Каково давление воздуха в камере сгорания дизельного двигателя при 502

Как температура и давление в цилиндрах дизеля влияют на работу мотора

Дизельный двигатель сегодня является вторым по степени распространенности типом ДВС после бензинового агрегата. Конструктивно дизельный мотор похож на бензиновый аналог, так как имеет все те же цилиндры, шатуны, поршни, коленвал и т.д. При этом все детали более массивные и тяжелые, ведь они должны выдерживать повышенные нагрузки.

Дело в том, что степень сжатия в дизеле выше, чем в агрегатах на бензине. Если в бензиновом моторе указанный средний показатель составляет от 9-и до 11-и единиц, то в дизельном уже целых 20-24. По этой причине дизельный двигатель тяжелее и крупнее бензинового агрегата.

После подачи в цилиндры рабочая смесь воспламеняется в камере сгорания от искры. При этом в дизельном двигателе топливо и воздух подаются отдельно, при этом смесь воспламеняется самостоятельно от резкого сжатия и нагрева.

Далее мы поговорим о том, какие процессы протекают в камере сгорания дизельного двигателя, как реализована подача дизтоплива, каким образом происходит смесеобразование и воспламенение заряда, а также какое давление и температура в камере сгорания дизеля.

Камеры сгорания дизельных двигателей и особенности работы такого ДВС

Начнем с того, что камеры сгорания дизельных двигателей несколько отличаются от бензиновых. Существует два основных типа камер:

  • неразделенная камера сгорания дизельного мотора;
  • разделенная камера сгорания дизельного ДВС;

Неразделенный тип является однообъемной камерой, как правило, простой формы, которая согласована с расположением форсунок. Такие камеры обычно выполняются в днище поршней, также могут быть изготовлены частично в днище и частично в ГБЦ, редко только в головке блока.

Если говорить о плюсах и минусах, первый тип позволяет обеспечить двигателю лучший КПД, однако температуры в такой камере сгорания выше. Также растут и ударные нагрузки. Что касается разделенных камер сгорания, КПД меньше, однако удается реализовать более полноценное сгорание топлива, такой дизель меньше коксуется, дымит и т.д.

Как сгорает топливо в дизельном двигателе

Теперь давайте рассмотрим сам процесс горения. Как известно, для горения топлива необходимо определенное количество кислорода, а также источник, который позволит смеси воспламениться.

В дизеле вместо внешней искры таким источником является высокая температура, то есть нагрев.

Другими словами, топливно-воздушная смесь в дизельном двигателе самовоспламеняется от высокого давления и нагрева. При этом нормальная работа мотора сильно зависит от правильно настроенного впрыска, качественного сжатия смеси, а также от полноты сгорания заряда в цилиндрах.

В самом начале в цилиндр подается воздух, сжимается и нагревается. Далее топливо впрыскивается в камеру сгорания дизельного двигателя, во время впрыска происходит его распыление.

Затем возникает самовоспламенение, пламя распространяется по цилиндру. Впрыск горючего останавливается, а остатки топлива продолжают гореть. Далее процесс повторяется.

Как видно, хотя подача и горение заряда в дизеле протекает за очень короткий промежуток времени, этот отрезок можно разделить на этапы:

  • Первый этап- впрыск топлива до начала его воспламенения (задержка воспламенения). Форсунки на данном этапе подают солярку, причем в распыленном виде. Образуется топливный «туман», который распространяется в сильно сжатом и нагретом воздухе.

Фактически туман представляет собой мельчайшие капли топлива, но они не воспламеняются. Дело в том, что сначала горючее должно испариться.

Только после этого произойдет смешивание испаренного дизтоплива с воздухом, а сама смесь нагреется до температуры, необходимой для самостоятельного воспламенения. Отметим, что задержка воспламенения должна быть короткой.

  • Второй этап-воспламенение и распространение фронта пламени по цилиндру. Дело в том, что после воспламенения сразу горит не весь объем, а возникают точечные «очаги» возгорания. Они локализуются в местах, где топливо наиболее качественно смешалось с воздухом, а температура в камере около 1700 К.
Читайте также:  Дизельный двигатель принцип работы просто

Такое начальное горение приводит к повышению температуры и давления в цилиндре. В результате топливо, которое еще не загорелось, активно испаряется и смешивается с воздухом. В этот момент фактически происходит полное возгорание смеси в цилиндре, при этом резко увеличивается давление.

  • Наступает третий этап, года топливо непосредственно сгорает. Инжекторная форсунка еще впрыскивает солярку, горючее уже сразу загорается от контакта с пламенем в камере сгорания. Пламя в этот момент эффективно распространяется по всему объему, давление также максимально.

Именно на данном этапе давление в результате сгорающего топлива с большой силой толкает поршень, заставляя двигатель совершать полезную работу. Что касается температуры, показатель растет до 2200 К.

  • Завершающий четвертый этап является моментом, когда остатки топлива догорают в цилиндре. В это время поршень уже перемещается вниз, что означает падение давления и температуры.

Если возникнут сбои, распространение пламени будет нарушено, температура в камере сгорания дизельного двигателя повышается, возникает риск детонации, топливо не сгорает в полном объеме и т.д.

Частые проблемы дизелей: момент впрыска и компрессия

Если сжатие смеси в цилиндре оказывается недостаточным, во время работы двигателя можно услышать шумы и металлические стуки. Дело в том, что в таком случае смеси нужно больше времени, чтобы нагреться до температуры воспламенения.

Получается, снижение компрессии дизельного двигателя увеличивает время до воспламенения заряда.

При этом в цилиндре несгоревшей смеси будет больше, чем нужно. В результате в момент возгорания такого заряда процесс горения приобретает взрывной характер, давление резко увеличивается, появляется ударная волна и детонация, разрушая ЦПГ и оказывая значительные нагрузки на детали мотора.

Затем поршень идет вниз, температура и давление дополнительно снижаются, нет условий для горения. Получается, несгоревшая солярка испаряется и далее попадает в выпускную систему

То же самое происходит и в том случае, если впрыск дизтоплива слишком поздний. Другими словами, компрессия в цилиндрах нормальная, но подача топлива с опозданием приводит к тому, что поршень уже идет вниз, нет нужного сжатия и давления для самовоспламенения.

Если же выхлоп черный, это может указывать на то, что форсунки «переливают», то есть подача горючего происходит в большем объеме, чем необходимо. Простыми словами, дизтоплива много, а кислорода просто недостаточно на такое количество горючего.

Имеющийся кислород позволяет выгореть только части топлива, а несгоревшие остатки превращаются в углерод, что и проявляется в виде характерного черного дыма из выхлопной трубы.

Еще отметим, что к похожим проблемам может приводить недостаточная подача воздуха (например, забит воздушный фильтр), завоздушивание системы питания дизельного двигателя и т.д.

В итоге, если нарушается нормальный процесс смесеобразования, это закономерно влияет на момент воспламенения и последующую эффективность сгорания топливного заряда в цилиндрах.

Что в итоге

С учетом вышесказанного становится понятно, что дизель особенно нуждается в высокоточном топливном впрыске. От этого напрямую завит КПД, ресурс мотора, экономичность, уровень токсичности отработавших газов и ряд других важных параметров.

По этой причине дизельные форсунки на современных типах указанных моторов способны обеспечить так называемый фазированный (многофазный) впрыск, подавая дизтопливо до 10 раз за один рабочий такт мотора.

Подобные решения в сочетании с турбокомпрессором позволяют современному дизельному мотору уверенно конкурировать на рынке с бензиновыми аналогами, при этом высокая топливная экономичность остается главным преимуществом дизельного двигателя.

Показатель компрессии дизельного двигателя. Главные причины и основные признаки снижения компрессии. Запуск мотора с недостаточным давлением в цилиндрах.

Читайте также:  Двигатель без навесного оборудования что это такое

Высокая компрессия в двигателе и основные причины повышения компресссии. Почему также происходит снижение компресссии по цилиндрам. Советы и рекомендации.

Влияние степени сжатия на мощность и другие характеристики мотора. Тюнинг и увеличение степени сжатия, а также понижение параметра в отдельных случаях.

Почему топливно-воздушная смесь детонирует в камере сгорания. Причины, вызывающие детонацию. Последствия детонационного сгорания топлива в цилиндрах ДВС.

Низкая комрессия в цилиднрах двигателя: главные причины. Как поднять компрессию в двигателе без ремонта мотора, доступные способы. Советы и рекомендации.

Проблемы с запуском дизеля. Признаки низкой компрессии и причины неисправности: ГРМ, зеркало цилиндров, поршень и кольца. Производим замер компрессии.

Источник

Как обеспечивают герметичность камеры сгорания

Казалось бы, нет ничего сложного в реализации герметичного пространства для сгорания топлива. До тех пор, пока не задумаешься о том, что как минимум одна «стенка» постоянно движется, а газы внутри должны периодически обновляться.

Устройство камеры сгорания

Выше приведен рисунок из классического, возможно, еще советского пособия по устройству автомобиля. Здесь изображен двигатель как раз в момент, когда поршень находится в крайнем верхнем положении (т.н. «верхняя мертвая точка» — ВМТ). Сверху цилиндра находится свеча зажигания, которая подает искру, а по бокам от нее — впускной и выпускной клапаны. Через впускной клапан в цилиндр впускается топливовоздушная смесь, а через выпускной выходят выхлопные газы.

Камера сгорания двигателя с непосредственным впрыском отличается только тем, что через впускной цилиндр подается только воздух, а внутрь цилиндра «торчит» еще топливная форсунка:

Итак, что же надо тут герметизировать?

Во-первых, нужно, чтобы на такте сжатия из цилиндра не выходила топливовоздушная смесь (иначе она вся уйдет, и сгорания просто не будет), а на такте рабочего хода — чтобы из цилиндра не уходили выхлопные газы (иначе они не выполнят полезной работы — не будут толкать поршень вниз). То есть, герметичность нужна «газовая» (термин технически не совсем верный, но для простоты употребим его).

Во-вторых, нужно, чтобы в камеру сгорания не попадало масло. Попадание масла в камеру сгорания имеет целую кипу неприятных последствий, о которых лучше рассказать в другой раз. Просто примем как факт — попадать оно в камеру сгорания не должно, поэтому от него тоже надо обеспечить герметичность.

Кроме того, на первом рисунке можно также увидеть, что верхняя и нижняя часть камеры сгорания — раздельные. Именно так устроено подавляющее количество современных моторов. Нижняя часть, с поршнями, называется «блок цилиндров», а верхняя, со свечой, клапанами и (для непосредственного впрыска) форсунками, называется «головка блока цилиндров» (ГБЦ).

Уплотнения от ухода газов

Газы из цилиндра могут уходить чисто теоретически вообще через любое отверстие: через свечное отверстие, через уплотнение форсунки, через клапаны, в зазор между поршнем и стенкой цилиндра, а также через соединение ГБЦ с блоком цилиндров. И вот как это решается.

Свеча зажигания

Это самое простое место для реализации уплотнения. Она вкручивается в головку блока цилиндров, а заканчивается резьбовая часть свечи мягкой шайбой, которая при затягивании расплющивается и герметизирует соединение.

В качестве экзотики встречается также коническая посадка без прокладки.

Форсунка в двигателях с непосредственным впрыском

Здесь принцип уплотнения еще проще. Ее длинный «носик» вставляется в соответствующее отверстие. Входит он туда и так довольно плотно (непосредственный впрыск — мир высоких технологий и прецизионных решений), да еще и оканчивается тефлоновым колечком для уплотнения. Это решает вопрос герметичности полностью:

Клапаны

Уплотнить клапаны (или, как это принято в околоавтомобильной среде — клапанА) — задача посложнее. Ведь клапан бьет о свое посадочное место тысячи раз в минуту. Никакая резина или тефлон не выдержат этого. Потому здесь не остается никаких других решений, кроме тщательной обработки той поверхности, где тарелка клапана закрывает доступ в камеру сгорания. Это место называется «седло клапана», и оно притирается до обеспечения полной герметичности:

Читайте также:  У какого двигателя обмотка ротора соединяется звездой при изготовлении

Поршень-стенка цилиндра

Здесь самое интересное. Это тот случай, когда отсутствие зазора приведет к механическим повреждениям, а наличие зазора приведет к утечкам газов, как следствие — понижению мощности и некоторым другим минусам. Решение разработчиками двигателей было найдено, в общем-то, гениальное. И, конечно же, простое — как всегда после того, как нам уже рассказали, как что-то устроено:

На поршень надеваются несколько колец. Они подпружинены и в свободном состоянии существенно «выпирают» за размеры поршня. Перед установкой в цилиндр они поджимаются, а после попадания в цилиндр — упираются в его стенки, обеспечивая достаточную герметичность. Верхние кольца — сплошные, и предназначены для герметизации от рабочих газов (топливовоздушной смеси и отработавших, выхлопных газов), они называются «компрессионные» — потому что обеспечивают достижение давления (компрессии) в цилиндре. Нижнее кольца называется маслосъемным, и о нем мы поговорим ниже.

Головка блока цилиндров

Вот так выглядит ГБЦ:

Вот так выглядит блок цилиндров:

Если эти две детали соединить — получится двигатель. Но сначала надо решить несколько задач. Во-первых, не должны уходить газы из камеры сгорания. Во-вторых, и в ГБЦ, и в блоке цилиндров есть каналы, через которые масло подается к трущимся поверхностям — надо, чтобы оно оттуда никуда не делось. В-третьих, аналогичные каналы есть для охлаждающей жидкости.

Чтобы обеспечить такую герметичность, первый шаг — обеспечение высокого качества обработки сопрягаемых поверхностей. Плоскости должны быть «плоскими» с точностью до сотых долей миллиметра. Второй шаг — использование специальной прокладки, которая будет одновременно достаточно мягкой, чтобы компенсировать все имеющиеся неровности и достаточно прочной, чтобы выдержать температуру и давление в камере сгорания. Ну и впридачу — она должна быть стойкой к маслу и антифризу.

Наконец, последний шаг — правильный момент затяжки болтов, крепящих ГБЦ к блоку цилиндров. Если их недотянуть — прокладка будет поджата недостаточно, и не обеспечит герметичность. Если их перетянуть — можно деформировать прокладку, и она не обеспечит герметичность. Если протянуть болты в неправильной последовательности, прокладка тоже может деформироваться — и да, вы совершенно правы, не обеспечит герметичности.

Уплотнения от попадания масла

С маслом ситуация немного проще. В сущности, оно может попадать в камеру сгорания только со стенок цилиндра или со стержней клапанов.

Уплотнение клапанов

Распределительный вал (12) кулачком нажимает на коромысло (10), которое давит на клапан (2). Это происходит с каждым оборотом двигателя, то есть, несколько тысяч раз в минуту Все эти детали постоянно испытывают трение. Поэтому без масла будет моментальный и катастрофический износ. А вот чтобы масло не попадало ниже, в камеру сгорания, на стержень клапана и надевается маслосъемный колпачок. Вот как он выглядит вживую:

Уплотнение поршней

С поршнями ситуация аналогична клапанам. Без масла там никуда. Поэтому и решение принято аналогичное — одно из колец, установленных на поршне, предназначено не для поддержания компрессии, а для снятия масла со стенок цилиндра, за что и называется маслосъемным:

Пара слов о дизелях

Дизели, несмотря на принципиально другой принцип воспламенения топлива, имеют ровно тот же конструктив и те же способы уплотнения. Разве что вместо свечей зажигания там свечи накаливания.

Почему полезно все это знать?

Знания эти — не сухие академичные сведения. Львиная доля неисправностей двигателя связаны именно с нарушением тех или иных уплотнений. Именно этим, например, объясняется повышенный «масложор» в подавляющем большинстве случаев. В следующей публикации мы рассмотрим устройство системы вентиляции картера, а после — типовые причины ухода масла из двигателя.

Источник

Adblock
detector