7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Давление в конце сжатия на двигателях формула

Давление в конце сжатия на двигателях формула

Вслед за процессом наполнения при движении поршня от НМТ к ВМТ осуществляется процесс сжатия. Процесс сжатия служит для создания тех необходимых условий, которые обеспечивают наиболее эффективное после­дующее протекание процесса сгорания рабочей смеси. Необходимое зна­чение параметров конца сжатия зависит от способа воспламенения рабочей смеси в цилиндре. В дизелях температура и давление в конце сжатия долж­ны быть такими, при значении которых происходит вполне надежное само­воспламенение топлива, поданного в цилиндр.

В двигателях с посторонним источником зажигания параметры в конце сжатия не должны достигать значений, при которых может произойти само­воспламенение.

Процесс сжатия в цилиндре двигателя протекает с переменным тепло­обменом между сжимаемым зарядом и стенками цилиндра. При работе двига­теля внутренние стенки цилиндра имеют температуру значительно выше температуры свежего заряда, поступающего в цилиндр. Вследствие этого в начальный период сжатия тепло передается от стенок цилиндра к сжи­маемому заряду, а потому кривая состояний рабочего тела от точки а (рис. 28) проходит выше адиабаты ат переменной теплоемкости, проходя­щей через точку а.

При дальнейшем сжатии температура сжимаемого заряда повышается и передача тепла к нему будет уменьшаться. Процесс сжатия ас может совпасть в какой-то точке b с адиабатой bп, проведенной через точку b.

Вследствие повышения температуры заряда процесс сжатия в дальней­шем будет протекать с отводом тепла к стенкам цилиндра, а потому кривая действительного процесса сжатия пойдет ниже адиабаты bп.

Отсюда следует, что процесс сжатия протекает с переменным теплообме­ном не только по величине, но и по направлению. Характер теплообмена и характер кривой процесса сжатия зависит от различных причин: от числа оборотов двигателя, от геометрических размеров цилиндра, от охлаждения стенок цилиндра и донышка поршня, от степени сжатия, от тепловой на­пряженности цилиндра, от состояния изношенности цилиндра и поршневых колец и др.

Если весь процесс сжатия разбить на ряд участков и каждый такой участок принять как политропный процесс с постоянным показателем п, то можно установить характер изменения показателя п процесса сжатия. Определение указанным способом показателя политропы сжатия по инди­каторным диаграммам показывает, что в начале сжатия п составляет около 1,50—1,53 и в конце сжатия — пример­но Г, 1—1,17.

Для определения расчетным путем давления и температуры в конце сжа­тия (в целях упрощения этого расчета) действительный процесс сжатия заме­няют политропным с постоянным пока­зателем n1, равным среднему значению за весь процесс сжатия. Показатель по­литропы n1 должен быть принят из ус­ловия равенства параметров в начале и в конце сжатия как действительного про­цесса сжатия, так и принятого политропного.

Величина показателя пi зависит прежде всего от числа оборотов двига­теля. С повышением числа оборотов продолжительность теплообмена умень­шается, а потому n1 возрастает. Интенсивность охлаждения стенок цилиндра влияет на их температуру, а потому и на теплоотвод от сжимаемого заряда, а следовательно, и на величину n1. С усилением охлаждения (теплоот­вода) n1 уменьшается; по этой же причине n1 имеет минимальные значения в пусковой период работы холодного двигателя. Чем меньше диаметр ци­линдра, тем меньше значение n1, так как относительная поверхность охлаж­дения изменяется обратно пропорционально диаметру цилиндра D:

По мере увеличения нагрузки двигателя температура стенок цилиндра повышается и теплоотвод от сжимаемого заряда будет уменьшаться, а n1 будет возрастать. При наличии износа цилиндра и поршневых колец утечка свежего заряда в период сжатия становится больше, усиливается теплоотвод и уменьшается значение n1.

На основании опытных данных среднее значение показателя политропы сжатия n1 для определения температуры Тс и давления рс в конце сжатия может быть принято следующим:

В период пуска в ход холодного двигателя n1 примерно равно 1,18—1,2.

При отсутствии опытных данных по определению n1 можно, как пред­ложил Е. К. Мазинг, найти среднее значение показателя кажущейся адиа­баты и приравнять его п1, т. е. (k = n1).

Выражение работы для одного моля газа при адиабатном сжатии с по­стоянным значением k равно

где ис — иа — изменение внутренней энергии одного моля заряда за про­цесс сжатия;

Lзд.с — работа адиабатного сжатия одного моля заряда при постоянном среднем значении показателя адиабаты k1.

Подставляя значение изменения внутренней энергии и выражая работу через изменение температуры, получим:

После сокращения на (Тс—Та) и замены Тс на Та ? k1 — 1 получаем уравнение, из которого определяется значение k1.

где a? и b — коэффициенты линейной зависимости теплоемкости от темпе­ратуры.

Решение уравнения (19) относительно b1 удобнее производить способом последовательных приближений, задаваясь предварительно значениями k1 для вычисления правой части уравнения.

Принимая процесс сжатия как политропный процесс с постоянным показателем щ, давление и температуру в конце сжатия можно определить из уравнения этого процесса:

Из этих выражений следует, что с увеличением степени сжатия, сред­него значения показателя политропы сжатия, давления и температуры в на­чале сжатия (в конце наполнения) давление рс и температура Тс в конце сжатия повышаются.

Наибольшее влияние на величину рс и Тс оказывает степень сжатия. Действительная величина степени сжатия ?д отличается от номинальной ? = Va / Vc тем, что она равна отношению объема полости цилиндра в момент закрытия распределительных органов к объему камеры сжатия.

где ?S — доля рабочего объема цилиндра VS соответствующая моменту закрытия распределительных органов цилиндра.

При выполнении расчетов четырехтактных двигателей обычно приме­няют только номинальную степень сжатия ?, тогда как в двухтактных дви­гателях больше пользуются действительной степенью сжатия.

В двухтактных двигателях с противоположно движущимися поршнями, условная степень сжатия определяется:

?1 и ?2 — отношение R/L опережающего и отстающего поршней (здесь L — длина шатуна);

Нк — расстояние между днищами поршней, когда каждый из них находится на своей ВМТ.

У действующих двигателей степень сжатия определяется по замеряе­мому объему камеры сжатия посредством заливки этого объема маслом при нахождении поршня в ВМТ.

Увеличение степени сжатия, как это было показано ранее, увеличивает коэффициент наполнения, уменьшает коэффициент остаточных газов, об­легчает пуск двигателя в ход, повышает надежность самовоспламенения топлива (сокращая период подготовки топлива к самовоспламенению) и сокращает продолжительность процесса сгорания. Вместе с тем увеличе­ние степени сжатия вызывает рост максимального давления цикла рz, ве­личина которого лимитируется конструктивными соображениями.

В судовых тихоходных дизелях степень сжатия обычно находится в пределах 13—15, а у быстроходных дизелей с однокамерным смесеобразо­ванием степень сжатия колеблется от 15 до 15,5 и повышается до 18—20 у быстроходных дизелей с двухкамерным смесеобразованием.

Карбюраторные двигатели имеют степень сжатия: бензиновые двига­тели 5—9 и керосиновые 3—4.

Давление и температура в конце сжатия достигают величины:

Двигатель внутреннего сгорания

Выявить резервы форсирования двигателя можно с привлечением формулы для расчета эффективной мощности, кВт:

где — среднее эффективное давление, МПа; — рабочий объем цилиндра, дм³; i — количество цилиндров двигателя; n — частота вращения КВ, 1/мин; — тактность двигателя (для 2-х тактных =2, для 4-х тактных =4)

Рабочий объем цилиндра равен =**S / 4, очевидно, что увеличение диаметра цилиндра D оказывает на повышение мощности большее влияние, чем такое же увеличение хода поршня S.

Мощность двигателя с наддувом в значительной мере пропорциональна давлению наддува. Это позволяет ориентировочно оценить значение мощности, получаемое при наддуве двигателя, по формуле:

где, Pek — мощность двигателя с наддувом; P e — мощность двигателя без наддува; pka — абсолютное давление наддува; p — атмосферное давление.

Читать еще:  Что трет в двигателе ваз 2106

Формула геометрической степени сжатия, , где — рабочий объем цилиндра; — объем камеры сгорания. т.е. геометрическая степень сжатия представляет собой отношение полного объема над поршнем (при положении поршня в НМТ) к объему над поршнем при положении его в ВМТ.

Определить значение эффективной степени сжатия приближенно можно по формуле , где k — показатель адиабаты (численное значение равно 1,41). Формула дает удовлетворительные результаты при допущении, что температура в конце процесса сжатия у двигателя с наддувом и без наддува одинаковая. Очевидно, что обеспечения бездетонационного сгорания при увеличении наддува геометрическую степень сжатия необходимо уменьшать. Например, если двигатель без наддува имеет степень сжатия 10, то в случае наддува его при давлении p ka = 1,3 бар следует геометрическую степень сжатия уменьшить до 8,3 бар, а в случае наддува при давлении pka = 1,8 бар — до относительно низкого значения 6,6.

Важным фактором, позволяющим повысить степень сжатия без риска возникновения детонационного сгорания, является охлаждение наддувочного воздуха.

Из теории ДВС известно, что мощность двигателя ( ) определяется следующим выражением:

где низшая теплота сгорания топлива, — количества воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания данного топлива,, i — тактность двигателя (4 или 2) и число цилиндров, — рабочий объем цилиндра, — коэффицент избытка воздуха,,,— соответственно, коэффицент наполнения, индикаторный и механический к.п.д., — плотность наддувочного воздуха, n — частота вращения коленчатого вала, К — константа.

Анализ этого выражения показывает, что мощность двигателя можно увеличить, увеличивая число оборотов i — при сохранении размеров цилиндра, или увеличивая рабочий объем цилиндра , т.е. его размеры, или увеличивая частоту вращения коленчатого вала n, или создавая вместо четырехтактного двигателя двухтактный, т.е. меняя , или применяя эти методы совместно. Однако очевидно, что в этом случае меняется конструкция двигателя, меняются масса и габариты двигателя.

Количество свежего воздуха, всасываемого двигателя с наддувом, равно

,где n — в 1/с. Количество воздуха, идущего на продувку, определяется с использованием характеристик проходных сечений впускных и выпускных органов. Если температура однозначно зависит от давления (через КПД компрессора или благодаря применению охладителю наддувочного воздуха), то при постоянном противодавлении на выпуске двигателя имеется только одна линия расхода. Если у двигателя, не имеющего охладителя наддувочного воздуха, температура , соответствующая определенному давлению наддува, понижается (например, из-за повышения КПД компрессора, т.е. уменьшения показателя политропы n), то объемный V и массовый расход воздуха через двигатель увеличатся. Однако влияние КПД компрессора на объемный расход воздуха невелико:

Количество расхода масла вашего двигателя можно подсчитать следующим способом:

Залитое количество масла (см³) — Слитое количество масла (г) : 0,86 г/см³
Километраж при сливе — километраж при заливке масла

* * * * *

Полная сила — F = Fw-D-R, где D-сила аэродинамического сопротивления, R-сила сопротивления качению, Fw-тяговое усилие

Сила аеродинамического сопротивления D=0,5 Cx p(Po)SV², где Cx-коэфф.динамического сопротивления, p(Po)-Плотность воздуха, S-площадь лобового сечения

Сила сопротивления качению R = KrV = 1,03V, где Kr-коэфф.трения качения колеса

Тяговое усилие Fw = TeGn / (d/2), где Те-крутящий момент двигателя, G-главная пара, Gn-произведение передаточных чисел главной пары и включенной Передачи, d-диаметр колеса

Скорость вращения колеса W = 60V/πd, где V-скорость движения авто, d-диаметр колеса

Скорость вращения вала двигателя E = WGn, где W-скорость вращения колеса, Gn-произведение передаточных чисел главной пары и вкл. передачи

Пример: Имеем 7 литров 92-го бензина с АЗС, и 3 литра 113 бензина купленного не на АЗС. Каково ОЧ смеси (математ.)?

  1. Общее количество смеси 10 литров.
  2. % Базового бензина составляет 70% с октановым числом 92 (Ну поверим ГОСТу, просто так, хотя рекомендую считать не 92, а 90 по РОН, вернее будет
  3. Процент присадки составляет 30% с октановым числом 113 по РОН. (Исследовательский метод, экстраполяция шкалы УИТ-85)
  4. Применяем формулу. Получаем ОЧ смеси 98.30 (Если верим ГОСТ и считаем 92 как 92ОЧ, а не как 90)

Объем, образующийся дополнительно в цилиндре при перемещении поршня от ВМТ к НМТ называется рабочим объемом цилиндра. Он обозначается VR и равен площади цилиндра умноженной на ход поршня.

Полным объемом цилиндра является объем над поршнем, когда он расположен в НМТ. Он обозначается Va и равен сумме объемов камеры сжатия и рабочего.

Степень сжатия Е называют отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия. (сгорания)

Степень сжатия показывает во сколько раз изменяется объем цилиндра при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. Она оказывает большое значение на экономичность работы и мощность двигателя.

Геометрическая степень сжатия вычисляется по следущей формуле E=(Vh+Vc)/Vc, где Vh это рабочий объем цилиндра, а Vc это объем камеры сгорания, определяемый количеством масла, залитого в свечное отверстие.

Существуют различные системы измерения мощности двигателя, не всегда сравнимые напрямую, хотя есть четкие взаимосвязи между отдельными единицами измерения.

Киловатт (кВт) 1 кВт = 1,35962 л.с. = 1,34102 hp
Лошадиная сила (л.с.) 1 hp = 1,0139 л.с.
Лошадиная сила США (hp) 1 л.с. = 0,9862 hp

Давно и прочно вошел в обиход киловатт, но мощность определяют по разным стандартам и испытательным инструкциям по испытаниям. Есть несколько контор, разработавших свои методы измерения. От отдельных методов уже отказались.

DIN Германский институт стандартизации
ECE Европейская экономическая комиссия ООН, ЕЭК ООН
EG Европейское экономическое сообщество, EЭC
ISO Международная организация по стандартизации, ИСО
JIS Японский промышленный стандарт
SAE Общество инженеров автомобильной промышленности (США)

Степень сжатия и компрессия в ДВС.

Не стану рассуждать о разницы степени сжатия и компрессии. Об этом и так уже много написано.
Просто расскажу об этих 2ух определениях.
Для начала рассмотрим Степень Сжатия, и о том как и почему изменение толищны прокладки на пол миллиметра, может влиять на Степень Сжатия.
Многие вообще не понимают, что такое степень сжатия, и как ее рассчитать.

Степень сжатия — это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.

Полный объем цилиндра — это сумма рабочего объема и объема камеры сгорания

Рабочий объем — это объем цилиндра ограниченный ходом поршня, то есть объем между НМТ (Нижняя Мертвая точка — точка ниже, которой поршень не может опуститься, из за конструкционных особенностей кривошипа) и ВМТ (Верхняя Мертвая Точка) .
Как известно из математики, Объем цилиндра равен произведению площади сечения на высоту цилиндра.

Объем камеры сгорания — надпоршневое пространство при нахождении поршня в ВМТ. Объем ограниченный поршнем и головкой блока.
Объем камеры сгорания трудно вычислить, обычно ее измеряют.
Тогда Степень сжатия можно записать следующим образом

Для чего нужны эти формулы?
Но допустим мы имеем мотор 2ZZ-GE
Диаметр цилиндра = 82мм
Ход поршня = 85 мм
Степень сжатия = 11.5
И хотим уменьшить СЖ, для того чтобы немного вдуть. Технология проста. Допустим измерив толщину заводской прокладки, мы получили значение в 0.5мм.
Как изменится степень сжатия, при установки 2ух таких прокладок вместо одной?
Как сильно влияют эти несчастные полмиллиметра на СЖ ?

По выше приведенным формулам может записать следующие равенства:

Таким образом, мы вычислили заводской объем камеры сгорания нашего мотора.
при увеличении толщины прокладки на 0.5 мм, мы просто добавляем к объему камеры сгорания, объем цилиндра с высотой 0.5, ну или математическим языком?

Таким образом «плюс полмиллиметра» уменьшили степень сжатия на 0.6 единиц.

Компрессия. В заводском исполнение вышеописанный двигатель обладает достаточно высокой степенью сжатия CR = 11.5
Очень часто встречаюсь с напуганными людьми, выходящими из сервиса с шарообразными глазами… С диагнозом механика
«Ваш 2ZZ скорее мертв, чем жив»
«Компрессия у него 17 атмосфер… Нормальная должна быть 12…»
И выглядишь ты перед этим механиком с 20 летним стажем, как неуч… И никакие потрясания мануалом с записью
«Давление конца такта сжатия НЕ НИЖЕ 14» вам не помогут. Так как гуру здесь только один… у него за плечами опыт.

Читать еще:  Что такое контрактный дизельный двигатель

Компрессия в двигателе — это процесс сжатия газа, поршнем при его движении из НМТ в ВМТ (такт сжатия), сопровождающийся при этом движении повышением давления и температуры газа.
С давлением все понятно — это как раз и будет искомая нами величина компрессии или давление конца такта сжатия
Но если компрессия измеряется на заглушенном двигателе, причем здесь изменение температуры?
Все дело в том, что при измерении компрессии, происходит сжатие не топливной смеси, а обычного воздуха… И двигатель, вращаемый стартером, превращается в простой поршневой насос, в котором протекает процесс с газом неизменной массы… Сжатие в таком процессе, называется адиабатическим и описывается уравнением Пуассона.

Конечно это уравнение термодинамического процесса для идеального газа, в изолированной системе, с множеством упрощений, но для показательного описания, я могу спокойно допустить эти упрощения.
И так… В конце такта сжатия, процесс можно описать, следующим уравнением

P — давление
V — объем сжатого газа, то есть над поршневое пространство, при занятии поршнем Верхней Мертвой Точки
y — показатель адиабаты
Так же рассмотрим начало такта сжатия

Чтобы делать формулы а затем из них картинки, занимает время, поэтому я опустил несколько шагов, в частности
V = Vр + Vc = Это объем занимаемый газом в начале такта сжатия, логично предположить, что это надпоршневое пространство, при занятии поршнем НМТ. И состоит, оно из рабочего объема цилиндра, и объема камеры сгорания.
Предположив, что адиабатический процесс происходит в изолированной системе, следующее равенство, должно быть справедливым

Выполнив простые математические действия, приведем равенство к такому виду

Пытливый ум должен был уже увидеть знакомую формулу из рассмотрения Степени Сжатия

Дальнейшие преобразования уже не нужны
P0 — давление воздуха в начале такта сжатия, равно атмосферному

показатель адиабаты, для двухатомного газа, а воздух, которым дышим мы и мотор — является смесью 2ухатомных газов, равен

Но система ДВС не является полностью изолированной, в процессе сжатия происходит теплообмен со стенками цилиндров, утечки и т.д.
показатель адиабаты принято считать 1.2

Применив современный калькулятор

Нетрудно вычислить, что для мотора 2ZZ-GE, со степенью сжатия 11.5, НОРМАЛЬНАЯ компрессия в лучшем случае, может быть 18.7 атмосфер.
Но моторы у нас не новые… соответственно и потери больше.

Принцип работы автомобиля

Работа двигателя. Процессы горения и передачи тепла

У бензиновых двигателей после прохождения поршнем ВМТ давление и температура в цилиндре за счет сгорания топливо-воздушной смеси достигают максимума — давления порядка 3-6 МПа и температуры свыше 2500 К. Весь процесс сгорания происходит вблизи ВМТ, длится 4060° угла поворо­та коленчатого вала (ПКВ), объем камеры сгорания при этом изменяется мало. Именно поэтому бензиновые двигатели с искровым зажиганием в литературе называют иногда двига­телями с подводом тепла при постоянном объеме или двига­телями Отто (работающими по циклу Отто).

Для дизелей условно принимают, что часть теплоты под­водится при постоянном объеме, а часть — при постоянном давлении. Поскольку у дизелей степень сжатия существенно выше, чем у бензиновых двигателей (е = 21-22), то макси­мальное давление при сгорании также выше и достигает 5,5 МПа. При этом температура газов в цилиндре меньше и, как правило, не превышает 20005-2200 К.

Процесс сгорания топливо-воздушной смеси в двигателе очень сложен и до конца не изучен. При горении происходят химические реакции с выделением тепла и образованием продуктов сгорания. Процесс горения существенно зависит от большого числа физических явлений в цилиндре: от геоме­трии (формы) камеры сгорания до состава, скорости и на­правления движения смеси в цилиндре в данный момент вре­мени в данной точке.

Для осуществления процесса горения необходимо, чтобы количество топлива, подаваемого в цилиндр, строго соответ­ствовало количеству воздуха, поступающего в цилиндр на такте впуска. Соотношение количеств воздуха и топлива в смеси определяется коэффициентом избытка воздуха. где 15 — постоянный (стехиометрический) коэффици­ент для данного топлива — теоретически необходимое количе­ство воздуха (кг) для полного сгорания 1 кг топлива. При а = 1, когда количество топлива точно соответствует количеству воздуха, необходимому для полного сгорания этого топлива, состав смеси называют стехиометрическим.

При сгорании коэффициент избытка воздуха а смеси для бензиновых двигателей традиционных конструкций должен находиться в интервале от 0,70-0,75 до 1,05-1,15 в зависимо­сти от режимов работы двигателя. Для этого система питания двигателя должна строго дозировать топливо. Например, при разгоне целесообразно иметь, а меньше 1 («богатая» смесь и большой крутящий момент), в то время как для установивше­гося режима движения автомобиля желательно, чтобы а бы­ло близко к 1 (нормальная или слегка обедненная смесь, вы­сокая экономичность, а также приемлемая токсичность отработавших газов).

Для воспламенения и горения смеси у двигателей тради­ционных схем необходимо, чтобы топливо хорошо испарилось и перемешалось с воздухом еще на также сжатия, т. е. перед искровым разрядом. Это достигается внешним смесеобразо­ванием, т. е. подачей топлива заранее во впускной трубопро­вод (с помощью карбюратора или форсунок системы впрыс­ка). При этом топливо успевает практически полностью испа­риться перед воспламенением. После воспламенения смеси искровым разрядом образуется фронт пламени, распростра­няющийся по объему камеры сгорания.

Коэффициент избытка воздуха а существенно влияет не только на экономичность и мощность, но и на состав отрабо­тавших газов. Например, если основная часть продуктов сго­рания — это углекислый газ СО2 и водяные пары Н20, то при работе на богатых смесях двигатель выделяет повышенное ко­личество оксида углерода СО, а также несгоревшие углеводо­роды CnHm (СН). На некоторых режимах продукты сгорания содержат также повышенное количество оксидов азота NOx, что особенно характерно для двигателей с высокой степенью сжатия (оксиды азота образуются при высоких температурах).

Очень важное значение для состава отработавших газов имеет конструкция головки блока двигателя и особенно каме­ры сгорания — пространства между головкой и днищем порш­ня. От того, как организовано движение смеси по камере сго­рания перед и во время сгорания, сильно зависит количество вредных выбросов типа СО, NOx и СН.

В конечном счете, все указанные факторы влияют и на ко­личество выделившегося при сгорания тепла — чем оно боль­ше, тем выше основные параметры двигателя. Например, двигатель, имеющий на определенном режиме большое коли­чество СО и несгоревших углеводородов СН в отработавших газах, вряд ли обеспечит на этом режиме хорошую мощность или экономичность. С другой стороны, сгорание должно так­же происходить в строго определенной фазе цикла — слишком раннее или позднее сгорание приводит к уменьшению давле­ния в цилиндре и, в конечном счете, к ухудшению основных параметров двигателя.

При сгорании в цилиндре выделяется большое количество тепла. Часть его уходит с отработавшими газами, другая часть передается в стенки головки и гильзу цилиндра, в пор­шень. Если бы конструкция поршня не позволяла от­водить тепло от днища, то поршень очень быстро бы распла­вился и прогорел. В самом деле, температура газа в камере сгорания превышает 1800-2000°С, в то время как рабочая температура деталей из алюминиевого сплава не должна быть больше 300-350°С. Для работы в таких условиях наибо­лее важна передача тепла через поршневые кольца в стенки цилиндра. При этом через верхнее кольцо уходит до 50-60% всего тепла, переданного из камеры в поршень, а через среднее — до 15-20%. Для того, чтобы обеспечить передачу тепла через кольца, необходимо точное (плотное) прилегание коль­ца к канавке поршня и к поверхности цилиндра. Дефекты кольца (плохое прилегание к цилиндру, поломки) и поршня (деформация или разрушение перемычек) приводят к сниже­нию потока тепла от поршня и, соответственно, к его перегре­ву с последующим разрушением. Другая часть тепла от порш­ня передается через его юбку в стенку цилиндра, а также че­рез палец в шатун и далее рассеивается в картере. Незначи­тельная часть тепла уходит в картер в результате вентиляции внутри поршневого пространства при возвратно-поступатель­ном движении поршня.

Читать еще:  Характеристики двигатель умз 417800 технические характеристики

Тепловое состояние (т.е. распределение температуры) поршня в значительной степени зависит от его конструкции и материала. Эти факторы влияют на такие параметры, как за­зор между поршнем и цилиндром, износ юбки и др. Чем хуже отвод тепла, тем больше температура поршня, тем больше его тепловое расширение и тем больше необходимый зазор. Если зазор между поршнем и цилиндром окажется меньше, чем на­до, поршень в цилиндре может заклинить. При очень малом зазоре увеличивается трение юбки поршня о стенки цилинд­ра, из-за чего вместо отвода тепла может происходить его подвод (разогрев юбки от трения). После заклинивания и по­следующего остывания поршень, как правило, деформируется (сжимается по юбке), а на поверхности цилиндра появляются глубокие царапины (задиры), иногда со следами алюминия, перенесенного с поршня на материал гильзы.

При определенных условиях в эксплуатации бензиновых двигателей могут возникать нарушения процесса сгорания. К ним относятся детонация и преждевременное воспламенение.

Явление детонации широко известно. Внешние проявле­ния детонации — характерный стук, появляющийся при работе на низкооктановом топливе с увеличением нагрузки (т. е. при открытии дроссельной заслонки).

Суть детонации заключается в ненормально быстром (в сотни раз быстрее обычного) сгорания части смеси. При этом образуются ударные волны, с большой скоростью распростра­няющиеся по камере сгорания. В ударной волне происходит скачкообразный рост давления и температуры среды, в кото­рой распространяется волна. А это вызывает воспламенение смеси не в результате обычного распространения пламени (скорость порядка 20-30 м/с), а из-за ее разогрева в ударной волне, движущейся со скоростью более 1000 м/с.

Механизм возникновения детонации поддается изучению с большими трудностями. Опытным путем установлено, что компактные камеры сгорания с вытеснителями имеющие форму, близкую к сферической, менее склонны к образова­нию детонационных процессов, чем длинные и узкие камеры с острыми углами и выступами. Однако в каж­дом конкретном случае при разработке нового двигателя оп­ределить наилучшую форму камеры сгорания — дело очень от­ветственное, долгое и кропотливое.

В эксплуатации детонация наиболее часто возникает на низкооктановом топливе при малых и средних частотах враще­ния и больших нагрузках. Детонация изменяет характер проте­кания давления в цилиндре по углу поворота, резко увеличивает максимальное давление, температуру и нагрузки на детали дви­гателя. Последствия длительной работы двигателя с детонацией весьма тяжелы. В первую очередь это — поломка поршней и пор­шневых колец из-за ударных нагрузок. Наиболее подвержены поломкам перемычки поршней между канавками колец. Удар­ная волна, вызывая резкое повышение давления в зазоре меж­ду днищем поршня и цилиндром, бьет по верхнему поршневому кольцу. Удар передается на перемычку поршня, причем одно­временно не по всей окружности кольца, а в конкретной доста­точно узкой области, что облегчает поломку деталей.

Детонация вызывает не только поломку перемычек, но и перегрев и разрушение краев днища поршня (каверны на по­верхности), поломку поршневых колец. Последующий перегрев поршня обычно настолько велик (из-за уменьшения теплоотвода через кольца), что выгорает огневой пояс поршня от днища до верхнего и даже нижнего поршневого кольца.

После поломки деталей падает давление в цилиндре и мощность двигателя, увеличивается прорыв газов в картер (и давление в картере), расход масла. Результатом длительной работы двигателя с детонацией может быть также износ по торцу верхней канавки поршня и верхнего кольца, износ по­верхностей сопряжения поршня и поршневого пальца. Эти случаи встречаются довольно часто, но ускоренные износы не всегда удается связать с детонацией.

Режимы детонации ограничивают углы опережения зажи­гания на некоторых режимах. Это значит, что при увеличении опережения зажигания основные параметры двигателя повы­шаются, однако, работа на этих режимах недопустима из-за опасности поломки деталей. Электронные системы управле­ния двигателем точно отлеживают эти режимы, в том числе с помощью датчиков детонации.

На некоторых двигателях (TOYOTA, NIS­SAN) вместо одной свечи устанавливают две на один цилиндр. Такая конструкция является достаточно эффективной для уменьшения склонности двигателя к детонации при повышении степени сжатия за счет сокращения длины пути фронта пламе­ни по камере сгорания. Снижает вероятность возникновения детонации более низкая температура поверхностей камеры i сгорания и днища поршня. Это достигается интенсификацией i охлаждения камеры путем уменьшения толщины стенок, увеличения скорости течения охлаждающей жидкости у стенок и даже некоторым снижением уровня температуры охлаждающей жидкости (например, с 90-95°С до 80-85 0 С) за счет схемы и конструкции системы охлаждения двигателя.

У двигателей с впрыском топлива температура топливо-воздушной смеси на входе в цилиндр обычно меньше, чем у карбюраторных двигателей, поскольку у последних необходим подогрев смеси на впуске (иначе не будет качественного испарения и сгорания топлива). Поэтому двигатели с впрыском топлива при прочих равных условиях менее склонны к детонации, что позвопяет несколько увеличить у них степень сжатия. Аналогичное влияние оказывает промежуточное ох­лаждение воздуха у двигателей с наддувом.

Кроме детонации, на практике встречается явление преждевременного воспламенения, называемое также калильным зажиганием. При калильном зажигании происходит воспла­менение смеси не от искрового разряда свечи, а от нагретых до очень высоких температур (более 700°С) поверхностей ка­меры сгорания. В качестве таких источников воспламенения могут выступать электроды свечи зажигания, тарелка выпуск­ного клапана или частицы нагара, если нагар лежит на дета­лях достаточно толстым слоем.

Обычно калильное зажигание возникает из-за несоответ­ствия характеристики свечи, рекомендованной изготовите­лем автомобиля, в частности, когда для двигателя с высокой степенью сжатия использована «горячая» свеча от низкофор­сированного двигателя. При этом смесь в цилиндре самовос­пламеняется несколько раньше, чем происходит искровой разряд, но процесс сгорания протекает нормальным обра­зом. С ростом нагрузки и частоты вращения момент самовос­пламенения отодвигается в раннюю сторону, из-за чего теп­ловое и силовое воздействие на детали двигателя, особенно, на поршень, значительно возрастает.

Опасность калильного зажигания заключается в том, что на начальной стадии его практически невозможно отличить «на слух» от обычного сгорания, в то время как с течение вре­мени (обычно от нескольких десятков секунд до нескольких минут), когда у двигателя появляется посторонний звук и он начинает терять мощность, детали поршневой группы уже мо­гут быть повреждены. Вследствие этого на двигате­лях современных автомобилей замена свечей зажигания оказывается весьма небезопасной для двигателя, если ста­вятся первые попавшиеся свечи.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector