Видео:замер компрессии при сгоревшем клапанеСкачать
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 2000—5-2200 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.
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.
Читайте также: Прямоугольная изометрия цилиндра с вырезом
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.
Видео:Смесеобразование и сгорание в цилиндре двигателя, 1982Скачать
Давление в цилиндре двигателя при сгорании газа
Центр бензоэлектроинструмента «Викинг»
Лучшее оборудование и инструмент в Тверском регионе
Видео:Как работает двигатель внутреннего сгорания автомобиля?Скачать
Горение рабочей смеси, термодинамика и механика двигателя.
ГОРЕНИЕ РАБОЧЕЙ СМЕСИ, ТЕРМОДИНАМИКА И МЕХАНИКА ДВИГАТЕЛЯ
Индикаторная диаграмма 2-тактного двигателя
При рассмотрении рабочих циклов двигателей внутреннего сгорания целесообразно воспользоваться графическим изображением процессов, используя для этого систему координат «давление — объем», P—V. В системе координат P—V представляется зависимость давления газа в цилиндре от объема надпоршневого пространства. Диаграмма P—V получается в процессе измерения давления в надпоршневом пространстве с помощью специального прибора. Этот прибор называется индикатором, и поэтому диаграмма P—V называется индикаторной. На рисунке выше представлена индикаторная диаграмма 2-тактного двигателя.
Устройство современного 2-тактного двигателя
В 2-тактном двигателе горючая смесь до поступления в цилиндр заполняет картер, расположенный под поршнем. В стенке цилиндра имеются два окна: впускное (канал впуска) и выпускное (канал выпуска), а также окна продувочных каналов. Картер непосредственно с атмосферой не сообщается, впускное окно соединено с карбюратором. Продувочные окна сообщаются с картером камерой через каналы продувки.
Рабочий процесс 2-тактного карбюраторного двигателя
Рассмотрим подробнее рабочий цикл двигателя.
Всасывание, сжатие и зажигание
При движении вверх поршень (2) сжимает топливовоздушную смесь в камере сгорания (1). В картере создается разряжение (5). Так как впускной канал (4) открыт, свежая порция рабочей смеси попадает в картер (5). В это же время поршень (2) перекрывает выпускной канал (3) и перепускные каналы (7). Смесь сжимается и воспламеняется с помощью свечи зажигания (8) немного раньше ВМТ. Давление, возникающее при сгорании топлива, толкает поршень (2) вниз.
Работа, предварительное сжатие и выпуск
Поршень (2) работает, когда он движется вниз и вращает коленчатый вал (6), одновременно предварительно сжимая смесь в картере (5). Выпускной канал (3) и перепускные каналы (7) открыты. Выхлопные газы покидают камеру сгорания (1) через выпускной канал (3). Свежая, предварительно сжатая смесь движется через перепускные каналы (7) в камеру сгорания (1) и одновременно выталкивает наружу оставшиеся выхлопные газы.
У 2-тактного двигателя впуск, сжатие, работа и выпуск накладываются друг на друга во времени, и за два хода поршня совершается весь рабочий цикл — другими словами, при каждом обороте коленвала.
Читайте также: Шкода октавия сколько цилиндров
Это позволяет осуществить процесс газообмена за более короткое время и реализовать цикл за два хода поршня, или за один оборот коленчатого вала.
Для 4-тактных двигателей рабочий цикл осуществляется при последовательном прохождении всех четырех процессов: впуск, сжатие, сгорание и расширение продуктов сгорания (рабочий ход), выпуск. При этом поршень совершает четыре хода, а коленчатый вал двигателя два оборота. Такты впуска и выпуска являются вспомогательными. Поэтому на процесс газообмена в 4-тактном двигателе отводится более половины времени цикла.
Помимо мощности важной характеристикой двигателя является крутящий момент, говорящий о его «силовых возможностях». Лучше понять его можно на следующей сравнительной иллюстрации 2-тактного и 4-тактного двигателей.
Крутящий момент создается при расширении сгоревших газов, толкающих поршень вниз при такте работы, вращая коленвал. Величина крутящего момента зависит от конструкции двигателя. Напомним, что у 2-тактных двигателей такт работы приходится на каждый оборот двигателя, у 4-тактных — на каждый второй.
При этом 2-тактный двигатель теряет силу толкания поршня, как только открывается выпускное отверстие, позволяя выхлопным газам попадать в глушитель. Другими словами, вращающееся действие коленвала исчезает после того, как он сделал примерно 120°. В 4-тактном двигателе процесс сгорания продолжает действовать на поршень и вращать коленвал в течение 180° оборота.
Общее сравнение 2-тактного и 4-тактного двигателей по создаваемому крутящему моменту
Так в ходе такта работы 4-тактный двигатель создает больший крутящий момент по сравнению с 2-тактным.
Пример круговой диаграммы фаз распределения 2-тактного двигателя
Для анализа фаз газораспределения часто пользуются круговой диаграммой, на которой показываются моменты начала открытия и конца закрытия впускных и выпускных окон (клапанов для 4-тактных ДВС), выраженные в углах поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Фазы подбирают опытным путем при конструировании двигателя в зависимости от его быстроходности и конструкции его впускной и выпускной систем. Пример круговой диаграммы фаз газораспределения 2-тактного двигателя представлен на рисунке выше.
При одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения, в 2-тактных ДВС сгорает вдвое больше топлива и теоретически может быть получена вдвое большая мощность, чем у 4-тактных, но 4-тактные двигатели более экономичны. Практически мощность 2-тактного двигателя больше в 1,7 —1,8 раза, что объясняется потерей части хода поршня при такте расширения, когда давление газа в цилиндре резко падает.
Мощность двигателя зависит от степени использования тепла, которое выделяется при горении топлива в цилиндре. В полезную работу превращается только 30-40 % выделившегося тепла, остальное тепло уходит с отработанными газами, отводится от нагретых деталей двигателя и рассеивается в воздухе.
Различают индикаторную и эффективную мощности двигателя. Индикаторной называют мощность, которая развивается газами внутри цилиндра двигателя.
Индикаторную мощность можно определить по формуле:
где Pi — индикаторное давление, МПа; Vh — рабочий объем цилиндра; i — число цилиндров двигателя; n — частота вращения коленчатого вала, с _1 ; τ — тактность двигателя.
Тактность двигателя — это число, показывающее, за сколько оборотов коленчатого вала совершается рабочий цикл. Для 2-тактного двигателя τ =1.
При работе двигателя часть индикаторной мощности затрачивается на преодоление сопротивления трения движущихся деталей двигателя, привод вспомогательных механизмов и агрегатов и на осуществление процессов газообмена в двигателе. Мощность, равноценная этим потерям, называется мощностью механических потерь N m .
Мощность двигателя, снимаемая с его коленчатого вала, называется эффективной мощностью Ne. Ее можно определить по формуле:
Для оценки механических потерь пользуются механическим КПД (ƞм) двигателя. Механическим коэффициентом полезного действия ƞм называется отношение эффективной мощности к индикаторной:
При увеличении индикаторной мощности Ni и постоянном значении мощности механических потерь N m , механический КПД ƞм также будет увеличиваться.
Одним из показателей экономичности работы двигателя служит эффективный КПД (ƞе). Он представляет собой отношение количества теплоты, превращенной в полезную работу, к затраченной теплоте:
где Le — теплота, эквивалентная эффективной работе, полученной при сгорании топлива; Gt — часовой расход топлива, кг/ч; hu — низшая удельная теплота сгорания топлива, МДж/кг.
Здесь ƞi — индикаторный КПД двигателя, который оценивает величину потерь работы цикла, вызванных теплообменом между стенками цилиндра и рабочим телом, перетечками, несовершенством процесса сгорания топлива и пр.:
где Li — работа цикла реального двигателя, равная площади действительной индикаторной диаграммы (индикаторная работа), Lц — работа цикла идеального двигателя.
Таким образом, эффективным КПД (ƞе) учитываются как тепловые, так и механические потери в двигателе.
Повышение эффективного КПД достигается совершенствованием рабочего цикла.
Повышение механического КПД, то есть снижение механических потерь, обеспечивается совершенствованием конструкции двигателя.
Мощность двигателя зависит от его рабочего объема, давления газов в цилиндре, частоты вращения коленчатого вала и тактности.
Эффективность использования рабочего объема, тепловую и динамическую напряженность двигателя оценивают по литровой мощности Nл, представляющей отношение номинальной эффективной мощности к рабочему объему двигателя (Vл). Для 2-тактного двигателя:
В зависимости от совершенства конструкции и технического состояния двигатель для выполнения одной и той же полезной работы расходует разное количество топлива. Зная расход топлива, можно определить индикаторный и эффективный удельные расходы топлива. Удельный индикаторный расход топлива g характеризует экономичность действительного цикла, удельный эффективный расход топлива ge характеризует экономичность двигателя.
Удельный индикаторный расход топлива — это масса топлива, расходуемая на единицу индикаторной мощности за 1 час:
Удельный эффективный расход топлива — это масса топлива, расходуемая на единицу эффективной мощности за 1 час:
Процесс (горения)рабочей смеси
Горение в цилиндре двигателя возможно только при определенном соотношении топлива и воздуха. От состава топливно-воздушной смеси зависит скорость горения и количество выделенной теплоты, следовательно, и мощность двигателя. Смесь топлива с воздухом, поступающая в цилиндр двигателя, называется также свежим зарядом. В состав свежего заряда, для карбюраторного 2-тактного двигателя, дополнительно вводится моторное или специальное масло для смазки самого двигателя. Для определения состава свежего заряда необходимо знать массовые доли основных элементов топлива.
В состав типичных жидких топлив входят углерод С, водород Н, кислород От, содержащийся в топливе. Для 1 кг топлива можно записать его состав в символьном виде как 1 = С + Н + От.
Бензин, используемый в карбюраторных двигателях, представляет собой смесь углеводородов. В составе чистого бензина углерода С — 84,9 %; водорода — 14,4 %; кислорода — 0,7 %.
В зависимости от количества кислорода, поступающего в цилиндр двигателя с атмосферным воздухом, сгорание может быть полным или неполным. При полном сгорании выделяется максимальное количество теплоты.
Реакции окисления углерода и водорода позволяют определить количество кислорода, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива.
Углерод в соединении с кислородом образует углекислый газ и выделяет тепло. Процесс протекает по реакции:
Водород в соединении с кислородом образует воду и также выделяет тепло. Процесс происходит по реакции:
Для полного сгорания 1 кг углерода необходимо 2,67 кг кислорода, а для полного сгорания 1 кг водорода требуется 8 кг кислорода.
Кислород для горения берется из воздуха, который состоит, как известно, из 23 % кислорода и 77% азота.
Читайте также: Как определить кпд цилиндра
Для полного сгорания 1 кг топлива теоретически необходимое количество воздуха для карбюраторных двигателей определяется по формуле и составляет:
L0 = 1/0,23 × (2,67С + 8Н — От),
L0 = 1/0,23 × (2,67 × 0,849 + 8 × 0,144 — 0,07) = 14,8 кг.
Горючая смесь характеризуется коэффициентом избытка воздуха α, представляющим собой отношение поступившего количества воздуха Lg в цилиндр двигателя к теоретически необходимому количеству воздуха L0 для полного сгорания топлива:
Можно принять, что для сгорания 1 кг топлива необходимо L0 = 15 кг воздуха. При плотности воздуха ρв = 1,293 кг/м 3 можно определить, что для сгорания 1 кг топлива потребуется примерно 11,26 м 3 воздуха.
Различают несколько видов горючей смеси исходя из действительно поступающего воздуха. Карбюраторные двигатели работают на горючих смесях с коэффициентом избытка воздуха а в диапазоне от 0,6 до 1,15.
При α При 0,6 При α = 1,0 — нормальная горючая смесь.
При 1,0 При α > 1,15 — бедная горючая смесь.
При коэффициенте избытка воздуха α = 1 все топливо в условиях цилиндра обычно не может сгореть до конечных продуктов полного окисления ввиду невозможности получения однородной по составу смеси во всем объеме камеры сгорания. Практически полное сгорание топлива возможно только при α > 1.
Коэффициент избытка воздуха является одним из параметров, характеризующих качество топливовоздушной смеси, от которой в свою очередь зависит состав продуктов сгорания и количество выделяющейся при сгорании теплоты.
Развитие реакций окисления (сгорания) в цилиндре двигателя происходит в результате перемешивания топлива с воздухом.
Количество выделяющейся при сгорании теплоты также зависит от степени сжатия рабочей смеси в цилиндре двигателя и применяемого топлива.
Процесс сжатия происходит при закрытых впускных и выпускных окнах (клапанах) и служит для увеличения температурного перепада цикла и степени расширения продуктов сгорания топлива. Это создает благоприятные условия для воспламенения и сгорания рабочей смеси и обеспечивает эффективное преобразование теплоты в механическую работу, то есть достижение максимальной мощности двигателя.
Благоприятные условия для воспламенения и сгорания рабочей смеси зависят от частоты вращения коленчатого вала, степени сжатия, интенсивности охлаждения цилиндров, нагрузки на двигатель, степени износа цилиндро-поршневой группы двигателя.
С повышением частоты вращения коленчатого вала и степени сжатия мощность будет возрастать.
При интенсивном охлаждении цилиндра, увеличении зазоров между кольцами и цилиндром вследствие их износа мощность будет снижаться.
Если рабочая смесь перед воспламенением подвергается воздействию высоких температур и давлений, нормальное сгорание при определенных условиях может перейти в детонационное.
Детонация (в двигателях внутреннего сгорания) — быстрый, приближающийся к взрыву процесс горения топливной смеси в цилиндре карбюраторного двигателя, сопровождающийся неустойчивой работой (металлический стук в цилиндре, дымный выпуск и др.), износом и разрушением деталей.
Повышение давления и температуры в цилиндре приводит к образованию активных центров цепных реакций, в результате чего часть рабочей смеси самовоспламеняется раньше, чем к ней подойдет фронт основного пламени. При этом в камере сгорания возникают и распространяются волны давления, оказывающие влияние на процесс дальнейшего распространения фронта пламени и характер изменения давления в цилиндре.
Внешним признаком детонационного сгорания является появление звонких металлических стуков, возникающих при отражении ударных волн от стенок камеры сгорания. Работа двигателя при детонационном сгорании сопровождается увеличением тепловых и механических нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма, снижением мощности, дымным выхлопом и ухудшением экономичности.
Детонационное сгорание рабочей смеси возникает при несоответствии сорта бензина и степени сжатия, слишком больших углах опережения зажигания (раннее зажигание), при перегрузке двигателя и его перегреве, повышенном нагарообразовании на стенках камеры сгорания. Длительная работа двигателя при детонационном сгорании недопустима, так как приводит к износу и разрушению деталей кривошипно-шатунного механизма, неполному сгоранию топлива и ухудшению топливной экономичности.
При работе двигателя с полной нагрузкой иногда наблюдается преждевременное воспламенение рабочей смеси из-за местного перегрева стенок камеры сгорания (при нагаре на стенках) или электродов свечи зажигания при несоответствии тепловой характеристики свечи степени сжатия в цилиндре двигателя. Преждевременное воспламенение рабочей смеси приводит к тому, что наибольшее давление газа в цилиндре достигается еще до прихода поршня в ВМТ, при этом резко снижается мощность двигателя; это явление может привести к перегреву поршня и его прогоранию.
Свеча зажигания служит для получения искрового разряда в камере сгорания, тепловое воздействие которого воспламеняет рабочую смесь. Условия работы свечи зажигания характеризуются значительными термическими, электрическими и механическими нагрузками.
Тепловой баланс и конструкция свечи зажигания: 1 — контактный наконечник;
2 — проводящий стержень; 3 — керамический изолятор;
4 — металлический корпус; 5 — проводящий герметик; 6 — конус изолятора; 7 — центральный электрод; 8 — боковой электрод
Для обеспечения бесперебойной работы свечи зажигания необходимо поддерживать температуру ее теплового конуса в пределах 700—800 °С. При такой температуре нагар, отлагающийся на конусе и электродах свечи, выгорает и происходит ее самоочищение. Если температура теплового конуса выше 800—900 °С, может возникнуть «калильное зажигание», когда рабочая смесь воспламеняется не от электрической искры, а от нагретых до высокой температуры электродов и поверхности изолятора. При температуре теплового конуса ниже 500 °С изолятор нижней части свечи покрывается нагаром, что приводит к снижению пробивного напряжения и к перебоям в работе двигателя из-за возможных пропусков зажигания рабочей смеси. Тепловой баланс свечи зажигания представлен на рисунке выше.
«Горячие» и «холодные» типы свечей зажигания
Для поддержания необходимой температуры теплового конуса выпускаются свечи зажигания с различной степенью теплоотдачи. В двигателях с невысокой степенью сжатия применяют свечи зажигания с малой теплоотдачей, называемые горячими. Для двигателей с повышенной степенью сжатия применяют «холодные» свечи. Горячие свечи зажигания имеют удлиненную нижнюю часть изолятора и более широкую расточку корпуса, а «холодные» — укороченную нижнюю часть изолятора и узкую расточку корпуса.
На практике иногда приходится заменять свечи одной фирмы на свечи другой. Такая замена возможна, если основные параметры свечей совпадают: тепловая характеристика, размер, шаг и длина резьбы на корпусе. Длина резьбы на корпусе свечи должна соответствовать длине резьбы в головке цилиндра.
Если резьбовая часть свечи слишком длинная, то она выступает в камеру сгорания. При этом выступающие в камеру сгорания витки могут повредить поршни и клапаны, витки перегреваются и закоксовываются. Иногда такие свечи невозможно выкрутить.
Если длина резьбы свечи короткая, то ее искровой промежуток находится внутри свечного отверстия цилиндра, поэтому ухудшаются условия воспламенения топливовоздушной смеси, свеча не очищается, свободные витки отверстия цилиндра закоксовываются.
Для правильного применения необходимо знать особенности маркировки свечей зажигания. Разные производители применяют свои системы маркировки.
Получение повышенной удельной мощности в быстроходном 2-тактном двигателе требует решения проблемы качественной очистки цилиндра от отработавших газов и наполнения его свежим зарядом.
В 2-тактных двигателях более равномерно происходит вращение коленчатого вала, так как рабочий ход осуществляется за каждый его оборот.
Недостатки: менее совершенная очистка цилиндров от продуктов сгорания; меньшая экономичность из-за потери части горючей смеси через выпускные окна при продувке; повышенный расход смазочного масла. Устранение отмеченных недостатков позволит расширить область применения 2-тактных двигателей.
🎬 Видео
Причины ПРОГОРАНИЯ клапанов двигателя. Признаки когда прогорел клапанСкачать
Как проверить КОМПРЕССИЮ в двигателе своими руками. #авто #ремонт #инструмент #автосервисСкачать
Как измерить компрессию одному - легко и правильно!Скачать
ТОСОЛ в ЦИЛИНДРАХ Симптомы Диагностика Ремонт (К4М)Скачать
Зачем льют масло в цилиндры? Плохая компрессия в цилиндрах клапана или поршневые кольцаСкачать
ПРИЗНАКИ ПРОГАРА КЛАПАНА.Как определить прогар клапана!Клапана или поршневая. Самый точный диагнозСкачать
Компрессия Двигатель в ремонт или нет?Скачать
Признаки прогара клапанаСкачать
Работа двигателя внутреннего сгоранияСкачать
Пневмотестер - как это работает? Ищем утечки в цилиндре!Скачать
Принцип работы двигателя. 4-х тактный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в 3DСкачать
1 часть: 1-й признак отсутствия компрессии из-за износа поршневой группы, Sprinter 316CDI 2.7Скачать
12? или 16? или 10? Какая должны быть компрессия в двигателе? Когда делать капиталку двигателя?Скачать
Запись давления в цилиндре двигателя с процессом сгорания, с помощью адаптированной свечи зажиганияСкачать
Про такую проверку двигателя должен знать каждый водитель!Скачать
разница компрессии на холодную и горячуюСкачать
7 признаков пробитой прокладки головки блокаСкачать
