Тепловая нагруженность ДВС

[sergun 610]

В разных ветках так или иначе затрагивалась данная тема. Предлагаю "погрызть гранит науки" здесь.

 

Дизель VS ДсИЗ (двиг. с искровым зажиганием)

 

Общеизвестные факты о Дизеле в сравнении с ДсИЗ:

• Свечи, катушки и т.п. выкинули - и хрен с ними; сложной топливной аппаратуры с форсунками прикрутили - пячаль...
• Степень сжатия в дизеле выше (в 2-3 раза)
• Выше нагрузки воспринимаемые ЦПГ и КШМ
• Выше прочность и масса деталей воспринимающих нагрузки
• Выше инерционные нагрузки (от потяжелевших подвижных деталей)
• Крутиться не так бодро, зато с низов тянет как бизон!
• Выше экономичность
• Детонация? Нет, не слышали..
• Температура отработавших газов ниже
• Турбо? Обязательно! Дайте три!
• Запуск в трескучие морозы? Главное верить и все получится..
• Тарахтит и коптит, зараза!

 

Факты (по науке):

• Теплотворность солярки ниже бензина на 5%
• Почему дизель экономичнее? Дизель очень неплохо потребляет  бедные топливовоздушные смеси (ТВС) (и ни разу не кашляет). Состав ТВС оценивается коэф. избытка воздуха (Альфа), который характеризует избыточность воздуха в ТВС, относительно минимального кол-ва воздуха необходимого для полного сгорания топлива. Альфа = 1 (воздуха ровно столько, сколько нужно для сгорания); Альфа > 1 (смесь бедная, воздуха больше чем надо); Альфа

  

Материалы: 

http://www.academia-moscow.ru/ftp_share/_books/fragments/fragment_23602.pdf (фрагмент учебника МАДИ, особо интересны главы 1.3, 1.6)

 

Выдержки из вышеприведенного учебника:

Данные по температуре заряда (в Кельвинах) в камере сгорания в рабочих циклах Дизеля/ДсИЗ на режиме номинальной мощности:

 

                                                  Дизель                                        ДсИЗ (двс с искровым зажиганием)

 

Впуск                                        310...350 К (360 К наддув)         320...380 К         

Сжатие                                     700...900 К (1000 К наддув)       600...900 К

Рабочий Ход (горение)           1800...2200 К  (?? наддув)         2500...2800 К                                 

Рабочий Ход (расширение)    950...1100 К                               1200...1700 К

Выпуск                                      600...850 К                                 900...1100 К

 

Понятно, что здесь может охватываться широчайший диапазон различных моделей автомобильных ДВС-ов и показывается средняя температура по больнице. Делать по этим данным какие-либо выводы например о схожих по основным параметрам Дизелю и ДсИЗ не представляется возможным. Так например по дизелю, указывается что давление в такте горения может достигать 9,5 Мпа, но при наддуве давление может увеличиться до 18 МПа!  А что происходит с температурой?! Включена ли она в диапазон 1800...2200 К?

 

Из интересного:

Более 450 градусов на поршне? Извольте: Судовые дизеля: http://sudoremont.blogspot.ru/2014/11/blog-post_27.html

Изменено 30 октября 2015 пользователем sergun

[sergun 610]

30.10.2015 в 14:37, VladimirR сказал:

@sergun,

 

чтобы по ссылкам не ходить было бы удобно собрать все в одном месте, взялся, собирай

Я здесь не взялся разобрать все по полочкам, потому как, это мне одному не по силам.. А надеюсь также и на коллективный разум. Без ссылок пока, никак не обойтись, потому как ищем ответы и нужны материалы, которые могли бы их дать. Копий сломано уже много, а к консолидированному выводу, как я понял, так и не пришли..

[jhat 23]

ну раз гранит, то помогу, я ентим профессионально занимаюсь...

повторю пост:

есть работы как раз посвященные созданию мало теплонагруженных дизелей, у них объемы...    много очень много... цель снижение расхода до!!!! рекордных ~120 г*л.с./ч И КПД свыше 50%!!!!

там температуры намного ниже, но и обороты дай Бог в среднем 50об/мин, короче у таких дизелей очень! низкая литровая мощность и следовательно низкая теплонагруженность...

а есть быстроходные дизеля у них как раз наоборот высокие обороты и высокая литровая мощность под 150л.с./литр там и теплонагруженность повыше будет... но опять таки выше кого? и при каких обстоятельствах...

посему как конкретный пример... есть 2 мотора на одну и туже машинку...  D4EA и G4GC оба мотора по 2литра и у обоих по 140л.с. ....

ну и при одних и тех же оборотах, например 3000 у кого поршень прогреется больше? а если будем сравнивать не одинаковые обороты, а мощность выдаваемую мотором? то у кого больше будет?

посему возвращаясь к теме Common Rail и масел, замечу:

1. Common Rail и был придуман чтоб поднять литровую мощность дизеля, при этом в силу требований экологии они все задушены EGR-ом...

2. для дизелей повышение литровой мощности ограничено! теплонагруженностью, а у зажигалок детонационной стойкостью топлива....

предполагая, что меня щас закидают, приведя в пример моторы  формулы 1, то напомню, что там под 18тыщ оборотов... и тут надо рассматривать уже не просто литровую мощность, а увязанную на один такт...  и если рассматривать мощность за такт, то.... у бензинового 5-6 бар наддува и вуаля...уже потолок детонационной стойкости топлива, отсюда и обороты под 15-18 тыщ, чтоб мощность заполучить под 900л.с. с литра!!!, а вот  у дизеля вдуть воздуха можно мно-ого... детонации то нет, есть проблема прочности и теплонагруженности... короче, что то Остапа понесло...  

 

P.S. рекордсмены среди

дизелей 5 литров -  750л.с. при 3800 оборотах (мощность за оборот в секунду с 1 литра = 2.3)

бензиновых 1,5 литров 1300 л.с. при 11,5тыс оборотах...  (мощность за оборот в секунду с 1 литра = 4.5)

для бензинового это предел горения топлива, для дизеля предел прочности....

[sergun 610]

Процесс сгорания в дизеле.

 

Дизель не зря вызывает подозрение, тем обстоятельством, что как-то умудряется работать без свечей. Внутри у него происходит настоящая «черная магия», результаты деятельности которой, мы иногда видим в виде черных клубов дыма, вырывающихся из выхлопной трубы.

 

Как мы уже увидели выше, если судить по температуре заряда в камере сгорания на различных тактах, Дизель в целом можно считать «холоднее» нежели ДсИЗ. Однако почему, как только речь идет о тепловой напряженности ДВС, упоминаются в основном Дизеля? Почему же там, этот вопрос (тепловой напряженности) ставится ребром, хотя внутри камеры сгорания Дизеля, казалось бы, не так горячо?

 

Ответ кроется в процессе горения. По типу течения процессы горения можно разделить на 2 группы:

1. Кинетическое горение. Преимущественно протекает в гомогенных (однородных) смесях, характерных для ДсИЗ. Для гомогенных смесей свойственно хорошее смешение топлива с воздухом, соответственно такая смесь сгорит полнее (большая часть топлива вступит в реакцию с кислородом и полноценно сгорит, с выделением продуктов сгорания и без сажи)
2. Диффузионное горение. Преимущественно протекает в гетерогенных (разнородных) смесях, характерных для Дизеля. В гетерогенной смеси топливо перемешивается с воздухом неравномерно. В тех областях, где горение будет происходить с недостатком кислорода, интенсивно образуется сажа.

Теплота от рабочего тела к поверхностям деталей передается с помощью радиации (теплового излучения) и теплоотдачи (конвекционной). Роль теплового излучения в дизеле особенно высока. Т.к. из-за повышенного содержания сажи, пламя в Дизеле – «черное», т.е. обладает высокой излучательной способностью. Согласно измерениям, температура дизельного пламени превышает значения средней температуры по объему камеры сгорания.

Высокие значения температуры пламени и степени его «черноты» определяют высокую долю теплоты, передаваемой излучением (по некоторым оценкам, до 45% и более).

 

Так что можно резюмировать, что если мы сравниваем "сравнимое", т.е. рассматриваем схожие по базовым характеристикам Дизель и ДсИЗ, то в плане теплонапряженности на Дизель выпадает более тяжелая ноша.

 

Такие пироги…

Изменено 1 ноября 2015 пользователем sergun

[sergun 610]

Типичное распределение температуры на поршне (данные картинки не совсем наглядные, т.к. одни и те же цвета соотв. разным температурам, так у дизеля красный цвет - 359...375, у ДсИЗ - 290...300):

 

                                       ДсИЗ                                                                                                        Дизель

 

                      

 

                                                                     

                                                                     

                                                                     Back to USSR

 

 

[sergun 610]

Рассмотрим интересные существующие инженерные решения, итак передовой трех-турбинный дизель N57D30S1 от BMW, поршни: http://www.zr.ru/content/news/448073-dizel_bmw_tri-turbo_poluchit_porshni_novoj_konstrukcii/

Как мы видим, в области жарового пояса поршня сделана полость для охлаждения маслом, что позволяет противостоять черной магии дизеля, даже используя алюминиевые поршни.

[XserX 3]

Противостоять так называемой чёрной магии дизеля... Имеется в виду образованию образивных продуктов в коммон рейл? Если да, то значит ли это что в таких моторах можно использовать полнозольные масла?