Влияние температуры на работу датчиков системы управления двигателем. Как влияет зажигание на температуру двигателя
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.
ustroistvo-avtomobilya.ru
4.Почему важно, чтобы основная доля теплоты выделялась , когда поршень находиться вблизи вмт?
Процесс выделения теплоты начинается несколько раньше ,чем поршень достигнет положения ВМТ , и заканчивается после прохождения им ВМТ в процессе расширения. Теплота выделяющаяся в двигателе в процессе сжатия , когда поршень еще не дошел до ВМТ , точно так же , как и теплота, выделяющаяся в процессе расширения , когда поршень уже прошел ВМТ, не может быть использован с той же полнотой, как теплота, выделяющаяся при положения поршня в ВМТ из-за уменьшения возможной степени расширения. Для уменьшения потерь , связанных с неполным использованием выделяющейся в цилиндре теплоты, желательно , что бы процесс ее выделения происходил как можно ближе к ВМТ.
5.Как и почему влияет изменение уоз на токсичность ог?
УОЗ существенно влияет и на токсичность ОГ.С его увеличением возрастает содержание NOx в ОГ, так как увеличивается максимальная температура цикла.
содержание несгоревших углеродов СН в ОГ меняется от УОЗ более сложным образом. как правило, особенно при работе на бедных смесях, при более позднем зажигании содержание СН в ОГ уменьшается из-за более высокой температуры ОГ и логорания (окисления) СН в процессе выпуска. Содержание ОС в ОГ мало зависят от величин УОЗ.
6.Как и почему мощность и экономичность двигателя изменяются при изменении уоз?
При раннем зажигание из-за повышения давления и температуры в цикле возрастают потери теплоты в стенки в конце такта сжатия и при сгорании и могут увеличиваться потери от утечек рабочего тела и повышения трения , что вызывает дополнительное уменьшение мощности.
При слишком раннем зажигании, из-за повышения максимальных значений температуры и давления цикла, увеличения температуры деталей камеры сгорания и соответственно температур в последней порции несгоревших газов возможно появление таких нарушений нормального процесса сгорания, как прежде временное самовоспламенение смеси и детонации.
При позднем зажигание повышается температура газов в процессе расширения , что увеличивает потери теплоты в стенки при расширении и с ОГ при выпуске, а так же может привести к перегреву деталей двигателя.
3)Внешняя скоростная характеристика двигателя с искровым зажиганием ДсИз
1)Что называется скоростной характеристикой ДсИз?Чем отличается внешняя скоростная характеристика от частичной?
Называется зависимость эффективной мощности,эффективного крутящего момента , часового и удельного эффективого расхода топлива,а так же других показателей двигателя от частоты вращения при постоянном открытии дроссельной заслонки.Характеристику, полученную при полном открытии дроссельной заслонки,называют внешней, а при частичном открытии-частичной.
2)Что такое стандартные атмосферные условия? Какие показатели ДВС приводят к ним и зачем?
Это давление Bo=750 мм РТ ст., температура воздуха То=25, парциальное давление сухого воздуха=99кПА. Приводят число оборотов двигателя, мощность, тягу, часовой расход топлива, удельный расход топлива и температуру газов.
3)Что называется внешней скоростной характеристикой ДсИЗ Какие характерные режимы и показатели ДсИЗ определяются по ВСХ?
Это характеристика, полученная при полном открытии дроссельной заслонки.По ВСХ определяются Nemax –максимальную эффективную мощность двигателя и соответствующую ей частоту вращения, Nenom- номинальную эффективную мощность при nном Мкmax –максимальный крутящий момент, gemin ,n min- минимальную устойчивую рабочую частоту вращения и др показатели.Режимы:без ограничения частоты вращения, с ограничением.
4)Какие факторы определяют Ne по ВСХ?
5)Почему удельный эффективный расход топлива увеличивается при низких и высоких частотах вращения?
При низких частотах из за снижения индикаторного КПД, при высоких из за снижения механического КПД
6)Что такое коэффициент приспособляемости?Пределы изменения для ДсИЗ?
Кпр Это коэффициент определяемый из отношения Mk max/Mk nom. У современных двигателей с искровым зажиганием Кпр=1.05…1.3.
4)Нагрузочная характеристика двигателя с искровым зажиганием (ДсИЗ)
1. Что называют нагрузочной характеристикой ДсИЗ?Нагрузочной характеристикой двигателя называют зависимость основных показателей двигателя от его мощности при постоянной частоте вращения и неизменных температурах охлаждающей жидкости и масла.
2)Каков порядок снятия НХ ДсИЗ?Цели определения НХ двигателя.
В начале эксперемента полностью открывают дроссельную заслонку и устанавливают заданную частоту вращения коленвала двигателя изменяя нагрузку тормоза.После стабилизации теплового режима двигателя производят измерение показателей ной двигателя. Это первая точка характеристики.
Далее прикрывают дроссельную заслонку таким образом,
1ри чтобы уменьшить крутящий момент (Мк) на 10... 15% от исходного ля. значения. При прикрытии дроссельной заслонки двигатель снижает частоту вращения. Поэтому необходимо, не меняя положения * с дроссельной заслонки, восстановить исходную частоту вращения по двигателя, изменяя нагрузку тормоза. Только после этого данные 011 ; измерений заносят в протокол.
По мере дальнейшего прикрытия дроссельной заслонки эй измерения производят в том же порядке до момента начала (М ; неустойчивой работы двигателя.
Для определения механических потерь необходимо перевести ъ двигатель в режим прокрутки, отключив подачу топлива и зажигание. Предполагается, что действительные механические потери в двигателе мало зависят от нагрузки. Поэтому измерение и условного момента механических потерь производится только на одном режиме при частоте вращения, на которой определялась А | характеристика, и при полностью открытой дроссельной заслонке. В дальнейшем данное значение момента прокрутки используется в а качестве момента механнических потерь для всех точек| характеристики. (Как и при определении предыдущих характеристик,
существует возможность сравнения показателей двигателя по нагрузочным характеристикам, определенным при различных условиях. Например, сравнение нагрузочных характеристик, полученных при разной частоте вращения коленчатого вала двигателя.
ЦЕЛЬ НХ: оценка фактических экономических и токсических показателей.Выбор режимов работы обеспечивающий наиболее благоприятные экономические и токсические условия.Установка правилность регулировок двигателя.Рассчет экономических и токсических показателей При заданных условиях движения
studfiles.net
Детонационное сгорание в бензиновом двигателе
Автор: Юлиюс Мацкерле (Julius Mackerle)Источник: «Современный экономичный автомобиль» [1]
9828 
0 Увеличение степени сжатия бензиновых двигателей ограничено в связи с возможностью возникновения детонации. При этом явлении возникает неконтролируемое сгорание смеси уже после ее воспламенения искрой. Детонационное сгорание протекает с очень высокой скоростью и создает в цилиндре повышенные давление и температуру. Если этот процесс продолжается некоторое время, то двигатель повреждается.
Максимальная степень сжатия, применяемая в бензиновых двигателях, определяется видом и свойствами используемого топлива. Способность топлива противостоять детонации выражается его октановым числом, которое показывает, сколько частей изооктана в смеси с нормальным гептаном нужно иметь в эталонном топливе, чтобы в специальном двигателе CFR оно имело такую же способность противостоять детонации, как и испытываемое топливо. Степень сжатия двигателя CFR может быть изменена без его останова. Условия в этом специальном двигателе не соответствуют условиям в реальном автомобильном двигателе, поэтому два вида топлива в двигателе CFR с одинаковым октановым числом в каждом конкретном автомобильном двигателе ведут себя по-разному. Это зависит от химического состава топлива, формы камеры сгорания и от типа охлаждения двигателя.
Следует отметить, что производство топлива с высоким октановым числом дорого и из одной тонны нефти получить его можно меньше, чем топлива с низким октановым числом. Октановое число можно повысить с помощью антидетонационных присадок, которые, однако, содержат вредные вещества (свинец и т. п.). В данной статье будут рассмотрены возможности специальных изменений конструкции или регулировок двигателя в целях обеспечения возможности использовать в нем топлива с низким октановым числом.
Прежде всего, необходимо объяснить, как возникает в двигателе детонация. После зажигания искрой свечи рабочей смеси в камере сгорания процесс сгорания развивается со скоростью, зависящей от температуры и давления рабочей смеси, типа топлива, состава смеси (соотношения между топливом и воздухом). Большое влияние на процесс сгорания оказывают также движение смеси перед ее зажиганием и температура стенок камеры сгорания и цилиндра.
Часть смеси, сгорающая первой в камере сгорания вблизи свечи, расширяется при повышенной температуре и сжимает остаток еще не сгоревшей смеси. По этой причине температура и давление несгоревшей смеси постоянно увеличиваются, и сама эта смесь оттесняется в места камеру сгорания, отдаленные от свечи. Если давление и температура в оставшейся несгоревшей смеси достигнут критических значений, то произойдет мгновенное воспламенение всей массы этой смеси, что вызовет резкий скачок температуры и давления. Такой тип сгорания называется детонационным и оно проявляется в виде характерного постукивания. Если это явление продолжается некоторое время, то происходит перегрев камеры сгорания и от ее горячих стенок свежая смесь самопроизвольно воспламеняется раньше, чем в свече зажигания возникает искра.
Это самопроизвольное воспламенение (называемое также калильным зажиганием) характерно тем, что может происходить как при включенном, так и при выключенном зажигании. Мощность двигателя в этих условиях быстро падает, а максимальная температура и давление при сгорании резко возрастают. У одноцилиндровых двигателей калильное зажигание проявляется через резкую остановку работы двигателя – как при его заклинивании. У многоцилиндровых двигателей такое преждевременное воспламенение, как правило, не происходит одновременно во всех цилиндрах, поэтому двигатель не останавливается, однако быстро теряет мощность. Причиной калильного зажигания могут являться также перегретые контакты свечи зажигания.
Условием, устраняющим детонацию, является обеспечение минимальной удаленности всех точек поверхности камеры сгорания смеси от свечи зажигания. Кроме того, необходимо учесть температуру стенок камеры сгорания. Объем смеси, сгорающий последним, должен располагаться в холодной части камеры сгорания; в первую очередь должна сгореть смесь, находящаяся в зоне с самой высокой температурой стенок, вблизи выпускного клапана.
Поскольку сгорание вблизи ВМТ протекает весьма быстро, рабочая смесь в зоне свечи сгорит первой и будет долго находиться в соприкосновении со стенками камеры сгорания. Тепловые потери в стенку малы в том случае, когда местная температура стенок достаточно высока (например, тарелка выпускного клапана). Зона вокруг впускного клапана имеет самую низкую температуру, и сюда должен оттесняться остаток несгоревшей смеси. Положение свечи зажигания обычно обусловлено общей концепцией двигателя. Тем не менее, свеча должна располагаться как можно ближе к выпускному клапану, быть легко доступной и хорошо охлаждаться.
Опасность возникновения детонации можно устранить несколькими способами. Запаздывание зажигания сокращает время сгорания перед ВМТ поршня, и последние порции рабочей смеси догорают уже за ВМТ на такте расширения. Разогревание этих порций будет проходить медленно и детонация не возникнет. Однако при таком запаздывании зажигания уже будет невозможно достичь максимальной мощности двигателя и высокой топливной экономичности.
Влияние опережения зажигания и октанового числа топлива на мощность двигателя показано на рис. 1 и в табл. 1 ниже.
 |
| Влияние угла опережения зажигания θз и октанового числа топлива на мощность двигателя Ne |
Экспериментальный двигатель со степенью сжатия ε = 7,25 достигает полной мощности при опережении зажигания в 23° и на границе детонации требует топлива с октановым числом 98. Из рис. 1 и табл. 1 видно, что при использовании топлива с октановым числом 93 необходимо уменьшить опережение зажигания до 11°. При этом мощность двигателя упадет до 95 %. Требования к октановому числу при этом опережении уменьшаются.
| 1 | 98 | 100 |
| 2 | 96 | 99 |
| 3 | 93 | 95 |
| 4 | 90 | 90 |
| 5 | 86 | 85 |
Эти особенности можно использовать для снижения удельного расхода топлива при частичной нагрузке двигателя. Степень сжатия у двигателя необходимо увеличить так, чтобы при частичной нагрузке удельный расход топлива уменьшился и увеличилась мощность. Однако при полностью открытой дроссельной заслонке двигатель будет работать с детонацией. Устранить это можно уменьшением опережения зажигания, например, с помощью вакуумного регулятора. Хотя при этом не будет достигнута максимальная мощность двигателя, но при его частичной нагрузке расход топлива уменьшится. При современном уровне развития электроники обеспечение автоматического регулирования опережения зажигания на основе постоянного слежения за параметрами процесса сгорания в двигателе уже не представляет больших трудностей и способствует снижению расхода топлива при работе двигателя с частичной загрузкой.
Последнее обновление 02.03.2012Опубликовано 13.05.2011Читайте также
- Водородный двигатель внутреннего сгорания
Чтобы получить водородный двигатель в ДВС необходимо внести некоторые изменения. Однако они оправданы, так как двигатель на водороде обладает существенными преимуществами.
- Водородный аккумулятор
Водород — отличный аккумулятор энергии с широким диапазоном областей применения, причем плотность энергии в единице массы у водорода в 3 раза больше, чем у бензина.
Сноски
- ↺ Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. - М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.: ил.//Стр. 110 - 114 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru
Комментарии
icarbio.ru
Детонация в бензиновом двигателе | Двигатель автомобиля
Причина детонации
В обычных условиях рабочая смесь топлива с воздухом воспламеняется от свечи зажигания, после чего пламя равномерно распространяется в камере сгорания со средней скоростью около 20 м/с. При неравномерном воспламенении рабочей смеси температура и давление воспламеняющейся смеси резко повышаются, так же, как давление и температура невоспламененной смеси. Если при этом в нескольких местах превышается критическая температура, возникают очаги самовоспламенения, вызывающие неравномерное ударное возгорание остатка рабочей смеси. Неравномерный процесс сгорания образует сильные ударные волны, вызывающие звонкий детонационный звук при достижении поверхности цилиндра.
Способы предотвращения детонации
На практике существуют три вида мероприятий по предотвращению детонации.
- Предотвращение детонации при эксплуатации двигателя, когда она возникает во время движения автомобиля и необходимы срочные меры для предотвращения сильных повреждений двигателя.
- Предотвращение возможной детонации при разработке двигателя, когда используется комплекс мер для противодействия появлению детонации.
- Предотвращение возможной детонации путем разработки топлива с высокой детонационной стойкостью.
1. Предотвращение детонации при эксплуатации двигателя.
Во время движения автомобиля детонация может возникнуть при разгоне или движении с большой скоростью. В обоих случаях двигатель сильно перегружается.
Детонация при разгоне возникает при ускорении транспортного средства с низких оборотов коленчатого вала путем резкого нажатия на педаль «газа». При этом резко увеличивается подача рабочей смеси в цилиндры, избыток смеси не успевает сгорать вовремя и догорание смеси вызывает детонационные процессы. В таком случае помогает переключение на следующую передачу (при наличии механической коробки передач), когда при той же мощности двигателя повышается частота вращения коленчатого вала, а крутящий момент уменьшается. Наполнение и вентиляция цилиндров двигателя происходят более равномерно, не остается сгорающих избытков рабочей смеси и детонация исчезает.
Детонация при движении с большой скоростью возникает с выходом двигателя на излишне высокую частоту вращения коленчатого вала. Ее можно легко не заметить, и так как не принимаются никакие меры, это нередко приводит к прогоранию поршня. В этом случае достаточноснизить скорость, то есть уменьшить подачу рабочей смеси в цилиндры. Двигатель выйдет на оптимальный режим работы и детонация исчезнет. Если детонация возникает в двигателе, работающем на обычном бензине, поможет замена на бензин высшего качества.
Кроме того, можно снизить склонность двигателя к детонации, настроив угол опережения зажигание на «поздний». При «позднем» зажигании давление в цилиндрах остается низким, а топливо не так часто самовоспламеняется. Обратной стороной такого решения является снижение мощности двигателя и увеличения расхода топлива.
2. Предотвращение возможной детонации при разработке двигателя.
Выбор степени сжатия
Степень сжатия следует выбирать настолько высокую, насколько это возможно для работы двигателя без детонации на имеющемся в продаже бензине.
Обычный бензин позволяет выбрать степень сжатия E до 9.
Бензин высшего качества позволяет выбрать степень сжатия E от 8,5 до 11. При расчетах необходимо учитывать, что высокое значение степени сжатия увеличивает мощность двигателя и снижает расход топлива.
Положение свечи зажигания
Склонность двигателя к детонации снизится, если пламя будет распространяться от горячих частиц смеси к холодным. Самым горячим местом в камере сгорания является выпускной клапан. Рядом с ним должна устанавливаться свеча зажигания.
Рис. Хорошее охлаждение камеры сгорания предотвращает детонацию
Форма камеры сгорания
Форма камеры сгорания также влияет на возникновение детонации. Единая камера сгорания менее предрасположена к детонации, чем разделенная.
Частицы рабочей смеси, которые поздно охватываются пламенем, должны сохранять низкую температуру с помощью хорошо охлажденных стенок камеры сгорания для предотвращения преждевременного воспламенения. Вихревое движение топливовоздушной смеси в камере сгорания поддерживает равномерный состав смеси и распределение температур. Пламя распространяется по камере сгорания быстрее, что не вызывает взрывных реакции при сгорании. Вихревое движение смеси обеспечивается геометрией впускного канала, а также соответствующей формой камеры сгорания и поршня, что закладывается на стадии проектирования двигателя. Во впускных каналах сложной геометрии увеличивается аэродинамическое сопротивление движению потока рабочей смеси, поэтому наполнение цилиндров и, соответственно, литровая мощность двигателя снижаются.
Охлаждение
Посредством хорошего охлаждения двигателя снижается температура рабочей смеси и она остается менее склонной к самовоспламенению. Жидкостное охлаждение двигателя имеет больше преимуществ, чем воздушное.
При использовании алюминиевых сплавов вместо чугуна температура головки блока цилиндров остается низкой вследствие в три раза большей теплопроводности.
Электронная система предотвращения детонации
Детонация исчезает, если установить угол опережения зажигания в «позднее» положение. Для этого используется электронная система предотвращения детонации в сочетании с электронной системой зажигания. Датчик детонации, установленный на двигателе (датчик ускорения), улавливает детонационные вибрации, например, блока цилиндров двигателя. Сигналы датчика детонации анализируются микропроцессором, который при необходимости перестраивает работу системы зажигания согласно уровню детонации, например, на 1 градус угла поворота коленчатого вала в направлении «позднее», пока детонационные вибрации не перестанут улавливаться.
Если детонация не улавливается, электронная система зажигания управляет работой двигателя в обычном режиме. При этом, правда, возможно приближение работы двигателя к зоне возможного возникновения детонации. В противоположность этому в двигателе без электронной системы предотвращения детонации режимы работы удерживаются на относительно большой дистанции от зоны возможного возникновения детонации. Следует, однако, учитывать, что работа двигателя вблизи этой зоны означает большую литровую мощность двигателя и меньший удельный расход топлива. В двигателях с электронной системой предотвращения детонации также может увеличиться степень сжатия; кроме того, они не чувствительны к топливу с незначительным октановым числом.
3. Предотвращение возможной детонации путем разработки топлива с высокой детонационной стойкостью.
Рис. Детонационная стойкость углеводородов
Горючее получают путем перегонки нефти, которая представляет собой множественные соединения углеводородов, имеющих различную детонационную стойкость. Дистиллят нефти подвергается химическим процессам для обогащения антидетонационными углеводородами.
При перегонке нефти получается бензин с диапазоном кипения 40-215 °С. Его удельная теплота сгорания составляет Нп ~ 43 000 кДж/кг. Бензин разделяют на обычный бензин (плотность р — 0,74 г/см3), бензин высшего качества (р ~ 0,76 г/см3) и бензин наивысшего качества. Детонационная стойкость разных сортов бензина различается вследствие различного состава. Октановые числа бензина по исследовательскому методу (ROZ) по меньшей мере, должны быть равны следующим величинам:
- обычный бензин ROZмин= 91
- бензин высшего качества ROZмин = 95
- бензин наивысшего качества ROZмин = 98
Раньше для увеличения детонационной стойкости в бензин добавляли соединения свинца. Так как свинец и его соединения ядовиты и несут угрозу для окружающей среды, свинцевание бензина было запрещено на законодательном уровне. Исключением является этилированный бензин высшего качества с октановым числом ROZмин = 98 (максимальное содержание свинца 0,15 г/л). Так как все современные двигатели оснащены каталитическими нейтрализаторами для очистки отработавших газов, они не должны работать на этилированном бензине. Свинец и его соединения покрыли бы поверхность нейтрализатора и вступили с ней в химическую реакцию. Вследствие этого очистка отработавших газов стала бы невозможной.
Те соединения свинца, которые раньше добавлялись в бензин для повышения детонационной стойкости, называются антидетонаторами.
В качестве антидетонаторов использовались тетраметилсвинец (Рb(СН3)4) и тетраэтилсвинец (Рb(С2Н5)4). Оба соединения свинца очень ядовиты. Их действие заключается в том, что они вследствие высокой температуры распадаются до воспламенения смеси в камере сгорания, и возникающий свинцовый порошок предотвращает преждевременное самовоспламенение смеси.
Чтобы во время сгорания не образовывался оксид свинца, который способен ускорить износ цилиндра, в бензин добавляют соединения брома и хлора. При высокой температуре в камере сгорания двигателя свинец образовывает бромид свинца или хлорид свинца. Эти два очень ядовитых соединения свинца становятся газообразными при температуре около 800 °С и выводятся из двигателя вместе с отработавшими газами. Они считаются вредными примесями в отработавших газах и приводят к загрязнению воздуха.
Добавление в бензин спиртов, например, метанола, также повышает детонационную стойкость топлива. Разумеется, при добавлении большого количества, равного 15%, топливная аппаратура системы питания двигателя должна быть специально настроена на смесь бензина и спирта.
Определение детонационной стойкости бензина
Детонационная стойкость бензина выражается в его октановом числе.
Октановое число бензина указывает на то, что данный вид топлива обладает такой же детонационной стойкостью, что и эталонная сравнительная смесь углеводородов — изооктана и нормального гептана. Так как изооктан имеет октановое число 100, а нормальный гептан — октановое число 0, то октановое число 80 означает, что детонационная стойкость бензина равна детонационной стойкости смеси из 80% (объемных частей) изооктана и 20% (объемных частей) нормального гептана. Детонационная стойкость растет с увеличением октанового числа.
Определение октанового числа выполняется на соответствующем испытательном стенде с использованием эталонного двигателя для оценки детонационной стойкости различных видов топлива. Эталонным в данном случае считается одноцилиндровый четырехтактный бензоиновый двигатель с термосифонной системой жидкостного охлаждения, в которой отсутствует помпа, а охлаждающая жидкость испаряется, и пар низкого давления конденсируется в радиаторе, а затем в виде конденсата возвращается в рубашку охлаждения. Степень сжатия двигателя во время испытаний может изменяться в границах между 4 и 18.
Существует два стандартизированных метода испытаний: исследовательский метод и моторный метод. Соответственно, результатами являются исследовательское октановое число бензина (ROZ) и моторное октановое число бензина (MOZ). Различия основных параметров обоих методов указаны в таблице.
Таблица. Различия параметров исследовательского и моторного методов
В моторном методе смесь воздуха и бензина нагревается позади карбюратора, а в исследовательском методе — воздух нагревается перед карбюратором.
Эталонный двигатель запускается и соединяется с большим электрическим генератором, в котором крутящий момент от эталонного двигателя возбуждает электрический ток, создающий тормозной момент. Измерение октанового числа всегда проводится в режиме сильной детонации при сгорании рабочей смеси. При этом коэффициент избытка воздуха регулируется так, чтобы получить детонацию максимальной интенсивности. Индуктивный датчик и электронный усилитель сигналов замеряют уровень детонации и выводят показания на дисплей специального прибора — детонометра. Компрессия двигателя настраивается таким образом, чтобы показания детонометра исследуемого бензина находились в середине шкалы прибора. Затем в систему питания вводятся две сравнительные смеси, чьи октановые числа различаются лишь на две единицы. Одна сравнительная смесь должна вызывать более сильную, а вторая более слабую детонацию, чем бензин. Посредством линейной интерполяции определяется и округляется до десятых долей октановое число бензина.
Рис. Определение октанового числа бензина
Один и тот же бензин, испытанный по моторному методу, имеет меньшее октановое число, чем выявленное по исследовательскому методу. Октановое число, определяемое по моторному методу, в современном бензине меньше примерно на 10 единиц, чем октановое число, определяемое по исследовательскому методу. Данная разница обусловлена тем, что соотношение олефинов и ароматических углеводородов в двух методах испытаний отличаются. На сегодняшний день исследовательское октановое число в бензине равно приблизительно 92, а в бензине высшего качества — 95 единиц. Октановое число, определяемое по исследовательскому методу, указывает на то, как ведет себя топливо при ускорении (детонация при разгоне).
Октановое число, определяемое по моторному методу, наоборот, указывает на поведение при большой нагрузке (детонация при высокой частоте вращения коленчатого вала).
Наряду с исследовательским и моторым октановыми числами существует также октановое число, определяемое по дорожному методу (SOZ). Оно определяется методом дорожных испытания транспортного средства согласно «модифицированному дорожному методу». В прогретый двигатель подаются различные сравнительные смеси из изооктана и нормального гептана. Автомобиль сначала ускоряется до максимальной скорости на прямой передаче, позволяющей плавное движение без рывков. Угол опережения зажигания регулируется до тех пор, пока не исчезнет детонация. В результате данные испытаний образуют базовую кривую, отображенную на рисунке.
Рис. Определение октанового числа по дорожному методу
Затем по тому же методу определяется установка зажигания, при которой начинается детонация, для исследуемого бензина. По базовой кривой определяется октановое число бензина по дорожному методу. Эта величина в различных двигателях будет иметь различные значения для одного и того же бензина.
ustroistvo-avtomobilya.ru
Причины появление детонации двигателя и способы устранения
Содержание статьи:
детонация двигателя
Детонация двигателя – это одна из наиболее тревожных неисправностей автомобиля, но не все знают, что это за проблема и из-за чего она возникает. Такая неисправность появляется при неверном распределении смеси топлива с воздухом в цилиндре и создает неравномерное горение.В обычных условиях в цилиндре происходит сгорание топлива смешанного с воздухом. Во время взрыва в пространстве цилиндра происходит неравномерное сгорание топлива и это может нанести повреждения стенкам цилиндра и самому поршню.
Немного о понятии детонация
Детонация двигателя – это зажигание газов внутри камеры сгорания автоматически. Это понятие произошло вместе с созданием двигателя внутреннего сгорания. На начальных этапах невозможно было понять принцип ее действия и существовало мнение, что всему виной зажигание. Теорию возникновения этого явления смогли проверить только в 1940 годах, а также научились обнаруживать детонацию и устранять ее.
Современное обнаружение детонации
Современные автомобили оснащены специальным датчиком для определения детонации, контролирующим возникновение неполадки. Это приспособление может воспринимать механическую энергию движений цилиндров и перестраивать ее в электрический импульс.
Устройство на протяжении всего времени работы двигателя посылает сигнал в блок его управления, который в свою очередь отслеживает изменения в работе мотора. При помощи такого датчика имеется возможность сделать экономичной работу максимально мощного двигателя.
Определение начала детонации
Когда в двигателе начинается детонация, то это хорошо слышно, потому как возникает сильный шум. Потому как последствия этого явления весьма нерадостны, то нужно как можно быстрее определить причину его возникновения. Для устранения неполадок следует изменить работу мотора, иначе детонация разрушит двигатель очень быстро.
Давление волны, которая происходит от вибрирования стенок цилиндра, создает характерный звук, благодаря которому можно определить начало детонации. Высота звуковой волны зависит от многих факторов и конфигурации двигателя автомобиля.
На холостом ходу это явление может случиться, если детали двигателя попали в условия повышенного нагрева. В этом случае даже при выключении зажигания, в двигателе коленчатый вал продолжает двигаться под воздействием энергии, топливо попадает в цилиндр и там нагревается до самовоспламенения.
Причины появления детонации
Описываемое явление в моторе автомобиля является самым разрушительным для любого транспортного средства. Поэтому необходимо постараться незамедлительно устранить эту неисправность. Причины появления детонации могут быть следующие:
- некачественное топливо;
- неисправность в топливном фильтрующем элементе;
- поломка форсунок;
- некачественный кислородный датчик;
- неисправности охлаждения мотора;
- неисправности в блоке управления мотором;
- неисправность в насосе, подающем топливо;
- инжекторы топлива с ограничениями;
- неверно выбранные свечи для зажигания.
Следует заметить, что любая из вышеизложенных причин появления неисправности относительна. Иными словами не существует опережение зажигания или безусловного времени, которые дают гарантию появления описываемого явления.
Также нет ни от чего не зависящих параметров, гарантирующих, что это явление не случится. Оснований для появления неполадки множество, но следует остановиться на основных из них.
Некачественное топливо — один из поводов появления детонации мотора, которое влечет за собой увеличение температуры внутри двигателя и повышение давления внутри цилиндров. Показателем качественности топлива является октановое число. Оно указывает на степень сжатия топлива, которую оно сможет перенести.
Чем больше октановое число, тем больше бензин устойчив к воспламенению. Этот показатель топлива еще называют антидетонационным индексом. Поэтому современные и сложные двигатели работают на более дорогом бензине. Изготовители автомобилей обычно советуют вид топлива, чтобы двигатель транспортного средства работал с наибольшей производительностью.
Некачественный бензин может повлечь предварительное зажигание, а это значит, что топливо в моторе будет сгорать ранее, чем это нужно для нормальной работы двигателя. Топливо воспламеняется при нарушении степени его сжатия либо посредством свечей зажигания.
При низкой степени сжатия топлива, оно не будет сгорать полностью и налипнет на внутренние составляющие камеры. Такое налипание ведет к тому, что цилиндры начинают работать неправильно и появляется взрывное горение.
Любой вид топлива подвергается очистке до определенного уровня, но это не останавливает появление нагара. При появлении нагара и прочих отложений, объем цилиндра становится меньше и это усиливает сжатие топлива, которое влечет за собой появление детонации в моторе. Бороться с этой проблемой надо начиная с приобретения моющих присадок, а потом следует сменить топливо.
Использование неверно выбранных свечей зажигания также является причиной возникновения детонации мотора. Владельцы автомобилей зачастую, экономя средства, покупают более дешевые запчасти для своего транспортного средства, игнорируя рекомендации изготовителя.
Потому как свечи зажигания непосредственно влияют на внутреннюю работу мотора и их работа очень точная, то подобранные неверно свечи могут создать условия при которых бензин будет сжигаться неправильно. Такая работа свечей зажигания может наращивать сгорание в камере и повышать температуру рабочих частей, что непременно приведет к появлению детонации.
Описанные выше причины самые распространенные, но их устранение является наименее дорогим. Если при исправлении этих причин двигатель продолжает детонировать, то следует обратиться к профессионалам в автосервис.
Способы устранения детонации
Выше описаны самые наиболее встречающиеся причины появления детонации в моторе и само понятие этого явления, а теперь следует рассказать о том, какие существуют методу устранения этой неполадки в автомобиле. Увеличение скорости сможет помочь уменьшить вероятность взрывного горения топлива, потому как она делает меньше время его сжигания. Огромное давление снижается, и топливо не подвергается повышению температуры.
Для примера можно привести случай, если водитель едет по прямому участку дороги с горы. Когда автомобиль начинает подниматься на гору, то его скорость снижается и можно услышать детонацию мотора. Поэтому, чтобы придать ускорение автомобилю, водитель переключается на более низкую передачу и придавая ускорение автомобилю убирает это явление.
Риск появления описываемой неисправности уменьшает увеличение влажности. Содержащаяся в воздухе вода влияет на понижение температуры сгорания топлива. Самые распространенные уловки, которые используют водители, чтобы получить максимальную производительность двигателя без детонации следующие:
- Применение наиболее качественного бензина;
- Торможение, чтобы опередить зажигание;
- Понижение температуры горения топлива.
Этого можно достигнуть, используя интеркулер или нагнетанием воды. Охладитель получает воздух и отправляет его в воздушные охладители, которые снижают температуру. Описываемая проблема далеко не новая в сфере эксплуатации транспортных средств и изготовители автомобилей всячески старались снизить или вовсе устранить появление детонации на протяжении долгого времени.
Intercooler автомобильный
Это довольно непростой процесс, включающий в себя большое количество разнообразных факторов. Для того чтобы понять работу двигателя, следует обрести понимание появления детонации и изучить, способствующие ей стадии.
Нужно постоянно обращать внимание на все нестандартные звуки и шумы в двигателе, потому как именно они смогут помочь определить появление детонации и должны быть устранены в кратчайшие сроки. Хотя это явление весьма опасно для мотора автомобиля, но им нетрудно управлять, главное понять причину появления неисправности.
Похожее
comments powered by HyperCommentsautofeel.ru
Факторы, влияющие на процесс сгорания в карбюраторном двигателе
Основными показателями, определяющими протекание процесса сгорания в карбюраторном двигателе являются:
- температура и давление рабочей смеси в начале воспламенения;
- концентрация топлива, воздуха и остаточных газов;
- интенсивность тепловыделения.
Эти показатели зависят от различных конструктивных и эксплуатационных факторов.
Эксплуатационные факторы, влияющие на процесс сгорания:
- Состав смеси. Наименьшие значения первой фазы сгорания соответствуют составу смеси, при котором скорость сгорания имеет наибольшие значения (а от 0,8 до 0,9). При сильном обеднении смеси не только увеличивается первая фаза сгорания, но и резко ухудшается стабильность воспламенения вплоть до появления пропусков в отдельных цилиндрах.
- Вихревое движение заряда обеспечивается конструкцией: типом и формой камеры сгорания, профилем впускных клапанов и позволяет в результате улучшения однородности рабочей смеси сократить продолжительность 01.
- Степень сжатия. С ростом степени сжатия увеличиваются температура и давление рабочей смеси, что способствует увеличению скорости сгорания и соответствующему сокращению продолжительности 01.
- Угол опережения зажигания. Каждому режиму работы двигателя соответствует свой наивыгоднейший (оптимальный) угол опережения зажигания, при котором основная фаза сгорания 02 располагается максимально близко к ВМТ, и двигатель работает с наилучшей эффективностью: развивает максимальную мощность и имеет минимальный расход топлива. Оптимальный угол опережения зажигания зависит от продолжительности фаз сгорания (в первую очередь от 01), поэтому при увеличении частоты вращения коленчатого вала и уменьшении нагрузки угол опережения зажигания необходимо увеличить. Отклонение угла опережения зажигания от оптимального значения ведет к изменению положения кривой Т относительно ВМТ, что влечет за собой потери, связанные с динамикой сгорания. Это происходит потому, что при позднем зажигании значительная часть тепловыделения происходит уже на такте расширения, когда объем увеличивается, в результате чего максимально возможное давление не достигается. При отклонении значения угла опережения зажигания от оптимального в сторону увеличения поршню приходится в конце процесса сжатия преодолевать резко увеличивающееся от сгорания давление газов. А при чрезмерно большом значении угла опережения зажигания значительное возрастание давления и температуры в цилиндре приводит к возникновению детонационного сгорания, сущность которого рассматривается ниже.
- Частота вращения коленчатого вала. При увеличении частоты вращения коленчатого вала возрастает скорость прохождения смеси через клапанную щель, поэтому усиливается турбулизация заряда. При этом продолжительность 01 и 03 относительно второй фазы сгорания затягивается, поэтому при увеличении частоты вращения коленчатого вала необходимо увеличить угол опережения зажигания. В целом с увеличением частоты вращения коленчатого вала эффективность сгорания увеличивается.
- Нагрузка. Уменьшение нагрузки осуществляется поворотом (закрытием) дроссельной заслонки, которое приводит к уменьшению коэффициента наполнения и росту коэффициента остаточных газов. Кроме этого уменьшаются давление и температура в конце сжатия. Все это уменьшает скорость развития пламени в первой фазе сгорания и снижает скорость распространения фронта пламени во второй и третьей фазах сгорания. Их протекание замедляется, особенно при малых нагрузках и низких частотах вращения коленчатого вала. Для того чтобы в какой-то мере компенсировать ухудшение динамики сгорания на малых нагрузках прибегают к обогащению горючей смеси и увеличению угла опережения зажигания. Ухудшение сгорания на малых нагрузках является большим недостатком карбюраторного двигателя, так как оно влечет за собой перерасход топлива и увеличение окиси углерода и углеводородов в отработавших газах.
Конструктивные факторы, влияющие на процесс сгорания:
- Форма камеры сгорания. Турбулизация, которая возникает в процессе впуска, может быть не только сохранена, но и усилена на такте сжатия при перетекании заряда из цилиндра в камеру сгорания. Для этого камера сгорания имеет специальную форму. Завихрение улучшает однородность рабочей смеси, что особенно положительно влияет на сгорание во второй и третьей фазах. Для улучшения турбулизации применяют тангенциальное расположение впускных каналов перед клапанами и так называемые вытеснители, которые представляют собой зазоры между поверхностью головки цилиндров и днищем поршня. Различные конструкции камер сгорания представлены на рисунке.
Рис. Различные конструкции камер сгорания двигателей с исковым зажиганием: а — полусферическая; б — плоскоовальная; в — клиновая; г — полуклиновая: д — шатровая; 1 — вытеснитель
При выборе места расположения свечи зажигания стремятся к тому, чтобы обеспечить хорошую очистку зоны свечи от продуктов сгорания. Ее размещают ближе к центру камеры сгорания с тем, чтобы сократить путь пламени до наиболее удаленных точек.
- Степень сжатия. Чем больше степень сжатия, тем больше давление и температура рабочей смеси в момент искрового разряда, что улучшает воспламенение и протекание первой фазы сгорания, но продолжительность третьей фазы затягивается, так как количество смеси в пристеночных слоях увеличивается. Поэтому рост степени сжатия увеличивает только КПД цикла. Основным препятствием к увеличению степени сжатия является возникновение детонации.
- Параметры искрового разряда. Количество теплоты, выделяемой при искровом разряде, определяет надежность зажигания и продолжительность первой фазы сгорания. Чем больше тепловая энергия разряда, тем больше объем смеси прогревается этим разрядом до температуры воспламенения, тем меньше время формирования фронта пламени, способного к быстрому распространению. Однако положительный эффект повышения энергии разряда наблюдается только до определенною момента. Дальнейшее повышение энергии влияет значительно меньше и не вызывает существенного улучшения протекания первой фазы. При повышенной энергии искровою разряда увеличивается нижний предел воспламенения, и можно использовать бедные составы горючей смеси. Значительная часть энергии системы зажигания затрачивается на ионизацию газового промежутка между электродами свечи, а также рассеивается в камере сгорания. На нагрев смеси в зоне искры расходуется только 10-20% энергии, и, чтобы обеспечить надежное воспламенение, система зажигания должна выделять количество теплоты значительно больше, чем для этого требуется. Поэтому искровой разряд должен обладать не только достаточной энергией, но и достаточной продолжительностью выделения этой энергии.
- Расслоение смеси. Считается, что для улучшения сгорания в зоне свечи зажигания должна находиться обогащенная рабочая смесь, а по мере удаления от нее смесь обедняется. В обычных камерах сгорания это обеспечить очень сложно, поэтому применяют разделенные камеры сгорания с форкамерно-факельным зажиганием.
Рис. Устройство карбюраторного двигателя с форкамерно-факельным зажиганием
В форкамере (предкамере) небольшого объема (3—20 % объема основной камеры сгорания) устанавливается свеча зажигания и небольшой впускной клапан, через который подается сильно обогащенная смесь (а2). В основную же камеру подается обедненная смесь (а, > 1,5). Смесь такого состава не загорается от искры, но хорошо воспламеняется от факелов пламени, выбрасываемых из сопловых отверстий форкамеры. В результате экономичность и мощность двигателя увеличиваются. Недостатками являются сложность газораспределительного механизма, плохие условия работы свечи зажигания, неравномерное распределение по цилиндрам форкамерной смеси.
ustroistvo-avtomobilya.ru
Влияние температуры на работу датчиков системы управления двигателем
Лето в разгаре. Температура воздуха достигает 30…40°C. Под капотом автомобиля намного выше. И вдруг, автомобиль, служивший Вам верой и правдой, начинает лихорадить. Если же дать двигателю остыть – все беды временно исчезают, но только до тех пор, пока двигатель вновь не нагреется.Рассмотрим неисправности, зависящие от температуры в подкапотном пространстве.
Датчик Холла.
Датчики положения / частоты вращения на эффекте Холла применяются для определения частоты вращения и / или положения распределительного вала, коленчатого вала двигателя, что необходимо для синхронизации системы зажигания и впрыска топлива. На бензиновых двигателях оборудованных классической системой зажигания датчик Холла установлен в корпусе распределителя зажигания.
Датчик Холла, устанавливаемый в корпус распределителя зажигания.
Датчик фаз основанный на эффекте Холла, устанавливаемый на газораспределительном валу.
Выходной сигнал датчика Холла может принимать один из двух уровней – высокий или низкий и зависит от наличия / отсутствия шторки в магнитном зазоре датчика. Датчик генерирует синхроимпульсы синхронно прохождению шторок через магнитный зазор датчика. Форма осциллограммы напряжения выходного сигнала датчика Холла близка к меандру.
Осциллограмма напряжения выходного сигнала исправного датчика Холла, встроенного в распределитель зажигания 4-х цилиндрового двигателя при частоте вращения коленчатого вала двигателя равной 960 RPM.
Наиболее важными участками синхроимпульсов поступающих от датчика Холла являются низкий уровень синхроимпульса и его фронты. Если сигнал от датчика положения коленчатого вала поступает, но параметры выходного сигнала при этом имеют отклонения от нормальных, это может привести к подёргиваниям двигателя, провалам, затруднённому пуску двигателя или невозможности запуска двигателя.
Датчик Холла должен обеспечивать значение напряжения низкого уровня выходного сигнала не выше 0,2 V. Встречаются датчики Холла с “подгоревшим” выходным ключом. С нагревом корпуса такого датчика, значение напряжения низкого уровня выходного сигнала датчика растёт. В таком случае, пока двигатель холодный, датчик может вполне исправно работать. Но когда корпус датчика нагреваться от деталей работающего двигателя до определённой температуры, двигатель внезапно глохнет. Пуск двигателя становится невозможным до тех пор, пока корпус датчика Холла не остынет на несколько градусов.
Проконтролировать форму поступающих от датчика Холла синхроимпульсов можно при помощи осциллографа. Для просмотра осциллограммы напряжения выходного сигнала датчика Холла, чёрный зажим типа “крокодил” осциллографического щупа должен быть подсоединён к “массе” двигателя диагностируемого автомобиля, пробник щупа должен быть подсоединён параллельно сигнальному выводу датчика (клемма “0” разъёма датчика).
Дефект выходного ключа датчика Холла становится заметным на экране осциллографа сразу после начала роста температуры его корпуса и проявляется как постепенное увеличение значения напряжения низкого уровня выходного сигнала датчика.
Осциллограмма напряжения выходного сигнала неисправного датчика Холла, выходной ключ которого не обеспечивает должного значения напряжения низкого уровня. В данном случае, значение напряжения низкого уровня выходного сигнала датчика слишком высоко, и равно ~1,1 V.
Выходной сигнал такого датчика Холла становится “невидимым” для блока управления двигателем (или для коммутатора) после того, как с ростом температуры корпуса датчика, напряжение низкого уровня сигнала увеличивается до критически высокого значения. Это критическое значение зависит от устройства входных цепей сигнала от датчика Холла в блоке управления двигателем (в коммутаторе) и может быть равным 0,25…3,5 V.
Датчик положения дроссельной заслонки.
Датчик положения дроссельной заслонки расположен на корпусе узла дроссельной заслонки. Служит для измерения степени открытия дроссельной заслонки.
Датчик положения дроссельной заслонки.
Чувствительным элементом датчика положения дроссельной заслонки является потенциометр, ось которого жёстко связана с осью дроссельной заслонки. На питающие выводы потенциометра подается опорное напряжение +5 V и “масса”, а подвижный контакт датчика является сигнальным.
При закрытой дроссельной заслонке, значение напряжения выходного сигнала датчика положения дроссельной заслонки должно находится в диапазоне 0,25…0,75 V (предельные значения указанного диапазона напряжений могут различаться для различных двигателей). С открытием дроссельной заслонки, значение напряжения выходного сигнала датчика так же увеличивается в соответствии с углом открытия дроссельной заслонки.
Осциллограмма напряжения выходного сигнала неисправного датчика положения дроссельной заслонки. Зажигание включено, двигатель остановлен, плавное открытие дроссельной заслонки. Температура охлаждающей жидкости равна 30°C, при полностью закрытой дроссельной заслонке значение напряжения равно 0,55V.
Выходной сигнал датчика положения дроссельной заслонки используется блоком управления двигателем для расчёта необходимого количества топлива и оптимального угла опережения зажигания на определённых режимах работы двигателя. Кроме того, по сигналу от датчика положения дроссельной заслонки, блок управления двигателем определяет признак работы двигателя на холостом ходу – когда дроссельная заслонка полностью закрыта. В этом режиме, блок управления двигателем обеспечивает поддержание частоты вращения двигателя на холостом ходу, зависящей по температуры двигателя и скорости движения автомобиля. Но как только водитель нажмёт на педаль акселератора, дроссельная заслонка начинает открываться, и как следствие, значение напряжения выходного сигнала датчика положения дроссельной заслонки начинает увеличиваться. Увеличение напряжения выходного сигнала датчика положения дроссельной заслонки служит для блока управления двигателем признаком прекращения работы двигателя на холостом ходу. С этого момента, блок управления двигателем прекращает стабилизацию частоты вращения двигателя на холостом ходу.
На отечественных автомобилях часто встречаются низкокачественные датчики положения дроссельной заслонки, значение напряжения выходного сигнала которых может увеличиться с ростом температуры корпуса датчика даже тогда, когда водитель вовсе не нажимает на педаль акселератора и дроссельная заслонка полностью закрыта.
Осциллограмма напряжения выходного сигнала неисправного датчика положения дроссельной заслонки. Зажигание включено, двигатель остановлен, плавное открытие дроссельной заслонки. Температура охлаждающей жидкости равна 90°C, при полностью закрытой дроссельной заслонке значение напряжения равно уже 0,65V.
Как было сказано ранее, увеличение напряжения выходного сигнала датчика положения дроссельной заслонки для блока управления двигателем служит признаком прекращения работы двигателя на холостом ходу. Как следствие, блок управления двигателем с этого момента прекращает поддерживать частоту вращения двигателя на холостом ходу. Проявляется такая неисправность обычно после прогрева двигателя до рабочей температуры как увеличение частоты вращения двигателя до 1000…2000 Об / мин при закрытой дроссельной заслонке.
Датчик температуры охлаждающей жидкости.
Датчик температуры охлаждающей жидкости устанавливается на впускном патрубке системы охлаждения в потоке охлаждающей жидкости двигателя, как правило, рядом с корпусом термостата.
Датчик температуры охлаждающей жидкости.
Внутри датчика находится терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом – при нагреве его сопротивление уменьшается. При низкой температуре сопротивление датчика высокое (3500 ? при +20°С), а при высокой температуре охлаждающей жидкости сопротивление датчика низкое (300 ? при 85°С).
Сигнал от датчика температуры охлаждающей жидкости является одним из базовых сигналов для расчёта блоком управления двигателем необходимого количества топлива для приготовления рабочей смеси и для расчёта оптимального угла опережения зажигания.
Блок управления двигателем подает на датчик температуры охлаждающей жидкости напряжение 5 V через находящийся внутри блока управления резистор с постоянным сопротивлением. Температуру охлаждающей жидкости блок управления двигателем рассчитывает по падению напряжения на датчике. При низкой температуре охлаждающей жидкости падение напряжения на датчике большое. При высокой температуре охлаждающей жидкости падение напряжения на датчике малое.
Случается, что после продолжительного срока службы датчика на автомобиле или из-за негерметичности корпуса датчик выходит из строя. В таком случае, в некоторых диапазонах температур сопротивление датчика оказывается сильно завышенным, либо близким к бесконечности. В этот момент, из-за возросшего сопротивления датчика, падение напряжения на датчике оказывается большим.
Фрагмент осциллограммы напряжения выходного сигнала датчика температуры охлаждающей жидкости в момент “сбоя” датчика. Неисправность датчика проявлялась на протяжении всего около 14 секунд.
Большое падение напряжения на датчике температуры охлаждающей жидкости для блока управления двигателем является признаком низкой температуры охлаждающей жидкости. Как следствие, в момент “сбоя” датчика температуры охлаждающей жидкости блок управления двигателем переходит в режим прогрева двигателя, не смотря на то, что фактическая температура двигателя высокая. Это вызывает значительное увеличение расхода топлива, повышение частоты вращения двигателя на холостом ходу, выбросы “черного дыма” из выхлопной трубы, значительное снижение мощности двигателя… При попытке запустить двигатель в момент “сбоя” датчика температуры охлаждающей жидкости, блок управления двигателем может настолько увеличить подачу топлива при прокрутке двигателя стартером, что в результате свечи зажигания могут быть залиты топливом и пуск двигателя станет невозможным. Возникают такие “сбои” конкретно взятого датчика температуры охлаждающей жидкости только при строго определённых температурах. Как только температура охлаждающей жидкости в районе установки датчика изменится на 1…2C°, блок управления двигателем возвращается к нормальному режиму работы. Но, на свечах зажигания остаются бензин или сажа, вследствие чего двигатель может “троить”.
Все описанные выше неисправности можно устранить только путём замены датчика на исправный.
Владимир Постоловский, полная версия см. Архив журнала “Автомастер” №8 2008 г
a-master.com.ua
