная многотопливность.
Экономичность автомобиля зависит, во-первых, от величины мощности, необходимой для преодоления со противления движению, и, во-вторых, от эффективности использования энергии в двигателе, т.е. от удельных расходов топлива. Величина мощности, потребляемой для движения автомобиля, в каждых конкретных услови ях определяется из уравнения мощностного баланса. Так как суммарные сопротивления движению для одина
ковых автомобилей при дизельном и карбюраторном двигателях равны, то расходы топлива в идентичных усло виях эксплуатадии будут определяться особенностями протекания характеристик дизельного и карбюраторного двигателей. Известно, что чем больше процент исполь зования мощности, тем меньше у двигателя удельные
расходы топлива. Одну и ту же величину эффективной |
|
мощности, |
необходимую для движения автомобиля, двига |
тель может давать при различном сочетании л и р« , |
|
иначе гороря, чем больше гѵ , тем меньше может |
|
быть ре |
, и наоборот. По характеру протекания нагру |
зочных характеристик известно, что для уменьшения рас хода топлива двигатель должен работать с возможно большим средним эффективным давлением, но с мень шим числом оборотов коленчатого вала.
Рассмотрим два 4-дилиндровых двигателя с одинако вым рабочим объемом 2 л - дизельный двигатель мощ ностью 55 л.с. при 4350 об/мин и карбюраторный двига тель мощностью 05 л.с. при 4800 об/мин. Оба двигате ля были установлены на одинаковых автомобилях [2]. ' На рис. 1 представлены многопараметровые характерис тики указанных двигателей. Сравнивая площади, занима емые удельными расходами в зонах одинаковых скорост ных режимов, отчетливо видно преимущество дизельного двигателя перед карбюраторным. На рис. 1 нанесены также кривые сопротивления движению автомобиля, а ниже шкалы абсцисс (обороты двигателя) показаны зна-, чения скорости автомобиля, соответствующие этим обо-
I
- 7 -
Рис. 1. Многопараметровые характеристики двигателя
. рабочим объемом 2 л (а - карбюраторный двигатель; б - дизельный двигатель):
ротам при движении на прямой передаче. Сравнивая ха рактеристики дизельного и карбюраторного двигателей, отмечаем, что удельный расход дизельного двигателя при движении на прямой передаче со скоростью 80 км/ч составляет 243 г/(э.л.с.*ч), в то время как бензиновый
двигатель при этих же условиях расходует 320 г/(э.л.с-ч). Бели принять расход дизельного двигателя за 100%, то выходит, что в данном случае дизельный двигатель на 36% экономичнее бензинового.'
Переходя к дорожно-экономическим характеристикам автомобилей с дизельным и карбюраторным двигателями
(рис. 2), видим, что |
они также значительно отличаются |
в пользу дизельного |
двигателя. По мере уменьшения |
скорости (т.е. до мере уменьшения загрузки двигателя)
- 8 -
разница в расходах дизельного и карбюраторного дви гателей растет, что объясняется более? пологим проте канием нагрузочных характеристик дизельного двигате ля в зоне малых (рис. 3).
Рис. 2. Дорожно-экономические харак теристики легкового автомобиля при установке на него карбюраторного и
дизельного двигателей:
1 - карбюраторный двигатель; 2 - дизельный двигатель
В отличие от двигателей с искровым зажиганием скорость и полнота сгорания в. дизельном двигателе по мере уменьшения количества подаваемого qa цикл топ лива до некоторых пределов ( А* среди »' 3+3,5) не только не уменьшается, а наоборот, возрастает. Это объясняется неравномерностью перемешивания топлива и воздуха, приводящей к тому, что в действительности в зонах горения смесь оказывается более обогащенной (по сравнению с среди )• При малых подачах топли ва такое местное переобогащение смеси в первичных зонах горения отсутствует, поэтому относительная до ля топлива, сгорающего диффузионным путем, оказыва ется небольшой.
Улучшение полноты сгорания и степени использова ния на малых нагрузках выделяющейся теплоты (из-за
- 9
Среднее эффективное давление, кГ/см1
Рис. 3. Нагрузочные характеристи ки карбюраторного и дизельного двигателей, имеющих одинаковый
рабочий объем:
1 - карбюраторный двигатель; 2 - дизельный двигатель
возрастания действительной степени расширения продук тов сгорания) является основной причиной того, что экономия топлива в дизельном двигателе по сравнению с карбюраторным возрастает с понижением нагрузки.
Таким образом, лучшая эксплуатационная экономика дизельного двигателя по сравнению с бензиновым (при работе на одинаковом автомобиле) объясняется следую щим:
меньшими абсолютными величинами удельных расхо дов топлива;
постоянной работой автомобиля на частичных нагруз-
- 10 -
ках, когда изменение удельных расходов ио мере умень шения нагрузки у дизельного двигателя возрастает в меньшей степени, чем у карбюраторного;
отсутствием бесполезных затрат топлива на режи мах торможения двигателем (они, как было указано выше, составляют значительный аропент в- общем ба лансе времени работы двигателя на автомобиле);
отсутствием чрезмерного переобогащвния топлива при резких открытиях дросселя, как это имеет место у карбюраторного двигателя (надример, при разгонах, когда вступает в действие ускорительный Haçoc карбю ратора) ;
большей степенью загрузки дизельного двигателя, так как известно, что дизельный двигатель одинакового с карбюраторным двигателем рабочего объема имеет более низкие энергетические показатели и, следователь но, процент его загрузки в одинаковых условиях будет большим, чем у карбюраторного.
Первые четыре обстоятельства являются общими для всех дизельных двигателей,последнее более характерно для малолитражных дизельных двигателей, устанавлива емых на те же автомобили, на которые ставятся кар бюраторные двигатели.
Каждое из вышеперечисленных преимуществ дизельно го двигателя по топливной экономичности становится еще более заметным в эксплуатации именно потому, что все реальные эксплуатационные режимы являются неу становившимися по оборотам и нагрузке. Применение та ких двигателей на автомобилях одинаковых классов поз воляет снизить расход топлива на 20-4096, а иногда и на
50% по сравнению с карбюраторным.
Долгое время считалось невозможным создать пол ноценный малолитражный автомобильный дизельный дви гатель ("малолитражными" или "малыми" автомобиль ными дизельными двигателями принято называть двига тели рабочим объемом до 2,5 л,). Трудности созда ния таких двигателей заключались прежде всего в том, что для использования на легковом автомобиле они дол жны быть достаточно быстроходными ( не менее
- 11 -