Давление в цилиндре двигателя при сгорании топлива: Сгорание в цилиндре — Энциклопедия по машиностроению XXL

Содержание

Сгорание в цилиндре - Энциклопедия по машиностроению XXL

Возможность работы ДВС с принудительным воспламенением на спиртовом топливе с высоким коэффициентом избытка воздуха обеспечивает снижение выбросов окиси углерода и углеводородов, а пониженная максимальная температура продуктов сгорания в цилиндре приводит к уменьшению образования окислов азота.  [c.250]

От качества работы топливной аппаратуры зависят показатели, характеризующие работу дизеля мощность, удельный расход топлива, давление продуктов сгорания в цилиндре и т. д.  [c.173]


При работе ДВС на очень обедненных смесях, скажем при соотношении воздух — топливо более 18 1, выбросы NOx уменьшаются без заметного возрастания выбросов НС. Однако обеспечить нормальную работу автомобиля в таком режиме очень трудно, учащаются перебои зажигания (у двигателей более старых конструкций значительная доля вредных выбросов обусловлена как раз перебоями зажигания). Образование NO r сильно зависит не только от соотношения воздух — топливо, нон от температуры сгорания в цилиндре. Чем выше температура, тем интенсивнее образование окислов азота.  
[c.64]

На рис. V. 13 приведены осциллограмма давления сгорания в цилиндре и жесткость рабочего процесса.  [c.212]

Рис. V.13. Осциллограмма давления сгорания в цилиндре и жесткость рабочего
Примером активного потока может служить сгорание в цилиндрах теплового двигателя топлива и выделение при этом тепла, которое потом организуется во вращательный механический поток, снимаемый с вала двигателя.  [c.18]

Расширение — процесс увеличения объема продуктов сгорания в цилиндре двигателя. При этом тепловая энергия, выделившаяся при сгорании рабочей смеси, превращается в механическую работу. При расширении (рис. 3, в) поршень движется от ВМТ к НМТ, объем над поршнем возрастает, температура и давление газов падают. В конце расширения давление газов снижается до 0,3,..0,5 МПа, а температура — до 900...1200 °С.  

[c.19]

Параметры искрового разряда (энергия, продолжительность, зазор между электродами) влияют на развитие начала процесса сгорания в цилиндрах двигателя на режимах пуска, холостого хода, неустановившихся и частичных нагрузок.  [c.22]

Для нормального сгорания в цилиндрах двигателя и получения от двигателя максимальной мощности необходимо, чтобы бензин, применяемый в качестве топлива, обладал определенными свойствами. К основным свойствам бензинов относятся удельный вес, теплотворность, испаряемость и склонность к детонации. Кроме того, бензин не должен вызывать коррозии металла и должен сохранять свои качества длительное время без изменения.  [c.76]


КАП (картон асбестовый прокладочный) В качестве мягкого сердечника в комбинированном уплотнении для стыков головка - блок цилиндров карбюраторных двигателей и дизелей с максимальным давлением сгорания в цилиндрах до 7,0 МПа головка блока - выпускной коллектор карбюраторных двигателей  [c.
297]

ИЛИ воздуха поршень движется от и. м. т. к в. м. т., клапаны закрыты 3) сгорание рабочей смеси с выделением большого количества тепла, вызывающего значительное повышение давления н расширение продуктов сгорания в цилиндре при этом совершается работа расширения, передаваемая на коленчатый вал поршень движется от в. м. т. к н. м.т., клапаны закрыты 4) выпуск отработавших продуктов сгорания поршень движется от н. м. т. к в. м. т., выпускной клапан открыт. Выпуск протекает в два периода Е первом периоде удаление продуктов сгорания обусловливается избыточным давлением расширяющихся в цилиндре продуктов сгорания, во втором — вытесняющим действием поршня.  [c.272]

Когда нагрузка двигателя приближается к максимальной, что соответствует открытию дросселя на 85—90% и более, смесь должна иметь соотношение топлива и воздуха 1 12—1 13,5. Обогащенная смесь такого состава имеет наиболее высокую по сравнению со смесями другого состава скорость горения, а поэтому при ее сгорании в цилиндрах создается наибольшее давление и двигатель развивает максимальную мощность.

Однако в связи с тем, что количество воздуха в обогащенной смеси недостаточно для полного сгорания топлива, экономичность двигателя при работе на ней ухудшается.  [c.36]

При силе предварительной затяжки Р 3 min может произойти раскрытие газового стыка и, как следствие, прогорание прокладки и разрушение шпильки. Следует также учитывать, что в процессе эксплуатации двигателя сила Рп 3 уменьшается. Это происходит вследствие смятия стыковых поверхностей прокладок и стягиваемых деталей и возникновения в шпильках остаточных деформаций (при резких увеличениях давления сгорания в- цилиндре из-за детонации или неравномерной подачи топлива). Силу предварительной затяжки Р 3 принимают поэтому значительно большей силы Р 3 min  [c.132]

Для автомобильных двигателей применяется, как правило, жидкое или газообразное топливо. В абсолютном большинстве автомобильных двигателей нашей страны, в том числе и в изучаемых, применяется дизельное топливо или бензин. И дизельное топливо, и бензин являются продуктом переработки нефти и имеют достаточно высокую теплотворную способность. При сгорании одного килограмма дизельного топлива или бензина выделяется до И тыс. килокалорий тепла. Подготовка горючей смеси в карбюраторных и дизельных двигателях производится принципиально различными способами. В карбюраторном двигателе горючая смесь готовится при помощи специального прибора — карбюратора и поступает в цилиндры в готовом виде. Подготовка топлива к сгоранию в цилиндрах дизельного двигателя является более сложным процессом. За сотые и тысячные доли секунды, при постоянной периодичности процесса, необходимо подать в цилиндры двигателя определенную порцию топлива, распылить и испарить его, хорошо перемешать с определенной порцией воздуха и образовать горючую смесь, которая смогла бы быстро и полностью сгорать. После совершения рабочего хода необходимо за короткое время отвести отработавшие газы в атмосферу и очистить цилиндры. Эту сложную задачу выполняет система питания.

[c.75]

У двигателей, не имеющих фундаментной рамы, к картеру подвешиваются так называемые подвесные подшипники (фиг. 7), изготовляемые из стального литья или поковки, так как их крышки должны воспринимать полное давление сгорания в цилиндре. Фиксация крышки в горизонтальной плоскости достигается закраинами в блоке, точно совпадающими с соответствующими выступами на крышке или двухсторонними бугельными замками (фиг. 7).  

[c.241]

Сгорание в цилиндре 8. 17—19. 22—24 ---детонационное 18. 29. 50, 59—60. 85  [c.287]

Для того чтобы обеспечить полное сгорание, в цилиндр дизеля приходится вводить меньше топлива, чем теоретически возможно для данного количества воздуха. Следовательно, дизели работают при коэффициенте избытка воздуха большем единицы (в зависимости от типа двигателя при максимальной нагрузке а ==1,2—1,7). Высокое значение коэффициента избытка воздуха, характеризующее неполное использование воздушного заряда в рабочем объеме цилиндра, является одной из причин, определяющих более низкую величину среднего эффективного давления и литровой мощности дизелей по сравнению с карбюраторными двигателями.[c.221]


Во время работы реального двигателя к нему подключают специальный прибор-индикатор, который вычерчивает индикаторную диаграмму, характеризующую работу двигателя. По индикаторной диаграмме определяют величину полезной работы, совершенной продуктами сгорания в цилиндре двигателя, а также величину отрицательной работы, затраченной на преодоление механических сопротивлений.  
[c.201]

P — Рз — разность между максимальным давлением цикла (в точке 4) и давлением в начале видимого сгорания (в точке 3), а Доз — угол поворота коленчатого вала, соответствующий времени, прошедшему от момента начала видимого сгорания до момента, когда давление цикла достигает максимального значения. При нормальном протекании процесса сгорания в цилиндре автомобильного карбюраторного двигателя средняя величина степени нарастания давления находится в пределах 0,12—0,26 МН/(м "). Эта величина зависит от степени сжатия, степени завихрения смеси, угла опережения зажигания и других факторов.[c.29]

Если рабочая смесь перед воспламенением подвергается воздействию высоких температур и давлений, то нормальное сгорание в цилиндре двигателя при определенных условиях может перейти во взрывное (детонационное) сгорание или детонацию.  

[c.32]

Под давлением газов, образующихся в результа-, те сгорания в цилиндре рабочей смеси, поршень перемещается в цилиндре от одного крайнего положения до другого (рис. 5), совершая прямолинейное возвратно - поступательное движение. Положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси коленчатого вала двигателя наибольшее, называется верхней мертвой точкой (й. М.Т.). Положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси вала двигателя будет наименьшим, называется нижней мертвой точкой (н. м. т.). В мертвых точках поршень останавливается и направление его движения изменяется.  [c.19]

Процесс приготовления горючей смеси, начатый в карбюраторе, продолжается во впускном трубопроводе, где смесь подогревается для лучшего перемешивания и более полного сгорания в цилиндре. При недостаточном подогреве смеси часть топлива конденсируется на стенках трубопровода и цилиндров, смывая масло со стенок цилиндров. Однако при чрезмерном подогреве смеси затрудняется наполнение цилиндров.  

[c.80]

Нагревание газов в положении ВМТ достигается в результате сгорания в цилиндре топлива, перемешанного с воздухом. При этом повышается температура газов и их давление. Так как давление под поршнем равно атмосферному, а в цилиндре оно намного больше, то под действием разницы давлений поршень будет перемещаться вниз, при этом газы расширятся, совершая полезную работу. Работа, производимая расширяющимися газами, посредством кривошипно-шатунного механизма передается коленчатому валу, а от него на трансмиссию и колеса автомобиля.  [c.13]

При большом количестве легких фракций ускоряется сгорание в цилиндрах, что вызывает стуки двигателя и снижение его мощности.  [c.46]

Процесс расширения продуктов сгорания в цилиндре двигателя принимают политропическим, несмотря на то, что по ходу поршня показатель политропы меняется. В начале расширения идет интенсивное догорание топлива, а теплоотдача в стенки сравнительно  

[c.134]

На поршневых пальцах могут возникать задиры, трещины и очень редко — коррозия. Причинами этих повреждений могут быть а) отсутствие подачи или недостаточная подача масла в головной подшипник б) сильно загрязненное или несоответствующего качества масло в) высокое давление сгорания в цилиндре  [c.156]

Индикаторный к. п. д. в двигателях с наддувом при одних и тех же степенях сжатия может быть выше, чем в двигателях без наддува, так как при наддуве вследствие относительного уменьшения тепла, потерянного с охлаждающей жидкостью, на индикаторную работу и на повышение внутренней энергии газов идет соответственно большая часть подведенного тепла. Это, однако, должно быть обеспечено наличием совершенной топливной аппаратуры и высококачественной организацией рабочего процесса сгорания в цилиндре. В действительности же индикаторный к. п. д. при наддуве иногда оказывается меньше, чем при работе без наддува. Это объясняется более продолжительным впрыском топлива, вызванным именно применением неподходящей для двигателя, работающего с наддувом, топливной аппаратуры, а также недостатками в организации рабочего процесса.  

[c.124]

При высоких температурах (начиная с 1500 С) некоторая часть продуктов сгорания в цилиндре двигателя разлагается на составные элементы. Опыты показывают, что углекислый газ разлагается на окись углерода и свободный кислород, а водяные пары — на свободный водород и кислород.  [c.156]

Деление процесса сгорания в цилиндре двигателя на отдельные фазы (участки) носит чисто условный характер. К нему прибегают только для некоторого облегчения рассмотрения отдельных периодов действительного процесса в самом же деле в цилиндре двигателя происходят непрерывные и сложные химические процессы, не имеющие, за исключением первой и второй фаз. сколько-нибудь заметных границ. На снятых с двигателя индикаторных диаграммах или осциллограммах обычно хорошо видны лишь граница между первой и второй фазами и максимальное давление сгорания.[c.167]

При работе дизеля очень важное значение имеют как начало, так и продолжительность периода впрыскивания топлива. Весь процесс сгорания в цилиндре должен происходить около в. м. т. (степень предварительного расширения не должна быть более 1,4—1,5) только в этом случае можно снять с двигателя наибольшую мощность и обеспечить его экономичную работу. Поэтому очень важно организовать наиболее полное сгорание топлива за весьма короткий промежуток времени.  [c.177]


Удельный расход топлива на малых оборотах повышается вследствие замедленного горения и большей теплоотдачи через стенки цилиндра. Повышение удельного расхода топлива на больших оборотах объясняется возрастающими механическими потерями, а также ухудшением протекания рабочего процесса, в частности некоторым ухудшением качества сгорания в цилиндре двигателя.  [c.287]

Если здесь центральное колесо / (при (и,=0) сочетается с сателлитом 2 с внутренними зубьями, который выполнен заодно с роторным порпжем двигателя (рис. 15.18), получаюп1им вращение за счет изменения давления продуктов сгорания в цилиндре 3, то можно с вала водила снимать вращение с oj// = (02 2/(22— 2,). При этом точка В сателлита описывает эпитрохоиду, по которой вы 10лнеиа рабочая полость цилиндра 3.  [c.421]

На рис. 61 приведена принципиальная схема двигателя внутреннего сгорания. В цилиндре 6 двигателя расположен поршень 4. Шатун 7 соединен с помощью поршневого пальца 5 с поршнем с одной стороны и через кривошип 8 с валом двигателя 9 с другой стороны. Эти детали образуют крйвошипно-шатунный механизм. В верхней части цилиндра устанавливаются впускные 1 и выпускные 3 клапаны и форсунки 2 для подачи топлива.  [c.151]

Ртах — максимальное давление сгорания в цилиндре [кПсм г, /г — расстояние между серединами соседних подшипников (опор) [мм]  [c.558]

Значительное влияние на износ оказывает коррозия. Ко фозия особенно сильно действует на стенки цилиндра двигателя. В процессе сгорания в цилиндре образуются кислоты (азотная, серная и угольная), которые разрушающе действуют на стенки цилиндра, ускоряя их износ.  [c.232]

И. А. Плешанов [53] провел на одноцилиндровой установке исследование процесса сгорания в цилиндре авиационного двигателя М-17 (0=160 мм 5=190 лш п=1600 об/мин. степень сжатия г=6,35 угол опережения зажигания 6=25°). При исследовании переменным параметром являлся коэффициент избытка воздуха а. Характеристики процесса выгорания были выявлены обработкой индикаторных диаграмм.  [c.67]

В процессе сгорания в цилиндре образуются кислоты (азотная, серная и угольная), которые оказывают разрущающее действие на стенки цилиндра, ускоряя их износ.  [c.331]

Следует отметить, что предварительное сжатие воздуха не может существенно повысить давление наддува в дизеле СПГГ. В самом деле, в одноступенчатом поршневом компрессоре СПГГ воздух можно сжать до 7—8 ата, если не учитывать технологических ограничений, связанных в основном со смазкой цилиндров компрессора. Применение столь высокого давления наддува неизбежно привело бы к чрезмерному давлению сгорания в цилиндре дизеля (200—220 ата). В то же 66  [c.66]

Процесс изменения состояния газа при постоянном объеме имеет большое практическое значение. При работе некоторых двигателей внутреннего сгорания в цилиндр подается смесь горючего газа и воздуха (такая смесь называется горючей смесью) когда такую смесь зажигают при помощи искры, топливо мгновенно сгорает, и выделившееся тепло идет на нагревание образовавшихся продуктов сгорания. При этом процесс нагревания продуктов сгорания происходит так быстро, что поршень цилиндра, в котором все это происходит, не успевает заметно переместиться поэтому можно считать, что нагревание продуктов сгорания в этом случае происходит при у = onst.  [c.53]

При рассмотрении термодинанических циклов процесс сгорания в цилиндре двигателя заменяется подводом тепла извне. При этом предполагается, что рабочим телом является идеальный газ, имеющий постоянную или переменную теплоемкость. Рабочим телом переменной теплоемкости в процессе сжатия служит воздух, а при расширении — продукты сгорания постоянного состава. Подсчет параметров процесса сжатия и расширения производится по уравнению Клапейрона—Менделеева, т. е. по характеристическому уравнению состояния для идеальных газов.  [c.147]

Распространение пламени и сгорание топлива сопровождаются выделением тепла и повышением давления в цилиндре. Повышенное давление распространяется с участка горения по всей камере сгорания с большой скоростью. Нормальная скорость сгорания в цилиндре двигателя обычно достигает 20—35 м/сек скорость распространения волны давления во много раз больше (примерно 500—900 м/сек), поэтому повышение давления по всему объему камеры сгорания происходит почти одновременно при этом повышение давления сопровождается непрерывным сжатием еще не сгоревшей смеси. Сгорание топлива не кончается по фронту пламени, а продолл[c.151]

С увеличением степени сжатия повышается давление и температура горючей смеси в конце сжатия, что способствует сокращению периода задержки воспламенения и продолжительности сгорания (см. табл. 11). С повышением степени сжатия уменьшаются объем и поверхность камеры сгорания, что также способствует более быстрому окончанию сгорания в цилиндре двигателя и уменьшению отдачи тепла охлаждающей воде. В результате увеличивается теп-лоиспользование в цилиндре и повышаются мощность и экономичность двигателя.  [c.154]


Зрим в корень: сказки про компрессию двигателя

Залегшие кольца или трещина в клапане — значительно более частые причины снижения компрессии, чем износ двигателя.

2

Компрессия — это вульгаризм. Правильно — давление конца такта сжатия. Это давление, которое создается в цилиндре при выключенном зажигании (или без подачи топлива — для дизеля) при положении поршня в верхней мертвой точке. Так вот, многие диагносты по величине замеренной компрессии (прости, наука, за жаргон!) дают заключение: «жив пациент» или «в морг», то есть на капитальный ремонт. По мнению многих продвинутых автомобилистов, компрессия для мотора чуть ли не всё! Но так ли это?

Компрессия и степень сжатия — одно и то же: сказка первая


Нет, не так! Компрессия — это давление в цилиндре, степень сжатия — безразмерный параметр, описывающий геометрические параметры цилиндра: это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия (камера сжатия — это объем пространства над поршнем при его положении в ВМТ (еще он называется объемом конца сжатия — это то же самое). Называть ее камерой сгорания некорректно, поскольку сгорание топлива происходит во всем объеме цилиндра.) Компрессия от степени сжатия зависит, а степень сжатия от компрессии — нет! Компрессия зависит еще от кучи параметров: давления начала сжатия, регулировки фаз газораспределения, температуры, при которой проводится замер, протечек из камеры сгорания. А протечки определяются изношенностью колец и цилиндров. «Компрессия» — то максимальное давление, которое мы измеряем в цилиндре при выключенном зажигании.

1 no copyright

Поднял компрессию — увеличил мощность: сказка вторая


Не совсем так. Компрессию можно поднять двумя способами — увеличить степень сжатия или уменьшить протечки из камеры сгорания. Посмотрим, что будет в каждом случае: в нашем распоряжении стенд. Для начала уменьшим объем камеры сжатия. Проще всего для этого прошлифовать нижнюю плоскость головки цилиндров. У базового мотора «одиннадцатого» ВАЗа рабочий объем цилиндра чуть больше 370 кубиков. При штатной степени сжатия 9,8 объем камеры сжатия составит 42,6 см³. Можно посчитать, что, сняв 2 мм с посадочной поверхности головки блока цилиндров, мы уменьшаем объем камеры сжатия на 5,1 см³. Новая степень сжатия составит 11 единиц, то есть на 1,2 выше, чем у базового мотора. А теперь, просто из интереса, уберем еще 2 мм. Степень сжатия возрастает уже до 12,6. В учебнике находим нужную формулу и получаем: термический КПД цикла поршневого двигателя теоретически должен вырасти в первом случае минимум на 4%, во втором — на 9%. Здорово! А теперь ставим эти головки на стендовый мотор и снимаем моментные характеристики. Снижение расхода топлива существенно меньше, чем обещала теория, — на 2,5% в первом случае и на 4,5% во втором. Причем эффект более выражен в зоне малых нагрузок. Прибавка мощности еще меньше: от силы 2–3%, причем в зоне малых и средних оборотов. А на высоких — никакого эффекта... Все ясно: с увеличением степени сжатия резко растет давление в цилиндре, этот рост провоцирует детонацию, ее ловит соответствующий датчик — и сдвигает угол опережения зажигания назад. Следовательно, мощность падает. А потому и теоретический эффект существенно уменьшается. Зато растут температуры на выпуске, — стало быть, риск пожечь клапаны и поршни с таким мотором значительно выше. Способ второй — уменьшаем протечки. Пойдем от обратного: сравним, что станет с моментной характеристикой, если заменить кольца такими, чтобы зазоры в них стали больше, скажем, раза в два. Сделали. Для нового мотора — всё нормально, для всех цилиндров компрессия 13,2...13,4 бар. Для испорченного кольцами с большими зазорами — 10,8...11,1. А что показали замеры мощности? В зоне малых оборотов мощность испорченного мотора чуть-чуть упала, но когда перешли 2500 об/мин, кривые момента практически слились. Всё потому, что протечки из камеры сгорания в картер, которые должны бы снизить мощность, заметны только на малых оборотах, а на высоких их масса за один цикл резко падает, ведь с уменьшением времени цикла при увеличении частоты вращения коленчатого вала уменьшается и время на протечку. Компрессия резко выросла, а мощность — нет. Вместе с компрессией проснулась детонация, и угол опережения зажигания пришлось сдвигать назад. А он влияет на мощность сильнее.

2 no copyright

Нет компрессии — сразу на капиталку: сказка третья


Обычно механик, обнаруживший низкую компрессию, тут же заявляет: «Двигатель изношен, требуется капиталка». Так ли все однозначно? Нет, конечно! На спор можем назвать двадцать возможных причин снижения компрессии. Тут и проблемы с механизмом газораспределения, и механические или термические повреждения деталей двигателя, и закоксованность поршневых колец. И только одна из них будет связана с катастрофическим износом мотора. Важно уметь различать эти причины, понимать степень их опасности и знать методы борьбы с ними. Но это — тема отдельной статьи.

Чем выше компрессия, тем лучше: сказка четвертая


Частенько от апологетов разных присадок приходится слышать, как подпрыгнула компрессия после очередной обработки мотора. Рост до 15 бар, до 17 бар! Но надо иметь в виду, что в нормальном состоянии, даже восстановив зазоры до состояния нового двигателя, компрессию выше штатной не получить. Откуда же цифры? Обычно на разобранном двигателе видно, что камера сгорания после обработки заросла непонятно чем и, как следствие, уменьшился объем камеры сжатия. Но эти отложения нарушают теплоотвод от камеры сгорания. Отсюда детонация, калильное зажигание и прочее. Так что небывалому росту компрессии не радоваться надо, а наоборот. Изменение удельного расхода топлива при фиксированных оборотах (2500 об/мин) в двух вариантах двигателя — базовом и с кольцами, в которых увеличены зазоры. Компрессия упала, но по расходу это заметно только при малых нагрузках.

3 no copyright

И совсем не сказка...


Так на что же влияет компрессия? На многое! Главное — на пусковые свойства мотора, особенно при низких температурах. В первую очередь это касается дизельных двигателей, где от давления и температуры конца сжатия зависит, воспламенится топливо в цилиндре или нет. Но и бензиновые двигатели в холодном состоянии тоже чувствительны к изменению компрессии: она влияет на испаряемость топлива, которое при холодном пуске только теоретически должно испаряться по пути в цилиндр. А реально — попадает туда в виде негорючих жидких капель. Сниженная компрессия повышает давление картерных газов. В этом случае через систему вентиляции на впуск двигателя летит больший объем паров масла. Плохо это: и токсичность растет, и темп загрязнения камеры сгорания резко увеличивается. Неравномерная по цилиндрам компрессия вызывает вибрации двигателя, особенно ощутимые на холостом ходу и при малых оборотах. А это, в свою очередь, вредит и трансмиссии, и подвеске мотора. Да и самому водителю. Словом, роль компрессии как диагностического признака, во многом характеризующего состояние двигателя, очень велика. И наши «сказки» никоим образом не призывают махнуть на нее рукой — наоборот! Но стремление к безудержному ее повышению в поисках дополнительных «лошадок» — дело в целом бесперспективное.

Новый способ приготовления горючей смеси в ДВС - Энергетика и промышленность России - № 22 (234) ноябрь 2013 года - WWW.EPRUSSIA.RU

Газета "Энергетика и промышленность России" | № 22 (234) ноябрь 2013 года

Практическая реализация этих направлений достигалась в том числе за счет использования широкого диапазона углеводородных горючих: от бензинов и керосинов – до высоковязких мазутов и сырой нефти. А также – за счет применения различных способов, схем и параметров подачи топлива и воздуха для приготовления горючей смеси.

Влияние вида сжигаемого топлива

На сегодняшний день двигатели внутреннего сгорания разработаны практически для каждого вида углеводородного горючего. Многие эксплуатационные показатели топлива, как известно, являются обязательными и необходимыми для выполнения теплового расчета ДВС.

Именно от планируемого к использованию топлива зависят тактико-технические характеристики и функциональные возможности двигателя. Так, элементарный состав топлива формирует качество сжигаемого горючего и его калорийность (теплоту сгорания или теплотворную способность), которые определяют расходы топлива, воздуха и продуктов сгорания, а также коррозионный износ цилиндров, газовыпускного тракта и экологическую чистоту двигателя. Вязкость и плотность используемого топлива влияют не только на прокачиваемость, качество распыла и испарение топлива, но и на маневренность двигателя (например, на время запуска и на время перехода с одного режима работы на другой), его взрывопожаробезопасность. Кроме того, элементарный состав топлива определяет полноту и теплонапряженность процесса сгорания топлива, а в конечном счете – мощность двигателя и его долговечность.

Влияние параметров топлива

На работу двигателей внутреннего сгорания не последнее влияние оказывают параметры подаваемого в него топлива. Основными параметрами подачи топлива в ДВС являются его давление и расход, при этом каждый тип двигателя имеет свои показатели указанных параметров. Необходимо отметить, что расход топлива на двигатель – это производная от его давления: чем выше давление топлива, тем больше его расход, и наоборот. Поскольку воспламенение и сгорание любого вида топлива происходят только в парогазовой фазе, то качественному и полному сгоранию топлива в двигателе должно обязательно предшествовать его полное испарение. Для перевода в паровую фазу жидкое горючее необходимо мелко распылить – между тем хорошо известно, что качество распыла определяется в том числе и величиной давления подаваемого топлива. Так, в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием для испарения топлива, происходящего до цилиндров в карбюраторе или инжекторе, достаточно атмосферного давления. В то же время в двигателях с воспламенением от сжатия (дизелях) для нормального процесса парообразования топлива, реализуемого во внутренней полости цилиндров, горючее необходимо подавать с избыточным давлением.

Таким образом, расход подаваемого в цилиндры топлива определяет мощность двигателя, а его давление – качество и полноту протекания процесса сгорания в цилиндрах.

Влияние воздуха

Атмосферный воздух, включающий в свой состав природный окислитель кислород, является обязательным и необходимым для организации и протекания процесса горения компонентом. Количество и способ подачи воздуха в двигатель влияют на количественно-качественные характеристики цепной реакции окисления горючего и, в конечном итоге, на мощность, экономичность и экологичность двигателя.

По Менделееву, на сжигание 1 килограмма углеводородного топлива теоретически необходимо 10 килограммов атмосферного воздуха. Недостаток, равно как и избыток, подаваемого в двигатель воздуха негативно сказывается на его работе. Так, недостаточное количество воздуха приводит к приготовлению обогащенной горючей смеси, снижению экономичности, долговечности, повышенному нагарообразованию на внутренних стенках цилиндров и газовыходного тракта двигателя и к интенсивному загрязнению природной среды продуктами неполного сгорания. В то же время избыток подаваемого на горение воздуха формирует обедненную смесь, что вызывает повышенное окисление конструкционных материалов внутренних полостей цилиндров и газовыходного тракта, снижение мощности двигателя, перерасход топлива, интенсивное тепловое загрязнение атмосферы и т. п.

Известно, что вид и структура углеводородных молекул, а также соотношение углерода к водороду (С:Н) в них различны и в процессе подачи топлива на горение изменяются ежемоментно. В связи с этим для полного сжигания топлива количество воздуха, подаваемого на приготовление горючей смеси, заранее завышается по сравнению с теоретически необходимым. Превышение количества фактически подаваемого воздуха над теоретически необходимым его количеством отражается через значение коэффициента избытка воздуха α, который при традиционном способе приготовления горючей смеси в сегодняшних двигателях внутреннего сгорания составляет от 1,1‑1,5 (при атмосферной подаче воздуха на приготовление горючей смеси) до 5,0 (при турбокомпрессорной подаче воздуха на приготовление горючей смеси).

О топливоподающей системе и подаче воздуха

Используемые сегодня топливоподающие системы ДВС были разработаны еще в начале XX века и, несмотря на ужесточение старых и появление новых (например, экологических) требований к двигателям, применяются до сих пор без принципиальных изменений.

Приоритет в совершенствовании топливных систем ДВС за прошедшее столетие отдавался главным образом количественным показателям. В частности – давлению топлива перед форсунками двигателя, величина которого выросла с 10‑50 кг / см2 в начале XX века до 2000 кг/см2 в начале XXI века. Повышение давления подаваемого топлива позволило, в конечном итоге, при сохранении массогабаритных характеристик двигателей добиться значительного увеличения их мощности.

Следует отметить, что сегодня топливоподающие системы двигателей внутреннего сгорания включают практически те же элементы, что и сто лет назад: топливную емкость, фильтры грубой и тонкой очистки, насос (для дизелей – топливоподкачивающий насос и топливный насос высокого давления), карбюратор или инжектор (для бензиновых двигателей), форсунки (для дизелей) и всасывающий, напорный, сливной трубопроводы.

Одновременно с топливоподающими системами стал применяться используемый до сих пор атмосферный способ подачи воздуха в двигатели.

Приоритет в совершенствовании способов подачи воздуха в двигатели отдавался не только количественным, но и качественным показателям, в частности увеличению напора и расхода воздуха, подаваемого на смешение с топливом, а также повышению степени турбулизации воздушного потока. Итогом такого подхода явилось широкое внедрение вентиляторного, а затем и турбокомпрессорного способов подачи воздуха в двигатель.

При атмосферном способе воздух поступает в воздушный коллектор за счет перепада давлений в атмосфере и в цилиндре двигателя при движении поршня в нижнюю мертвую точку. При вентиляторном способе формируется ламинарный воздушный поток, принудительно подаваемый в воздушный коллектор посредством приводимого во вращение от коленчатого вала вентилятора. Турбокомпрессорный способ предусматривает получение и подачу в воздушный коллектор турбулентного воздушного потока с помощью воздушного компрессора, приводимого во вращение расположенной в выходном коллекторе двигателя газовой турбиной.

Совершенствование способов подачи воздуха в ДВС позволило, не повышая расхода топлива и сохранив массогабаритные характеристики, достичь более высоких показателей мощности двигателей – главным образом за счет активизации и интенсификации процесса горения и повышения, таким образом, теплонапряженности в цилиндрах. Так, применение вентиляторного способа позволило увеличить мощность двигателя в полтора-два раза, а турбокомпрессорного – в два – два с половиной и более раз по сравнению с использованием атмосферного способа подачи воздуха.

Традиционный способ

Сегодня во всех двигателях внутреннего сгорания используется одинаковый способ приготовления горючей смеси, в котором в качестве первичной среды выступает топливо, а вторичной – воздух. Этот способ применяется более ста лет и стал уже традиционным. Суть его в следующем. Распыленное до мельчайших (20 мкм и менее) частиц топливо подается в поток атмосферного воздуха, который, перемешиваясь с горючим, образует топливовоздушную аэрозоль. Впоследствии горючая аэрозоль зажигается электрическим разрядом от свечи (в бензиновых двигателях) или самовоспламеняется от сжатия (в дизельных двигателях) и сгорает.

Условно процесс сгорания топлива в цилиндре можно разделить на три стадии (начальную, среднюю, конечную). В начальной стадии топливовоздушная смесь охватывается пламенем, происходит ее воспламенение и формирование первичного очага пламени, интенсивное испарение поверхностного слоя горючего и его горение в тонкой паровой фазе.

Продолжительность начальной стадии определяется скоростью тепловыделения реакции окисления. Средняя стадия процесса горения характеризуется интенсивным распространением пламени по всему объему горючей смеси. Скорость сгорания смеси резко увеличивается вследствие увеличения площади контакта взаимодействующих компонентов (поверхности испарения) и турбулизации смеси. На конечной стадии происходит догорание топлива, падение скорости и прекращение распространения пламени, вызванные резким снижением количества кислорода.

Следует отметить, что в реакции окисления углеводородного топлива участвует только теоретически необходимое количество воздуха. Остальной же воздух (избыток) в реакции горения (окисления) участия не принимает, а проходит транзитом через зону горения и, мгновенно нагреваясь от температуры окружающей среды до температуры в цилиндре, сбрасывается горячим в составе выхлопных газов в атмосферу, являясь причиной ее интенсивного теплового загрязнения. При этом на нагрев избыточного воздуха дополнительно затрачивается углеводородное топливо, что приводит к его перерасходу. Очевидно, что с повышением избытка воздуха увеличивается и количество затраченного на его нагрев сжигаемого топлива.

О новом способе приготовления горючей смеси

Наряду с традиционно применяемым способом приготовления горючей смеси существуют и другие способы, например струйно-кавитационный.

В основу этого способа положены физические явления, возникающие во внутренних полостях струйных аппаратов при их прокачке жидкими и газообразными средами. При струйно-кавитационном способе приготовления горючей смеси в качестве первичной среды используется не топливо, а атмосферный воздух.

Суть его заключается в следующем. Заданное (как правило, близкое к теоретически необходимому) количество воздуха всасывается из атмосферы и под давлением выше атмосферного подается в струйный насос. При высокоскоростном течении воздуха через внутреннюю полость проточной части насоса в его приемной камере создается разрежение, достаточное для самовсасывания вторичной среды – жидкого топлива.

При самовсасывании топлива его углеводородные молекулы расщепляются на молекулы меньшей молекулярной массы, отдельные атомы и топливные радикалы и в таком виде смешиваются с воздухом. В результате на выходе из насоса получается высококачественная гомогенная (размеры топливных частиц не превышают 10 мкм) воздушно-топливная (а не топливо-воздушная) аэрозоль, которая затем поступает непосредственно на горение. Количество топлива в смеси регулируется расходом воздуха на насос, а качество распыла (дисперсность) – давлением рабочего воздуха. С увеличением давления и количества подаваемого воздуха повышается и количество всасываемого топлива, и наоборот.

Характеристики подаваемой на горение горючей смеси, близкие к оптимальным, поддерживаются расходом и давлением воздуха перед насосом. Использование струйно-кавитационного способа приготовления горючей смеси позволяет регулировать мощность двигателя посредством изменения расхода и давления воздуха, подаваемого в струйный насос.

Струйно-кавитационный способ приготовления горючей смеси можно считать универсальным, поскольку он применим ко всем видам углеводородного топлива и топливосжигающим установкам.

Очевидно, что использование струйно-кавитационного способа приготовления горючей смеси потребует и принципиального качественно-количественного изменения топливо- и воздухоподающих систем двигателей.

На сегодняшний день струйно-кавитационный способ приготовления горючей смеси прошел лабораторные и промышленные испытания.

Выводы

Научно-технический прогресс, как известно, не стоит на месте и даже самые эффективные в свое время инженерные решения с годами устаревают и требуют замены на более совершенные. XXI век выдвигает новые требования и ставит новые задачи, в том числе и в области использования природных ресурсов, включая углеводородное топливо.

Все сказанное относится и к традиционному способу приготовления горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания, который используется вот уже более ста лет.

Характеристики периодов процесса сгорания в дизеле

Про­цесс сгорания топлива в двигателе с воспламенением от сжатия имеет отли­чительные особенности, обусловливаемые внутренним смесеобразованием, применяемым в этом типе двигателя:

1. Рассмотрение процессов смесеобразования, выполненное нами ранее, позволяет сделать заключение, что концентрация топлива в пространстве сгорания цилиндра дизеля неодинакова, есть зоны с большой концентра­цией топлива и зоны с малой концентрацией. Вследствие этого коэффициент избытка воздуха в объеме пространства сгорания — величина переменная.

2. Так как период подачи топлива в некоторой своей части совпадает с периодом процесса сгорания топлива, то в течение процесса сгорания соотношение между количествами воздуха и топлива в цилиндре двигателя будет изменяться. Отсюда следует, что в цилиндре дизеля происходит изменение коэффициента избытка воздуха ? по времени.

Значение ?, принимаемое в расчетах и определяемое по анализу отра­ботавших газов, является средним по объему цилиндра к моменту окончания процесса сгорания, т. е. это условная величина.

3. Процесс сгорания находится в зависимости от закона подачи топ­лива. Впрыск топлива с возрастающей скоростью позволяет лучше исполь­зовать кислород в наиболее удаленных от форсунки зонах.

В целом на сгорание топлива в дизеле влияют различные физико-химические процессы, учет которых представляет большие трудности. Несмотря на успехи в области исследования процессов сгорания вообще, следует при­знать, что изучение процессов, происходящих в цилиндре двигателя, еще далеко не полно. Сложность и кратковременность протекания этого цикла в цилиндре двигателя, непостоянство температуры, давления, объема и состава рабочей смеси в значительной степени затрудняют изучение явлений но всех их деталях. В связи с этим выполненные исследования сводились нахождению (на основе обобщения экспериментальных зависимостей) конечных суммарных результатов процессов сгорания в цилиндре двига­теля.

Такой путь исследования хотя и не вскрывает в полной мере изучаемые явления, но тем не менее позволяет выявить основные зависимости, опреде­ляющие характер явления, а главное, может быть практически полезным.

Весь период сгорания топлива в цилиндре дизеля можно схематически разбить на четыре фазы. Изменение давления за период каждой фазы пока­зано на индикаторной диаграмме (рис. 72).

Первая фаза является фазой образования очагов сгорания и охватывает промежуток времени от момента начала фактического поступления топлива в цилиндр (точка 1) до начала резкого нарастания давления (точка 2), т. е. в момент отрыва линии сгорания от линии сжатия. Следовательно, первая фаза сгорания представляет собой период задержки самовоспламенения. Продолжительность этой фазы существенно влияет на характер протекания последующих фаз процесса сгорания. Как уже отмечалось, в этот период происходят физико-химические процессы подготовки топлива к самовоспла­менению. На продолжительность периода задержки самовоспламенения топлива ?i влияют химические, физические и конструктивные факторы. К химическим факторам относятся: состав топлива, концентрация кислорода, присадки к топливу, остаточные газы. Парафиновые углеводороды имеют наи­меньший период задержки самовоспламенения, а ароматические углеводо­роды — наибольший.

На рис. 73 показаны кривые нарастания давления в период сгорания в цилиндре дизеля различных сортов топлива при одном и том же угле опере­жения впрыска. При сгорании топлив, имеющих малый период ?i (кривые 1 и 2), происходит плавное и своевременное изменение давления, тогда как при сгорании топлив с большим периодом ?i (кривые 3, 4 и 5)происходит резкое нарастание давления и с большим опозданием.

Значительные скорости нарастания давления создают динамическую нагрузку шатунно-мотылевому механизму.

Увеличение концентрации кислорода и уменьшение остаточных газов в камере сгорания уменьшают период задержки самовоспламенения. При­садка различных катализаторов к топливу сокращает период задержки само­воспламенения и снижает максимальное давление цикла.

К физическим факторам относятся давление и температура воздуха на впуске и в конце сжатия. С увеличением давления воздуха на впуске и в кон­це сжатия вследствие возрастания плотности воздуха ускоряется физико­химическая подготовка топлива к самовоспламенению, а потому вели­чина ?i сокращается.

На рис. 74 показана опытная зависимость ?i от давления наддува рк, полученная на быстроходном дизеле. С повышением температуры воздуха на впуске и в конце сжатия ?i сокращается почти прямолинейно. Наличие завихрения воздуха в камере сгорания улучшает смесеобразование и повы­шает значение коэффициента теплопередачи от воздуха к топливу и также уменьшает ?i.

К конструктивным факторам, влияющим на продолжительность пе­риода задержки самовоспламенения топлива, относятся: степень сжатия, конструкция камеры сгорания, тонкость распыла топлива, число оборотов топливного насоса, угол опережения подачи топлива и материал поршня.

С повышением степени сжатия увеличивается давление и температура в конце сжатия, уменьшается коэффициент остаточных газов и, как след­ствие, период ?i уменьшается.

На рис. 75 приведена опытная зависимость между ? и ?i для двух топ­лив: кривая 1 — для топлива с цетановым числом 40 и кривая 2 — для топ­лива с цетановым числом 60.

Наличие сильно нагретых поверхностей в камере сгорания (например, теплоизолированные вставки в вихревых камерах сгорания) способствует повышению температуры воздуха в конце сжатия, а следовательно, сниже­нию периода задержки самовоспламенения топлива.

На рис. 76 показано изменение периода задержки самовоспламенения в секундах ?i и в градусах угла поворота коленчатого вала ?? в вихрекамер­ном дизеле в зависимости от числа оборотов его.

С увеличением числа оборотов вала температура теплоизолированной вставки вихревой камеры сгорания повышается, а потому ?i сокращается. Температура донышка поршня также влияет на величину периода ?i.

По опытам в бомбе А. И. Толстова и Н. В. Шмигельского (рис. 77) с уве­личением числа оборотов вала топливного насоса период задержки само­воспламенения топлива уменьшается, что объясняется улучшением тонкости распыла топлива.

Момент начала подачи топлива, определяемый углом опережения подачи топлива ?oвпр, также значительно влияет на период задержки самовоспла­менения топлива. Ранняя и поздняя подачи одинаково способствуют увели­чению ?i. Оптимальное значение угла опережения подачи топлива устанав­ливается опытным путем.

На рис. 78 приведены индикаторные диаграммы двигателя с наддувом с различными углами опережения подачи топлива. Кривые 4, 5, 6 и 7 соот­ветствуют оптимальному значению ?oвпр кривые 3, 2 к 1 соответствуют слишком позднему впрыску, а кривые 8 и 9 получены при большом ?oвпр. В период второй фазы сгорания происходит распространение пламени по пространству сгорания и вследствие этого возникает резкое повышение давления. Продолжительность второй фазы процесса сгорания (между точ­ками 2—3, см. рис. 72) определяется концом резкого повышения давления. Характеристикой второй фазы процесса сгорания служит скорость нараста­ния давления, равная отношению увеличения давления газов ?р за рассма­триваемый участок процесса сгорания к соответствующему углу поворота колен­чатого вала ??, т. е.

Величина средней скорости нараста­ния давления за всю вторую фазу сго­рания будет равна

Истинная скорость нарастания давления равна

и максимальное ее значение

Вторая фаза процесса сгорания определяет собой максимальное дав­ление цикла и жесткость работы двигателя. Для получения спокойной (без стуков) работы двигателя необходимо, чтобы скорость нарастания дав­ления была равна

В быстроходных форсированных двигателях ?ср допускают 8— 10 кГ/см2/° п. к. в.

Величина скорости нарастания давления главным образом зависит от продолжительности первой фазы процесса сгорания, т. е. от того, какое количество топлива было подано за период задержки самовоспламенения. Чем больше это количество, тем больше будет топлива участвовать в распространении пламени в период второй фазы сгорания. А так как вторая фаза сгорания происходит почти при неизменяющемся объеме, то увеличение количества топлива, сгорающего за этот период времени, естественно, приводит к увеличению скорости нарастания давления. Следовательно, продолжительность периода задержки самовоспламенения должна быть ми­нимальной. Распределение топлива по пространству сгорания, наличие вихревого движения в цилиндре и закон подачи топлива также влияют на характер протекания второй фазы процесса сгорания. Критерием, определяющим влияние закона подачи топлива на процесс сгорания, является фактор динамичности цикла

Третья фаза сгорания является фазой постепенного сгорания (учас­ток III между точками 3 и 4, см. рис. 72) и начинается уже при распростра­нившемся пламени по объему цилиндра. Топливо, впрыскиваемое в этот период, попадает в среду высокого давления и температуры, а потому сго­рает почти без задержки воспламенения. Изменение давления в цилиндре будет зависеть от соотношения между скоростью подачи топлива и увеличе­нием надпоршневого объема цилиндра. Обычно давление газов в цилиндре за третью фазу сгорания топлива мало изменяется, а потому этот период сгорания называют сгоранием топлива почти при постоянном давлении. Этот период сгорания в основном определяет площадь индикаторной диа­граммы, а следовательно, и мощность двигателя.

Четвертая фаза сгорания (участок IV между точками 4 и 5) происходит после окончания подачи топлива в точке 4. В этот период идет догорание топлива на линии расширения, т. е. при уменьшающемся давлении (вслед­ствие непрерывного увеличения объема надпоршневого пространства). Продолжительность догорания топлива главным образом зависит от на­грузки двигателя и его быстроходности. Чем больше нагрузка двигателя и число оборотов его, тем больше продолжительность подачи топлива в углах поворота вала, а следовательно, больше будет догорать топлива на линии расширения. На продолжительность догорания топлива, кроме того, ока­зывают влияние: качество смесеобразования, подтекание форсунки, растя­нутость подачи топлива, низкие температура и давление воздуха в конце сжатия (что в эксплуатации чаще всего бывает по причине пропуска газов через поршневые кольца или клапаны) и попадание смазочного масла в пространство сгорания цилиндра двигателя.

Для достижения наибольшего теплоиспользозания в цилиндре двига­теля необходимо, чтобы полная продолжительность процесса сгорания топ­лива была минимальной. Допустимое максимальное давление цикла в каж­дом конкретном случае и определяет минимальную продолжительность про­цесса сгорания. Сокращение периода подачи топлива вызывает рост макси­мального давления цикла, и, при всех равных прочих условиях, с увеличе­нием угла опережения подачи топлива максимальное давление цикла уве­личивается. Осуществление процесса сгорания при положении поршня в районе ВМТ, т. е. когда пространство сгорания имеет наименьший объем и поверхность, обеспечивает наименьшие тепловые потери и наибольшую экономичность рабочего цикла.

Кроме того, следует отметить, что значительное догорание топлива на линии расширения вызывает перегрев стенок цилиндра, его крышки и вы­пускных клапанов. Ухудшаются условия смазки цилиндра и возрастают тепловые потери с отработавшими газами и с охлаждающей водой, а потому возрастает удельный расход топлива. При значительном догорании топлива отработавшие газы имеют темную окраску, что свидетельствует о неполном сгорании топлива. При увеличении догорания топлива не только возрастают тепловые потери, но возрастает и тепловая напряженность цилиндра двига­теля.

Если положить в основу характеристики процесса сгорания, как пред­положил А. И. Толстов, величину скорости выделения тепла dp/d?, то про­цесс сгорания можно подразделить на четыре фазы.

Первая фаза характеризуется ничтожно малой скоростью тепловыде­ления dp/d? ?0 и представляет собой период задержки самовоспламене­ния топлива.

Вторая фаза характеризуется возрастанием скорости тепловыделения до максимума dp/d? ? mах и подготовкой условий для последующего сго­рания топлива. Заканчивается вторая фаза в момент достижения максималь­ного давления цикла.

Третья база характеризуется горением топлива при постоянной при максимально достигнутой скорости тепловыделенияэтом температура газов достигает максимальной температуры цикла (Tz)max, а коэффициент избытка воздуха достигает минимального значения ? = ?min = const. Начинается третья фаза с момента достижения максималь­ного давления цикла и продолжается до момента достижения максимальной температуры цикла.

Четвертая фаза (фаза догорания топлива) характеризуется непрерыв­ным уменьшением скорости тепловыделения (dq/dt ? 0), отсутствием по­дачи топлива, возрастанием количества конечных продуктов сгорания и резким падением давления в цилиндре. Четвертая фаза сгорания начинается с момента достижения наибольшей температуры цикла и продолжается до конца сгорания топлива.


Принцип работы дизельной системы - Denso

Система впрыска топлива находится в самом сердце дизельного двигателя. Система нагнетает и впрыскивает топливо в  камеру сгорания с воздухом под большим давлением.

Система впрыска дизельного топлива включает в себя:

  • ТНВД — нагнетает давление топлива
  • Топливопровод высокого давления — подает топливо в топливную форсунку
  • Топливная форсунка — впрыскивает топливо в цилиндр
  • Топливоподкачивающий насос — подает топливо из бака
  • Топливный фильтр — фильтрует топливо

В некоторых баках на дне фильтра находится седиметр, отделяющий воду от топлива.

Функции системы

Четыре основные функции системы впрыска дизельного топлива:

Подача топлива

Такие элементы насоса, как цилиндр и плунжер, встроены в корпус впрыскивающего насоса. Когда плунжер под воздействием кулачка поднимается, топливо под высоким давлением подается в инжектор.

Регулировка количества топлива

В дизельных двигателях забор воздуха происходит практически постоянно, вне зависимости от скорости вращения или нагрузки. Если количество впрыска меняется вместе со скоростью двигателя, а регулировка впрыска остается неизменной, то мощность и расход топлива изменятся. Эффективная мощность двигателя почти пропорциональна количеству впрыска, и это регулируется при помощи педали газа.

Установка момента впрыска

Задержка впрыска — это время между моментом впрыска топлива, зажигания и сгорания и моментом достижения максимального давления сгорания. Вне зависимости от скорости двигателя этот период времени остается постоянной величиной. Для изменения момента впрыска используется таймер, что помогает достичь оптимального сгорания.

Распыление топлива

Когда впрыскивающий насос нагнетает давление топлива, которое потом распыляется через распылитель форсунки, то топливо полностью смешивается с воздухом, что улучшает зажигание. Результат — полное сгорание.  

Горение рабочей смеси, термодинамика и механика двигателя.

ГОРЕНИЕ РАБОЧЕЙ СМЕСИ, ТЕРМОДИНАМИКА И МЕХАНИКА ДВИГАТЕЛЯ

Индикаторная диаграмма 2-тактного двигателя

При рассмотрении рабочих циклов двигателей внутреннего сгорания целесообразно воспользоваться графическим изображением процессов, используя для этого систему координат «давление — объем», P—V. В системе координат P—V представляется зависимость давления газа в цилиндре от объема надпоршневого пространства. Диаграмма P—V получается в процессе измерения давления в надпоршневом пространстве с помощью специального прибора. Этот прибор называется индикатором, и поэтому диаграмма P—V называется индикаторной. На рисунке выше представлена индикаторная диаграмма 2-тактного двигателя.

Устройство современного 2-тактного двигателя

В 2-тактном двигателе горючая смесь до поступления в цилиндр заполняет картер, расположенный под поршнем. В стенке цилиндра имеются два окна: впускное (канал впуска) и выпускное (канал выпуска), а также окна продувочных каналов. Картер непосредственно с атмосферой не сообщается, впускное окно соединено с карбюратором. Продувочные окна сообщаются с картером камерой через каналы продувки.

Рабочий процесс 2-тактного карбюраторного двигателя

Рассмотрим подробнее рабочий цикл двигателя.

Всасывание, сжатие и зажигание

При движении вверх поршень (2) сжимает топливовоздушную смесь в камере сгорания (1). В картере создается разряжение (5). Так как впускной канал (4) открыт, свежая порция рабочей смеси попадает в картер (5). В это же время поршень (2) перекрывает выпускной канал (3) и перепускные каналы (7). Смесь сжимается и воспламеняется с помощью свечи зажигания (8) немного раньше ВМТ. Давление, возникающее при сгорании топлива, толкает поршень (2) вниз.

Работа, предварительное сжатие и выпуск

Поршень (2) работает, когда он движется вниз и вращает коленчатый вал (6), одновременно предварительно сжимая смесь в картере (5). Выпускной канал (3) и перепускные каналы (7) открыты. Выхлопные газы покидают камеру сгорания (1) через выпускной канал (3). Свежая, предварительно сжатая смесь движется через перепускные каналы (7) в камеру сгорания (1) и одновременно выталкивает наружу оставшиеся выхлопные газы.

У 2-тактного двигателя впуск, сжатие, работа и выпуск накладываются друг на друга во времени, и за два хода поршня совершается весь рабочий цикл — другими словами, при каждом обороте коленвала.

Это позволяет осуществить процесс газообмена за более короткое время и реализовать цикл за два хода поршня, или за один оборот коленчатого вала.

Для 4-тактных двигателей рабочий цикл осуществляется при последовательном прохождении всех четырех процессов: впуск, сжатие, сгорание и расширение продуктов сгорания (рабочий ход), выпуск. При этом поршень совершает четыре хода, а коленчатый вал двигателя два оборота. Такты впуска и выпуска являются вспомогательными. Поэтому на процесс газообмена в 4-тактном двигателе отводится более половины времени цикла.

Помимо мощности важной характеристикой двигателя является крутящий момент, говорящий о его «силовых возможностях». Лучше понять его можно на следующей сравнительной иллюстрации 2-тактного и 4-тактного двигателей.

Крутящий момент создается при расширении сгоревших газов, толкающих поршень вниз при такте работы, вращая коленвал. Величина крутящего момента зависит от конструкции двигателя. Напомним, что у 2-тактных двигателей такт работы приходится на каждый оборот двигателя, у 4-тактных — на каждый второй.

При этом 2-тактный двигатель теряет силу толкания поршня, как только открывается выпускное отверстие, позволяя выхлопным газам попадать в глушитель. Другими словами, вращающееся действие коленвала исчезает после того, как он сделал примерно 120°. В 4-тактном двигателе процесс сгорания продолжает действовать на поршень и вращать коленвал в течение 180° оборота.

Общее сравнение 2-тактного и 4-тактного двигателей по создаваемому крутящему моменту

Так в ходе такта работы 4-тактный двигатель создает больший крутящий момент по сравнению с 2-тактным.

Пример круговой диаграммы фаз распределения 2-тактного двигателя

Для анализа фаз газораспределения часто пользуются круговой диаграммой, на которой показываются моменты начала открытия и конца закрытия впускных и выпускных окон (клапанов для 4-тактных ДВС), выраженные в углах поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Фазы подбирают опытным путем при конструировании двигателя в зависимости от его быстроходности и конструкции его впускной и выпускной систем. Пример круговой диаграммы фаз газораспределения 2-тактного двигателя представлен на рисунке выше.

При одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения, в 2-тактных ДВС сгорает вдвое больше топлива и теоретически может быть получена вдвое большая мощность, чем у 4-тактных, но 4-тактные двигатели более экономичны. Практически мощность 2-тактного двигателя больше в 1,7 —1,8 раза, что объясняется потерей части хода поршня при такте расширения, когда давление газа в цилиндре резко падает.

Мощность двигателя зависит от степени использования тепла, которое выделяется при горении топлива в цилиндре. В полезную работу превращается только 30-40 % выделившегося тепла, остальное тепло уходит с отработанными газами, отводится от нагретых деталей двигателя и рассеивается в воздухе.

Различают индикаторную и эффективную мощности двигателя. Индикаторной называют мощность, которая развивается газами внутри цилиндра двигателя.

Индикаторную мощность можно определить по формуле:

Ni = (Pi × V× i × n × 103)/τ,

где Pi — индикаторное давление, МПа; Vh — рабочий объем ци­линдра; i — число цилиндров двигателя; n — частота вращения коленчатого вала, с_1; τ — тактность двигателя.

Тактность двигателя — это число, показывающее, за сколько оборотов коленчатого вала совершается рабочий цикл. Для 2-такт­ного двигателя τ =1.

При работе двигателя часть индикаторной мощности затрачива­ется на преодоление сопротивления трения движущихся деталей двигателя, привод вспомогательных механизмов и агрегатов и на осуществление процессов газообмена в двигателе. Мощность, равно­ценная этим потерям, называется мощностью механических потерь Nm.

Мощность двигателя, снимаемая с его коленчатого вала, на­зывается эффективной мощностью Ne. Ее можно определить по формуле:

Ne = N— Nm, кВт.

Для оценки механических потерь пользуются механическим КПД (ƞм) двигателя. Механическим коэффициентом полезного действия ƞм называется отношение эффективной мощности к индикаторной:

ƞм = N/ Ni.

При увеличении индикаторной мощности Ni и постоянном значении мощности механических потерь Nm, механический КПД ƞм также будет увеличиваться.

Одним из показателей экономичности работы двигателя служит эффективный КПД (ƞе). Он представляет собой отношение количества теплоты, превращенной в полезную работу, к затраченной теплоте:

ƞе = L/ (Gt × hu),

где Le — теплота, эквивалентная эффективной работе, полученной при сгорании топлива; Gt — часовой расход топлива, кг/ч; hu — низшая удельная теплота сгорания топлива, МДж/кг.

В другом виде: ƞе = ƞi × ƞм.

Здесь ƞi — индикаторный КПД двигателя, который оценивает величину потерь работы цикла, вызванных теплообменом между стенками цилиндра и рабочим телом, перетечками, несовершен­ством процесса сгорания топлива и пр.:

ƞ= L/ Lц,

где Li — работа цикла реального двигателя, равная площади дей­ствительной индикаторной диаграммы (индикаторная работа), Lц — работа цикла идеального двигателя.

Таким образом, эффективным КПД (ƞе) учитываются как тепло­вые, так и механические потери в двигателе.

Повышение эффективного КПД достигается совершенствова­нием рабочего цикла.

Повышение механического КПД, то есть снижение механиче­ских потерь, обеспечивается совершенствованием конструкции двигателя.

Мощность двигателя зависит от его рабочего объема, давления газов в цилиндре, частоты вращения коленчатого вала и тактности.

Эффективность использования рабочего объема, тепловую и динамическую напряженность двигателя оценивают по литровой мощности Nл, представляющей отношение номинальной эффек­тивной мощности к рабочему объему двигателя (Vл).. = 1000 × Gt/ Ne, г/кВт*ч.

Процесс (горения)рабочей смеси

Горение в цилиндре двигателя возможно только при определен­ном соотношении топлива и воздуха. От состава топливно­-воздушной смеси зависит скорость горения и количество выделен­ной теплоты, следовательно, и мощность двигателя. Смесь топли­ва с воздухом, поступающая в цилиндр двигателя, называется также свежим зарядом. В состав свежего заряда, для карбюратор­ного 2-тактного двигателя, дополнительно вводится моторное или специальное масло для смазки самого двигателя. Для определения состава свежего заряда необходимо знать массовые доли основных элементов топлива.

В состав типичных жидких топлив входят углерод С, водород Н, кислород От, содержащийся в топливе. Для 1 кг топлива можно записать его состав в символьном виде как 1 = С + Н + От.

Бензин, используемый в карбюраторных двигателях, представ­ляет собой смесь углеводородов. В составе чистого бензина угле­рода С — 84,9 %; водорода — 14,4 %; кислорода — 0,7 %.

В зависимости от количества кислорода, поступающего в ци­линдр двигателя с атмосферным воздухом, сгорание может быть полным или неполным. При полном сгорании выделяется макси­мальное количество теплоты.

Реакции окисления углерода и водорода позволяют определить количество кислорода, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива.

Углерод в соединении с кислородом образует углекислый газ и выделяет тепло. Процесс протекает по реакции:

С + 02 = С02 + Q.

Водород в соединении с кислородом образует воду и также вы­деляет тепло. Процесс происходит по реакции:

2 + 02 = 2Н2O + Q.

Для полного сгорания 1 кг углерода необходимо 2,67 кг кислоро­да, а для полного сгорания 1 кг водорода требуется 8 кг кислорода.

Кислород для горения берется из воздуха, который состоит, как известно, из 23 % кислорода и 77% азота.

Для полного сгорания 1 кг топлива теоретически необходимое количество воздуха для карбюраторных двигателей определяется по формуле и составляет:

L0 = 1/0,23 × (2,67С + 8Н — От),
L0 = 1/0,23 × (2,67 × 0,849 + 8 × 0,144 — 0,07) = 14,8 кг.

Горючая смесь характеризуется коэффициентом избытка воз­духа α, представляющим собой отношение поступившего количе­ства воздуха Lg в цилиндр двигателя к теоретически необходимому количеству воздуха L0 для полного сгорания топлива:

α = L/ L0.

Можно принять, что для сгорания 1 кг топлива необходимо L0 = 15 кг воздуха. При плотности воздуха ρв = 1,293 кг/м3 можно определить, что для сгорания 1 кг топлива потребуется примерно 11,26 м3 воздуха.

Различают несколько видов горючей смеси исходя из действи­тельно поступающего воздуха. Карбюраторные двигатели работают на горючих смесях с коэффициентом избытка воздуха а в диапазо­не от 0,6 до 1,15.

При α < 0,6 — богатая горючая смесь.
При 0,6 < α < 1,0 — обогащенная горючая смесь.
При α = 1,0 — нормальная горючая смесь.
При 1,0 < α < 1,15 — обедненная горючая смесь.
При α > 1,15 — бедная горючая смесь.

При коэффициенте избытка воздуха α = 1 все топливо в усло­виях цилиндра обычно не может сгореть до конечных продуктов полного окисления ввиду невозможности получения однородной по составу смеси во всем объеме камеры сгорания. Практически полное сгорание топлива возможно только при α > 1.

Коэффициент избытка воздуха является одним из параметров, характеризующих качество топливовоздушной смеси, от которой в свою очередь зависит состав продуктов сгорания и количество выделяющейся при сгорании теплоты.

Развитие реакций окисления (сгорания) в цилиндре двигателя происходит в результате перемешивания топлива с воздухом.

Количество выделяющейся при сгорании теплоты также зависит от степени сжатия рабочей смеси в цилиндре двигателя и приме­няемого топлива.

Процесс сжатия происходит при закрытых впускных и выпуск­ных окнах (клапанах) и служит для увеличения температурного перепада цикла и степени расширения продуктов сгорания топли­ва. Это создает благоприятные условия для воспламенения и сго­рания рабочей смеси и обеспечивает эффективное преобразование теплоты в механическую работу, то есть достижение максимальной мощности двигателя.

Благоприятные условия для воспламенения и сгорания рабочей смеси зависят от частоты вращения коленчатого вала, степени сжатия, интенсивности охлаждения цилиндров, нагрузки на дви­гатель, степени износа цилиндро-поршневой группы двигателя.

С повышением частоты вращения коленчатого вала и степени сжатия мощность будет возрастать.

При интенсивном охлаждении цилиндра, увеличении зазоров между кольцами и цилиндром вследствие их износа мощность будет снижаться.

Если рабочая смесь перед воспламенением подвергается воз­действию высоких температур и давлений, нормальное сгорание при определенных условиях может перейти в детонационное.

Детонация (в двигателях внутреннего сгорания) — быстрый, приближающийся к взрыву процесс горения топливной смеси в цилиндре карбюраторного двигателя, сопровождающийся неу­стойчивой работой (металлический стук в цилиндре, дымный выпуск и др.), износом и разрушением деталей.

Повышение давления и температуры в цилиндре приводит к образованию активных центров цепных реакций, в результате чего часть рабочей смеси самовоспламеняется раньше, чем к ней подойдет фронт основного пламени. При этом в камере сгорания возникают и распространяются волны давления, оказывающие влияние на процесс дальнейшего распространения фронта пламе­ни и характер изменения давления в цилиндре.

Внешним признаком детонационного сгорания является по­явление звонких металлических стуков, возникающих при отра­жении ударных волн от стенок камеры сгорания. Работа двигателя при детонационном сгорании сопровождается увеличением тепло­вых и механических нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма, снижением мощности, дымным выхлопом и ухудше­нием экономичности.

Детонационное сгорание рабочей смеси возникает при несоот­ветствии сорта бензина и степени сжатия, слишком больших углах опережения зажигания (раннее зажигание), при перегрузке двига­теля и его перегреве, повышенном нагарообразовании на стенках камеры сгорания. Длительная работа двигателя при детонационном сгорании недопустима, так как приводит к износу и разрушению деталей кривошипно-шатунного механизма, неполному сгоранию топлива и ухудшению топливной экономичности.

При работе двигателя с полной нагрузкой иногда наблюдается преждевременное воспламенение рабочей смеси из-за местного перегрева стенок камеры сгорания (при нагаре на стенках) или электродов свечи зажигания при несоответствии тепловой харак­теристики свечи степени сжатия в цилиндре двигателя. Прежде­временное воспламенение рабочей смеси приводит к тому, что наибольшее давление газа в цилиндре достигается еще до прихода поршня в ВМТ, при этом резко снижается мощность двигателя; это явление может привести к перегреву поршня и его прогоранию.

Свеча зажигания служит для получения искрового разряда в камере сгорания, тепловое воздействие которого воспламеняет рабочую смесь. Условия работы свечи зажигания характеризуются значительными термическими, электрическими и механическими нагрузками.

Тепловой баланс и конструкция свечи зажигания: 1 — контактный наконечник;
2 — проводящий стержень; 3 — керамический изолятор;
4 — металлический корпус; 5 — проводящий герметик; 6 — конус изолятора; 7 — центральный электрод; 8 — боковой электрод

Для обеспечения бесперебойной работы свечи зажигания необходимо поддерживать температуру ее теплового конуса в пределах 700—800 °С. При такой температуре нагар, отлагающийся на конусе и электродах свечи, выгорает и происходит ее самоочищение. Если температура теплового конуса выше 800—900 °С, может возникнуть «калильное зажигание», когда рабочая смесь воспламеняется не от электрической искры, а от нагретых до высокой температуры электродов и поверхности изолятора. При температуре теплового конуса ниже 500 °С изолятор нижней части свечи покрывается нагаром, что приводит к снижению пробивного напряжения и к перебоям в работе двигателя из-за возможных пропусков зажигания рабочей смеси. Тепловой баланс свечи зажигания представлен на рисунке выше.

«Горячие» и «холодные» типы свечей зажигания

Для поддержания необходимой температуры теплового конуса выпускаются свечи зажигания с различной степенью теплоотдачи. В двигателях с невысокой степенью сжатия применяют свечи зажигания с малой теплоотдачей, называемые горячими. Для двигателей с повышенной степенью сжатия применяют «холодные» свечи. Горячие свечи зажигания имеют удлиненную нижнюю часть изолятора и более широкую расточку корпуса, а «холодные» — укороченную нижнюю часть изолятора и узкую расточку корпуса.

На практике иногда приходится заменять свечи одной фирмы на свечи другой. Такая замена возможна, если основные параметры свечей совпадают: тепловая характеристика, размер, шаг и длина резьбы на корпусе. Длина резьбы на корпусе свечи должна соответствовать длине резьбы в головке цилиндра.

Если резьбовая часть свечи слишком длинная, то она выступает в камеру сгорания. При этом выступающие в камеру сгорания витки могут повредить поршни и клапаны, витки перегреваются и закоксовываются. Иногда такие свечи невозможно выкрутить.

Если длина резьбы свечи короткая, то ее искровой промежуток находится внутри свечного отверстия цилиндра, поэтому ухудшаются условия воспламенения топливовоздушной смеси, свеча не очищается, свободные витки отверстия цилиндра закоксовываются.

Для правильного применения необходимо знать особенности маркировки свечей зажигания. Разные производители применяют свои системы маркировки.

Получение повышенной удельной мощности в быстроходном 2-тактном двигателе требует решения проблемы качественной очистки цилиндра от отработавших газов и наполнения его свежим зарядом.

В 2-тактных двигателях более равномерно происходит вращение коленчатого вала, так как рабочий ход осуществляется за каждый его оборот.

Недостатки: менее совершенная очистка цилиндров от продуктов сгорания; меньшая экономичность из-за потери части горючей смеси через выпускные окна при продувке; повышенный расход смазочного масла. Устранение отмеченных недостатков позволит расширить область применения 2-тактных двигателей.

<<Назад     Содержание     Далее>>

Измерение давления в цилиндре | Kistler

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

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

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

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

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

Где проводят измерение давления в цилиндре?

Измерение давления в цилиндре применяется для разработки:

Какая технология используется при измерении давления в цилиндре?

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

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

Почему измерение динамики давления в цилиндре так важно?

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

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

Какими параметрами характеризуется динамика давления в цилиндре?

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

Как технология оптического индицирования применяется для измерения давления в цилиндре?

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

Давление в баллоне - обзор

VI. Давление в цилиндре и эффекты диссоциации

Повышение пикового давления в цилиндре имеет два важных эффекта: (a) механические напряжения в компонентах двигателя увеличиваются. В настоящее время большие двигатели работают с пиковым давлением до 170 бар (Herrman and Magnet, 1985). Высокое давление газа также приводит к увеличению потерь на трение из-за повышенного давления за верхним поршневым кольцом. (б) При прочих равных снижается степень диссоциации.Это проиллюстрировано на рисунке 38, который относится к сжиганию этена (C 2 H 4 ) с воздухом в стехиометрических пропорциях. На рис. 38 показано, как равновесный состав продуктов сгорания этена изменяется в зависимости от давления.

Рисунок 38. Влияние давления на диссоциацию.

Уже упоминалось (Раздел I), что двигатель DI обычно имеет более низкий удельный расход топлива, чем двигатель IDI.Эта тема будет дополнительно обсуждаться здесь с особым упором на важность местных соотношений воздух / топливо. Как правило, если капли топлива сгорают в регионе с нехваткой кислорода, образуется большое количество окиси углерода. Если позже в процессе сгорания становится доступным больше кислорода, этот монооксид углерода может окисляться или не окисляться до диоксида углерода, в зависимости от температуры. Если к тому времени, когда станет доступен дополнительный кислород, температура упадет ниже примерно 1800 K, концентрация монооксида углерода останется «замороженной» на своем прежнем уровне и не будет значительного преобразования в диоксид углерода.

Если смесь воздух / топливо неоднородна, в выхлопе может появиться значительное количество окиси углерода, даже если общий коэффициент эквивалентности может быть значительно ниже единицы. Это проиллюстрировано для случая двигателя с искровым зажиганием на Рисунке 39 (Uyehara, 1980a), где процентное содержание окиси углерода в выхлопе показано как функция от коэффициента эквивалентности. Есть четыре кривых. Кривые A и B представляют собой прогнозируемые концентрации в начале такта расширения и при открытии выпускного клапана (EVO), соответственно.Расчеты основывались на степени сжатия 8 и температуре воздуха 830 K в конце такта сжатия; предполагались условия равновесия. Кривая C и точки D представляют измеренные концентрации CO. При испытаниях, к которым относятся точки D, большое внимание было уделено тому, чтобы наведенный заряд был однородным; Топливо и воздух перед подачей в двигатель тщательно перемешивались в системе баков и экранов. Можно видеть, что в этих условиях и со стехиометрической смесью доля CO в выхлопе была очень низкой - около 0.3%. Кривая C, напротив, представляет данные испытаний, в которых топливо впрыскивалось во впускной коллектор, так что у него было гораздо меньше возможностей для правильного смешивания с воздухом; таким образом, в момент воспламенения можно ожидать, что эквивалентное отношение будет значительно изменяться от точки к точке в камере сгорания. Был измерен общий коэффициент эквивалентности; рабочие условия точно соответствовали условиям точки D. Видно, что концентрация окиси углерода в выхлопе больше, чем для гомогенной смеси; разница особенно заметна для стехиометрических и более слабых смесей.Может показаться, что в случае гомогенной смеси окись углерода образуется более или менее равномерно по всей камере сгорания, но когда смесь неоднородна, существуют локальные богатые топливом зоны, в которых образование окись углерода относительно высока. Когда температура падает ниже примерно 1400 ° C, концентрация окиси углерода замерзает. Казалось бы, если общий коэффициент эквивалентности меньше единицы, то для снижения концентрации окиси углерода в выхлопе желательно иметь однородный заряд в камере сгорания, без зон местного обогащения.

Рисунок 39. Концентрация окиси углерода - зависимость от коэффициента эквивалентности. (Уехара, 1980).

Перепечатано с разрешения © 1980 Society of Automotive Engineers, Inc. Авторские права © 1980

Рассмотрим двигатель IDI, в котором объем предкамеры равен половине общего объема зазора, а другая половина состоит из зазора в цилиндр вместе с соединительным каналом. При высоких нагрузках масса воздуха, захваченного в камере предварительного сгорания в ВМТ, будет значительно меньше половины общей имеющейся массы.Это связано с тем, что воздух в форкамере будет поглощать тепло от относительно горячих поверхностей канала и форкамеры и, следовательно, будет иметь несколько меньшую плотность, чем воздух в пространстве над поршнем. Все топливо впрыскивается в камеру предварительного сгорания; таким образом, коэффициент эквивалентности там будет высоким, а отношения [CO 2 ] / [CO] и [H 2 O] / [H 2 ] будут относительно низкими. Хотя позже в процессе сгорания становится доступным гораздо больше кислорода, когда частично сгоревшие газы выходят в главный цилиндр, окисление CO еще далеко не полное, и как только температура падает ниже 1800 K, реакция становится чрезвычайно медленной.Таким образом, уровень CO в выхлопных газах может быть довольно высоким, даже если общий коэффициент эквивалентности ниже стехиометрического.

Везде, где есть карманы богатой смеси в общей бедной смеси, вероятно, будет значительная концентрация окиси углерода в выхлопных газах. С монооксидом углерода будет связан водород, часть которого не сможет окисляться до воды, когда местное соотношение эквивалентности будет высоким. Относительные пропорции CO 2 , CO, H 2 O и H 2 регулируются уравнением «водяной газ»:

CO + h3O⇌CO2 + h3

Константа диссоциации для этой реакции дана на

Kp = pCO2ph3pCOph3O = nCO2nh3nCOnh3O

, поскольку количество молей каждого вида одинаково (один).

Из измерений состава выхлопных газов можно работать в обратном направлении, чтобы определить K p и, следовательно, на основании табличных значений K p как функции температуры, чтобы определить температура, при которой реакция замораживалась. На рисунке 40 показан такой график. В этом случае расчетное значение температуры замерзания составляло 1670 К, но большинство значений, цитируемых в литературе, выше этого - около 1800 К.

Рисунок 40. Определение температуры «замерзания» по составу выхлопных газов.

Как указывалось ранее, когда смесь неоднородна и в некоторых частях заряда, которые в целом обеднены, существуют богатые карманы, в продуктах сгорания будут присутствовать оксид углерода и водород, а также диоксид углерода и вода. Эффективное сгорание требует, чтобы пропорции диоксида углерода и воды были как можно более высокими и чтобы они образовывались в начале хода расширения, что подразумевает близкое приближение к сгоранию с постоянным объемом.В двигателе IDI в камере предварительного сгорания неизбежно образуются относительно большие количества окиси углерода и водорода. Эти газы проходят в пространство над поршнем, где они смешиваются с воздухом. Реакции происходят, но когда поршень опускается на такте расширения, температура падает; когда он достигает критического значения, концентрации различных видов замерзают на своем текущем уровне.

Watson и Kamel (1979) использовали компьютерную модель для сравнения скоростей сгорания в аналогичных двигателях DI и IDI.На рисунке 41 показаны графики изменения скорости сгорания в зависимости от угла поворота коленчатого вала для двух случаев. Явно очевидна большая продолжительность сгорания в двигателе IDI; хотя первая стадия сгорания в форкамере завершается относительно быстро, вторая стадия (в цилиндре) протекает сравнительно медленно.

Рисунок 41. Сравнение скоростей сгорания для двигателей DI и IDI.

Измерение давления в баллоне | Kistler

Измерение давления в цилиндрах является основой для индикации давления в цилиндрах: метрологический метод измерения и анализа кривой давления внутри цилиндров поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Из-за высокого давления измерение внутреннего давления в цилиндре также известно как «индикация высокого давления». «Индикация низкого давления» - дополнительный вид измерения давления в баллоне. Его проводят во время фазы газообмена, чтобы определить давление во впускной и выпускной системах. Для того чтобы измеренное давление можно было привязать к определенной рабочей фазе двигателя внутреннего сгорания, в расчет включается положение поршня (угол поворота коленчатого вала) или время.

Эти методы предоставляют данные, необходимые для исследования, разработки и настройки двигателя. Они также обеспечивают производителям двигателей необходимую основу для соблюдения все более строгого законодательства о выхлопных газах и для оптимизации эффективности своих двигателей.

Кривая давления в баллоне, определенная путем измерения давления в баллоне, является наиболее важным источником информации для индикации давления в баллоне. Индикация давления в цилиндре дает более точные сведения о термодинамических процессах во время сгорания и передаваемой мощности двигателя.Последствия действий по оптимизации двигателя, основанных на этих знаниях, следующие:

  • Повышенная эффективность
  • Повышенная мощность / производительность двигателя
  • Снижение выбросов
  • Увеличение срока службы двигателя

Где используется измерение давления в цилиндре?

Измерение давления в баллоне используется для:

  • Двигатели автомобилей, мотоциклов и грузовых автомобилей
  • Крупные судовые двигатели, например 2-тактные и 4-тактные дизельные двигатели в судостроении
  • Стационарные большие двигатели, такие как двигатели большой мощности для электростанций

Какая измерительная техника используется для измерения давления в цилиндрах?

Измерение давления в цилиндрах в основном выполняется с помощью пьезоэлектрических высокотемпературных датчиков давления, которые устанавливаются через монтажное отверстие, которое для этой конкретной цели необходимо просверлить в головке блока цилиндров.Используются также измерительные свечи зажигания со встроенным датчиком высокотемпературного давления. Для них не требуется монтажное отверстие, потому что они легко ввинчиваются вместо стандартной свечи зажигания. На дизельных двигателях для измерения также можно использовать специальные переходники для свечей накаливания.

Измерительная цепь укомплектована усилителем заряда, системой сбора данных и системой оценки. В автомобильном секторе также существуют инновационные системы индикации, которые объединяют сбор и оценку данных в одном устройстве; их можно использовать на испытательных стендах, а также в качестве мобильных приложений.

Почему так важно измерять кривую давления в баллоне?

Кривая давления в баллоне, определенная путем измерения давления в баллоне, является наиболее важным источником информации для индикации давления в баллоне. В принципе, поршневые двигатели внутреннего сгорания являются тепловыми двигателями: посредством сгорания они по существу преобразуют химическую энергию, связанную в топливно-воздушной смеси, в механическую работу и тепло.

Разработчики стремятся получить максимально возможную долю механической работы в процессе преобразования - другими словами, их цель - максимизировать эффективность.Существенными факторами здесь являются уровень и кривая давления в цилиндре от угла поворота коленчатого вала, действующего на поршень. Эта кривая давления представляет процесс сгорания, поэтому она показывает, как энергия преобразуется в двигателе. Общая механическая работа на поршне, суммированная в течение одного цикла сгорания или такта, получается из давления и соответствующего изменения объема камеры сгорания.

Каковы характеристические переменные для кривой давления в цилиндре?

Ключевыми характеристическими переменными являются уровень сигнала (пиковое давление) и указанное среднее эффективное давление (IMEP) в течение одного цикла сгорания.

Как оптический анализ горения используется для измерения давления в цилиндре?

Оптический анализ сгорания используется в качестве дополнения к измерению давления в цилиндре и других опций для оптимизации процессов сгорания. Основой для этого служат современные оптические датчики, которые точно определяют источники детонации и преждевременного воспламенения, а также образование сажи в камере сгорания. Эти оптические отверстия могут быть встроены в свечи зажигания всех типов.Другие системы могут интегрировать изображения высокоскоростной камеры для визуализации быстрых процессов подсистемы, таких как события нагнетания и распространение пламени.

Village Science:

Стандарты

А 1, 8а, 15
В 3
Д 1, 3

Концепции

Формы энергии
Площадь

Есть несколько довольно простых, но важных событий которые происходят в двигателе.Один из них - сжатие топливно-воздушная смесь.

Почему необходимо сжатие

Для сжигания требуется три вещи. место:

  • Тепло
  • Топливо
  • Воздух (особенно кислород)

Если что-либо из этого будет уменьшено или удалено, пожар замедлится или погаснет.

Пример

Представьте, как сильно горит костер. Воздух течет свободно пламени. Для сжигания достаточно топлива (дров). Жара от огня продолжает идти. Каждый кусок дерева, как он горит, греет себя и лес рядом.

Кто спотыкается у огня и пинает дрова, разбрасывая его.Огонь начинает гаснуть. Почему?

Еще есть кислород. Количество доступного топлива достаточно, но топливо слишком далеко друг от друга для горящих частей продолжать греть друг друга. Каждая палка дров не греется своего соседа так же хорошо, как когда они были близко друг к другу в центр. Если дерево снова сдвинуть к центру, огонь возобновляет свое сильное пламя.

Сжатие

сжатый

Применяемый пример

Тот же принцип применяется в цилиндре.В воздух (кислород) и топливо (бензин) хорошо смешиваются в карбюраторе. Они попадают в цилиндр, но частицы топлива и кислород находятся далеко друг от друга. Когда поршень входит в цилиндр, молекулы воздуха и частицы топлива прижимаются близко друг к другу. Когда одна или две капли зажигаются свечой зажигания, запускается цепная реакция.

Дерево closeДерево россыпью

Сгорание полное и быстрое.Когда газ сжимается, как в цилиндре, при столкновении молекул выделяется тепло. больше в ограниченном пространстве. Это приближает топливно-воздушную смесь к точки горения еще до того, как искра воспламенит их.

Поршень Кольца

Каждый двигатель имеет поршень, сжимающий топливо и воздух. Каждый поршень имеет уплотнительные кольца по бокам поршень, предотвращающий выход газов.У некоторых поршней два кольца, другие три. Поршневые кольца изготовлены из очень твердой стали и скользят. вверх и вниз в стенках цилиндра. Когда поршневые кольца изнашиваются, результат потеря сжатия, которая приводит к большим потерям мощности. Кольца являются очень важной частью двигателя. Они тоже первые быть поврежденным из-за неправильной смазки.

Смазка

В двухтактном двигателе, в котором газ и масло смешаны, Масло в газе обеспечивает смазку верхних стенок цилиндров.

В четырехтактном двигателе смазка стенок цилиндров от масляного насоса и разбрызгивания масла при взбалтывании коленчатого вала в масляном поддоне.

В дизельном двигателе есть брызги и масляный насос смазка стенок цилиндров маслом в картере, но дизельное Топливо по своей природе является лучшим смазочным материалом, чем бензин. Само топливо смазывает верхние стенки цилиндра.

В конце 60-х я работал на шахте Ред Дьявол. Босс сказал мне заправить дизельный трактор. У него было два двигателя: бензиновый. двигатель, который запустил большой дизельный двигатель. В нем было два топливных бака. По незнанию залил бензин в бак дизеля и почти уволили. Как бы то ни было, довольно скоро мою ошибку обнаружили, но Я заразил пятьдесят пять галлонов топлива, смешав бензин и солярка в одном баке.Бензин сгорел бы в дизельный двигатель, но он бы разрушил его из-за трения о стенки цилиндра. На старом ковшовом тракторе ржавчины не было этикеток. танки.

Сохранение тепла

Стенки цилиндра должны быть достаточно горячими, чтобы горение, но достаточно прохладное, чтобы не плавиться и не деформироваться.Этот Вот почему система охлаждения во всех двигателях так важна.

Тепло

Тепло в материале - это сумма всех кинетических энергия всех молекул. Когда мы говорим что-то «горячее» мы фактически говорим, что есть частые столкновения атомы и молекулы, когда они колеблются в материале.Когда мы говорим это что-то «холодное» мы действительно говорим, что столкновения уменьшилось, и молекулы замедлились.

Когда мы увеличиваем давление газа, мы увеличиваем температура. Молекулы ближе друг к другу и больше сталкиваются. Кинетическая энергия поршня преобразуется в тепловую энергию.

Бензиновые двигатели и свечи зажигания

Стандартное атмосферное давление 14.7 фунтов на кв. Дюйм1. Если степень сжатия 8: 1, давление в цилиндре 8 х 14,7 фунтов на квадратный дюйм или 117,6 фунтов на квадратный дюйм. При соотношении 10: 1 давление в баллоне составляет 10 x 14,7 фунтов на квадратный дюйм или 147 фунтов на квадратный дюйм. Под этим давлением температура значительно повышен.

Дизельные двигатели

Дизель в двигателях нет свечей зажигания для воспламенения топлива.В цилиндре, давление настолько велико, что температура очень высока. Давление настолько велика (16: 1 или 234 фунт / кв. дюйм), что температура становится высокой достаточно, чтобы зажечь топливо без свечи зажигания.

Заключение

Компрессия объединяет частицы топлива в двигатель, нагревая их и давая им возможность сжигать больше быстро.Принцип сжатия понятен, но стоит упомянуть, так как есть значительные потери мощности и неэффективность в результате снижения компрессии из-за плохих поршневых колец или головки утечка прокладки.

Деятельность

  1. Возьмите старый поршень с кольцами.Сколько колец делает этот поршень есть? Сожмите кольца. Вы видите, как они запечатать поршень в цилиндре? Канавка в поршне плотно прилегают к кольцам? Есть ли в пазу столб, который предотвращает проворачивание поршневого кольца в канавке? Почему ты думаешь это так?
  2. Спросите у местных механиков, почему цилиндры хонинговались раньше. установка новых колец.Попросите их продемонстрировать, как получить поршень и кольца в цилиндре. Какую осторожность нужно проявлять?
  3. Напилить старое поршневое кольцо. Твердый или мягкий? Напилите поршень. Твердый или мягкий?
  4. Вытяните свечу зажигания из двигателя (как бензопилу). Положил пальцем через отверстие для свечи зажигания и потяните за шнур стартера. Вы чувствуете сжатие? Если вы можете получить тестер сжатия, проверить давление в баллоне.Некоторые манометры дают давление, но не указывайте соотношение. Если цилиндр имеет 105,8 фунтов на квадратный дюйм, какова степень сжатия?
  5. Разведите костер из хороших сухих дров. Сдвиньте палки близко вместе. Разъедините их. Горит ли огонь быстрее, если дерево ближе?
  6. Нарисуйте поршень в цилиндре в нижней части хода и вершина штриха.Измерьте объем в каждой позиции. Какая степень сжатия? Теперь нарисуйте поршень в цилиндре. который имеет высокую степень сжатия.
  7. Возьмите ручной насос и накачайте велосипедную шину. Горячо? Где откуда идет тепло?
  8. Если у вас есть простой тестер сжатия, проверьте сжатие в снегоходе, подвесном двигателе, четырехколесном автомобиле и бензопиле.Какие разница между ними?
  9. Некоторые двигатели имеют прокладку головки блока цилиндров, а другие - нет. Спросите у местный человек, который занимается механикой, какой делают местные машины, и чего нет. Как он может определить, повреждена ли прокладка головки блока цилиндров? Где чаще всего повреждается? Можете ли вы использовать любой прокладочный материал для прокладки головки блока цилиндров? Почему?
  10. Поговорите с местным оператором электростанции о сжатии в дизельном двигателе.Как топливо попадает в двигатель, если давление настолько велико? Есть ли в дизельном двигателе карбюратор? Почему?
  11. Исследование того, как достигается сжатие в реактивном газотурбинном двигателе.

Ответ учащегося

  1. Какие три вещи нужны, чтобы что-то сгорело?
  2. Если костер горит слишком медленно, что можно сделать, чтобы он горит быстрее, кроме того, что добавляется больше дров?
  3. Зачем нужно сжатие?
  4. Для чего нужны поршневые кольца?
  5. Нарисуйте цилиндр, в котором топливо не сжато.
  6. Изобразите цилиндр со сжатым топливом.
  7. Какова приблизительная степень сжатия бензинового двигателя?
  8. Что означает psi?
  9. Что может вызвать потерю сжатия?

Математика

  1. Если степень сжатия 9: 1 и атмосферное давление 14 лет.7 фунтов на квадратный дюйм, сколько фунтов на квадратный дюйм находится в цилиндре, когда поршень находится в верхней части цилиндра?
  2. Если в дизельном двигателе степень сжатия 16: 1, то какой такое давление в фунтах на квадратный дюйм?
  3. Степень сжатия в бензопиле должна быть 7: 1, но кольца плохие и потеря сжатия 15%. Какие такое давление в цилиндре?
  4. Компрессия в дизельном двигателе 17: 1.Какое давление должен ли топливный насос генерировать, если топливо впрыскивается при сжатии находится на пике? Больше чем ______________.

Слишком далеко

29.02.00

В этой статье подробно описаны некоторые проблемы, связанные с попыткой выжать слишком много мощности из двигателя с турбонаддувом, а также типичные ошибки, допускаемые многими людьми.Предлагаемое чтение трех других связанных статей на этом сайте в качестве основы для этой статьи:
Идеи настройки зажигания для турбин
Зажигание и сгорание
Октановое число топлива в зависимости от лошадиных сил
Модификации интеллектуального двигателя

Детонация

Детонация определяется как форма горения, при которой выделяется слишком высокая скорость высвобождения энергии, что приводит к чрезмерному давлению и температуре в камерах сгорания. Эти высокие давления и температуры могут быстро повредить или разрушить детали двигателя.Детонация часто сопровождается дребезжащим звуком.

Предварительное зажигание

Предварительное зажигание определяется как нормальный процесс сгорания, начинающийся до возникновения искры зажигания. Обычно это вызвано локальной горячей точкой, поднимающей температуру смеси выше точки самовоспламенения. Поскольку сгорание началось раньше, чем предполагалось, пиковое давление в цилиндре возникает слишком рано в цикле. Это приводит к чрезмерным давлениям и температурам, часто когда поршень все еще движется вверх, при этом объем цилиндра скорее уменьшается, чем увеличивается.Эффекты предварительного зажигания могут включать повреждение поршня и электрода свечи зажигания. Предварительное зажигание обычно не слышно и часто может привести к детонации.


Воздействие комбинированного события предварительного воспламенения / детонации на купол поршня


Свеча с легкими повреждениями перед зажиганием слева, нормальная свеча справа

Среднее эффективное давление в тормозной системе / пиковое давление в цилиндре

BMEP определяется как среднее эффективное давление сгорания в цикле. Его можно рассчитать по формуле:
792 000 X л.с., разделенные на (объем двигателя в кубических дюймах X об / мин).

Этот показатель полезен при сравнении различных двигателей, работающих на разных видах топлива, максимальное значение наблюдается при пиковом крутящем моменте. Средний диапазон для атмосферных двигателей составляет от 150 до 225 фунтов на квадратный дюйм. Гоночные двигатели с турбонаддувом могут превышать 1000 фунтов на квадратный дюйм.

Пиковое давление в цилиндре (PCP) - это максимальное давление в камере, достигаемое в процессе сгорания. Обычно это значение находится в диапазоне от 600 до 2000 фунтов на квадратный дюйм.

Тепловой КПД

Термический КПД описывает количество энергии, извлеченное для выполнения полезной работы из общей энергии, содержащейся в топливе.TE в первую очередь зависит от степени сжатия и опережения зажигания в данной конструкции двигателя. Большинство двигателей находятся в диапазоне от 25 до 35%. Чем ниже TE, тем выше температура выхлопных газов. TE можно рассчитать по следующей формуле:
2545 X л.с., разделенные на (британские тепловые единицы / фунт X фунты топлива / час).

Удельная выходная мощность

Это описывает количество л.с., развиваемое на единицу рабочего объема. Обычно выражается в л. С. / Литр или л. С. / Куб. Дюйм. Это полезно при сравнении различных двигателей и пределов напряжений.Как правило, чем выше удельная мощность, тем выше нагрузка на двигатель и тем меньше срок его службы. Его можно рассчитать следующим образом:
л.с. разделить на рабочий объем двигателя

.

Рекомендации по производительности и эффекты настройки

Для данного топлива максимальное и среднее давление в цилиндре, которое может быть достигнуто, ограничены определенной величиной. Это известно как предел детонации. Попытка достичь давления в цилиндре выше предела детонации ВНУТРИ двигатель.При полностью открытой дроссельной заслонке давление в цилиндрах может быть изменено путем изменения давления наддува и момента зажигания. Если предел детонации для данного топлива происходит при давлении PCP 700 фунтов на квадратный дюйм, этот предел может быть достигнут путем использования наддува 5 фунтов на квадратный дюйм с установкой времени на 30 градусов до ВМТ или на 12 фунтов на квадратный дюйм с временным интервалом при 15 градусах до ВМТ. Двигатель будет значительно более эффективным, работая с меньшим наддувом и большим синхронизацией, а также уменьшатся тепловые нагрузки.

Как упоминалось выше, на TE влияют CR и угол опережения зажигания.Поскольку отсчет времени замедляется, PCP развивается позже в цикле. Это позволяет терять больше энергии из-за проводимости в водяные рубашки, потому что поршень находится дальше по каналу, а шток имеет менее выгодный угол на шатуне кривошипа для передачи усилия на коленчатый вал. Задержка синхронизации также значительно повышает температуру выхлопных газов. Это увеличивает тепловую нагрузку на поршни, свечи зажигания, клапаны, выхлопную систему и турбокомпрессор. В тяжелых случаях задержки синхронизации смесь все еще горит, когда выпускной клапан открывается.Поскольку турбокомпрессоры приводятся в действие энергией в потоке выхлопных газов, высокие EGT, вызванные запаздыванием по времени, производят в турбине так много энергии, что даже полностью открытый перепускной клапан не может контролировать давление наддува. В общем, замедленная синхронизация неэффективна для создания эффективного, надежного и мощного двигателя.

Для большинства двигателей без наддува требуется от 30 до 38 градусов опережения зажигания для достижения PCP при правильном положении шатунной шейки для достижения максимальной мощности. При сжатии смеси за счет турбонаддува скорость распространения фронта пламени увеличивается, и требуется немного меньшее опережение зажигания для достижения PCP в нужный момент.Однако в большинстве случаев требуется менее 5 градусов замедления. Мы видим, как многие люди добавляют 15-25 градусов замедления в тщетную попытку остановить детонацию при очень высоких давлениях наддува для топлива и степеней сжатия, с которыми они работают. Стоит подчеркнуть, что бесплатных поездок здесь нет. Если вы планируете достичь высоких удельных выходов на низкооктановом топливе для насосов в течение продолжительных периодов времени, вам придется снизить CR. Действительно высокая удельная мощность доступна только при использовании высокооктанового топлива или при введении антидетонантов.Существуют веские научные причины, по которым не существует заводских двигателей с турбонаддувом от 10 до 1 CR, которые производят удельную мощность 175 л.с. / л. На самом деле, не существует серийных поршневых автомобильных двигателей, о которых я знаю, которые могут достичь определенной мощности такого уровня на топливе для насоса с октановым числом 92 в любом месте. Несмотря на это, многие люди стараются делать это с дорогостоящими результатами. Высокая степень сжатия и высокий наддув просто несовместимы с топливом для насоса. Если вы попробуете это сделать, то либо будете недовольны результатами, либо взорвете двигатель. Когда я говорю серийный двигатель, я имею в виду тот, который можно купить в выставочном зале, без модификаций, с неповрежденной заводской гарантией. HP должна быть проверена на надлежащем динамометрическом стенде двигателя, а не на динамометрическом стенде шасси с применением поправочных коэффициентов фантомного маховика. Если бы Toyota, Honda или Ford могли сделать это с заводской надежностью, не думаете ли вы, что они бы это сделали? Как обсуждалось в некоторых ссылках выше, установите разумные цели для HP и модифицируйте внутренние компоненты по мере необходимости для надежного получения этих уровней.Имейте в виду, что многие японские двигатели разработаны для работы на топливе с октановым числом 98-102 на их внутренних рынках. Эти двигатели не смогут работать с такими же уровнями наддува на североамериканском топливе с октановым числом 92. Ожидайте сильного взрыва или замедления искры, если вы попытаетесь это сделать.

Как сделать жизнь

Уменьшение степени сжатия или использование топлива с более высоким октановым числом - два лучших способа увеличить мощность двигателя с турбонаддувом. Если вы едете по улице, вам, в общем, придется пользоваться насосом.В этом случае вы можете установить несколько поршней с более низким сжатием. Поршни и свечи зажигания часто являются первыми частями двигателя, которые страдают от воздействия избыточного давления и перегрева. Двигатель с высокой мощностью всегда должен оснащаться более холодными свечами зажигания - момент, который производители двигателей-любители часто упускают из виду. Кованые поршни и турбомоторы работают вместе, как варенье и тосты, но кованые поршни сильно различаются. В двигателях с турбонаддувом температура и давление намного превышают все, что наблюдается в двигателях без наддува.Поскольку удельная мощность выше, скорость высвобождения энергии выше. Температура купола поршня может составлять от 450 до 550 градусов по Фаренгейту. Большинство алюминиевых сплавов потеряли более половины своей прочности при 400F. Турбо-поршни должны иметь толстые верхние секции, чтобы они могли быстрее отводить тепло к юбкам и стенкам цилиндров, чтобы поддерживать температуру купола до безопасных пределов. Поршни с высоким содержанием кремния могут быть установлены более плотно из-за их более низкой скорости расширения для уменьшения дребезжания в холодном состоянии, но поскольку они более хрупкие, они не выдерживают такой большой детонации, как поршни с низким содержанием кремния.Степень сжатия для уличного использования обычно должна находиться в диапазоне от 7,0 до 8,5 к 1.


Кованый поршень с высоким содержанием кремния для использования с наддувом и малой выходной мощностью. Обратите внимание на относительно тонкий купол и радиусы углов.


Литой заводской поршень слева, специально разработанный с низким содержанием кремния, кованый поршень справа


Обратите внимание на толстые угловые радиусы для более высокой скорости теплопередачи.

Большинство заводских двигателей с турбонаддувом оснащено под поршневыми форсунками. Это особенно хорошая идея для двигателей с большими отверстиями, где центр купола поршня находится далеко от боковых сторон, чтобы можно было эффективно рассеивать тепло, а дополнительная толщина может добавить излишний вес поршневому узлу.


Масляные форсунки

10/3/02 В Racetech мы каждый день получаем телефонные звонки и электронные письма от людей, желающих сделать абсурдные цифры в л.с. по насосному топливу на двигателях и трансмиссиях, которые, по сути, являются стандартными. Мы не пытаемся отговорить вас от ваших мечтаний, просто пытаемся добавить немного реальности. Если у вас все сделано правильно и двигатель объемом 2 литра развивает 400 л.с. (что маловероятно), какая трансмиссия будет надежно передавать эту мощность на землю, особенно в условиях дрэг-рейсинга? Дренажные полосы завалены автомобилями, страдающими от поврежденных частей трансмиссии, которые загружаются на плоские платформы в конце дня гонки.Какой смысл в этом хп, если что-то взрывается каждый 5-й проход? Постройте все правильно, чтобы получить желаемую мощность. Если вы думаете, что ваша заводская трансмиссия выдержит двойной, тройной или четырехкратный крутящий момент на складе, вас ждет дорогой сюрприз.

04/09/03 Каждый год мы разговариваем с тысячами людей по поводу систем EFI и модифицированных двигателей. У нас есть много людей, которым просто нужно построить уличный двигатель с турбонаддувом с высокой степенью сжатия. Несмотря на то, что мы настоятельно рекомендуем снизить степень сжатия, многие люди настаивают на 9-10: 1 CR.Обычно эти люди звонят в ответ с жалобными рассказами о большом количестве звонков, взорванных прокладках головок, расплавленных пробках и поршнях. Мы бесплатно предоставляем информацию, основанную на 25-летнем опыте создания высокопроизводительных двигателей, чтобы помочь людям сэкономить деньги и избежать разочарований. Откровенно говоря, мы видим очень мало двигателей с турбонаддувом с высокой степенью сжатия, работающих на насосе, работающем более месяца, прежде чем они выйдут из строя. Вот почему вы не увидите заводских мощных турбомашин с 10 или 1 CR. Придерживайтесь 8,5 Crs, и вы получите больше мощности и более высокую надежность.

Объяснение функции двигателей с воспламенением от сжатия

Дизельные двигатели - это рабочие лошадки как в промышленности, так и в производительности. Но чтобы по-настоящему оценить их, важно понять, как они работают.

Дизельные двигатели являются основным двигателем в промышленности. Применение дизельных двигателей в тяжелых условиях, требующих высокого крутящего момента, долговечности и превосходной экономии топлива, повсеместно. Отрасли автомобильного, морского и железнодорожного транспорта в значительной степени полагаются на дизельную энергию, а не на бензиновые двигатели.Даже многие электростанции вырабатывают электроэнергию с помощью больших дизельных двигателей. И, конечно же, почти все тяжелое строительное, сельскохозяйственное и горнодобывающее оборудование работает на дизельном топливе. Мировая торговля эффективно работает на дизельной энергии. Несмотря на то, что они похожи по внешнему виду, важные различия отделяют дизельные и бензиновые двигатели друг от друга и определяют, какой тип двигателя лучше всего подходит для любого конкретного применения, включая грузовики и автомобили.

В отличие от обычного бензинового двигателя, дизельное топливо впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр во время рабочего такта, который затем воспламеняется из-за высоких температур цилиндра.

Дизельные и бензиновые двигатели относятся к двигателям внутреннего сгорания (ВС). Топливо и воздух объединяются и сжигаются внутри двигателя, чтобы получить мощность. Подобно бензиновому двигателю, дизельный двигатель имеет цилиндры, коленчатый вал, шатуны и поршни для передачи энергии топлива от линейного к вращательному движению. Основное различие заключается в способе воспламенения топливно-воздушной смеси. Бензиновые двигатели - это двигатели с искровым зажиганием, а дизельные двигатели - это двигатели с воспламенением от сжатия.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, циклы

  • Впуск
  • Сжатие
  • Сгорание (расширение)
  • Выхлоп

Эти циклы практически одинаковы для обоих типов двигателей, за исключением цикла сгорания, в котором бензиновый двигатель запускается искрой, а дизель - сжатием. Разница является ключевой в превосходстве дизеля для применений, требующих высокой эффективности и высокого крутящего момента с хорошей топливной экономичностью.

ГОРЕНИЕ

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания забирает предварительно смешанное топливо и воздух через систему впуска, сжимает его в каждом цилиндре с помощью поршня и воспламеняет смесь с помощью свечи зажигания. Топливо добавляется во время такта впуска, чтобы создать желаемую топливно-воздушную смесь, готовую к сгоранию. Последующий цикл сгорания расширяет горящую смесь и повышает давление в цилиндре, чтобы толкнуть поршень вниз и создать крутящий момент.

В дизельном двигателе воздух и топливо предварительно не смешиваются.Воздух вводится в цилиндры и сжимается поршнем до гораздо более высокого давления, чем в бензиновом двигателе; в некоторых случаях до 25: 1. Это механическое или адиабатическое сжатие перегревает воздух до 400 ° или более. В этот момент топливо впрыскивается в горячий сжатый воздух, вызывая его мгновенное возгорание. Создается более высокое давление в цилиндре, создавая больший крутящий момент для привода автомобиля.

Вот деталь, которую вы не найдете в дизельном двигателе. В отличие от бензиновых двигателей, которым требуется триггерное событие - сильный электрический разряд - для инициирования сгорания, дизельные двигатели полагаются исключительно на температуру сжатого воздуха в верхней мертвой точке.

КАЧЕСТВО СМЕСИ

Дизельные двигатели

обеспечивают более высокий КПД по нескольким причинам. Одна веская причина заключается в том, что более высокое давление в цилиндре во время впрыска топлива создает гораздо более плотную смесь, которая дает более сильный удар; плотность смеси имеет первостепенное значение для создания энергии. Более высокая степень сжатия также заставляет топливо сгорать более полно, высвобождая больше энергии, поскольку дизельное топливо дает более высокую плотность энергии. Кроме того, уникальная способность дизеля впрыскивать топливо на протяжении большей части рабочего хода помогает создать более высокое среднее давление в цилиндре, чем сопоставимый бензиновый двигатель.Дизельное топливо также имеет смазывающий компонент, который помогает снизить трение в цилиндрах.

Камера сгорания в головке поршня дизельного двигателя представляет собой неглубокую камеру с центральным конусом для облегчения распределения смеси из топлива под высоким давлением, впрыскиваемого непосредственно над ней. «В приложениях с высокими эксплуатационными характеристиками решающее значение имеет сочетание угла распыления впрыска и конструкции тарелки», - отмечает JJ Zimmerman из Diamond Pistons. «Большая часть нашего времени инженеров тратится на эту конкретную арену, поскольку именно здесь можно выиграть или проиграть гонки.”

Хотя начало сгорания отличается от типичного бензинового двигателя, фундаментальное различие также существует в конструкции камеры сгорания для оптимизации распыления топлива. Большинство бензиновых двигателей имеют камеру сгорания в головке блока цилиндров, но в дизельном двигателе камера сгорания расположена внутри головки поршня. Поршень дизеля имеет контурное углубление или чашу в центре днища поршня, где происходит сгорание. В центре чаши конусообразный выступ находится прямо под топливной форсункой.

Конус и камера захваченного поршня под головкой блока цилиндров способствуют оптимизированному распылению топлива в пространстве сгорания под высоким давлением. Эта форма камеры конуса в короне обычно упоминается как конструкция «мексиканской шляпы» (сомбреро), и она почти универсальна для дизельных поршней. Высокоэффективная камера в центре поршня централизует большую часть силы, создаваемой циклом расширения (сгорания), и направляет ее прямо вниз по шатуну к ходу коленчатого вала.

Кованые сменные поршни из сплава 2618 компании Diamond Pistons для применений Cummins, Duramax и Power Stroke (показаны) заполняют пустоту для специалистов по восстановлению рабочих характеристик, нуждающихся в высококачественных сменных поршнях, которые соответствуют коэффициентам сжатия OEM и предлагают полное покрытие поршней и пальцы из инструментальной стали DLC h23.

Еще одно отличие состоит в том, что дизельный двигатель дросселируется за счет подачи топлива, а бензиновый двигатель дросселируется за счет подачи воздуха. Поскольку воздушный поток не дросселируется, дизельный двигатель также не создает вакуума.Подача топлива осуществляется прямым впрыском в цилиндр, направленным прямо на верхнюю часть поршня. Это очень важно для качества топливной смеси и последующей эффективности сгорания.

Прямой впрыск делает процесс сгорания проще и эффективнее. Дизельные двигатели работают при значительно более бедном соотношении воздух-топливо, чем бензиновые двигатели, обычно от 25: 1 до 40: 1 по сравнению с обычным бензиновым диапазоном от 12: 1 до 15: 1. Современные дизельные двигатели с прямым впрыском впрыскивают топливо при давлении, приближающемся (или в некоторых случаях превышающем) 30 000 фунтов на квадратный дюйм.Это обеспечивает наилучшее возможное распыление не только для эффективного сжигания, но и с низким уровнем отходящего тепла. А бедные смеси являются ключевой причиной такой топливной экономичности дизелей.

СРОКИ

Еще одно интересное различие между дизельным и бензиновым двигателями - это синхронизация форсунок по сравнению с синхронизацией зажигания. В бензиновых двигателях момент зажигания относится к точке, в которой горение инициируется свечой зажигания. В дизельном двигателе синхронизация относится к началу события впрыска топлива, которое рассчитывается по времени, чтобы воспользоваться точкой максимального сжатия смеси.

Хотя в основном он используется в грузовиках, дизельные двигатели нашли большой успех в грузовых автомобилях. 6,8-литровый автомобиль Райана Милликена '66 Nova с двигателем Cummins - это автомобиль с радиальными шинами, который доказывает, что дизельное топливо многогранно. В двигателе используются поршни Diamond Pistons и турбонагнетатель Massive Garrett GTX5533R, позволяющий совершать дымные прохождения на четверть мили.

ТУРБОНАДДУВ

Для дизельных двигателей

требуются более прочные компоненты, прежде всего из-за более высокого давления в цилиндрах и высокого крутящего момента.Давление в цилиндрах возрастает до 3600 фунтов на квадратный дюйм в современных приложениях с турбонаддувом и до более 8000 фунтов на квадратный дюйм в приложениях с высокой производительностью. На 4-дюймовом отверстии это может составлять 45 000 фунтов давления, толкающего поршень вниз. Следовательно, блок цилиндров, коленчатый вал, шатуны, поршни, головки цилиндров и клапаны - все значительно более прочное, чем у бензинового двигателя. Поскольку они предназначены для работы под высоким давлением, большая часть дизельных двигателей оснащена турбонаддувом.

Турбокомпрессоры

идеально подходят для дизелей, поскольку они повторно используют отработанные выхлопные газы для эффективного наддува двигателя, который уже рассчитан на работу при высоком давлении в цилиндрах.Тепловой КПД дизельного двигателя эффективно повышается за счет турбонаддува, поскольку он существенно увеличивает объем воздуха, поступающего в двигатель, что позволяет впрыскивать больше топлива. Топливо создает энергию, но для ее разблокировки требуется воздух.

Отношение крутящего момента к мощности дизельных двигателей обычно составляет около 2: 1, но многие промышленные двигатели достигают отношения 3: 1 или 4: 1 в отличие от типичного отношения 1: 1, создаваемого бензиновым двигателем. Дизели эффективны по крутящему моменту, потому что они создают высокое давление в цилиндре за счет очень эффективного сгорания, и они применяют его к длинному ходу коленчатого вала, что увеличивает рычаг.Турбонаддув добавляет совершенно новый фактор в уравнение крутящего момента, поскольку он снижает насосные потери во время такта впуска и значительно увеличивает давление в цилиндре во время рабочего такта. Дизели любят повышать давление. Дизельные двигатели нередко работают в два, три или более раз над давлением наддува, обычно используемым в бензиновых двигателях.

На отечественном рынке дизельных двигателей преобладают двигатели GM Duramax, Dodge Cummins и Ford PowerStroke.

УПРАВЛЕНИЕ ВПРЫСКАМИ

Среди других распространенных практик настройки увеличение времени впрыска и его более ранний запуск создает большее давление в цилиндре.Множественные события впрыска (пилотный впрыск) за цикл мощности теперь также являются обычным явлением. Таким образом, сгорание инициируется и усиливается за счет дополнительных впрысков в течение каждого цикла. Это позволяет максимально использовать преимущества более высоких уровней наддува с эффективностью сгорания для создания более высокого давления в цилиндрах.

По своей природе процесс сгорания в дизельном двигателе имеет тенденцию сопротивляться плавности и однородности, в первую очередь из-за колебаний нагрузки и температуры. Важнейшей целью ужесточения контроля за процессом впрыска является уменьшение отклонений сгорания от цикла к циклу.Современные датчики и система управления двигателем помогают сгладить ситуацию, а современные дизели тише и мощнее, чем когда-либо. Системы управления и впрыск Common Rail под более высоким давлением теперь могут производить до трех впрысков на одно событие сгорания, и они могут варьировать каждый впрыск с большим или меньшим количеством топлива и более высоким или более низким давлением, что считается необходимым для оптимального сгорания.

Diamond предлагает поршни для популярных дизелей в кованых конфигурациях 2618, а также термическое покрытие и покрытие юбки, а также штифты из инструментальной стали.

УПРАВЛЕНИЕ ДИЗЕЛЬНЫМ ПОРШНЕМ

Все это делает поршень главным рычагом повышения давления сгорания. Хотя дизели обычно имеют очень прочную архитектуру, поршень - это игрок, который должен постоянно повышать свою квалификацию.

Diamond Pistons представляет собой полную линейку сменных поршней из кованого алюминия для всех распространенных дизельных платформ последних моделей. Из них основными игроками являются Dodge Cummins, GM Duramax и Ford Power Stroke. Эти поршни поддерживают рынок дизельных двигателей, восстанавливающих рабочие характеристики, благодаря стандартным и негабаритным поршням из сплава 2618 из сплава 2618, которые жестко анодированы и поставляются с запястьями из инструментальной стали H23 с алмазоподобным покрытием (алмазоподобное покрытие) - отличный шаг в обеспечении высококачественных поршней для соревнований и гоночных дизелей. Приложения.

Рынок дизельного топлива стремительно растет уже более десяти лет. OEM-производители и энтузиасты бешено продвигают технологию. Diamond быстро реагирует на растущий рыночный спрос, чтобы гарантировать, что они могут поставлять поршни, которые удовлетворят все потребности своих клиентов в производительности.

Разработка двигателя и давление в цилиндре

В некоторых колонках по Enginology назад мы говорили о функциональности и преимуществах, получаемых от измерения давления в цилиндре с шагом в углы поворота коленчатого вала.В этом обсуждении мы отметили несколько полезных потоков данных. Один из них связан с непрерывным измерением давления в цилиндре от начала сгорания до его конца, от цикла к циклу в работающем двигателе. Задержите эту мысль на мгновение.

Мы также уделили немного места в этой колонке, говоря о качестве воздушно-топливной смеси, как и о качестве входящего воздушного потока. В частности, мы отметили, что от цикла к циклу (в любом данном цилиндре) возможно различное качество заряда воздух / топливо в зависимости от эффективности смешивания топлива с воздухом.По сути, разделение воздуха и топлива и то, как это может повлиять на диапазон размеров топливных капель, было в центре внимания, которое мы обсуждали. Из-за проблем, связанных с плохим смешиванием воздуха и топлива, общее давление в рабочем цилиндре может изменяться, что отражается в изменении крутящего момента коленчатого вала.

В сухом остатке снизилась мощность. Именно эти изменения давления в рабочем цилиндре от цикла к циклу можно определить как «циклическое диспергирование». Интересно, что анализ выхлопных газов на несгоревшее топливо (углеводороды или уровни углеводородов) помог подтвердить, что изменения давления в цилиндрах предполагают потерю мощности из-за плохо перемешанных или сгоревших зарядов воздух / топливо.Другими словами, поскольку воздух и топливо имеют тенденцию разделяться (либо во время впускного цикла, либо во время движения пламени, либо в обоих случаях), увеличивается количество несгоревшего топлива, что сопровождается снижением мощности.

Что может вызвать циклическое рассеяние? Из возможностей разделение воздуха и топлива и общее движение смеси в камере сгорания занимают довольно высокое место. И, как и следовало ожидать, эти два условия связаны. Например, хотя два основных типа движения (завихрение и кувырок) использовались как в штатных, так и в гоночных двигателях, возможно, что их будет слишком много.Любой из них может быть причиной механического отделения топлива от воздуха где-то на протяжении времени до сгорания, а также снижения полезного объемного КПД или наполнения цилиндра. И, как обсуждалось ранее, существуют причины разделения, которые могут материализоваться во время впускного цикла не только между цилиндрами двигателя, но и случайным образом, от цикла к циклу, в отдельных цилиндрах.

Учитывая характер того, как может развиваться циклическое диспергирование, не нужно много воображения, чтобы увидеть, что двигатель, оснащенный карбюратором, может быть более проблематичным, чем двигатель с последовательным многоточечным электронным впрыском топлива (MPEFI).Даже EFI «периодического действия» (топливо подается в четыре цилиндра одновременно в конфигурации V-8, например), по-видимому, предлагает снижение циклической дисперсии больше, чем компоновка карбюратора и обычные проблемы с мокрым потоком, которые могут возникнуть. между ним и камерой сгорания. Фактически, данные о давлении в цилиндрах, которые я видел при сравнении карбюраторных двигателей с двигателями с EFI, ясно показывают снижение как общих циклических схем дисперсии, так и циклических характеристик отдельных цилиндров.

Более того, если мы переместим наше внимание на то, как можно снизить мощность с помощью того, что мы называем «типичными» условиями циклической дисперсии, данные показали, что процент снижения мощности находится в диапазоне 5-8 процентов.Таким образом, просто уменьшив это условие при том же количестве потребляемого топлива, можно увеличить мощность на этот процент. Перевод? Уменьшение циклической дисперсии может привести к повышению эффективности сгорания, что приводит к увеличению крутящего момента коленчатого вала. Это означает больше мощности.

Здесь есть еще одна небольшая загвоздка для дальнейшего обоснования того, почему снижение циклической дисперсии - это хорошо. Заядлые студенты, изучающие двигатели внутреннего сгорания, скажут вам, что циклическое диспергирование практически гарантирует, что в зазоре свечи зажигания будет различная топливно-воздушная смесь при каждом зажигании.Иногда, в зависимости от степени состояния (проще говоря), заправка воздухом / топливом будет богатой, а иногда - бедной. Остаточные побочные продукты сгорания, отделившееся топливо или условия турбулентности в пространстве сгорания могут повлиять на то, что свеча видит во время сгорания.

Независимо от того, что мы будем называть качеством начального сгорания (пламя) и скоростью, с которой оно проходит через пространство сгорания, зависит от соотношения воздух / топливо в зазоре свечи зажигания. Несмотря на то, что сам процесс сгорания создает некоторую турбулентность (в начале горения), которая перекрывается последующей активностью по мере продолжения пламени, циклическое рассеяние может повлиять на скорость начального сгорания и чистое давление в цилиндре.Все это возвращает нас к измерению давления в цилиндрах, чтобы определить масштабы проблемы.

Обратите внимание на прилагаемый рисунок, хотя он несколько преувеличен для целей обсуждения. Хотя он не взят непосредственно из графика испытания давления / угла поворота коленчатого вала, он показывает, как пиковое рабочее давление в цилиндре (чистый крутящий момент) может изменяться в зависимости от циклической дисперсии. Как обсуждалось ранее и проиллюстрировано в этой колонке, пиковое давление обычно возникает немного после ВМТ рабочего хода и изменяется пропорционально частоте вращения коленчатого вала.Во всяком случае, рисунок иллюстрирует взаимосвязь между пиковыми рабочими давлениями и углами поворота коленчатого вала, на которые влияет циклическая дисперсия.

Методы, которые мы ранее обсуждали, связанные со способами улучшения качества заряда воздуха / топлива, связаны со всем этим, особенно для двигателей, оснащенных карбюратором. Фактически, если вы на минутку задумаетесь об этом, мы, которые работали или разрабатывали детали для двигателей с карбюраторами, уже давно сосредоточены на решении проблемы низкого качества смеси и связанных с этим компромиссов, ведущих к снижению мощности.Такова природа зверя. Однако с появлением EFI и того, как эта технология предлагает отличную возможность уменьшить циклическую дисперсию и ее негативное влияние на характеристики двигателя, органам, санкционирующим автоспорт, остается только вступить в современное время и позволить (возможно, даже потребовать) эту концепцию. использоваться.

Существуют группы разработок двигателей для кольцевых гусениц, которые уже уточняют, как EFI может перейти в эту категорию гонок, решая проблемы, которые в противном случае могли бы вызывать беспокойство.Одним из них является то, как бороться с системами подачи топлива под высоким давлением и потенциальным возгоранием на борту, когда гоночные автомобили попадают в аварии.

Учитывая новаторский и творческий потенциал, которым исторически изобилует сообщество разработчиков запчастей для автоспорта, найдутся решения этой и подобных проблем. Дело в том, что проблемы, связанные с управлением воздушно-топливными зарядами в двигателях, оснащенных карбюраторами, могут быть существенно улучшены за счет включения способов, которыми OEM-производители решают как сокращение выбросов, так и требования к экономии топлива для дорожных транспортных средств.EFI, помимо любых опасений по поводу работы с сопутствующей электроникой, представляет собой четкий путь к решению некоторых основных проблем с двигателем внутреннего сгорания, в том числе тех, которые поворачивают налево, направо или их комбинацию. Циклическая дисперсия - это только одна проблема, которую следует уменьшить.

ЗОИЛ | Основы дизельного двигателя


Дизельный двигатель - это двигатель внутреннего сгорания , который использует воспламенение от сжатия для воспламенения топлива при его впрыске в двигатель.

Для понимания того, как работают дизельные двигатели, полезно сравнить различия между дизельным двигателем и бензиновым двигателем. Основные отличия бензинового двигателя от дизельного:

  • Бензиновый двигатель принимает смесь газа и воздуха, сжимает ее и воспламеняет смесь искрой. Дизельный двигатель забирает воздух, сжимает его, а затем впрыскивает топливо в сжатый воздух. Тепло сжатого воздуха самопроизвольно воспламеняет топливо.Дизельный двигатель не имеет свечи зажигания.
  • Бензиновый двигатель сжимает в соотношении от 8: 1 до 12: 1, в то время как дизельный двигатель сжимает в соотношении от 14: 1 до 25: 1. Более высокая степень сжатия дизельного двигателя приводит к повышению эффективности.
  • Бензиновые двигатели обычно используют либо карбюрацию, при которой воздух и топливо смешиваются задолго до того, как воздух поступает в цилиндр, либо впрыск топлива через порт, при котором топливо впрыскивается непосредственно перед тактом впуска (вне цилиндра).Следовательно, в бензиновом двигателе все топливо загружается в цилиндр во время такта впуска, а затем сжимается. Сжатие топливно-воздушной смеси ограничивает степень сжатия двигателя - если он слишком сильно сжимает воздух, топливно-воздушная смесь самовоспламеняется и вызывает детонацию. Дизельные двигатели используют прямой впрыск топлива, т.е. дизельное топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр. Дизельный двигатель сжимает только воздух, поэтому степень сжатия может быть намного выше. Чем выше степень сжатия, тем больше генерируется мощность.
  • Форсунки для дизельного топлива, в отличие от бензиновых, должны выдерживать температуру и давление внутри цилиндра и при этом подавать топливо в виде мелкого тумана. Чтобы туман равномерно распределялся по цилиндру, некоторые дизельные двигатели оснащены специальными впускными клапанами или камерами предварительного сгорания. Новые дизельные двигатели оснащены топливной системой Common Rail высокого давления. См. «Основы дизельной топливной системы» для получения дополнительной информации об этом типе топливной системы.
  • Дизельные двигатели могут быть оснащены свечой накаливания. Когда дизельный двигатель холодный, в процессе сжатия температура воздуха может не повыситься настолько, чтобы воспламениться топливо. Свеча накаливания представляет собой электрически нагреваемую проволоку, которая облегчает зажигание топлива при холодном двигателе. Свечи накаливания обычно устанавливаются на небольших дизельных двигателях. Бензиновые двигатели не требуют свечей накаливания, поскольку они не зависят от самовозгорания.

ШАГ


1

ВПУСКНОЙ (ВНИЗ) ХОД 1 |
Поршень движется вниз, всасывая воздух в цилиндр

.

ШАГ


2

ХОД СЖАТИЯ (ВВЕРХ) 1 |
Поршень движется вверх, сжимая вновь втянутый воздух в цилиндр
Прежде чем поршень достигнет верхней мертвой точки (ВМТ), дизельное топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр
Результат - сгорание дизельного топлива

ШАГ


3

ВПУСКНОЙ ХОД (ВНИЗ) 2 |
Поршень опускается, но впускной и выпускной клапаны не открываются

ШАГ


4

ДВИГАТЕЛЬ КОМПРЕССИИ (ВВЕРХ) 2 |
Поршень движется вверх, вытесняя сгоревшее дизельное топливо из цилиндра в виде выхлопа

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *