Давление в цилиндре дизельного двигателя конце такта сжатия - Журнал "Автопарк"
Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Давление в цилиндре дизельного двигателя конце такта сжатия

Особенности действительного четырехтактного цикла дизеля

Отличия действительного цикла дизеля от действительного цикла ДсИЗ определяются: · способом смесеобразования; · способом воспламенения;

1) В дизеле в цилиндры двигателя поступает чистый воздух.

2) Степень сжатия в дизеле в среднем в 2 раза выше, чем в ДсИЗ.

3) Подача топлива в цилиндр происходит в конце такта сжатия под давлением.

4) Высокое давление топлива (рвп = 60,0…100 МПа) создается периодически в топливном насосе высокого давления (ТНВД), который выполняет следующие функции:

· создание высокого давления;

· регулирование момента подачи относительно ВМТ.

Традиционная система топливоподачи в дизеле включает в себя (рис. ): плунжер 1, втулку 2 с впускным 3 и выпускным 4 окнами, нагнетательный клапан (НК) 5, топливопровод высокого давления (ТВД) 6, форсунку 7 и с иглой 8 и распылителм 9

3,4 –впускное и выпускное

8- игла форсунки

Плунжер приводится в действие от кулачкового валика, движение которого связано с вращением коленчатого вала (КВ). Плунжер совершает возвратно-поступательное движение (прямое – под действием кулачка и обратное – под действием возвратной пружины).

В начале движения плунжера топливо с помощью топливоподкачивающего насоса (ТПН) под давлением через открытое наполнительное окно втулки поступает из линии низкого давления (ЛНД) в полость втулки.

При своем движении плунжер своей верхней кромкой перекрывает впускное окно, и давление над ним начинает возрастать. Под действием этого давления открывается НК, и топливо попадает в ТВД. Высокое давление достигает иглы форсунки и, преодолевая силу запорной пружины, перемещает ее вверх. Топливо через распылитель впрыскивается в камеру сгорания (КС).

Плунжер имеет винтовой паз, с которым рабочая полость втулки (пространство над плунжером) сообщается через осевой и радиальный каналы. При прямом движении плунжера винтовая кромка совместится с отсечным отверстием во втулке, полость втулки сообщается с ЛНД, давление над плунжером падает, вслед за ним падает давление в ТВД и у иглы форсунки. Форсунка садится в седло под действием силы пружины. Подача прекращается.

Количество подаваемого топлива регулируется поворотом плунжера вокруг оси; в этом случае меняется положение винтовой кромки относительно отсечного окна, и подача топлива прекращается раньше или позже.

5) Процесс смесеобразования происходит в цилиндре дизеля за счет кинетических энергий воздушного заряда (ЕВ) и топливных струй (ЕТ). Общая энергия смесеобразования ЕСМ = ЕВ + ЕТ. Величина Ет определяется давлением топлива. Кинетическая энергия воздушного заряда Ев создается за счёт вихревого движения воздуха при впуске, которое сохраняется при сжатии и перетекания заряда из надпоршневого объёма в КС при сжатии. Это справедливо для дизелей, у которых камера сгорания формируется углублением в днище поршня: их называют неразделёнными камерами сгорания (НР-КС). Такой тип КС преимущественно используется в настоящее время. В ранее применявшихся разделённых камерах сгорания (Р-КС) (рис. ) энергия воздушного заряда создавалась в такте сжатия за счёт перетекания заряда из основной КС во вспомогательную: последняя сформирована в головке цилиндра, а основная образуется выемкой в поршне и объёмом над поршневого пространства между поршнем и головкой цилиндра. (схема на стр.19).

6) Смесь в цилиндре неоднородна, что исключает или затрудняет полное сгорание топлива. Поэтому коэффициент избытка воздуха для дизелей на номинальном режиме значительно выше, чем у ДсИЗ.

aн = 1,3…1,6, т.е. смесь более бедная.

Особенности протекания рабочего процесса дизеля отражаются на величинах давлений и температур в характерных точках цикла, а также на характере протекания самих процессов.

Процесс впуска

Гидравлические потери во впускной системе заметно меньше, чем в ДсИЗ (отсутствие диффузора и ДЗ), и практически не изменяются при изменении нагрузки двигателя. Вследствие этого давление в конце впуска в точке «а» больше, чем в ДсИЗ и составляет ра = (0,85…0,92)ро.

· На температуру Та в конце такта впуска оказывают влияние:

· подогрев заряда во ВТ; () ­;

· охлаждение из-за испарения топлива (и);

· подогрев в цилиндре из-за остаточных газов (g).

В дизеле из-за более высокой температуры деталей подогрев во ВТ больше, и отсутствует охлаждение из-за испарения топлива, что повышает Та, но меньше подогрев из-за остаточных газов ввиду их меньшего количества из-за большей степени сжатия. В итоге значение Та в дизелях остаётся примерно на том же уровне, что и в ДсИЗ, т.е. Та = 310…-350 о К.

Процесс сжатия

Назначение процесса сжатия аналогично его назначению в ДсИЗ. Возможность реализации более высокого значения степени сжатия объясняется неоднородностью состава смеси в цилиндре, что исключает вероятность появления детонации, характерной для ДсИЗ.

Процесс сжатия в дизеле характеризуется большими расчётными значениями параметров в конце сжатия из-за большей степени сжатия и отсутствия потерь теплоты на испарение топлива в процессе сжатия. В итоге давление и температура конца такта сжатия заметно выше, чем в ДсИЗ, и составляют: рс = 3,5…6,0 МПа и Тс = 700…900 К.

В конце такта сжатия в камеру сгорания под большим давлением впрыскивается топливо. Топливо, проходя через отверстия в распылителях форсунок и встречая сопротивление воздуха, дробится на капли и образует совокупность движущихся капель, называемую топливным факелом. Угол ПКВ от момента начала подачи топлива до ВМТ называют углом опережения впрыскивания (УОВ).

Вследствие начала процесса сгорания фактическое давление в ВМТ превышает расчётное: рс¢ = (1,05…1,10)×р. Это меньше, чем в ДсИЗ, так как на данном участке в дизеле выделяется значительно меньшее количество энергии.

Процесс сгорания

В дизелях подготовка топливно-воздушной смеси (ТВС) происходит за короткий интервал, предшествующий сгоранию основной части топлива. Этот интервал называют периодом задержки воспламенения (ПЗВ) – отрезок времени или угол ПКВ от момента начала подачи топлива до появления первых очагов воспламенения За этот период происходит частичное распыливание топлива (его дробление на капли, что увеличивает поверхность испарения), нагрев капель, частичное их испарение, перегрев паров и их частичное смешение с воздухом с образованием участков с составом смеси, близким с стехиометрическому.

Воспламенение топлива в дизеле происходи вследствие повышения температуры воздуха в камере сгорания в процессе сжатия.

В отличие от ДсИЗ, в дизеле имеет место объёмное воспламенение смеси . Оно происходит в тех объёмах КС, где топливо успело перемешаться с воздухом и образовать с ним смесь подходящего состава за отрезок времени, соответствующий ПЗВ Такими участками являются, как правило, внешние границы топливного факела.. После воспламенения пламя быстро распространяется по этому участку подготовленной смеси.

.Но значительная часть топлива впрыскивается в цилиндр и проходит стадии процесса смесеобразования уже непосредственно в процессе горения. Высокая температура в цилиндре приводит к малой длительности ПЗВ, и скорость сгорания лимитируется смешением топлива с воздухом. Такое сгорание называется диффузионным и характерно только для горения неоднородных смесей. В целом горение развивается медленнее, чем в ДсИЗ.

Процессы подачи топлива, смесеобразования и сгорания в дизеле по месту и времени протекания неотделимы друг от друга и накладываются друг на друга. Значительная часть топлива впрыскивается в цилиндр уже в процессе сгорания и горит уже при заметном увеличении объёма. Таким образом, в зоне ВМТ сгорает значительно меньшая часть топлива, чем в ДсИЗ Процессы смесеобразования не прекращаются после прекращения подачи топлива. Сгорание на этой стадии также является диффузионным, но протекает более медленно, так как смешение остатков топлива с остатками неиспользованного воздуха происходит в менее благоприятных условиях при наличии в цилиндре большого количества продуктов сгорания.

Следствием этого является и то, что степень повышения давления в цикле l= pz/p = 1,4…2,2, что меньше соответствующих значений в ДсИЗ. Но максимальные давления в цикле дизеля больше, чем в ДсИЗ, и составляют рz = 6,0…10 МПа, что объясняется более высокой степенью сжатия.

В то же время максимальная температура цикла дизеля Tz меньше, чем в ДсИЗ, и составляет Tz = 1800…2300 K, что объясняется меньшей концентрацией топлива в смеси, т.е. более бедным составом смеси.

Процесс сгорания в дизеле, также как и в ДсИЗ, завершается в такте расширения, хотя видимого окончания на индикаторной диаграмме не имеет.

Процесс расширения

Процесс расширения является частью такта одноимённого названия. Характер его протекания аналогичен тому, что имел место в ДсИЗ. Однако максимум давления в процессе сгорания в дизеле достигается несколько позднее, чем в ДсИЗ и соответствует 15…20° ПКВ после ВМТ. Аналогично максимум температуры наступает позднее (на 8…12° ПКВ) относительно момента достижения максимума давления. Расчётные термодинамические параметры рабочего тела в конце такта расширения составляют рb = 0,20…0,4 МПа и Тb = 1000-1200 0 К, что значительно ниже соответствующих значений в ДсИЗ. Это объясняется большей степенью сжатия и, соответственно, большей степенью последующего расширения продуктов сгорания. Для температуры конца такта расширения Тb это также объясняется более низким значением максимальной температуры цикла. Тz.

Процесс расширения (реальный) заканчивается раньше такта расширения в момент начала открытия выпускного клапана, т.е. аналогично тому, что имело место в ДсИЗ..

Процесс выпуска

Процесс выпуска начинается с момента начала открытия выпускного клапана, а такт выпуска протекает при движении поршня от НМТ до ВМТ. Принципиальных особенностей по сравнению с таким же процессом в ДсИЗ не имеет. Давление в конце выпуска рr определяется так же, как и в ДсИЗ, величиной гидравлических потерь в выпускной системе и составляет рr = (1,05…1,20)×ро. Температура рабочего тела в конце выпуска лежит в пределах Тr = 700…900 0 K . Т.е ниже, чем в ДсИЗ, что объясняется более низкой температурой конца такта расширения Тb.

Выводы

1. Неоднородность смеси в цилиндре дизеля, впрыск топлива в цилиндр непосредственно перед сгоранием исключает детонационные явления в процессе сгорания, что позволяет иметь большую степень сжатия e. Более высокая степень сжатия обеспечивает дизелю более высокий интервал температур рабочего цикла, больший КПД и большую экономичность по сравнению с ДсИЗ.

2. Впрыскивание топлива в цилиндр непосредственно перед сгоранием и неоднородность смеси внутри цилиндра позволяют изменять мощность дизеля изменением состава смеси, т.е. количества топлива при почти неизменном количестве воздуха, что называется качественным регулированием. Это связано с тем, что неоднородность смеси в цилиндре дизеля предполагает наличие в КС зон с составом смеси, пригодным для сгорания. При этом уменьшение подачи топлива, реализуемое за счёт ее хвостовой части, приводит к сокращению длительности заключительной фазы сгорания, приближая процесс сгорания к ВМТ. В результате этого возрастает степень последующего расширения продуктов сгорания и , связанное с этим повышение термического КПД цикла. И является одной из причин улучшения экономичности дизеля при его работе на частичных нагрузках.

3. С учётом того, что в дизеле вблизи ВМТ сгорает меньшая часть топлива, то при идеализации цикла дизеля действительный процесс подвода теплоты частично циклом с подводом теплоты частично при постоянном объёме V =onst и частично при при постоянном давлении р = const.

4. В то же время, неоднородность состава смеси в цилиндре дизеля не позволяет иметь на номинальном режиме состав смеси, близкий к стехиометрическому, т. к. из-за неполноты сгорания резко ухудшается экономичность, возрастает теплонапряжённость деталей дизеля и дымность продуктов сгорания. В результате при прочих равных условиях и одинаковых рабочих объёмах двигателя дизели по сравнению с ДсИЗ имеют меньшую мощность.

Читать еще:  Что залить в двигатель чтобы не дымил дизель

5. Более высокие давления цикла требуют более тяжелых деталей КШМ, что увеличивает массу дизеля по сравнению с ДсИЗ той же мощности.

Что такое компрессия и степень сжатия и чем они отличаются

Что такое степень сжатия дизельного двигателя

Степенью сжатия является соотношение между полным объемом цилиндра, когда поршень располагается в нижней мертвой точке (НМТ) и объемом камеры сгорания во время достижения поршнем верхней мёртвой точки (ВМТ).


Такое соотношение показывает разницу в давлении, которое образуется в цилиндре мотора при попадании в него топлива. В документах, которые идут вместе с двигателем, такое соотношение указывается при помощи математических расчетов, например 18:1. Наилучшая степень сжатия в таком двигателе располагается в диапазоне от 18:1 до 22:1.

Для чего измеряют компрессию?

Все известно и понятно, но все же, нужно подумать и над таким вопросом, для чего вообще измерять компрессию? Да, в первую очередь для диагностики двигателя и его состояния. Но на самом деле, измерив компрессию можно сделать и другие выводы:

  1. Как вариант, это определение технического состояния ЦПГ (цилиндропоршневая группа) и, конечно же, состояния клапанов. Однако, можно сказать, что это практически бесполезно, потому что на это самое состояние влияет огромное количество факторов:
      Сопротивление на выпуске и сопротивление воздушному потоку на выпуске
  2. Фазы газораспределения, их соотношения.
  3. Скорость вращения коленвала.
  4. Изменение утечек воздуха в цилиндропоршневой группе.
  5. Просто измерение компрессии для получения результатов работы двигателя в реальных условиях. Все или некоторые вышеперечисленные условия будут проявляться в той или иной степени при низкой компрессии.
  6. Чем выше компрессия, тем ниже температура, при которой двигатель сможет без особых проблем завестись. При низких температурах газ уменьшается в объеме, соответственно компрессия становиться еще ниже. Поэтому стоит лишний раз убедиться, что с компрессией все в порядке. Лучше, если она будет в средних значениях, так как при высокой компрессии есть риск повредить двигатель, а при низкой просто нереально будет завести двигатель зимой.

Принцип работы

В дизельных моторах в процессе сжатия, то есть когда происходит движение поршня к ВМТ, происходит очень быстрое сокращение объёма цилиндра. В итоге в камере сгорания располагается только воздушная масса, именно она сжимается, такой процесс носит название такт сжатия. Когда к ВМТ подходит поршень, сжатие воздуха происходит на необходимую степень, происходит подача топлива в камеру сгорания под высоким давлением.

Топливо-воздушная смесь при образованном высоком давлении мгновенно воспламеняется и создает повышенное давление в камере, поршень в такой момент как раз проходит ВМТ. Одним из преимуществ дизеля является то, что смесь возгорается только от давления, нет необходимости в сложной и высокоточной системе зажигания. Но роз без шипов не бывает — обратной стороной повышенного давления является особое внимание к герметизации соединений и наличие топливного насоса высокого давления (ТНВД), штуки прецизионной и очень капризной. В процессе сгорания смеси образуется сильное давление, которое начинает давить на поршень и вести его к НМТ. При помощи шатуна все поршневые движения преобразуются во вращение коленчатого вала.

Процесс образования давления при возгорании смеси, которое заставляет передвигаться поршень к НМТ, носит название рабочий ход. Степень сжатия играет особую роль в такте сжатия. Чем больше степень, тем быстрее и легче воспламеняется смесь, которая полностью сгорает и образует требуемое давление.

Если степень сжатия дизельного двигателя имеет высокий показатель, то она будет создавать высокую мощность при низком заборе топлива. Но у них степень сжатия способна варьироваться в оптимальном диапазоне, который нарушать не стоит, и это не просто так:

  • Если образовалась степень сжатия ниже допустимого диапазона, то значительно понижается мощность показателя, а объем потребляемого топлива начнет расти;
  • Если образовалась степень сжатия выше необходимого диапазона, то образуется сильная нагрузка на цилиндры и поршни, в результате они быстро изнашиваются.
  • Если произошло сильное увеличение степени сжатия, поршень начинает прогорать, а шатун изгибаться.

Зафиксированы случаи, когда при сильном повышении сжатия происходил взрыв всей системы без возможности ее восстановления.

Турбодизель

Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы является турбонаддув двигателя. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате чего увеличивается мощность двигателя.

Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала – “турбоямы”. Отсутствие дроссельной заслонки в дизеле позволяет обеспечить эффективное наполнение цилиндров на всех оборотах без применения сложной схемы управления турбокомпрессором.

На многих автомобилях устанавливается промежуточный охладитель наддуваемого воздуха – интеркулер, позволяющий поднять массовое наполнение цилиндров и на 15-20 % увеличить мощность. Наддув позволяет добиться одинаковой мощности с атмосферным мотором при меньшем рабочем объеме, а значит, снизить массу двигателя. Турбонаддув, помимо всего прочего, служит для автомобиля средством повышения “высотности” двигателя – в высокогорных районах, где атмосферному дизелю не хватает воздуха, наддув оптимизирует сгорание и позволяет уменьшить жесткость работы и потерю мощности.

В то же время турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные в основном с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Неисправный агрегат может полностью вывести из строя сам двигатель. Кроме того, собственный ресурс турбодизеля несколько ниже такого же атмосферного дизеля из-за большой степени форсирования. Такие двигатели имеют повышенную температуру газов в камере сгорания, и чтобы добиться надежной работы поршня, его приходится охлаждать маслом, подаваемым снизу через специальные форсунки.

Прогресс дизельных двигателей сегодня преследует две основные цели: увеличение мощности и уменьшение токсичности. Поэтому все современные легковые дизели имеют турбонаддув (самый эффективный способ увеличения мощности) и Соmmоn Rail.

Разница степени сжатия бензинового и дизельного двигателей

Степень сжатия и количество расхода топлива считаются основными показателями в обоих видах двигателей. Так как между сжатием и мощностью существует прямая зависимость.

В двигателях на бензине показатель сжатия находится на отметке 12 единиц, а у дизельных моторов данное число варьируется от 13 до 25 единиц. Показателем экономичности является удельный расход топлива. Его прямой функцией является определение объема сжигаемого топлива во время работы при мощности 1 кВт за один час. Бензиновые двигатели за час сжигают около 305 граммов топлива, в то время как дизельные всего 200 граммов. К тому же у бензиновых моторов существует один существенный недостаток, у них низкая тяга во время работы на холостых оборотах. Очень часто двигатель глохнет, если совершается попытка движения на низких оборотах. А вот у дизельных двигателей такого недостатка нет.

Прибор для измерения компрессии

Конечно же, для выполнения данных измерений будет необходимый инструмент, в данном случае — это нехитрый прибор, который в основном состоит из барометра.

Подобный барометр используется и в компрессорах, для накачивания давления в шинах, или в отдельных приборах, которые называются одноименно, барометрах. Но следует сделать одну оговорку, компрессометр рассчитан на более большое давление.

Компрессометр — простая конструкция, которая в основном состоит из манометра. Он, в свою очередь, соединен с переходником, на котором расточена такая же резьба, как и на стандартной свече и имеет похожий вид.

Также выше было сказано, что существует и другой прибор, называющийся компрессографом. Различия, как было сказано, минимальны, но преимущество в цене все-таки остается у первого варианта. Хотя удобство может возместить материальные затраты.

Также цена зависит от многих других факторов, на которые тоже стоит обратить внимание. И первым и, наверное, самым главным фактором является качество. Да, даже самый дешевый товар может быть качественным, но лучше взять что-то в средней ценовой категории. И желательно от проверенного бренда-производителя.

Степень сжатия

Если взглянуть на два типа мотора без головки блока цилиндров, то можно заметить тот факт, что у бензинового мотора поршень, находящийся в верхней мертвой точке, не доходит до края цилиндра. На дизельном моторе поршень в ВМТ находится в одной плоскости с блоком цилиндров, а плоскость головки блока цилиндров практически не имеет выемки. У дизельного мотора камера сгорания находится в выемке на поршне.

Таким образом, значительное уменьшение камеры сгорания дает возможность зажигать топливно-воздушную смесь за счет сильного давления. Чем выше давление при поднятии поршня — тем горячее воздух в цилиндре.

У бензинового мотора камера сгорания занимается место между ВМТ поршня и плоскостью блока цилиндров, а также в выемке на ГБЦ.

Это первая причина, почему у дизельного мотора степень сжатия в несколько раз больше бензинового.

Какой уровень компрессии должен быть

Все владельцы автомобилей с дизельными двигателями должны знать то, каким должна быть компрессия для нормального запуска холодного двигателя. При определенном уровне компрессии двигатель сможет запуститься в определенную погоду.

  1. Уровень компрессии не более 28 кг/см2 — двигатель сможет запуститься при 15 градусах мороза.
  2. Уровень переходит отметку в 30 кг/см2 — двигатель запуститься уже при -20 градусах.
  3. Уровень переходит отметку в 32 кг/см2 — двигатель способен запуститься даже при 25 градусах мороза.
  4. Уровень компрессии 36 кг/см2 — хороший показатель, при котором двигатель сможет запуститься при -30 градусах.
  5. Уровень компрессии доходит до 40 кг/см2. При этом показателе дизель способен запуститься даже при -35 градусах.

Приведенные выше данные являются примерными, поскольку они могут колебаться в зависимости от типа двигателя или других нюансов (старый аккумулятор, изношенный насосный плунжер и так далее). Эти данные были написаны с таким расчетом, что все системы и механизмы автомобиля находятся в полном порядке. При этом нужно запомнить один фактор: чем уровень компрессии выше, тем лучше двигатель будет заводиться при низкой температуре.

Как измеряется компрессия на дизеле?

Для этой процедуры вам понадобится всего две вещи: заряженный аккумулятор и прибор для измерения компрессии. Обратите внимание, вам нужен именно компрессометр для дизельных двигателей. Они отличаются от обычных большим сопротивлением, так как предназначены для большего давления.

Итак, достав все необходимое, можно приступать к измерению:

  • предварительно прогрейте двигатель;
  • извлеките свечу накаливания в измеряемом цилиндре;
  • вставьте дизельный компрессометр в свечное отверстие;
  • попросите помощника нажать на педаль газа, и провернуть ключ зажигания в положение «пуск»;
  • запишите полученные данные и повторите процедуру на других цилиндрах.

Как правило, во время приближения к последним цилиндрам аккумулятор немного садится. Поэтому его нужно будет немного подзарядить. Вы узнаете о необходимости в зарядке в том случае, когда стартер начнет медленно и внатяжку крутить.

Рабочий процесс четырехтактного дизельного двигателя

Первый такт — впуск.

Устройство двигателя современного

автомобиля, устройство систем и механизмов

Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, через открытый впускной клапан в цилиндр поступает очищенный воздух (из-за разрежения, создаваемого поршнем). Воздух перемешивается с небольшим количеством оставшихся от предыдущего цикла отработавших газов, температура повышается и в конце такта впуска достигает 300—320 К, а давление 0.08—0.09 МПа. Коэффициент наполнения цилиндра 0,9 и выше, т. е. больше, чем у карбюраторного двигателя.

Компановка двигателя

4-хтактные дизельные двигатели отличаются не только строением камеры сгорания, но и количеством цилиндров и их взаимным расположением. Понятно, что чем больше цилиндров, тем мощнее двигатель и тем он больше по размерам. Разные варианты компоновки позволяют уменьшить его габариты. В зависимости от расположения цилиндров двигатели могут быть:

Все цилиндры располагаются в ряд. Такая конструкция двигателей самая простая, детали к ним имеют несложную технологию производства.

2. V- образный двигатель . Цилиндры в таком двигателе расставлены в форме буквы V, в двух плоскостях, двумя рядами под углом 600 или 900. Образовавшийся между ними угол – это угол развала. Плюсом такого двигателя является мощность. Его габариты могут быть уменьшены за счет смещения в развал других важных компонентов. Его длина меньше, а ширина больше. Но из-за сложности таких конструкций бывает непросто определить центр их тяжести. 3. Оппозитные двигатели (маркировка В) . Они относительно уравновешены, для уменьшения вибрации все элементы располагают симметрично. Их конструктивная особенность – центральное крепление вала на жестком блоке. Это так же влияет на степень вибрации. Угол развала составляет 1800. 4. Рядно-смещенные агрегаты (маркировки VR) . Данную компоновку отличает малый угол развала (150) V-образного двигателя в содружестве с рядным аналогом. Это позволяет уменьшить размеры продольного и поперечного агрегатов. Маркировка VR расшифровывается как V – образный, R — рядный. 5. W (или дубль V) — образный . Самый сложный двигатель. Известен двумя видами компоновки. 1) Три ряда, угол развала большой. 2) Две компоновки VR. Они компактны, несмотря на большое количество цилиндров. 6. Радиальный (звездообразный) поршневой двигатель . Имеет небольшой размер длины с плотным размещение нескольких штук цилиндров. Они располагаются вокруг коленчатого вала радиальными лучами с равными углами. Ее отличает от других наличие кривошипно-шатунного механизма. В данной конструкции один цилиндр выступает главным, остальные – прицепные – крепятся к первому по периферии. Недостаток: в состоянии покоя нижние цилиндры могут пострадать от протекания масла. Рекомендуют до начала запуска двигателя проверить, что в нижних цилиндрах масло отсутствует. В противном случае возможны гидроудар и поломка. Чтобы увеличить размер и мощность двигателя, достаточно удлинить коленчатый вал образованием нескольких рядов – звезд.

Второй такт — сжатие.

Как устроен простейший двигатель?

Устройство двигателя для детей

Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Давление и температура воздуха увеличиваются и в конце такта составляют соответственно 3—5 МПа и 800—900 К. Степень сжатия регламентируется исправностью деталей КШМ и равна 17—21.

Третий такт — рабочий ход.

В конце такта сжатия (20—30 градусов угла поворота коленчатого вала ло прихода поршня в ВМТ) с помощью насоса через форсунку в цилиндр под высоким давлением (15—20 МПа) в мелкораспыленном виде впрыскивается порция топлива. Топливо от соприкосновения с нагретым воздухом испаряется, его пары перемешиваются с нагретым воздухом и воспламеняются. При сгорании топлива, вследствие подвода большого количества теплоты, резко увеличиваются лишение и температура образовавшихся газов. В начале такта расширения давление газов составляет 7—8 МПа. а температура 2100—2300 К. Под действием давления поршень перемешается от ВМТ к НМТ, совершая полезную работу. Объем цилиндра увеличивается, давление и температура газов снижаются и при подходе поршня к НМТ составляют 0,2-0,4 МПа .

Преимущества четырёхтактных двигателей:

В отличие от двухтактного двигателя, в котором смазка коленвала, подшипников коленвала, компрессионных колец, поршня, пальца поршня и цилиндра осуществляется благодаря добавлению масла в топливо; коленвал четырехтактного двигателя находится в масляной ванне. Благодаря этому нет необходимости смешивать бензин с маслом или доливать масло в специальный бачок. Достаточно залить чистый бензин в топливный бак и можно ехать, при этом отпадает необходимость покупки специального масла для 2-тактных двигателей.

Так же на зеркале поршня и стенках глушителя и выхлопной трубы образуется значительно меньше нагара. К тому же, в 2-тактном двигателе происходит выброс топливной смеси в выхлопную трубу, что объясняется его конструкцией.

Четвертый такт — выпуск.

Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются через выпускной трубопровод в окружающую среду. В конце такта выпуска давление газов равно 0,11 -0,12 МПа, температура 850—1200. После этого рабочий цикл дизеля повторяется. В двухтактных двигателях время, отводимое на рабочий цикл, используется более полно, так как процессы выпуска и впуска совмещены по времени с процессами сжатия и рабочего хода. Рабочий цикл происходит за 360 градусов (один оборот коленчатого вала).

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Первый такт – впуск, служит для наполнения цилиндра двигателя только воздухом. При движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке происходит всасывание воздуха через открытый впускной клапан.

Второй такт – сжатие. В конце такта сжатия в камеру сгорания через форсунку под очень высоким давлением подается дизельное топливо, которое самовоспламеняется за счет высокой температуры сжатого воздуха. Оба клапана закрыты.

Третий такт – рабочий ход. При сгорании дизельного топлива расширяющиеся газы создают усилие, которое перемещает поршень к нижней мертвой точке и через шатун проворачивает коленчатый вал. Оба клапана закрыты.

Четвертый такт – выпуск отработавших газов, служит для освобождения цилиндра от отработавших газов. Поршень от нижней мертвой точки поднимается к верхней мертвой точке и, через открытый выпускной клапан, выталкивает отработавшие газы.

При последующем движении вниз поршень засасывает свежую порцию воздуха, происходит такт впуска и рабочий цикл повторяется.

Преимущества дизельных двигателей по сравнению с карбюраторными:

  • Большая экономичность (25-30%) благодаря большей степени сжатия (и более дешевому топливу)
  • Менее пожароопасны
  • Не имеют системы зажигания
  • Топливо содержит меньше вредных веществ, т.е. двигатель экологичнее
  • Дизели развивают больший крутящий момент при меньшей частоте вращения коленчатого вала

Недостатки дизельных двигателей:

  • Затрудненный по сравнению с карбюраторными двигателями пуск, особенно в зимнее время
  • Расход металла на единицу мощности на 30% больше, чем у карбюраторных (более металлоемкие)
  • Более шумная и жесткая работа
  • Технологически и технически более сложные процессы изготовления и обслуживания

В инжекторных двигателях через впускной клапан всасывается воздух (а не горючая смесь), а топливо подается в конце 2 такта (сжатие), свеча воспламеняет его, далее рабочий ход, выпуск как у карбюраторного двигателя. Отличие от карбюраторных – всасывается только воздух, топливо – через форсунку. Отличие от дизельных – воспламенение от свечи.

Рабочий цикл двухтактного двигателя

В двухтактных двигателях один рабочий цикл происходит за один оборот коленчатого вала. Другая их особенность — отсутствие клапанов (впускных и выпускных) с механическим приводом. Их роль выполняет сам поршень, открывая и закрывая специальные окна и каналы на зеркале цилиндра. Объем картера под поршнем также используется при газообмене.

Цикл карбюраторного двигателя (рис.2.7.): 1. Такт сжатия. Поршень перемещается от нижней мертвой точки к верхней, перекрывая сначала продувочный 1, а затем выпускной 2 каналы. После закрытия поршнем выпускного канала в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере 6, вследствие ее герметичности и после того как поршень перекрывает продувочный канал, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускной канал и открывающийся клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру.

2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно, опускаясь вниз, поршень создает давление в кривошипной камере (сжимая топливовоздушную смесь в ней) и закрывает впускной канал, не давая, таким образом, горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор.

Цикл дизельного двигателя: Цикл аналогичен циклу карбюраторного двигателя, за исключения того, что в впускной канал подается не горючая смесь, а воздух. Топливо, как и у четырехтактного двигателя, подается в камеру сгорания через форсунку под очень высоким давлением. Топливо самовоспламеняется за счет высокой температуры сжатого воздуха.


Рис. 2.7. Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя: а — впуск в кривошипную камеру, сжатие в цилиндре; б — воспламенение (до ВМТ) и последующее сгорание в цилиндре; в — выпуск отработавших газов из цилиндра и продувка горючей смесью из картера; 1 — продувочный канал; 2 — выпускной канал; 3 — свеча зажигания; 4 — лепестковый клапан во впускном канале; 5 — впускной канал; 6 — кривошипная камера;

Преимущества двухтактных двигателей перед четырехтактными :

1. Более равномерная работа, т.к. рабочий цикл происходит за 1 оборот коленвала. Двухтактные двигатели обладают большей мощностью на единицу объёма, однако, меньшим КПД.

2. отсутствие громоздких систем смазки и газораспределения, как следствие — проще и дешевле в изготовлении

Недостатки двухтактных двигателей:

1. По экономичности уступают четырехтактным двигателям из-за менее совершенной очистки цилиндра от отработанных газов (более низкий КПД)

2. Больший расход топлива. Продувка осуществляется горючей смесью, что приводит к потере до 30% смеси

3. Требуют более интенсивного охлаждения

4. Добавление масла (до 4%) в бензин для смазки деталей двигателя приводит к увеличению отложения нагара на деталях двигателя

5. Неудовлетворительная продувка на режимах малых оборотов из-за низкого давления в кривошипной камере приводит к пропускам воспламенения рабочей смеси

6. Наличие впускных и выпускных каналов уменьшает продолжительность рабочего хода

Поэтому двухтактные двигатели в настоящее время применяются там, где очень важны небольшие размеры, но относительно неважна топливная экономичность, например, на мотоциклах, небольших моторных лодках, бензопилах и моторизованных инструментах

ЯМЗ с 1947 по 1993 г. выпускал 2-хтактные рядные дизельные двигатели ЯМЗ-204 (4-х цилиндровые, мощностью 112 л.с.) и ЯМЗ-206 (6-цилиндровые, мощностью 165 л.с.). За 46 лет ЯМЗ выпустил около 1 миллиона таких двигателей. 4 цилиндровые устанавливались на автомобили грузоподъемностью 7 т, а 6 цилиндровые – на автомобили грузоподъемностью 12 т собственного производства. С переходом завода на выпуск 4-х тактных двигателей в 60-х годах 2-х тактные двигатели стали применяться в основном на стационарных установках (дизель – генераторы и др.).

Многоцилиндровые двигатели

Из рассмотренных рабочих циклов видно, что полезная работа совершается только в течение одного такта – рабочего хода, остальные три такта – вспомогательные, и на их осуществление затрачивается часть энергии. Энергия, полученная при рабочем ходе, накапливается маховиком – массивным диском, установленном на конце коленчатого вала (рис. 2.7.).

В целях получения большей мощности и равномерности вращения коленчатого вала двигатели делают многоцилиндровыми.

Сумма рабочих объемом всех цилиндров многоцилиндрового двигателя, выраженная в литрах, называется рабочим объемом двигателя или литражом.

Рис. 2.8. Коленчатый вал двигателя с маховиком: 1 – шатунная шейка; 2 – противовес; 3 – маховик с зубчатым венцом; 4 – коренная (опорная) шейка; 5 – коленчатый вал двигателя

Так, в четырех цилиндровом двигателе за 2 оборота коленвала совершается уже не один, а четыре рабочих хода (по одному в каждом цилиндре). Для равномерной и плавной работы многоцилиндрового двигателя одноименные такты должны чередоваться в определенной последовательности. Эта установленная последовательность называется порядком работы двигателя.

Порядок работы двигателя зависит от расположения шатунных шеек с кривошипами на коленчатом валу и кулачков на распределительном валу (входят в механизм газораспределения).

Если в 4-х цилиндровом двигателе (рис. 2.9) , у которого шатунные шейки расположены попарно под углом 180° (первая с четвертой, вторая с третьей) в одной плоскости, в первом цилиндре в течение в течение первого полуоборота коленвала происходит рабочий ход, то в четвертом – впуск. При этом поршни второго и третьего цилиндров одновременно будут двигаться вверх, совершая соответственно выпуск и сжатие.

Следовательно, за следующие 3 полуоборота коленвала произойдет рабочий ход последовательно в третьем, затем в четвертом, и, наконец, во втором цилиндрах.

о б о р о т а коленвала

Порядок работы необходимо знать для правильного присоединения проводоввысокого напряжения к свечам при установке зажигания, а также для регулировки тепловых зазоров в механизме газораспределения.

Компрессия в двигателе — Бензиновый и дизельный двигатели

В речи автовладельцев можно часто услышать слово «компрессия», особенно когда говорят о каких-то неисправностях двигателя: «низкая компрессия», «пропала компрессия», и т.д. И специалисты-ремонтники в ходе диагностики тоже измеряют компрессию. Что же такое компрессия в двигателе, как ее измерять, отчего она падает, и чем это грозит?

Понятие компрессии

Прежде всего следует определиться с терминологией: «компрессия» с технической точки зрения – слово не совсем корректное. Это разговорный термин, который употребляется для краткости среди людей понимающих. Корректное название – «давление окончания фазы сжатия» (или такта). Далее по тексту мы будем употреблять термин «компрессия», поскольку он устоялся и общепринят.

Итак, что представляет компрессия в цилиндрах двигателя?

Компрессией принято называть возникающее в цилиндре ДВС давление при нахождении поршня в фазе верхней мертвой точки, при выключенном зажигании (для бензиновых двигателей), или когда горючее не подается (на дизельных движках).

Требуемое положение на рисунке обозначено сокращением ВМТ:

Компрессия меряется в разных единицах: бары, мегапаскали (МПа), атмосферы (Атм.) или килограммах на квадратный сантиметр.

Роль компрессии

Если показатель давления в конце такта высок, то газы сгоревшего топлива остаются в камере сгорания цилиндра, меньшее их количество вырывается в картер. Следовательно, ДВС может совершить больший объем полезной работы, а это прямо влияет на расход горючего и смазки, стабильность работ и приемистость.

Если компрессия исчезает совсем или падает, водитель начинает ощущать просадки мощности, нестабильную работу, пропадает тяга, авто теряет динамику. Расход бензина увеличивается, а в картере постоянно снижается уровень моторного масла. Если автовладелец столкнулся с этими симптомами, необходимо ехать на диагностику, возможно, дело именно в проблемах компрессии.

Каким должен быть уровень компрессии

Существует множество двигателей со своими характеристиками. И нельзя сказать точно, сколько должна быть компрессия в двигателе, универсальной цифры нет – она индивидуальна для каждого силового агрегата.

Значение компрессии рассчитывается по принципу: степень сжатия*умножающий коэффициент (т.н. число Х).

Степень сжатия и упомянутый коэффициент зависят от индивидуальных характеристик мотора.

Важно: уровень компрессии в любых дизельных двигателях гораздо выше, чем в их бензиновых собратьях, поскольку топливо воспламеняется за счет его добавления к нагретому высоким давлением воздуху. Но даже здесь нельзя сказать, какой должна быть компрессия в дизельном двигателе, данный параметр также индивидуален.

На номинальное значение компрессионного числа влияет сорт топлива, для которого проектировался двигатель: бензины с различным и октановыми числами детонируют в разных рабочих условиях. Поэтому если, например, ДВС, рассчитанный на 80-й бензин, со стандартным 92 или 95 может просто не завестись, и наоборот, ведь мотор не создает требуемых для нормального цикла воспламенения условий.

Таблица показателей, какая компрессия должна быть в двигателе, для некоторых иномарок:

Для отечественных она находится примерно в тех же значениях. А какая компрессия нормальна в дизельных двигателях?

То, какая компрессия должна быть в дизельном двигателе, тоже зависит от агрегата. Показатель дизелей выше, в общем случае она не должна быть ниже 23 кг. на кв. см.

Несколько популярных мифов

Миф первый: компрессия – то же, что и степень сжатия

Такое мнение распространено у начинающих автолюбителей и тех, кто мало осведомлен о принципах работы ДВС.

Следует понимать: компрессия – давление в цилиндре, а степень сжатия – комплексный параметр, основанный на характеристиках цилиндра. Уровень компрессии прямо зависит от степени сжатия – но не наоборот!

Помимо сжатия, на компрессию влияет множество факторов: давление в цилиндре в начала цикла сжатия, температура во время замера, регулировка газораспределения, наличие протечек. Последнее прямо зависит от состояния двигателя – степени износа цилиндров и поршневых колец.

Компрессия на графике:

Миф второй: поднятие компрессии = увеличение мощности двигателя

Это утверждение не является корректным.

Поднятие возможно двумя путями:

  • устранить протечки газов из цилиндра;
  • увеличить степень сжатия.

Например, можно изменить объем пространства сжатия – делается это шлифовкой нижней плоскости головки БЦ. Убрав пару миллиметров металла с посадочной плоскости ГБЦ, можно, теоретически, поднять компрессию с 9.9 до целых 11 единиц (пример для двигателя ВАЗ 2111). Должен вырасти и КПД мотора, как минимум до 4 процентов прироста.

На практике эффект окажется существенно ниже. При росте сжатия увеличится давление в камере, это вызывает детонацию, датчик детонации срабатывает и отправляет команду на сдвиг угла опережения зажигания назад. Поэтому прогнозируемого роста мощности не произойдет, а вот ресурс двигателя снизится: возрастает шанс прогара поршней и клапанов.

Второй вариант – максимально убрать протечки, заменив поршневые кольца. Компрессия при этом также вырастет, но прироста мощности также не произойдет по причине детонации и автоматического сдвига УОЗ.

Миф третий: отсутствие компрессии – повод для капитального ремонта

Автомеханики очень любят пугать несведущих клиентов фразой «нет компрессии», отправляя их на дорогой капремонт, поскольку двигатель якобы предельно изношен.

Фактически это тоже не совсем верно.

Компрессия падает по множеству причин, и не каждая из них требует переборки двигателя. Перед тем, как делать полный ремонт, следует продиагностировать двигатель и выявить точную причину.

Миф четвертый: лучший мотор – с высокой компрессией, поэтому ее надо увеличивать любыми способами

Следует понимать, что даже восстановив двигатель до идеального состояния, компрессии выше номинальной не добиться. Чтобы ее увеличить, некоторые автовладельцы практикуют добавление присадок в бак.

И это даже может сработать, измерение показывает существенный рост. Но если разобрать такой «форсированный» двигатель, можно увидеть, что камера цилиндра покрыта слоем отложений, нарушающих теплообмен в узлах двигателя. Явление ведет к перегреву, калильному зажиганию, детонации, прочим неприятностям. Вывод: повышать компрессию искусственно – нежелательно.

Как уровень компрессии влияет на ДВС в действительности

Важное следствие значения этого параметра – легкость пуска мотора, крайне актуально это в зимние периоды. Критически важна компрессия для дизельных двигателей, у которых от температуры и показателя давления зависит воспламенение топлива. Бензиновые агрегаты менее чувствительны к холодам, но для них компрессия тоже важна.

Малый уровень компрессии ведет к росту давления газов картера. Из вентиляции картера во впуск проникают масляные пары, увеличивается токсичность выбросов двигателя, камеры сгорания быстро загрязняются.

Неодинаковая компрессия в разных цилиндрах ведет к вибрации, которые особенно чувствуются при холостой работе двигателя и езде на низких оборотах. Вибрация наносит вред непосредственно двигателю, подвеске, трансмиссии и другим узлам.

Итак, компрессия – индикатор состояния «здоровья» двигателя. Хотя ее понятие и обросло мифами, нужно понимать ее истинное значение и уделять должное внимание.

Почему падает компрессия

Когда газы из цилиндра вырываются в пространство картера, они совершают не всю работу, которую должны производить в норме. Падение проявляется:

  • плохим пуском двигателя в любых условиях;
  • провалами мощности, плавающими оборотами;
  • черным выхлопом из глушителя;
  • ударами из двигателя, хлопками, и пр.

Распространенные причины снижения:

  • появление нагара на поверхности цилиндра (или нескольких) ДВС;
  • прогар поршней двигателя, клапанов;
  • появление трещин ГБЦ;
  • вышедшая из строя прокладка ГБЦ;
  • загрязненный воздухофильтр, и прочие причины.

Все они требуют тщательного диагностирования и замены поврежденных деталей (но, как сказано выше, капремонт нужен далеко не всегда). В автосервисах для определения причин применяют комплексный компрессионно-вакуумный метод, измеряющий и давление, и разрежение в цилиндре.

Как и когда измерить компрессию

Специалисты в автомобильной сфере рекомендуют делать контрольные замеры каждые 10-20 тысяч км. для иномарок, и спустя 3-5 тысяч – для представителей отечественного автопрома. Для проверки требуется особый прибор – компрессометр, подбираемый под марку авто.

Так выглядит простой компрессометр для бензиновых машин:

Измерение можно провести самостоятельно.

Важно: АКБ автомобиля должна быть заряжена!

Для измерения на бензиновом ДВС надо:

  • прогреть двигатель, чтобы он достиг температуры 80 градусов;
  • заглушить мотор, отключить топливоподачу;
  • демонтировать катушки зажигания и выкрутить свечи;
  • снять предохранители блока управления, если такие есть;
  • провернуть стартер несколько раз, чтобы цилиндры самоочистились от возможных отложений и нагара;
  • закрутить наконечник шланга компрессометра в колодец свечи;

  • выжать до максимума педаль газа и повращать стартером коленвал;
  • записать данные прибора, повторить процедуру для каждого цилиндра, сравнить данные.

Записывается самое высокое значение. Желательно замерять вдвоем, чтобы облегчить процедуру.

Важно: допустимая разница в показаниях по отдельным цилиндрам – не более 10%.

Если показатель упал, следует обратиться в автосервис за поиском и устранением причин, чтобы избежать нарастания проблем.

Проверка на дизельном автомобиле

Замер компрессии дизельного двигателя похож на процедуру для бензинового, с небольшими отличиями. Для проверки нужно соблюсти условия:

  • подача топлива должна быть отключена;
  • свечи выкручены;
  • снимается только одна форсунка, через разъем которой делается замер;
  • АКБ заряжена и в хорошем состоянии, электрический стартер исправен.

Цифра компрессии дизельного двигателя измеряется при отключенном от питания клапане, прекращающем подачу топлива, и отжатом рычаге отсечки на ТНВД!

При проверке компрессии дизельных двигателей наконечник компрессометра подключается в гнездо, где была форсунка. Компрессионный измеритель используется специальный, для машин на дизтопливе: предел измерения прибора – до 60 атмосфер и более, зависит от модели устройства.

Важно: иногда проверить компрессию дизельного двигателя удобнее через отверстия свечей накала, можно работать через них, если это допускает конструкция мотора и рекомендации производителя.

Когда прибор подключен, можно начинать замеры, аналогично бензиновому мотору – стартером крутится коленвал, записываются показания прибора.

Важно: жать на педаль газа не нужно! Конструктивные особенности двигателей на дизтопливе исключают эту необходимость.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector