Двс увеличение мощности: Как увеличить мощность двигателя автомобиля | SUPROTEC

Тюнинг двигателя: цели и виды

Тюнинг, или форсирование, двигателя проводится в целях увеличения его эффективной мощности.

Модернизация возможна различными способами:

• Заменой заводских деталей (поршней, шатунов, клапанов) на улучшенные и облегченные
• Установкой новых механизмов (например, турбонаддува, компрессора)
• Улучшением различных систем (топливной, выхлопной и пр.).

Для современных двигателей с электронным блоком управления применяется метод чип-тюнинга. Он позволяет повышать мощность ДВС путем внесения изменений в программу бортового компьютера. В результате чип-тюнинга мощность двигателей без наддува увеличивается на 10 %, с наддувом – на 30-40 %.

Все манипуляции по форсированию двигателя специалисты рекомендуют проводить в оборудованных сервисных центрах, с применением профессионального инструмента и качественных запчастей.

Для каждого конкретного автомобиля существует свой, оптимальный, вариант доработок с учетом всех нюансов. По большому счету, в улучшении параметров нуждаются только двигатели гоночных моделей, в остальных случаях тюнинг не всегда целесообразен и весьма затратен.

Если желание модернизировать автомобиль перевешивает возможные доводы против, следующая информация окажется для вас полезной.

Автомобильный двигатель выполняет функцию преобразования энергии сгорания топливно-воздушной смеси в механическую. Все процессы происходят в цилиндро-поршневой группе (ЦПГ) за 4 такта:

1. Впуск. Поршень движется вниз, смесь воздуха и бензина попадает в камеру сгорания через впускной клапан.
2. Сжатие. Поршень поднимается, сжимая топливно-воздушную смесь. Как только он достигает верхней точки, срабатывает свеча зажигания, от которой смесь воспламеняется. При этом выделяется большое количество тепла, температура повышается до 2500 °С.
3. Рабочий ход. Под давлением поршень снова перемещается вниз.
4. Выпуск. При достижении поршнем нижней точки хода открывается выпускной клапан, и продукты сгорания выводятся через выхлопную трубу.

Каким образом можно увеличить эффективность процессов, происходящих в двигателе? Существует два основных способа: снижение массы движущихся частей или установка новых, улучшенных элементов, которые позволят повысить количество энергии сгорания.

Первый вариант подразумевает замену стандартных поршней, шатунов, шкивов, клапанов и других деталей двигателя облегченными.

Второй метод предусматривает включение в конструкцию двигателя новых компонентов.

Установка турбокомпрессора или турбонагнетателя

Данные устройства позволяют закачать во впускной коллектор больше воздуха и, тем самым, создать большее давление. Турбонагнетатель отличается от турбокомпрессора отсутствием турболага – промежутка времени от запуска двигателя до достижения им нужного числа оборотов (и увеличения мощности).

Однако при этом нагнетатель отнимает около 30 % мощности двигателя.

Установка прямоточного глушителя

Глушитель без катализатаров, с ровными изгибами или без них позволяет двигателю с турбокомпрессором, вращающему еще и крыльчатку, проще избавляться от выхлопных газов.

Установка специальной головки блока цилиндров

Сегодня представлено множество вариантов головок блока цилиндра для тюнингованных двигателей. Благодаря аналогичным разъемам и патрубкам они устанавливаются так же, как и обычные ГБЦ.

Вместо специальной головки можно приобрести модифицированную, от автопроизводителя. Это обойдется в меньшую сумму, но придаст двигателю новые возможности.

Расточка блока цилиндров

Обычно объем двигателя указывается в литрах (1,8 л., 2 л., 4 л. и т.д.) или кубических сантиметрах (в 1 л 1000 см3). В американских автомобилях используются кубические дюймы.

Увеличению этого показателя способствует процедура расточки цилиндров на специализированном станке. Такая операция позволяет увеличить сечение гильз изнутри при сохранении их правильной геометрии.

Решаясь на расточку, необходимо помнить, что для модернизированных таким образом цилиндров нужны поршни большего диаметра, так как только идеальное совмещение этих деталей обеспечит необходимый уровень компрессии и высокую степень сжатия.

Установка усовершенствованного распределительного вала

Один из самых популярных способов тюнинга двигателя. В отличие от обычных распредвалов, тюнинговые имеют кулачки другой формы – более высокие и широкие. Это позволяют клапанам подниматься выше и находится в открытом состоянии дольше, что способствует подаче большего количества топливно-воздушной смеси.

Существует несколько видов специальных распредвалов:

• Mild Road Cams (для умеренной езды): может быть установлен практически на любом двигателе; улучшает его приемистость и мощность, в некоторых случаях способствует экономии топлива
• Fast Road Cams (для быстрой езды): идеально подходит для скоростных автомобилей; увеличивает мощность ДВС, экономит расход горючего, однако на холостом ходу работает нестабильно
• Competition Cams (спортивные): предназначены для спортивных автомобилей; эффективно повышают мощность двигателя, однако увеличивают расход топлива, обладают неровным холостым ходом и быстро изнашиваются

Спортивные распредвалы практически непригодны для использования в городских условиях, так как их максимальная отдача происходит в области предельных частот вращения двигателя (2000-3000 оборотов).

Тюнинг клапанов двигателя

Клапаны ответственны за циркуляцию воздуха в ДВС. Временем их открытия управляет распределительный вал, а степенью – толкатель.

Наличие острых углов и заусенцев на клапанах препятствует прохождению воздушного потока, поэтому эти элементы должны быть тщательно отполированы. Важно также, чтобы клапаны плотно и без малейших зазоров размещались в посадочных местах.

Увеличить количество поступающего воздуха (а соответственно, и создающейся топливно-воздушной смеси) позволяет расширение впускных отверстий, установка бОльших по размеру клапанов или увеличение их количества (до 16, 20, 24, 32 и т.д.). Последний способ наиболее эффективен, так как при увеличении отверстий и установке больших клапанов скорость воздушного потока на низких оборотах уменьшается, что может негативно отразиться на крутящем моменте.

Установка высококомпрессионных поршней

Такие поршни используются для повышения компрессии в цилиндрах. Они изготавливаются, как правило, из алюминиевого сплава с добавлением кремния. Одно из колец в таких поршнях больше других, а на верхней части имеется выпуклость.

Высококомпрессионные поршни создают большее, по сравнению со стандартными, давление, чем ускоряют процесс сгорания топлива и повышают мощность ДВС. В процессе работы они выдерживают очень большие нагрузки и температуры, поэтому используются в самых современных автомобилях с форсированными двигателями.

Несмотря на высокую износостойкость усовершенствованных поршней им, как и любым другим высоконагруженным деталям, необходима дополнительная защита. С этой задачей прекрасно справляются специальные антифрикционные составы, наносимые на юбки поршней.

Одно из самых эффективных покрытий для поршней выпускает российская компания «Моделирование и инжиниринг». Она производит уникальное средство MODENGY Для деталей ДВС, предназначенное как для первичного нанесения на поршни, так и для восстановления изношенного заводского покрытия.   

MODENGY Для деталей ДВС предотвращает появление задиров на контактирующих поверхностях, защищает детали от негативного влияния экстремально высоких температур, эффективно в условиях «масляного голодания» двигателя.

Покрытие имеет удобную аэрозольную фасовку, отверждается при комнатной температуре за 12 часов.

Перед применением MODENGY для деталей ДВС поверхности обрабатываются Специальным очистителем-активатором, который гарантирует отличную адгезию покрытия и его долговременную устойчивость. Оба средства доступны в одном наборе.

В заводских условиях такое покрытие наносится также на большие поршни.

Уровень компрессии можно увеличить также с помощью шлифовки головки блока цилиндров. При этом прокладка ГБЦ обязательно меняется на специальную, выдерживающую избыточное давление.

Собираясь использовать различные методы повышения компрессии, необходимо помнить, что ее чрезмерные показатели могут привести к детонации и повреждению двигателя. Особенно это актуально для автомобилей с турбонаддувом/

Использование строкер-кита

Многие компании производят уже готовые комплекты для механического тюнинга двигателя (в основном, для американских 8-ми цилиндровых автомобилей). Стандартно они включают поршни, кольца, шатуны, подшипники и коленвал. Использование таких наборов позволяет изменить длину хода поршня, увеличивает крутящий момент и добавляет двигателю 10-15 % объема.

Все детали проходят строжайший контроль качества, имеют больший запас прочности и износостойкости.

Существует несколько базовых вариантов строкер-китов для «низких», «низких-средних» или «средних-высоких» оборотов двигателя.

Установка усовершенствованных элементов топливной системы

Для увеличения мощности двигателя очень важно обеспечить его бОльшим количеством топлива. Это возможно путем доработки топливной системы: установки более мощного насоса, топливной рампы с инжекторами, усовершенствованного топливного регулятора.

Установка дополнительного радиатора

Мощный оттюнингованный двигатель испытывает экстремальные нагрузки и температуры, поэтому требует более совершенной системы охлаждения.

После доработки ДВС крайне желательно заменить основной тосольный радиатор агрегатом большего размера, а также поставить отдельный масляный радиатор.

Установка электрического вентилятора

Стоит отметить, что на современных автомобилях вентиляторы радиатора с механическим приводом практически не используются, их заменяют электрические модели. Система их управления отслеживает температуру двигателя и обеспечивает функционирование механизма охлаждения с помощью бортового компьютера.

Балансировка двигателя – заключительный этап тюнинга

Балансировка двигателя по имеющейся схеме (блюпринтинг) – необходимая при тюнинге ДВС процедура. Она проходит в специально оборудованных мастерских, где проверяется работа распределительного вала, поршней, шатунов, подшипников, маховика. При необходимости настраиваются и изменяются некоторые эксплуатационные параметры деталей.

• 
  Прежде, чем приступать к доработке двигателя, определитесь с тем, что конкретно вы хотите сделать, иначе велика вероятность лишних затрат
• Перед покупкой тюнинговых запчастей обязательно проконсультируйтесь у специалистов
• В процессе работы, пока двигатель снят, приведите в порядок уплотнительные и крепежные элемент (при необходимости замените прокладки, болты ГБЦ и т. д.)
• Внимательно следите за состоянием двигателя после тюнинга, вовремя меняйте масло

Помните, что в некоторых случаях поставить новый двигатель с лучшими характеристиками целесообразнее, чем дорабатывать старый.

Возврат к списку

Стоит ли добавлять лошадиных сил мотору?

Каждый год производители грузовиков выпускают новые модели. Во многих из них используются проверенные временем двигатели внутреннего сгорания. Зачастую это те же моторы, что применялись в предыдущих сериях, но с увеличенной мощностью. Однако не каждый потребитель может позволить себе купить новую машину, а мысли о том, что их грузовикам не хватает динамики, особенно на затяжных подъёмах, всё чаще приходят в голову.

Как это сделано?

Что делает опытный водитель, когда задумывает улучшить характеристики своей «рабочей лошадки»? Правильно, советуется с мудрыми механиками, мотористами или другими водителями, имеющими опыт решения такой же проблемы. Но, к сожалению, большая часть прибегает к помощи «Ок, Google». А интернет по запросу об увеличении мощности двигателя выдаёт массу разнообразных предложений. И далеко не все из них безопасны для мотора.

Но прежде чем разбираться в вариантах форсирования двигателей, давайте сначала поймём принцип, по которому производители закладывают мощность в силовые агрегаты.

«Способов повышения числа лошадиных сил и крутящего момента довольно много. Это может быть установка более производительной турбины, изменение степени сжатия, системы газораспределения, корректировка настроек электронного блока управления и т. д. Если двигатель изначально был дефорсирован под конкретную модификацию, то повышения мощностных и силовых характеристик можно достигнуть перенастройкой программы блока управления ДВС. Таким образом, производитель формирует на базе одного двигателя широкий ассортимент комплектаций автомобилей под нужды конкретных клиентов и устанавливает гибкие границы ценового диапазона.
Если речь идёт о выпуске двигателя новой модели или модификации, то здесь повышение мощности и изменение кривой крутящего момента может достигаться за счёт использования более высокотехнологичных материалов, конструктивных изменений впрыска, алгоритмов работы турбины, параметров блока управления и т. д. Однако нужно понимать, что новые модели двигателей разрабатываются не ради увеличения мощности как таковой, а в большей степени для достижения баланса характеристик: снижения веса, расхода топлива, уровня шума, загрязняющих выбросов, а также для того, чтобы создать более экономичный агрегат, соответствующий последним экологическим стандартам. Задачи кратного увеличения мощности, скажем, 5-литрового дизеля не стоит, поскольку для той транспортной ниши, где он используется, силовые агрегаты с 350-400 лошадиными силами не нужны, это избыточная мощность для 12-18 тонн. Если речь идёт о моделях С и Е-серии, класс грузовиков с полной массой от 33 тонн и более, то здесь действительно необходима мощность в несколько сотен «лошадей» при низких оборотах. Для таких задач у ISUZU, например, есть турбодизели объёмом 15 681 см 3 мощностью 400 л. с. при 1800 об/мин. Таким образом у производителя формируется собственная линейка силовых агрегатов под разные классы авто», — объясняют технические специалисты АО «Исузу Рус».

«Инженеры-проектировщики при разработке и конструировании двигателя стараются заложить в него такие параметры, чтобы было правильное соотношение топливной экономичности, ресурса, мощностных характеристик. Зачастую при увеличении одного из вышеуказанных параметров другие снижаются. Производители двигателей применяют практику разного программного обеспечения для системы управления одного и того же двигателя. Благодаря этому можно изменить мощностные характеристики под требуемые параметры, к примеру, один и тот же двигатель с наддувом может «выдавать» совершенно разное количество л. с. и Н•м. Существуют разные «прошивки» двигателей для разных условий эксплуатации, по сути, они не изменяют мощность двигателя, но сильно облегчают эксплуатацию транспорта в тяжёлых условиях», — добавляет генеральный директор ООО «Джак Автомобиль» Ли Вэньмин.

Ла-ла-ла-ла, а мне всё мало

Итак, по сути любой двигатель имеет запас по мощности и крутящему моменту. Пожалуй, за исключением уже форсированных до предела. Увеличить количество «кобыл» в этом случае можно только заменой двигателя на ещё более мощный. Для прочих вариантов существует несколько способов повышения производительности.

Производители двигателей операции по вмешательству в их детища не одобряют. Предлагают чаще менять фильтры, масла, свечи, чистить дроссельную заслонку, проводить диагностику. Это, конечно, не даст прироста мощности и скорости, но вполне может помочь старенькому грузовику проще справляться с перевозками. В интернете можно встретить массу предложений по увеличению мощности двигателя с помощью так называемого чип-тюнинга. Однако специалисты не советуют бросаться на заманчивую рекламу.

«Просто так не увеличишь цикловую подачу топлива этим чип-тюнингом. Там много параметров. Допустим, есть двигатель большей мощности, который на аналогичную машину ставят — это одно дело. А если прошивку нужно программировать, то гаражный мастер с этим не справится. Опять же в стоимость двигателей большей мощности закладывают риски по гарантии, поэтому при, казалось бы, одинаковом железе есть разница в стоимости», — предостерегает инженер-конструктор ПАО «Автодизель» (Ярославский моторный завод) Григорий Войсков.

«Чип-тюнинг, установка турбины или перекалибровка ТНВД требуют последующих изменений различных узлов. Так, например, установка более производительной турбины влечёт за собой, как минимум, доработку систем впуска и выпуска. При этом повышаются риски возникновения неисправностей и некорректной работы двигателя вплоть до капитальных поломок. Поскольку мы говорим о коммерческом транспорте, такие ситуации могут обернуться простоем, дорогостоящим ремонтом и в итоге привести к крупным убыткам. В этой связи повышение мощности двигателя на автомобиле с пробегом — не самая лучшая идея. Если интересы бизнеса требуют наличия более производительного транспорта, то гораздо выгоднее приобрести взамен автомобиль нужной мощности/грузоподъёмности», — подтверждают представители АО «Исузу Рус».

Всё потому, что кто-то слишком много ест

Есть и обратная сторона медали. Точнее, грузовики с мощными двигателями, которые, как кажется некоторым владельцам, потребляют слишком много топлива. И задумываются они о том, что надо бы количество лошадиных сил уменьшить.

«Теоретически этого можно добиться изменением электронных настроек блока управления, однако на практике такая процедура совершенно нецелесообразна, поскольку потребует параллельной замены турбины (на менее производительную), перенастройки системы газораспределения и т. д. В качестве нежелательного результата можно получить повышенный расход топлива. Наиболее оптимальным решением для коммерческого транспорта (в отличие от авто для личного пользования) будет приобретение той модели техники, которая соответствует задачам производства. Если появится новая потребность в более производительном авто, его всегда можно купить в лизинг или взять в аренду. Сегодня производители грузовиков предлагают достаточно универсальных моделей, способных решать сразу несколько задач и обеспечивать интересы бизнеса. Достаточно изучить ассортимент и выбрать нужное авто из числа новинок или предложений вторичного рынка», — говорят сотрудники АО «Исузу Рус».

Сами производители двигателей уверены, что дефорсирование смысла не имеет. Достаточно просто педаль в пол не топить.

«Если не использовать всю мощность, то расход топлива не будет большим. Кормятся только те лошадиные силы, которые задействованы. Если машину не догружать, то она будет меньше потреблять. Поэтому принудительно ограничивать мощность, я считаю, нецелесообразно и никакого эффекта это не даст», — утверждает Григорий Войсков.

«Мощность двигателя определяется назначением изделия, на которое он установлен, и которое приобретается для определённых целей, в связи с чем снижение максимальной мощности уже имеющегося в составе автомобиля двигателя считаем неактуальным.
Экономия топлива при эксплуатации с малой нагрузкой достигается работой на частичных характеристиках с неполной подачей топлива», — резюмирует главный специалист по двигателям Научно-технического центра ПАО «КАМАЗ» Михаил Силиникс.

В ТЕМУ

Вячеслав Присяжный, менеджер по продажам промышленных двигателей ООО «Скания-Русь»:

Вячеслав Присяжный, менеджер по продажам промышленных двигателей ООО «Скания-Русь»

«Количество желающих увеличить мощность двигателя своего автомобиля растёт с каждым годом. Эта тенденция уже очень давно наблюдается не только среди владельцев легковых автомобилей, но и в сегменте грузовой техники, где более мощные двигатели позволяют увеличивать максимальную массу автопоезда. Кроме того, всегда нужно иметь запас мощности, который будет крайне необходим на обгонах и затяжных подъёмах. При этом, эффективность таких двигателей будет выше, чем у менее мощных аналогов, которые приходится эксплуатировать на пределе их возможностей, что негативно сказывается как на расходе топлива, так и на ресурсе.

Важно понимать, что число «лошадиных сил» напрямую зависит от крутящего момента и оборотов двигателя. Эти два показателя напрямую зависят от количества и качества воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндрах. С увеличением количества подаваемого в цилиндры топлива растёт необходимость в подаче большего объёма воздуха, для чего двигатели комплектуют турбокомпрессорами, позволяющими значительно увеличить мощностные характеристики двигателей. Различные манипуляции с давлением наддува дают возможность как повысить, так и уменьшить отдачу мотора, прибегая лишь к небольшому числу конструктивных изменений. Качество топливовоздушной смеси также имеет важное значение: чем лучше форсунки ТНВД распыляют топливо, тем более эффективно происходит процесс его воспламенения. Это позволяет достигать наиболее впечатляющих показателей мощности и экономичности, «выжимая» из каждой капли топлива максимум мощности.

Производители проектируют автомобили с учётом всех технологических запросов и потребностей, поэтому все его компоненты рассчитаны на заданные заводом параметры, которые рассчитаны на достижение оптимального сочетания ресурса и производительности. При этом, перепрограммирование блока управления двигателем, именуемое «чип-тюнингом», не даёт никаких гарантий увеличения мощности и эффективности двигателя. Процесс, как правило предполагает увеличение давления наддува и, как следствие, давления топлива. Повышение этих параметров, в любом случае, скажется на ресурсе ТНВД, форсунок, цилиндропоршневой группы, а также коробок передач, редукторов, карданных валов и приводов, которым придётся справляться с возросшими мощностью и крутящим моментом. При этом, после чип-тюнинга владельцы увеличивают и максимальную массу автопоезда, что создаёт ещё большие нагрузки на все узлы и агрегаты автомобиля.

Производитель изначально закладывает проектную мощность в конструкцию ДВС, поэтому более или менее мощные силовые агрегаты отличаются не только изменённой программой управления, но и компонентами. То есть двигатели одной серии, но разной степени форсировки на деле могут иметь достаточно существенные различия поршней, шатунов, коленчатых валов, наличие или отсутствие дополнительных теплообменников и многих других узлов силовой установки.

То же самое можно и сказать в отношении установки турбины. При скорости вращения крыльчатки, достигающей порядка 200 000 об/мин, температура рабочих газов может превышать 1000 °C. Поэтому владельцу придётся решать серьёзный вопрос отвода избыточного тепла, что не было заложено в изначальную конструкцию автомобиля производителем. В целом, при установке турбины придётся решать очень много вопросов: подвод к ней масла и охлаждающей жидкости, установка охладителей наддувочного воздуха – интеркулеров, замена воздушных трубопроводов и элементов впуска, способных выдержать возросшее давление, а также подключение и программирование клапанов турбины и многое другое. Фактически, для дооснащения автомобиля таким агрегатом владельцу придётся не только серьёзно модифицировать практически все узлы силовой линии, но и значительно дорабатывать программное обеспечение для блока управления двигателем.

Что касается ТНВД, то этот узел требует очень тонкой настройки, которая должна выполняться исключительно правильным образом. В противном случае есть риск добиться снижения мощности при значительно возросшем расходе топлива. Поэтому в данных вопросах нужна консультация специалиста, чтобы потом не пожалеть».

Михаил Силиникс, главный специалист по двигателям Научно-технического центра ПАО «КАМАЗ»:

Михаил Силиникс, главный специалист по двигателям Научно-технического центра ПАО «КАМАЗ»

«Автомобили, тракторы, комбайны, электроагрегаты и электростанции проектируют для определённых целей и с заданными по ТЗ параметрами. Изготовители двигателей призваны исполнять требования потребителей, в связи с чем спрос на двигатели в части мощностных параметров определяется номенклатурой и объёмами выпускаемых конечных изделий ПАО «КАМАЗ» постоянно обновляет гамму выпускаемых автомобилей при обязательном улучшении их характеристик в части экологии, снижения расхода топлива, обеспечения динамичности движения, а также грузоподъёмности для повышения их производительности, что невозможно достичь без увеличения мощности двигателя.

При проектировании новых двигателей разработчик, на базе принятых основных схемных решений, как правило разрабатывает семейство моторов различной мощности — от минимально целесообразной для принятого рабочего объёма до максимально возможной при условии обеспечении заданного ресурса и надёжности, а также выполнения технического регламента безопасности.

Мощностные параметры определяются рабочим объёмом, наличием турбонаддува и охлаждения наддувочного воздуха, настройкой топливной аппаратуры и программным обеспечением системы управления двигателем (ЭСУД). При модернизации семейства двигателей повышение мощностных параметров достигается, если ставится такая задача, изменением регулировок топливной аппаратуры и ЭСУД, модернизацией систем газораспределения и турбонаддува при условии выполнения технического регламента безопасности. При разработке, постановке на производство и сертификации двигателей параметры двигателей тщательно проверяются и фиксируются в органах по сертификации. Надёжность и долговечность двигателей проверяется длительными испытаниями на стендах и в дорожных условиях. Несанкционированная доработка двигателя и изменение регулировок, как правило, приводит к:
— риску поломок двигателя, уменьшению ресурса, сокращению срока службы двигателя;
— повышенному расходу топлива;
— невыполнению требований по экологии (дымность и токсичность отработавших газов) и штрафным санкциям со стороны контролирующих органов».

Виталий Урусов, директор ООО «Сибирьтехсервис» (сервисный центр Deutz/ЯМЗ):

Виталий Урусов, директор ООО «Сибирьтехсервис» (сервисный центр Deutz/ЯМЗ)

«Современный рынок спецтехники и грузоперевозок требует более мощной техники, Причина — экономически более оправдано производить в разы больше продукта с помощью машины, при этом затраты увеличиваются незначительно. Производители современных ДВС повышают мощность и крутящий момент за счет применения электронных систем управления, которые позволяют точно дозировать количество топлива и воздуха и сгорание происходит с максимальным КПД. При этом объем двигателя не меняется, а меняется форма камеры сгорания, количества и время подаваемого топлива, количество и температура наддуваемого воздуха турбокомпрессором.

В принципе владелец техники сам может произвести модернизацию двигателя, повысив его мощность, например, изменив параметры в блоке управления двигателем на «сервисе», или установив турбокомпрессор, форсунки и ТНВД от более мощного ДВС, но не рассчитанные на большие нагрузки детали, будут быстрее выходить из строя. Ресурс «форсированного» таким образом двигателя снижается в разы. Кроме более высоких нагрузок, детали двигателя работают в других условиях теплообмена, и возможны локальные перегревы деталей цилиндропоршневой группы и сопряжения клапан – седло в головке блока цилиндров. В случае если не нужна большая мощность, и владелец техники хочет дефорсировать двигатель, то у него есть несколько вариантов — например, он может отрегулировать ТНВД на меньшую подачу топлива или изменить настройки в ЭБУ двигателя, установив параметры для менее мощного мотора».

ЭКСПЕРТ РЕКОМЕНДУЕТ

Ли Вэньмин, генеральный директор ООО «Джак Автомобиль»:

Ли Вэньмин, генеральный директор ООО «Джак Автомобиль»

«Необходимость в большой мощности мотора чаще всего востребована на спецтехнике и на седельных тягачах для перевозки тяжёлого «негабарита». На городских и магистральных перевозках для собственника бизнеса более важна топливная экономичность, нежели большая мощность двигателя. На данный момент все производители коммерческого транспорта стараются подобрать идеальное соотношение топливной экономичности и мощности двигателя в зависимости от полной массы транспортного средства. При внесении изменений в конструкцию уже во время эксплуатации транспорта необходимо выбирать людей, которые будут это делать с особым вниманием. У них должны быть современное оборудование и высокая квалификация, иначе при перепрограммировании ЭБУ двигателя или установки комплектующих, иных от заводских, можно столкнуться с огромным количеством проблем, начиная от некорректной работы ДВС и заканчивая выходом из его строя.

В заводских конструкторских бюро работают чаще всего профессионалы своего дела, которые при проектировании двигателя рассчитывают все параметры и стараются найти «золотую середину», исключение может составлять спецтехника, где во главу может ставиться единственный параметр. Но, с другой стороны, прогресс идёт вперёд, и появляются новые технологии, которые позволяют улучшить работу двигателя предыдущего поколения, в таком случае установка современных комплектующих может улучшить работу старого мотора и изменить в лучшую сторону мощностные и топливно-экономические характеристики. Самое главное — найти профессионалов, которые смогут качественно это инсталлировать».

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Двигатель внутреннего сгорания для производства электроэнергии — Введение

Двигатель внутреннего сгорания для производства электроэнергии: Введение

Двигатели внутреннего сгорания — это хорошо известная технология, используемая в автомобилях, грузовиках, строительной технике, судовых силовых установках и системах резервного питания. Двигатели внутреннего сгорания используют расширение горячих газов для толкания поршня внутри цилиндра, преобразуя линейное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала для выработки мощности. В то время как паровые двигатели, приведшие в действие промышленную революцию, приводились в движение паром, произведенным извне, современные двигатели внутреннего сгорания, используемые для выработки электроэнергии, представляют собой двигатели внутреннего сгорания, в которых воздушно-топливная смесь сжимается поршнем и воспламеняется внутри цилиндра. Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) характеризуются типом сгорания: искровым (СГ) или воспламенением от сжатия, также известным как дизель.

Как работает двигатель внутреннего сгорания?

Двигатель SG основан на цикле Отто и использует свечу зажигания для воспламенения воздушно-топливной смеси, впрыскиваемой в верхнюю часть цилиндра. В цикле Отто топливная смесь не нагревается настолько, чтобы гореть без искры, что отличает его от цикла Дизеля. В дизельных двигателях воздух сжимается до тех пор, пока его температура не поднимется до температуры самовоспламенения топлива. Когда топливо впрыскивается в цилиндр, оно немедленно сгорает вместе с горячим сжатым воздухом, и расширяющиеся газы сгорания толкают поршень к нижней части цилиндра.

Каждое движение поршня внутри цилиндра называется ходом. Поршневые двигатели внутреннего сгорания характеризуются числом тактов для завершения одного силового цикла и частотой вращения коленчатого вала (выражается в оборотах в минуту, об/мин). Для производства электроэнергии используются преимущественно четырехтактные двигатели. Во время такта впуска предварительно смешанный воздух и топливо (двигатели SG) или воздух (дизельные двигатели) всасываются в цилиндр по мере того, как поршень движется вниз в положение «нижней мертвой точки». На такте сжатия в двигателях СГ топливовоздушная смесь сжимается поршнем и воспламеняется искрой от свечи. Самовоспламенение в двигателях SG предотвращается правильным ограничением степени сжатия.

В дизельных двигателях топливо впрыскивается в цилиндр ближе к концу такта сжатия, когда воздух достаточно сжат для достижения температуры самовоспламенения. Сгорание топливовоздушной смеси вызывает ускоренное расширение газов высокого давления, которые прижимают поршень ко дну цилиндра во время рабочего такта, сообщая вращение коленчатому валу. Сгорание происходит прерывисто — только во время рабочего такта, тогда как в газовых турбинах сгорание происходит постоянно. Когда поршень возвращается в верхнюю часть цилиндра во время такта выпуска, продукты сгорания (выхлопные газы) выталкиваются через выпускной клапан. Несколько цилиндров соединены с коленчатым валом и ориентированы таким образом, что в то время как одни поршни сообщают вращение коленчатому валу во время рабочего такта, другие поршни толкаются обратно к верхней части цилиндров во время такта выпуска.

Размер и мощность двигателя внутреннего сгорания зависят от объема сжигаемого топлива и воздуха. Таким образом, размер цилиндра, количество цилиндров и частота вращения двигателя определяют количество энергии, генерируемой двигателем. Увеличивая подачу воздуха в двигатель с помощью воздуходувки или компрессора, что называется наддувом, выходная мощность двигателя может быть увеличена. Обычно используемый нагнетатель представляет собой турбокомпрессор, в котором используется небольшая турбина на пути выхлопных газов для извлечения энергии для привода центробежного компрессора.

Гибкость топлива в двигателях внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания могут работать на различных видах топлива сырая нефть. Дизельные двигатели, как правило, более эффективны, чем двигатели SG, но также производят больше оксидов азота (NOx), диоксида серы (SO2) и твердых частиц (PM). Образование SO2 и PM зависит от топлива, поскольку природный газ дает низкий уровень выбросов. Образование NOx связано с температурой горения. В двигателях SG предварительное смешивание воздуха с топливом для создания «обедненных» условий (больше воздуха, чем необходимо для сгорания) снижает температуру сгорания и препятствует образованию NOx. Были разработаны новые конструкции двигателей, позволяющие использовать преимущества дизельного процесса при сохранении преимуществ сжигания обедненной смеси. Двухтопливные (ДТ) двигатели разработаны с возможностью сжигания как жидкого, так и газообразного топлива. При работе в газовом режиме газообразное топливо предварительно смешивается с воздухом, впрыскивается сразу после такта сжатия и воспламеняется пламенем пилотного топлива. В этом процессе пламя пилотного топлива действует как «свеча зажигания» для воспламенения обедненной газовоздушной смеси. Двигатели DF сохраняют возможность использования резервного жидкого топлива при прекращении подачи газа.

Генераторы

На электростанции многие парогенераторы или дизельные ДВС сгруппированы в блоки, называемые генераторными установками. Каждый двигатель соединен с валом, который соединен с его электрическим генератором. Эти генераторные установки обеспечивают модульную электрическую мощность и имеют стандартные размеры от 4 до 20 МВт.

_{Машинный зал в Goodman Energy Center в Канзасе, США}

Wärtsilä Energy. Давайте подключимся.

Свяжитесь с нами

Повышение эффективности двигателя внутреннего сгорания

Повышение эффективности двигателя внутреннего сгорания

Повышение эффективности двигателя внутреннего сгорания

Текущая ситуация с эффективностью:

ТОПЛИВО 100%

НАЖИМАНИЕ ПОРШНЕЙ 35%

ПРЕОДОЛЕНИЕ ТРЕНИЯ В ДВИГАТЕЛЕ И ПРОКАЧКА ВОЗДУХА И ТОПЛИВА

(типичные условия движения в США) 20%

Мы застряли на ~20% эффективности автомобильного двигателя?

Что можно сделать?

1. Запустите двигатель на обедненной топливной смеси, то есть используйте избыток воздуха. Хорошо известно, что работа на обедненной топливной смеси повышает эффективность. В прежние времена в крейсерских условиях двигатели всегда работали на обедненной смеси с избытком воздуха около 15% — это было экономично. Так что же может изменить это? Проблема заключается в трехкомпонентном катализаторе (CO, UHC, NOx), используемом в выхлопных газах двигателя. Это работает только в том случае, если соотношение воздуха и топлива в двигателе (по массе) является стехиометрическим (химически правильным). Для бензина это соотношение составляет 14,6:1. Компьютер двигателя, действуя совместно с датчиком расхода воздуха двигателя, электронными топливными форсунками и датчиком кислорода в выхлопных газах, поддерживает стехиометрическое соотношение на протяжении большей части вашего вождения. Только при таком соотношении катализатор может окислять как CO, так и UHC (до CO ₂ и H ₂ O) и химически уменьшить NOx (до N ₂ ). (UHC = несгоревшие углеводороды.) Человечеству нужен катализатор бедных NOx. Тогда мы могли бы повысить эффективность и продолжать оставаться чистыми!

Также необходимы способы улучшения воспламеняемости обедненной смеси в бензиновых двигателях. То есть возможность сжигания настоящей обедненной смеси ограничена топливом. Если бензино-воздушная смесь слишком бедная, пламя не будет иметь достаточной скорости, чтобы пройти через цилиндр за время, разрешенное оборотами двигателя, которые хочет водитель, или пламя даже не запустит пропуски зажигания в цилиндре, и тогда катализатор сработает. окислять огромное количество UHC и, таким образом, может перегреться (что может означать, что вам придется купить новый катализатор).

Фон:

Первый курс термодинамики может научить эффективности цикла Отто (который является идеальным циклом, используемым для моделирования бензинового двигателя с искровым зажиганием). Такой курс выведет следующее уравнение для эффективности цикла Отто:

ч

= 1 1/r _v ^г-1


Степень сжатия двигателя r _v . На самом деле, это объемное соотношение. Это отношение объема цилиндра, когда поршень находится в нижней части цилиндра, к объему цилиндра, когда поршень находится в верхнем положении: r _v = V _нижний /V _{верхний} .

Степень сжатия большинства автомобильных двигателей находится в диапазоне от 9 до 10,5. Отметим: чем выше степень сжатия, тем выше КПД! Параметр g представляет собой отношение удельной теплоемкости, т. е. удельной теплоемкости при постоянном давлении к удельной теплоемкости при постоянном объеме. С практической точки зрения, чем выше g, тем выше эффективность. Такой газ, как гелий или аргон, состоящий только из атомов, имеет максимально возможное значение g, равное 1,67. С другой стороны, комнатный воздух, состоящий в основном из O 9Молекулы 0037 2 и N ₂ имеют g 1,4. Пары топлива имеют g меньше, чем у воздуха. Смесь воздуха и паров бензина, подаваемая в двигатель, имеет g около 1,35. Поскольку эта смесь сжимается и нагревается во время такта сжатия, ее g падает примерно до 1,33. При сгорании (когда поршень находится вблизи верхнего положения) топливо окисляется до CO ₂ (и некоторого количества CO) и H ₂ O, и g падает дальше. Он падает в диапазоне 1,20-1,25. Общий эффективный g для всего цикла для использования в приведенном выше уравнении эффективности составляет около 9.0049 1,27 .

Эмпирическое правило: чем больше сложность молекул, тем меньше g. Нижний предел равен 1. Атомы аргона и гелия только транслируют, то есть движутся по прямым траекториям, пока не столкнутся с другим атомом. Молекулы воздуха в помещении перемещаются и вращаются (около 2-х своих осей). Горячий воздух начинает вибрировать (как два ядра, соединенные пружинкой). Молекулы паров топлива имеют массу возможностей колебаться даже при комнатной температуре. Продукты сгорания вибрируют. Однако только перевод молекул ТОЛКАЕТ поршень. Другие режимы молекулярного движения ничего не делают для толкания поршня. Таким образом, когда g падает (что указывает на большую вибрацию молекул), h падает. Бедный двигатель (то есть двигатель с избытком воздуха) имеет более холодный процесс сгорания и больше воздуха по отношению к топливу, чем типичный двигатель с химически правильной смесью. Таким образом, его g выше, а его h больше.

Подставьте g = 1,27 в приведенное выше уравнение эффективности, предположите, что r _v = 10, и вы получите h = 0,46. Умножьте это примерно на 0,75, чтобы учесть эффекты реального цикла (например, время, необходимое для сгорания, потери тепла в охлаждающую жидкость и выпускные клапаны, которые открываются до того, как поршень полностью достигнет нижнего положения), и вы получите h = 0,35. Это эффективность (приведенная выше) использования химической энергии топлива для толкания поршней. Умножьте это на механический КПД двигателя, который учитывает механическое трение в двигателе и работу по перекачиванию воздуха (и топлива), которую необходимо выполнить, и вы получите окончательный или общий КПД двигателя. Конечно, механический КПД зависит от условий вождения. Чем выше обороты двигателя, тем больше потери на трение. Чем сильнее закрыта дроссельная заслонка (т. е. чем дальше ваша нога от педали), тем выше насосные потери. Для типичного вождения в США результирующий общий КПД двигателя составляет около 20%. Обратите внимание: ваша педаль на самом деле не педаль газа, а педаль воздуха! Добавьте механические потери на трение в трансмиссии и главной оси (или потери на трение в трансмиссии) и расход нескольких основных аксессуаров, и вы получите 15% эффективности использования топлива на колесо для типичного автомобиля, эксплуатируемого в США.

2. Более высокая степень сжатия. Здесь мы ограничены самовоспламенением бензинового стука. То есть, если компрессия бензинового двигателя выше примерно 10,5, если только октановое число топлива не высокое, происходит детонационное сгорание. Это раздражает, и если оно не исчезает, может произойти повреждение двигателя. Таким образом, эффективность бензиновых двигателей ограничена неспособностью топлива плавно сгорать в двигателях с высокой степенью сжатия.

Однако это ограничение не распространяется на дизельный двигатель. Он работает с высокой степенью сжатия. Отчасти этим объясняется его высокая эффективность. Он также работает на обедненной смеси, и его насосная работа низка, что еще больше повышает его эффективность по сравнению с бензиновым двигателем. Человечеству нужны тихие, бездымные, без запаха дизеля!

3. Нам нужны новые циклы, внедренные в практику. Примером может служить цикл Аткинсона. Это имеет меньшую степень сжатия, чем степень расширения. Это означает, что T _C уменьшается, так как продукты сгорания охлаждаются по мере расширения, что делает цикл эффективным. Мы выбрасываем меньше отработанного тепла через выхлоп.
4. Запустите двигатель в оптимальных условиях, что означает низкое трение (умеренные обороты двигателя) и малую работу насоса (большее открытие воздушной заслонки). Постарайтесь приблизиться к эффективности «толкания поршней» в 35%. Это уже происходит в некоторых стационарных поршневых двигателях, больших, тихоходных, поршневых двигателях, используемых, например, на трубопроводных компрессорных станциях. Также это важная характеристика двигателей, используемых в гибридных бензиново-электрических автомобилях. Пусть бензиновый двигатель гибридной бензино-электрической силовой установки работает только при хорошем открытии дроссельной заслонки и скромных оборотах. Пример одного типа имеющегося в продаже гибридного двигателя («параллельного» типа) можно найти по адресу: 9.0082

(

http://prius.toyota.com/technology/hybrid.html ).

Обратите внимание, что гибридная силовая установка также восстанавливает часть кинетической энергии транспортного средства, позволяя этому KE управлять электрическим генератором (во время торможения). Электрическая энергия хранится в батареях. (Обычно этот KE рассеивается в виде тепла в тормозах.) Инвертор используется для преобразования электричества постоянного тока от батарей в электричество переменного тока, необходимое для электродвигателя и создаваемое генератором.

______________________________

В приведенной ниже таблице сравнивается полный КПД нескольких автомобильных силовых установок.