Давление газов на поршень в дизельном двигателе

Какая компрессия в дизельном двигателе

Принцип работы дизельных силовых агрегатов основан на воспламенении топливной смеси в цилиндрах под высоким давлением. В отличие от бензинового мотора в дизеле отсутствует система искроподачи с помощью наконечников электродов на свечах: обогащённая кислородом смесь подаётся в камеру сгорания, где высокая температура образуется в процессе сжатия. Вместо образования электрической искры дополнительный предпусковой нагрев обеспечивают свечи накаливания.

Основной параметр для диагностики состояния дизельного двигателя– компрессия, от которой зависит мощность и стабильная работа механизмов цилиндропоршневой группы.

Что такое компрессия в дизельном двигателе

Компрессия – это показатель давления в цилиндре, которое создаётся поршнем в максимальной высшей (мёртвой) точке такта. В технической литературе принято использовать аббревиатуру ВМТ (высшая мёртвая точка). Величина измеряется в кг/см² и зависит от двух основных факторов:

  • Нарушение герметичности камеры сгорания: происходит утечка воздуха, давление в системе падает. Изношенность клапанов, узлов цилиндропоршневой группы, либо неправильная регулировка газораспределительного механизма приводит к снижению компрессии.
  • Состояние коленчатого вала и скорость его вращения: потеря стабильных оборотов приводит к тепловым потерям при сжатии воздуха поршнем. Показатель степени сжатия становится ниже нормы, что напрямую влияет на энергию, которая образуется в результате образования рабочих газов при сгорании топливной смеси в цилиндрах.

Быстрый износ механизмов ЦПГ (цилиндропоршневой группы) зависит от качества смазочных материалов, интенсивности нагрузок в период эксплуатации, количества холодных пусков при минусовой температуре воздуха и часов работы на максимальных оборотах. Некорректная регулировка клапанной системы способствует образованию нагара на стенках камеры сгорания, гильзах цилиндров, коксованию поршневых и маслосъёмных колец. В результате недостаточного давления топливная смесь сгорает не полностью, смешивается с остатками масла, оставляя продукты гари, сажи на узлах ЦПГ. Первый признак изношенности в таком случае– дымный выхлоп и падение мощности двигателя.

Во время запуска и срабатывания стартера коленчатый вал в дизельном агрегате вращается со скоростью 200-300 об/мин: чем выше крутящий момент- тем выше компрессия. Если давление в камере сгорания будет ниже 16 атмосфер- то дизель завести обычным способом с ключа становится невозможным. Теплопотери вызывают уменьшение показателя степени сжатия и нарушению регулировки фаз газораспределения.

Важно! Продолжительная эксплуатация дизельного агрегата с некорректной работой газораспределительного механизма приводит к выходу из строя всего блока цилиндров. Вплоть до заклинивания поршней без возможности восстановления и капитального ремонта.

Норма компрессии в цилиндрах дизельного двигателя

В зависимости от мощности силового агрегата, типа конструкции его камеры сгорания и системы впрыска, норма компрессии может быть разной. Ее необходимо искать в техническом описании каждой конкретной марки. Ниже указаны стандартные показатели соотношения температуры запуска и компрессии, при котором возможен пуск дизельного двигателя любого типа:

  • Менее 18 кг/см² – запуск двигателя невозможен даже с принудительным подогревом системы;
  • 22-24 кг/см² – пуск возможен только на горячем агрегате, после падения температуры ниже 0° С гарантирован отказ запуска со стартера;
  • 24-26 кг/см² – запускается при температуре воздуха – 10° С;
  • 26-28 кг/см² – максимальная температура запуска – 15° С;
  • 28-32 кг/см² – возможен холодный пуск до – 25° С;
  • 32-36 кг/см² – возможен холодный пуск до – 30° С;
  • 36-40 кг/см² – возможен холодный пуск до – 40° С.
Читайте также:  Температура нагревателя идеального теплового двигателя карно 227 за один цикл

Эти нормы компрессии применяют только при исправности всех остальных систем, отвечающих за работу мотора: подача топлива (топливный насос высокого давления), 100% заряд аккумуляторной батареи, исправные узлы ГРМ. Современные типы дизелей с раздельной камерой сгорания и системой впрыска топливной смеси «Common Rail» имеют лучшие результаты: на каждый показатель компрессии в среднем будет плюс пять температурных значений. Так же погрешность увеличивается с количеством цилиндров в агрегате и типом компоновки: V-образные на 6 и 8 цилиндров имеют большее преимущество перед обычными рядными четырёхцилиндровыми.

Как замерять давление в цилиндрах

Снятие показателей компрессии выполняют при помощи специального прибора – компрессометра. Компрессометр работает по принципу манометра: переходник с конструкцией наконечника форсунки или свечи накаливания предназначен для установки в головку блока цилиндров и имеет запорный клапан, который препятствует потере давления во время измерений. Простые устройства снабжены обычной шкалой со стрелкой, более точные профессиональные приборы – электронные цифровые, либо синхронизированы с компьютером.

Внимание! Компрессометр должен быть откалиброван с точностью до 0,1 кгс/см² – в противном случае результаты замеров не будут соответствовать нормам.

Перед измерением дизельный двигатель прогревают на максимальных оборотах до рабочей температуры масла, проверяют работу стартера и состояние заряда аккумуляторной батареи в 100%. Каждый цилиндр замеряют по отдельности.

  • из головки блока вывернуть свечу накаливания или форсунку (в зависимости от типа дизельного агрегата);
  • штуцер переходника компрессометра вставляют на место свечи (форсунки), убедившись в герметичности штатного соединения;
  • включают зажигание, не запуская двигатель до поворота стартера – первичный оборот коленчатого вала (скорость вращения должна быть не менее 200 об/мин);
  • снимают результат замера (в верхней мёртвой точке хода цилиндра);
  • замеряют компрессию в остальных цилиндрах подобным образом;
  • сверяют показатели компрессии всех цилиндров;
  • далее в каждый цилиндр впрыскивают около 50 мл масла;
  • коленчатый вал проворачивают насколько раз стартером со снятыми форсунками (свечами);
  • устанавливают форсунки на места и проводят новые замеры на каждом цилиндре вновь;
  • сверяют разницу показаний с первым замером.

При сверке обращают внимание на расхождение показателя компрессии каждого цилиндра: минимальная погрешность не должна превышать 1 кгс/см². Равные величины замеров свидетельствуют об одинаковом износе узлов и механизмов цилиндропоршневой группы.

Если результаты второго измерения превышают допустимую норму погрешности, то значит система негерметична. Возможные причины нарушений в таком случае: нарушения зазоров клапанов (дефекты), износ поршневых колец, утечка в корпусе головки блока цилиндров (прогар), поломка чашки поршня. При обнаруженной недостаточной компрессии двигателя диагностируют и устанавливают причину неисправности.

Почему компрессия может понижаться

Падение давления в цилиндрах сопровождается следующими характерными признаками:

  • отказ запуска двигателя при низкой температуре либо плохое срабатывание системы зажигания;
  • во время работы на холостых оборотах происходит «троение»;
  • падение мощности с нестабильными оборотами;
  • повышенный расход топлива;
  • чрезмерное потребление масла;
  • посторонние примеси выхлопных газов (дымный выхлоп);
  • сильный шум, вибрации во время открывания дроссельной заслонки.

Пониженная компрессия возникает из-за утечек воздуха в системе газораспределительного механизма, блока цилиндров либо износа элементов и узлов цилиндропоршневой группы. ГРМ может некорректно работать по причине образования нагара на чашках клапанов, поломки приводных механизмов (пружин, седла). Для выявления конкретной причины проводят диагностику клапанной системы – измеряют зазоры клапанов.

В случае износа деталей ЦПГ (цилиндропоршневой группы) демонтируют головку блока цилиндров с целью нахождения изношенной чашки поршня, прокладок, поршневых колец или рабочей поверхности цилиндров. Прогары, трещины на корпусе головки блока можно установить визуально.

Читайте также:  Как снимать головку двигателя ваз 2106

Способы устранения проблем

При обнаружении пониженной компрессии проводят полную проверку всех систем. Современные методы диагностики с помощью специального сканера «G‑Scan» позволяют установить причину поломки с точностью до конкретного узла на основе анализа данных топливной смеси, значений компрессии и различных показаний датчиков. Сканер учитывает записи журнала ЭСУД (электронной системы управления двигателем), где отклонения в работе систем детализированы, все сбои в механизмах ГРМ учтены согласно кодам ошибок.

Бортовая компьютерная диагностика обеспечит точное определение нарушения, которое можно пропустить при визуальном осмотре. Например, в процессе недостаточной подачи топливной смеси в цилиндр из-за нарушения зазора какого-либо клапана, блок-контроллер на основании показаний кислородного датчика регулирует дополнительный впрыск на конкретный цилиндр, отдавая команду на исполнительное устройство. При обычной проверке с измерением зазоров всех клапанов, установить причину нагара на конкретном участке бывает невозможно.

Причина снижения давления может быть из-за незначительной утечки воздуха, когда для исправления достаточно простой регулировки или замены прокладки. В случае серьёзного износа важных механизмов ЦПГ потребуется капитальный ремонт двигателя.

Как завести мотор при недостаточной компрессии

При низких показателях компрессии дизельный агрегат не запускается обычным проворотом стартера. Если пуск производится в минусовую температуру на холодном моторе- то усилие для нормальной скорости вращения коленчатого вала требуется большее, так как масло на морозе становится более вязким. Для подогрева кардана используют обычную паяльную лампу, которую устанавливают внизу и разогревают системы двигателя горячим воздухом.

Искусственно повысить компрессию для разового холодного пуска можно также созданием масляной плёнки в цилиндрах. Для этого выворачивают свечи накала, либо форсунки и заливают моторное масло с помощью шприца прямо в камеру сгорания, объёмом не более 50 мл. Повторяют всю процедуру на каждом цилиндре в отдельности. После проворачивают коленчатый вал, чтобы на стенках образовалась равномерная масляная плёнка, которая обеспечит создание герметичности во время пуска. Используя такой способ нужно проследить распределения масла в цилиндра, до запуска двигателя поршень должен сделать несколько тактов стартером, чтобы избежать гидроклина.

Источник

Сила давления газов на поршень в двигателе внутреннего сгорания

Давление газов на поршень определяется по индикаторной диаграмме, которая строится по результатам теплового расчёта либо снимается с двигателя внутреннего сгорания. Для этого индикаторную диаграмму p=f(α) лучше представить в развёрнутом виде [рис. 1]. Значения давления газов при этом снимаются через определённые угловые интервалы.

Рис. 1. Развёрнутая индикаторная диаграмма четырёхтактного двигателя p=f(α).

Сила давления газов на поршень определяется из выражения

* где Fп=(πD 2 )4 – площадь поршня (м 2 ); pr – давление газов на поршень, определяемое по индикаторной диаграмме в данный момент (Па); p – давление газов под поршнем, то есть в картере двигателя (Па).

Из-за того, что давление газов в цилиндре двигателя является величиной переменной, сила давления газов на поршень — функция Pr=f(α) угла поворота коленчатого вала [рис. 2].

Рис. 2. Изменение силы давления газов Pr, силы инерции Pi и суммарной силы P в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

Источник

Рабочий процесс четырехтактного дизеля

Процесс работы дизеля отличается от работы карбюраторного двигателя способом образования и воспламенения рабочей смеси. Основное отличие заключается в том, что в цилиндр дизеля в такте впуска поступает атмосферный воздух, который при такте сжатия сильно сжимается. В конце этого такта в среду нагревшегося воздуха при высокой степени сжатия (вследствие молекулярного трения его частиц) насосом высокого давления через форсунку впрыскивается топливо в распыленном состоянии. Топливо в цилиндре, смешиваясь с воздухом, воспламеняется и сгорает под действием высокой температуры воздуха.

Читайте также:  Прокладка сливной пробки масляного поддона двигателя что это

При такте впуска в цилиндр дизеля поступает атмосферный воздух, давление его составляет 0,08—0,095 Мн/м2 (0,8—0,95 кГ/см2), а температура 303—323° К (30—50°С). При такте, сжатия поршень сжимает находящийся в цилиндре воздух. Для воспламенения топлива в цилиндрах дизеля необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива, впрыскиваемого в конце такта сжатия. Поэтому дизели работают с большими степенями сжатия (14—22), обеспечивающими высокие температуры сжимаемоговоздуха 873—923°К (600—650°С), давление в цилиндре при этом достигает 3,5—4 Мн/м2 (35—40 кГ/см2). При рабочем ходе поршень движется за счет расширения газов. В конце такта сжатия, когда поршень не доходит до в. м. т. на 0,26— 0,52 рад (15—30°) по углу поворота коленчатого вала, в камеру сгорания двигателя впрыскивается топливо под большим давлением, которое обычно составляет 12—25 Мн/м2(120—250 кГ/см2), а у двухтактных дизелей Ярославского завода — до 140 Мн/м2 (1400 кГ/см2). Давление впрыска топлива должно значительно превышать давление воздуха, сжатого в камере сгорания для обеспечения более тонкого распыливания топлива и распределения его по всему объему воздуха, сосредоточенного в камере сгорания.

Струя топлива при выходе из распыливающих отверстий сопла форсунки под действием высокого давления приобретает огромную скорость и, пронизывая массу сжатого воздуха, раздробляется на миллионы мелко распыленных частиц каждая диаметром 0,002—0,005 мм. Топливо, поступившее в мелкораспыленном состоянии в цилиндр, приходя в непосредственное соприкосновение с горячим воздухом, воспламеняется и начинает гореть.

Угол опережения подачи топлива насосом составляет в среднем 0,262—0,350 рад (15—20°) угла поворота коленчатого вала дизеля.

При подаче топлива в цилиндры дизеля следует иметь в виду два положения: 1) момент подачи топлива секцией топливного насоса; 2) момент начала впрыска топлива форсункой.

Впрыск топлива через форсунку в камеру сгорания дизеля происходит несколько позднее начала подачи топлива секцией насоса. Объясняется это тем, что при нагнетании топливо несколько сжимается в связи с высоким давлением, а топливопроводы расширяются, поэтому угол опережения подачи топлива секцией насоса всегда больше угла впрыска его форсункой, который составляет для различных дизелей 0,0105—0,175 рад (6—10°).

Давление в цилиндре в конце сгорания составляет 6—9 Мн/м2 (60—90 кГ/см2), а температура 2073—2273°К (1800—2000°С). Продолжающаяся подача топлива в камеру сгорания и его горение сопровождаются перемещением поршня от в. м.т. к н.м. т. и увеличением объема цилиндра, отчего давление в цилиндре остается примерно постоянным на протяжении 5—15% хода поршня. После подачи топлива его горение прекращается (если не учитывать некоторое догорание) и происходит расширение продуктов сгорания при постепенном снижении давления до 0,4—0,5 Мн/м2 (4,0—5,0 кГ/см2) и температуры до 873—973° К (600—700° С).

Расширение газов у дизелей значительно большее, чем в карбюраторных двигателях. В карбюраторных двигателях из-за сравнительно малой степени расширения температура отработавших газов в конце расширения составляет 1173—1373°К (900—1100°С), а у дизелей — 873—973°К (600—700°С), поэтому у этих двигателей меньше тепла уходит с отработавшими газами, чем и обеспечивается более высокая их экономичность.

Такт выпуска у дизелей отличается более низкими температурами выпускных газов.

Параметры рабочих процессов карбюраторного и дизельного двигателей, работающих по четырехтактному циклу, даны в табл. 1.

Источник

Adblock
detector