Что такое жесткость работы двигателя

От чего зависит жесткость работы двигателя?

Химический состав и физические свойства топлива во многом определяют процесс сгорания его в цилиндре дизельного двигателя. Например, чем менее длительным является фаза задержки воспламенения, тем лучше будет протекать процесс сгорания топлива, а работа дизеля будет мягче и устойчивее. В свою очередь, уменьшение первой фазы определяется быстротой окисления углеводородов в период предпламенных реакций (фаза, предшествующая периоду быстрого горения).

Если данные реакции протекают достаточно медленно, продолжительность первой фазы увеличивается, а ее очаги появляются с некоторым опозданием.

Дизельное топливо поступает в цилиндр, где происходит его накапливание и воспламенение. При этом давление в цилиндре резко возрастает, а мощность двигателя, напротив, падает. Таким образом, он начинает работать более жестко.

Вообще, жесткость работы двигателя, зависит от темпов увеличения давления внутри цилиндра. К примеру, если оно составляет 3кг/см² для одного градуса поворота коленчатого вала, двигатель будет работать более мягко. Жесткость увеличивается при 7кг/см², а при давлении более 12кг/см² она становится предельной. Такая чрезмерная жесткость приводит к чрезмерным же нагрузкам, которые весьма опасны для поршней и кривошипно-шатунного механизма.

Возможная жесткая работа двигателя и самовоспламенение ДТл оценивается такой величиной, как цетановое число. Эта величина определяется при помощи специальной установки. Эталоном при этом служит дизельное топливо, представляющее собой смесь цетана с а-метилнафталином. Для чистого цетана без примесей это число равно 100, а для а-метилнафталина — нулю. В реальном же топливе цетановое число характеризуется объемным содержанием цетана в образцовой смеси, с равным показателем воспламеняемости.

Если цетановое число понижено, показатели работы дизельного двигателя заметно ухудшаются, а жесткость работы вместе с износом деталей возрастают. При значении ниже 40 запустить двигатель довольно сложно, даже в теплое время года. Происходит это потому, что температура самовоспламенения топлива повышается.

Нормальный пуск двигателя и его мягкую работу обеспечивает дизтопливо, цетановое число которого составляет не менее 45.

Источник

Жёсткость работы двигателя.

Под жёсткой работой двигателя понимают работу, при которой давление сгорания в цилиндре нарастает очень быстро. Такой характер изменения давления сгорания, сопровождается значительным увеличением максимального давления цикла Р2, позволяет увеличить мощность и улучшить топливную экономичность двигателя. Однако при этом элементы кривошипно-шатунного механизма подвергаются значительным ударным воздействиям, возрастает механическая нагруженность двигателя, снижается его надёжность, при работе появляются стуки.

Скорость повышения давления при сгорании оценивается приращением давления Δр в Мпа на градус поворота φ коленчатого вала . Жёсткость Wp на развёрнутой диаграмме (рис.13) можно представить как тангенс угла наклона касательной к линии сгорания.

Максимальное значение Wp для дизелей составляет 1,0-1,5 МПа/°; для карбюраторных двигателей Wp≤0,2-0,3 МПа/°.

Для дизелей Wp зависит от продолжительности периода задержки воспламенения Δφзад и количества топлива σзад, поступающего в цилиндр за этот период.

При большой жёсткости работы двигателя возможна поломка поршневых колец, нарушение подшипников и др. явления, ведущие к аварии.

Уменьшение жёсткости работы возможно при снижении количества топлива σзад и сокращении задержки воспламенения Δφзад.

Источник

Жёсткость работы двигателя.

Под жёсткой работой двигателя понимают работу, при которой давление сгорания в цилиндре нарастает очень быстро. Такой характер изменения давления сгорания, сопровождается значительным увеличением максимального давления цикла Р2, позволяет увеличить мощность и улучшить топливную экономичность двигателя. Однако при этом элементы кривошипно-шатунного механизма подвергаются значительным ударным воздействиям, возрастает механическая нагруженность двигателя, снижается его надёжность, при работе появляются стуки.

Скорость повышения давления при сгорании оценивается приращением давления Δр в Мпа на градус поворота φ коленчатого вала . Жёсткость Wp на развёрнутой диаграмме (рис.13) можно представить как тангенс угла наклона касательной к линии сгорания.

Читайте также:  Что такое высоконагруженный двигатель

Максимальное значение Wp для дизелей составляет 1,0-1,5 МПа/°; для карбюраторных двигателей Wp≤0,2-0,3 МПа/°.

Для дизелей Wp зависит от продолжительности периода задержки воспламенения Δφзад и количества топлива σзад, поступающего в цилиндр за этот период.

При большой жёсткости работы двигателя возможна поломка поршневых колец, нарушение подшипников и др. явления, ведущие к аварии.

Уменьшение жёсткости работы возможно при снижении количества топлива σзад и сокращении задержки воспламенения Δφзад.

Процесс расширения.

При расширении часть тепловой энергии, подведённой к рабочему телу при сгорании топлива, преобразуется в механическую и расходуется на совершение работы.

В реальных условиях расширение начинается в ВМТ и в начальной стадии протекает одновременно с процессом сгорания.

К числу факторов, определяющих развитие процесса расширения, относится цикл тепловыделения, обусловленное догоранием топлива, и теплоотдача в стенки цилиндра. При этом соотношение между количеством теплоты, подведённой к рабочему телу и отведённой от него, непрерывно меняется. На процесс расширения влияют также утечка газа, вызванная неплотностями, изменение интенсивности диссоциации и теплоёмкости рабочего тела.

Таким образом, расширение рабочего тела следует рассматривать как политропный процесс с переменным показателем политропы n’. Однако этот показатель заменяют с некоторым средним по значению показателем n2, в целях упрощения расчёта.

В зависимости от типа двигателя и режима его работы средние показатели политропы расширения n2‘=1,18-1,32.

Начальные и конечные параметры рабочего тела в процессе расширения расчётного цикла связаны известными термодинамическими соотношениями:

; .

Для карбюраторных двигателей ρ=1, поэтому:

; .

Процесс выпуска.

В процессе выпуска отработавших газов внутрицилиндровую полость необходимо сообщать с атмосферой. Для этой цели используются выпускные устройства (клапаны). В четырёхтактных двигателях выпускные клапаны открываются в такте расширения за 30-70˚ до НМТ. В первый период выпуска происходит свободное истечение газов под действием больших перепадов давления ( ). Вследствие высоких скоростей истечения и больших проходных сечений в результате опережения открытия выпускного клапана в этот период из цилиндра удаляется значительная часть (до 60-70%) отработавших газов.

Опережение открытия выпускного клапана выбирают не только из соображений лучшей очистки цилиндра, но и для уменьшения потерь энергетического цикла (рис.14). Чрезмерно раннее открытие клапана уменьшает полезную работу цикла. Слишком позднее открытие клапана обуславливает повышение потерь на совершение такта выпуска (штриховая линия от точки b1»). Угол опережения открытия выпускного клапана подбирают экспериментально. Чем быстроходнее двигатель, тем больше угол опережения открытия выпускного клапана.

Второй период выпуска характеризуется принудительным вытеснением газов из цилиндра поршнем, движущимся к ВМТ.

Закрывается выпускной клапан обычно с некоторым запаздыванием относительно ВМТ. Для двигателей без наддува закрытие выпускного клапана составляет 5-40˚, что улучшает очистку цилиндров.

В процессе выпуска часть газов (остаточные газы) остаётся в цилиндре, перемешивается с воздушным зарядом и участвует в совершении следующего цикла.

Отработавшие газы удаляются из цилиндра двигателя с большой скоростью, что создаёт шум. Для уменьшения уровня шума на выпускном трубопроводе устанавливают глушитель, в котором газы расширяются, скорость их уменьшается, и они выбрасываются в атмосферу с меньшим уровнем шума. Использование глушителя создаёт дополнительное сопротивление на выпуске.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Жесткость — работа — двигатель

Чрезмерное же облегчение фракционного состава вызовет понижение цетанового числа, уменьшение скорости сгорания топлива в двигателе. С падением вязкости облегченного топлива возрастут износы трущихся пар механизмов топливной системы, увеличится жесткость работы двигателя , поскольку подготовка к воспламенению рабочей смеси будет протекать с большей продолжительностью, чем это необходимо. Топлива с повышенной испаряемостью являются причиной накопления в цилиндре двигателя к моменту самовоспламенения рабочей смеси большего количества паров, воспламенение которых приведет к резкому возрастанию давления. На испарение такого топлива будет затрачено большее количество тепла, вследствие чего понизится температура в цилиндре, ухудшится запуск двигателя, что особенно сильно будет проявляться с понижением температуры воздуха. Данные табл. 97 иллюстрируют, как велико влияние фракционного состава дизельного топлива на работу двигателя. [46]

Читайте также:  Какое масло лить лодочных двигателей

Необходимо помнить, что нельзя нарушать угол опережения подачи топлива насосом как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения. В обоих случаях снижается мощность двигателя и возрастает износ его деталей. При изменении угла с 20 ( нормальный для дизелей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238) до 28 ( ранняя подача топлива) жесткость работы двигателя возрастает в 1 5 — 2 5 раза, а износ цилиндров — почти в 2 5 раза. Поэтому нужно своевременно проверять и, если необходимо, регулировать угол опережения подачи топлива насосом. [47]

Из практики давно известен факт более жесткой работы дизелей по сравнению с двигателями с воспламенением от электрической искры. Параметр т связан с фактом жесткой работы двигателей. Малые значения т, наблюдаемые в дизелях означают бурное развитие сгорания в самом начале процесса, что не может не повлечь за собой большую быстроту нарастания давления газов, которая, как известно, обусловливает степень жесткости работы двигателя . Величина параметра m позволяет довольно точно оценить процесс сгорания с качественной стороны, его характер. [48]

Сгорание топлива в цилиндрах двигателя должно обеспечивать мягкую его работу без появления резких стуков. Для этого давление при сгорании должно нарастать плавно, что возможно при условии воспламенения топлива сразу же после впрыска первых частиц топлива в цилиндр. Запаздывание воспламенения частиц топлива; поступивших в цилиндр в первый момент впрыска, приводит к тому, что в цилиндре одновременно воспламеняется значительное количество топлива, в результате чего давление резко нарастает. Чтобы уменьшить жесткость работы двигателя , дизельное топливо должно иметь возможно малый период задержки воспламенения, который оценивается цетановым числом. Цетановое число показывает процентное ( по объему) содержание цетана в такой смеси его с альфаметилнафталином, которая равноценна испытуемому топливу в отношении жесткости работы двигателя. [49]

Интервал времени между началом впрыска и воспламенением топлива составляет период задержки воспламенения. Он влияет на характер работы двигателя и зависит главным образом от свойств самого топлива, температуры в камере сгорания и угла опережения впрыска. При стандартном качестве топлива, если температура в камере сгорания возрастает, период задержки воспламенения уменьшается. Это снижает жесткость работы двигателя . [50]

Этиловый эфир обладает низкой температурой самовоспламенения ( 180 — 200 С при атмосферном давлении), высоким давлением насыщенных паров и широкими пределами воспламеняемости. Снижение температуры сжатия от 300 до 190 — 220 СС при впрыске этилового эфира позволяет запустить двигатель при температуре примерно на 50 С ниже, чем на топливе. Однако при введении чистого эфира наблюдается высокая скорость нарастания давления в цилиндре двигателя, что может привести к поломкам деталей двигателя. Поэтому для смягчения жесткости работы двигателя в состав пусковых жидкостей, помимо масла, согласно патентным описям вводятся такие компоненты, как альдегиды, более высококипящие эфи-ры, амины, нитриты, нитраты, а также парафиновые углеводороды, преимущественно низкокипящие, и другие соединения. В результате этого содержание этилового эфира в пусковых жидкостях, как правило, не превышает 60 — 70 % и поэтому эффективность их несколько снижается. [51]

Одним из видов ненормальной работы двигателей с искровым зажиганием является детонационная работа. Она сопровождается характерными стуками, перегревом двигателя, снижением мощности и экономичности и разрушительно действует на кривошипно-шатунный механизм. Явление, сходное с детонацией по внешнему проявлению и разрушительному действию, наблюдается также в дизелях и выражается в очень быстром нарастании давления в период сгорания топлива. Интенсивность этого явления характеризует жесткость работы двигателя . Для-борьбы с этими явлениями необходимо, прежде всего, иметь возможность обнаруживать их и измерять их интенсивность. [52]

Вторая фаза — период быстрого горения, который характеризуется резким нарастанием давления и температуры. От точки 2 до точки 3 происходит интенсивное горение. На процесс сгорания топлива во второй фазе больше всего влияют продолжительность периода задержки воспламенения и количество топлива, накопившегося за этот период. Эти величины определяют скорость нарастания давления и жесткость работы двигателя . Чем больше период задержки воспламенения, тем большее количество топлива успевает накопиться в камере сгорания к моменту воспламенения и тем быстрее нарастает давление во второй фазе. Резкое нарастание давления во второй фазе вызывает появление стуков и жесткую работу дизеля. Чем меньше период задержки воспламенения топлива, тем плавнее оно сгорает во второй фазе и тем мягче работа дизельного двигателя. На скорость сгорания влияет частота вращения вала двигателя, с увеличением которой продолжительность первой фазы сокращается. [54]

Читайте также:  Как управлять автомобилем с дизельным двигателем

Вторая фаза — период быстрого сгорания начинается с момента повышения давления в камере сгорания. В течение этой фазы пламя распространяется от очагов пламени, при этом быстро включаются в процесс сгорания все частицы топлива, поступившие в камеру сгорания в течение первой фазы и продолжающие поступать во второй фазе. Эта фаза характеризуется интенсивным нарастанием давления и температуры. От скорости нарастания давления за период второй фазы зависит жесткость работы двигателя и появление в нем стуков. Чем больше скорость нарастания давления, тем более жесткой будет работа, разрушительно действующая на ответственные детали двигателя. [55]

На основании исследования нредпламенных деструктивных и окислительных процессов [13, 14] нами была показана важность деструктивных процессов в период нредпламенного окисления и возможность повышения эффективности сжигания в быстроходном дизеле топлив различного группового углеводородного и фракционного состава за счет предварительного нагревания топлива непосредственно перед впрыском в камеру сгорания. Интенсивное подогревание топлива перед впрыском в камеру сгорания способствует ослаблению внутримолекулярных связей и даже их разрушению. Углеводороды, которые в обычных условиях воспламеняются плохо, окисляются достаточно быстро после предварительной их термодеструкции. Это приводит к уменьшению периода задержки воспламенения и снижению жесткости работы двигателя при использовании топлив легкого фракционного состава и топлив с большим содержанием циклических структур. [57]

Исключительно велика роль испаряемости топлив для нормального протекания процесса горения в двигателях. Во всех двигателях внутреннего сгорания восяламенение и горение топлив происходит в паровой фазе при определенном соотношении между горючим и окислителем. Процесс испарения не только предшествует процессам воспламенения и горения, но в значительной мере определяет характер их протекания. Например, высокая скорость испарения в начальной стадии процесса горения в дизеле повышает жесткость работы двигателя , хотя и способствует более полному горению. В воздушно-реактивных двигателях улучшение испаряемости топлив повышает устойчивость и полноту горения. [58]

При регулировке подачи топлива путем изменения начала впрыска угол опережения впрыска топлива изменяется. С уменьшением нагрузки ( уменьшением угла опережения впрыска) топливо начинает поступать в цилиндр при более высокой температуре сжатого воздуха, чем при большей нагрузке. Поэтому при уменьшении нагрузки и тепловыделения период задержки воспламенения увеличивается в меньшей степени, чем при регулировке подачи топлива изменением конца впрыска. Количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр двигателя к моменту воспламенения, и положение точки начала воспламенения в этом случае мало изменяются, и жесткость работы двигателя не увеличивается. Такой способ регулировки подачи топлива является более гибким в отношении использования топлив с различным цетановым числом. [59]

Отвод теплоты с маслом и естественное рассеивание ее поверхностям двигателя не предохраняют от перегрева наиболее напряженные в тепловом отношении детали. В связи с этим возникает необходимость в создании специальных устройств для принудительного отвода теплоты от нагревающихся деталей. Совокупность таких устройств образует систему охлаждения. Следует отметить, что и переохлаждение двигателя недопустимо, так как может повлечь за собой снижение экономичности ( из-за увеличения потерь на трение и отдачи теплоты в охлаждающую жидкость), повышение износа цилиндров и поршней, увеличение жесткости работы двигателя . Таким образом, как при перегреве, так и при переохлаждении нарушается нормальная работа двигателя. [60]

Источник

Adblock
detector