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

Давление внутри двигателя внутреннего сгорания

Разрушители легенд. Двигатель внутреннего сгорания. Часть №3. Степень сжатия.

На самом деле совершенно не степень сжатия является темой данной статьи. Я несколько раз менял название в ходе написания текста и в конце концов вернулся к первоначальному названию, хотя к тому времени сам почти перестал понимать — что это такое и зачем…

Итак.
Официальная трактовка:
Степень сжатия — отношение полного объёма цилиндра двигателя внутреннего сгорания(надпоршневого пространства цилиндра при положении поршня в нижней мёртвой точке) к объёму «камеры сгорания» (надпоршневого пространства цилиндра при положении поршня в верхней мёртвой точке):

Степень сжатия — чисто геометрическая безразмерная характеристика двигателя.

Поскольку воздух при быстром(адиабатическом) сжатии нагревается — то у двигателя со степенью сжатия 10 давление конца сжатия будет не 10 атмосфер, а около 16. Эта характеристика того же самого двигателя называется компрессия ДАВЛЕНИЕ КОНЦА ТАКТА СЖАТИЯ:

На самом деле давление в ВМТ может быть и больше(если двигатель горячий), а может быть и меньше(если двигатель холодный и сильно изношен или если используются нестандартные фазы ГРМ)…

Как я уже писал в своих предыдущих опусах — сгорание в двигателе происходит на протяжении 50-70 градусов по коленвалу в определённых «климатических» условиях. Поскольку ни СТЕПЕНЬ СЖАТИЯ, ни КОМПРЕССИЯ нам об этих самых «климатических» условиях ничего толком сообщить не могут(хотя бы по той самой элементарной причине, что замеряются они в одной единственной точке на абсолютно неработающем двигателе) — то и оперировать в дальнейшем я буду ДАВЛЕНИЕМ и ТЕМПЕРАТУРОЙ.
Ибо только они показывают что происходит в цилиндре двигателя НА САМОМ ДЕЛЕ.

А НА САМОМ ДЕЛЕ там творится нечто подобное:

Синяя кривая — это давление в цилиндре НЕРАБОТАЮЩЕГО двигателя.
Ромбик в ВМТ — это «компрессия».

Вопрос залу — а что такое эдакое означают ромбики на кривых давления РАБОТАЮЩЕГО двигателя?!

А это есть СУММАРНАЯ «компрессия», которая обеспечивается не только поршневой группой двигателя — но и давлением, создаваемым сгорающим топливом, если это топливо запалить ДО верхней мёртвой точки.
Давление это до ВМТ будет толкать и поршень и коленвал в обратную сторону, ухудшая и без того низкий КПД двигателя — но именно это давление обеспечит топливу те самые ОПТИМАЛЬНЫЕ «климатические» условия, необходимые для его полного и качественного сгорания.

В том или ином виде суммарную «компрессию» повышают и турбокомпрессор, и ЕГР, и оптимальные фазы ГРМ, и всякого рода резонансные впускные коллектора… Не суть.

Давайте повнимательнее рассмотрим все кривые на рисунке.
Чем раньше(в разумных пределах) мы запалим топливо — тем выше будет давление в ВМТ, тем лучше и полнее сгорит топливо и тем больше давления мы получим — и по максимальному значению и по площади.
Не забываем — именно давление выполняет полезную работу!

Проблема заключается только в том, что КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ это ДАВЛЕНИЕ в РАБОТУ в зоне ВМТ преобразовать ЭФФЕКТИВНО не может.

Если обеспечить момент зажигания в той точке, которая обеспечит наилучшее СГОРАНИЕ топлива, то проблем получается аж три.

1). Воспламенение топлива до ВМТ значительно снижает КПД двигателя за счёт того, что выделяемая энергия ТОРМОЗИТ коленвал, пока он не перевалит через ВМТ. Для того чтобы скомпенсировать это торможение и просто выйти по нулям — нужно аннигилировать аналогичную площадь давления газов уже сразу после ВМТ.
Синий график давления самый эффективный по площади, но про жёлтый треугольник давления можно забыть — полезной работы он не создаст:

Забавная ситуация. Самый пик давления и температуры — а вся выделяемая энергия тупо идёт в нагрев двигателя — ибо именно в этот момент осуществляется максимальная теплопередача в стенки «камеры сгорания», а полезного с коленвала снять не получается вообще НИЧЕГО.
ВСЯ выделяющаяся энергия затрачивается из полезного — ТОЛЬКО на обеспечение тех самых, наилучших для сгорания топлива, «климатических условий».
Чтобы избавиться от этого безобразия нужно воспламенять топливо исключительно после ВМТ, но тогда топливо в наших двигателях не успевает сгореть…

2). Воспламенение топлива до ВМТ значительно снижает КПД двигателя и за счёт того, что выделяемая энергия не может эффективно трансформироваться коленвалом до тех пор, пока поршень находится в зоне ВМТ:

Сиреневая кривая — это усилие на коленвалу. То, что остаётся ПОЛЕЗНОГО от давления газов — от синей кривой.

Чтобы избавиться от этого безобразия нужно обеспечить пик сгорания где-то в районе 50-70 градусов после ВМТ — вот тогда толку от давления сгорающих газов будет в разы больше. Но в существующих ДВС нормальное сгорание на этом отрезке организовать вообще не возможно — так как объём «камеры сгорания» на этом участке уже раза в три-четыре больше, чем в ВМТ, и стремительно увеличивается.

3). Воспламенение топлива до ВМТ обуславливает сгорание бОльшей части топлива в зоне малого изменения объёма камеры сгорания. Полезной работы не производится вообще — и вся энергия сгорающего топлива расходуется исключительно на повышение давления и температуры внутри «камеры сгорания». Ну и на нагрев стенок «камеры сгорания», есстесственно… Если давление и температура превысят некоторый порог — детонационные процессы(которые в «бензиновом» двигателе присутствуют ВСЕГДА) начнут УСПЕВАТЬ развиваться во взрыв.
Если поршень уже интенсивно опускается(а он с каждым градусом по КВ опускается всё быстрее) — то снижение давления в «камере сгорания» детонацию активно подавляет — не даёт развиться новым очагам самовоспламенения. Если поршень вблизи ВМТ и объём «камеры сгорания» увеличивается ещё не интенсивно — то детонация будет максимальна, так как охватит всё невоспламенившееся ещё топливо. Детанационные пики на рисунке — это не набор микровзрывов. Взрыв по сути один — объёмный. Эти пики показывают как детонационная волна мечется по камере сгорания, отражаясь и переотражаясь от стенок и вызывая этим резонансные процессы:

Рисунок рисовали балбесы. Но этот рисунок самый лучший из десятков просмотренных в инэте(мне лень их рисовать самому, сорри) — он хотя бы правильно показывает ГДЕ на кривой расположена детонация в «бензиновом» двигателе.
Чем сильнее детонация — тем быстрее сгорает топливо — тем выше пик общего давления и тем быстрее он спадает.

Детонация плоха двумя вещами:
Первая — это чрезмерные ударные нагрузки, разрушающие двигатель.
Вторая — резкое укорачивание сгорания опять удерживает пик давления в области ВМТ, где эффективное преобразование давления в работу невозможно.

Дросселирование в «бензиновом» двигателе значительно уменьшает суммарную степень сжатия.
«Климатические» условия в камере сгорания рушатся — температура и давление конца такта сжатия значительно снижаются — ВОСПЛАМЕНЕНИЕ значительно ухудшается. Для исправления ситуации приходится делать зажигание всё раньше и раньше — со всеми положительными и отрицательными моментами.
КПД двигателя по мере прикрытия дроссельной заслонки стремительно падает…

В «дизельном» двигателе ситуация отличается не сильно, но в лучшую сторону:

1). Топливо в «камеру сгорания» поступает дозировано — соответственно нарастанием давления можно худо-бедно управлять. Предвпрыск до ВМТ обеспечивает необходимые «климатические условия» в зоне ВМТ и, самое главное, — пламя. ПЛАМЯ во «всём» объёме «камеры сгорания»!
Потому основной впрыск топлива можно осуществлять после ВМТ — уже в пламя. ВОСПЛАМЕНЕНИЕ свежих порций топлива происходит практически мгновенно.

2). Поскольку смесееобразование осуществляется параллельно со сгоранием — типичная для «бензинового» двигателя детонация не возможна в принципе.
Но попытка впрыскивать топливо слишком интенсивно приводит к тому, что образуются локальные зоны с большим содержанием топлива и зоны, вообще не содержащие топлива — это нарушает смесеобразование.
Ничего хорошего не выходит и при модном нынче у производителей затянутом впрыске — воздушный вихрь делает оборот в камере сгорания и впрыск опять осуществляется в воздушную область, где кислород уже выгорел, потому как туда топливо уже впрыскивалось на предыдущем обороте воздушного вихря.

Интенсивность впрыска топлива в «дизельном» двигателе должна чётко синхронизироваться со складывающейся турбулизацией в камере сгорания. В идеальном случае впрыскивание топлива в камеру сгорания дизеля должно продолжаться ровно столько по времени, за сколько воздушный вихрь совершает один полный оборот.
Это должно неплохо получаться у систем на базе CommonReil — где можно и давлением в рейке манипулировать как угодно и открытием форсунок управлять очень точно…

Читать еще:  Что такое противофаза в двигателе

3). Более высокая по сравнению с «бензиновым» двигателем степень сжатия обуславливает и более высокий КПД «дизельного» двигателя на режиме максимальной мощности, и намного более высокий КПД на режиме холостого хода — ведь дросселирования на «дизельном» двигателе нет.

К сожалению быстрое и эффективное сгорание топлива в ДВС приводит к образованию окислов азота. Законодательство большинства стран прямо предписывает уменьшение азотистых выбросов из года в год. Но ДЕШЁВОГО и эффективного средства ОЧИСТКИ выхлопных газов от азотистых соединений не придумали до сих пор — потому развитие двигателестроения идёт по пути уменьшения ОБРАЗОВАНИЯ окислов азота.
Основной способ — ЗАМЕДЛЕНИЕ сгорания топлива за счёт снижения предельных температур и давления в камере сгорания. Соответственно современный трэнд развития двигателестроения — снижение степени сжатия.
Тьфу ты… зарёкся же… Снижение того, что принято обзывать степенью сжатия.
А добиться этого можно, как вы уже поняли, многими способами.

Приборы диагностики ДВС

AI030020 Стетоскоп для обнаружения дефектов в механике

Код товара: 48164
Артикул: AI030020

Прибор является средством субъективной диагностики и применяется для точного, обнаружения и локализации точек нарушений в работе узлов и механизмов способом акустического сопоставления. Звуковые колебания передаются через щуп на мембрану устройства, что позволяет устанавливать источник шумов, находящийся в труднодоступном месте. При использовании раструба, инструмент применяется для обнаружения шумов в системах трубопроводов и муфт приводов вентиляторов.

AR020009 Стробоскоп лидер продаж

Код товара: 47800
Артикул: AR020009

Комплект приборов, собранный для оперативной диагностики бензиновых ДВС. Стробоскоп используется для проверки правильности установки угла зажигания.

Компрессометр служит для диагностики работоспособности и обнаружения неисправностей цилиндро-поршневой группы и газораспределительного механизма.

Тестер является прибором для определения угла замкнутого состояния контактов, тахометром и вольтметром.

AI020061 Тестер контроля давления гидравлических контуров АКПП новинка

Код товара: 48959
Артикул: AI020061

Тестер контроля давления контуров гидромеханических трансмиссий применяется для проведения аппаратного тестирования и регулировки давления рабочей жидкости в линейном и управляющем контурах агрегатов гидромеханических трансмиссий (АКПП), для чего набор снабжен двумя гидрозаполненными манометрами высокого (34 кгс/см²) и низкого (7 кгс/см²) давления. В наборе также представлен ассортимент соединительных элементов и переходников, позволяющих.

AI020105 Синхронизатор карбюратора

Код товара: 48750
Артикул: AI020105

Прибор, состоящий из четырех вакуумметров, установленных на пластине. Удобный инструмент, позволяющий производить настройку поликарбюраторных систем питания автомобилей, мотоциклов, лодочных моторов и многокамерных карбюраторов (Weber,Edelbrock, Holley).

AR020019 Универсальный прибор для измерения давления топливной магистрали. Вакуумметр лидер продаж

Код товара: 47803
Артикул: AR020019

Прибор, позволяющий определять работоспособность двигателя автомобиля, производя измерения разряжения впускного тракта, что проверяет работу клапанов ГРМ. Производить измерение разряжения вакуумного усилителя привода тормозов, измерения разряжения топливной магистрали (карбюратор). Измерение давления топливного насоса (карбюратор). Прибор снабжен 64 мм циферблатом, градуированным до ± 1 кгс/см², длинным шлангом с коническим наконечником.

AR030001 Ареометр электролита аккумулятора

Код товара: 48520
Артикул: AR030001

Ареометр электролита применяется для определения плотности электролита свинцово-цинковых аккумуляторных батарей, используемых в качестве тяговых и силовых (стартерных) источников электрической энергии, в электрических системах транспортных средств с бортовым напряжением от 6 до 24 в.

AR030002 Ареометр охлаждающей жидкости

Код товара: 48521
Артикул: AR030002

Ареометр охлаждающей жидкости применяется для определения температуры кипения и замерзания охлаждающих жидкостей на этиленгликолевой основе, применяемых в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

AR020017 Компрессометр лидер продаж

Код товара: 47801
Артикул: AR020017

Прибор для диагностики работоспособности и обнаружения неисправностей цилиндро-поршневой группы и газораспределительного механизма бензиновых двигателей внутреннего сгорания. Изделие комплектуется 64-миллиметровым манометром, имеющем шкалы градуировки до 21 кгс/см² в различных величинах: psi, Bar, кгс/см², ниппельной насадкой, длиной 150 мм, гибким шлангом, длиной 325 мм с двумя резьбовыми адаптерами для свечных отверстий М14 и М18. Прибор.

AR020018 Компрессометр

Код товара: 47802
Артикул: AR020018

Прибор для диагностики работоспособности и обнаружения неисправностей цилиндро-поршневой группы и газораспределительного механизма бензиновых двигателей внутреннего сгорания. Изделие комплектуется 64-миллиметровым манометром, имеющем шкалы градуировки до 21 кгс/см² в различных величинах: psi, Bar, кгс/см², двумя резьбовыми адаптерами для свечных отверстий М14 и М18, гибким шлангом, длиной 325 мм, что позволяет.

AI020051 Компрессометр дизельных двигателей легковых автомобилей лидер продаж

Код товара: 48233
Артикул: AI020051

Компрессометр используется для контроля состояния деталей цилиндро-поршневой группы и ГРМ дизельных двигателей легковых автомобилей с прямым и непрямым системами впрыска. Подключение прибора осуществляется с помощью адаптеров через гнездо свечи накаливания. Изделие снабжено большим, 83 мм, гидронаполненным аналоговым манометром в обрезиненном противоударном корпусе, шкала которого градуирована от 0 до 70 кгс/см².

AI020054 Манометр системы смазки двигателя лидер продаж

Код товара: 48181
Артикул: AI020054

Прибор для измерения давления системы смазки применяется для диагностики работоспособности элементов системы смазки двигателя внутреннего сгорания, помогает определить неисправности двигателя, масляного насоса и работоспособности датчиков.

В комплект поставки входит манометр, диаметром 80 мм с обрезиненным корпусом и гибким шлангом, длиной 1300 мм, клапаном.

AI030014 Стетоскоп для обнаружения дефектов в механике лидер продаж

Код товара: 47030
Артикул: AI030014

Прибор является средством субъективной диагностики и применяется для точного, обнаружения и локализации точек нарушений в работе узлов и механизмов способом акустического сопоставления. Звуковые колебания передаются через щуп на мембрану устройства, что позволяет устанавливать источник шумов, находящийся в труднодоступном месте.

AI020064A Тестер топливной системы лидер продаж

Код товара: 48189
Артикул: AI020064A

Набор применяется для проведения диагностики топливных систем впрыска бензиновых двигателей и определения неисправностей методом измерения давления в участках магистралей и устройств системы питания. Большая гамма адаптеров позволяет производить измерения давления в топливной системе почти на всех автомобилях отечественного и импортного производства. Инструмент рекомендован к использованию при тестировании систем питания автомобилей: ACURA, HONDA.

AI020052 Компрессометр бензиновых двигателей лидер продаж

Код товара: 48180
Артикул: AI020052

Универсальный компрессометр бензиновых двигателей, применяющийся для точной диагностики работоспособности и обнаружения неисправностей цилиндро-поршневой группы и газораспределительного механизма двигателей автомобильной, тракторной, садовой, мотоциклетной техники. Прибор комплектуется большим 83-мм манометром в ударопрочном, обрезиненном корпусе. Соединительный шланг имеет адаптер-переходник для свечных отверстий М14.

AR030034 Тестер электросистемы автомобиля 3-48V

Код товара: 48808
Артикул: AR030034

Тестер используется для контроля работоспособности и определения полярности низковольтных систем электрооборудования автомобильной и автотракторной техники. Прибор позволяет определять наличие напряжения в проводниках в диапазоне от 3 до 48 в.

AR030046 Тестер электросистемы автомобиля 12-42V

Код товара: 48809
Артикул: AR030046

Специальный тестер электрических осистем автомобиля, позволяющий производить работы по определению работоспособности систем машинотракторной техники даже при сильной освещенности. Сверхъяркие светодиоды обеспечивают возможность контроля напряжения в цепи. Свечение светодиода синим цветом, индицирует 12-ивольтовое напряжение бортовой сети, красным -24в.

AR030066 Отвертка индикаторная многофункциональная 110-250V новинка

Код товара: 46345
Артикул: AR030066

Индикаторная отвертка со светодиодом, полевым трензистером и батарейками предназначена для диагностических и монтажных работ с цепями электросети и эктрооборудованием.

AR030015 Тестер искрового зазора свечей зажигания

Код товара: 48807
Артикул: AR030015

Tестер искрового зазора применяется для оперативной, визуальной диагностики проблем высоковольтных систем зажигания. Возможность регулировки зазора позволяет применять изделие в системах зажигания с напряжением искрообразования до 40 000 v

AR060012 Тестер искрового зазора систем зажигания регулируемый лидер продаж

Код товара: 48814
Артикул: AR060012

Tестер искрового зазора применяется для оперативной, визуальной диагностики проблем высоковольтных систем зажигания. Для проведения диагностики состояния высоковольтных проводов прибор устанавливается в “разрыв” между свечным колпачком и «массой» системы.

Возможность регулировки зазора позволяет применять изделие в системах зажигания с напряжением искрообразования до 40 000 v.

AR020053A Набор переходников для тестирования электросистемы автомобиля

Код товара: 49140
Артикул: AR020053A

Читать еще:  Беларус мтз 82 какой двигатель

Универсальный набор применяется для контроля работоспособности элементов низковольтных систем электрооборудования автомобильной и автотракторной техники. Комплект содержит: переменное сопротивление (5КΩ), светодиодный тестер полярности, разъем для установки и проверки SRS (датчика подушки безопасности), зажимы «крокодил», набор игольчатых щупов, разветвитель 1х2, коннекторы с игольчатыми зажимами и набор клемных коннекторов, для.

AI020053 Компрессометр дизельных двигателей

Код товара: 48182
Артикул: AI020053

Компрессометр применяется для контроля состояния деталей цилиндро-поршневой группы и ГРМ дизельных двигателей грузовых автомобилей. Прибор комплектуется большим 100 мм манометром в ударопрочном, обрезиненном корпусе. Манометр рассчитан на измерение давления в диапазоне 0 – 60 кгс/см². Соединительный, армированный шланг высокого давления, длиной 355 мм, имеет быстросъемный переходник для соединения с форсуночным адаптером.

AI020102 Универсальный компрессометр дизельных двигателей

Код товара: 49011
Артикул: AI020102

Универсальный компрессометр применяется для диагностики работоспособности и обнаружения неисправностей цилиндропоршневой группы и газораспределительного механизма дизельных двигателей внутреннего сгорания. Изделие снабжено гидронаполненным аналоговым манометром, градуированным от 0 до 70 кгс/см² (0-1000 PSI). Соединительный шланг рассчитан на пиковое давление 300 кгс/см². В комплект поставки входят 13 адаптеров, применяемых при производстве.

AI020072 Тестер проверки гермитичности цилиндра

Код товара: 48497
Артикул: AI020072

Прибор, с помощью магистрального сжатого воздуха, определяет способность цилиндра бензинового двигателя сохранять герметичность, позволяет обнаруживать дефекты клапанов ГРМ, поршневых колец, стенок цилиндра (гильзы) и прокладок. Инструмент комплектуется шлангом, длиной 450 мм, узлом контроля с манометром и регулятором, адаптерами с резьбой М14 и М18 для подключения к свечному отверстию.

AR020006 Стробоскоп цифровой лидер продаж

Код товара: 47797
Артикул: AR020006

Универсальный прибор, применяющийся для проверки угла опережения зажигания бензиновых ДВС, определения угла замкнутого состояния контактов, частоты вращения коленчатого вала и напряжения бортовой сети (12 в) с цифровой индикацией значений полученных измерений.

AE300100 Тестер для проверки герметичности радиатора

Код товара: 48145
Артикул: AE300100

Прибор применяется для проверки радиаторов системы охлаждения ДВС, трубопроводов, деталей и соединений на предмет утечек рабочей жидкости. Специальные адаптеры обеспечивают соединение ручного насоса или линейного редуктора-регулятора с горловинами радиаторов и расширительных бачков систем охлаждения автомобилей производителей: VAG, BMW, CITROЁN, PEUGEOT, FIAT, FORD, OPEL, VOLVOи аналогичных. При производстве работ по опрессовке системы охлаждения.

AR020022 Стробоскоп автомобильный новинка

Код товара: 46253
Артикул: AR020022

Стробоскоп автомобильный AR020022 предназначен для измерения и правильной установки угла опережения зажигания на карбюраторных и инжекторных ДВС. Специальная ксеноновая лампа, используемая в этом приборе, обеспечивает сверх яркую вспышку, которая позволяет увидеть метки даже при самом ярком освещении или дневном свете.

AR030047 Тестер тормозной жидкости лидер продаж

Код товара: 48810
Артикул: AR030047

Тестер тормозной жидкости применяется для определения процентного содержания воды в тормозных жидкостях на гликолевой основе при обслуживании систем автомобиля, имеющих гидравлические приводы тормозных механизмов и сцепления.

СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЦИЛИНДРО-ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к области технической диагностики и может быть использовано для определения технического состояния цилиндро-поршневой группы отдельных цилиндров в двигателе внутреннего сгорания путем индицирования давления внутри отключенного цилиндра и вычисления скорости его изменения при работе двигателя на минимальной частоте вращения холостого хода. Предлагаемый способ заключается в том, что давление внутри отключенного цилиндра измеряют датчиком давления на работающем на минимальной частоте вращения холостого хода двигателе, при этом для оценки состояния сопряжения “поршень-кольца-гильза” цилиндро-поршневой группы измерение давления в цилиндре двигателя и вычисление по нему скорости его изменения осуществляют по углу поворота коленчатого вала при помощи датчика углового перемещения, который устанавливают напротив зубчатого венца маховика. Предложенный способ позволяет проводить оценку состояния сопряжения “поршень-кольца-гильза” цилиндро-поршневой группы двигателя по всей рабочей поверхности цилиндра, выявлять различные неисправности и прогнозировать остаточный ресурс двигателя. 2 ил.

Способ диагностирования цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что давление внутри отключенного цилиндра измеряют датчиком давления на работающем на минимальной частоте вращения холостого хода двигателе путем индицирования, отличающийся тем, что для увеличения точности и достоверности оценки состояния сопряжения “поршень-кольца-гильза” цилиндро-поршневой группы измерение давления в цилиндре по углу поворота коленчатого вала и вычисление по нему скорости его изменения осуществляют путем дифференцирования функции изменения давления по формуле:
d p d φ = P φ ‘ = V p ( φ ) ,
где Vp(φ) — скорость изменения давления в цилиндре, МПа/град. п.к.в.;
P ϕ ‘ — производная функции изменения давления по углу поворота коленчатого вала;
d p d ϕ — дифференциал функции изменения давления по углу поворота коленчатого вала;
при помощи датчика углового перемещения, установленного напротив зубчатого венца маховика, который разбивает индикаторную диаграмму на промежутки, соответствующие угловому перемещению коленчатого вала, равные расстоянию между соседними зубьями маховика, и на каждом таком участке вычисляют скорость изменения давления по формуле:
Δ P Δ φ = P i − P i − 1 φ i − φ i − 1 = V p i ( φ i ) ,
где Δ P Δ ϕ — отношение разности давлений P i-го и P i-1-го, МПа, к разности угловых перемещений φ i-го и φ i-1-го, угол п.к.в.;
по результатам определения изменения давления и скорости его изменения судят о техническом состоянии цилиндро-поршневой группы двигателя.

Изобретение относится к области технической диагностики и может быть использовано для определения технического состояния цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) отдельных цилиндров в двигателе внутреннего сгорания путем индицирования давления внутри цилиндра и вычисления скорости его изменения при работе двигателя на минимальной частоте вращения холостого хода.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания, опубликованный в Интернет 29.10.2009 г. (Анализ осциллограммы давления в цилиндре http://old.quantexlab.ru).

Известный способ основан на получении осциллограммы давления в отключенном цилиндре при помощи установки в него датчика давления на работающем двигателе и анализе давлений в ее характерных точках.

Недостатком указанного способа является невозможность оценки сопряжения “поршень-кольца-гильза” ЦПГ по всей рабочей поверхности гильзы цилиндра из за отсутствия привязки к угловому перемещению коленчатого вала при измерении давлений внутри цилиндра, а также вычислению скорости его изменения.

Таким образом, для оценки сопряжения “поршень-кольца-гильза” ЦПГ по всей рабочей поверхности цилиндра помимо измерения давлений по углу поворота коленчатого вала необходимо учитывать скорость его изменения.

Заявляемый способ позволяет получить новый по сравнению с прототипом технический результат, заключающийся в качественной оценке сопряжения “поршень-кольца-гильза” ЦПГ по всей рабочей поверхности гильзы цилиндра.

Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков:

— в способе диагностирования ЦПГ, так же как и в прототипе, измерение давлений в отключенном цилиндре работающего двигателя осуществляется при помощи установки в него датчика давления;

— измерение давлений внутри цилиндра по углу поворота коленчатого вала осуществляется при помощи датчика углового перемещения;

— вычисление по осциллограмме скорости изменения давления осуществляется при помощи дифференцирования функции изменения давления внутри цилиндра по углу поворота коленчатого вала.

Сущность способа заключается в том, что измерение давления внутри отключенного цилиндра на работающем на минимальной частоте вращения холостого хода двигателе и вычисление скорости его изменения осуществляют при помощи датчика давления, при этом для увеличения точности и достоверности оценки состояния сопряжения “поршень-кольца-гильза” ЦПГ измерение давления в цилиндре двигателя осуществляют по углу поворота коленчатого вала при помощи датчика углового перемещения, который устанавливают напротив зубчатого венца маховика.

На фиг.1 представлена структурная схема измерительного устройства.

На фиг.2 представлен график изменения давления внутри цилиндра по углу поворота коленчатого вала.

Структурная схема измерительного устройства состоит из датчика давления 1, устанавливающемого на место свечи зажигания для бензиновых двигателей или на место форсунок у дизелей, датчика углового перемещения 2 коленчатого вала, устанавливаемого напротив зубчатого венца маховика, измерительного прибора 3, регистрирующего давление внутри цилиндра по углу поворота коленчатого вала и вычисляющего скорость изменения давления по всей рабочей поверхности гильзы цилиндра.

Измерительный прибор 3 снабжен индикатором, на котором отражается график изменения давления внутри цилиндра по углу поворота коленчатого вала. На маховике рядом с зубчатым венцом устанавливается маркер, соответствующий положению поршня первого цилиндра в верхней мертвой точке (ВМТ) в момент, когда датчик углового перемещения находится напротив этого маркера. Датчик формирует сигнал ВМТ, который является синхронизирующим для отсчета давления в цилиндре по углу поворота коленчатого вала. На фиг.2 показан график изменения давления внутри цилиндра по углу поворота коленчатого вала.

Читать еще:  Что такое модель двигателя abl

На графике отчетливо видно изменение давления внутри цилиндра по углу поворота коленчатого вала. Здесь можно выделить характерные точки оценки состояния ЦПГ. P1 — давление на впуске. У бензиновых двигателей при закрытой дроссельной заслонке давление на впуске ниже атмосферного. Оно характеризует герметичность впускного тракта и состояние гильзы цилиндра. У дизелей этот параметр несколько выше, то есть давление ближе к атмосферному из-за отсутствия дроссельной заслонки, однако даже по нему можно оценить герметичность впускного тракта.

Давление P2 характеризует герметичность цилиндра, состояние клапанов. У бензиновых двигателей оно бывает в пределах 10-14 кг/см 2 в зависимости от степени сжатия, у дизелей — в пределах 24-28 кг/см 2 .

Давление P3 ниже атмосферного и характеризует состояние поршневых колец и гильзы цилиндра. При движении поршня к верхней мертвой точке на такте сжатия часть воздушного заряда уходит в поддон картера через кольцевые неплотности, поэтому на такте расширения при движении поршня вниз за счет этой утечки и масляного клина в нижней части поршневых колец создается кратковременное разрежение до момента открытия выпускного клапана. Это разрежение характеризует, насколько поршневые кольца хорошо уплотняют надпоршневое пространство. Если кольца изношены, закоксованы или поломаны вместе с перегородками на поршне, то разрежение Р3 будет увеличиваться за счет того, что утечки на такте сжатия будут увеличиваться, а при движении поршня вниз на такте расширения масляный клин внизу колец будет препятствовать перетеканию воздушного заряда из поддона в надпоршневое пространство и поэтому разрежение будет увеличиваться.

По графику изменения давления в цилиндре можно также вычислять скорость изменения давления по всей рабочей поверхности гильзы цилиндра. Этот параметр позволяет оценивать состояние сопряжения “поршень-кольца-гильза” по углу поворота коленчатого вала от нижней до верхней мертвой точки движения поршня. В совокупности с давлением конца сжатия этот параметр увеличивает достоверность оценки состояния ЦПГ двигателя (может выявлять сколы, задиры на поверхности цилиндра). Для вычисления скорости изменения давления внутри цилиндра необходимо продифференцировать функцию изменения давления на индикаторной диаграмме.

где Vp(φ) — скорость изменения давления в цилиндре, МПа/град. п.к.в.;

P ϕ ‘ — производная функции изменения давления по углу поворота коленчатого вала;

d p d ϕ — дифференциал функции изменения давления по углу поворота коленчатого вала.

Для этого используются численные методы дифференцирования. Индикаторная диаграмма разбивается на малые промежутки (фиг.2), соответствующие угловому перемещению коленчатого вала, равные расстоянию между соседними зубьями маховика. На каждом таком участке вычисляется скорость изменения давления.

где Δ p Δ ϕ — отношение разности давлений P i-го и P i-1-го, МПа, к разности угловых перемещений φ i-го и φ i-1-го, угол п.к.в.

Зная эталонные диаграммы изменения давления по углу поворота коленчатого вала внутри цилиндра и вычисленную скорость изменения давления, можно с высокой точностью и достоверностью оценивать состояние ЦПГ, выявлять различные неисправности и прогнозировать остаточный ресурс двигателя.

Стремительный рост микроэлектроники позволяет в настоящее время отказаться от традиционных стрелочных манометрических приборов, позволяющих контролировать отдельные показатели в процессе диагностирования. Сегодня существует огромный перечень микроконтроллеров, позволяющих в реальном масштабе времени контролировать различные процессы, в том числе и измерение, и обработку индикаторных диаграмм давлений в цилиндре двигателя в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Низкая стоимость и малые габариты микроконтроллеров позволяют создавать миниатюрные диагностические приборы, имеющие цветной графический дисплей, кнопочное управление, возможность передачи диагностической информации на большие расстояния.

Измерение давления в цилиндре

Что значит измерение давления в цилиндре?

Измерение давления в цилиндре лежит в основе индицирования давления в цилиндре: один из метрологических методов для измерения и анализа динамики давления внутри цилиндра поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Из-за высокого давления измерение давления в цилиндре также называется индицированием высокого давления. Так называемое «индицирование низкого давления» служит дополнительным измерением давления в цилиндре. Его проводят во время фазы изменения заряда для передачи давления в систему впуска и выпуска. Для сопоставления измеренного давления с соответствующей рабочей фазой двигателя внутреннего сгорания при расчете учитывается положение поршня (угол поворота коленчатого вала) или время.

Такие методы позволяют получить информацию, необходимую для научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, а также для настройки работы двигателей. Они также составляют необходимую основу, в рамках которой производители двигателей могут соблюдать все более строгие законы об отработавших газах и оптимизировать эффективность своих двигателей.

Полученная в результате измерения динамика давления представляет важные данные для индицирования давления в цилиндре. Индицирование давления в цилиндре помогает более точно изучить термодинамические процессы во время сгорания и мощность двигателя. Полученные путем проведения данных мер результаты для оптимизации двигателей следующие:

  • Повышение эффективности
  • Увеличение мощности двигателя
  • Сокращение количества выбросов
  • Увеличение срока службы двигателя

Где проводят измерение давления в цилиндре?

Измерение давления в цилиндре применяется для разработки:

  • Двигателей автомобилей, мотоциклов и грузовых транспортных средств
  • Двигателей больших морских судов, например, 2-тактных и 4-тактных дизельных двигателей в судоходной промышленности
  • Стационарных больших двигателей, например, высокопроизводительных двигателей для электростанций

Какая технология используется при измерении давления в цилиндре?

Измерение давления в цилиндре производится при помощи высокотемпературных пьезоэлектрических датчиков давления, которые устанавливаются в головку цилиндра через специальное отверстие. Используются также измерительные свечи зажигания со встроенным высокотемпературным датчиком давления. Так как они просто вкручиваются на место обычной свечи зажигания, нет необходимости просверливать дополнительное отверстие. В дизельных двигателях измерение можно также проводить при помощи специальных адаптеров для свечей накаливания.

Измерительная цепочка дополняется усилителем заряда, системами сбора и обработки данных. В автомобильной сфере используются инновационные системы индицирования, в которых системы сбора и обработки данных объединены в одном устройстве и которые могут использоваться как на испытательных стендах, так и на передвижных.

Почему измерение динамики давления в цилиндре так важно?

Полученная в результате измерения динамика давления представляет важные данные для индицирования давления в цилиндре. В основном поршневые двигатели внутреннего сгорания — это тепловые двигатели: Путем сжигания они превращают химическую энергию, полученную из топливовоздушной смеси, в механическую работу и тепло.

Цель разработчиков — получение максимально высокого показателя механической работы из процесса преобразования, т. е. максимизация эффективности. Особую важность при этом представляют уровень и динамика давления в цилиндре над углом коленчатого вала, который действует на поршень. Эта динамика отображает процесс горения и, следовательно, процесс преобразования энергии в двигателе. Общая механическая работа, полученная за время рабочего цикла или хода, возникает в результате давления и последующих изменений объема камеры сгорания.

Какими параметрами характеризуется динамика давления в цилиндре?

Важными параметрами считаются уровень сигнала (пиковое давление), а также показатель среднего индикаторного давления за рабочий цикл.

Как технология оптического индицирования применяется для измерения давления в цилиндре?

Технология оптического индицирования используется в дополнение к измерению давления в цилиндре и других средств для оптимизации процессов сгорания. Это происходит при помощи высокоразвитых оптических анализаторов, которые с точностью определяют происхождение стука в двигателе, причину процессов перед воспламенением, а также процесс образования сажи в камере сгорания. Эти оптические средства могут быть встроены во все типы свечей зажигания. Другие системы могут объединять снимки со скоростных камер для визуализации быстрых подсистемных процессов, например, процесса впрыскивания и распространения пламени.

Измерение давления в цилиндре лежит в основе измерения и анализа динамики давления внутри цилиндра поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Контроль камеры сгорания при помощи KiBox на примере двигателя большой мощности.

Дополнение к измерению давления в цилиндре: Пример оптического контроля камеры сгорания при помощи анализаторов в измерительной свече зажигания.

Оптическая измерительная свеча зажигания с анализаторами.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector