Температура остаточных газов бензинового двигателя

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 05.10.2024

Коэффициент остаточных газов

В камере сгорания остаётся не вытесняемая поршнем чаек, продуктов сгорания - Mr, называемых остаточными газами.

Отношение числа киломолей остаточных газов Mr, оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла, к числу киломолей свежего заряда , поступившего в цилиндр в процессе впуска называется коэффициентом остаточных газов т.е.

где Mr - число киломолей остаточных газов;

- число киломолей топливовоздушной смеси.

Величина коэффициента остаточных газов -характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания и рассчитывается по формуле:

где: - подогрев свежего заряда на впуске, К;

- температура остаточных газов, К;

-давление остаточных газов, МПа;

С точки зрения получения наибольшей экономичности двигателя оптимальное значение степени сжатия находится и пределах от 11до 13 [2]

Ориентировочные значения геометрической степени сжатия для современных автотракторных двигателей составляют [2]:

• дня карбюраторных двигателей - от 6 до 9;

• для дизелей без наддува - от 16 до 20;

• для дизелей с наддувом - от 12 до 15

• в отдельных высокофорсированных автомобильных карбюраторных двигателях 11.

Как видно, реальные значения степени сжатия расходятся с оптимальными. В карбюраторных двигателях оптимальное значение степени сжатия недостижимо в связи с возникновением детонационного сгорания. В дизелях фактические значения степени сжатия превышают оптимальные в связи с необходимостью создания надёжного самовоспламенения впрыскиваемого топлива на любом режиме работы, учитывая, что температура в процессе сжатия к моменту впрыскивания топлива должна на 200. 400°С превышать температуру самовоспламенения топлива.

При расчёте величины , , принимаются исходя их существующих данных по двигателям [2].

Для карбюраторных двигателей:

Для дизелей без наддува:

Для дизелей с наддувом:

, МПа.

Для двухтактных дизелей с прямоточной продувкой:

Значение для автотракторных двигателей варьирует в следующих пределах:

• для бензиновых и газовых двигателей без наддува - от

• для дизелей без наддува и с наддувом - от 0,03 до 0, О6;

• для двухтактных дизелей с прямоточной продуктивности от 0,04 до 0,1

Температура в конце впуска

Температура газа, находящегося в цилиндре двигателя _в конце впуска, зависит от температуры рабочего тела , температуры остаточных газов , коэффициента остаточных газов подогрева свежего заряда :

У современных четырёхтактных двигателей значение варьирует вследующих пределах:

• для карбюраторных двигателей - от 320 до 380 К;

• для дизелей без наддува - от 310 до 350 К;

• для четырёхтактных дизелей с наддувом и двухтактные дизелей с прямоточной продувкой - от 320 до 400 К.

Коэффициент наполнения

Коэффициент наполнения представляет собой отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр в процессе впуска, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объёме цилиндра Vh при условии, что температура и давление в нём равны температуре и давлению среды, из которой поступает свежий заряд ( и -для двигателей без наддува; и - для двигателей с наддувом).

Для четырёхтактных двигателей значение составляет

• для карбюраторных двигателей - от 0,75 до 0,85;

• для дизелей без наддува - от 0,8 до 0,9;

• для дизелей с наддувом (при 0,2 МПа и без промежуточного охлаждения воздуха) - от 0,8 до 0,95

• для двухтактных дизелей с прямоточной продувкой - от0,75 до 0,85

Расчёт сжатия

Показатель политропы сжатия

При сжатии воздуха температура деталей остаётся примерно неизменной. Воздух в начале сжатия имеет температуру меньшую, чем окружающие поверхности, а затем его температура за счёт сжатия становится выше температуры окружающих деталей. Вследствие этого изменяется направление теплопотока. Наличие теплообмена определяет процесс сжатия как политропный: , с переменным показателем , зависящим от характера теплообмена и количества переданной теплоты.

С учётом реальных условий теплообмена в двигателе на показатель политропы будут влиять конструктивные параметры, режимы работы и условия эксплуатации двигателя.

Наибольшее влияние на оказывает частота вращения коленчатого вала п, так как сокращается время теплообмена и уменьшается утечка воздуха через зазоры поршневых колец.

При п от 600 до 2500 мин можно пользоваться ориентировочной зависимостью:

где - показатель политропы сжатия;

п - частота вращения коленчатого вала, мин .

При увеличении диаметра цилиндра D с сохранением хода поршня S, показатель политропы увеличивается, т. к. уменьшается отношение площади поверхности цилиндра к объёму, и теплоотдача от воздуха понижается. Уменьшение S при сохранении D приводит к увеличению теплоотдачи, и - уменьшается.

Ориентировочные значения показателя политропы сжатия для современных автотракторных двигателей находятся в следующих пределах:

• для карбюраторных двигателей (при полном открытии дроссельной заслонки) -1,34. 1,39;

• для дизелей без наддува - 1,36. 1,4;

• для дизелей с наддувом (при давлении наддува)

0,2 МПа и без промежуточного охлаждения воздуха после компрессора) - 1,35. 1,38.

Давление в конце сжатия

Расчёт давления в конце сжатия , МПа, ведут по уравнению политропического процесса:

Ориентировочные значения для современных автотракторных двигателей находятся в следующих пределах [2]

• длякарбюраторных двигателей при полном открытии дроссельной заслонки - от 0,9 до 1,6 МПа;

• для дизелей без наддува - от 3,5 до 5,5 МПа;

• для дизелей с наддувом (при давлении наддува

0,2 МПа и без промежуточного охлаждения воздуха после компрессора) - от 6 до 8 МПа.

Температура в конце сжатия

Расчёт температуры в конце сжатия Тс, К, ведут по уравнению политропического процесса:

Для современных автотракторных двигателей значения Тс находятся в следующих пределах [2]:

• для карбюраторных двигателей при полном открытии дроссельной заслонки - от 650 до 800 К;

Тепловой расчет четырехтактного бензинового двигателя

Тепловой расчет номинального режима работы двигателя. Элементарный состав бензинового топлива. Параметры рабочего тела, окружающей среды и остаточные газы. Эффективные показатели двигателя. Построение индикаторной диаграммы и скоростной характеристики.

Рубрика	Транспорт
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	25.09.2014
Размер файла	748,7 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Контрольная работа

ПО ДИСЦИПЛИНЕ: Транспортная энергетика

Выполнил: Студент 2 курса

Факультет заочного обучения

Специальность: 190700.62.03

Санкт-Петербург

Задание на контрольную работу
Введение

1.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ

1.1Топливо

1.1.1Низшая теплота сгорания топлива
1.1.2Параметры рабочего тела
1.1.3Параметры окружающей среды и остаточные газы

Задание на контрольную работу

Произвести тепловой расчет четырехтактного бензинового двигателя. Двигатель четырех цилиндровый, рядный.

Номинальная мощность 65 кВт. Частота оборотов коленчатого вала 5800 об/мин. Степень сжатия 9. Коэффициент избытка воздуха 0,95.

Введение

В области развития и совершенствования автомобильных двигателей основными задачами являются: расширение использования дизелей, улучшение топливной экономичности и снижение удельной массы двигателей, стоимости их производства и эксплуатации. На принципиально новый уровень ставится борьба с токсичными выбросами двигателей в атмосферу, а также задачи по снижению шума и вибрации в процессе их эксплуатации. Значительно больше внимания уделяется использованию электронно-вычислительных машин при расчетах и испытаниях двигателей.

Теория двигателей внутреннего сгорания основана на использовании термодинамических зависимостей и приближения их к действительным условиям путем учета реальных факторов. Поэтому глубокое изучение теоретических циклов, основанное на знании термодинамики, является необходимым условием успешного изучения процессов, происходящих в цилиндрах реальных автомобильных и тракторных двигателей.

тепловой двигатель бензиновый индикаторный

1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ

Тепловой расчет производится для одного скоростного режима (номинального). Исходными данными для расчета являются:

1.4 Параметры окружающей среды и остаточных газов.

(1/стр.107)

Температура остаточных газов.При постоянном значении степени сжатия ε=9.3 температура остаточных газов практически линейно возрастет с увеличением скоростного режима при α=const, но уменьшается при обогащении смеси. Учитывая уже определенные значенияnи α, можно принять по графику рис. 5.2 ([1] стр 107) значение Т_r=1030 К.

Давление остаточных газов р_rза счет расширения фаз газораспределения и снижения сопротивлений при конструктивном оформлении выпускных трактов рассчитываемых двигателей можно принять на номинальном скоростном режиме:

Тогда величины давлений на остальных режимах работы двигателя можно подсчитать по формулам:

При n_N=5400 мин -1 A_p=(0.11.-0.1*1.035)10 8 /5400 2 *0.1=0.2229

1.5.Процес впуска.

Температура подогрева свежего заряда:

С целью получения хорошего наполнения двигателя на номинальном скоростном режиме принимается ΔТ_r=6°C.

Плотность заряда на впуске:

(1/стр.108)

где
- удельная газовая постоянная для воздуха.

Потери давления на впуске.

В соответствии со скоростным режимом двигателя (n=5400 об/мин) и при условии качественной внутренней поверхности впускной системы можно принять:

и
,

где β-коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра;ξ_вп- коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому сечению; ω_вп-средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы. Тогда
рассчитывается по формуле:

=(β 2 + ξ_вп)A_nn 2 ρ_k10 -6 /2=2.5 · 0.01759 2 · 5400 2 · 1.189 · 10 -6 /2=0.0134 МПа,

где А_n=ω_ВП/n_N=95/5400=0.01759 – потери давления на впуске. (1/стр.108)

Давление в конце впуска:

Коэффициент остаточных газов.При определении
для двигателя с впрыском топлива и электронным управлением принимается коэффициент очистки φ_оч=1, а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме φ_доз=1.145, а приn_min=900 φ_доз=0.96. На остальных расчетных режимах φ_дозопределяется по рис. 5.2 (стр.107). Тогда:

(1/стр.109)

Температура в конце впуска:

К. (1/стр.109)

Коэффициент наполнения:

(1/стр.109)

Температура остаточных газов бензинового двигателя

Главное меню

Судовые двигатели

Главная Судовые двигатели внутреннего сгорания Идеальные циклы и тепловые процессы в двигателях Коэффициент остаточных газов в цилиндре

После окончания процесса выпуска часть продуктов сгорания, именуемая остаточными газами, остается в цилиндре и смешивается с поступающим свежим зарядом. Степень очистки цилиндра от продуктов сгорания оценивается коэффициентом остаточных газов ?_r, которым называется отношение количества молей остаточных газов М_r к количеству молей свежего заряда L.

Как это было показано ранее, с увеличением ?_r уменьшается коэффициент наполнения и уменьшается количество свежего заряда. Необходимо, чтобы коэффициент остаточных газов был минимальным.

Если для четырехтактных двигателей без наддува принять, что объем остаточных газов при температуре Т_r и давлении р_r равен объему камеры сжатия, то значение коэффициента остаточных газов определится

При работе с наддувом р₀ = р_к и Т₀ = Т_к, если не учитывать продувку камеры сгорания, коэффициент остаточных газов четырехтактного двигателя будет равен

Из полученного выражения (18) следует, что чем больше ?, тем меньше будет ?_r; объясняется это тем, что при увеличении е уменьшается объем камеры сжатия, а следовательно, и уменьшается количество остаточных газов. С повышением давления остаточных газов р_r и понижением их температуры T_r ?_r увеличивается, так как плотность остаточных газов при этом повысится, а следовательно, возрастает и их количество.

Величина давления р_r определяется противодавлением в выпускном тракте и числом оборотов двигателя. Обычно р_r колеблется от 1,02 до 1,15 ата. Наименьшие значения имеют тихоходные двигатели, а наибольшие — быстроходные. При работе с наддувом р_r зависит от величины давления наддувочного воздуха.

Величина температуры остаточных газов Т_r зависит от степени сжатия, от нагрузки и числа оборотов двигателя. С увеличением степени сжатия Т_r уменьшается, так как при этом возрастает степень расширения. При увеличении нагрузки и числа оборотов двигателя температура Т_r возрастает.

Коэффициент остаточных газов четырехтактных дизелей без наддува равен 0,06—0,04 и при наддуве 0,04—0,02; при наличии продувки камеры сгорания ?_r становится равным нулю.

В карбюраторных четырехтактных двигателях ?_r достигает величины 0,07—0,12. Такое большое значение ?_r карбюраторных двигателей объясняется малой степенью сжатия у них.

Тепловой расчет и тепловой баланс двигателя

Процесс впуска

Процессы выпуска отработанных газов (очистка цилиндра) и впуска свежего заряда (наполнение) называют процессами газообмена. Изменение давления в процессе впуска и выпуска в двигателе без наддува приведено на рисунке 1, а, а в двигателе с надувом – на рисунке 1, б.

Процесс впуска в двигателях предназначен для наполнения цилиндра горючей смесью воздуха с топливом или одним воздухом.

На параметры процесса впуска, а, следовательно, и наполнение цилиндра свежим зарядом существенное влияние оказывают:

впускной и выпускной системы (рисунок 1);

– коэффициент остаточных газов – характеризующий качество

очистки цилиндра от продуктов сгорания от предыдущего цикла;

а)

б)

а – без надува; - впуск; - выпуск; б – с газотурбинным наддувом;

Рисунок 1 – Диаграмма выпуска и впуска в четырехтактном двигателе

3.1.1 Давление p_о и температура Т_о окружающей среды

При работе двигателя без наддува в цилиндр поступает воздух из атмосферы. В этом случае при расчете рабочего цикла двигателя давление окружающей среды принимается равным р_о= 0,1 МПа, а температура Т_о = 293К.

В двигателях с наддувом воздух поступает в цилиндр из компрессора (нагнетателя, где он предварительно сжимается.) Поэтому в них температура окружающей среды принимается равной давлению р_к (МПа) и температура Т_к (К) воздуха на выходе из компрессора (рисунок 1, б). Поэтому для двигателей с наддувом вместо величины Т_о и р_о берутся соответственно

В зависимости от степени наддува принимаются следующие значения давления р_к наддувочного воздуха:

– при низком наддуве – 1,5 р_о;

– при среднем наддуве – (1,5 ….2,2) р_о;

– при высоком наддуве – (2,2…2,5) р_о и более.

В настоящее время реальными являются средний наддув и выше.

Температура воздуха за компрессором

где n_к – показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре (нагнетателе).

Величину n_к принимают по опытным данным в зависимости от наддувочного агрегата и степени охлаждения:

Для поршневых нагнетателей n_к = 1,4…1,6; для объемных нагнетателей – n_к = 1,55. 1,75; для осевых и центробежных нагнетателей с охлаждаемым корпусом n_к = 1,4…1,9, а с неохлаждаемым корпусом – n_к = 1,8…2,0.

Температуру Т_к можно определить также по выражению:

к = 1,4 – показатель адиабаты воздуха.

3.1.2 Давление p_r (МПа) и температура Т_r (К) остаточных газов

Давление остаточных газов p_r (МПа) всегда выше давления окружающей среды p_о вследствие сопротивления выпускной системы.

Практические значения основных параметров рабочего тела процессов газообмена (впуска и выпуска) четырехтактных двигателей.

Для автомобильных и тракторных двигателей без наддува, а также с наддувом и выпуском в атмосферу давление остаточных газов должно находиться в пределах

Большие значения p_r принимаются для высокооборотных двигателей.

Для двигателей с наддувом и наличием газовой турбины на выпуске

Температура остаточных газов Т_r обычно выбираются на основе экспериментально - статических (литературных) данных в зависимости от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения и коэффициента избытка воздуха (таблица 1).

В процессе наполнения температура свежего заряда несколько увеличивается благодаря подогреву от нагретых деталей двигателя.

3.1.4 Давление в конце впуска p_а

Давление в конце впуска p_а (МПа) – основной фактор, определяющий количество свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя. В двигателях p_а всегда ниже давления окружающей среды p_о (без наддува) вследствие сопротивления впускной системы.

где R_в – удельная газовая постоянная воздуха, равная 287 Дж/(кг·К).

– для карбюраторных двигателей – (0,05…0,20)p_о;

– для дизелей без наддува – (0,03….0,18) p_о;

– для дизелей с наддувом – (0,03…0,10) p_к.

У современных четырехтактных двигателей практические значения p_а (МПа) приведены в таблице 2.

Пределы изменения параметров рабочего тела в конце сжатия в современных двигателях .

Параметр	Дизели	Карбюраторные двигатели
без наддува	с наддувом
Средний показатель политропы сжатия n₁	1,31-1,38	1,35-1,38	1,34-1,37
Давление в конце сжатия р_с, МПа	2,9-6,0	До 8,0	0,9-1,3
Температура в конце сжатия Т_с, К	700-900	До 1000	600-700

Величина остаточных газов характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания.

3.1.6 Температура в конце впуска Т_а

Температура Т_а (К) с достаточной степенью точности определяется на основании уравнения баланса теплоты, составленного на линии впуска от точки r до точки а (рисунок 1).

Примерные расчетные значения температур Т_а рабочего тела в конце

впуска приведены в таблице 1.

Коэффициент наполнения определяют из уравнения:

После определения параметров конца впуска, переходят к расчету процесса сжатия.

Процесс сжатия

В период процесса сжатия в цилиндре двигателя повышаются температура Т_с и давление рабочего тела p_с, что обеспечивает надежное воспламенение и эффективное сгорание топлива (рисунок 2).

Цель расчета процесса сжатия сводится к определению среднего показателя политропны сжатия n₁, параметров конца сжатия (давление р_с и температура Т_с) и средней мольной теплоемкости рабочей смеси в конце сжатия (t_с – температура рабочей смеси в конце сжатия, ºС).

Величина n₁ устанавливается по опытным данным в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя, степени сжатия, размеров цилиндра, материалов поршня и цилиндра, теплообмена и других факторов.

Пределы изменения параметров процесса сжатия (давление р_с и температура Т_с) и показателя n₁ при номинальных режимах для четырехтактных двигателей приводятся в таблице 2.

Кроме того, для ориентировочного определения n₁ можно применять эмпирическую формулу, предложенную В.А. Петровым.

где n_Nе – частота вращения коленчатого вала номинальной мощности, мин -1 .

Рисунок 2 – Изменение давления в процессе сжатия

Давление р_с, (МПа) и температура Т_с, (К) в конце процесса сжатия определяются из уравнения политропны с постоянным показателем n₁ считая, что процесс сжатия протекает в течение всего хода поршня от нижней до верхней мертвой точки.

При тепловом расчете двигателя обычно пользуются средними мольными теплоемкостями.

В двигателях сжимаемая рабочая смесь состоит из свежей смеси, поступившей в цилиндр за процесс впуска и остаточных продуктов сгорания (газов).

Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси , (кДж/кмоль·град)

(свежая смесь + остаточных газов) в конце сжатия определяется по уравнению

В карбюраторных двигателях и дизелях средняя мольная теплоемкость свежей смеси (воздуха) , ( ) в конце сжатия принимается равной теплоемкости воздуха и может быть определена в интервале температур t_о = 0…1500 ºС из выражения

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия , ( ) может быть определена непосредственно по таблице 3 для бензина или по таблице 4 для дизельного топлива методом интерполяции.

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия для бензина (карбюраторного двигателя)

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия для дизельного топлива (дизеля)

Температура t_с (t_r), ºС , кДж/ (кмоль·град) при

1,3 1,4 1,5 1,6 1,8 2,0

22,858 22,745 22,647 22,560 22,415 22,3

23,249 23,128 23,022 22,93 22,774 22,648

23,662 23,533 23,421 23,322 23,157 23,023

24,073 23,937 23,819 23,716 23,54 23,401

24,484 24,342 24,218 24,109 23,927 23,780

24,879 24,731 24,602 24,488 24,298 24,144

Коэффициент избытка воздуха в таблицах 3 и 4 принимается, с учетом задания в зависимости от типа двигателя, способа смесеобразования, типа камеры сгорания. (Выбор смотри в следующем параграфе 3.3 – процесс сгорания).

После определения параметров конца сжатия переходим к расчету процесса сгорания.

Процесс сгорания

Процесс сгорания – основной процесс рабочего цикла двигателя, в течение которого теплота, выделяющаяся вследствие сгорания топлива, идет на повышение внутренней энергии рабочего тела и на совершение механической работы.

В термодинамических расчетах в целях упрощения принимают, что процесс сгорания в двигателях с принудительным зажиганием протекает при постоянном объеме v = соnst, т.е. по изохоре (прямая сс''z на рисунке 3), а в двигателях с воспламенением от сжатия по смешанному циклу – при v = соnst и р = соnst (прямая сс''z и z'z на рисунке 4).

Целью расчета процесса сгорания является определение давления р_z и температуры Т_z в конце видимого сгорания (точки z и z_Д), а для дизеля – и объема v_z.

Рисунок 3 – Изменение давления в процессе сжатия в карбюраторном двигателе с воспламенением от искры

Рисунок 4 – Изменение давления в процессе сжатия с воспламенением в дизеле

Кривые с'f сс''z_Д схематически показывают действительное изменение давления в цилиндрах двигателей в процессе сгорания. В реальных двигателях процесс сгорания, точнее - догорание топлива, продолжается и за точкой z_Д на линии расширения.

Расчет процесса сгорания можно разделить на два этапа:

– термохимический расчет процесса сгорания;

– термодинамический расчет процесса сгорания.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Рабочая температура двигателя

Когда двигатель работает в заданном температурном диапазоне, все процессы протекают без каких-либо отклонений, мотору ничего не угрожает, помимо естественного износа.

Показания температуры внутри силового агрегата можно увидеть на приборе, расположенном в салоне любого современного автомобиля. Рассмотрим, какие цифры считаются оптимальными, а какие указывают на возможные проблемы с охлаждением двигателя.

Оптимальная температура прогретого двигателя

При сгорании топливных смесей в цилиндрах выделяется огромное количество тепла. В камерах сгорания температура достигает +2000 °С и более. Именно поэтому в конструкцию силовых агрегатов обязательно включена система охлаждения, элементы которой отводят тепло от рабочих узлов.

Охлаждающая система позволяет поддерживать оптимальную рабочую температуру двигателя – +80-90°С. В отдельных типах силовых агрегатов эти нормы расширены до +110°С (чаще всего это механизмы с воздушным охлаждением).

При работе двигателя в указанном выше тепловом диапазоне создаются наилучшие условия для полноценного наполнения цилиндров топливовоздушной смесь и стабильной работы мотора.

Специалисты допускают, что движение можно начинать уже при температуре около +50 °С. При этом до выхода на рабочий режим не стоит слишком нагружать двигатель.

Силовые агрегаты современных автомобилей доходят до этого значения за 3-5 минут. Однако целиком ориентироваться на время не стоит. Очень важно опираться и на собственные ощущения. Например, обратите внимание на печку: если вы чувствуете, что идущий из нее поток воздуха уже холодный, но в салоне стало значительно теплее, значит, двигатель достиг рабочей температуры. Исключение составляют машины с электрическим нагревателем. Его работа никак не зависит от температуры мотора.

Рабочая температура бензинового двигателя

Рабочая температура бензиновых силовых агрегатов – как карбюраторных, так и инжекторных – не должна превышать +90 °С. Нагрев свыше +130°С опасен для таких двигателей – существует риск заклинивания некоторых элементов.

Слишком высокие рабочие температуры свидетельствуют о проблемах, появившихся в системе охлаждения – скорее всего, уровень антифриза слишком низок (такое происходит в результате его закипания, испарения, утечек). Если вовремя не решить этот вопрос, под воздействием высоких температур детали начнут деформироваться, расширяться в объеме, двигатель может выйти из строя и потребовать дорогостоящего капитального ремонта.

Рабочая температура дизельного двигателя

Температура в дизеле зависит от типа двигателя, периода задержки воспламенения топливовоздушной смеси, качество и равномерность сгорания топлива.

Причины повышения температуры

Конструктивно в двигателе предусмотрены тепловые зазоры, так как при нагреве детали подвержены расширению. Если температура силового агрегата поднимается сверх допустимых значений, зазоры нарушаются, что вызывает интенсивный износ, задиры и различного рода поломки. Помимо этого, наблюдается снижение мощности двигателя из-за ухудшения наполнения цилиндров, а также появление детонации и самовоспламенение топлива.

Перегрев может происходить из-за:

Заклинивания клапана термостата в закрытом положении

Неисправности электровентилятора охлаждения радиатора (поломки электромоторчика, перегорания предохранител, отказа датчика температуры или гидромуфты)

Загрязнения радиатора охлаждения

Неисправности клапана в крышке расширительного бачка

Пробоя прокладки блока цилиндров

Течи помпы

Ослабления натяжения или обрыва ремня привода дополнительных механизмов

Разгерметизации системы охлаждения

Причины того, что двигатель не прогревается до рабочей температуры

Неполный прогрев двигателя так же нежелателен, как и его перегрев. Если топливо соприкасается с холодными стенками цилиндров, оно конденсируется и попадает в картер, разжижая находящееся там масло. Это ведет к интенсивному износу как ЦПГ, так и других пар трения: шейки коленчатого вала, вкладышей, постели распредвала, промежуточного и балансирного валов и пр.

Кроме того, при непрогретом силовом агрегате (особенно зимой) во время поездок на короткие расстояния масляные присадки практически не вступают в работу и не выполняют свои функции.

При слишком низкой температуре двигателя масло более густое и хуже проникает к деталям, вызывая их износ, повышенный расход топлива, падение мощности силовой установки.

Возможными причинами слишком низкой рабочей температуры двигателя могут стать:

Зависание клапана термостата в отрытом положении

Частые поездки на короткие расстояния

Более «холодные», чем предписаны производителем, термостат или датчик температуры

Последствия превышения рабочей температуры двигателя

Прежде всего, повышение температуры в двигателе ведет к интенсивному кипению и испарению охлаждающей жидкости. Как только охлаждение прекращается, температура силового агрегата начинает расти еще быстрее.

Перегрев двигателя приводит к изменению свойств металла и его расширению. Детали начинают деформироваться и менять свои нормальные размеры, что приводит к их заклиниванию.

При сверхвысоких температурах тепловые зазоры между металлическими элементами силового агрегата нарушаются, что вызывает следующие негативные последствия:

Ускоренный износ рабочих узлов

Деформации и поломки механизмов

Уменьшение мощности двигателя

Возникновение детонации

Несанкционированное воспламенение горючего

Методы восстановления нормальной температуры

При обнаружении завышенной температуры двигателя необходимо заглушить его и, для начала, убедиться в достаточном объеме антифриза. При необходимости следует долить охлаждающую жидкость в радиатор.

Далее нужно осмотреть систему, чтобы исключить возможные протечки, обследовать радиатор на предмет герметичности.

Если после доливки антифриза температура двигателя продолжает расти, лучше обратиться в специализированный сервисный центр, где проведут компьютерную диагностику силового агрегата.

Наиболее частыми причинами перегрева двигателя являются неисправности системы охлаждения:

Сбои в работе клапана термостата

Поломка электрического вентилятора

Засорение трубок радиатора

Поломка клапана крышки расширительного бачка

Протечки в корпусе насоса

Нарушение герметичности системы

Своевременной обнаружение и устранение этих неисправностей – залог стабильной и долговременной работы двигателя.

Температура выпускного коллектора бензинового двигателя

1 Основы горения

2 Соотношение воздух/топливо и EGT

3 Противодавление выхлопных газов

4 Типичный EGT

5 отклонение

Основы горения

Температура выхлопных газов повышается или понижается в основном в зависимости от соотношения воздух/топливо, но то, как соотношение воздух/топливо влияет на ЭГТ, зависит от самого двигателя. Дизельные двигатели работают, сжимая воздушно-топливную смесь, пока она не нагреется до точки воспламенения, тогда как газовые двигатели выделяют смесь искрой. Искровое зажигание позволяет давлению в цилиндре приблизиться к своему пику до момента зажигания, что приводит к гораздо более быстрому сгоранию. Кислород заканчивается в качестве ограничивающего реагента в бензиновом двигателе, потому что топливо сгорает так быстро, поэтому газовые двигатели контролируют обороты, измеряя поток воздуха. Гораздо более медленное сгорание дизельного двигателя означает, что он дозируется или контролируется с использованием только количества топлива, впрыскиваемого во время цикла впуска.

Соотношение воздух/топливо и EGT

Противодавление выхлопных газов

Противодавление выхлопных газов является основным фактором, влияющим на ЭГТ. Высокое противодавление выхлопных газов позволит газам накапливаться внутри коллектора и цилиндра, задерживая тепло внутри и приводя к эффекту домино повышения температуры, когда топливо выходит из форсунок цилиндров в форсажной камере. Нормальное противодавление выхлопных газов не увеличит EGT на сколько-нибудь значительную величину, но добавление турбокомпрессора будет. Турбокомпрессор действует как пробка в системе, особенно в условиях высокой нагрузки. Если вы когда-либо видели видеозапись динамометра с турбонаддувом, светящегося красным или белым цветом, то вы были свидетелями воздействия противодавления на EGT. Вот почему материал трубы турбонагнетателя обычно в два-три раза толще стандартного.

Типичный EGT

EGT выпускного коллектора дизельного двигателя обычно работают при температуре от 300 до 500 градусов в условиях холостого хода с частичной дроссельной заслонкой, от 800 до 900 градусов при средней нагрузке и от 1000 до 1200 градусов при очень большой нагрузке и при полном газе. Температуры, измеренные в точке после турбины, как правило, будут работать на 100 с лишним градусов ниже, в зависимости от оборотов и скорости турбины. Обычный газовый двигатель будет работать примерно так же, как дизель в условиях легкой и средней нагрузки, но в большинстве случаев он будет в среднем около 500 градусов. Тем не менее, EGT могут легко превзойти 1500 градусов в турбонагнетателей и производительности приложений.

отклонение

Газовый двигатель, как правило, будет поддерживать более стабильные EGT, чем дизель, благодаря тому, что компьютер газового двигателя поддерживает соотношения воздух/топливо довольно постоянными (что, кстати, происходит благодаря использованию кислородного датчика для контроля температуры выхлопных газов). Давление в цилиндре и противодавление выхлопных газов являются основными факторами, влияющими на ЭГТ газового двигателя; Повышение мощности сгорания за счет увеличения степени сжатия или добавления турбонагнетателя или нагнетателя приведет к резкому увеличению ЭГТ, особенно если выхлопная система не справляется с задачей удаления газов.

Работа двигателя. Процессы горения и передачи тепла

У бензиновых двигателей после прохождения поршнем ВМТ давление и температура в цилиндре за счет сгорания топливо-воздушной смеси достигают максимума - давления порядка 3-6 МПа и температуры свыше 2500 К. Весь процесс сгорания происходит вблизи ВМТ, длится 4060° угла поворота коленчатого вала (ПКВ), объем камеры сгорания при этом изменяется мало. Именно поэтому бензиновые двигатели с искровым зажиганием в литературе называют иногда двигателями с подводом тепла при постоянном объеме или двигателями Отто (работающими по циклу Отто).

Для дизелей условно принимают, что часть теплоты подводится при постоянном объеме, а часть - при постоянном давлении. Поскольку у дизелей степень сжатия существенно выше, чем у бензиновых двигателей (е = 21-22), то максимальное давление при сгорании также выше и достигает 5,5 МПа. При этом температура газов в цилиндре меньше и, как правило, не превышает 2000-5-2200 К.

Процесс сгорания топливо-воздушной смеси в двигателе очень сложен и до конца не изучен. При горении происходят химические реакции с выделением тепла и образованием продуктов сгорания. Процесс горения существенно зависит от большого числа физических явлений в цилиндре: от геометрии (формы) камеры сгорания до состава, скорости и направления движения смеси в цилиндре в данный момент времени в данной точке.

Для осуществления процесса горения необходимо, чтобы количество топлива, подаваемого в цилиндр, строго соответствовало количеству воздуха, поступающего в цилиндр на такте впуска. Соотношение количеств воздуха и топлива в смеси определяется коэффициентом избытка воздуха. где 15 - постоянный (стехиометрический) коэффициент для данного топлива - теоретически необходимое количество воздуха (кг) для полного сгорания 1 кг топлива. При а = 1, когда количество топлива точно соответствует количеству воздуха, необходимому для полного сгорания этого топлива, состав смеси называют стехиометрическим.

При сгорании коэффициент избытка воздуха а смеси для бензиновых двигателей традиционных конструкций должен находиться в интервале от 0,70-0,75 до 1,05-1,15 в зависимости от режимов работы двигателя. Для этого система питания двигателя должна строго дозировать топливо. Например, при разгоне целесообразно иметь, а меньше 1 ("богатая" смесь и большой крутящий момент), в то время как для установившегося режима движения автомобиля желательно, чтобы а было близко к 1 (нормальная или слегка обедненная смесь, высокая экономичность, а также приемлемая токсичность отработавших газов).

Для воспламенения и горения смеси у двигателей традиционных схем необходимо, чтобы топливо хорошо испарилось и перемешалось с воздухом еще на также сжатия, т. е. перед искровым разрядом. Это достигается внешним смесеобразованием, т. е. подачей топлива заранее во впускной трубопровод (с помощью карбюратора или форсунок системы впрыска). При этом топливо успевает практически полностью испариться перед воспламенением. После воспламенения смеси искровым разрядом образуется фронт пламени, распространяющийся по объему камеры сгорания.

Коэффициент избытка воздуха а существенно влияет не только на экономичность и мощность, но и на состав отработавших газов. Например, если основная часть продуктов сгорания - это углекислый газ СО2 и водяные пары Н₂0, то при работе на богатых смесях двигатель выделяет повышенное количество оксида углерода СО, а также несгоревшие углеводороды C_nH_m (СН). На некоторых режимах продукты сгорания содержат также повышенное количество оксидов азота NO_x, что особенно характерно для двигателей с высокой степенью сжатия (оксиды азота образуются при высоких температурах).

Очень важное значение для состава отработавших газов имеет конструкция головки блока двигателя и особенно камеры сгорания - пространства между головкой и днищем поршня. От того, как организовано движение смеси по камере сгорания перед и во время сгорания, сильно зависит количество вредных выбросов типа СО, NO_x и СН.

В конечном счете, все указанные факторы влияют и на количество выделившегося при сгорания тепла - чем оно больше, тем выше основные параметры двигателя. Например, двигатель, имеющий на определенном режиме большое количество СО и несгоревших углеводородов СН в отработавших газах, вряд ли обеспечит на этом режиме хорошую мощность или экономичность. С другой стороны, сгорание должно также происходить в строго определенной фазе цикла - слишком раннее или позднее сгорание приводит к уменьшению давления в цилиндре и, в конечном счете, к ухудшению основных параметров двигателя.

При сгорании в цилиндре выделяется большое количество тепла. Часть его уходит с отработавшими газами, другая часть передается в стенки головки и гильзу цилиндра, в поршень. Если бы конструкция поршня не позволяла отводить тепло от днища, то поршень очень быстро бы расплавился и прогорел. В самом деле, температура газа в камере сгорания превышает 1800-2000°С, в то время как рабочая температура деталей из алюминиевого сплава не должна быть больше 300-350°С. Для работы в таких условиях наиболее важна передача тепла через поршневые кольца в стенки цилиндра. При этом через верхнее кольцо уходит до 50-60% всего тепла, переданного из камеры в поршень, а через среднее - до 15-20%. Для того, чтобы обеспечить передачу тепла через кольца, необходимо точное (плотное) прилегание кольца к канавке поршня и к поверхности цилиндра. Дефекты кольца (плохое прилегание к цилиндру, поломки) и поршня (деформация или разрушение перемычек) приводят к снижению потока тепла от поршня и, соответственно, к его перегреву с последующим разрушением. Другая часть тепла от поршня передается через его юбку в стенку цилиндра, а также через палец в шатун и далее рассеивается в картере. Незначительная часть тепла уходит в картер в результате вентиляции внутри поршневого пространства при возвратно-поступательном движении поршня.

Тепловое состояние (т.е. распределение температуры) поршня в значительной степени зависит от его конструкции и материала. Эти факторы влияют на такие параметры, как зазор между поршнем и цилиндром, износ юбки и др. Чем хуже отвод тепла, тем больше температура поршня, тем больше его тепловое расширение и тем больше необходимый зазор. Если зазор между поршнем и цилиндром окажется меньше, чем надо, поршень в цилиндре может заклинить. При очень малом зазоре увеличивается трение юбки поршня о стенки цилиндра, из-за чего вместо отвода тепла может происходить его подвод (разогрев юбки от трения). После заклинивания и последующего остывания поршень, как правило, деформируется (сжимается по юбке), а на поверхности цилиндра появляются глубокие царапины (задиры), иногда со следами алюминия, перенесенного с поршня на материал гильзы.

При определенных условиях в эксплуатации бензиновых двигателей могут возникать нарушения процесса сгорания. К ним относятся детонация и преждевременное воспламенение.

Явление детонации широко известно. Внешние проявления детонации - характерный стук, появляющийся при работе на низкооктановом топливе с увеличением нагрузки (т. е. при открытии дроссельной заслонки).

Суть детонации заключается в ненормально быстром (в сотни раз быстрее обычного) сгорания части смеси. При этом образуются ударные волны, с большой скоростью распространяющиеся по камере сгорания. В ударной волне происходит скачкообразный рост давления и температуры среды, в которой распространяется волна. А это вызывает воспламенение смеси не в результате обычного распространения пламени (скорость порядка 20-30 м/с), а из-за ее разогрева в ударной волне, движущейся со скоростью более 1000 м/с.

Механизм возникновения детонации поддается изучению с большими трудностями. Опытным путем установлено, что компактные камеры сгорания с вытеснителями имеющие форму, близкую к сферической, менее склонны к образованию детонационных процессов, чем длинные и узкие камеры с острыми углами и выступами. Однако в каждом конкретном случае при разработке нового двигателя определить наилучшую форму камеры сгорания - дело очень ответственное, долгое и кропотливое.

В эксплуатации детонация наиболее часто возникает на низкооктановом топливе при малых и средних частотах вращения и больших нагрузках. Детонация изменяет характер протекания давления в цилиндре по углу поворота, резко увеличивает максимальное давление, температуру и нагрузки на детали двигателя. Последствия длительной работы двигателя с детонацией весьма тяжелы. В первую очередь это - поломка поршней и поршневых колец из-за ударных нагрузок. Наиболее подвержены поломкам перемычки поршней между канавками колец. Ударная волна, вызывая резкое повышение давления в зазоре между днищем поршня и цилиндром, бьет по верхнему поршневому кольцу. Удар передается на перемычку поршня, причем одновременно не по всей окружности кольца, а в конкретной достаточно узкой области, что облегчает поломку деталей.

Детонация вызывает не только поломку перемычек, но и перегрев и разрушение краев днища поршня (каверны на поверхности), поломку поршневых колец. Последующий перегрев поршня обычно настолько велик (из-за уменьшения теплоотвода через кольца), что выгорает огневой пояс поршня от днища до верхнего и даже нижнего поршневого кольца.

После поломки деталей падает давление в цилиндре и мощность двигателя, увеличивается прорыв газов в картер (и давление в картере), расход масла. Результатом длительной работы двигателя с детонацией может быть также износ по торцу верхней канавки поршня и верхнего кольца, износ поверхностей сопряжения поршня и поршневого пальца. Эти случаи встречаются довольно часто, но ускоренные износы не всегда удается связать с детонацией.

Режимы детонации ограничивают углы опережения зажигания на некоторых режимах. Это значит, что при увеличении опережения зажигания основные параметры двигателя повышаются, однако, работа на этих режимах недопустима из-за опасности поломки деталей. Электронные системы управления двигателем точно отлеживают эти режимы, в том числе с помощью датчиков детонации.

На некоторых двигателях (TOYOTA, NISSAN) вместо одной свечи устанавливают две на один цилиндр. Такая конструкция является достаточно эффективной для уменьшения склонности двигателя к детонации при повышении степени сжатия за счет сокращения длины пути фронта пламени по камере сгорания. Снижает вероятность возникновения детонации более низкая температура поверхностей камеры i сгорания и днища поршня. Это достигается интенсификацией i охлаждения камеры путем уменьшения толщины стенок, увеличения скорости течения охлаждающей жидкости у стенок и даже некоторым снижением уровня температуры охлаждающей жидкости (например, с 90-95°С до 80-85 0 С) за счет схемы и конструкции системы охлаждения двигателя.

У двигателей с впрыском топлива температура топливо-воздушной смеси на входе в цилиндр обычно меньше, чем у карбюраторных двигателей, поскольку у последних необходим подогрев смеси на впуске (иначе не будет качественного испарения и сгорания топлива). Поэтому двигатели с впрыском топлива при прочих равных условиях менее склонны к детонации, что позвопяет несколько увеличить у них степень сжатия. Аналогичное влияние оказывает промежуточное охлаждение воздуха у двигателей с наддувом.

Кроме детонации, на практике встречается явление преждевременного воспламенения, называемое также калильным зажиганием. При калильном зажигании происходит воспламенение смеси не от искрового разряда свечи, а от нагретых до очень высоких температур (более 700°С) поверхностей камеры сгорания. В качестве таких источников воспламенения могут выступать электроды свечи зажигания, тарелка выпускного клапана или частицы нагара, если нагар лежит на деталях достаточно толстым слоем.

Обычно калильное зажигание возникает из-за несоответствия характеристики свечи, рекомендованной изготовителем автомобиля, в частности, когда для двигателя с высокой степенью сжатия использована "горячая" свеча от низкофорсированного двигателя. При этом смесь в цилиндре самовоспламеняется несколько раньше, чем происходит искровой разряд, но процесс сгорания протекает нормальным образом. С ростом нагрузки и частоты вращения момент самовоспламенения отодвигается в раннюю сторону, из-за чего тепловое и силовое воздействие на детали двигателя, особенно, на поршень, значительно возрастает.

Опасность калильного зажигания заключается в том, что на начальной стадии его практически невозможно отличить "на слух" от обычного сгорания, в то время как с течение времени (обычно от нескольких десятков секунд до нескольких минут), когда у двигателя появляется посторонний звук и он начинает терять мощность, детали поршневой группы уже могут быть повреждены. Вследствие этого на двигателях современных автомобилей замена свечей зажигания оказывается весьма небезопасной для двигателя, если ставятся первые попавшиеся свечи.

Читайте также:


Замена ремня тагаз тагер

Где находится номер двигателя 642 мерседес

Ресурс двигателя 1 2 рено

Какое масло заливать в двигатель фольксваген транспортер т6

Тойота приус не запускается двигатель

Температура t_с (t_r), ºС	, кДж/ (кмоль·град) при
1,3	1,4	1,5	1,6	1,8	2,0
22,858	22,745	22,647	22,560	22,415	22,3
23,249	23,128	23,022	22,93	22,774	22,648
23,662	23,533	23,421	23,322	23,157	23,023
24,073	23,937	23,819	23,716	23,54	23,401
24,484	24,342	24,218	24,109	23,927	23,780
24,879	24,731	24,602	24,488	24,298	24,144