Рабочая температура дизельного двигателя – для чего ее знать? + видео » АвтоНоватор
Какова рабочая температура дизельных двигателей и какие у них особенности? Эти вопросы, а также многие другие будут рассмотрены ниже.
Содержание
1 Особенности дизельного двигателя
2 Достоинства и недостатки дизельного мотора
3 Основные параметры агрегатов на дизеле
4 Фазы сгорания топлива и природа выхлопных газов
5 Рабочая температура двигателя зимой – как стартовать правильно?
Особенности дизельного двигателя
Итак, прежде чем затрагивать какие-либо конкретные параметры, следует определиться, что же, вообще, представляет собой дизельный двигатель. История данного типа моторов начинается в далеком 1824 году, когда известный французский физик выдвинул теорию о том, что можно произвести нагрев тела до необходимой температуры путем изменения его объема. Другими словами, осуществив стремительное сжатие.
Однако практическое применение этот принцип нашел спустя несколько десятилетий, и в 1897 году был выпущен первый в мире дизель-мотор, его разработчиком является немецкий инженер Рудольф Дизель. Таким образом, принцип работы подобного двигателя заключается в самовоспламенении распыленного топлива, взаимодействующего с разогретым в процессе сжатия воздухом. Сфера применения такого мотора довольно обширна, начиная со стандартных автомобилей, грузовиков, сельскохозяйственной техники и заканчивая танками и судостроением.
Достоинства и недостатки дизельного мотора
Теперь же следует сказать пару слов обо всех плюсах и минусах подобных конструкций. Начнем с положительных сторон. Моторы данного типа работают практически на любом горючем, поэтому к качеству последнего не предъявляются какие-либо серьезные требования, более того, с увеличением его массы и содержания атомов углерода повышается и теплотворная способность движка, а, следовательно, и его эффективность.
Его КПД иногда переваливает за отметку 50%.
Автомобили с такими моторами более «отзывчивые», а все благодаря высокому значению вращающего момента на низких оборотах. Поэтому такой агрегат приветствуется на моделях спортивных машин, где нельзя не газовать от души. Кстати, именно этот фактор поспособствовал широкому распространению данного типа мотора на большие грузовые авто. Да и количество СО в составе выхлопных газов дизельных моторов значительно ниже, чем у бензиновых, что также является несомненным преимуществом. Кроме того, они намного экономичнее, да и раньше топливо стоило значительно ниже бензина, хотя на сегодняшний день их цены практически сравнялись.
Что же насчет недостатков, так они носят следующий характер. В связи с тем, что во время рабочего процесса возникает огромная механическая напряженность, детали дизельного двигателя должны быть более мощными и качественными, а, значит, и более дорогостоящими. Кроме того, это сказывается и на развиваемой мощности, причем не с самой лучшей стороны.
Экологическая сторона вопроса сегодня очень важна, поэтому ради снижения выброса выхлопных газов общество готово платить за более «чистые» моторы и развивают это направление в исследовательских лабораториях.
Основные параметры агрегатов на дизеле
Прежде чем отвечать на вопрос, какая рабочая температура у дизельного двигателя, стоит немного уделить внимание и его основным параметрам. К ним относится тип агрегата, в зависимости от количества тактов могут быть четырех- и двухтактные моторы. Также немалое значение имеет количество цилиндров с их расположением и порядком работы. На мощность транспортного средства существенно влияет и крутящий момент.
Теперь же рассмотрим непосредственно влияние степени сжатия газово-топливной смеси, которой, собственно говоря, и определяется рабочая температура в цилиндрах дизельного двигателя.
Как уже было сказано вначале, мотор работает за счет воспламенения паров топлива при взаимодействии их с раскаленным воздухом. Таким образом происходит объемное расширение, поршень поднимается и, в свою очередь, толкает коленчатый вал.
Чем большим будет сжатие (температура также повышается), тем интенсивнее происходит выше описываемый процесс, а, следовательно, и повышается значение полезной работы. Количество топлива остается неизменным.
Однако имейте в виду, что для наиболее эффективной работы двигателя топливно-воздушная смесь должна равномерно гореть, а не взрываться. Если же сделать степень сжатия очень большой, это приведет к нежелательному результату – неконтролируемому воспламенению. Кроме того, подобная ситуация не только способствует недостаточно эффективной работе агрегата, но и ведет к перегреву и повышенному износу элементов поршневой группы.
Фазы сгорания топлива и природа выхлопных газов
Как же осуществляется процесс сгорания топливно-воздушной смеси в дизельных моторах и какая при этом температура в камере? Итак, весь процесс работы двигателя можно разделить на четыре основные стадии.
На первой происходит впрыскивание горючего в камеру сгорания, происходящее под высоким давлением, что и является началом всего процесса. Затем хорошо распыленная смесь самовоспламеняется (вторая фаза) и горит. Правда, далеко не всегда топливо во всем объеме достаточно хорошо перемешивается с воздухом, есть еще и зоны, имеющие неравномерную структуру, они начинают гореть с некоторым запозданием. На данном этапе вероятно возникновение ударной волны, но она не страшна, так как не приводит к детонации. Температура же, царящая в камере сгорания, достигает 1700 К.
Во время третьей фазы образуются капли из неотработанной смеси, они при повышенных температурах превращаются в сажу. Такой процесс, в свою очередь, приводит к высокой степени загрязнения выхлопных газов. В этот период температура еще более возрастает на целых 500 К и достигает значения 2200 К, при этом всем давление, напротив, постепенно понижается.
На последнем же этапе происходит догорание остатков топливной смеси, чтобы она не выходила в составе выхлопных газов, существенно загрязняя атмосферу и дороги.
Для этой стадии характерен недостаток кислорода, это происходит из-за того, что его большая часть уже сгорела на предыдущих фазах. Если подсчитать все количество потраченной энергии, то она будет составлять около 95 %, оставшиеся же 5% теряются в связи с неполным сгоранием горючего.
Рабочая температура двигателя зимой – как стартовать правильно?
Наверняка не только владельцы транспортных средств, на которых стоит дизельный мотор, знают, что автомобиль следует прогреть несколько минут перед началом движения, особенно это актуально в холодное время года. Итак, рассмотрим особенности данного процесса. Первыми подвергаются нагреву поршни и только потом уже блок цилиндров. Поэтому температурные расширения этих деталей отличаются, а не разогревшееся до нужной температуры масло имеет густую консистенцию и не поступает в необходимом количестве.
Однако опасность представляет и чрезмерно длительное прогревание движка, потому как в это время все детали работают, так сказать, на износ. А, следовательно, и их эксплуатационный срок сокращается. Как же правильно осуществить данную процедуру? Сначала необходимо на холостых оборотах довести температуру жидкости до отметки 50 °С и после этого начать движение, но только на пониженной передаче, не превышающей 2500 об/мин. После того как масло нагреется до отметки, когда рабочая температура равна 80 °С, можно и прибавить оборотов двигателя.
Мнение эксперта
Руслан Константинов
Эксперт по автомобильной тематике. Окончил ИжГТУ имени М.Т. Калашникова по специальности «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». Опыт профессионального ремонта автомобилей более 10 лет.
Если во время движения дизельный двигатель не способен выйти на рабочую температуру, это однозначно один из симптомов неисправности, так как КПД снижен. Из-за падения мощности снижаются динамические характеристики, при этом увеличивается расход топлива. Подобные проблемы могут указывать на несколько неисправностей:
• система охлаждения неисправна;
• компрессия в цилиндрах низкая.
Если дизельная силовая установка не прогрелась до рабочей температуры, то во время движения под нагрузкой дизтопливо не сгорает полностью, в результате образуется нагар, топливные форсунки засоряются, сажевый фильтр быстро выходит из строя, изнашиваются различные элементы дизельного мотора и это далеко не полный список последствий.
Если прогорит выпускной клапан, в цилиндре упадет компрессия, давления сжатия будет недостаточно для воспламенения топливной смеси. Соответственно и рабочая температура для такого двигателя будет исключена, запуск будет одинаково- Автор: Марина
- Распечатать
(5 голосов, среднее: 2.6 из 5)
Поделитесь с друзьями! Adblockdetector
О контроле температуры отработавших газов дизеля в эксплуатации
Цитировать:
Валиев М.Ш., Косимов Х.Р. О контроле температуры отработавших газов дизеля в эксплуатации // Universum: технические науки : электрон. научн. журн.
2020. № 9(78). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10690 (дата обращения: 18.05.2023).
Прочитать статью:
АННОТАЦИЯ
В данной статье приведены результаты исследования достоверности контроля температуры отработавших газов на выходе из цилиндров дизеля в эксплуатации. А также подробно описаны работы термопары установленные на дизеля типа 5Д49.
ABSTRACT
This article presents the results of a study of the reliability of the exhaust gas temperature control at the outlet of the diesel cylinders in operation. And described in detail the operation of the thermocouple installed on diesel-type 5D49.
Ключевые слова: Термокомплекты, позиция контроллера машиниста, цилиндры, горячий спай, холодный спай.
Keywords: Thermocomplete sets, position of the controller of the machinist, cylinders, hot end, cold end.
Температура отработавших газов на выходе из цилиндров дизеля является одним из важнейших диагностических параметров дизеля.
Ее значение в каждый момент времени обусловлено действием целого ряда разнообразных факторов, связанных как с техническим состоянием основных агрегатов двигателя, так и с режимом его работы. Обязательный периодический контроль значения этого параметра предусмотрен правилами реостатных испытаний всех серий тепловозов. С целью повышения достоверности оперативного контроля технического состояния дизеля уже на протяжение ряда лет все тепловозные дизели типа Д49 оборудуются термокомплектами, обеспечивающими возможность непрерывного измерения температуры отработавших газов в процессе эксплуатации.
Вместе с тем, как показывает практика, эффективность использования этих термокомплектов весьма невелика. В отдельных случаях с их помощью выявляются отказы топливоподающей аппаратуры, приводящие к полному прекращению подачи топлива в цилиндр, однако для решения актуальной задачи прогнозирования изменения технического состояния двигателя практически не используются.
Одним из возможных способов решения подобной задачи является непрерывный контроль характерных зависимостей, связывающих различные параметры рабочего процесса дизеля, инвариантных по отношению к режиму работы дизеля, но реагирующих на его техническое состояние.
Одной из них является зависимость относительного изменения температуры отработавших газов от относительного изменения коэффициента избытка воздуха в цилиндре дизеля.
В работе [1] показано, что эти величины связаны зависимостью вида:
(1)
где b – коэффициент пропорциональности, определяемый конструкцией и особенностями организации рабочего процесса исправного дизеля.
Увеличение цикловой подачи в цилиндр исправного дизеля приводит к уменьшению коэффициента избытка воздуха и увеличению температуры отработавших газов на выходе из цилиндра в соответствии с зависимостью (1).
В случае нарушения нормального протекания рабочего процесса в цилиндре во время эксплуатации (например, вследствие изменения угла опережения подачи топлива, ухудшения качества смесеобразования вследствие неисправности топливной аппаратуры) качество смесеобразования в цилиндре существенно изменяется, причем это изменение не связано с величиной коэффициента избытка воздуха, вследствие чего величина коэффициента
b в формуле (1) изменяется.
Это изменение может использоваться в качестве диагностического признака ухудшения технического состояния цилиндра и служить основанием для постановки его на стационарный диагностический контроль [1].С целью проверки данного вывода выполнен анализ изменения параметров дизелей типа 1А-5Д49 тепловозов серии ТЭП70БС в эксплуатации по данным бортовых систем диагностики.
Величина относительного изменения температуры ОГ определялась с использованием зависимости:
(2)
где ТОГ— текущее значение температуры ОГ, оК;
ТОГ(ном)— номинальное (установившееся ) значение температуры ОГ на данной позиции контроллера, оК;
Для оценки изменения коэффициента избытка воздуха использовалось выражение [1]:
где — относительное изменение давления наддува;
— относительное изменение положения реек ТНВД;
— номинальное (установившееся) значение давления наддува на данной позиции контроллера, МПа;
— номинальное (заданное) положение реек ТНВД на данной позиции контроллера, ед.
кода.
В настоящее время контроль температуры отработавших газов на выходе из цилиндров, а также перед газовой турбиной в каждом из выпускных коллекторов является одной из функций микропроцессорных систем управления и диагностики МСУ-Т [2, 3]и МСУ-ТП[4] тепловозов ТЭП70БС, 2ТЭ116У, поэтому повышение эффективности использование результатов такого контроля является весьма актуальной задачей.
Для измерения температуры отработавших газов в двигателях внутреннего сгорания используются термопары с хромель — алюмелевыми и, реже, хромель – копелевыми термоэлектронными проводниками, помещенными в металлический корпус (рис. 1).
Рисунок 1. Преобразователь термоэлектрический ТХА
1-керамические изоляторы; 2 – хромель; 3 – алюмель; 4- керамика
Величина термоэлектродвижущей силы определяется разностью температуры горячего спая, находящегося в корпусе термопары, и холодного спая, которым является обмотка милливольтметра термокомплекта или согласующий резистор блока температурного измерителя микропроцессорной системы управления и диагностики.
Достоверность и точность контроля температуры зависит от соответствия температуры газа и собственно горячего спая, а также от изменения температуры холодного спая.
В установившемся режиме работы двигателя при неизменной среднецикловой температуре отработавших газов на выходе из цилиндров корпус термопары и находящийся внутри него горячий спай успевают прогреться до средней температуры газа, что позволяет обеспечить требуемую точность измерения. Однако условия работы тепловозного дизеля характеризуются частой сменой режимов работы (позиций контроллера машиниста), вследствие чего стационарное тепловое состояние газа и термопары не достигается, что приводит к снижению точности измерения и достоверности получаемых результатов.
На рис. 2 приведена распределение времени работы на позициях контроллера машиниста тепловоза ТЭП70БС.
Рисунок 2. Распределение времени работы на позициях контроллера (общая продолжительность работы ДГУ составила 580 мин)
Анализ его показывает, что основную часть времени дизель работает в неноминальных режимах работы, причем до 56.
79% его приходится на режим холостого хода. В этих условиях достоверное измерение температуры отработавших газов весьма затруднено. На рис.3 представлено распределение результатов контроля температуры газов на выходе 1-го правого цилиндра дизеля средствами бортовой микропроцессорной системы автоматического управления и диагностики тепловоза ТЭП70БС на 12-й позиции контроллера, на которое приходится основное время работы дизеля под нагрузкой (рис.2). Как следует из кривых, результаты измерения практически равномерно распределены в интервале 190… 460оС для 5-й позиции контроллера машиниста и 210…460оС для 7, 210…490оС для 9 и 210…480оС для 12-й позиций, что свидетельствует о практически случайном характере изменения теплового состояния термопар в условиях частого переключения позиций контроллера машиниста. Это практически исключает возможность непрерывного достоверного контроля температуры отработавших газов на выходе из цилиндров. Он возможен только в случае непрерывной работы дизеля на одной позиции в течение 5…10 минут.
Рисунок 3. Распределение результатов непрерывного измерения температуры отработавших газов на выходе из 1-го правого цилиндра на 12-й позиции контроллера
На рис. 4 представлено распределение результатов контроля температуры газов в той же поездке при непрерывной работе на указанной выше позиции в течение 5 и более минут. В этом случае безусловно обеспечивается высокая достоверность получаемых результатов, однако продолжительность таких режимов в данном случае не превосходит 23,35% от общего времени работы тепловоза, а в общем случае может быть существенно меньше.
Рисунок 4. Распределение результатов измерения температуры отработавших газов на выходе из 1-го правого цилиндра на 9-й позиции контроллера в стационарном режиме
Распределение значений температуры холодного спая термопары для 12 позиции контроллера машиниста приведено на рис.5.
Рисунок 5.
Распределение результатов измерения температуры холодного спая на 12-й позиции контроллера в стационарном режиме
Анализ их показывает, что расположение холодного спая на плате температурного измерителя, который установлен на боковой стенке дизельного помещения тепловоза, позволяет обеспечить ее относительную стабильность. Вместе с тем, учитывая близкий к равномерному характер распределения температуры холодного спая на интервале 19…25оС, даже такое ее изменение может оказывать существенное влияние на результаты оценки технического состояния дизеля с использованием температуры отработавших газов на выходе из цилиндров, поскольку, как следует из рис. 3…5, ее изменение на 12 позиции контроллера машиниста не превосходит в среднем 50оС.
Таким образом, результаты измерения температуры отработавших газов на выходе из цилиндров дизеля представляют собой случайную величину, характер распределения которой зависит от режимов работы дизеля в эксплуатации.