Vidaus degimo varikliai
Turinys
1. Vidaus degimo variklio ciklai ir procesai,
vykstantys cilindruose…………….3
1.1. Teoriniai ir tikrieji variklių rodikliai…….3
1.2. Variklio ciklą charakterizuojantys rodikliai…..8
1.3. Indikatoriniai variklio rodikliai……..10
1.4. Variklio mechaniniai nuostoliai………13
1.5. Efektyvūs variklio rodikliai……….15
1.6. Lyginamieji variklių rodikliai……….18
1.7. Variklio šilumos balansas……….20
2. Variklių dinamika ir atsvėrimas………..21
2.1. Variklį veikiančios jėgos ir momentai……23
2.2. Variklių atsvėrimas…………..28
3. Variklių charakteristikos…………..38
3.1. Charakteristikų klasifikavimas………39
3.2. Dyzelinio variklio apkrovos charakteristika….40
3.3. Greičio charakteristikos…………42
4. Vidaus degimo variklių ekologinis poveikis…..47
4.1. Nuodingų medžiagų susidarymas varikliuose….48
VIDAUS DEGIMO VARIKLIŲ TEORIJOS PAGRINDAI
1. VIDAUS DEGIMO VARIKLIO CIKLAI IR PROCESAI, VYKSTANTYS CILINDRUOSE
Traktoriuose ir automobiliuose dažniausiai įrengiami stūmokliniai vidaus ddegimo šiluminiai varikliai. Jų cilindruose degant skysčiams ar dujoms susidaro didelio slėgio dujiniai deginiai, kurie plėsdamiesi didele jėga veikia stūmoklį, o pastarasis per švaistiklį suka variklio alkūninį veleną. Kad degalai, patekę į variklio cilindrus, laiku užsidegtų, jie turi būti tinkamai paruošti, sumaišyti su įsiurbiamu į tuos pačius cilindrus oru ir suspausti. Kituose varikliuose suspaudžiamas tik oras, į kurį tinkamu metu įpurškiami skysti degalai. Plėsdamiesi dujiniai deginiai atlieka naudingą darbą, po to jie iš cilindrų pašalinami. Įsiurbiama nauja degiojo mišinio ar ooro porcija, ir visi procesai variklyje pasikartoja.
Taigi stūmoklinių variklių darbas vyksta cikliškai, nuolat kartojantis tiems patiems procesams. Suprantama, šie procesai vyksta pagal tam tikrus fizikinius dėsnius, kuriuos nagrinėja termodinamika. Tad pabandykime, remdamiesi termodinamika bei degimo chemija, išsiaiškinti, kokie procesai vyksta vvariklio cilindre, kuo variklio cilindruose vykstantys procesai skiriasi nuo termodinamikos nagrinėjamų procesų bei ciklų.
1.1. Teoriniai ir tikrieji variklių ciklai
Kaip minėjome, varikliuose šiluminė degalų energija verčiama mechaniniu darbu, cilindre keičiasi dujų termodinaminė būsena.
Periodiškas dujų būsenos pasikeitimas vadinamas termodinaminiu ciklu. Tai uždaras procesas, kurio metu dujų šilumingumas nekinta ir nuo temperatūros nepriklauso. Šiluma suteikiama dujoms, kai tūris cilindre nekinta (ūmaus degimo ciklas), arba kai jame nekinta slėgis (lėto degimo ciklas), taip pat kai dalis jos suteikiama esant pastoviam tūriui, o likusi dalis- esant pastoviam slėgiui (mišrus ciklas). Suspaudimo ir išsiplėtimo procesai šiuose cikluose yra adiabatiniai – dujos iš aplinkos negauna ir jai neatiduoda šilumos. Tokie ciklai vadinami idealiais, nes nevyksta šilumos mainai tarp dujų ir cilindro sienelių, nėra siurbino ir išmetimo procesų, ddegimo procesas pakeičiamas šilumos suteikimo dujoms procesu, o išmetimo procesas – šilumos atidavimu aplinkai.
Variklyje vykstantys ciklai skiriasi nuo termodinaminių ir vadinami tikraisiais. Kaip minėjome, dujas sudaro degalų ir oro mišinys, taip pat nedidelis kiekis cilindre likusių deginių. Šio dujų mišinio sudėtis ir šilumingumas procesų metu kinta. Tarp dujų ir cilindro sienelių vyksta šilumos mainai – suspaudimo ir išsiplėtimo procesai yra ne adiabatiniai, o politropiniai. Variklio cilindre vykstantis ciklas atviras, nes po kiekvieno ciklo dujos pasikeičia: išsiplėtę deginiai iš cilindro išmetami llaukan ir į jį siurbiamas šviežias mišinys ar oras. Tikrojo ciklo metu ne visada degalai visiškai sudega, be to, šiek tiek jų patenka į variklio karterį. Dėl šių priežasčių prarandama dalis šilumos. Prisiminkime ir tai, jog siurbimo ir išmetimo vožtuvai atsidaro anksčiau, negu stūmoklis pasiekia galinius taškus (AGT ir VGT), ir užsidaro vėliau. Todėl cilindre vykstančių tikrųjų procesų analizė yra sudėtingesnė negu teorinių, kai teigiama, jog siurbimo ir išmetimo vožtuvai atsidaro ir užsidaro staiga, vos tik stūmoklis atsiduria AGT ir VGT, o degalai sudega akimirksniu. Taigi teorinis ciklas yra tarsi tarpinis tarp idealaus ir tikrojo ciklų ir laikomas pagrindu skaičiuojant ir analizuojant variklyje vykstančius procesus.
Vienas iš pagrindinių variklio darbo parametrų, nuo kurio priklauso dinaminiai ir ekonominiai rodikliai, yra dujų slėgis cilindre. Todėl, nagrinėdami variklio teorinį ciklą, daugiau dėmesio skirsime dujų slėgio priklausomybės nuo jų tūrio cilindre arba nuo alkūninio veleno pasisukimo kampo analizei. Dujų slėgį, bandant variklį, galima užregistruoti prietaisu, vadinamu indikatoriumi. Juo gautas grafikas vaizduoja tikrąją variklio indikatorinę diagramą. Oto variklio ir dyzelio teorinės ir tikrosios indikatorinės diagramos pateiktos 1.1 ir 1.2 paveiksluose. Kad būtų aiškiau, ten pat yra ir variklių skirstymo fazių diagramos.
Panagrinėkime, kaip vyksta teoriniai ir tikrieji Oto variklio ir dyzelio ciklai.
Teoriniame cikle siurbimo procesas vyksta pagal lliniją ra Iš pradžių cilindre likę deginiai plečiasi, kol jų slėgis tampa mažesnis negu atmosferinis, ir tik po to į cilindrą pradedamas siurbti šviežias mišinys arba oras. Siurbimo procesas baigiasi taške a.
Realiame variklyje siurbimo vožtuvas pradeda atsidaryti anksčiau (taškas 1) ir visiškai užsidaro vėliau (taškas 2). Dėl to pagerėja cilindrų pripildymas. Jis įvertinamas cilindrų pripildymo koeficientu:
v G1/G2 = G1 (kVn) (1.1)
čia G1 – tikrai į cilindrą patekęs dujų kiekis, kg;
k – dujų tankis kg/m3.
Oto variklių v būna 0,75.0,85, nepripučiamų dyzelių – 0,8.0,9, pripučiamų – 0,8.0,95.
Pasikeitus stūmoklio slinkimo krypčiai, cilindre vyksta suspaudimo procesas (linija ac). Šis procesas, kaip minėjome, yra politropinis. Jam baigiantis, tam tikra paskuba prieš VGT (taške A) Oto variklyje mišinys uždegamas, o į dyzelio cilindrą pradedami purkšti degalai. Prasideda degimo procesas (Oto variklyje linija cz, dyzelyje – linijos cz’ ir z’z). Iš termodinamikos žinome, kad linijomis cz arba cz’ vaizduojami procesai yra izochoriniai (tūris V=const), o linija z’z – izobarinis (slėgis p=const). Šių procesų metu padidėja dujų energija, dėl to jos didelė jėga stumia stūmoklį žemyn – vyksta išsiplėtimas.
Oto variklyje išplėtimas vyksta pagal liniją zb, dyzeliniame prasideda nuo taško z’, kai teoriškai dar vyksta degimas. Procesai, pavaizduoti linijomis zb, yra politropiniai.
1.1 pav. Oto variklio indikatorinės ir sskirstymo fazių diagramos
1.2 pav. Dyzelinio variklio indikatorinės ir skirstymo fazių diagramos
Išmetimo vožtuvas atsidaro anksčiau, negu stūmoklis pasiekia AGT (taške 3), ir prasideda išmetimo procesas. Teoriškai šis procesas baigiasi taške r, kai stūmoklis pasiekia VGT. Tikrajame cikle išmetimo vožtuvas užsidaro vėliau (taške 4).
1.2.Variklio ciklą charakterizuojantys rodikliai
Suspaudimo laipsnis * parodo, kiek kartų sumažėja tūris cilindre, kai stūmoklis iš AGT nuslenka iki VGT:
* * Va / Vc , (1.2)
čia Va – visas cilindro tūris m3,
Vc- degimo kameros tūris m3.
Tūris Va* Vh * Vc ,
čia Vh – cilindro darbinis tūris m3.
Slėgio padidėjimo laipsnis *p parodo, kiek kartų padidėja slėgis cilindre degant degalams:
*p * pz / pc , (1.3)
čia pz – maksimalus ciklo slėgis MPa,
pc- dujų slėgis suspaudimo takto pabaigoje,
Pirminis išsiplėtimo laipsnis * – kiek kartų padidėja dujų tūris Vz, kai pasibaigia degimas.
* * Vz / Vc , (1.4)
čia Vz – tūris virš stūmoklio, kai pasibaigia degimas m3.
Šis rodiklis būdingas tik dyzeliniam varikliui (Oto variklio **1).
Visiško išsiplėtimo laipsnis * parodo, kiek kartų padidėja dujų tūris dyzelinio variklio cilindre, kai stūmoklis iš padėties, atitinkančios tašką z, nuslenka iki AGT:
* * Vb / Vz . (1.5)
Oto variklio Vz*Vc, todėl ***. Pripučiamuose dyzeliniuose varikliuose deginių energija yra panaudojama turbinai sukti. Turbina įsuka ir kompresorių, nes yra su juo sujungta velenu.
Todėl į tokio variklio cilindrus patenkančio išvalyto oro slėgis pa yra didesnis negu atmosferinis po. Slėgis pa gali būti didesnis net ir už išmetimo slėgį pr.
1.3 pav. Vidutinio indikatorinio slėgio grafinis vaizdavimas
1.3. Indikatoriniai variklio rodikliai
Indikatoriniai variklio rodikliai parodo, ar tobulai termodinaminiu požiūriu variklio cilindre vyksta ciklas. Jiems priskiriamas vidutinis indikatorinis slėgis pi , indikatorinė galia Pi, santykinės indikatorinės degalų sąnaudos bi ir indikatorinis naudingumo koeficientas *i.
Vidutinis indikatorinis slėgis – tai toks tariamas pastovus dujų slėgis, veikiantis stūmoklį per visą darbinę jjo eigą ir atliekantis tokį pat darbą kaip tikrasis, tačiau kintamas dujų slėgis. Žinodami, jog indikatorinė variklio diagrama vaizduoja dujų atliekamą darbą vieno ciklo metu, jos plotą galime paversti stačiakampiu, kurio ilgoji kraštinė atitiktų tūrį Vh. Tuomet stačiakampio aukštinė vaizduos teorinį vidutinį indikatorinį slėgį pit (žr.1.3 pav.):
pit = Ai/Vh , (1.6)
čia Ai – indikatorinis darbas.
Tikrasis vidutinis indikatorinis slėgis yra mažesnis už teorinį, nes tikrojo ciklo indikatorinė diagrama yra suapvalinta (1.3 pav. plotas 23cc“412).Tikrajame cikle dar vyksta siurbimo ir išmetimo procesai, kurie bbendrai vadinami siurbimo nuostoliais *pi:
*pi = pr – pa.
Todėl tikrasis vidutinis indikatorinis slėgis pi toks :
pi = **pit – *pi, (1.7)
čia * – koeficientas. Oto variklio jis būna 0,94.0,97, dyzelinio – 0,92.0,95.
Siurbimo nuostoliai keturtakčiuose nepripučiamuose varikliuose turi teigiamą reikšmę (formulėje 1.6 *pi – su minuso ženklu). Pripučiamuose varikliuose dujų slėgis pa gali būti didesnis už pr .Tuomet *pi reikšmė gali būti ir teigiama,ir neigiama, t.y.ir siurbimo proceso metu dujos gali atlikti nors ir mažą, tačiau naudingą darbą.
Indikatorinė galia – darbas, kurį per sekundę atlieka besiplečiančios dujos variklio cilindre. Per vieną sekundę įvyko */(**) darbinių eigų .
Čia * – veleno sukimosi greitis rad/s; * – taktiškumo skaičius: keturtakčių variklių **=*4, dvitakčių – **=*2.
Tuomet variklio indikatorinė galia Pi tokia:
Pi = pi Vh */(**) kW. (1.8)
Daugiacilindrio variklio indikatorinė galia
Pi = pi Vh i */(**) kW, (1.9)
čia Vh -cilindro darbinis tūris l; i -cilindrų skaičius.
Santykinės indikatorinės degalų sąnaudos parodo, kiek degalų kilogramais reikia sudeginti per vieną valandą variklio cilindruose indikatorinės galios kilovatui gauti:
bi = Bd / Pi kkg/kW*h, (1.10)
čia Bd -valandinės degalų sąnaudos kg/h.
Išreikškime dydį bi kitais variklio rodikliais. Sandauga bi*Qa yra šilumos kiekis kJ, kuris suteikiamas varikliui per 1 h vieno kW indikatorinei galiai gauti. Tuomet sandauga bi*Qa**i yra energija, lygi 1 kW*h arba 3600 kJ:
bi*Qa**i = 3600,
arba
bi = 3600/(Qa**i) kg/kW*h, (1.11)
čia Qa – apatinis degalų šilumingumas kJ/kg,
*i – indikatorinis naudingumo koeficientas, rodantis ar tobulai cilindre sudegintų degalų šiluma paverčiama indikatoriniu darbu:
*i = Ai/Qa .
Mišinio sudėtis
Degiojo mišinio sudėtį charakterizuoja oro pertekliaus koeficientas . Tai faktiškai mišinio ssudėtyje esančio oro santykis su oro kiekiu, teoriškai reikalingu visiškai sudeginti degalus:
l/lo arba Go/(lo Bd)
čia: l – oro kiekis kg, faktiškai dalyvaujantys reakcijoje;
lo – teoriškai reikalingas oro kiekis kg sudeginti 1 kg degalų;
Go – faktiška oro masė kg;
Bd – valandinės degalų sąnaudos kg/h.
1 kg dyzelino sudeginti reikia 14,45 kg, benzino – 14,7 kg oro.
Degusis mišinys gali būti:
– normalusis (stechiometrinis), kai 1;
– riebusis, kai < 1;
– liesasis, Kai > 1.
Oto variklis išvysto didžiausią galią mišinį pariebinus 5.15% ( = 0,95.0,85) ir dirba ekonomiškiausiai mišinį paliesinus iki 20% ( = 1,1.1,2). Kai mišinys labai liesas ( > 1,3) arba labai riebus ( < 0,7), jis jau nebeužsidega.
Dyzelinių variklių = 1,3.1,7, t.y. gerokai didesnis, nes mišinį paruošti reikia per trumpesnį laiką (maždaug 10 kartų mažiau negu Oto varikliuose).
Dujomis dirbantys varikliai dirba liesesniais mišiniais negu benzininiai, nes mišinys būna labiau homogeniškas.
1.1 l e n t e l ė. Variklių indikatoriniai ir efektyvieji rodikliai
Oto Dujinis Dyzelinis variklis
Rodiklis variklis variklis be pripūtimo pripučia-
masis
pi MPa 0,7.1,4 0,6.0,9 0,7.1,1 0,8.2,2
pe MPa 0,6.1,1 0,50.0,75 0,55.0,85 0,7.2,0
*i
0,36.0,35 0,28.0,34 0,38.0,5
*m
0,7.0,9 0,75.0,85 0,70.0,82 0,8.0,9
*e
0,25.0,45 0,23.0,30 0,35.0,4
be kg/kW*h
0,25.0,33 – 0,21.0,25
qe kg/kW*h
– 12.17 –
1.4. Variklio mechaniniai nuostoliai
Ne visą cilindruose sukurtą indikatorinę galią variklis atiduoda traktoriaus ar automobilio transmisijai. Dalis jos sunaudojama mechaniniams nuostoliams: nugalėti trinčiai tarp stūmoklio, žiedų ir cilindro, besisukančių detalių guoliuose, siurbimo pprocesams, papildomiems mechanizmams (degalų, alyvos, aušinančio skysčio siurbliams, ventiliatoriui, generatoriui ir t.t.) varyti.
Mechaniniai nuostoliai yra įvertinami mechaninių nuostolių slėgiu pm.
Tuomet mechaninių nuostolių galia Pm tokia :
Pm = kW* (1.12)
Mechaniniai nuostoliai priklauso nuo variklio tipo, stūmoklio greičio v, cilindrų skaičiaus i, stūmoklio eigos ir cilindrų skersmens santykio (S/D), šiluminio, greičio režimo ir apkrovos.
Trinties nuostoliai sudaro didžiausią mechaninių nuostolių dalį. Jų išraiška procentais pateikta 1.2 lentelėje. Lemiamą įtaką jų didumui turi stūmoklio vidutinis greitis. Eksperimentais nustatyta, kad tarp slėgio pm ir greičio v yra tiesinė priklausomybė :
pm = a + b*v,
čia a ir b – koeficientai.
Mechaninius variklio nuostolius patogu įvertinti mechaninio naudingumo koeficientu *m :
*m = Pe/Pi, (1.13)
čia Pe -efektyvi variklio galia.
1.2 l e n t e l ė. Mechaniniai nuostoliai (%) varikliuose
Nuostoliai Oto
varikliai Dyzeliniai
varikliai
Trinties nuostoliai:
stūmoklio, žiedų ir cilindro 44 50
alkūninio veleno guoliuose 22 24
Siurbimo, išmetimo nuostoliai 20 14
Nuostoliai variklio agregatams varyti:
dujų skirstymo mechanizmo 8 6
vandens, alyvos, degalų
siurblių ir kt.
6
6
Iš viso: 100 100
1.5. Efektyvūs variklio rodikliai
Efektyvūs variklio rodikliai rodo ne tik termodinaminį, bet ir mechaninį jo tobulumą. Tai vidutinis efektyvus slėgis pe, efektyvi galia Pe, efektyvus naudingumo koeficientas *e ir efektyvios santykinės degalų sąnaudos be.
Vidutinį efektyvų slėgį pe galime išreikšti taip :
pe = pi – pm,
o efektyvią variklio galią, analogiškai kaip indikatorinę :
Pe = kW* (1.14)
Tai ggalia, kurią variklis atiduoda vartotojui (mašinos transmisijai ar jos darbo įrenginiams). Ši galia visada mažesnė už indikatorinę:
Pe = Pi – Pm.
Kai žinomas mechaninis naudingumo koeficientas, galią galima paskaičiuoti taip :
Pe = Pi**m.
Efektyvų sukimo momentą Me galima apskaičiuoti iš formulės :
Me = Pe/* = =
= pe*Vh*i/(**) kN*m. (1.15)
Konkretaus variklio dydis Vh*i/(**) yra pastovus :
Vh*i/(**) = c.
Taigi, variklio efektyvus sukimo momentas yra tiesiog proporcingas vidutiniam efektyviam slėgiui :
Me = c*pe.
Variklio darbo ekonomiškumas įvertinamas efektyviu naudingumo koeficientu *e. Jis parodo, kiek efektyvaus darbo tenka suvartotos šilumos vienetui :
*e = Ae/Qa.
Kadangi Ai/Qa = *i*,o Ae/Ai = *m, tai:
*e = *i**m. (1.16)
Taigi, efektyvus naudingumo koeficientas yra bendras variklio ekonomiškumo rodiklis, kuriuo įvertinami ir šiluminiai, ir mechaniniai nuostoliai.
Efektyvios santykinės degalų sąnaudos be tokios :
be = Bd/Pe kg/kW*h. (1.17)
Iš pateiktų formulių matyti, kad variklio darbo efektyvumui ir ekonomiškumui pasiekti nepakanka, kad būtų tobulas termodinaminiu požiūriu jo darbo ciklas. Būtina, kad kuo mažesni būtų vidaus nuostoliai.
Kokios gi priemonės gerina efektyvius variklio rodiklius? Visų pirma, tinkamai pasirinktas variklio eksploatacijos režimas. Kai eksploatuojamas šaltas variklis, didėja trinties nuostoliai, dėl to blogesni jo efektyvūs rodikliai. Perkaitinti variklį pavojinga, nes gali būti pažeista skysčio trinties sąlyga. Todėl variklį reikia eksploatuoti, kai jame esančios alyvos temperatūra būna 70*.95* C. Be to, reikia naudoti
tik variklių gamyklų rekomenduojamas alyvas.
Antra, teisingai parinktas variklio greitinis režimas. Didinant veleno sukimosi greitį, didėja inercijos jėgos, kurios atsiranda detalėms judant, be to, didėja stūmoklių vidutiniai greičiai. Dėl to didėja mechaniniai nuostoliai.
Efektyvūs variklio rodikliai taip pat priklauso nuo variklio konstrukcijos, naudojamų medžiagų ir detalių gamybos technologijos. Mechaniniai nuostoliai būna mažesni, kai parinktos atitinkamos siurbimo ir išmetimo kanalų formos bei matmenys, mažesnis kompresorinių ir tepalinių žiedų skaičius, įrengtos automatinės reguliavimo sistemos (pavyzdžiui, išjungiamas ventiliatorius, kol variklis šaltas, išjungiami keli cilindrai, kai vvariklis veikia tuščiąja eiga).
1.6. Lyginamieji variklių rodikliai
Varikliams palyginti naudojami šie rodikliai: litrinė galia, litrinė masė ir lyginamoji masė.
Litrinė galia Pl rodo, kokia efektyvi galia atitinka variklio litražo vienetą:
Pl = Pe*/*Vl kW/l, (1.18)
čia Vl = Vh*i – variklio litražas l.
Šis rodiklis parodo variklio forsavimo laipsnį: kuo jis didesnis, tuo variklis labiau forsuojamas. Kuo didesnis Pl, variklis lengvesnis, mažesnis, tuo pačiu – ir tobulesnis.
Litrinė masė ml parodo, kokia sauso (neužpildyto aušinamu skysčiu, alyva ir degalais) variklio masė atitinka jo litražo vienetą:
ml == mv*/*Vl kg/l. (1.19)
Šis rodilkis charakterizuoja variklio konstrukcijos ir gamybos tobulumą, taip pat naudojamas medžiagas.
Lyginamoji masė mp parodo, kokia sauso variklio masė atitinka galios vienetą:
mp = mv*/*Pe kg/kW. (1.20)
Kadangi Pe = Pl Vl , tai mp = mv*/*Pl*Vl = ml*/*Pl.
Vadinasi, kad llyginamoji variklio masė priklauso nuo litrinės masės ir jo forsavimo laipsnio.
Variklio tobulumas taip pat įvertinamas pagal laiką iki kapitalinio remonto (motoresursas), alyvos keitimo variklio sistemose periodiškumą, alyvos sudeginimą degalų sąnaudos procentais , techninio aptarnavimo imlumą, deginių toksiškumą ir variklio keliamą triukšmą.
1.3 lentelė. Lyginamieji automobilių variklių rodikliai [2]
Variklio tipas Alkūninio veleno sūkių dažnis min-1 Suspaudi-mo laispnis Litrinė galia kW/l Lyginamoji masė kg/kW
Oto varikliai:
lengviesiems automobiliams
nepripučiami
pripučiami
4500.7500
5000.7000
8.12
7.9
35.65550.100
3.1
3.1
sunkvežimiams 2500.5000 7.9 20.30 6.3
Dyzeliniai varikliai
lengviesiems automobiliams
nepripučiami
pripučiami
3500.5000
3500.4500
20.24
20.24
20.35
30.45
5.3
4.2
sunkvežimiams
nepripučiami
pripučiami
2000.4000
2000.3200
16.18
15.17
10.20
15.25
9.4
8.3
Pripučiami ir su tarpiniu oro aušinimu
1800.2600
14.16
25.40
5.2,5
Nepripučiamų traktorinių variklių lyginamoji galia 4,4.8,2 kW/l, turbokompresorinių – 12,5.17,6 kW/l, lyginamoji masė – atitinkamai 13,5.46,3 kg/kW ir apie 8,2 kg/kW.
1.7. Variklio šilumos balansas
Šilumos balansu vadinama lygybė tarp šilumos, kuri per laiko vienetą išsiskiria variklyje degant degalams ir tarp šilumos, suvartojamos kitiems poreikiams. Jo lygtis yra tokia:
Q = Qe + Qr + Qauš + QQnd + Qkt, (1.21)
čia Q – sudegintų deginių šiluma, kuri išreiškiama taip:
Q = Bd*Qa kJ/kg,
Qe -šilumos kiekis ekvivalentiškas efektyviam darbui:
Qe = 3600*Pe kJ/h,
Qr – su deginiais prarandamas šilumos kiekis.
Qauš – aušinimo nuostoliai:
Qauš = Gauš*c(t2 – t1) kJ/h,
čia – Gauš aušinančio skysčio kiekis kg/s, cirkuliuojantis sistemoje,
c – specifinė šiluma J/kgK,
t2 ir t1 – skysčio temperatūra atitinkamai prieš ir už radiatoriaus.
Qkt – visi kiti anksčiau neįvertinti šilumos nuostoliai. Tai šiluma, kurią į aplinką išspinduliuoja įkaitusios variklio dalys, šiluma, perduodama aalyvai ir kt.
Padaliję anksčiau minėtus šilumos kiekius iš degimo metu išskirtos šilumos ir išreiškę procentais, gauname:
qe + qr + qauš + qnd + qkt = 100%, (1.22)
čia qe = 100%, qr = 100% ir t.t.
Įvairiuose varikliuose šis šilumos pasiskirstymas yra skirtingas. Jis taip pat priklauso nuo variklio greičio režimo ir apkrovos. Nustatyta, jog šiluma panaudojama geriausiai (qe = max), kai variklis dirba visa apkrova. Kai ji mažesnė daug šilumos prarandama su deginiais. Didinant veleno sukimosi greitį, deginiai taip pat išsineša daugiau šilumos, nes užsitęsia degimas.
Vidutiniai šilumos balanso elementų dydžiai procentais pateikti 1.4 lentelėje.
1.4 l e n t e l ė. Šilumos pasiskirstymas (%) varikliuose
2.1 pav. Alkūninį mechanizmą veikiančios jėgos
Rodikliai Karbiura-torinis
variklis Dujinis
variklis Dyzelinis
variklis
qe 24.30 26.32 37.40
qauö 20.35 15.30 18.23
qr 35.55 30.45 30.40
qnd 0.30 0.5 0.5
qkt 3.10 4.10 2.5
2. VARIKLIŲ DINAMIKA IR ATSVĖRIMAS
Varikliui dirbant jo detales veikia dujų slėgio jėga, judančių masių inercijos ir mechaninės trinties jėgos. Dujų slėgio jėgą galima nustatyti, kai žinoma variklio indikatorinė diagrama. Norint rasti inercinjos jėgas, reikia žinoti judančių detalių masę ir jų pagreičius. Šių jėgų didumas ir veikimo kryptis priklauso nuo variklio apkrovos pe ir alkūninio veleno sukimosi greičio *. Kai pe ir * nesikeičia, šios jėgos cikliškai kartojasi.
Variklio dinamikos uždavinys – išsiaiškinti dėsningumus, pagal kuriuos juda svarbiausios variklio detalės ir kaip kinta tas detales vveikiančios jėgos. Dinaminiu požiūriu svarbiausios variklio detalės yra stūmoklis, švaistiklis ir alkūninis velenas. Stūmoklis tiesia linija juda nuo vieno galinio taško iki kito, švaistiklis atlieka sudėtingą judesį: vieno jo galo kartu su stūmokliu judesys tiesiaeigis, antras galas sukasi kartu su alkūniniu velenu, o tarpiniai švaistiklio taškai švytuoja. Taigi, alkūninio mechanizmo detalės pagal judesio pobūdį galima suskirstyti į 3 grupes.
Pirmajai grupei priskiriamos detalės, atliekančios tik slenkamąjį-grįžtamąjį judesį. Tai stūmoklis su žiedais ir stūmoklio pirštas.
Antrajai grupei – detalės, atliekančios tik sukamąjį judesį. Tai alkūninis velenas.
Trečiajai – detalės, atliekančios sudėtingą judesį. Tai švaistiklis.
Dėl dinaminio nagrinėjimo paprastumo ši judančių detalių sistema keičiama ekvivalentiška, kurioje judančios masės sukoncentruojamos dviejuose taškuose: stūmoklio piršte ir alkūninio veleno švaistikliniame kakliuke. Taip supaprastinę alkūninį mechanizmą, gauname jau žinomą skriejiko-švaistiklio mechanizmą, kurio kinematinę schemą apibūdina du bemačiai dydžiai -*š ir k:
*š = R/L, k = e/R,
čia R – veleno alkūnės spindulys;
L – švaistiklio ilgis,
e – necentriškumas.
*š reikšmės apytikriai būna nuo 0,24 iki 0,30. Dydis k kinta nuo 0 iki 0,15.
2.1. Variklį veikiančios jėgos ir momentai
Kai variklio alkūninis mechanizmas pakeičiamas aprašyta dinamine sistema, jame veikia šios jėgos: dujų slėgio, inercijos ir išcentrinė (žr. 2.1 pav.).
Stūmoklį veikianti dujų slėgio jėga Fd randama naudojantis indikatorine diagrama:
Fd = p * As N;
čia pp – dujų slėgis N/m2;
As – stūmoklio plotas m2.
Tokio pat dydžio, tačiau priešingos krypties jėga veikia cilindrų galvutę. Taigi, dujų slėgio jėgos viena kitą atsveria ir variklio atramų neveikia. Dėl šios priežasties ši jėga dar vadinama vidine.
Inercijos jėga Fa atsiranda dėl slenkamųjų masių kintamo judesio. Ją apskaičiuojame masę, sukoncentruotą stūmoklio piršte, padauginę iš jos centro pagreičio:
Fa = – ma*R**2(cos* + *š*cos2*). (2.1)
Šios jėgos pridėties taškas yra stūmoklio pirštas. Ji nukreipta pagal cilindro ašinę liniją ir per alkūninio veleno pagrindinius guolius veikia variklio bloką, sukeldama variklio virpesius.
Išcentrinė inercijos jėga:
FR = mR*R**2. (2.2)
Ši jėga veikia veleno alkūnių plokštumoje ir apkrauna pagrindinius veleno guolius, o per variklio bloką – ir jo atramas.
Be to, variklio atramas veikia pastovaus dydžio ir krypties variklio svorio jėga.
Jėgos Fd ir Fa veikia vienoje tiesėje. Jos yra teigiamos, kai nukreiptos alkūninio veleno kryptimi (padeda sukti alkūninį veleną), neigiamos – kai nukreiptos priešinga velenui kryptimi (trukdo sukti alkūninį veleną). Pavyzdžiui, darbo takto metu jėga Fd visada yra teigiama, suspaudimo ir išmetimo taktų metu – neigiama, o siurbimo takto metu – gali būti ir teigiama, ir neigiama. Jėgos Fa veikimo kryptis priklauso nuo pagreičio.
Inercijos jėgą Fa, kaip ir pagreitį a, sąlyginai skirstome į dvi jėgas:
pirmos eilės:
FaI = -ma*R**2*cos* =c*cos*; (2.3)
ir antros
eilės:
FaII = -ma*R**2**š*cos2* =c**š*cos2*, (2.4)
čia c = -ma*R**2.
Vaizdumo dėlei šių jėgų didumą ir kryptį galima nustatyti besisukančio vektoriaus metodu. Jėga FaI yra vektoriaus c*=*-ma*R**2 projekcija į cilindro ašinę liniją, sukant jį greičiu * (žr.2.2 pav.). Jėgos FaII didumą ir kryptį gauname sukdami vektorių *š*c=-ma*R**2**š ta pačia kryptimi, tačiau dvigubai greičiau -2**. Iš 2.2 pav. matyti, kad velenui apsisukus vieną kartą, jėga FaI keičia ženklą vieną kartą, o jėga FaII – du.
2.3 pav. Variklyje veikiančios jėgos ir momentai
2.2 pav. Jėgų FaI ir FFaII veikimo kryptys
Išsiaiškinkime, kaip sukuriamas sukimo momentas.
Tarkime, kad stūmoklį veikianti jėga F = Fd + Fa yra nukreipta žemyn (2.3 pav.). Šią jėgą skaidome į dvi jėgas:
statmeną cilindro ašiai –
N = F*tg*; (2.5)
ir veikiančią išilgai švaistiklio –
Fš = F/cos*. (2.6)
Jėga N spaudžia stūmoklį prie cilindro, dėl to dyla stūmoklio, cilindro šoniniai paviršiai ir žiedai. Jėga Fš gniuždo švaistiklį.
Perkėlę jėgą Fš į veleno švaistiklinį kakliuką (2.3 pav., taškas A) ir išskaidę į du dėmenis gauname:
tangentinė jėga T = F*sin(*+*)/cos*; (2.7)
ir normalinė Z == F*cos(*+*)/cos*. (2.8)
Jėga T alkūninio veleno sukimosi ašies O atžvilgiu sukuria sukimo momentą Ms:
Ms = T*R= F*R*sin(*+*)/cos*. (2.9)
Jėga Z šiuo momentu veikia centrą ir apkrauna alkūninio veleno pagrindinius guolius. Ją perkeliame į tašką O, prie kurio papildomai pridedame dvi vienodo didumo, bbet priešingų krypčių jėgas T’ = T“, lygias ir lygiagrečias jėgai T. Gavome jėgas T ir T’, kurios sukuria sukimo momentą Ms = T*R.
Sudėję jėgas Z’ ir T“, gauname atstojamąją , kurios dydis ir kryptis lygi jėgai Fš. Išskaidę jėgą į jėgą N’, veikiančią statmenai cilindrui ir į jėgą F’, veikiančią cilindro ašinėje linijoje, gauname dar vieną momentą Mv. Jį sukuria jėgos N ir N’, nes veikia priešingomis kryptimis atstumu h. Šis momentas vadinamas vertimo arba reaktyviuoju momentu, kuris veikia variklio atramas:
Mv = -N’*h = -F*tg**R*sin(*+*)/sin* =
= -F*R*sin(*+*)/cos* = -T*R = -Ms. (2.10)
Gavome, jog variklio vertimo momentas yra lygus sukimo momentui, tačiau veikia priešinga kryptimi.
Šis momentas neatsveriamas ir sukelia variklio virpesius jo atramose.
Jėga F’ lygi jėgai F ir per aalkūninio veleno pagrindinius guolius bei bloką veikia variklio atramas. Taigi, vienacilindris variklis mašinos rėmui perduoda kintamo dydžio ir krypties jėgas F, FR ir momentą Mv.
2.2. Variklių atsvėrimas
Dėl neatsvertų jėgų ir momentų veikiantis variklis perduoda virpesius mašinos rėmui. Virpesiai didina įtempimus variklio atramose, atpalaiduoja sujungimus, kelia triukšmą, spartina mazgų dilimą, mažina kontrolinių matavimo prietaisų darbo patikimumą, kenkia žmonių sveikatai.
Variklis laikomas atsvertu, jei jo atramas veikia pastovaus didumo ir pastovios krypties jėgos ir momentai. Stūmoklinio variklio visiškai atsverti negalima, nes vertimo momentas, kkaip ir jam lygus, bet priešingos krypties sukimo momentas, yra alkūninio veleno pasisukimo kampo periodinė funkcija. Todėl nagrinėsime tik konstrukcinį variklio atsvėrimą. Jį galima išreikšti tokia lygybių sistema:
(2.11)
čia l – atstumas tarp cilindrų ąšinių linijų, MaI, MaII ir MR -atitinkamai pirmos, antros eilės inercijos ir išcentrinės inercijos jėgų sukimo momentai.
Stengiamasi kuo labiau sumažinti neatsvertų jėgų ar momentų veikimą. Todėl konstruojant variklius parenkamas cilindrų skaičius ir jų padėtis, alkūninio veleno alkūnių padėtis, prie alkūninio veleno tvirtinami atsvarai arba įrengiami sudėtingi atsvaros mechanizmai.
2.4 pav. Vieno cilindro variklyje veikiančios jėgos
Variklių keliami virpesiai taip pat priklauso nuo detalių gamybos tikslumo, švaistiklinės grupės detalių selektyvaus parinkimo, taip pat nuo to, ar teisingai išbalansuotas velenas ir kartu su juo besisukančios detalės, ar gerai sureguliuotas degalų tiekimas į cilindrus, mišinio uždegimas ir kt.
Taigi variklio atsvėrimas – tai konstrukcinių gamybos ir eksploatavimo priemonių visuma, mažinanti arba visiškai naikinanti neatsvertas jėgas ir momentus.
Vieno cilindro variklis. Šiame variklyje veikia pirmos eilės FaI, antros eilės FaII inercijos jėgos ir išcentrinė inercijos jėga FR (2.4 pav.). Jų trajektorijos eina per alkūninio veleno centrą O, todėl sukimo momentų nesukuria. Jėga FR yra atsveriama atsvarais, kurių masės išdėstomos taip, kad atitiktų statinio ir dinaminio atsvertumo sąlygas:
1) masių mR ir mp bendras centras turi ssutapti su veleno sukimosi ašimi (statinis atsvėrimas);
2) besisukančių masių išcentrinių jėgų momentų apie bet kurį veleno ašinės linijos tašką suma turi būti lygi nuliui (dinaminis atsvėrimas).
Atsvarų masę randame iš lygybės: FR*=*Fp,
čia Fp – atsvarų išcentrinė inercijos jėga.
Tuomet mR*R**2 = mp****2
ir mp = mR*R/*, (2.12)
čia * – atsvarų masių centro atstumas iki sukimosi ašies.
Atsvarai yra tvirtinami prie abiejų veleno petelių tąsos. Priešingu atveju sistema būtų dinamiškai neatsverta. Tai iliustruoja 2.5 pav. pateikta schema.
Jėgas FaI ir FaII galima atsverti variklyje įrengus papildomą mechanizmą, kurio schema pateikta 2.6 pav. Jėga FaI atsveriama dviem vienodos masės mpI atsvarais, tvirtinamais prie velenėlių, kurių ašys lygiagrečios alkūninio veleno ašinei linijai. Velenėliai krumpliaratinėmis pavaromis sukami priešingomis kryptimis tokiu pat kampiniu greičiu kaip ir alkūninis velenas. Atsvarai išdėstomi taip, kad jų masės centrų padėtis cilindrų ašinės linijos atžvilgiu atitiktų alkūninio veleno petelių padėtį tos pačios linijos atžvilgiu.
2.5 pav. Išcentrinės inercijos jėgos atsvėrimas: a – dinamiškai neatsverta sistema; b – dinamiškai atsverta sistema
Atsvarams sukantis atsiranda išcentrinės jėgos FpI, kurių vertikaliosios dedamosios atsveria jėgą FaI. Horizontaliosios dedamosios viena kitą panaikina, nes veikia priešingomis kryptimis.
Antros eilės inercijos jėgai FaII atsverti reikia du papildomus velenėlius su atsvarais sukti dukart greićiau negu sukasi alkūninis velenas, o atsvarus išdėstyti taip, kad jie ssu cilindro ašimi sudarytų dvigubą kampą. Horizontaliosios šių atsvarų išcentrinių jėgų SII dedamosios viena kitą panaikina, o vertikaliosios – sumuojasi atsverdamos jėgą FaII.
Aprašytas mechanizmas yra sudėtingas, užima daug vietos ir retai naudojamas. Vienacilindriame variklyje dažniausiai padidinamas atsvaras, atsveriantis jėgą FR. Papildomo atsvaro masė padidinama tiek, kad atsvertų apie pusę inercijos jėgos FaI.
Šią masę didinti netikslinga, nes jai sukantis atsiranda ne tik vertikali, bet ir horizontali išcentrinės inercijos jėgos dedamoji, kuri yra neatsveriama, t.y. sumažinę variklio virpesius vertikalioje plokštumoje, sukeliame jo virpesius horizontalioje plokštumoje.
2.6 pav. Pirmos ir antros eilės inercijos jėgù atsvėrimas: 1 – alkúninio veleno krumpliaratis; 2 – tarpinis krumpliaratis; 3 ir 4 – krumpliaračiai su atsvarais
Antros eilės inercijos jėga vienacilindriame variklyje lieka neatsverta.
Dviejų cilindrų linijinio variklio alkūninis velenas turi dvi alkūnes, kurios būna nukreiptos į vieną pusę (2.7 pav.,a) arba išdėstytos priešingomis kryptimis (2.7 pav.,b). Varikliai pagal 2.7 pav.,a pavaizduotą alkūninio veleno schemą būna tik keturtakčiai. Darbo taktas juose kartojasi kas 360*. Tokios schemos pagrindinis trūkumas tas, kad abiejuose cilindruose inercijos ir išcentrinės jėgos būna nukreiptos į vieną pusę. Dėl to neatsvertame variklyje alkūninio veleno apkrovos padvigubėja:
(2.13)
2.7 pav. Dviejų cilindrų linijiniame variklyje veikiančios jėgos
Šios jėgos sukimo momentų nesukuria.
Tokie varikliai yra
atsveriami taip pat, kaip ir vienacilindriai varikliai.
Išdėsčius veleno alkūnes 180* kampu, pirmos eilės inercijos jėgos FaI veikia priešingomis kryptimis ir atsisveria. Tačiau, veikdamos atstumu l, lygiu atstumui tarp cilindrų ašinių linijų, jų plokštumoje sukuria momentą MaI:
MaI = FaI*l. (2.14)
Jam atsverti kai kuriuose varikliuose įrengiamas papildomas velenėlis su atsvarais, kuris sukasi tokiu pat greičiu, kaip ir alkūninis velenas.
Antros eilės inercijos jėgos veikia cilindrų ašinių linijų plokštumoje ta pačia kryptimi. Jų atstojamoji tokia:
*FaII = 2FaII = 2c**š*cos2*. (2.15)
Šios jėgos sukimo momento nesukuria.
Savaime atsisveria ir iišcentrinės inercijos jėgos FR. Tačiau jos veleno alkūnių plokštumoje sukuria momentą MR:
MR = FR*l.
Šis momentas yra atsveriamas atsvarais, tvirtinamais prie kraštinių veleno petelių.
Pagrindinis dveijų cilindrų keturtakčių variklių, kurių alkūnės išdėstytos priešingomis kryptimis, trūkumas tas, kad darbo taktai kartojasi netolygiai (kinta kas 180o arba kas 540o).
Keturių cilindrų linijiniame variklyje alkūninis velenas simetriškas, kampas tarp alkūnių – 180*. Darbo taktai kartojasi kas 180*. Šiame variklyje atsisveria pirmos eilės ir išcentrinės inercijos jėgos ir momentai (žr.2.8 pav.). Antros eilės inercijos jėgos sumuojasi: *FaII == 4FaII. Joms atsverti kai kuriuose varikliuose naudojamas atsvaros mechanizmas. Nors išcentrinės jėgos atsisveria, tačiau kai kuriuose varikliuose ant alkūninio veleno tvirtinami atsvarai. Taip sumažinama pagrindinių guolių apkrova, be to, ji tolygiai pasiskirsto guolyje.
Šešių cilindrų linijiniame variklyje pirmos ir antros eeilės inercijos jėgos ir jų momentai atsisveria.
2.8 pav. Jėgos ir momentai, veikiantys 4 cilindrų linijiniame variklyje
V formos dviejų cilindrų variklio alkūninis velenas paprastai turi tik vieną alkūnę, ir prie švaistiklinio kakliuko prijungiami abiejų cilindrų švaistikliai. Tarp cilindrų ašių dažniausiai būna 90* kampas (žr.
2.9 pav.). Tuomet darbo taktų kaita keturtakčiuose varikliuose vyksta kas 450*.270*.
Pirmos eilės inercijos jėgos:
FaI1 = c*cos*;
FaI2 = c*cos(270*+*) = c*sin*.
Šios jėgos statmenos viena kitai, todėl jų atstojamoji RaI tokia:
RaI = = c. (2.16)
2.9 pav. V formos 2 cilindrų variklio išsvėrimo schema
Iš formulės (2.16) matyti, kad jėgos RaI dydis nepriklauso nuo veleno alkūnės pasisukimo kampo *. Jėgos RaI vektoriaus veikimo kampas * pirmo cilindro ašinės linijos atžvilgiu toks:
* = arctg = *.
Vadinasi, jėga RaI veikia alkūnių plokštumoje ir ją ggalima atsverti taip pat, kaip ir išcentrinę inercijos jėgą.
Todėl V formos 4, 6, 8 ir 10 cilindrų varikliuose kampas tarp cilindrų eilių būna 900. Dvylikos cilindrų V formos variklyje šis kampas gali būti kitoks.
Antros eilės inercijos jėgos:
FaII1 = *š*c*cos2*;
FaII2 = *š*c*cos2(270*+*) = -*š*c*cos2*.
Atstojamoji jėga
RaII = = **š*c*cos2*. (2.17)
Jos vektorius veikia
tg* = = -1; * = 45*.
Taigi, jėga RaII veikia horizontalioje plokštumoje. Ji dviejų cilindrų variklyje paprastai yra neatsveriama. Išcentrinė inercijos jėga atsveriama atsvarais. Sukimo momento ji nesukuria.
3. VARIKLIŲ CHARAKTERISTIKOS
Traktorių ir automobilių vvarikliai dirba kintamu greičio režimu ir apkrova. Kai apkrova prilygsta variklio išvystomai galiai, variklis dirba pastoviu sukimosi greičiu. Kai apkrova mažėja, sūkių skaičius didėja, o kai apkrova didėja, sūkių skaičius mažėja. Variklio sūkių skaičius kinta tol, kol vėl susidaro lygybė tarp jo išvystomos galios ir apkrovos . Kad tokia lygybė susidarytų, į variklio cilindrus reikia tiekti tam tikrą kiekį degalų. Taigi, priklausomai nuo apkrovos variklis dirba šiais režimais: vardiniu, eksploatacijos, maksimalios galios, ekonomišku, tuščiosios eigos ir kt. Pagal darbo režimą atitinkamai vadinama ir variklio išvystoma galia.
Vardinė galia – tai efektyvioji variklio galia, kai jo alkūninis velenas sukasi vardiniu greičiu *v. Ši galia nurodoma gamyklos techninėse sąlygose. Variklis turi dirbti be ventiliatoriaus (aušinamo skysčiu), oro valytuvo, o visi papildomi agregatai turi būti išjungti arba dirbti be apkrovos.
Eksploatacijos galia – tai efektyvioji visiškai sukomplektuoto variklio išvystoma galia, kai alkūninis velenas sukasi vardiniu greičiu. Papildomi agregatai taip pat turi būti išjungti arba dirbti be apkrovos. Ši galia visada mažesnė (10% ir daugiau) už vardinę.
Varikliui dirbant tuščiąja eiga, išorinės apkrovos nėra. Sukurta galia sunaudojama nuostoliams variklyje kompensuoti.
Dirbdamas ekonomišku režimu variklis sunaudoja mažiausiai degalų energijos vienetui gauti: be = min.
Kiekvienas režimas turi būdingą veleno sukimosi greitį: vardinį*v, tuščiosios eigos maksimalų *te*max ir minimalų *te*min , ssukimosi greitį*M, kuris atitinka maksimalų sukimo momentą Me*max ir maksimalią galią Pe*max – *P. Šie greičiai nurodomi variklio techninėje charakteristikoje.
Variklių darbo režimai vertinami naudojantis jų charakteristikomis.
3.1. Charakteristikų klasifikavimas
Variklių charakteristikos – tai grafikai, kuriais vaizduojamas variklio dinaminių (Me, Pe , * ir kt.), ekonominių (Bd , be ir kt.) bei eksploatacijos rodiklių tarpusavio ryšys. Jomis įvertinamas variklio darbas, palyginami keli varikliai, nustatomos optimalios eksploatavimo sąlygos, įvertinama variklio techninė būklė, remonto kokybė, taip pat naujų techninių sprendimų efektyvumas. Pagal variklių charakteristikas yra vertinamos mobilių mašinų traukos ir kitos savybės.
Vienu metu sunku įvertinti dirbantį variklį veikiančius faktorius. Dėl to dažniausiai yra keičiamas vienas faktorius, pvz., sukimosi greitis, apkrova, uždegimo momentas ar kt., ir nagrinėjama, kokią įtaką šis kintamasis turi kitiems variklio rodikliams. Tokios variklių charakteristikos yra gaunamos juos bandant specialiais stendais pagal valstybinius standartus.
Priklausomai nuo pasirinkto kintamo parametro charakteristikos būna;
1) mišinio sudėties – nepriklausomas kintamasis oro pertekliaus koeficientas * arba degalų sąnauda Bd;
2) uždegimo (Oto variklio) arba degalų įpurškimo (dyzelio) paskubos – nepriklausomi kintamieji: uždegimo arba degalų įpurškimo paskuba *;
3) apkrovos -nepriklausomi kintamieji: vidutinis efetyvusis slėgis pe arba efektyvioji galia Pe;
4) greičio -nepriklausomas kintamasis *;
5) reguliatorinės- nepriklausomi kintamieji: sukimosi greitis * arba efektyvioji galia Pe, arba momentas Me;
6) tuščiosios eigos- nepriklausomas kintamasis **.
Standartais numatytos ir kitos charakteristikos, pvz., mechaninių nuostolių, dūminimo, toksiškumo, stabilumo ir kt.
Pirmosios dvi charakteristikos dar vadinamos reguliavimo, nes jomis nustatomi optimalūs variklio reguliuojamieji parametrai.
3.2 Dyzelinio variklio apkrovos charakteristika
Apkrovos charakteristika rodo, kaip kinta variklio rodikliai priklausomai nuo jo apkrovos (Pe arba Me) esant pastoviam alkūninio veleno sukimosi greičiui (žr. 3.1 pav.).
Cilindrų pripildymo koeficientas *v, kai **=*const, kinta nežymiai, nes į cilindrus įsiurbiamas oro kiekis priklauso tik nuo variklio šiluminio režimo; apkrovą didinant, padidėja siurbiamo oro pašildymas (*T), dėl to *v šiek tiek sumažėja.
Koeficientas *i kinta nedaug plačiose ribose. Dėl to dyzelinis variklis dirba ekonomiškai, kai jo apkrova pasikeičia gana daug. Tai pagrindinis jo privalumas palyginus su Oto varikliu. Tačiau didinant degalų tiekimą, dyzelis pradeda dūminti. Šis momentas vadinamas dūmų pradžia, kuri charakteristikoje pažymėta tašku 1.Tai riba, iki kurios galima apkrauti eksploatuojamą dyzelinį variklį. Galia, atitinkanti šią apkrovą, vadinama ribine. Oro pertekliaus koeficientas **=*1,3.1,4. Nuo dūmų pradžios, kai didinamas Bd, Pe dar didėja, kol pasiekia maksimalų dydį (3.1*pav.,b taškas 2). Taškas 2, atitinkantis Pe*max, vadinamas viršutine dūminimo riba. Dar labiau didinant degalų tiekimą, Pe ima mažėti, o variklio deginiuose didėja nesudegusios anglies kiekis.
Dyzelinio variklio degalų siurblys yra sureguliuojamas taip, kad atitiktų sąlygą Pe**e*=*max. Pakeitus *e įc/be (c=3600/Qa), gauname,
kad Pe/be*=*max arba be/Pe*=*min. Šis santykis mažiausias, kai jo pirmoji išvestinė lygi nuliui. Geometriškai tai kreivės be*=*f(Pe) liestinė, išvesta iš koordinačių pradžios. Jos lietimosi taškas D (3.1*pav., c) yra vadinamas dūmų pradžia.
3.1 pav. Dyzelinio variklio apkrovos charakteristika: a – ciklo rodiklių kitimas; b – Bd ir be priklausomybė nuo apkrovos; c – optimalaus degalų tiekimo nustatymas
Optimalus degalų tiekimas Bd*opt randamas taip: nuo dūmų pradžios linijos Pe masteliu atidedama atkarpa 0,1Pe, nustatoma taško A padėtis ir surandami rodikliai Bd*opt ir
Pe*opt.
3.3. GGreičio charakteristikos
Greičio charakteristikos rodo, kaip kinta variklio dinaminiai (Me, Pe) ir ekonominiai (Bd, be) rodikliai priklausomai nuo kampinio greičio, kai droselinės sklendės atidarymas (Oto varikliuose) ar degalų siurblio slankiklio padėtis (dyzeliniuose) nekeičiami.
Šios charakteristikos yra pagrindinės vertinant traktoriaus arba automobilio dinamines savybes.
Oto variklio greičio charakteristika.
Galima išskirti tris greičio charakteristikos sritis: *min*-**M, *M*-**v ir *v*-**te*max.
Didinant kampinį greitį nuo *min, gerėja cilindrų pripildymas, mišinio paruošimo kokybė, mažėja trintis. Dėl to didėja *i ir Pe. Toliau didinant kampinį greitį (mažinant variklio apkrovą) cilindrų ppripildymas blogėja, didėja mechaniniai nuostoliai (*m mažėja). Dėl to sukimo momentas Me mažėja. Variklio galia Pe dar kurį laiką didėja, pasiekdama maksimalią reikšmę, kai kampinis greitis yra *v. Dar labiau didinant *, blogėja cilindrų pripildymas, didėja mechaniniai nuostoliai. Kai variklio aapkrova lygi nuliui, variklio velenas sukasi didžiausiu greičiu – *te*max. Tuomet *m*=*0; Me*=*0; Pe*=*0.
Krovininių automobilių Oto varikliams toks kampinis greitis yra pavojingas, nes labai padidėja inercijos jėgos.Todėl jų varikliuose įrengiami sukimosi greičio ribotuvai, apribojantys kampinį greitį iki *r, kuris yra mažesnis už *te*max. Nerekomenduojama ilgesnį laiką sukti veleną ir greičiu *r, nes dėl užsitęsusio degimo padidėja šilumos nuostoliai, variklis kaista, intensyviai deginama alyva, koksuojasi stūmoklių žiedai, pridega vožtuvai.
3.2 pav. Oto variklio greičio charakteristika: a -ciklo rodiklių kitimas; b – Pe, Me, Bd ir be priklausomybė nuo *
Iš greičio charakteristikos galime spręsti apie dinamines
variklio savybes, kurios įvertinamos dviem koeficientais:
sukimo momento atsargos km = Me*max/MeP; (3.1)
kampinio greičio koeficientu k* = *M/*v, (3.2)
čia MeP – sukimo momentas, kai Pe*=*max.
Juo didesnis kM, tuo variklis geriau nnugali pasipriešinimą. Juo mažesnis k*, tuo geriau panaudojama automobilio inercija, bet pailgėja mašinos įsibėgėjimas, kai variklis neperkraunamas.
Kai koeficientų reikšmės kM*=*1.2.1.25; k****0.55, tuomet geriausiai panaudojamos mašinos dinaminės savybės.
Greičio charakteristiką galima sudaryti visiškai atidarius droselinį sklendį (maksimalioji charakteristika) arba ją pridarius (dalinė charakteristika).
Dyzelinio variklio greičio charakteristika. Dyzeliniam varikliui būdinga tai, kad kampiniam greićiui didėjant, didėja ciklinis degalų tiekimas. Be to, tuomet degalai išpurškiami smulkesniais lašeliais, tolygiau pasiskirsto degimo kameroje ir greićiau sudega. Oro į variklio cilindrus įsiurbiama daugiau negu kad reikia degalams vvisiškai sudegti. Dėl šių priežasćių *i didėja, ir neapkrautas dyzelinis variklis gali įsibėgėti ir be reguliatoriaus dirbti negali.
Mažinant veleno sukimosi greitį, sukimo momentas, lyginant su Oto variklio, padidėja nedaug: kM būna 1.0.1.05. Todėl degalų siurblio reguliatoriuje įrengiamas korektorius, didinantis ciklinį degalų tiekimą, kai variklis perkraunamas.
Eksploatuojamo dyzelinio variklio svarbesnė ne greićio,
bet reguliatorinė charakteristika. Ji rodo, kaip kinta variklio dinaminiai ir ekonominiai rodikliai priklausomai nuo kampinio greičio, variklio galios arba sukimo momento. Charakteristika Pe; Me; Bd; be*=*f(*) naudojama analizuojant variklio darbą, tačiau nagrinėjant traktoriaus ar automobilio dinamines savybes patogiau naudotis charakteristikomis Pe; Bd; be; **=*f(Me) arba Me; Bd; be; **=*f(Pe).
3.3 pav. pavaizduota charakteristika Pe; Me; Bd; be*=*f(*), kai didelio slėgio dealų siurblyje įrengtas mechaninis sūkių reguliatorius. Joje išskiriamos dvi sritys: reguliavimo – veikia reguliatorius ir perkrovimo – veikia korektorius. Reguliavimo sritis yra nuo *te iki *r. Variklio galia šiame diapazone kinta nuo nulio, kai *te, iki didžiausios Pe*max*=*Pe*r, kai *r. Galios kitimą lemia ciklinis degalų tiekimas, kuris priklauso nuo degalų slankiklio padėties. Variklio apkrovą mažinant, reguliatorius perstumia slankiklį degalų tiekimo mažinimo kryptimi, nes tuomet didėja veleno sukimosi greitis. Mažėjant cikliniam degalų tiekimui, užsitęsia degimas, daugiau šilumos išspinduliuojama, daugiau jos prarandama kartu su deginiais. Dėl to mažėja *i, nors oro pertekliaus koeficientas ddidėja. Be to, didėja mechaniniai nuostoliai, ir Pe mažėja.
Reguliavimo diapazonas priklauso nuo reguliatoriaus netolygumo laipsnio * :
* = (*te-*r)/*vid = 2(*te-*r)/(*te+*r). (3.3)
Juo * mažesnis, tuo dyzelio kampinis greitis kinta mažiau. Paprastai **=*0.045.0.070.
Perkrovimo srityje pradeda veikti korektorius, didėja ciklinis degalų tiekimas ir variklio sukimo momentas. Valandinės degalų sąnaudos Bd šioje srityje mažėja, nes mažėja *. Santykinės degalų sąnaudos be nuo *r iki *M kinta nedaug, nes į cilindrus patenka pakankamas oro kiekis, kad visiškai sudegtų degalai. Antra vertus, degalų išpurškimo kokybė dar būna gera, o oro sūkuriavimas intensyvus.
Variklio apkrovą toliau didinant, mažėja degalų ciklinis tiekimas, degalai išpurškiami stambesniais lašeliais. Tačiau pablogėja cilindrų pripildymas ir oro sūkuriavimo intensyvumas, dėl to užsitęia mišinio ruošimo ir degimo procesai, prarandama daug šilumos, mažėja *i, Me, variklis kaista ir dūmina. Dar labiau padidinus variklio apkrovą, jis gali užgesti.
3.3 pav. Dyzelinio variklio reguliatoriné charakteristika
Nors dauguma dyzelinių variklių perkrovimo srityje dirba ekonomiškai, tačiau ilgai dirbti šiuo režimu nerekomenduotina, nes dinaminės apkrovos didelės.
Dyzelinių variklių prisitaikymo kooficientas kM*=*
*=*1.15.1.50; traktorių variklių k**=*0.7.0.74, automobilių variklių k**=*0.5.0.6.
Sukimo momento padidėjimą M variklį perkraunant lemia kokybiškas degalų įpurškimas. Sukurtos degalų įpurškimo sistemos, kuriose degalus į purkštukus tiekia ne didelio slėgio degalų siurblys, o bendras visai sistemai didelio slėgio degalų paskirstymo rezervuaras. Šis slėgis gali siekti nnet 1600 Ba, todėl sukimo momentas gali padidėti iki 45% ir daugiau, lyginant su vardiniu. Mechanines įpurškimo sistemas keičia sudėtingesnės, kuriose degalų įpurškimą ima valdyti elektronika, nustatanti optimalų degalų įpurškimo momentą bei jų kiekį. 3.4 pav. pavaizduota variklio sukimo momento priklausomybė, esant elektroniniam sūkių reguliatoriui. Iš jos matyti, kad sūkiai išlieka pastovūs apkrovai pakitus: jai padidėjus, akimirksniu padidinamas ciklinis degalų tiekimas ir atvirkščiai. Taigi, elektroninis sūkių reguliatorius palaiko pastovius alkūninio veleno sūkius (pastovų traktorinio agregato greitį).
Vidutinės galios traktorių varikliuose didžiausia variklio galia pasiekiama esant mažesniems nei vardiniai alkūninio veleno sūkiams. Tikie varikliai dirba palankesniu šilumos režimu ir mažesnėmis degalų sąnaudomis.
3.4 pav. Variklių charakteristika esant elektroniniam sūkių reguliatoriui
Yra traktorių variklių, kurių galia mažėjant alkūninio veleno sūkiams kurį laiką (apie 500 min-1) išlieka pastovi (pastovios galios aikštelė).
Variklio techniniuose duomenyse gali būti nurodomos šios galios: vardinė, maksimali bei maksimali transporto režime.
Variklio vardinė galia Pe*v***Pe*r, o *v***(*r*-*3).
Didžioji Europos Sąjungos gamintojų dalis naudojasi standartu ECE-R24. pagal šį standartą, pvz., John Deere 7720 serijos traktoriaus variklių galios yra atitinkamai 125, 134 ir 145 kW.
Kartais gamintojai pateikia duomenis pagal 97/68EC standartą. Tuomet šio variklio galios būtų atitinkamai 129, 138 ir 150 kW.
Varikliuose įrengus elektroninius sūkių reguliatorius, atsirado galimybė skaidyti galios srautus: galios
perteklius nukreipiamas traktoriaus galios tiekimo velenui, kartais – transmisijai transporto darbuose, kai viršijamas tam tikras greitis (žr. 3.5 pav.). Papildoma didesnė galia praverčia dirbant su kombinuotais žemės ūkio agregatais ir kitomis daug energijos maudojančiomis ž.ū. mašinomis.
Reguliatorinė chrakteristika yra sudaroma nekeičiant pradinio reguliatoriaus spyruoklės įtempimo (nekeičiant degalų tiekimo svirties ar pedalo padėties). Kai ši spyruoklė labiausiai įtempta, gauname maksimalią reguliatorinę charakteristiką, o kai įtempta nevisiškai – dalinę. Pirmuoju atveju *te*=*max, t.y. variklio alkūninis velenas suksis maksimaliu tuščiosios eigos greičiu.
3.5 pav. Steyr vvariklio charakteristikos
4. VIDAUS DEGIMO VARIKLIŲ EKOLOGINIS POVEIKIS
Didėjant traktorių, automobilių ir kitų žemės ūkio mašinų parkui į aplinką vis daugiau išmetama įvairių teršalų. Tai nuodingos deginių medžiagos, naftos produktai ir jų garai, patekę į aplinką pro nesandarumus, iš karterio išsiveržusios dujos. Ten, kur šios technikos dirba daug, jų keliamas triukšmas didesnis. Visi šie veiksniai neigiamai veikia žmogų, dėl to greičiau pavargstama, mažėja darbo našumas, susidaro palankios sąlygos profesinėms ligoms. Išsilaistę degalai ir alyvos, išsiskyrusios su deginiais ir nusėdusios nuodingos medžiagos teršia vvandenis ir dirvas. Visa tai pažeidžia ekologinę pusiausvyrą, mažina dirvų derlingumą, kas galų gale turi neigiamos įtakos žmogui, jo sveikatai.
4.1. Nuodingų medžiagų susidarymas varikliuose
Jei degalai variklyje sudegtų visiškai, deginiuose būtų anglies dvideginio CO2, vandens garų H2O ir azoto N2. Taęiau rrealiomis sąlygomis degalai sudega nevisiškai – deginiuose būna anglies oksido CO, grynos anglies (suodžių) C, angliavandenilių CnHm, aldehidų R*CHO, azoto oksidų NOx. Kai deginami sieringi degalai, deginiuose būna sieros dvideginio SO2 ir sieros vandenilio H2S, o deginant etilintą benziną – ir švino junginių.
Deginiuose taip pat būna kancerogeninių policiklinių aromatinių angliavandenilių, iš kurių patvariausias yra benzpirenas C20H12. Nuodingomis medžiagomis laikomos karterio dujos ir degalų garai. Nuodingų medžiagų koncentracija K deginiuose įvertinama tūrio procentais, gramais viename kubiniame metre (g/m3) arba miligramais litre (mg/l) ir milijoninėmis tūrio dalimis (mln-1).
Ryšys tarp jų:
K*% = 10-4K*mln-1 = K mg/l (4.1)
arba
K*mg/l = K*mln-1, (4.2)
čia * – junginio molinė masė.
Variklio dūmijimas yra įvertinamas dūmingumo rodikliu D, rodančiu, kokią šviesos srauto dalį procentais sugeria deginiuose esanti anglis ir kitos optiškai nneskaidrios medžiagos.
Daugelyje valstybių, taip pat ir mūsų šalyje išleista nemaža normatyvinių aktų ir standartų, ribojančių variklių deginių nuodingumą.
Deginių sudėtis tūrio procentais pateikta 4.1 lentelėje.
Panagrinėkime nuodingų medžiagų susidarymo mechanizmą varikliuose.
Anglies oksidas. Būtų idealu, kad degaluose esanti anglis oksiduotųsi iki CO2. Oto variklis išvysto didžiausią galią esant deguonies nepritekliui (**=*0,85.0,95). Todėl natūralu, kad apkrauto karbiuratorinio variklio deginiuose visuomet yra CO.
4.1 lentelė. Deginių sudėtis ir temperatūra [2]
Deginių komponentai Tuščioji eiga Pilnai apkrautas
Azoto oksidai (NOx), mln-1 50.250 600.2500
Angliavandeniliai (CH), mln-1 50.500 150
Anglies oksidas (CO), mln-1 100.450 350.2000
Anglies dvideginis (CO2), tūrio % .3,5 12.16
Vandens ggarai, tūrio % 2.4 iki 11
Deguonis, tūrio % 18 2.20
Suodžiai, mg/m3 20 200
Temperatūra už išmetimo vožtuvo, Co 100.200 550.750
Mišinį paliesinus (**>*1), sumažėja degimo greitis, dėl to deginiuose taip pat susidaro CO. Šis junginys yra tarpinis, ir jo oksidavimosi iki CO2 procesas yra gana sudėtingas. CO pirmiausia dalyvauja reakcijoje su H2O, kurios metu išsiskyręs H2 jungiasi su O2 ir galop susidariusi OH grupė jungiasi su CO:
CO + H2O = H2 + CO2,
H2 + O2 = 2OH,
CO + OH = CO2 + H2 + ir t.t.
Trečioji reakcija vyksta ilgiau. Dėl šios priežasties, kai alkūninis velenas sukasi dideliu greičiu, C nespėja visiškai oksiduotis ir, jos kiekis Oto varikliuose gali siekti net 10%.
Dyzeliniuose varikliuose visada būna oro perteklius. Tačiau juose praktiškai nėra laiko paruošti geros kokybės mišinį – šis procesas tęsiasi vos kelias tūkstantąsias sekundės dalis. Be to, degalų fakeluose taip pat trūksta deguonies, todėl čia anglis nevisiškai sudega ir susidaro CO.
Reikia prisiminti ir tai, jog CO2, veikiant didelei temperatūrai, disocijuoja į CO.
Ekologiniu požiūriu yra pavojingos ir CO2 dujos, nes jos tartum savotiška plėvėlė sulaiko žemės paviršiuje saulės šilumą. Dėl šiluminio efekto per pastarąjį šimtmetį vidutinė temperatūra žemėje pakilo 0,3.0,7*C. Prognozuojama, kad per artimiausius 50 metų vidutinė metinė temperatūra gali padidėti 1,5.4*C ir tai gali sukelti nepageidaujamų padarinių.
Suodžiai. Tai gryna anglis CC, išmetama iš variklio juodų dūmų pavidalo: kai jų koncentracija deginiuose 120.130 mg/m3, deginiai tampa matomi; kai didesnė negu 600 mg/m3, dujos tampa juodos. C deginiuose būna daug esant didelei degalų koncentracijai (**=*0,3.0,7). Tai būdinga dyzeliniams varikliams (išpurkštų degalų fakeluose deguonies nedaug). Taigi, dyzelinių variklių dūminimas laikomas dideliu jų darbo trūkumu. Ypač dūmina perkrautas variklis ir įsibėgėjimo momentu.
Oto variklyje mišinys būna homogeniškesnis negu dyzeliniame, todėl suodžių deginiuose būna nedaug. Šiuose varikliuose * mažesnis negu 0,7 gali būti tik esant netvarkingai maitinimo sistemai.
C susidarymo mechanizmas gana sudėtingas: degimo proceso pradžioje pastaroji jungiasi su H2O ir CO:
C + H2O = CO + H2,
C + CO2 = 2CO.
Arčiau kameros sienelių dujų temperatūra nėra didelė, dėl to C reakcijoje praktiškai nedalyvauja. Tai ir yra pagrindinė
priežastis, dėl ko jos tiek daug dyzelinio variklio deginiuose.
Dyzeliniams varikliams nustatomas toks degalų kiekis, kad * nebūtų mažesnis negu 1,3. Dėl to didinant ciklinį degalų įpurškimą dyzelinis variklis daugiau dūmina. Ypač jautrūs pripuęiami dyzeliniai varikliai įsibėgėjimo metu.
C yra mechaninis žmogaus kvėpavimo organų teršalas. Tačiau labiausiai C kenksminga kaip absorbentas, sugeriantis kitas nuodingas medžiagas, kurios kartu patenka į plaučius.
Angliavandeniliai (CnHm). Tai įvairūs anglies ir vandenilio junginiai deginiuose, kai degalai visiškai nesudega. Jų deginiuose būna daugiau, kai į cilindrus tiekiamas labai lliesas arba labai riebus mišinys. Daugiausia jų susidaro varikliuose prie degimo kameros sienelių, kur žemesnė dujų temperatūra. Tai apytiksliai 0,05.0,35 mm dujų sluoksnis, kuriame gęsta liepsna. Angliavandenilių susidarymui turi įtakos santykinis degimo kameros paviršiaus plotas, likusių deginių kiekis, dujų turbulentiškumas degimo proceso metu, baigiamoji degimo proceso fazė ir t.t. Greitosios degimo fazės metu, kai dujų temperatūra ir slėgis dideli, ir deguonies mažai, nuo tarpinių degimo reakcijos produktų atsiskiria vandenilio atomai. Tuomet šie produktai jungiasi į sudėtingas struktūras – policiklinius angliavandenilius, taip pat ir į benzpireną C20H12, kuris žmogui yra nuodingas. Nustatyta, kad benzpireno nuodingumo procentas, lyginant su visais kitais teršalais, esančiais Oto variklių deginiuose, sudaro 10.70% (dyzelinių – 4.10%).
Deginiai, kuriuose yra CnHm, būna balsvos arba melsvos spalvos. Apskritai, CnHm koncentracijos deginiuose nebūna didelės. Tačiau tam tikromis sąlygomis jie sudaro specifinį rūką, kuris vadinamas smogu. Čia CnHm būna daugiau, todėl jie ribojami standartų.
Aldehidai susidaro nematomo degimo metu, taip pat
plėtimosi takto pabaigoje, kai ant cilindrų sienelių esanti alyva ir degalai jungiasi su deguonimi. Deginiuose jų būna daugiau, kai variklis veikia maža apkrova. Kai kurie aldehidai skleidžia nemalonų kvapą. Tai labiau būdinga dyzeliniams varikliams.
Azoto oksidai NOx. Apie 90% azoto oksidų deginiuose būna NO. Pastarasis susidaro ten, kur labai didelė dujų temperatūra
(2000K ir daugiau) ir yra pakankamai deguonies. Veikiant didelei temperatūrai deguonies molekulės disocijuoja į atomus ir jungiasi su azotu. Taigi, NO yra terminės kilmės. Kai degimo procesas tobulas, ciklo temperatūra didesnė (didesnis ir ciklo naudingumo koeficientas), tada deginiuose yra daugiau NO. Anksčiau minėjome, jog CO ir CnHm deginiuose daugiau, kai šis procesas netobulas. Nustatyta, jog degalų cheminė sudėtis NO kiekiui deginiuose įtakos neturi. NO ore greitai oksiduojasi iki NO2. Pastarosios dėl oro drėgmės poveikio virsta azoto rūgštimi HNO3.
Karterio dujos ir ddegalų garai. Variklio karteryje dujų slėgis didesnę laiko dalį būna mažesnis už slėgį virš stūmoklio. Dėl to dalis mišinio arba oro pro tarpą tarp cilindro ir stūmoklio prasiveržia į karterį, susimaišo su alyvos garais, taip pat ir su degalais, kurie nuo šaltų cilindro sienelių kartu su alyva patenka į karterį. Oto variklių karteryje angliavandenilių kiekis gali siekti net 40%, dyzelinio variklio karteryje NOx būna iki 45.80%, aldehidų – iki 30%. Šie junginiai kondensuojasi, atskiedžia alyvą, kai kurie, pavyzdžiui, NO2, jungiasi ssu vandens garais, sudarydami rūgštis. Dėl to alyva užteršiama, didėja jos rūgštingumas ir greičiau sensta.
Kai kuriems Oto varikliams naudojamos uždaros karterio ventiliacijos sistemos – dujos patenka į degimo kamerą ir ten sudega. Bet tuomet deginiuose gali padidėti benzpireno kiekis (kai nnepakankamai efektyvūs alyvos skirtuvai).
Iš dyzelinių variklių karterių dujų į aplinką patenka apie
0,2.0,3% deginių kiekio. Dėl to uždaros ventiliacijos sistemos nėra būtinos.
Bandymais nustatyta, jog apie 4.12% CnHm į atmosferą patenka tik dėl benzino garavimo. Per parą iš Oto variklių degalų bakų išgaruoja apie 40.150*g benzino. Dyzeliniuose varikliuose degalų nuostolių dėl degalų garavimo praktiškai nebūna.
Kitos nuodingos medžiagos. Viename kilograme etilinto benzino būna apie 0,5*g švino tetraetilo. Sudeginus tokį benziną, į atmosferą patenka iki 70% benzine esančio švino.
Pagal Euro – 3 normas švino kiekis benzine neturi viršyti 5 mg/l, sieros – ne daugiau 0,015 %, o pagal Euro – 4 – jo gali būtio tik pėdsakai, sieros – 0,005 %.
Dyzeliniuose degaluose būna sieros (iki 0,5%). Sudegusi ji jungiasi su vandens garais, ssudarydama rūgštį. Dėl to greičiau dyla variklio detalės. Kartu su deginiais į atmosferą patekę sieros junginiai teršia aplinką, kenkia gyviems organizmams.
Kai blogai prižiūrimi varikliai, nuo jų įkaitusių paviršių garuoja degalai ir alyvos, dega dulkės.
Daugumos nuodingų junginių poveikis gyviems organizmams ištirtas nepakankamai.
Standartais kol kas normuojami tik CO ir CnHm junginiai, nes daugelį jų eksploatacinėmis sąlygomis nustatyti sunku. Manoma, jog normuojamų junginių nuodingumas sudaro vos 1% viso deginių nuodingumo. Dėl to ekologinėms problemoms turi būti skiriamas didesnis dėmesys.
4.2 lentelėje pateiktos kai kkurios techninės bei organizacinės priemonės deginių nuodingumui mažinti.
4.2 l e n t e l ė. Techninės ir organizacinės priemonės Oto variklių deginių nuodingumui mažinti
Priemonės pavadinimas Išmetamų nuodingų medžiagų kiekis %
CO CnHm NOx
Karbiuratorinis variklis nenaudojant jokių prieminių
100
100
100
Autonominė tuščiosios eigos sistema, tuščiosios eigos ekonomaizeris
50.60
85
Uždegimo vėlinimas:
5*
10*
–
–
87
70
85
73
Variklio pripūtimas 82.90 86.95 95.102
Dalies cilindrų išjungimas, kai variklis veikia tuščiąja eiga ar maža apkrova
75.85
55.70
105-115
Naftos ir gamtinių dujų panaudojimas
25.30
70
65.70
Benzino-metanolio mišiniai (iki 15% metanolio)
–
80.90
65.70
Vandenilio priedas benzine (2,5-4%) ir mišinio paliesinimas
iki 10
–
Mišinio sluoksniavimas 8.15 50 55
Prieškamerinis variklis 10.15 50.70 85
Deginių neutralizavimas 10 23 80
Dyzelinis variklis 5.10 30 45.60
Literatūra
1. Šimatonis S., Tiškevičius S. Traktorių, automobilių ir variklių teorija (I dalis). – Kaunas, 1994. 262 p.
2. Automotive handbook. 5-th edition. Published by Robert Bosch GmbH, 2000, Stutgart. Germany. 962 p.
