Давление остаточных газов в цилиндре двигателя увеличивается при уменьшении

Обновлено: 30.06.2024

Основными показателями, определяющими протекание процесса сгорания в карбюраторном двигателе являются:

температура и давление рабочей смеси в начале воспламенения;
концентрация топлива, воздуха и остаточных газов;
интенсивность тепловыделения.

Эти показатели зависят от различных конструктивных и эксплуатационных факторов.

Эксплуатационные факторы, влияющие на процесс сгорания:

Состав смеси. Наименьшие значения первой фазы сгорания соответствуют составу смеси, при котором скорость сгорания имеет наибольшие значения (а от 0,8 до 0,9). При сильном обеднении смеси не только увеличивается первая фаза сгорания, но и резко ухудшается стабильность воспламенения вплоть до появления пропусков в отдельных цилиндрах.
Вихревое движение заряда обеспечивается конструкцией: типом и формой камеры сгорания, профилем впускных клапанов и позволяет в результате улучшения однородности рабочей смеси сократить продолжительность 01.
Степень сжатия. С ростом степени сжатия увеличиваются температура и давление рабочей смеси, что способствует увеличению скорости сгорания и соответствующему сокращению продолжительности 01.
Угол опережения зажигания. Каждому режиму работы двигателя соответствует свой наивыгоднейший (оптимальный) угол опережения зажигания, при котором основная фаза сгорания 02 располагается максимально близко к ВМТ, и двигатель работает с наилучшей эффективностью: развивает максимальную мощность и имеет минимальный расход топлива. Оптимальный угол опережения зажигания зависит от продолжительности фаз сгорания (в первую очередь от 01), поэтому при увеличении частоты вращения коленчатого вала и уменьшении нагрузки угол опережения зажигания необходимо увеличить. Отклонение угла опережения зажигания от оптимального значения ведет к изменению положения кривой Т относительно ВМТ, что влечет за собой потери, связанные с динамикой сгорания. Это происходит потому, что при позднем зажигании значительная часть тепловыделения происходит уже на такте расширения, когда объем увеличивается, в результате чего максимально возможное давление не достигается. При отклонении значения угла опережения зажигания от оптимального в сторону увеличения поршню приходится в конце процесса сжатия преодолевать резко увеличивающееся от сгорания давление газов. А при чрезмерно большом значении угла опережения зажигания значительное возрастание давления и температуры в цилиндре приводит к возникновению детонационного сгорания, сущность которого рассматривается ниже.
Частота вращения коленчатого вала. При увеличении частоты вращения коленчатого вала возрастает скорость прохождения смеси через клапанную щель, поэтому усиливается турбулизация заряда. При этом продолжительность 01 и 03 относительно второй фазы сгорания затягивается, поэтому при увеличении частоты вращения коленчатого вала необходимо увеличить угол опережения зажигания. В целом с увеличением частоты вращения коленчатого вала эффективность сгорания увеличивается.
Нагрузка. Уменьшение нагрузки осуществляется поворотом (закрытием) дроссельной заслонки, которое приводит к уменьшению коэффициента наполнения и росту коэффициента остаточных газов. Кроме этого уменьшаются давление и температура в конце сжатия. Все это уменьшает скорость развития пламени в первой фазе сгорания и снижает скорость распространения фронта пламени во второй и третьей фазах сгорания. Их протекание замедляется, особенно при малых нагрузках и низких частотах вращения коленчатого вала. Для того чтобы в какой-то мере компенсировать ухудшение динамики сгорания на малых нагрузках прибегают к обогащению горючей смеси и увеличению угла опережения зажигания. Ухудшение сгорания на малых нагрузках является большим недостатком карбюраторного двигателя, так как оно влечет за собой перерасход топлива и увеличение окиси углерода и углеводородов в отработавших газах.

Конструктивные факторы, влияющие на процесс сгорания:

Форма камеры сгорания. Турбулизация, которая возникает в процессе впуска, может быть не только сохранена, но и усилена на такте сжатия при перетекании заряда из цилиндра в камеру сгорания. Для этого камера сгорания имеет специальную форму. Завихрение улучшает однородность рабочей смеси, что особенно положительно влияет на сгорание во второй и третьей фазах. Для улучшения турбулизации применяют тангенциальное расположение впускных каналов перед клапанами и так называемые вытеснители, которые представляют собой зазоры между поверхностью головки цилиндров и днищем поршня. Различные конструкции камер сгорания представлены на рисунке.

Рис. Различные конструкции камер сгорания двигателей с исковым зажиганием: а — полусферическая; б — плоскоовальная; в — клиновая; г — полуклиновая: д — шатровая; 1 — вытеснитель

Рис. Устройство карбюраторного двигателя с форкамерно-факельным зажиганием

Из уравнений видно, что на величину коэффициента наполнения влияют давление ра и температура Та в конце впуска, подогрев заряда AT, коэффициент остаточных газов уост, температура Тг, а также степень сжатия е. Наибольшее влияние оказывает величина — или —. РоРп

Значения этих величин, как было показано выше, зависят от ряда факторов. При подготовке к производству новых образцов двигателей стремятся по возможности уменьшить отрицательное влияние этих факторов на наполнение двигателя. Тщательная обработка внутренней поверхности впускного трубопровода и рациональная его конструкция с наименьшим числом поворотов обеспечивают снижение сопротивлений во впускной системе; более совершенная организация выпуска отработавших газов способствует уменьшению количества остаточных газов; возможность регулирования обогрева впускного трубопровода позволяет в карбюраторных двигателях избежать чрезмерного подогрева свежего заряда.

Наполнение двигателя при постоянном числе оборотов и изменении нагрузки. Изменение нагрузки в карбюраторных двигателях при постоянном числе оборотов коленчатого вала достигается перемещением дроссельной заслонки, в результате этого уменьшается или увеличивается количество поступающей в цилиндр горючей смеси.

При снижении нагрузки дроссельную заслонку прикрывают, вследствие уменьшения проходного сечения гидравлические сопротивления во впускной системе возрастают, что приводит к понижению давления ра. Штриховой линией показана индикаторная диаграмма газообмена при прикрытой дроссельной заслонке. Из диаграммы видно, что в этом случае в процессе впуска давление в цилиндре понижается, вследствие чего коэффициент наполнения уменьшается.

Во впускной системе дизелей отсутствуют какие-либо устройства, изменяющие количество подаваемого в цилиндр воздуха, так как изменение нагрузки в дизеле достигается регулированием количества впрыскиваемого топлива. Следовательно, при постоянном числе оборотов коленчатого вала гидравлические сопротивления во впускной системе дизеля остаются неизменными.

На величину коэффициента наполнения в дизеле при изменении нагрузки влияет только подогрев воздуха.

При увеличении нагрузки из-за выделения большего количества теплоты повышается температура стенок цилиндра, днища поршня и головки цилиндров. В результате этого по мере увеличения нагрузки поступающий в цилиндр воздух подогревается больше, и коэффициент наполнения несколько снижается.

Наполнение двигателя при переменных числах оборотов. Как видно из уравнения , потери давления во впускной системе прямо пропорциональны квадрату скорости движения заряда.

При повышении числа оборотов двигателя скорость движения заряда во впускной системе увеличивается примерно пропорционально числу оборотов. В связи с этим растут соответственно гидравлические сопротивления, а давление ра понижается. Такая же картина наблюдается и в выпускной системе, где с повышением числа оборотов растет давление остаточных газов рг и увеличивается их количество.

При повышении скоростного режима подогрев заряда из-за сокращения времени соприкосновения его с горячими стенками уменьшается.

Как показали опыты, у большинства автомобильных двигателей подогрев по сравнению с возрастающими сопротивлениями на впуске и выпуске меньше влияет на г]у.

В результате совместного действия этих факторов после достижения скоростного режима, при котором при соответствующим образом подобранных фазах газораспределения гу имеет наибольшее значение, дальнейшее увеличение числа оборотов приводит к уменьшению коэффициента наполнения.

На рис. 48 показано изменение коэффициента наполнения карбюраторного двигателя и дизеля в зависимости от числа оборотов. Наибольшие коэффициенты наполнения rvУ обоих двигателей соответствуют определеннымчислам оборотов.

Снижение коэффициента наполнения и у при уменьшении числа оборотов объясняется усилением подогрева заряда вследствие увеличения промежутка времени, в течение которого он соприкасается со стенками, и несоответствием фаз газораспределения условиям газообмена при пониженном числе оборотов. Необходимо отметить, что при малых числах оборотов увеличивается утечка заряда через поршневые кольца (особенно у двигателей с большим износом поршневых колец и зеркала цилиндра).

Из рис. 48 видно, что коэффициент наполнения rjyпри полной нагрузке у дизеля (кривая 2) несколько выше, чем у карбюраторного двигателг (кривая 3) и меняется менее значительно в зависимости от скоростного режима. Это объясняется тем, что во впускной системе дизеля отсутствуют карбюратор и дроссельная заслонка,вследствиечегоГидравлическиесопротивления у него меньше.

У карбюраторного двигателя по мере прикрытия дроссельной заслонки из-за возрастающих сопротивлений коэффициент наполнения падает более резко (кривые 4 и 5). Такая зависимость коэффициента наполнения от числа оборотов при прикрытии дроссельной заслонки, как будет показано ниже, обеспечивает ограничение наибольшего числа оборотов при снижении нагрузки и

устойчивую работу двигателя при наименьшем числе оборотов холостого хода.

В дизеле из-за уменьшения подогрева воздуха при снижении нагрузки коэффициент наполнения rvрастет. Кривая 1 показывает изменение коэффициента наполнения дизеля при его работе на холостом ходу.

Влияние степени сжатия. При изменении степени сжатия меняются условия подогрева заряда в цилиндре двигателя, а также количество остаточных газов и их температура. Влияние отдельных факторов при этом взаимно компенсируется. Опыты показали, что коэффициент наполнения практически независит отстепенисжатия.

Влияние размеров цилиндра, отношения хода поршня к диаметру цилиндра и расположения клапанов. При больших диаметрах цилиндра можно разместить клапаны большего диаметра. Увеличение диаметра впускного клапана позволяет осуществить процесс впуска при меньшей скорости движения заряда, что приводит к снижению гидравлических потерь и повышению коэффициента наполнения.

В настоящее время большое распространение получают корот-коходные двигатели, в которых отношение хода поршня к диаметру цилиндра меньше единицы. Одним из преимуществ этих двигателей, имеющих сравнительно большой диаметр цилиндра, является возможность размещения в головке цилиндров клапанов большого диаметрапри верхнем их расположении.

На рис. 49 показаны конструктивные схемы впускных каналов карбюраторных двигателей и дизелей. Верхнее расположение клапанов и соответствующая форма впускных каналов обеспечивает плавный впуск свежего заряда. В этом случае гидравлические сопротивления снижаются и коэффициент наполнения увеличивается. Кроме того, при наличии впускных каналов специальной формы образуется направленное движение рабочей смеси в цилиндре, необходимое для лучшего протекания процесса смесеобразования и сгорания.

Влияние фаз газораспределения. Коэффициент наполнения зависит от продолжительности и момента открытия и закрытия впускных и выпускных органов, т. е. от фаз газораспределения.

Влияние фаз газораспределения на коэффициент наполнения не поддается расчету, и их выбор производится опытным путем. С учетом влияния фаз газораспределения коэффициент наполнения для четырехтактного двигателя можно подсчитать по уравнению
коэффициент дозарядки, учитывающий дополнительное количество заряда, поступающего при движении поршня от н. м. т. до момента закрытия впускного клапана (линия а4, рис. 42, б).

коэффициент продувки, учитывающий дополнительную очистку цилиндров в период перекрытия клапанов при нахождении поршня вблизи в. м. т.

Для четырехтактных двигателей с наддувом вместо Т0 и р0 в уравнения (192), (193) и (194) необходимо подставлять значения Тк и рк.

Выбранные опытным путем фазы газораспределения обеспечивают оптимальные условия по наполнению для некоторого интервала изменения скоростного режима двигателя. Это означает, что для автомобильных двигателей, работающих в широком диапазоне изменения чисел оборотов коленчатого вала, нельзя подобрать фазы газораспределения так, чтобы они были наилучшими для всех случаев. Число оборотов, при котором производят подбор фаз, выбирают в зависимости от требований, предъявляемых к двигателю при его эксплуатации.

Влияние колебательных явлений в трубопроводах. В трубопроводах автомобильных двигателей в процессе впуска и выпуска возникает колебательное движение газов, приводящее к образованию волн давления. Это явление можно использовать для увеличения массы поступающего в цилиндр заряда. Если, например, настроить выпускную систему так, чтобы к концу процесса выпуска в момент перекрытия клапанов в ней образовалось разрежение, то количество отработавших газов, вытекающих из цилиндра, увеличится, а уос?„ уменьшится. В результате этого в цилиндр двигателя поступит большее количество свежего заряда.

ВЛИЯНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА РАБОТУ КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

В настоящем параграфе рассматривается влияние на индикаторную диаграмму и основные показатели работы карбюраторных двигателей тех факторов, которые для определенного типа двигателя могут изменяться в условиях эксплуатации. К таким факторам относятся:

1) угол опережения зажигания;

2) состав горючей смеси, характеризуемый величиной коэффициента избытка воздуха а;

3) число оборотов коленчатого вала двигателя;

5) интенсивность охлаждения;

6) вид топлива и масла;

7) состояние окружающего атмосферного воздуха характеризуемое его давлением, температурой и влажностью;

Влияние изменения угла опережения зажигания на работу двигателя

Влияние на индикаторную диаграмму. Влияние момента зажигания на индикаторную диаграмму можно видеть на фиг. 56 и 57, где представлено несколько индикаторных диаграмм карбюраторного двигателя, полученных при постоянном числе оборотов, постоянном полном открытии дросселя и при различных углах опережения зажигания. ,

Из рассмотрения представленных диаграмм следует, что при переходе от более раннего к более позднему зажиганию (от точки 1 к точке 3) линии видимого сгорания получаются более пологими, с меньшей величиной максимального давления, а линии расширения располагаются выше.

Уменьшение быстроты нарастания давления здесь объясняется тем, что при более позднем зажигании сгорание начинается позже и в значительной части переносится на такт расширения. Рост давления при этом замедляется за счет ускоренного увеличения объема газов в цилиндре за период сгорания.

В том же направлении влияет и уменьшение скорости сгорания смеси при позднем зажигании.

Более высокое расположение линии расширения при позднем зажигании объясняется тем, что при переходе к позднему зажиганию уменьшаются не только полезная работа газов за период сгорания, но и потери, связанные с теплоотдачей в стенки (вследствие меньших температур газов в начале расширения) и с утечкой газов через не плотности (вследствие меньших их давлений). В результате этого при позднем зажигании внутренняя энергия газов на тех же участках второй части хода расширения должна быть больше, чем при более раннем зажигании. Кроме того, увеличенные давления и температуры газов в цилиндре в конце хода расширения при переходе к позднему зажиганию получаются вследствие усиленного догорания топлива при расширении.

Влияние изменения угла опережения зажигания на температуру выпускных газов, выпускных клапанов и стенок цилиндра.

Из индикаторных диаграмм, представленных на фиг. 56 и 57, следует, что при уменьшении угла опережения зажигания должны увеличиваться как давление, так и температура газов в цилиндре в момент начала открытия выпускного клапана. Это неизбежно должно привести к повышению средней температуры выпускных газов, а вместе с тем и температуры выпускных клапанов, поскольку тарелки этих клапанов будут омываться более горячими газами.

Иногда выпускной коллектор и выпускная труба двигателя перегреваются настолько, что становятся светло-красными. В подавляющем большинстве случаев это является признаком установки чрезмерно позднего зажигания.

Момент зажигания влияет также на температуру стенок и головки цилиндра. При установке более раннего зажигания становятся более высокими температуры газов в цилиндре за период видимого сгорания при меньшей скорости поршня за этот период времени. Поэтому стенки камеры сгорания при более раннем зажигании получают больше теплоты и имеют более высокую температуру. Данное явление обычно бывает более резко выражено в двигателях с воздушным охлаждением, при котором труднее, чем при жидкостном, осуществить отвод теплоты в охлаждающую среду. При изменении момента зажигания в двигателе происходит как-бы перераспределение теплоты. При переходе к более позднему зажиганию увеличивается температура выпускных газов а с ней вместе и температура выпускных клапанов, тогда как количество теплоты, воспринимаемое головкой цилиндра, и её температура становятся при этом несколько меньше.

Влияние изменения угла опережения зажигания на детонацию.

Из индикаторных диаграмм, представленных на фиг. 56 и 57, видно, что с увеличением угла опережения зажигания процесс видимого сгорания заканчивается раньше и максимум кривой давлений располагается ближе к в. м. т.

Поскольку при этом изменяются температура и давление в конце процесса видимого сгорания (факторы, оказывающие решающее влияние на детонацию), то с изменением угла опережения зажигания должна в значительной степени изменяться и

склонность к детонации.

Так, при переходе от более позднего к более раннему зажиганию за счет увеличения температуры и давления смеси, сгорающей в цилиндре двигателя в последнюю очередь, создаются условия, способствующие переходу нормального сгорания в детонационное и работа двигателя с детонацией становится более вероятной. Это и наблюдается на практике. Во многих случаях для устранения детонации достаточно бывает несколько уменьшить опережение зажигания. При правильном подборе топлива к двигателю (или наоборот) выбранный наивыгоднейший угол опережения зажигания должен гарантировать полное отсутствие детонации при длительной работе двигателя на рассматриваемом режиме.

Влияние состава смеси на работу двигателя

Подбор рациональной регулировки карбюратора, обеспечивающей получение горючей смеси надлежащего состава для всех рабочих режимов двигателя, осуществить весьма трудно, не зная, как и в какой степени состав горючей смеси влияет на основные показатели работы двигателя. Поэтому в дальнейшем несколько подробнее рассмотрена зависимость между коэффициентом избытка воздуха а и различными параметрами характеризующими рабочий процесс двигателя.

Влияние а на скорость сгорания горючей смеси, наивыгоднейший момент зажигания и жесткость работы двигателя.

1) состав горючей смеси оказывает чрезвычайно большое влияние на скорость сгорания;

2) наиболее быстрое сгорание получается при а = 0,8 - 0,9, т. е. при некотором недостатке воздуха против теоретического его количества, ^

3) уменьшение скорости сгорания при дальнейшем обогащении смеси (при а 0,8—0,9).

При значениях а ≈ 0,4 и а ≈ ^1,4 горючая смесь в карбюраторных двигателях перестает воспламеняться, в первом случае—за счет переобогащения, а во втором—в результате ее переобеднения. Значение а ≈ 0,4 соответствует высшему, а значение а ≈ 1,4—низшему пределам горючести смеси.

Влияние а на мощность и экономичность работы двигателя

Практика с достаточной убедительностью показала, что изменение величины коэффициента избытка воздуха оказывает весьма значительное влияние на эффективную мощность двигателя и

что максимум этой мощности у карбюраторных двигателей получается на полном дросселе всегда при а ≈ 0,8 -- 0,9.

Влияние а на устойчивость работы двигателя. Подбор экономичной регулировки карбюратора должен производиться с таким расчетом, чтобы не нарушалась устойчивая работа двигателя.

Малоустойчивую и неустойчивую работу двигатель может иметь при бедных смесях за счет колебаний расхода топлива по причине несовершенства карбюратора и топливоподающей системы в целом (например, вследствие засорения бензиноподвода от бака, колебания уровня топлива в поплавковой камере, засорения каналов и жиклеров карбюратора, понижения давления топлива после топливной помпы, засорения топливного фильтра и пр.).

Влияние а на приемистость двигателя. Под приемистостью двигателя понимается быстрота увеличения его числа оборотов при резком открытии дросселя.

Очевидно, что указанная быстрота возрастания числа оборотов будет зависеть от масс, вращаемых валом двигателя, и потому приемистость есть понятие чисто относительное. Чем быстрее в результате открытия дросселя возрастает число оборотов двигателя, тем быстрее совершается и разгон машины, на которой данный двигатель установлен.

Из практики хорошо известно, что в результате резкого открытия дроссельной заслонки, до тех пор пока не установится скорость движения смеси через впускную систему, соответствующую новому режиму работы двигателя, происходит обеднение горючей смеси. Поэтому в момент разгона машины двигателю приходится работать на составах смеси, более близких к нижнему пределу горючести, при которых меньше мощность и менее устойчива работа.

В тех случаях, когда установлена экономичная регулировка и карбюратор не имеет специальных устройств для обогащения смеси в момент быстрого открытия дросселя, состав смеси, в результате дальнейшего ее обеднения, может оказаться вне пределов горючести. В таких случаях двигатель, несмотря на увеличение, или резко снижает обороты, или же совсем останавливается.

Быстрый разгон и хорошая приемистость двигателя при богатых смесях получаются потому, что эта смесь, обедняясь при резком открытии дросселя, все же остается достаточно богатой и в момент разгона лежит еще далеко от нижнего предела ее горючести.

Влияние числа оборотов на работу двигателя

Влияние п на протекание процесса сгорания, наивыгоднейший момент зажигания и жесткость работы. Многочисленными экспериментами установлено, что при изменении числа оборотов угол поворота коленчатого вала, соответствующий периоду видимого сгорания, а следовательно, и наклон линии сгорания на развернутой индикаторной диаграмме практически мало меняются.

Это объясняется увеличением скорости сгорания при повышении числа оборотов главным образом за счет усиленного вихревого движения смеси в цилиндре в период сгорания.

Требуемое на практике увеличение угла опережения зажигания при повышении числа оборотов в основном является следствием увеличения числа градусов угла поворота вала, соответствующего первому (скрытому) периоду сгорания. Так, опытами установлено, что для развития процесса сгорания независимо от числа оборотов необходимо иметь определенное время, выраженное в долях секунды. Очевидно, за это время при различных числах оборотов коленчатый вал повертывается на разные углы, большие при большем n и меньшие при меньшем n .

Влияние дросселирования на работу двигателя

Регулирование крутящего момента карбюраторных двигателей осуществляется дросселированием, т. е. изменением количества горючей смеси, поступающей в цилиндр за один рабочий цикл.

Изменение положения дроссельной заслонки, непосредственно влияя на наполнение цилиндра, а следовательно, и на количество сгорающего в нем топлива, приводит к изменению ряда других факторов, характеризующих протекание рабочего процесса двигателя.

Влияние дросселирования на скорость сгорания, жесткость работы и наивыгоднейший момент зажигания. Помимо уменьшения коэффициента наполнения и давления газов в цилиндре в конце впуска, при дросселировании двигателя в значительной степени возрастает коэффициент остаточных газов . При условии сохранения постоянства числа оборотов количество молей остаточных газов Мг при дросселировании изменяется сравнительно мало, поскольку гидравлическое сопротивление выпускной системы, обусловливающее величину давления этих газов достается почти без изменения. Количество же свежей горючей смеси М₁ при дросселировании уменьшается весьма значительно. Указанные явления приводят к значительному увеличению процентного содержания в смеси остаточных газов. Это, естественно, отражается и на скорости сгорания.

Уменьшение скорости сгорания при дросселировании является причиной уменьшения жесткости работы двигателя вследствие более пологого подъема линии давлений при сгорании и вместе с тем причиной необходимости установки более раннего зажигания, для того чтобы получить индикаторную диаграмму с большим средним давлением.

Влияние дросселирования на тепловое состояние двигателя.

Уменьшение коэффициента наполнения при дросселировании приводит к уменьшению количества топлива, сгорающего за один цикл в цилиндре, а следовательно, и к уменьшению количества теплоты, выделяемой при сгорании за то же время.

Это обстоятельство влечет за собой понижение средней температуры газов за рабочий цикл, в результате чего снижаются температуры стенок камеры сгорания и двигатель работает при меньших тепловых нагрузках.

Влияние дросселирования на детонацию. Практика показала, что детонация в значительной мере зависит от степени открытия дроссельной заслонки. Так, если при работе на детонирующем топливе на полном дросселе или при положении его, близком к полному открытию, наблюдается детонация, то дросселированием всегда можно добиться полного ее исчезновения.

Уменьшение детонации при дросселировании происходит как за счет увеличения процентного содержания в смеси остаточных газов, так и вследствие значительного снижения давления и температуры газов в конце сгорания и температуры стенок камеры сгорания.

Влияние дросселирования на регулировку карбюратора. Состав свежей горючей смеси, соответствующий регулировкам на максимальную мощность и минимум удельных расходов топлива при дросселировании, не остается постоянным. Оказывается, что при переходе к меньшим открытиям дросселя необходимо уменьшать величины коэффициентов избытка воздуха.

При работе на полном дросселе нет смысла иметь регулировку, точно совпадающую с, регулировкой на максимальную мощность. Ввиду ничтожного влияния а на величину мощности в диапазоне этой регулировки, выгоднее при работе с полным открытием дросселя иметь а несколько больше, чем точно соответствующее максимальной мощности; это дает значительное снижение удельных расходов топлива при сохранении почти той же мощности.

Влияние интенсивности охлаждения на работу двигателя

Как показал ряд испытаний, влияние температуры охлаждающей среды на основные показатели работы двигателя в значительной мере зависит от рода охлаждающей среды (вода или воздух), от конструкции системы охлаждения, от расположения и способа подогрева впускного трубопровода, от сорта применяемого масла и от других факторов.

При недостаточном охлаждении стенки цилиндра и камеры сгорания перегреваются, наблюдается разжижение масла на зеркале цилиндра, ввиду чего увеличивается работа трения, начинаются горение масла и пригорание поршневых колец, уменьшается компрессия, появляются преждевременные вспышки и „хлопки" в карбюраторе вследствие перегрева клапанов, начинается сгорание с детонацией, понижается коэффициент наполнения, падает мощность двигателя и пр. С другой стороны, чрезмерное охлаждение стенок цилиндра также отрицательно сказывается на работе двигателя, так как в данном случае, несмотря на увеличение коэффициента наполнения, связанного с понижением температуры смеси, увеличиваются потери теплоты с охлаждением и возрастают механические потери за счет увеличения трения поршня о зеркало цилиндра, которое при этом будет покрыто более холодным, а следовательно, и более вязким маслом.

Влияние топлива и масла на работу двигателя

На одном и том же двигателе при одном и том же режиме его работы детонация в значительной мере зависит от вида применяемого топлива.

Для уменьшения детонации, а следовательно, и для возможности применения наддува и повышения степени сжатия обычно прибавляют к бензиновому топливу некоторые количества или труднодетонирующих топлив, или же других специальных веществ — антидетонаторов.

Иногда прибавляют к бензину и трудно детонирующие топлива и антидетонаторы.

К трудно детонирующим топливам относятся углеводороды, обладающие высокими антидетонационными свойствами.

При работе двигателей внутреннего сгорания часть смазочного масла попадает в камеру сгорания, где и воспламеняется вместе с топливом.

Количество сгорающего в цилиндре масла в основном зависит от качества приработки к упругости уплотняющих поршневых колец, от количества и конструкции маслосбрасывающих колец, числа оборотов двигателе.

Многочисленные опыты показали, что сгорание масла цилиндре влияет на работу двигателя и в первую очередь на детонацию. За весьма немногими исключениями, как общее правило можно считать вполне установленным, что примешивание к топливу любых количеств масла понижает антидетонационные свойства топлива и в значительной степени парализует действие антидетонаторов.

Влияние атмосферных условий на работу двигателя

Состояние атмосферного воздуха характеризуется тремя параметрами: давлением, температурой и влажностью.

Многократные испытания показали, что изменение указанных параметров заметным образом сказывается на показателях работы карбюраторных двигателей и, потому должно соответствующим образом учитываться.

Влияние давления атмосферного воздуха на индикаторную мощность. Ряд экспериментов показал, что для двигателей, работающих без наддува, может быть принята с практически вполне достаточной точностью прямолинейная зависимость между индикаторной мощностью и абсолютным давлением поступающего в карбюратор воздуха.

Такая зависимость непосредственно вытекает из того, что среднее индикаторное давление прямо пропорционально давлению начала сжатия Ра.

Влияние температуры атмосферного воздуха на индикаторную мощность. При условии сохранения постоянства индикаторного к. п. д. и коэффициента избытка воздуха при п = const изменение индикаторной мощности прямо пропорционально изменению весового количества воздуха, поступающего в двигатель за рабочий цикл

Влияние влажности атмосферного воздуха на индикаторную мощность. Экспериментами установлено, что при увеличении влажности поступающего в цилиндр воздуха мощность двигателя уменьшается.

Влияние нагарообразования на детонацию

Образующийся на стенках камеры сгорания и днище поршня нагар ускоряет появление детонации, так как, являясь плохим проводником теплоты, он повышает температуру смеси, сгорающей в последнюю очередь. Кроме того, отдельные частицы нагара, вследствие плохой передачи от них теплоты к стенкам, могут оставаться раскаленными в течение всего рабочего цикла и тем самым способствовать образованию вблизи себя очагов детонации (и преждевременной вспышки).

Рабочим циклом двигателя внутреннего сгорания называют совокупность процессов, повторяющихся в цилиндре в такой последовательности: впуск свежего заряда, сжатие, расширение или рабочий ход, выпуск.

Цикл может быть осуществлен либо за четыре, либо за два такта. В первом случае цикл называется четырехтактным, во втором – двухтактным.

Рабочий цикл поршневого двигателя проходит по одной из двух схем, представленных на рис.1. На схеме, изображенной на рис.1,а, представлен рабочий цикл с внешним смесеобразованием (бензиновые и газовые двигатели), а на рис.1,б – рабочий цикл с внутренним смесеобразованием (дизели и бензиновые с непосредственным впрыском).

Рисунок 1 – Схемы рабочего цикла двигателей

а) с внешним смесеобразованием; б) с внутренним смесеобразованием

Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя

При рассмотрении цикла условно принять, что начало рабочего цикла совпадает с ВМТ, а каждый такт начинается и заканчивается в одной из мертвых точек.

Первый такт – впуск

При вращении коленчатого вала (по направлению стрелки) поршень перемещается из ВМТ в НМТ, впускной клапан открывается, выпускной клапан закрыт. Через открытый клапан цилиндр соединяется с системой впуска. Вследствие гидравлического сопротивления впускного трубопровода, впускного клапана и увеличения объема при перемещении поршня давление в цилиндре становится меньше атмосферного и воздух поступает в цилиндр. Горючая смесь, состоящая из паров мелкораспыленного топлива и воздуха, поступает под действием разряжения из впускного трубопровода в цилиндр, где смешивается с небольшим количеством остаточных газов, оставшихся от предыдущего цикла, и образует рабочую смесь.

При подходе поршня к НМТ давление в цилиндре на 0,01…0,02 МПа меньше атмосферного, а температура смеси вследствие подогрева от контакта с нагретыми деталями двигателя и перемешивания с отработавшими газами повышается до 350…390 К.

Второй такт – сжатие

Такт впуска заканчивается, когда поршень приходит в НМТ. При дальнейшем повороте коленчатого вала поршень перемещается из НМТ в ВМТ и сжимает рабочую смесь. В течение такта сжатия оба клапана остаются закрытыми.

Объем смеси при сжатии уменьшается, а давление внутри цилиндра увеличивается и достигает (в зависимости от степени сжатия) 1,0…1,5 МПа, а температура 600…650 К.

Для наилучшего использования теплоты, выделяющейся при сгорании, необходимо, чтобы сгорание топлива заканчивалось при положении поршня, возможно близком к ВМТ. Поэтому воспламенение топлива в бензиновых двигателях, осуществляемое электрической искрой, обычно производится до прихода поршня к ВМТ.

Третий такт – расширение или рабочий ход

Оба клапана закрыты. Сжатая рабочая смесь воспламеняется и быстро сгорает, образуя большое количество горячих газов, вследствие чего в цилиндре резко увеличиваются температура и давление. Под действием давления газов поршень перемещается к НМТ, газы расширяются и совершают полезную работу.

В начале расширения давление составляет 3…4 МПа, температура 2300…2500 К, а при подходе поршня к НМТ, вследствие увеличения объема, давление снижается до 0,3…0,5 МПа, а температура составляет 1200…1500 К.

Четвертый такт – выпуск

Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод и в атмосферу.

При такте выпуска не достигается полная очистка цилиндра от отработавших газов, поэтому в конце выпуска давление в цилиндре составляет 0,105…0,120 МПа, а температура 700…900 К.

После окончания такта выпуска рабочий цикл повторяется в рассмотренной выше последовательности.

Только при такте расширения совершается полезная работа, а остальные такты являются вспомогательными и поршень при этих тактах перемещается за счет энергии вращающегося коленчатого вала с маховиком и работы других цилиндров (в многоцилиндровых двигателя).

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Рабочий цикл четырехтактного дизеля, как и рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя, состоит из четырех повторяющихся тактов: впуска, сжатия, расширения газов или рабочего хода и выпуска. Однако рабочий цикл дизеля существенно отличается от рабочего цикла бензинового двигателя. В цилиндр дизеля поступает чистый воздух, а не горючая смесь. Воздух сжимается с высокой степенью сжатия, вследствие чего значительно повышается его давление и температура. В конце сжатия в нагретый воздух из форсунки впрыскивается мелкораспыленное топливо, воспламеняющееся не от электрической искры, а от соприкосновения с горячим воздухом.

Первый такт – впуск

При движении поршня от ВМТ к НМТ давление в цилиндре снижается вследствие гидравлического сопротивления воздухоочистителя, впускного трубопровода и через открытый впускной клапан в цилиндр поступает очищенный воздух. Воздух перемешивается с небольшим количеством оставшихся от предыдущего цикла отработавших газов, температура его повышается, но меньше, чем в бензиновом двигателе, так как количество остаточных газов в цилиндре дизеля меньше, чем в бензиновом двигателе. Кроме того, подогрев воздуха происходит и от контакта с нагретыми деталями двигателя, и в конце такта впуска температура воздуха достигает 320…350 К, а давление 0,08…0,09 МПа.

Второй такт – сжатие

Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Давление и температура воздуха увеличиваются и при подходе поршня к ВМТ составляют: давление 4,0…5,5 МПа, а температура 850…1000 К. В конце такта сжатия с помощью насоса через форсунку в цилиндр под высоким давлением впрыскивается мелкораспыленное топливо. Давление впрыскивания составляет 13,0…18,5 МПа. Топливо от соприкосновения с нагретым воздухом испаряется, его пары перемешиваются с воздухом и воспламеняются.

Третий такт – расширение или рабочий ход

При сгорании топлива, вследствие подвода большого количества теплоты, резко увеличивается давление и температура образовавшихся газов.

В начале такта расширения давление газов составляет 6,0…8,0 МПа, а температура 2100…2300 К.

Под действием давления поршень из ВМТ перемещается в НМТ, совершая полезную работу. Объем цилиндра увеличивается, давление и температура газов снижаются и при подходе поршня к НМТ составляют: давление 0,2…0,4 МПа, температура 800…1200 К.

Четвертый такт – выпуск

Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются через выпускной трубопровод в атмосферу.

В конце такта выпуска давление газов 0,11…0,12 МПа, температура 800…900 К.

После такта выпуска рабочий цикл дизеля повторяется.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя

В двухтактных двигателях время, отводимое на рабочий цикл, используется более полно, так как процессы впуска и выпуска совмещены по времени с процессами сжатия и расширения. В отличие от четырехтактного двигателя очистка цилиндра от отработавших газов и наполнение его свежим зарядом происходит при положении поршня вблизи НМТ. При этом очистка цилиндра от отработавших газов осуществляется не выталкиванием их поршнем, а предварительно сжатым до определенного давления воздухом или горючей смесью.

На рис.2 представлена схема двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой.

Рисунок 2 – Схема двухтактного карбюраторного двигателя

1 – впускное окно; 2 – выпускное окно; 3 – свеча зажигания; 4 – цилиндр; 5 - поршень; 6 – перепускное окно; 7 – канал; 8 – герметичный картер

В этом двигателе нет специального механизма газораспределения. Вместо него цилиндр имеет окна: впускное окно 1, соединяющее цилиндр с карбюратором; выпускное окно 2 и перепускное окно 6, соединяющее цилиндр с герметичным картером при помощи канала 7. Перемещающийся внутри цилиндра поршень в определенной последовательности открывает и закрывает окна, выполняя функции механизма газораспределения. В цилиндр двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой горючая смесь поступает через картер. Для подготовки двигателя к работе необходимо сделать два подготовительных хода: первый – впуск горючей смеси в картер; второй – перепуск горючей смеси из картера в цилиндр.

Первый такт

Поршень 5 перемещается снизу вверх и боковой поверхностью сначала закрывает перепускное окно 6, а затем и выпускное 2. В цилиндре происходит сжатие рабочей смеси, а в картер вследствие разряжения из карбюратора поступает горючая смесь. При подходе поршня к ВМТ между электродами свечи зажигания появляется электрическая искра, в результате чего рабочая смесь в цилиндре воспламеняется и сгорает.

Второй такт

Образовавшиеся горячие газы расширяются и давят на поршень, вследствие чего он опускается вниз, совершая рабочий ход. В конце рабочего хода поршень сначала открывает выпускное окно 2, и отработавшие газы из цилиндра через глушитель выходят в атмосферу. Опускаясь ниже, поршень открывает перепускное окно 6, и горючая смесь по каналу 7 поступает в цилиндр, заполняет его и вытесняет отработавшие газы. Незначительная часть горючей смеси вместе с отработавшими газами выходит в атмосферу и не принимает участия в рабочем цикле.

Примечание: Параметры цикла (давление и температура) соответствуют параметрам четырехтактного бензинового двигателя.

Двухтактные двигатели, работающие по данной схеме газообмена, имеют сухой картер, т.е. в картере отсутствует смазочный материал. Для смазывания трущихся деталей двигателя смазочный материал добавляют к топливу в пропорции 1:20 по объему. Следовательно, горючая смесь в виде воздуха, топлива и масла обеспечивает при своем движении одновременно и смазку двигателя.

На рис.3 показан принцип действия четырех- и двухтактного двигателя внутреннего сгорания.

Интересное

Большинство опытных автолюбителей прекрасно понимают, что простота запуска двигателя внутреннего сгорания и стабильность его дальнейшей работы напрямую связаны со сжатием в бензиновом или дизельном двигателе. Также это оказывает большое влияние на мощность, расход топлива и моторного масла, а также на срок службы силового агрегата.

Достаточно открутить свечи зажигания в бензиновом двигателе или свечи накаливания в дизельном, а затем установить компрессор в отверстия для свечей через переходник. Затем двигатель раскручивает кривошип стартера, измеряя степень сжатия в каждом цилиндре и сравнивая ее со стандартом для этого типа двигателя.

Однако, хотя проводить измерения относительно легко, гораздо труднее определить точную причину отклонения, поскольку сжатие может быть низким или высоким по разным причинам. Ниже мы обсудим, почему у двигателя высокая компрессия, а также как ее можно уменьшить.

Высокая компрессия в двигателе

Таким образом, как упоминалось выше, на сжатие в трансмиссии могут влиять многие факторы. Начнем с повышенной компрессии. Во-первых, повышенная компрессия обычно указывает на проблемы в двигателе. Как правило, основной симптом — нестабильная работа двигателя, изменение цвета выхлопных газов и повышенный расход масла.

Другими словами, более высокое сжатие вызвано сажей на распределительных клапанах, скоплением кокса в камере сгорания и отложением впускных колец. Другой частой причиной является перегрев двигателя, когда масло теряет свои тепловые свойства и быстро загрязняет камеру сгорания.

К другим причинам относятся использование присадок к смазочным материалам, использование неподходящего или некачественного масла, непрерывная работа двигателя на некачественном топливе и т.д.

Также следует добавить, что несоблюдение сроков может привести к отклонениям от нормы. Простое смещение шкивов, отмеченное при замене ремня или цепи привода ГРМ, приведет к тому, что приводной элемент смещается на несколько зубцов (для ременных двигателей) или нескольких звеньев (для цепных двигателей) вперед или назад.

Во избежание возможных проблем особое внимание следует уделять совмещению меток на шкивах, корпусе двигателя и т.д., Т. Е. Совмещению зубчатого ремня и правильному натяжению цепи или ремня.

Также набор проблем со штоком клапана и кольцевыми уплотнениями может вызвать сильное сжатие. Если после снятия пробок излишки масла в цилиндрах хорошо видны в виде толстой масляной пленки на стенках цилиндров, это признак того, что сальники клапанов следует заменить.

Обобщая информацию, почему происходит повышение компрессии в двигателе, причины следующие:

большое количество масла в цилиндрах двигателя (заклинило кольца, изношены сальники клапанов и т.д.);
изменение объема камеры сгорания из-за отложений и нагара, а также перегрева двигателя и отложений от сгоревшего масла;

На практике это требует, чтобы измерения повторялись несколько раз на горячем двигателе, предпочтительно с использованием различных и предварительно откалиброванных устройств. Были случаи, когда на одной станции техобслуживания водитель определял компрессию, например, 12,5-13, после замеров, а на другой служебные индикаторы на всех цилиндрах были уже около 16.

Есть несколько методов, которые можно использовать для решения проблемы сильного сжатия. Первый — это демонтировать двигатель, физически очистить поршни и камеру сгорания от нагара, заменить кольца, гильзы клапанов и т.д. Более дешевым и менее эффективным решением является возможность разбить двигатель. Короче говоря, активный агентОчистка наливается на некоторое время на камеру сгорания для удаления отложений обрезки и углерода, а затем осадки промывают стенками, а поверхности уволены, когда двигатель работает.

Низкая компрессия в двигателе

Сразу обратите внимание, что как высокое, так и низкое сжатие вредно для двигателя. У нас есть низкое сжатие, когда двигатель слегка начинается от холода, дыма, не тянет, по-видимому, чрезмерно потребляет нефть и топливо и т.д. В бензиновых двигателях при попытке начать блок при низком сжатии, дополнительно наводнения свечей зажигания, которые еще больше усложняет ситуацию.

Обычно низкое сжатие на самом деле является протекающей камерой сгорания и повышенная слабость между элементами головки цилиндров. Если более точно, это расход стенки цилиндров, истощение или разрушение сжимающих и соскобных колец, поршневого дефекта, повреждения прокладки головки цилиндров, сгоревших клапанов и т.д.

В большинстве случаев двигатель потребует ухудшения, а затем взрывной или сопоставлением втулки в блоке цилиндра, замена колец или поршней с кольцами и т.д. Если двигатель сильно носится, это часто абсолютно говорить об общем двигателе Ремонт.

Что касается различных регенеративных добавок для увеличения сжатия, это решение довольно обсуждение. Мы не отрицаем, что в некоторых случаях лечение против двигателя двигателя, переход к более липкой смазке (например, от 5 Вт30 до 10 Вт40) и следующее использование дополнений в масле для увеличения сжатия позволяет повысить индикатор, уменьшить Расход смазки и дальнейшая эксплуатация двигателя более чем одним — десятки тысяч километров. Однако такие способы не всегда работают.

Тогда все таки придется сделать реконструкцию, а использование дополнений в нефть для некоторого льда также не проходит без дополнительных негативных последствий. Другими словами, иногда лучше начать ремонт двигателя, чем надевание ремонта на более позднее, заполнение нефтегатора не рекомендуется производителем, а также различными добавками.

Что в итоге

Как видите, высокая степень сжатия в бензиновом двигателе или дизельном устройстве не менее проблема, чем низкая степень сжатия. Кроме того, в этом случае потребление двигателя также значительно увеличивается, поскольку возникает повышенное давление в цилиндрах. В этой ситуации важные части и узлы начинают чувствовать значительную нагрузку.

Самое главное, чтобы понять, что высокое или низкое сжатие не является причиной неудачи, а следствия существующих проблем. Чтобы сохранить ресурсы двигателя и снизить его потребление, необходимо провести комплексную диагностику и ремонт и, таким образом, быстрое индикатор сжатия к рассчитанному стандарту.

В заключение отметим, что если значение сжатия изменилось, вы должны найти причину как можно скорее, чтобы предотвратить более серьезные последствия, особенно для высокого сжатия. Высокая степень сжатия может повредить головку цилиндров, пустых клапанов и т.д. Что значительно увеличивает общие затраты на последующий ремонт двигателя.

Читайте также: