Где сгорает топливо в поршневых двигателях: Процесс сгорания топлива в двигателе

Процесс сгорания топлива в двигателе

При сгорании рабочей смеси в поршневых двигателях увеличивается температура и повышается давление в цилиндрах. Для повышения эффективности работы двигателя желательно, чтобы сгорание происходило вблизи в.м.т. поршня, когда рабочая смесь занимает минимальный объем, имеет наименьшую поверхность соприкосновения со стенками цилиндра. Чем меньше поверхность теплоотвода, тем меньше тепла уходит в окружающую среду и тем большая доля его превращается в полезную работу.

Смесь сгорает не мгновенно, а в течение некоторого времени. Продолжительность и характер протекания процесса сгорания зависят от типа смесеобразования. Рассмотрим процесс сгорания рабочей смеси для двигателей с искровым зажиганием и для дизелей.

Сгорание рабочей смеси в двигателях с искровым зажиганием

О протекании процесса сгорания можно судить по индикаторным диаграммам, показывающим графически изменение давления Р в цилиндре в зависимости от угла ф поворота коленчатого вала. Площадь индикаторной диаграммы пропорциональна работе, совершенной при сгорании рабочей смеси внутри цилиндра за один цикл. Если зажигание выключено, то давление в цилиндре при вращении коленчатого вала изменяется почти симметрично относительно в.м.т. (нижняя кривая). Для нормальной работы двигателя зажигание должно включаться тогда, когда должна возникнуть искра между электродами свечи. Момент искрообразования соответствует положению точки 1 на диаграмме, а давление в камере сжатия — ординате P1.

Рис. Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя: ф3 — угол опережения зажигания; Q1 — начальная фаза сгорания; Q2 — основная фаза сгорания; Q3 — завершающая фаза сгорания; 1 — начало образования искры; 2 — начало отрыва линии сгорания от линии сжатия; 3 — момент достижения максимального давления в цилиндре.

Процесс сгорания условно делят на три фазы.

Начальная фаза — Q1 начинается в момент образования искры. Возле электродов свечи зажигания воспламеняется небольшой объем рабочей смеси. Она горит сравнительно медленно. Давление в цилиндре на протяжении этого периода остается практически таким же, как и при выключенном зажигании.

Заканчивается первая фаза тогда, когда сгорает 6…8% общего объема смеси, находящейся в камере сгорания. Температура повышается настолько, что начиная от точки 2 давление резко возрастает, наступает основная фаза быстрого сгорания (участок 2… 3). Скорость распространения пламени в средней части камеры сгорания достигает 60…80 м/с. Вдоль стенок камеры скорость сгорания ниже, а сгорание — неполное. Продолжительность второй фазы для быстроходных двигателей составляет 25…30° угла поворота коленчатого вала. В этой фазе выделяется основная часть тепла.

Третья фаза Q3 — фаза сгорания смеси на периферийных участках камеры в такте расширения. За начало этой фазы принимают точку 3. Давление в цилиндре в этот момент будет максимальным.

От интенсивности тепловыделения в основной фазе зависит скорость нарастания давления по углу поворота коленчатого вала, или, иначе, жесткость работы двигателя. В современных автомобильных двигателях скорость повышения давления колеблется в пределах 0,12…0,25 МПа на 1° угла поворота вала. Чем круче нарастает давление на участке 2..3, тем жестче работает двигатель и тем больше износ кривошипно-шатунного механизма.

Продолжительность первой фазы зависит от ряда факторов.

Чем ближе величина коэффициента избытка воздуха а к оптимальному значению, тем лучше состав смеси и тем короче продолжительность первой фазы. При значительном обеднении смеси воспламенение ее ухудшается и экономичность работы двигателя снижается. Чем мощнее искровой разряд, тем интенсивнее распространение пламени и тем короче первая фаза.

На продолжительность второй фазы сгорания оказывают влияние те же факторы, что и на продолжительность первой фазы. Кроме того, вторая фаза зависит от величины угла опережения зажигания и частоты вращения коленчатого вала.

Влияние степени сжатия

При изменении степени сжатия Е изменяется качество подготовленности рабочей смеси к сгоранию. Степень сжатия может быть нарушена неправильно подобранной толщиной прокладки, устанавливаемой между головкой цилиндров и блоком, при срезании плоскости головки цилиндра или поршня, изменении длины шатуна или радиуса кривошипа в процессе ремонта.

Увеличение степени сжатия по сравнению с оптимальным значением сопровождается повышением жесткости работы двигателя и максимального давления сгорания.

Снижение величины Е замедляет процесс сгорания и ухудшает экономичность работы.

Влияние угла опережения зажигания

Рис. Влияние угла фз, опережения зажигания на форму индикаторной диаграммы карбюраторного двигателя: 1 — ф1 = 0°; 2 — ф2 = 7°; 3 — ф3 = 22°; 4 — ф4 = 27°.

Величину угла опережения зажигания фз устанавливают при конструировании двигателя. Оптимальное его значение указывают в руководстве по эксплуатации. Нарушение этого угла ведет к ухудшению процесса сгорания и снижению эксплуатационных показателей двигателя.

При уменьшении угла опережения (запаздывании зажигания) период задержки воспламенения увеличивается. В результате этого рабочая смесь сгорает после прохождения поршнем в.м.т., когда объем над ним увеличится. Это приводит к увеличению поверхности теплоотдачи и снижению вихревых движений в камере. Так, например, при оптимальном значении угла фз опережения зажигания, равном 27° до в.м.т., максимальное давление сгорания Pz равно 4 МПа и находится у в.м.т. По мере запаздывания зажигания, в нашем случае при фз = 0°, давление сгорания снижается до 2,6 МПа и смещается в сторону запаздывания.

Вследствие этого двигатель перегревается, а мощность и экономичность его снижаются. Оптимальное значение угла опережения зажигания для данного двигателя составляет 22° (кривая 5). При этом ф3 рабочая смесь хорошо подготовлена к сгоранию, вихревые движения обеспечивают перемешивание горючей смеси. Все это способствует наиболее полному сгоранию топлива вблизи в.м.т., когда объем камеры минимальный.

Влияние состава рабочей смеси

Состав рабочей смеси оценивается коэффициентом избытка воздуха а. Состав влияет на скорость сгорания, количество выделяемого тепла, вследствие чего изменяются давление и температура газов в цилиндре. Минимальное значение угла опережения зажигания, периода задержки воспламенения и максимальное давление в цилиндре достигаются при а =0,85…0,9. При этом значении коэффициента избытка воздуха двигатель развивает максимальную мощность. По мере обеднения состава смеси (а>0,9) изменяется величина оптимального значения Фз, уменьшается величина максимального давления сгорания.

Для каждого двигателя принят свой оптимальный состав рабочей смеси, при котором на данном режиме достигается минимальный удельный расход топлива. Для двигателей со степенью сжатия около 8 при почти полном открытии дроссельной заслонки экономичный состав смеси получается при и =1,15…1,2. Для каждого скоростного и нагрузочного режима работы двигателя с искровым зажиганием существует также свое оптимальное значение угла опережения зажигания. Поэтому в конструкции таких двигателей предусмотрено устройство, обеспечивающее автоматически в зависимости от режима работы двигателя оптимальное значение ф3.

Влияние частоты вращения коленчатого вала

Рис. Влияние частоты вращения n и угла фз, опережения зажигания на характер индикторных диаграмм карбюраторного двигателя: а — угол фз — неизменный на всех скоростных режимах; б — углы ф2 и ф3 — подобраны для каждого скоростного режима: 1 — n = 1000 об/мин; 2 — n = 2000 об/мин; 3 — n = 3000 об/мин.

При увеличении частоты вращения n коленчатого вала увеличивается скорость движения топливовоздушной смеси во впускном трубопроводе и усиливаются вихревые движения смеси в камере сжатия. Опыты показывают, что с увеличением n длительность первой фазы Q1 сгорания, выраженная в градусах угла поворота коленчатого вала Ф, возрастает, процесс сгорания развивается с запаздыванием. Максимальное давление Р цикла снижается и все больше смещается на такт расширения. Экономичность двигателя ухудшается. Если же при увеличении n увеличить на определенную величину фз, то основная фаза сгорания приблизится к в.м.т., давление Р цикла увеличится, и несмотря на то, что третья фаза сгорания (догорание) заканчивается позже, чем при меньших значениях n, экономичность цикла улучшается (кривые 3 к 1, рис. б). Следовательно, для получения максимальной мощности и эффективности двигателя необходимо автоматически обеспечивать оптимальное значение угла опережения зажигания для каждого скоростного режима.

Детонация

В двигателях с искровым зажиганием при определенных условиях работы двигателя возникает быстрый, приближающийся к взрыву процесс сгорания рабочей смеси. Называется он детонацией. Признаки, указывающие на детонацию при работе двигателя: звонкие металлические стуки в цилиндрах, перегрев двигателя, снижение мощности, появление черного дыма (сажи) в отработавших газах.

Основные причины появления детонации:

• применение топлива, октановое число которого ниже рекомендованного для данного двигателя;
• повышение степени сжатия, вызванное низким качеством ремонта или обслуживания;
• увеличение угла опережения зажигания; качество рабочей смеси не соответствует требованиям, которые предъявляются к топливу для данного двигателя. Наиболее склонна к детонации рабочая смесь при а = 0,9.

На появление детонации также влияет материал головки цилиндров и поршней. Двигатели, у которых эти детали изготовлены из алюминиевых сплавов, меньше склонны к детонации, чем двигатели, у которых эти детали изготовлены из чугуна. Так как чугун обладает худшей теплоотдачей, то в жаркую погоду детали перегреваются, и это приводит к детонации.

Детонация повышает давление и температуру в цилиндрах, вызывает вибрацию двигателя. Вследствие этого ухудшается смазка трущихся поверхностей, обгорают клапаны, поршни, разрушаются подшипники коленчатого вала.

Преждевременное воспламенение рабочей смеси

В процессе работы двигателя иногда возникают такие условия, при которых отдельные детали внутри камеры сгорания (электроды свечи зажигания, клапаны) нагреваются выше 700…800°С. Соприкасаясь с нагретыми деталями, рабочая смесь воспламеняется раньше, чем возникает искра зажигания. Сгорание начинается до прихода поршня в в.м.т. Происходит так называемое калильное зажигание. Детали при калильном зажигании нагреваются еще больше. Воспламенение смеси при последующих циклах начинается еще раньше. В результате детали настолько перегреваются, что начинают оплавляться, увеличивается сопротивление их движению, и двигатель теряет мощность. Одной из причин возникновения калильного зажигания является применение свечей зажигания, не соответствующих конструкции двигателя.

Воспламенение от сжатия при выключенном зажигании

При работе двигателей наблюдаются случаи, когда после того, как выключено зажигание, двигатель продолжает некоторое время работать. Объясняется это тем, что при прикрытой дроссельной заслонке температура рабочей смеси в конце такта сжатия повышается и смесь самовоспламеняется, если частота вращения коленчатого вала прогретого двигателя составляет 300…400 об/мин. Чтобы предотвратить это явление, в конструкцию карбюратора вводят устройство, которое автоматически прекращает подачу топлива при выключении зажигания.

Сгорание рабочей смеси в дизелях

Рис. Индикаторная диаграмма дизеля: Q1 , Q2 и Q3 — фазы сгорания топлива; Фвц — угол опережении впрыска топлива.

Топливо впрыскивается в камеру сгорания дизеля за несколько градусов угла фвп поворота коленчатого вала до прихода поршня в в.м.т. К этому времени воздух в камере сжимается до 3…4 МПа и нагревается в результате этого до 450…550°С. Заканчивается подача топлива после в.м.т. На участке 1…2 давление в камере изменяется за счет сжатия воздуха поршнем — горение топлива еще не началось. Температура в камере немного понижается вследствие ввода в камеру холодного топлива. Затем топливо самовоспламеняется, пламя начинает распространяться по камере, и давление, начиная от точки 2, повышается за счет горения топлива. Угол фвп между началом впрыска (точка 1) и в.м.т. называется углом опережения впрыска. Угол Qi между началом впрыска и моментом начала подъема давления (точка 2) называется периодом задержки воспламенения. В этот период топливо под действием температуры и вихревых движений в камере переходит из жидкого состояния в газообразное, появляются отдельные очаги самовоспламенения.

Период сгорания топлива в цилиндре дизеля условно делят на три фазы:

• первая фаза Q1 — фаза быстрого сгорания. Начинается в момент начала повышения давления (точка 2) и кончается в момент достижения максимального давления в цилиндре (точка 3). В этот период выделяется около 30% общего тепла, заключенного во впрыскиваемом в цилиндр дизеля топливе;
• вторая фаза Q2 — фаза замедленного горения (участок 3…4). Она заканчивается в момент достижения максимальной температуры в цилиндре (точка 4). К этому периоду выделяется 70…80% тепла;
• третья фаза Q3 — фаза догорания. Условно она заканчивается в пределах 70° угла поворота коленчатого вала после в.м.т. К этому периоду выделяется около 97% тепла. Процесс является наиболее экономичным, если давление цикла в дизеле достигает своего максимума при повороте коленчатого вала на 6…10° после в.м.т.

Величина максимального давления Pz и момент достижения его зависят от того, как протекает сгорание в первой и во второй фазах.

Экономичность цикла зависит от характера и продолжительности протекания процесса подготовки топлива к самовоспламенению (период Qi — задержки самовоспламенения) и характера сгорания (первая Q1, вторая Q2 и третья Q3 фазы сгорания).

Период задержки воспламенения

За этот период в камеру сгорания поступает незначительная часть впрыскиваемого за цикл топлива. На индикаторной диаграмме в течение этого периода не наблюдается заметных изменений в протекании линии сжатия: давление в цилиндре продолжает увеличиваться так, как будто топливо не поступает в него. При увеличении Qi в камере сгорания к моменту воспламенения накапливается много топлива. Это повышает жесткость работы дизеля. Продолжительность периода задержки воспламенения зависит от следующих основных факторов: качества топлива, угла опережения впрыска топлива, давления и температуры сжатого воздуха в момент начала впрыска топлива, давления начала впрыска, нагрузки на дизель и частоты вращения коленчатого вала.

Рассмотрим влияние каждого фактора на величину Qi.

Химический состав дизельного топлива сильно влияет на продолжительность Qi. Лучшими дизельными топливами являются топлива парафинового ряда, обладающие более высоким цетановым числом и обеспечивающие наименьшую продолжительность Qi и мягкую работу дизеля.

Для каждой конструкции дизеля принят свой угол опережения впрыска топлива фвп. Оптимальное его значение зависит от нагрузки, теплового режима, частоты вращения коленчатого вала, давления и температуры воздуха. При увеличении фвп топливо, впрыскиваемое в камеру сгорания, попадает в холодную среду с низким давлением, т. е. меньшей объемной концентрацией кислорода. Воспламенение топлива вследствие этого задерживается. В цилиндре накапливается топливо, которое сгорает до прихода поршня в в.м.т. Это вызывает повышение жесткости работы дизеля и давления Pz. При малой величине фвп топливо сгорает не полностью, ббльшая его часть сгорает в процессе расширения (в третьей фазе), увеличивается теплоотдача в стенки цилиндров, мощность дизеля снижается.

Увеличение давления и температуры сжатого воздуха в момент начала впрыска способствуют более раннему самовоспламенению топлива, сокращению периода задержки воспламенения, более мягкой работе двигателя.

Увеличение давления начала впрыска приводит к дополнительному запаздыванию начала впрыска, сокращается продолжительность впрыска. При уменьшении давления начала впрыска ухудшается качество распыливания топлива и смесеобразования, что приводит к ухудшению рабочего процесса.

Увеличение нагрузки сопровождается большей подачей топлива за цикл, улучшаются условия подготовки рабочей смеси к сгоранию. Следовательно, продолжительность Qi с увеличением нагрузки сокращается.

Частота вращения коленчатого вала n влияет следующим образом на величину Qi. При изменении n изменяются фвп, давление и продолжительность впрыска топлива, качество его распыливания. Давление и температура воздуха в камере сжатия к моменту начала впрыска также изменяются. На быстроходных дизелях, предназначенных для работы с часто меняющимися скоростными режимами, устанавливают устройства, обеспечивающие автоматическое изменение величины фвп при изменении n.

Из сказанного видно, что момент начала впрыска и период задержки воспламенения оказывают большое влияние на процесс сгорания, на мощность и экономичность дизелей. Поэтому при их эксплуатации эти показатели надо поддерживать в заданных пределах.

Средняя скорость нарастания давления на участке 2…3 определяет жесткость работы дизеля. Ее считают нежесткой, если средняя скорость нарастания давления дельта_Р/дельта_ф не превышает 0,5 МПа на 1° угла поворота коленчатого вала.

Чем больше поступает топлива в цилиндр в течение периода Qi задержки воспламенения, тем жестче работа двигателя и тем большей величины достигает максимальное давление сгорания Рz.

Характер поступления топлива определяется профилем кулачка, диаметром и величиной хода плунжера топливного насоса, конструкцией дизеля и качеством топлива. Так, например, применение бензина вместо дизельного топлива вызывает появление ударных волн и вибрацию давления в цилиндре дизеля.

Hарушения режима сгорания 2/3 · Technipedia · Motorservice

Установки

Назад к поиску

Информация о диагностике

Что такое калильное зажигание и каковы его причины? Почему расплавилась головка поршня за поршневыми кольцами? Что происходит, когда в дизельных двигателях с непосредственным впрыском топливная форсунка не поддерживает давление впрыска? Ответы содержатся в этой статье.

Прогары на головке и юбке поршня (двигатель с принудительным воспламенением смеси)

Описание повреждения

• На головке поршня имеется прогар за поршневыми кольцами.
• Юбка поршня не имеет задиров, лишь со стороны повреждения на юбку поршня попал материал поршня.

Оценка повреждения

Прогары в головке поршней двигателей с принудительным воспламенением смеси являются последствием калильного зажигания на поршнях с преимущественно ровным днищем и большими поверхностями сжимания. Калильное зажигание вызывается раскаленными деталями в камере сгорания, если их температура превышает температуру самовоспламенения газовой смеси.

Это в основном свеча зажигания, выпускные клапаны и oтложения масляного нагара на стенках камеры сгорания. В результате калильного зажигания головка поршня сильно нагревается в области поверхности сжимания. Из-за высокой температуры материал поршня становится мягким, и под действием силы инерции и проникающих в место повреждения отработавших газов происходит съем материала до маслосъемного поршневого кольца.

Возможныe причины

• Свечи зажигания с недостаточным калильным числом.
• Слишком бедная смесь и в результате этого повышенная температура сгорания.
• Поврежденные клапаны или слишком малый зазор в клапанном приводе, поэтому клапаны неправильно закрываются. От протекающих горячих отработавших газов клапаны начинают раскаляться. В первую очередь это касается выпускных клапанов, потому что впускные клапаны охлаждаются свежими газами.
• Раскаленные остаточные продукты сгорания на днищах поршней, головке блока цилиндров, клапанах и свечах зажигания.
• Неподходящее топливо со слишком низким октановым числом. Качество топлива должно соответствовать степени сжатия двигателя, т .е. октановое число топлива должно обеспечивать требуемую детонационную стойкость для двигателя во всех рабочих состояниях.
• Дизельное топливо в бензине и в результате этого понижение октанового числа топлива.
• Высокая температура двигателя или всасываемого воздуха из-за недостаточной вентиляции моторного отсека.
• Общий перегрев двигателя.

Прогары и отложения на головке поршня (дизельный двигатель)

Описание повреждения

Рис. 1:

• Полное разрушение головки поршня.
• Прогар жарового пояса до упрочняющей вставки для кольца.
• Задиры и повреждения на юбке поршня из-за расплавленного и истертого материала поршня.
• Частичное отсоединение упрочняющей вставки для кольца.
• Повреждения (следы ударов) во всех камерах сгорания из-за расплавления материала поршня и отсоединения частей упрочняющей вставки для кольца.

Рис. 2:

• Эрозионные прогары на днище поршня или на жаровом поясе в направлении впрыска струй форсунками.
• Отсутствие задиров на юбке поршня и в области поршневых колец.

Рис. 1 Рис. 2

Оценка повреждения

Повреждения такого рода возникают преимущественно в дизельных двигателях с непосредственным впрыском. В предкамерных двигателях они появляются только в том случае, если повреждена предкамера и в результате этого топливо впрыскивается также непосредственно в камеру сгорания.

Если в дизельном двигателе с непосредственным впрыском впрыскивающая форсунка соответствующего цилиндра не поддерживает давление впрыска, то колебания в топливопроводе высокого давления могут еще раз поднять иглу форсунки. Топливо снова впрыскивается в камеру сгорания. Если кислород исчерпан, то капли топлива протекают через камеру сгорания и попадают на днище поршня. Там они сгорают при высокой температуре, и материал поршня смягчается.

Под действием силы инерции и эрозии быстро протекающих отработавших газов отдельные частицы отрываются от поверхности (рис. 2) или происходит съем всей головки поршня (рис. 1).

Возможныe причины

• Негерметичные впрыскивающие форсунки или тяжело перемещающиеся или заклинившие иглы форсунок.
• Поломанные или ослабленные пружины форсунок.
• Неисправные клапаны уменьшения давления в топливном насосе высокого давления.
• Количество впрыскиваемого топлива и момент начала впрыска не отрегулированы по инструкции изготовителя двигателя.
• В предкамерных двигателях: Неисправность предкамеры в сочетании с одной из вышеназванных причин.
• Задержка зажигания из-за недостаточного сжатия в результате слишком большого зазора между днищем поршня в верхней мертвой точке и головкой блока цилиндров, неправильных фаз газораспределения или негерметичных клапанов.
• Слишком большая задержка зажигания из-за несклонного к воспламенению дизельного топлива (слишком низкое цетановое число).
• Неудовлетворительное заполнение из-за неисправного турбонагнетателя.

Ключевые слова :

поршень , поршневое кольцо , комплект поршневых колец , поршневой палец , зазор поршневого кольца , кольцевая канавка , бобышка поршня

Группы продуктов :

Поршни и компоненты

Группы продуктов на ms-motorservice.

com

Это вас тоже могло бы заинтересовать

Информация о диагностике

Hарушения режима сгорания 1/3

Головка поршня полностью изношена? Перемычка между кольцами сломана между первым и вторым компрессионными поршневыми кольцами? Задиры на поршне или повреждения из-за перегрева, тем не менее,…

Только для специалистов. Мы сохраняем за собой право на изменения и несоответствие рисунков. Информацию об идентификации и замене см. в соответствующих каталогах или в системах, основанных на TecAlliance.

Использование куки и защита данных

Группа Motorservice использует на Вашем устройстве файлы куки с целью оптимального оформления и постоянного улучшения своих веб-страниц, а также в статистических целях. Здесь Вы найдете дополнительную информацию об использовании куки, наши Выходные данные и Указания по защите персональных данных.

Нажатием кнопки «OK» Вы подтверждаете, что Вы приняли к сведению информацию о файлах куки, заявление о защите данных и выходные данные. Ваши настройки в отношении файлов куки для данного веб-сайта Вы можете изменитьв любое время [ссылка]

Установки приватности

Мы придаем большое значение прозрачности в вопросе защиты персональных данных. На наших страницах Вы получите точную информацию о том, какие настройки Вы можете выбрать и какие функции они выполняют. Выбранную Вами настройку Вы можете изменить в любое время. Независимо от выбранной Вами настройки, мы не будем определять Вашу личность (за исключением тех случаев, когда Вы однозначно ввели свои данные, например, в контактных формах). Информацию об удалении файлов куки Вы найдете в справке Вашего браузера. Дополнительная информация приводится вЗаявлении о защите данных.

Измените свои настройки приватности путем нажатия на соответствующие кнопки

• Необходимость
• Комфорт
• Статистика

Необходимость

Файлы куки, необходимые для работы веб-сайта, обеспечивают его надлежащее функционирование. При отсутствии файлов куки возможно появление ошибок и сообщенийоб ошибках.

Данный веб-сайт будет выполнять следующее:

• сохранять файлы куки, необходимые для работы веб-сайта.
• сохранять настройки, выполненные Вами на данном сайте.

При этой настройке данный веб-сайт ни в коем случае не будет выполнять следующее:

• сохранять Ваши настройки, например, выбор языка или баннер куки, чтобы Вы не выполняли их заново.
• анонимно анализировать посещаемость нашего веб-сайта и использовать эту информацию для его оптимизации.
• определять Вашу личность (за исключением тех случаев, когда Вы однозначно ввели свои данные, например, в контактных формах).

Комфорт

Файлы куки делают посещение Вами веб-сайта более удобным и комфортным, сохраняя, например, определенные настройки, чтобы Вам не приходилось заново выполнятьих каждый раз при посещении сайта.

Данный веб-сайт будет выполнять следующее:

• сохранять файлы куки, необходимые для работы веб-сайта.
• сохранять Ваши настройки, например, выбор языка или баннер куки, чтобы Вы не выполняли их заново.

При этой настройке данный веб-сайт ни в коем случае не будет выполнять следующее:

• анонимно анализировать посещаемость нашего веб-сайта и использовать эту информацию для его оптимизации.
• определять Вашу личность (за исключением тех случаев, когда Вы однозначно ввели свои данные, например, в контактных формах).

Разумеется, что мы всегда согласны с настройкой Do Not Track (DNT) Вашего браузера. В этом случае не устанавливаются отслеживающие файлы куки и не загружаются функции отслеживания.

Основы работы с поршневыми двигателями — Учебная академия FSAC

Необходимые знания:
Нет
​
​Поршневые двигатели используются в самых разных самолетах, от однодвигательных самолетов авиации общего назначения до четырехдвигательных коммерческих самолетов. Они бывают разных аранжировок, но все они имеют одни и те же основные принципы. В этой статье мы рассмотрим, как работают поршневые двигатели, и какие формы они могут принимать.

Цилиндр
Сердцем всех поршневых двигателей являются цилиндры. В цилиндрах генерируется вся мощность двигателя, и они содержат несколько ключевых компонентов. Внутри цилиндра воспламеняются топливо и воздух, и сила сгорания используется для приведения в действие пропеллера. Важно отметить, что когда топливо и воздух сгорают внутри цилиндра, это не  взрыв, а постепенное и прогрессирующее сгорание топлива. Явление взрыва топлива/воздуха, а не контролируемого сгорания, известно как детонация, и оно обсуждается ниже.

Блок цилиндров:  Весь блок, содержащий весь цилиндр и все его узлы Впуск:  Место, где топливно-воздушная смесь входит в цилиндр сгорания. Клапан, который контролирует, когда воздушно-топливная смесь может попасть в камеру сгорания, – это  впускной клапан . Выхлоп:  Место, где сгоревшие выхлопные газы выходят из камеры сгорания. выпускной клапан  контролирует, когда газы могут выходить из камеры сгорания. Распределительный вал : Вал, используемый для измерения времени открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов. Распределительный вал соединен с коленчатым валом, но имеет редуктор, так что он вращается ровно на половине скорости коленчатого вала. Кулачок представляет собой небольшую выпуклость на распределительном валу, которая мгновенно перемещает соответствующий клапан в открытое положение при вращении распределительного вала. Пружина клапана — это то, что удерживает клапаны в закрытом положении, пока кулачок не повернется и не откроет их.

• Коленчатый вал: Вал, приводимый в движение поршнем, обычно соединенный с гребным винтом и другими вспомогательными системами.
• Поршень:  Часть узла, которая перемещается вверх и вниз. Сила сгорания — это то, что приводит цилиндр вниз, который затем вращает коленчатый вал. Поршень соединен с коленчатым валом через Шатун, кривошип, шатун и поршневой палец .
• Поршневые кольца:  Кольца, расширяющиеся для герметизации зазора между поршнем и стенкой цилиндра, чтобы удерживать продукты сгорания, содержащиеся в камере сгорания.
• Картер:  Нижняя часть всего узла, в которой находятся коленчатый вал, кривошип и шатун.
• Свечи зажигания: Создают искру, которая используется для воспламенения топливно-воздушной смеси в определенное время.

При работающем двигателе в цилиндре одновременно происходит множество процессов. Ниже приводится хронологическое объяснение того, что именно происходит внутри цилиндра:

Современные авиационные двигатели классифицируются как четырехтактные  двигатели , что означает, что каждый «цикл» в цилиндре состоит из четырех основных ходов поршня (два, когда поршень движется вниз, и два, когда он движется вверх ). Эти четыре штриха следующие:

1. Впуск:  Во время такта впуска поршень движется вниз. Впускной кулачок толкает впускной клапан в открытое положение, и топливно-воздушная смесь всасывается в камеру сгорания, в то время как поршень продолжает двигаться вниз.
2. Сжатие : Во время такта сжатия впускной клапан закрывается. Поршень начинает подниматься и сжимает топливно-воздушную смесь в камере сгорания.
3. Мощность:  Рабочий такт — это когда свеча зажигания генерирует искру, которая воспламеняет воздушно-топливную смесь сразу после того, как поршень снова начинает двигаться вниз. Когда газы сгорают, они расширяются, толкая поршень вниз.
4. Выхлоп:  Когда поршень снова начинает двигаться вверх, выпускной кулачок открывает выпускной клапан, позволяя отработавшим газам выйти из камеры сгорания. Когда поршень снова начинает двигаться вниз, выпускной клапан закрывается, и снова начинается четырехтактный цикл.

Поршневые двигатели также известны как «поршневые» из-за всего этого (движение поршней вверх и вниз).

Во время каждого четырехтактного цикла коленчатый вал совершает два оборота, а распределительный вал — один оборот. Это означает, что когда двигатель работает со скоростью двенадцать сотен оборотов в минуту (об/мин), коленчатый вал вращается двадцать раз в секунду. Распределительный вал будет вращаться со скоростью десять раз в секунду, и за эту секунду произойдет десять из четырех тактов (что соответствует сорока тактам за эту секунду).

Дело в том, что все происходит очень быстро, и время должно быть точным, чтобы все шло гладко. ​

В большинстве самолетов с поршневыми двигателями коленчатый вал соединен непосредственно с воздушным винтом, что означает, что воздушный винт вращается с той же скоростью, что и коленчатый вал.

Устройство двигателя
Одного цилиндра недостаточно для выработки мощности, достаточной для вращения гребного винта и питания любых вспомогательных устройств (например, генератора переменного тока для выработки электроэнергии). Большинство самолетов авиации общего назначения имеют двигатели с четырьмя цилиндрами. У DC-6 было четыре двигателя, по восемнадцать цилиндров в каждом. Производители могут расположить цилиндры в двигателе несколькими способами.

Горизонтально-оппозитные:  В горизонтально-оппозитной компоновке половина цилиндров размещена с одной стороны, а остальные цилиндры расположены с другой стороны. Все цилиндры находятся в одной плоскости (все горизонтальны, следовательно, горизонтально, напротив). Справа изображение четырехцилиндрового двигателя Lycoming O-235, используемого для установки на Cessna 152. В O-235 используется горизонтально-оппозитный двигатель с двумя цилиндрами с одной стороны и двумя с другой.

Радиальный:  В радиальных двигателях все цилиндры установлены по кругу. Это позволяет установить больше цилиндров, чем при горизонтально расположенном расположении, а тот факт, что все цилиндры расположены спереди, означает, что все они лучше охлаждаются (двигатели с воздушным охлаждением, расположенные горизонтально-оппозитно, могут иметь проблемы с перегревом цилиндров сзади из-за они не получают большого потока воздуха). Однако радиальные двигатели имеют гораздо больший профиль и, следовательно, создают большее лобовое сопротивление, чем более тонкие горизонтально оппозитные двигатели.

Ненормальная работа поршневого двигателя
Детонация
Детонация происходит, когда топливно-воздушная смесь сгорает взрывообразно, а не постепенно в камерах сгорания. При нормальной работе горение топливно-воздушной смеси представляет собой контролируемое поступательное горение, начинающееся с верхней части камеры сгорания у свечи зажигания и двигающееся вниз. Детонация – это когда топливно-воздушная смесь воспламеняется одновременно, создавая чрезмерную силу, которая может повредить компоненты двигателя и в конечном итоге привести к его катастрофическому отказу.

Детонация может быть вызвана несколькими факторами, такими как перегрев двигателя или неправильное топливо. Топливо обычно классифицируется по октановому числу . Топливо с более высоким октановым числом может выдерживать более высокое давление в камере сгорания и, следовательно, с меньшей вероятностью детонирует.

Предварительное зажигание
Преждевременное зажигание происходит, когда топливно-воздушная смесь воспламеняется преждевременно, когда поршень еще находится в такте сжатия. Во время такта сжатия поршень движется вверх, поэтому наличие топливно-воздушной смеси в этой точке приведет к удару поршня вниз, пока он все еще пытается двигаться вверх. Это также может привести к резкому отказу двигателя.

Преждевременное зажигание может быть вызвано перегревом двигателя, некачественным топливом или минеральными отложениями в двигателе. Со временем углерод, свинец и другие минералы могут накапливаться внутри цилиндров, которые сильно нагреваются во время работы двигателя. Эти горячие точки могут воспламенить топливо до того, как загорится свеча зажигания, вызывая преждевременное зажигание. Эти минеральные наросты обсуждаются более подробно в следующей статье.

Вот и все основы работы с поршневыми двигателями! В следующей статье системы зажигания будут рассмотрены более подробно.

Выявление причины прогоревшего поршня – UnderhoodService

Ларри Карли
Технический редактор

Вопрос: В моем двигателе сгорел поршень. Что это значит и почему это произошло?

Ответ: Это означает, что поршень вышел из строя из-за перегрева в камере сгорания. Сгоревший поршень обычно имеет расплавленный вид или полностью прогорело отверстие в верхней части поршня. Алюминий может выдержать только определенное количество тепла, а когда становится слишком жарко, он плавится. Основной причиной обычно является детонация и/или преждевременное зажигание.

Детонация происходит, когда температура и давление внутри цилиндра превышают октановое число топлива. Вместо того, чтобы воспламеняться при срабатывании свечи зажигания, воздух/топливо воспламеняется самопроизвольно, как в дизельном двигателе. Это создает несколько фронтов пламени в камере сгорания, которые сталкиваются и ударяют по верхней части поршня, создавая металлический стук, называемый «искровой стук».

Распространенные причины детонации включают накопление нагара в камере сгорания и на верхней части поршня, что увеличивает компрессию, отсутствие EGR (рециркуляция отработавших газов), опережение зажигания, плохой датчик детонации, бедная топливная смесь, низкий уровень качественный бензин, не отвечающий требованиям по минимальному октановому числу, или любые проблемы с охлаждением, из-за которых двигатель работает горячее, чем обычно (утечка охлаждающей жидкости, низкий уровень охлаждающей жидкости, неисправный водяной насос, заклинивший термостат, забитый радиатор, неисправный вентилятор охлаждения, даже ограничения выхлопа, которые назад нагреть двигатель

Преждевременное зажигание происходит, если в камере сгорания образуется горячая точка, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь до срабатывания свечи зажигания. Горячей точкой может быть сама свеча зажигания, перегретый выпускной клапан, нагар в камере сгорания или острая кромка в камере сгорания.

К частым причинам преждевременного зажигания относятся свечи зажигания с неправильным тепловым диапазоном (слишком горячие для данного применения), нагар в камере сгорания и на верхней части поршней, обедненная топливная смесь, детонация или что-то еще, что заставляет двигатель работать жарче, чем обычно.

В двигателях с турбонаддувом или наддувом слишком большое давление наддува и/или недостаточное количество топлива могут очень быстро сжечь поршень. Проверьте работу вестгейта и системы управления наддувом. Если система турбонаддува была настроена так, чтобы обеспечить более высокое давление наддува, чем стандартное, для большей мощности, турбо может нагнетать в двигатель больше воздуха, чем могут выдержать стандартные форсунки, что приводит к обеднению топливной смеси и сжиганию поршня.

Часто упускаемая из виду причина прогорания поршня — слабая или грязная топливная форсунка. Если форсунка не впрыскивает достаточное количество топлива в камеру сгорания, воздушно-топливная смесь в этом цилиндре может стать слишком бедной, что увеличивает риск детонации, преждевременного зажигания и повреждения поршня.

Диагностика требует использования диагностического прибора для проверки кодов бедной смеси и просмотра значений корректировки подачи топлива. Если обнаружен код P0171 или P0174, или долгосрочные показания корректировки подачи топлива равны 10 или выше (указывая на обедненную смесь), двигатель может иметь одну или несколько слабых или грязных форсунок.

Единственный способ узнать наверняка — это снять форсунки, очистить их на машине для очистки топливных форсунок, затем протестировать все форсунки и сравнить результаты. Любая форсунка, которая не течет в пределах 5-8 процентов от оставшейся, должна быть заменена.

Вопрос: Что такое «задиры» на поршне?

Ответ: Потертый поршень – это поршень, поврежденный в результате трения о стенку цилиндра. Контакт металл-металл размазывает металл по юбке поршня и повреждает поршень.

Задиры на поршнях могут быть вызваны перегревом камеры сгорания, перегревом двигателя или недостаточной смазкой. Зазоры между поршнем и цилиндром в большинстве двигателей последних моделей намного меньше, чем раньше, чтобы уменьшить раскачивание поршня и шум. Следовательно, если поршень или цилиндр нагреваются слишком сильно, зазор исчезает, и вы получаете контакт металла с металлом.

В случаях, когда задиры поршня возникают из-за потери смазки, основной причиной может быть низкий уровень масла в картере (из-за отсутствия технического обслуживания или утечки масла), низкое давление масла (изношенный масляный насос), низкое качество масла или его выход из строя (недостаточно частая замена масла).