Что такое угол поворота коленчатого вала

Основные понятия и сокращения
Дроссельная заслонка (ДС) – металлическая пластина, жестко соединенная с педалью «газа». При нажатии педали она открывается и в карбюратор или во входной коллектор системы впрыска засасывается больше воздуха, вызывая увеличение оборотов коленчатого вала двигателя.
Топливно-воздушная смесь (ТВС) или горючая смесь – смесь бензина с воздухом приготовляемая карбюратором или системами впрыска, и подаваемая в предклапанную зону Двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Рабочая смесь – смесь ТВС с остаточными газами, которая поджигается свечами зажигания и сгорает в камере сгорания двигателя, приводя в движение поршни и коленчатый вал.
Угол поворота коленчатого вала (УПКВ) – поскольку скорость вращения коленчатого вала изменяется в зависимости от скорости автомобиля, то и длительность процессов, происходящих в работающем двигателе тоже непостоянна и зависит от скорости вращения коленчатого вала. В связи с этим величиной однозначно характеризующей длительность отдельных этапов работы ДВС является УПКВ. Например, полный цикл работы четырехтактного ДВС составляет два оборота коленчатого вала, или 720º УПКВ.
Угол опережения зажигания (УОЗ) – один из основных параметров работы двигателя. Дело в том, что время горения рабочей смеси величина вообще говоря постоянная. Конечно она изменяется в зависимости от качества топлива, характеристик ТВС, температуры, формы и размеров КС и др., но для конкретного двигателя с исправной системой питания она является почти константой. Но так как скорость вращения коленвала постоянно меняется, то и угол опережения зажигания необходимо постоянно подстраивать так, чтобы воспламенение смеси происходило в тот момент, когда поршень находится близко к верху цилиндра (верхней мертвой точке ВМТ). Если же угол опережения зажигания выставлен неправильно, то возможны два случая:
— если УОЗ мал, то максимальная энергия горения выделяется в тот момент, когда поршень еще не дошел до ВМТ и энергия тратится не на разгон двигателя, а на его торможение. При этом металл камеры сгорания (КС) и клапанов сильно разогреваются, и возникает явление детонации в цилиндрах;
— если УОЗ слишком велик, то максимальная энергия горения выделяется в тот момент, когда поршень уже прошел ВМТ и под действием инерции маховика идет назад. При этом энергия горения рабочей смеси воздействует на поршень не все время рабочего хода, а только его часть, что значительно снижает мощность двигателя и приводит к перерасходу топлива.
Для обеспечения максимальной мощности ДВС необходимо, чтобы УОЗ был бы как можно меньше, но при этом его значение не переходило ту грань, за которой начинается детонация. Поэтому значение УОЗ выражается формулой , где – установочный угол опережения зажигания, – поправка УОЗ.
Установочный УОЗ определяется по характеристикам двигателя и выставляется или корректируется вручную при установке зажигания. Поправка УОЗ многофункциональна. Она зависит от частоты вращения коленчатого вала, температуры охлаждающей жидкости, качества топлива и т.д.
Подробнее про УОЗ здесь.
Детонация – взрывное воспламенение рабочей смеси и ее сгорание со скоростью значительно превышающей обычную скорость сгорания. Сопровождается характерным металлическим стуком и перегревом двигателя. Может привести к повреждению поршней, зеркала цилиндра, клапанов и свечей зажигания.
Электронный блок управления двигателем ЭБУ – предназначен для управления работой ДВС путем анализа информации получаемой от различных датчиков, расположенных в разных местах двигателя, и управления его работой с помощью исполнительных устройств. Главные параметры, с помощью которых ЭБУ воздействует на ДВС, это изменение угла опережения зажигания и количество впрыснутого топлива (качество горючей смеси).
Рабочий цикл двигателя
Рабочим циклом двигателя называется совокупность процессов, периодически повторяющихся в определенной последовательности – «впуск», «сжатие», «рабочий ход», «выпуск».
Объем, освобождаемый поршнем при движении от верхней мертвой точки ВМТ к нижней мертвой точке НМТ, называется рабочим объемом цилиндра. Суммарный рабочий объем всех цилиндров называется литражом двигателя. Объем над поршнем в ВМТ называется объемом камеры сгорания КС. Отношение полного рабочего объема к объему КС называется степенью сжатия. Характеристики работы блока цилиндров представлены в таблице 1.
Моменты открытия и закрытия клапанов, выражаемые в углах поворота коленчатого вала УПКВ, называется фазами газораспределения. Момент, когда открыты оба клапана, называется углом перекрытия клапанов в районе ВМТ. Сжатие необходимо для создания оптимальных условий горения, для увеличения температуры перепада цикла, для увеличения КПД ДВС.

Таблица 1. Характеристики работы блока цилиндров

Название такта	Угол поворота коленчатого вала	Впускной клапан	Выпускной клапан	Температура КС, ºC	Давление в КС, атм.
Впуск	0…180	Открыт	Закрыт	80-120	0. 8

Сжатие180…360ЗакрытЗакрыт200-4006-12Раб. ход360. 540ЗакрытЗакрыт200040-50

Процесс сгорания топлива
І. Момент подачи искры – угол задержки зажигания. Период задержки воспламенения 4…6º УПКВ зависит от химического состава топлива и состава ТВС. При увеличении этого времени ухудшается стабильность воспламенения. На этот период влияет состав ТВС, степень сжатия, количество остаточных газов, обороты, нагрузка, энергия искры.
II. Период эффективного горения – 20…30º УПКВ – зависит от состава ТВС, угла опережения зажигания, нагрузки, степени сжатия, формы КС, скорости завихрения потока, степенью нарастания давления. Если Р25º УПКВ, то горение идет медленно.
III. Период догорания – на процесс горения влияют скорость распространения фронта пламени. Она зависит от состава смеси, степени сжатия, угла опережения зажигания, формы камеры сгорания, место расположения свечи, степени завихрения потока. При обогащении смеси скорость фронта пламени падает из-за неполного сгорания, при обеднении скорость падает из-за дополнительных затрат теплоты на нагревание избыточного воздуха.

Читайте также: Опоры скольжения для валов

Начальная температура воспламенения топливно-воздушной смеси (ТВС)
При увеличении температуры ТВС увеличивается скорость распространения фронта пламени за счет увеличения скорости химических реакций.
За счет увеличения степени сжатия увеличивается одновременно температура и давление ТВС и снижается количество остаточных газов, что увеличивает скорость распространения пламени.
Форма КС влияет на длину фронта пламени и на теплообмен. Чем меньше отношение площади КС к ее объему, тем меньше потери тепла, следовательно, скорость распространения фронта пламени выше.
Угол опережения зажигания должен обеспечить окончание сгорания вблизи ВМТ (10…15º УПКВ), поэтому момент воспламенения смеси должен меняться в зависимости от состава ТВС и нагрузки. При увеличении оборотов двигателя угол опережения зажигания увеличивается.

Основная характеристика ТВС
Расчет состава смеси базируется на соблюдении стехиометрического соотношения количества топлива и воздуха: на один килограмм бензина требуется 14,7 кг воздуха. Коэффициент избытка воздуха равен:

где – количество воздуха, поступившее во впускной коллектор
λ>1 – обедненная смесь
λ Вернуться Комментариев: 0

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Угол — поворот — коленчатый вал

Угол поворота коленчатого вала , соответствующий положению, при котором впускной и выпускной клапаны одновременно открыты, называется углом перекрытия клапанов. [1]

Угол поворота коленчатого вала , который соответствует ходу поршня от момента зажигания до в. [2]

Доа — угол поворота коленчатого вала , соответствующий времени, прошедшему от момента начала видимого сгорания до момента, когда давление цикла достигает максимального значения. Эта величина зависит от степени сжатия, степени завихрения смеси, угла опережения зажигания и других факторов. [3]

Под каждым кадром указан угол поворота коленчатого вала , при котором шторка затвора закрывала линзу, причем знак минус указывает, что угол отсчитан до верхней мертвой точки, знак плюс указывает, что отсчет ведется после верхней мертвой точки. Суммарная продолжительность экспозиции всех 30 снимков составила 0 006 секунды. [4]

ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ УГОЛ — угол поворота коленчатого вала , выраженный в градусах, от момента зажигания до верхней мертвой точки. [5]

Углом опережения зажигания принято называть угол поворота коленчатого вала от положения, соответствующего моменту подачи искры, до в. Для каждого двигателя при определенных частоте вращения и нагрузке можно подобрать оптимальные углы опережения зажигания, соответствующие наибольшей мощности или наименьшему расходу топлива. При работе с углами опережения зажигания, отличными от оптимальных, мощность двигателя падает, а экономичность ухудшается, так как процесс сгорания протекает не в благоприятной фазе цикла. [7]

Здесь по оси абсцисс отложен угол поворота коленчатого вала , а по оси ординат — давление в цилиндре. [8]

Углом опережения зажигания принято называть угол поворота коленчатого вала от положения, соответствующего моменту подачи искры, до в. [9]

Поэтому длительность фазы догорания, выраженная через угол поворота коленчатого вала , увеличивается, что особенно характерно для дизелей. [10]

Угол впрыска топлива устанавливают и проверяют после каждой переборки двигателя, определяя угол поворота коленчатого вала , при котором плунжер топливного насоса перекрывает — окно буксы. [11]

В этих двух уравнениях давление р выражено в кГ / см2, а угол поворота коленчатого вала р, отсчитываемый от момента воспламенения топлива, в радианах. [12]

Рассмотрим рабочий процесс в развернутой диаграмме в координатах ри или раи, где а — угол поворота коленчатого вала . Развернутая индикаторная диаграмма позволяет выделить и более четко представить процесс горения ( фиг. Кривая расширения 2 — 4, вследствие наличия теплообмена между газом и стенками камеры сгорания, пройдет несколько асимметрично кривой сжатия. [13]

Удобнее рассматривать процесс сгорания в системе координат, где по оси ординат отложены давления, а по оси абсцисс — угол поворота коленчатого вала . [14]

Во всех приведенных выше формулах, начиная с уравнения ( 56), можно по желанию вместо текущего времени t подставить угол поворота коленчатого вала р, отсчитывая угол от момента воспламенения; одновременно следует везде заменить tz на рг. [15]

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Коленчатый вал

Коленчатый вал является одной из важных деталей двигателя. Он преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение, которое в дальнейшем, через трансмиссию, передается к колесам.

Кинематика привода коленчатого вала

Кинематика привода коленчатого вала (для одного цилиндра) может быть определена из геометрического расположения осей поршня и поршневого пальца, шатуна и коленчатого вала (радиус коленчатого вала равен половине рабочего хода поршня) (см. рис. «Кривошипно-шатунный механизм поршневого двигателя» ).

Читайте также: Скорость вращения выходного вала это

Если ход поршня х в верхней мертвой точке принять равным нулю, при радиусе кривошипа r и длине шатуна l получаем (см. рис. «Разложение на составляющие силы воздействующей на поршень» ):

х = r ( 1 — cosa) + l (1 — cosβ),

x = r (1 — cosa + 1/λ (1- √‾1-λ 2 ·sin 2 a))

Некоторые производители применяют компо­новку со смещенным поршневым пальцем. За счет изменения положения поршня и в зави­симости от положения шатуна можно ожидать снижения трения и уровня шума. Смещение может осуществляться путем сдвига поршне­вого пальца относительно центрального поло­жения или смещения коленчатого вала.

Если принять смещение для положительных углов поворота коленчатого вала положи­тельным и ввести величину

δ = смещение / длина шатуна

это дает следующее соотношение для хода поршня:

x=r (1 — cosa + 1/λ (1- √‾1-(λ·sin a-δ) 2 ).

На рис. «График зависимости положения поршня от угла поворота коленчатого вала» показано влияние отношения хода поршня к длине шатуна и смещения. Однако различия по сравнению с нормальными зна­чениями смещения в миллиметровом диапа­зоне (δ х = r(1+1/4·λ+3/64·λ 3 +…- cosa-(1/4λ+3/64·λ 3 +…)cos2a+(3/64·λ 3 +…)cos4a+…)

Это выражение демонстрирует присутствие высших гармоник, обусловленных кинематикой привода коленчатого вала, которые также назы­ваются колебаниями двигателя высшего порядка (кратные частоты вращения коленчатого вала).

Поскольку нормальные значения λ состав­ляют около 0,3, членами λ высшего порядка можно пренебречь и в дальнейших расчетах ис­пользовать следующее упрощенное выражение:

Однако это упрощение не может быть ис­пользовано, если необходимо выполнить детальный анализ вибрации и резонанса.

Из упрощенного уравнения получаются следующие соотношения для скорости поршня v и ускорения поршня а, где была введена угловая скорость da/dt=ω= 2πn (п частота вращения):

Здесь также имеют место высшие гармоники, которые не следует игнорировать при иссле­довании явлений резонанса.

Динамика коленчатого вала

Силы, воздействующие на узел коленчатого вала, и результирующие моменты первона­чально можно определить следующим обра­зом без учета сил инерции (рис.»Разложение на составляющие силы воздействующей на поршень» ).

Сила на поршневом пальце возникает под действием давления газов в камере сгорания, передающегося на поршень. Имеет место следующее:

F_G = (P -P_KGH) A_piston

Сила на шатуне определяется посредством векторного анализа силы на поршневом пальце в направлении шатуна. Имеет место следующее:

Нормальная сила поршня F_N — это векторная составляющая силы на поршневом пальце, перпендикулярная к стенке цилиндра и урав­новешивающая силу на шатуне:

F_N=F_G·tanβ=F_G·λ sina/√¯1-λ 2 ·sin 2 a

Эта сила вносит значительный вклад в соз­дание трения между поршнем и стенкой цилиндра. Сторона, с которой соприкаса­ется поршень после верхней мертвой точки под действием давления газов, называется большой упорной поверхностью, а противо­положная сторона — малой упорной поверх­ностью. Следовательно, наибольшее трение имеет место вскоре после прохождения ВМТ на большой упорной поверхности.

Тангенциальная сила на шатунной шейке коленчатого вала вызывает ускорение ко­ленчатого вала и, следовательно, увеличение крутящего момента коленчатого вала. Она определяется путем векторного анализа силы на шатуне:

Подкоренное выражение может быть упро­щено следующим образом:

Радиальная сила F_R на шатунной шейке ко­ленчатого вала:

Силы инерции можно разделить на коле­бательные и вращательные составляющие. Массы поршня, поршневых колец и поршне­вого пальца m_к относятся к колебательной составляющей и могут быть виртуально со­средоточены в поршневом пальце.

Щека коленчатого вала с шатунной шейкой относятся к вращательной составляющей. Здесь масса обычно сосредотачивается на радиусе кривошипа, на центральной оси ша­тунной шейки. Применимо следующее:

где m_l — масса соответствующего компонента (щека, палец и т.д.), а r_sl — соответствующий радиус центра массы.

В связи с колебательным движением ша­туна целесообразно разделить массу шатуна на колебательную и вращательную составляю­щие. Это может быть сделано, если известно точное положение центра тяжести и момента инерции шатуна, предполагая наличие двух динамически идентичных отдельных масс ма­лой и большой головок шатуна, и определяя Условие равновесия сил, моментов и инерци­онных масс. Обычно предполагается, что одна треть массы шатуна т_pl является колебатель­ной, а две трети — вращательной. Затем при т₀ = m_K + 1/3 т_Рl, как колебательной массы и со­ответствующем ускорении поршня (см. ниже) колебательная сила инерции выражается как:

Таким образом, колебательная сила инерции возрастает пропорционально квадрату ча­стоты вращения двигателя (ω = 2π·п) и имеет составляющую первого порядка и меньшую составляющую второго порядка.

Вращательная сила инерции выводится, как центробежная сила из уменьшенной массы m_r = m_w + 2/3 т_Рl и скорости враще­ния как:

Точно так же вращательная сила инерции воз­растает пропорционально квадрату частоты вращения двигателя, но не имеет составляю­щих высших порядков. Вращательная сила инерции, следовательно, может быть легко уравновешена противовесами, вращающимися со скоростью, равной частоте вращения двига­теля. Неравномерности вращения коленчатого вала столь малы по сравнению с этими силами, что в балансе масс ими можно пренебречь.

Как было показано выше в кинематике узла коленчатого вала, высшие гармоники (колебания высшего порядка) возникают за счет геометрии кривошипно-шатунного ме­ханизма. Амплитуда колебаний 4-го и выше порядков быстро снижается, и в балансе масс этими колебаниями, как правило, пре­небрегают.

Читайте также: Втулка балансировочного вала starex

Уравновешивание масс в одноцилиндровом двигателе

Компонент вращающейся массы в одноци­линдровом двигателе может быть полностью уравновешен при помощи соответствующего противовеса. Противовесы обычно преду­сматриваются на обеих сторонах, и массы должны быть сбалансированы относительно радиуса вращения центра масс. Колебания сил можно представить в виде векторов силы (рис. «Полностью уравновешенные массы 1-го и 2-го порядков» ), когда они моделируются как вращающиеся в противоположных направле­ниях, и имеющие в каждом случае половин­ную величину.

Следовательно, для уравновешивания коле­бательных сил инерции могут быть использо­ваны два вращающихся в противоположном направлении вала. Горизонтальная составля­ющая исчезает и, как минимум составляющая колебательной силы инерции первого порядка может быть скомпенсирована.

Для практически полного уравновешивания масс требуются дополнительные уравновешивающие валы, которые должны вращаться со скоростью в два раза выше частоты вращения двигателя, чтобы полностью уравновесить со­ставляющую колебаний второго порядка.

Часто конструкторам приходится идти на ком­промисс вследствие того, что системы с противо­положно вращающимися валами являются до­рогостоящими, и уже для уравновешивания сил инерции первого порядка требуются значитель­ные массы. Например, масса противовеса может быть равна половине колеблющейся массы. При этом неуравновешенные силы инерции, дей­ствующие наружу в направлении продольной оси цилиндра, уменьшаются наполовину, однако за счет больших масс, вращающихся компонен­тов возникают поперечные силы (см. табл. «Уравновешивание масс в одноцилиндровом двигателе, в зависимости от степени уравновешивания» ). Такая частичная компенсация называется 50% — ной балансировкой. Обычными цифрами явля­ются 100% уравновешивание вращающихся масс и 50% уравновешивание колеблющихся масс.

Уравновешивание масс в многоцилиндро­вых двигателях

В многоцилиндровом двигателе силы инер­ции состоят из сил инерции каждого отдель­ного цилиндра, которые накладываются друг на друга. Кроме того, за счет промежутков между цилиндрами создаются неуравнове­шенные моменты инерции. Все возможные поперечные и продольные отклоняющие моменты, и неуравновешенные силы инерции показаны в табл. «Поперечные и продольные отклоняющие моменты и неуравновешенные силы инерции в многоцилиндровых двигателях» .

Взаимное уравновешивание сил инерции яв­ляется одним из главных факторов, определя­ющих выбор конфигурации коленчатого вала, а, следовательно, и конструкции самого дви­гателя. В многоцилиндровых двигателях силы инерции могут быть уравновешены, если об­щий центр тяжести всех деталей кривошипно-шатунного механизма располагается в средней точке коленчатого вала, т.е., если коленчатый

вал является симметричным (глядя спереди). Это представлено полярными диаграммами сил 1-го и 2-го порядка (см. табл. «Полярная диаграмма сил для рядных двигателей» ).

Диаграмма 2-го порядка для четырех­цилиндрового рядного двигателя является асимметричной, указывая на то, что этот порядок характеризуется наличием больших неуравновешенных сил инерции. Эти силы могут быть уравновешены двумя балансир­ными валами, вращающимися в противопо­ложных направлениях, но с удвоенной часто­той (система Ланчестера).

В табл. «Неуравновешенные силы и моменты 1-го и 2-го порядка и интервалы между моментами зажигания для наиболее распространенных моделей двигателей» приведена сводка неуравнове­шенных сил и моментов для различного числа цилиндров и конфигураций кривошипно-шатунных механизмов.

Крутящая сила

Массы в двигателе движутся с постоянно из­меняющимся ускорением, что приводит к возникновению сил инерции. Циклически из­меняющиеся давления в цилиндрах называ­ются силами газообразных продуктов сгора­ния смеси. Те и другие силы по отношению к двигателю имеют как внутренние, так и внеш­ние составляющие. Внутренние силы и мо­менты должны поглощаться компонентами двигателя, в особенности коленчатым валом и картером двигателя, в то время как внешние силы через опоры двигателя передаются на шасси автомобиля.

На поршень действуют циклические уси­лия, создаваемые при сгорании топливовоздушной смеси, а циклические инерционные усилия действуют на поршень, шатун и ко­ленчатый вал. Все эти силы в сумме создают тангенциальную составляющую силы, дей­ствующую на шейку коленчатого вала. Эта сила, умноженная на радиус кривошипа, дает крутящий момент, также изменяющийся по периодическому закону.

В многоцилиндровых двигателях кривые тангенциального давления для отдельных ци­линдров суммируют в соответствии с числом цилиндров двигателя, их расположением, кон­струкцией коленчатого вала и порядком ра­боты цилиндров. Полученная результирующая кривая является характеристикой двигателя (с точки зрения его конструкции) и включает весь рабочий цикл (т.е., для четырехтактных двига­телей два оборота коленчатого вала) (см. рис. «Полностью уравновешенные массы 1-го и 2-го порядков» ). Этот процесс можно проиллюстрировать диаграммой крутящих сил. Эта переменная крутящая сила и результирующий крутящий момент, в зависимости от момента инерции J, создают переменную скорость вращения ω:

с учетом всех наложенных и вновь создан­ных порядков колебаний (в том числе по­ловинных порядков). Это отклонение от постоянной скорости вращения называется коэффициентом циклического изменения скорости вращения и определяется следую­щим образом:

Этот коэффициент циклического измене­ния может быть уменьшен до приемлемого уровня при помощи механизмов, запасаю­щих энергию, таких как, например, маховики. Крутильные колебания, которые можно от­следить назад к описанным выше крутящим силам, также называются крутильными колебаниями 1-го порядка. Эти колебания нельзя смешивать с высокочастотными ко­лебаниями, возникающими вследствие упру­гих деформаций и собственного резонанса коленчатого вала, называемыми колебаниями 2-го порядка.

• Свежие записи
  • Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
  • Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
  • Какие моторы бывают у стиральных машин
  • Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
  • Как снять стопорную шайбу с вала

  
  

  источники:

  https://evakuatorinfo.ru/chto-takoe-ugol-povorota-kolenchatogo-vala

  🔥 Видео

  Какой момент зажигания для оптимальной работы двигателяСкачать

  

  19 или 20 зуб на ДПКВ ??? Извечный спор... Пробуем посчитать...Скачать

  

  Раскеп 2.0 или зачем мы все это делаем. Для чего нужно следить за состоянием коленвала.Скачать

  

  Признаки неисправности и расположение датчика коленвалаСкачать

  

  ПЕРЕТЯНУЛ коленвал - ЧТО будет? ИЛИ Почему НЕЛЬЗЯ тянуть "УГЛАМИ"?Скачать

  

  Немного о балансировке двигателей мотоцикловСкачать

  

  Датчик коленвала, его функции и имитация при помощи ПК. Пропуски воспламенения, алгоритм определенияСкачать

  

  Как проводится дефектовка коленчатых валовСкачать

  

  УГОЛ ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯСкачать

  

  3/34: Основные системы управления бензиновым ДВС. Экспресс-курс для автодиагноста / Теория – ч.2.Скачать