Пути повышения топливной экономичности дизелей

[ИнТра 0]

В этом топике мне бы хотелось обсудить тему повышения топливной экономичности у дизилей путём отключения части цилиндров, основной упор я делаю на то что при частичных нагрузках когда не требуется от двигателя всей мощности можно отключать цилиндры путём прекращения подачи топлива к фарсункам посредством электроклапанов

Изменено 18 ноября 2006 пользователем ИнТра

[ИнТра 0]

Пожалуйста подскажите какие способы отключения цилиндров ещё могут быть??И как отключение сказывается на работу двигателя в целом???

[konst 10]

Уважаемый ИнТра!

Форсунки желательно отключать попеременно только на холостом ходу, чтобы обеспечить равномерную тепловую нагрузку. Как показывает практика, наибольший результат достигается, если бы отключить еще и воздух, устранив насосные потери.

А основное направление совершенствования дизелей - рабочий процесс.

Если дизель дорогой, то там можно такого наворотить.

[ИнТра 0]

Спасибо konst!!

А при движениии автомобиля, например когда он движется в городском цикле тоесть когда не надо полной мощности ведь тоже можно отключать подачу?? И какие цилиндры можно отключать и как их надо чередовать чтобы это не повлияло на дисбаланс??И можете посоветовать литературу может какие нибудь ссылки на тему отключения форсунок??

а вот ещё как прекратить подачу топлива в цилиндр?

я допускаю исспользование электроклапанов которые будут блокировать подачу в топливопроводе перед форсунками!!Может ещё какие нибудь есть способы??

Если у каго нибудь есть опыт на эту тему поделитесь пожалуйста???

[ИнТра 0]

И как это сказывается на топливной экономичности??

[Mikhail 29]

ИнТра,

Вы задаете вопрос, который давно уже решен, по крайней мере в научно-техническом плане. Есть и практическая реализация (Кадиллак, ДаймлерКрайслер). Двадцать лет назад ваш покорный слуга защитил свою первую диссертацию на тему "Повышение топливной экономичности ДВС за счет отключения цилиндров", где было теоретически и практически доказано, что отключать цилиндры в дизеле нецелесообразно. (если вам не лень, то с этим научным трудом вы можете ознакомиться в диссертационном зале Ленинской библиотеки.) Это очевидно, если вы знакомы с такими понятиями, как индикаторный и механический кпд. В дизелях иногда все-таки отключают цилиндры, но это связано с несовершенством топливной аппаратуры, а не с рабочим процессом. Например, на судовых дизелях. Там на холостом ходу трудно обеспечить равенство малых цикловых подач во все цилиндры. Выключая топливоподачу в часть цилиндров и увеличивая дозу в работающих, добиваются снижения относительной погрешности в подаче топлива по цилиндрам. Для автомобильных же дизелей эта проблема не актуальна. Более того, отключать цилиндры здесь вредно. Ибо (возьмем для простоты тот же холостой ход) у дизеля на холостом ходу индикаторный кпд выше, чем на режимах высоких нагрузок. Т. е. , если вы заставляете цилиндр дизеля работать с большей нагрузкой, то индикаторный кпд этого цилиндра уменьшается. Но есть еще и механический кпд, который связан с механическими потерями. Если вы оставляете процесс наполнения без изменений (в отключенных цилиндрах воздух засасывается, сжимается и выталкивается), то и здесь толку не будет. Чтобы не только компенсировать падение индикаторного кпд, но и получить прибавку эффективного кпд, нужно увеличить механический кпд. Это можно сделать, снизив механические потери. А как? Только одним способом - устранить вообще газообмен в отключенных цилиндрах. Т. е. закрыть и впускной, и выпускной клапаны. Тогда потери действительно снизятся. Но этого будет маловато, чтобы получить ощутимую прибавку в эффективном кпд (индикаторный-то падает!). А геморрою много: усложнение газораспределительного механизма, снижение надежности, существенное увеличение стоимости. Другое дело искровой двигатель. Тут при снижении нагрузки падает и индикаторный, и механический кпд. Следовательно, заставляя работающие цилиндры работать с большей нагрузкой, мы увеличиваем их индикаторный кпд. И механические потери снижаем, поскольку в отключенные цилиндры впускаем воздух без сопротивления (мимо дроссельной заслонки), а работающие цилиндры работают с меньшим дросселированием. Еще лучше будет, если выключим клапаны. Но опять же, нужно считать, стоит ли овчинка выделки.

С уравновешенностью вы тут наблудили. Рабочий процесс никак не влияет на уравновешенность. Работают у вас все цилиндры или половина, или двигатель "троит" - все едино. Уравновешенность - это характеристика собственно механизма. Другое дело вибрация. Это и уравновешенность, и неравномерность крутящего момента. Чем больше число цилиндров (чем чаще работают цилиндры), тем меньше неравномерность крутящего момента. Потому и делают восьмерки на дорогих автомобилях - чтоб двигатель шептал, а не громыхал, как двойка у Оки. Но вот беда, если вы два цилиндра из четырех отключите, то вы как раз и получите Оку - двойку, которая будет трястись, как ненормальная, хоть и равномерно, но трястись. Когда двигатель троит, т. е. не работает один цилиндр, он тоже трясется, но еще более заметно, поскольку он троит неравномерно, это усиливает вибрацию. Короче: на четверке отключать цилиндры нельзя, она превращается в двойку, которая хотя и экономит, но неприлично трясется. А четверки - это самый распространенный класс двигателей. Следовательно, мы его выкидываем из сферы применения данного технического решения. Что остается? Шестерки и восьмерки. Можно. Но только бензиновых шестерок у нас (в России) нет. Есть восьмерка - ЗИЛ-130, которую по уму не модернизировать нужно, а в утиль выбросить. Это наша национальная "гордость" - единственный в мире 6-литровый бензиновый двигатель для грузовика! Тут не отключать цилиндры нужно, а дизель ставить. Итого: нет объекта (в России) для применения данного технического решения. В Германии есть, в США есть (там и применяют), а у нас нет. Но нужно сказать, что применяют-то не для экономии топлива! Ну на кой человеку, который ездит на 8-ми или 12-ти цилиндровом лимузине, экономить топливо?! Он и цену-то на бензин не прочно знает. Тут дело не в экономии, а в токсичности. Здесь отключение цилиндров применяют для снижения выбросов в первую очередь СН и потом СО и СО2.

Извините за некоторое многословие.

[ИнТра 0]

Спасибо mikhail!!

К сожалению у меня нет доступа к Ленинской библиотеке и я не могу ознакомиться с трудами нашего покорного слуги!Но не могли бы вы мне помочь с этим: может у вас есть какие-то материалы на эту десертацию! помогите мне!для меня эта проблема актуально!

и делая акцент на отключение цилиндров я не ставлю вопрос в том что бы двигатель работал только так мне это необходимо для того чтобы лишь в некоторое время я смог бы это делать, ну например при езде в городе где мне не нужна полная нагрузка(пробки и.т.д)помоему достичь топливной экономичности стоит ведь обосновываю тенденцией роста цен на топливо, так же я соглашусь с тем что в России нет нет должных образцов ДВС для модернизации но всё таки я думаю что тема топливной экономичности актуальна!!!!и именно поэтому мне интересно выслушать каждое ваше мнение!Может у вас есть какойто материал который поможет ришить эту проблему???

[Mikhail 29]

ИнТра,

Повторяю: ваша тема для России не актуальна. Во-первых, отключать цилиндры в дизеле не нужно. Я вам попытался это пояснить на пальцах. Наверное, не получилось. Единственный способ, который может дать некоторый эфект, это выключение клапанов. Но он слишком дорог, снижает надежность. Да и сам эффект того не стоит. Во-вторых, в России нет объектов для реализации данного технического решения. В-третьих, в России нет объективных предпосылок к тому, чтобы идеи экономии топлива стали народными. Эти лозунги, как были политическими при социализме, так и остались ими в нынешнее время. Пока стоимость топлива будет, как в США, отношение к экономии у нас будет, как в США. Там мало, кто заботится о собственно экономии, там ездят по городу на 4-х, 6-ти литровых (БЕНЗИНОВЫХ!) тачках. Smatr там вызывает брезгливую улыбку. Там, если что и делают по совершенствованию рабочего процесса, то в первую очередь ради экологии. Экономия при этом сама собой получается. Будет дорогое топливо - будет и соответствующее отношение к нему.

[GOLF_stream 293]

стоимость топлива у нас уже выше, чем в Америке, хотя пока ещё ниже, чем в Европе. Не знаю как в Московии, но в Питере я заправляюсь на Shell 95-V-power по 22,30 за литр. Есть заправки подешевле, но всё равно уже за 20руб.

Теперь про экономию.

ИнТра, прикиньте сколько вы сможете съэкономить? Думаю, что процентов 5, не больше, а то и 2-3. Теперь посчитайте сколько это будет в литрах и в рублях. А теперь прикиньте сколько может стоить пределка двигателя. И во что обойдутся последующие ремонты загубленного агрегата. И забудьте об этом.

Отключать цилинды во время движения на мой взгляд просто НЕБЕЗОПАСНО, ибо автомобиль теряет манёвренность.

Я могу понять интерес к этой проблеме ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ, когда эту проблему пытаются решить на уровне КБ при создании нового двигателя (хотя странно тогда обсуждение этой темы на форуме). Но если речь о "переделке" собственного авто, то забудьте об этом. Всё, что касается ремонта/модернизации дизеля - это не экономия, а расходы, причёт очень большие, которые не окупятся мнимой экономией топлива.

Не лезьте в дизель (особенно если он импортный) - с большой вероятностью Вы его просто загубите. Есть хорошее правило - не мешай мотору работать.

Если Вам не нравится аппетит Вашего автомобиля, то совет может быть только один - поменяте машину на более экономичную.

И ещё. Мне кажется, что лучше направлять усилия не на сокращение расходов, а на повышение доходов :)

[Pyatachok 0]

К вышесказанному можно добавить и то, что отключать подачу топлива к форсункам электроклапанами нельзя, т. к плунжерные пары смазываются дизельным топливом, и оставить их без смазки - прямая дорога в ремонт.

[konst 10]

Уважаемый Pyatachok!

А какие в обычных дизельных форсунках плунжерные пары? Там только запорная игла (хотя тоже прецизионная) - нет подачи топлива - нет движения, нет трения. Появляется только опасность закоксовывания отверстий распылителя.

Вот если Вы имели ввиду насос-форсунки, то там да, без топлива задерет, если подачу отключить на входе.

Вообще сейчас уже в моде CommonRail. Там форсунки управляются электроникой - хочешь открывай, хочешь закрывай хоть по нескольку раз за цикл. Где-то слышал, что сейчас цикловая подача может быть разбита не на две части (как раньше: преддоза и основная доза), а на 3 (а может и более), если этого требует рабочий процесс.

Вопрос к уважаемому г-ну Зленко, как к корифею дизелестроения, так ли это и, если так, то, что нам дает с точки зрения рабочего процесса деление цикловой подачи на 3 и более части (неравные).

[Pyatachok 0]

Да. К CommonRail мое замечание не относится, а в случае отдельного ТНВД перекрывать электроклапаном особенно нечего... Впрочем можно наоборот сливать.

[linde 0]

К вышесказанному можно добавить и то, что отключать подачу топлива к форсункам электроклапанами нельзя, т. к плунжерные пары смазываются дизельным топливом, и оставить их без смазки - прямая дорога в ремонт.

Уважаемый Pyatachok!

А какие в обычных дизельных форсунках плунжерные пары? Там только запорная игла (хотя тоже прецизионная) - нет подачи топлива - нет движения, нет трения. Появляется только опасность закоксовывания отверстий распылителя.

Вероятно, имелась в виду плунжерная пара ТНВД.

Если управлять процессом впрыска, то необходимо не просто ставить запорный клапан на линию высокого давления. Необходимо еще будет ставить предохранительный клапан, который будет работать, когда форсунка будет заблокирована, иначе трубопровод высокого давления разрушится.

Вообще идея бесперспективная в принципе.

[skralex 1]

2 Mikhail:

Столкнулся с интересным фактом. Дизеля, конвертированные из автомобильных в судовые, речь идёт об объёме 1.7-3 литра, имеют максимальную мощность, значитель но превышающую ту, кторая имеется на автомобиле. Как пример дизель Опеля Астра имеет 75л.с. при 4400об/мин, а в судовом 120л.с. на тех же оборотах. <noindex>http://www.cmdmarine.com/recreationalinboards.html</noindex>

Дизель Тойота 1KZ-TE 3.0 л 125-135л.с. при 3600 об/мин, в судовом 180 и 200 л.с. при тех же оборотах. <noindex>http://www.nannidiesel.com/english/4.390MAIN.htm</noindex>

В связи с этим вопрос, такая серьёзная форсировка моторов, как она влияет на моторесурс?

Со всеми ли автомобильными турбодизелями можно это проделывать.

[Mikhail 29]

konst,

Двух-, трех- ...пятиступенчатый впрыск - это все изыски в угоду экологии. Физический смысл в том, чтобы топливо не сразу все полыхало, истекая из форсунки, а как бы по частям. Когда оно все сразу - то в одном месте камеры сгорания его густо, в другом - пусто. Т. е. в одном месте горение богатой смеси, в другом - бедной. Ступенчатый впрыск позволяет более равномерно распределить топливо по камере сгорания, дает возможность части топлива испариться и смешаться с воздухом еще на такте сжатия, чтобы потом дружно сгореть, когда подойдет температура (в конце такта сжатия). Другая же (последняя) часть топлива впрыскивается и сгорает тогда, когда основной процесс сгорания уже пошел, там уже каша началась, все в движении и частички топлива быстро находят свои частички воздуха. Т. е. топливо сгорает в более благоприятных условиях, лучше перемешанное с воздухом. Значит меньше зон с горением фронта пламени в "богатой" смеси, следовательно, меньше несгоревших углеводородов, меньше сажи и частиц. Кроме того и меньше температура с зоне горения, следовательно меньше оксидов азота (которые образуются тем больше, чем больше температура). КПД при этом, если и выше, то разве что чуть-чуть, еле заметно. Главное - токсичность.

Конечно, не нужно буквально понимать то, что я сказал. Это некая физическая схема. А то начнут тут же изобратеть. Из сказанного вовсе не следует, что все топливо нужно взять и испарить на впуске. И перемешать его хорошо. И получится дизель с внешним смесеоразованием. Такие идеи имеются. Нельзя так, гореть не будет. Ибо для горения нужно соблюсти ряд других условий, не только температуру обеспечить, но и местное значение альфа (сотношение воздух-топливо) выдержать в пределах 0,7-1,2. А если вы размажете все топливо по камере сгорания и получится альфа=3...4, то сколько вы его не грейте температурой, оно не сгорит. Черте чего будет, навоняете только и все.

Все эти фокусы были известны давным-давно. Нужды не было особой в них. И технологии (серийной)соответствующей не было. Появилась нужда - создали и технологию. Дорого, но задачу решили. Естественно, без электронного управления тут делать нечего. Естественно, что без прецизионной механообработки тут тоже делать нечего.

Что касается странного поведения дизеля в качестве судового агрегата, то не знаю. Знаю только одно:

мощность N=Mn/716,2 л. с., где M - крутящий момент, n - обороты. Ежели n=const, то все чудеса могут быть только от повышения M. А это чудо объясняется только количеством топлива, которое вы смогли сжечь в двигателе. В общем случае вы можете сжечь в дизеле топлива на 30-35% меньше, чем в бензиновом двигателе. Правда с КПД, большим на 20-25%. А меньше, потому как сжигать дизтопливо можно при альфа=1,3...1,4 (если меньше, то дизель дымить начинает), тогда как бензин при альфа=1,0. Т. е часть окислителя (воздуха) в дизельном процессе не используется. Значит, чтобы повысить момент в дизеле, нужно в него загнать больше топлива, следовательно, больше и воздуха, чтобы сохранить альфа=1,3. А как туда его загнать? Топливо-то можно, открыл кран больше - оно и потекло. А воздух нужно загонять принудительно. Вот и ставят либо приводной, либо турбо- нагнетатель. Так что чудо можно объяснить только тем, что в судовом исполнении двигатель более форсирован по наддуву - в него больше закачивают воздуха, т. е. давление наддува выше, а значит и больше сжигают топлива. Больше никак объяснить не могу. Вопрос надежности и ресурса при этом - это отдельная тема.

[skralex 1]

2 Mikhail:

Так меня отдельная тема и интересует. Уже не помню где читал, что дизель "спокойнее" отностится к увеличению давления наддува, а проще говоря, на ресурс это влияет мало. Практика показывает, что это не пустые слова. Как правило, практически все судовые быстроходные дизеля наддуты сильнее, чем их автомобильные родичи. На сегодня с Фиатовского 2.4 литрового дизеля снимается 250л.с. <noindex>http://www.hub-labs.net/fnm/eng/motori_dett.php?id=17</noindex>

[Mikhail 29]

Ну буду врать, не знаю специфики судового дизелестроения. Однако степень наддува - это то же, что и степень форсировки мотора, что, безусловно, отражается и на надежности, и на ресурсе. Чудес про "спокойное" отношение двигателя - какого бы то ни было, к форсировке не знаю. Знаю другое. Почему отечественные (бензиновые, дизелей у нас нет вообще) не имеют наддувных модификаций? Отгадайте с трех раз.

[skralex 1]

А что тут особо отгадывать, школы нет, амбиций много, только они пустые, материаловедение в моторостроении, именно в ДВС, никакое, хотя по отдельным позициям есть неплохие идеи. А на счёт турбирования. Мне пришлось в начале перестройки, когда иностранцы ещё не обломались в России, помогать Гаррету в поисках жаропрочных сплавов. Нашел в Электростали, образцы удовлетворили с избытком, а как продавть, ту мы как всегда, в ж...

Буквально через пару лет беседовал с Мироновым ГК ЗМЗ, наверняка вы знакомы. На вопрос, есть ли вживую проанансированный турбированный 406-й, ответил, нет, единственный экземпляр с Garrett-oм, т.к. нет подходящих отечественных сплавов. Знаком лично с руководителями ЯЗТА и ЯЗДА, а также СП "ЯТИГИнжиниринг", в последнем работал некоторое время, поэтому что и откуда у нас растёт, если и не знаю точно, то догадываюсь.

Сейчас занимаюсь повторением на современной технической базе очень интересного мотора баландинской схемы, который содал один авиаинженер из Киева. Мотор у него рабочий, отработал более 100 часов без поломок и клинов на максимуме ешё 12-лет назад, потом жизнь заставила думать о семье и он забросил его в сарай. Посмотрим, что получится и если будет толк, пойдём дальше.

На снимках сам мотор и автор.

Михаил, забыл добавить, что мы с вами знакомы, я один из ваших первых клиентов по прототипированию. Особенности загрузки судовых моторов аналогичны авиационным, 5-10% максимал, 75-80% номинал и остальное МГ и прмежуточные режимы, в зависимости от рода деятельности, отдельные позиции могут менять свои квоты.

[Mikhail 29]

С первого раза не получилось отгадать. У вас еще две попытки в запасе.

Что касается Баландина, то в силу моего преклонного возраста мне удалось с ним пообщаться и получить информацию из первых рук. Здесь лекции читать не место. Дам просто совет: бросьте эту затею, тратьте время и деньги на что-нибудь другое. К тому же, сделать мотор, чтобы он не проработал хотя бы 100 часов, при современных технологиях - это еще постараться нужно, т. е. специально стараться нужно, чтобы он не заработал. Так что это не критерий.

[skralex 1]

Михаил, если честно, то у нас никаких моторов никогда не было, все ворованные, за редкими исключениями, типа В-2 и микулинских, об омтальном лучше не вспомиать, чтобы не тревожить нервную систему. Тут как-то увидел статью, посвящённую "созданию 412-го мотора, так там одни восторги и умиление. А на деле, убогий мотор, неграмотно содранный. У ж не хочется вспоминать ВАЗовскую классику, изуродовали приличный мотор, поимели головняк и позор на всю страну. Чем НАМИ помешал среднерасположенный распредвал и короткие штанги?. В общем, говорить можно долго и без толку. Поэтому искать причины надо надо в системе, а не в частностях.

Что касается мотора, то там не совсем баландинская схема, он проще. К тому же я привык доводить дело до конца и руководствоваться своими идеями и мыслями. Сколько у нас в России остепенённых инженеров-двигателистов и какой от этого толк? Тома диссертаций, которые никому не нужны.

Извините, если обидел, но чего нет, того нет в отечестве, хороших современных моторов.

На разработку Калины потрачен 1миллиард, а за завод по производству Себринга, вместе моторным заводом и НТЦ Дерипаска выложил всего 100 миллионов, это клиника и приговор отечественому машиностроению.