25Сен

Давление в камере сгорания бензинового двигателя: Температура в камере сгорания дизельного двигателя и давление

Содержание

Температура в камере сгорания дизельного двигателя и давление

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

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

Главным же отличием является способ приготовления, подачи и воспламенения топливно-воздушной смеси. В большинстве моторов на бензине рабочая смесь образуется во впускном коллекторе и «засасывается» в цилиндры.

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

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

Содержание статьи

Камеры сгорания дизельных двигателей и особенности работы такого ДВС

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

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

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

Разделенный тип камеры сгорания предполагает два отдельных друг от друга объема, которые соединены посредством особых каналов. Таких каналов может быть от одного и больше.

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

Как сгорает топливо в дизельном двигателе

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

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

Указанный нагрев достигается благодаря тому, что воздух в цилиндре сильно сжимается, а дизтопливо подается в самый последний момент. Это обусловлено тем, что температура, необходимая для воспламенения, растет с ростом давления, при этом температура самовоспламенения топлива в подобных условиях понижается.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Как видно, давление в камере сгорания дизельного двигателя играет первостепенную роль для реализации самовоспламенение топлива. Что касается впрыска, необходимо, чтобы солярка подавалась в строго определенный момент, в нужном количестве, а также качественно распылялась.

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

Частые проблемы дизелей: момент впрыска и компрессия

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

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

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

Также снижение компрессии приводит к тому, что дизель начинает дымить. Выхлоп может быть черным или серовато-белым. В случае с белым дымом из выхлопной трубы, дизтопливо попросту неэффективно воспламеняется в момент, когда поршень доходит до ВМТ.

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

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

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

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

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое степень сжатия двигателя. Из этой статьи вы узнаете о данном параметре применительно к двигателю внутреннего сгорания и особенностям его работы.

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

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

Что в итоге

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

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

Напоследок отметим, что сегодня привычный ТНВД с механическими форсунками активно заменяется насос-форсунками или системой Common Rail, позволяя добиться максимальной эффективности впрыска горючего на всех этапах подачи топлива в камеру сгорания.

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

Читайте также

График давления в цилиндре. Работа двигателя на холостом ходу без нагрузки

Положение характерных точек и участков графика давления в цилиндре бензинового двигателя внутреннего сгорания позволяет определить взаимное положение коленчатого и газораспределительных валов, а измерение и сравнение значений абсолютного давления в цилиндре в некоторых характерных точках позволяет определить состояние уплотнений диагностируемого цилиндра. Для наглядности, характерные точки и участки приведённых графиков давления в цилиндре отмечены буквами.

 

 

График давления в цилиндре и его характерные точки и участки прогретого до рабочей температуры исправного четырёхтактного четырёхцилиндрового бензинового двигателя, работающего на холостом ходу.

 

 

Тот же график, но с увеличенным усилением для лучшей наглядности участков выпуска отработавших газов и всасывания рабочей смеси.

Точка A (или ВМТ 0°).

В вершине графика (точка A) давление в цилиндре достигает своего максимума. Иногда это давление называют динамической компрессией. В этот момент поршень находится на самом близком расстоянии от головки блока цилиндров. Такое положение поршня называют Верхняя Мёртвая Точка (ВМТ). Момент, когда поршень находится в ВМТ и при этом впускные и выпускные клапаны закрыты, отмечают как ВМТ 0° или 0°.

Давление в точке A возникает в результате сжатия смеси в цилиндре (или в результате сжатия воздуха в цилиндре при проведении диагностики механической части двигателя по графику давления в цилиндре; далее по тексту смеси) начиная с момента закрытия впускного клапана (точка L) до момента достижения поршнем ВМТ 0° (точка A). Значение давления в цилиндре в точке A может значительно изменяться и зависит от степени сжатия диагностируемого цилиндра, состояния уплотнений диагностируемого цилиндра, частоты вращения коленчатого вала двигателя и количества сжимаемой в диагностируемом цилиндре смеси.

1) Степень сжатия смеси в цилиндре.

Степень сжатия определяется конструкцией цилиндра - рабочий объём цилиндра и объём камеры сгорания. Степень сжатия фактически показывает во сколько раз полный объём цилиндра (сумма рабочего объёма и объёма камеры сгорания) больше объёма камеры сгорания. Рабочий объём цилиндра в период эксплуатации двигателя практически не изменяется. Объём камеры сгорания в период эксплуатации двигателя может уменьшиться из-за отложения нагара на поверхности камеры сгорания и на дне поршня. Следствием уменьшения объёма камеры сгорания является увеличение степени сжатия. Таким образом, в период эксплуатации двигателя, степень сжатия может измениться.

Чем больше степень сжатия в диагностируемом цилиндре - тем больше значение давления в цилиндре в точке A.

2) Состояние уплотнений.

Качество уплотнения внутренней полости цилиндра определяется состоянием компрессионных колец, состоянием зеркала цилиндра, плотностью закрытия впускных и выпускных клапанов, целостностью прокладки головки блока цилиндров, целостностью стенки цилиндра, головки блока цилиндров и поршня.

В период эксплуатации двигателя качество уплотнений может ухудшаться вследствие износа или разрушений перечисленных элементов. Вследствие негерметичности уплотнений, часть смеси при сжатии выдавливается из цилиндра через уплотнения.

С ухудшением качества уплотнений диагностируемого цилиндра, значение давления в цилиндре в точке A уменьшается.

Количество просочившихся через уплотнения газов зависит от длительности воздействия на уплотнения повышенного давления в цилиндре, а длительность воздействия на уплотнения повышенного давления в цилиндре зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. С увеличением частоты вращения двигателя, длительность воздействия на уплотнения повышенного давления в цилиндре уменьшается, вследствие чего количество просочившихся через уплотнения газов так же уменьшается. А чем меньше утечки смеси из цилиндра, тем больше значение давления в цилиндре в точке A.

3) Количество смеси в цилиндре в момент закрытия впускного клапана.

Количество смеси в цилиндре зависит от момента закрытия впускного клапана и от значения абсолютного давления во впускном коллекторе. Момент закрытия впускного клапана определяется работой системы газораспределения. При условии, что педаль акселератора не нажата (двигатель работает на холостом ходу), значение абсолютного давления во впускном коллекторе зависит от положения исполнительного механизма регулирования частоты вращения двигателя на холостом ходу (далее по тексту клапана холостого хода). Когда двигатель работает на холостом ходу, значение абсолютного давления во впускном коллекторе ниже атмосферного давления на 0,6…0,7 Bar - то есть, воздух во впускном коллекторе разрежён. С увеличением степени открытия клапана холостого хода, значение абсолютного давления во впускном коллекторе увеличивается (разрежение во впускном коллекторе уменьшается).

Чем больше абсолютное давление во впускном коллекторе, тем большее количество смеси окажется в цилиндре в момент закрытия впускного клапана, а чем большее количество смеси будет сжиматься в цилиндре, тем большего значения достигнет давление в цилиндре в точке A. Таким образом, чем больше степень открытия клапана холостого хода, тем выше значение давления в диагностируемом цилиндре в точке A.

Степень открытия клапана холостого хода в свою очередь зависит в основном от нагрузки на коленчатый вал двигателя, температуры охлаждающей жидкости, соотношения количества работающих и неработающих цилиндров, угла опережения зажигания и состава сжигаемой в работающих цилиндрах топливовоздушной смеси.

а) Нагрузка на коленчатый вал двигателя.

Блок управления двигателем изменяет положение клапана холостого хода так, чтобы частота вращения двигателя была равна заданной частоте вращения на холостом ходу. С увеличением нагрузки на коленчатый вал двигателя (работает насос гидроусилителя рулевого управления в момент вращения рулевого колеса, включены мощные электрические потребители) для поддержания заданной частоты вращения двигателя на холостом ходу, клапан холостого хода приоткрывается. Это вызывает увеличение абсолютного давления во впускном коллекторе, что в свою очередь приводит к увеличению количества смеси сжимаемой в цилиндре и к увеличению значения давления в цилиндре в точке A.

Таким образом, чем выше нагрузка на коленчатый вал двигателя, тем выше значение давления в диагностируемом цилиндре в точке A.

б) Температура охлаждающей жидкости.

Заданная частота вращения двигателя на холостом ходу зависит от температуры охлаждающей жидкости - чем температура ниже, тем заданная частота вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу выше. Для обеспечения повышенной частоты вращения двигателя на холостом ходу при низкой температуре охлаждающей жидкости, блок управления двигателем приоткрывает клапан холостого хода. Это вызывает увеличение абсолютного давления во впускном коллекторе, что в свою очередь приводит к увеличению количества смеси сжимаемой в цилиндре и к увеличению значения давления в цилиндре в точке A.

Таким образом, чем ниже температура охлаждающей жидкости, тем выше значение давления в диагностируемом цилиндре в точке A.

в) Количество работающих и неработающих цилиндров.

Для получения графика давления в цилиндре, датчик давления в цилиндре должен быть установлен на место свечи зажигания диагностируемого цилиндра. Высоковольтный провод диагностируемого цилиндра должен быть подключен к искровому разряднику. Разъём электромагнитной бензиновой форсунки диагностируемого цилиндра по возможности должен быть отключен от форсунки и подключен к резистору номиналом 100 ?. Таким образом, диагностируемый цилиндр оказывается отключенным и воспламенение в диагностируемом цилиндре не происходит.

Так как один из цилиндров уже не работает, для обеспечения заданной частоты вращения двигателя на холостом ходу, клапан холостого хода приоткрывается, увеличивая нагрузку на работающие цилиндры - происходит перенос и распределение нагрузки с неработающего цилиндра на работающие цилиндры. Степень увеличения нагрузки на работающие цилиндры зависит от соотношения количества работающих и количества неработающих цилиндров. Например, при отключении одного из цилиндров четырёхцилиндрового двигателя, нагрузка на каждый из работающих цилиндров (нагрузка на три работающих цилиндра) увеличивается на ~33%. Если же диагностируемый двигатель, к примеру, восьмицилиндровый, то при отключении одного из его цилиндров, нагрузка на каждый из семи работающих цилиндра увеличивается только на ~14%.

В случае если кроме диагностируемого цилиндра отключен или по какой-либо причине не работает ещё один цилиндр, то нагрузка на работающие цилиндры возрастает ещё больше. Так, например, если при проведении диагностики работают только два цилиндра четырёхцилиндрового двигателя, то нагрузка на работающие два цилиндра оказывается увеличенной на ~100%.

Увеличение нагрузки на работающие цилиндры двигателя осуществляется блоком управления путём увеличения степени открытия клапана холостого, что и обеспечивает поддержание заданной частоты вращения двигателя на холостом ходу. При этом, абсолютное давление во впускном коллекторе увеличивается и как следствие - увеличивается количество сжимаемой в цилиндре смеси. А с увеличением количества смеси сжимаемой в цилиндре, увеличивается значения давления в цилиндре в точке A.

Таким образом, значение давления в цилиндре в точке A зависит от соотношения количества работающих и неработающих цилиндров. Чем больше цилиндров двигателя не работает, тем выше значение давления в диагностируемом цилиндре в точке A.

г) Угол опережения зажигания.

С увеличением угла опережения зажигания эффективность работы каждого из работающих цилиндров увеличивается. За счёт этого, для поддержания заданной частоты вращения двигателя на холостом ходу при более раннем угле опережения зажигания требуется сжигание меньшего количества топливовоздушной смеси чем при более позднем угле опережения зажигания. С увеличением угла опережения зажигания, блок управления двигателем уменьшает количество сжигаемой топливовоздушной смеси путём закрытия клапана холостого хода, что обеспечивает поддержание заданной частоты вращения двигателя на холостом ходу. С закрытием клапана холостого хода абсолютное давление во впускном коллекторе уменьшается и как следствие - уменьшается количество смеси сжимаемой в цилиндре. А с уменьшением количества смеси сжимаемой в цилиндре, уменьшается значения давления в цилиндре в точке A. Таким образом, чем больше угол опережения зажигания рабочей смеси в работающих цилиндрах, тем ниже значение давления в диагностируемом цилиндре в точке A.

д) Состав топливовоздушной смеси.

Эффективность работы двигателя так же сильно зависит и от состава топливовоздушной смеси. Чем ближе состав топливовоздушной смеси к стехиометрическому, тем лучше эффективность сгорания такой смеси и как следствие - выше эффективность двигателя, работающего на такой смеси. Стехиометрической называют топливовоздушную смесь такого состава, при сгорании которой в отработавших газах остаётся минимальное количество свободного кислорода и несгоревших остатков топлива. Численное значение этого соотношения для бензина равно 14,7 Kg воздуха на 1 Kg бензина.

С увеличением отклонения состава топливовоздушной смеси от стехиометрического, эффективность работы двигателя ухудшается. Из-за ухудшения эффективности работы двигателя, для поддержания заданной частоты вращения двигателя требуется сжигание уже большего количества такой смеси. Поддержание заданной частоты вращения двигателя на холостом ходу при работе на бедной или богатой топливовоздушной смеси достигается за счёт увеличения количества сжигаемой в работающих цилиндрах смеси путём открытия клапана холостого хода. Вследствие увеличения степени открытия клапана холостого хода, увеличивается абсолютное давление во впускном коллекторе, а с увеличением абсолютного давления во впускном коллекторе увеличивается количество сжимаемой в цилиндре смеси. С увеличением количества сжимаемой в цилиндре смеси, увеличивается значения давления в цилиндре в точке A. Таким образом, чем больше отклонение состава топливовоздушной смеси в работающих цилиндрах от стехиометрического, тем выше значение давления в диагностируемом цилиндре в точке A.

Сгруппируем сделанные выводы.

Значение давления в диагностируемом цилиндре в точке A тем больше, чем:

больше степень сжатия в диагностируемом цилиндре;

выше нагрузка на коленчатый вал двигателя;

ниже температура охлаждающей жидкости;

большее количество цилиндров двигателя не работает;

больше отклонение состава топливовоздушной смеси в работающих цилиндрах от стехиометрического.

Значение давления в диагностируемом цилиндре в точке A тем меньше, чем:

хуже состояние уплотнений диагностируемого цилиндра;

больше угол опережения зажигания рабочей смеси в работающих цилиндрах.

 

При работе прогретого до рабочей температуры исправного бензинового двигателя на холостом ходу без нагрузки, давление в цилиндре в точке A равно 4…6 Bar. Если же при работе бензинового двигателя на холостом ходу давление в цилиндре в точке A ниже 3 Bar, воспламенение рабочей смеси в таком цилиндре на холостом ходу происходить не будет.

При работе прогретого до рабочей температуры исправного бензинового двигателя на холостом ходу в момент резкой перегазовки давление в цилиндре в точке A увеличивается примерно в 3 раза.

Точка B.

По достижении верхней мёртвой точки ВМТ 0°, поршень останавливается и изменяет направление движения на противоположное, начиная отдаляться от головки блока цилиндров. Вследствие этого, объём между поршнем и головкой блока цилиндров начинает постепенно увеличиваться, а давление в цилиндре - уменьшаться.

Когда коленчатый вал провернётся на 30° после ВМТ 0°, давление в цилиндре численно будет близко к половине разницы максимального давления в цилиндре (точка A) и минимального давления в цилиндре (точка D). Эта точка на графике отмечена буквой B.

Точка C.

Пройдя точку B, поршень продолжает отдаляться от головки блока цилиндров с по-прежнему возрастающей скоростью перемещения. Скорость перемещения поршня продолжает увеличиваться до тех пор, пока коленчатый вал не провернётся на 90° после ВМТ 0°, поршень при этом пройдёт половину хода. Здесь скорость перемещения поршня максимальна. По прохождению отметки 90° после ВМТ 0°, скорость перемещения поршня начинает уменьшаться. Эта тачка отмечена на графике давления в цилиндре буквой C.

В точке C давление в цилиндре будет близким к атмосферному ±0,5 Bar. Но так как движение поршня по-прежнему продолжается, объём между поршнем и головкой блока цилиндров продолжает увеличиваться. Из-за дальнейшего увеличения закрытого объёма в цилиндре, абсолютное давление в цилиндре продолжает уменьшаться - то есть в цилиндре возникает разрежение.

Точка D.

Выпускной клапан начинает открываться прежде, чем поршень достигнет нижней мёртвой точки. Момент начала открытия выпускного клапана отмечен на графике буквой D. Поршень всё ещё отдаляется от головки блока цилиндров и объём между поршнем и головкой блока цилиндров продолжает увеличиваться. Но, начиная с точки D, абсолютное давление в цилиндре повышается. Повышение давления в цилиндре происходит за счёт того, что в цилиндр начинают перетекать отработавшие газы из выпускного коллектора через открывающийся выпускной клапан.

Участок E.

Перетекание газов из выпускного коллектора в цилиндр происходит за счёт того, что абсолютное давление в выпускном коллекторе, близкое к атмосферному, оказывается большим абсолютного давления в цилиндре. На графике давления в цилиндре, участок, где происходит перетекание отработавших газов из выпускного коллектора в цилиндр отмечен буквой E.

 

Центр участка E и должен пересекать отметку НМТ 180°.

 

 

 

Если центр участка E находится в пределах 170°…195° после ВМТ 0°

(-10°…+15° от НМТ 180°), то момент начала открытия выпускного клапана считают установленным правильно.

 

Точка НМТ 180°.

Положение поршня, когда расстояние от него до головки блока цилиндров оказывается максимальным, называют Нижняя Мёртвая Точка (НМТ). В НМТ поршень останавливается, и изменят направление движения на противоположное, начав вновь приближаться к головке блока цилиндров. Момент, когда поршень находится в НМТ и при этом впускной клапан закрыт, а выпускной клапан открыт (или начал открываться) отмечают как НМТ 180° или 180°, так как за время перемещения поршня от ВМТ 0° до НМТ 180° коленчатый вал двигателя поворачивается на 180°.

 

Точка F.

Давление в цилиндре повышается до тех пор, пока не выровняется с давлением в выпускном коллекторе. Точка на графике, где давление в цилиндре уравнялось с давлением в выпускном коллекторе, отмечена буквой F.

 

Участок G

Достигнув положения НМТ 180°, поршень начинает двигаться по направлению к головке блока цилиндров, что приводит к постепенному уменьшению объёма между поршнем и головкой блока цилиндров. Постепенное уменьшение объёма между поршнем и головкой блока цилиндров заставляет находящиеся в цилиндре газы перетекать в выпускной коллектор через открытый выпускной клапан - происходит выпуск отработавших газов.

Скорость перемещения поршня продолжает увеличиваться до тех пор, пока коленчатый вал не провернётся на 90° после НМТ 180°. Здесь скорость перемещения поршня максимальна. По прохождению отметки 90° после НМТ 180°, скорость перемещения поршня начинает уменьшаться. Участок, на котором перемещающийся по направлению к головке блока цилиндров поршень заставляет находящиеся в цилиндре газы перетекать в выпускной коллектор, отмечен на графике давления в цилиндре буквой G.

Среднее значение давления в цилиндре на такте выпуска отработавших газов должно быть близким к текущему атмосферному давлению. Повышение абсолютного давления в цилиндре более чем на 0,5 Bar относительно текущего атмосферного давления в середине участка G указывает на затруднённый отток газов из цилиндра.

Ухудшение оттока газов из цилиндра в выпускной коллектор может наступить вследствие недостаточного открытия выпускного клапана либо вследствие недостаточной пропускной способности выхлопной системы двигателя. Выпускной клапан может открываться на недостаточную величину из-за неисправной работы гидрокомпенсатора теплового зазора выпускного клапана (или из-за неправильной регулировки теплового зазора выпускного клапана, в случае если двигатель не оснащён гидрокомпенсаторами тепловых зазоров клапанного механизма) или из-за износа кулачка распредвала, открывающего выпускной клапан. Пропускная способность выхлопной системы двигателя может ухудшиться вследствие механического повреждения металлических труб системы выпуска отработавших газов или вследствие того, что каналы глушителя оказались перекрытыми остатками разрушившегося катализатора.

 

Точка H.

Приблизительно за 30°…0° угла поворота коленчатого вала перед ВМТ 360° впускной клапан начинает открываться. Момент начала открытия впускного клапана на графике давления в цилиндре отмечен буквой H.

По достижении поршнем токи H, впускной клапан начинает открывать канал, через который внутренний объём цилиндра соединяется с впускным коллектором, где абсолютное давление значительно ниже давления в цилиндре. Но давление в цилиндре продолжает по-прежнему уравниваться с давлением в выпускном коллекторе через всё ещё открытый выпускным клапаном канал. По этой причине, обнаружить точку H на графике давления в цилиндре большинства двигателей невозможно.

 

Точка ВМТ 360°.

Достигнув второй верхней мёртвой точки, поршень останавливается, и изменят направление движения на противоположное, начав вновь отдаляться от головки блока цилиндров. Момент, когда поршень находится во второй ВМТ, отмечают как ВМТ 360° или 360°, так как за время перемещения поршня от ВМТ 0° до ВМТ 360°, коленчатый вал двигателя поворачивается на 360°.

 

Участок I.

Когда поршень достигает точки ВМТ 360° и изменят направление движения на противоположное, выпускной клапан оказывается уже почти закрытым. Вследствие закрытия канала, соединяющего внутренний объём цилиндра с выпускным коллектором, давление в цилиндре прекращаёт уравниваться с давлением в выпускном коллекторе. Впускной клапан при этом уже несколько открыл канал впуска рабочей смеси и продолжает открываться. Вследствие того, что канал, соединяющий внутренний объём цилиндра с впускным коллектором начал открываться, давление в цилиндре начинает уравниваться с давлением во впускном коллекторе. Так как значение абсолютного давления в цилиндре близко к атмосферному, газы из цилиндра начинают перетекать из цилиндра во впускной коллектор, где давление значительно ниже атмосферного.

Этот участок графика давления в цилиндре отмечен буквой I. Центр участка I должен пересекать отметку 380° после ВМТ 0° (20° после ВМТ 360°).

 

 

 

 

Если центр участка I находится в пределах 370°…390° после ВМТ 0° (±10° от отметки 380° после ВМТ 0°), то момент начала открытия впускного клапана считают установленным правильно. Для двигателей оснащённых системой изменения фаз газораспределения (система VVT) центр участка I должен находиться в пределах 380°…400° после ВМТ 0° (±10° от отметки 390° после ВМТ 0°).

Точка J.

В точке J давление в цилиндре выравнивается с давлением во впускном коллекторе, так как канал, соединяющий внутренний объём цилиндра с впускным коллектором открылся уже на значительную величину.

Фрагмент участка K между точками J и НМТ 540°.

Так как поршень отдаляется от головки блока цилиндров, объём между поршнем и головкой блока цилиндров увеличивается. Но, не смотря на увеличение внутреннего объёма цилиндра, понижение давления в цилиндре не происходит из-за того, что в цилиндр перетекает воздух из впускного коллектора через открытый впускным клапаном канал.

Скорость перемещения поршня продолжает увеличиваться до тех пор, пока коленчатый вал не провернётся на 90° после ВМТ 360°. Здесь скорость перемещения поршня максимальна. По прохождению отметки 90° после ВМТ 360°, скорость перемещения поршня начинает уменьшаться до тех пор, пока поршень не достигнет точки НМТ 540°.

Точка НМТ 540°.

Достигнув второй нижней мёртвой точки, поршень останавливается, и изменят направление движения на противоположное, начав вновь приближаться к головке блока цилиндров. Момент, когда поршень находится в НМТ и при этом выпускной клапан закрыт, а впускной клапан открыт (или начал закрываться) отмечают как НМТ 540° или 540°, так как за время перемещения поршня от ВМТ 0° до НМТ 540° коленчатый вал двигателя поворачивается на 540°.

Фрагмент участка K между точками НМТ 540° и L.

Достигнув отметки НМТ 540°, поршень начинает вновь приближаться к головке блока цилиндров, что приводит к постепенному уменьшению объёма между поршнем и головкой блока цилиндров. Но впускной клапан при этом некоторое время остаётся всё ещё открытым. Опоздание закрытия впускного клапана служит для улучшения наполняемости цилиндра топливовоздушной смесью. Происходит это за счёт значительной инерционности потока смеси на такте впуска. Когда поршень начинает двигаться к головке блока цилиндров, несмотря на уменьшающийся внутренний объём цилиндра, топливовоздушная смесь ещё некоторое время продолжает по инерции перетекать из впускного коллектора в цилиндр. Данный эффект зависит от скорости потока смеси из впускного коллектора в цилиндр на такте впуска - чем скорость выше, тем эффект заметнее. Скорость потока смеси из впускного коллектора в цилиндр зависит от частоты вращения двигателя и от угла открытия дроссельной заслонки - чем выше частота вращения коленчатого вала двигателя и чем на больший угол открыта дроссе

льная заслонка, тем больше скорость потока смеси из впускного коллектора в цилиндр. Момент закрытия впускного клапана выбирают при проектировании двигателя таким, чтобы эффект избыточного наполнения цилиндра топливовоздушной смесью за счёт инерции потока смеси проявлялся в заданном диапазоне частот вращения двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке. Когда же двигатель работает при низкой частоте вращения коленчатого вала, опоздание закрытия впускного клапана приводит к негативному эффекту - перетеканию поступившей в цилиндр смеси обратно во впускной коллектор.

В двигателях, оснащённых системой изменения фаз газораспределения, момент закрытия впускного клапана постоянно регулируется на работающем двигателе в зависимости в основном от частоты вращения двигателя и нагрузки на коленчатый вал двигателя. Благодаря наличию такой системы, эффект избыточного наполнения цилиндра топливовоздушной смесью за счёт инерции потока смеси в таких двигателях проявлялся в очень широком диапазоне частот вращения коленчатого вала и при различных углах открытия дроссельной заслонки, за счёт чего двигатель развивает более высокую мощность в значительно более широком диапазоне частот вращения. Кроме того, в таких двигателях минимален эффект перетекания поступившей в цилиндр смеси обратно во впускной коллектор при низких частотах вращения коленчатого вала, за счёт чего достигается очень устойчивая работа двигателя на холостом ходу и высокие ездовые качества двигателя при низких частотах вращения коленчатого вала.

Точка L.

Конец закрытия впускного клапана отмечен на графике давления в цилиндре буквой L. С закрытием канала соединяющего внутренний объём цилиндра с впускным коллектором, при высоких частотах вращения двигателя прекращается избыточное наполнение цилиндра топливовоздушной смесью за счёт инерции потока смеси, а при низких частотах вращения двигателя прекращается перетекание поступившей в цилиндр смеси обратно во впускной коллектор. Важно заметить, что форма графика давления в цилиндре в точке L определяется направлением движения смеси по впускному каналу непосредственно перед моментом закрытия впускного клапана.

При низких частотах вращения двигателя возникает эффект перетекания поступившей в цилиндр смеси обратно во впускной коллектор и давление в цилиндре не увеличивается вплоть до момента закрытия впускного клапана. С закрытием впускного клапана, после относительно пологого участка K возникает резкий перелом графика в точке L и с этого момента, абсолютное давление в цилиндре начинает сравнительно интенсивно нарастать.

При высоких частотах вращения двигателя возникает эффект избыточного наполнения цилиндра топливовоздушной смесью за счёт инерции потока смеси и давление в цилиндре начинает увеличиваться уже с момента достижения поршнем точки НМТ 540°. С закрытием впускного клапана, после участка относительно интенсивного нарастания давления в цилиндре на участке между точками НМТ 540° и L, возникает заметный перелом графика в точке L и скорость нарастания абсолютного давления в цилиндре с этого момента резко уменьшается.

Поршень и далее продолжает перемещаться по направлению к головке блока цилиндров, уменьшая внутренний объём цилиндра. Теперь, когда оба клапана (впускной и выпускной) закрыты, уменьшение внутреннего объёма цилиндра приводит к увеличению давления в цилиндре.

Момент закрытия впускного клапана отмечен на графике давления в цилиндре буквой L. Точка L должна пересекать отметку 580° после ВМТ 0° (40° после НМТ 540°).

 

 

 

 

Если точка L (конец закрытия впускного клапана) находится в пределах 560°…600° после ВМТ 0° (20°…60° после НМТ 540°), то момент конца закрытия впускного клапана считают установленным правильно.

 

Точка M.

Скорость перемещения поршня увеличивается до тех пор, пока коленчатый вал не провернётся на 90° после НМТ 540°. Здесь скорость перемещения поршня максимальна. Эта тачка отмечена на графике давления в цилиндре буквой M.

В точке M давление в цилиндре будет близким к атмосферному ±0,5 Bar. Но так как движение поршня по-прежнему продолжается, объём между поршнем и головкой блока цилиндров продолжает уменьшаться. Из-за дальнейшего уменьшения закрытого объёма в цилиндре, абсолютное давление в цилиндре продолжает увеличиваться.

По прохождению отметки 90° после НМТ 540°, скорость перемещения поршня начинает уменьшаться.

Точка N.

За 30° перед ВМТ 720° давление в цилиндре численно будет близко к половине разницы минимального давления в цилиндре (точка L) и максимального давления в цилиндре (точка A). Эта точка на графике отмечена буквой N.

Давление в цилиндре продолжает увеличиваться до тех пор, пока поршень не достигнет точки A. Важно заметить, что основная работа по сжатию смеси в цилиндре производится за последние 30° поворота коленчатого вала перед ВМТ 720° - на участке между точками N и ВМТ 720°.

Точка A (или ВМТ 720°).

По достижении точки A поршень останавливается, и изменят направление движения на противоположное, начав вновь отдаляться от головки блока цилиндров. Таким образом, завершается полный цикл работы цилиндра и начинается новый.

За время перемещения поршня от предыдущей точки A (ВМТ 0°) до текущей точки A (ВМТ 720°), коленчатый вал двигателя поворачивается на 720°, по этому эту точку иногда отмечают как ВМТ 720° или 720°.

Утечки газов из цилиндра.

Поршень, двигаясь от точки M к ВМТ, перемещается на расстояние равное расстоянию, на которое он перемещается, двигаясь от ВМТ до точки C. При этом сначала поршень сжимает воздух (смесь), а потом разжимает его.

Переместившись от точки M до точки C, поршень оказывается на прежнем расстоянии от головки блока цилиндров - то есть, внутренний объём цилиндра в точке C равен внутреннему объёму цилиндра в точке M. Таким образом, теоретически, значение абсолютного давления в цилиндре в точке C должно быть равным значению абсолютного давления в цилиндре в точке M. Но на практике, значение абсолютного давления в цилиндре в точке C всегда оказывается меньшим абсолютного давления в цилиндре в точке M. Это происходит потому, что часть смеси при сжатии выдавливается из цилиндра через в той или иной мере негерметичные уплотнения. Разница значений абсолютного давления в цилиндре в точках C и M зависит от количества просочившихся через уплотнения газов. А как ранее было рассмотрено, количество просочившихся через уплотнения газов зависит от состояния самих уплотнений и от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Чем лучше состояние уплотнений и чем выше частота вращения коленчатого вала двигателя, тем меньше разница значений абсолютного давления в цилиндре в точках C и M.

 

Прокрутка двигателя стартером.

О правильности установки газораспределительных валов относительно коленчатого вала можно судить по положению ключевых участков E и I графика давления в цилиндре. При работе двигателя на холостом ходу ключевые участки E и I графика давления в цилиндре отчётливо видны за счёт возникающего в цилиндре разрежения в районе точки D и на участке K. Но при прокрутке двигателя стартером величина разрежения в цилиндре в точке D и / или на участке K очень мала, и положение ключевых участков E и I невозможно измерить, так как они почти не видны на графике.

 

 

 

 

График давления в цилиндре при прокрутке двигателя стартером с закрытой дроссельной заслонкой.

 

 

 

 

Тот же график, но с увеличенным усилением для лучшей наглядности ключевых точек.

 

Многие из рассмотренных ранее характерных точек и участков графика давления в цилиндре при работе двигателя на холостом ходу здесь не видны. Но положение ключевых точек D и L можно измерить с приемлемой точностью. Ошибка при измерении положения ключевых точек D и L возникает в основном из-за значительной неравномерности мгновенной частоты вращения коленчатого вала при прокрутке двигателя стартером.

Как видно по приведённым графикам, при прокрутке двигателя стартером возможно измерение положения только некоторых характерных точек графика давления в цилиндре. Измерение положения характерных участков графика давления в цилиндре невозможно. По этой причине, оценить взаимное положение коленчатого и газораспределительных валов по графику давления в цилиндре при прокрутке двигателя стартером можно только приблизительно. Проведение таких измерений имеет смысл только в том случае, если нет возможности получить график давления в цилиндре при работе двигателя на холостом ходу (двигатель невозможно запустить).

Точка A (или ВМТ 0°).

Давление в цилиндре в точке A при прокрутке двигателя стартером всегда выше, чем при работе двигателя на холостом ходу. Если при прокрутке двигателя стартером давление в цилиндре в точке A находится в пределах 8…16 Bar, цилиндр считают исправным. Если же при прокрутке двигателя стартером давление в цилиндре в точке A меньше 6 Bar, такой цилиндр не обеспечивает нормального сгорания топливовоздушной смеси и его считают неисправным.

Участок K.

Величина разрежения в цилиндре на участке K определяется величиной разрежения во впускном коллекторе - чем больше разрежение во впускном коллекторе, тем больше разрежения в цилиндре на участке K.

Когда двигатель выключен, коленчатый вал двигателя не вращается и разрежение во впускном коллекторе не возникает вовсе - то есть, значение абсолютного давления во впускном коллекторе равно текущему атмосферному давлению. С началом прокрутки двигателя стартером, воздух (смесь) из впускного коллектора начинает "всасываться" в цилиндры двигателя и во впускном коллекторе возникает разрежение. Среднее значение возникшего во впускном коллекторе разрежения определяется в основном частотой вращения коленчатого вала двигателя и положением клапана холостого хода (дроссельной заслонки). Чем ниже частота вращения коленчатого вала и чем на большую величину открыт клапан холостого хода (дроссельная заслонка), тем меньшее разрежение возникает в цилиндре на участке K.

При прокрутке двигателя стартером, частота вращения коленчатого вала двигателя оказывается настолько низкой, что даже при закрытой дроссельной заслонке, величина разрежения, возникающего во впускном коллекторе, а значит и в цилиндре на участке K, составляет 0,05…0,3 Bar. Из-за столь низкой величины разрежения в цилиндре,

при прокрутке двигателя стартером обнаружение участка I на графике давления в цилиндре оказывается невозможным. Но в большинстве случаев, можно довольно точно определить точку L.

Точка L.

По положению точки L, можно приблизительно судить о правильности установки впускного газораспределительного вала двигателя.

 

 

 

 

Если измеренное положение точки L (конец закрытия впускного клапана) при прокрутке двигателя стартером находится в пределах 560°…600° после ВМТ 0° (20°…60° после НМТ 540°), то взаимное положение впускного газораспределительного вала и коленчатого вала можно считать приемлемым.

Точка D.

Величина разрежения в точке D графика давления в цилиндре определяется моментом начала открытия выпускного клапана, величиной разрежения в цилиндре на участке K и количеством просочившихся через уплотнения газов.

Чем позже открывается выпускной клапан (но не позже ВМТ 180°), тем больше разрежение в цилиндре в точке D. Момент начала открытия выпускного клапана определяется работой системы газораспределения.

Чем больше разрежение в цилиндре на участке K, тем больше разрежение в цилиндре в точке D. Величина разрежения в цилиндре на участке K определяется частотой вращения коленчатого вала и положением клапан холостого хода и дроссельной заслонки.

Количество просочившихся через уплотнения газов определяется состоянием уплотнений и частотой вращения коленчатого вала. Чем хуже состояние уплотнений и чем ниже частота вращения двигателя, тем большее количество газов успеет просочиться через уплотнения и тем большее разрежение возникнет в цилиндре в точке D.

Таким образом, величина разрежения в точке D графика давления в цилиндре изменяется с изменением частоты вращения двигателя и с изменением положения клапана холостого хода (дроссельной заслонки).

При прокрутке двигателя стартером, частота вращения коленчатого вала двигателя оказывается настолько низкой, что через уплотнения даже исправного цилиндра успевает просочиться достаточно большое количество газов и в цилиндре в точке D графика давления возникает значительное разрежение. По этой причине, измерение положения центра участка E на графике давления в цилиндре при прокрутке двигателя стартером оказывается затруднительным. Но в большинстве случаев, можно с приемлемой точностью определить точку D.

По положению точки D, можно приблизительно судить о правильности установки выпускного газораспределительного вала двигателя.

 

Если измеренное положение точки D (начало открытия выпускного клапана) при прокрутке двигателя стартером находится в пределах 130°…160° после ВМТ 0° (50°…20° перед НМТ 180°), то взаимное положение выпускного газораспределительного вала и коленчатого вала можно считать приемлемым.

При условии, что измеренное положение при прокрутке двигателя стартером точки D графика давления в цилиндре находится в пределах 130°…160° после ВМТ 0° а точки L в пределах 560°…600° после ВМТ 0°, впускной и выпускной газораспределительные валы можно считать установленными с ошибкой не более ±2 зуба газораспределительного ремня (цепи) относительно коленчатого вала. Такое положение газораспределительных валов обеспечивает возможность запуска двигателя и его работы на холостом ходу. После пуска и прогрева двигателя, можно получить график давления в цилиндре при работе двигателя на холостом ходу. Тогда, по полученному графику давления в цилиндре при работе двигателя на холостом ходу, можно измерить положение участков E и I и теперь точно судить о правильность установки газораспределительных валов относительно коленчатого вала.

 

 

 

 

 

Владимир Постоловский,

журнал «Автомастер», 

http://www.a-master.com.ua/

Книги по ремонту автомобилей

Компрессия и степень сжатия двигателя автомобиля

Кто изучает устройство автомобиля, встречает непонятные термины из области работы двигателя. Расскажем что такое компрессия и степень сжатия мотора, их определения. Рассмотрим работу мотора с изменяемой степенью сжатия.

Что такое степень сжатия

Это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. На бензиновом моторе, в зависимости от конкретной задачи, степень сжатия может серьезно варьироваться, достигая величин в 8 до 12. На дизельных двигателях из-за их конструктивных особенностей она намного больше и оставляет от 14 до 18 единиц. Для бензиновых двигателей, чем выше степень сжатия - тем выше удельная мощность. Но если её сильно увеличить, то может снизится ресурс и возрастает риск проблем с мотором при заправке некачественным топливом.

Что такое компрессия двигателя

Это максимальное давление воздуха в камере сгорания в конце такта сжатия.

Компрессия это давление в цилиндре. Поэтому она зависит от степени сжатия (величина давления в меньшем объеме всегда будет больше, т.е. при увеличении степень сжатия компрессия растет). По величине компрессии можно предварительно судить о состоянии двигателя. При этом важно правильно провести процедуру замера компрессии.

При снижении уровня компрессии необходимо выяснить причину. Это могут быть поршневые кольца или проблемы в клапанном механизме, выяснить это можно так. В проблемные цилиндры с помощью шприца вводят 15-20 грамм моторного масла. Процедуру замера повторяют. Если показания манометра выросли - причина падения в поршневых кольцах, если остались на прежнем уровне - в клапанах.

Двигатели с изменяемой степенью сжатия

Японские производители улучшили эффективность традиционного двигателя за счет поднятия степени сжатия до 14:1, что ранее было просто невозможно. Они заявляют, что с данной степенью сжатия могут работать, как бензиновый, так и дизельный двигатели, причем на обычном 95-ом бензине. Как это возможно? Один из недостатков бензиновых моторов с искровым зажиганием — относительно невысокая степень сжатия. Если ее поднять с нынешних 10:1 до 12,5:1, то эффективность использования теплоты сгоревшего топлива возрастет процентов на шесть. Но чем сильнее сжимаем поршнем воздух с парами бензина, тем выше риск взрывного неконтролируемого самовоспламенения смеси — это детонация, страшный враг двигателя: ударные нагрузки, перегрев, разрушение поршней и колец.

Не зря степень сжатия бензиновых агрегатов редко поднимается выше 11:1.

На самом деле все дело в снижении средней температуры цикла. Чем «холоднее» горючая смесь в камере сгорания, тем сильнее ее можно сжать без риска возникновения детонации. Думаете, японцы решили охлаждать всасываемый воздух? Нет, они занялись системой выпуска.


Этот прием давно известен по гоночным моторам — «настроенные» выпускные каналы по схеме 4-2-1, в которых порции выхлопных газов из всех четырех цилиндров не «толкаются» друг с другом, а строго поочередно вылетают в атмосферу. При чем здесь температура цикла? «Настроенный» выпуск за счет газодинамического наддува улучшает продувку цилиндров — в них остается меньше горячих отработавших газов, которые неизбежно подмешиваются к свежему воздуху на такте впуска и поднимают температуру в конце такта сжатия. Как уверяют, если долю выхлопа снизить с обычных 8% до 4%, то степень сжатия можно безболезненно поднять на три единицы. А за счет охлаждения воздуха при распыле бензина прямо в цилиндр — сжатие можно увеличить еще на единичку.

Чтобы реализовать продвинутый газообмен, пришлось раскошелиться на фазовращатели на обоих распредвалах — и впускном, и выпускном. А вдобавок с помощью компьютерного моделирования придумать еще кучу всяких ухищрений. К примеру, чтобы улучшить «термоизоляцию» камеры сгорания, диаметр цилиндра пришлось уменьшить с нынешних 87,5 мм до 83,5 мм, соответственно увеличив ход поршня.

Длинноходность способствует увеличению крутящего момента на низких оборотах, вдобавок тягу «на низах» улучшают непосредственный впрыск и увеличение степени сжатия — и возникает эффект, который именуют downspeeding. Мол, мотор настолько хорошо тянет «внизу», что среднестатистические обороты при езде снижаются на 15% — это дает эффект по части снижения расхода бензина и выбросов СО2 по сравнению с турбомотором с уменьшенным до 1,4 л рабочим объемом.

Дизельный двигатель - принцип работы

                                                                                                          Дизельный двигатель, наряду с бензиновым, является одним из двух самых распространенных типов поршневых двигателей внутреннего сгорания. Принцип его работы базируется на самовоспламенении воздушно-топливной смеси, которая подается в камеры сжигания под давлением.

Благодаря этому горючее нагревается и самовоспламеняется, что является главным отличием дизельного двигателя от бензинового и выступает основной причиной всех конструктивных и эксплуатационных изменений в силовом агрегате этого типа, а также напрямую влияет на сферу применения и частоту его использования. В статье подробно рассматривается история создания и совершенствования дизельного двигателя, устройство и принцип работы подобного оборудования, а также его основные отличия и преимущества по сравнению с бензиновой силовой установкой.

 

 

История создания и совершенствования

Первые научные разработки, касающиеся возможности использовать для воспламенения горючего в тепловой машине сжатого до высокого давления топлива, были осуществлены в 20-30-х годах 19-го века. На практике этот принцип был реализован выдающимся немецким изобретателем и инженером Рудольфом Дизелем, который в 1892 году оформил патент на изобретение двигателя оригинальной конструкции, получивший название дизель-мотор в честь его создателя. Через 3 года документ был признан США. В течение нескольких лет Дизель зарегистрировал еще несколько патентов на различные модификации дизельного двигателя.

Первый работающий агрегат был изготовлен в конце 1896 года, а его испытания прошли практически сразу – 28 января следующего года. В качестве горючего первые дизельные двигатели использовали растительные масла и легкие нефтепродукты. Силовая установка практически сразу же стала показывать высокий КПД, будучи еще и очень удобной в эксплуатации. Но в первые годы после изобретения дизельные двигатели применялись, главным образом, в тяжелых паровых машинах.

Существенно расширить сферу практического использования дизельных агрегатов позволили два ключевых усовершенствования. Первое заключалось в применении в качестве топлива керосина, что первым использовал в 1898 году другой великий инженер того времени – родившийся в России швед Рудольф Нобель. Вторым серьезным рационализаторским решением стало изобретение топливного насоса высокого давления (ТНВД), который заменил используемый ранее для сжатия горючего компрессор.

Серьезный вклад в усовершенствования ТНВД внес в 20-е годы 20-го века Роберт Бош. Он изобрел и внедрил модель встроенного насоса и бескомпрессорной форсунки, применение которых привело к существенному уменьшению габаритов дизельного двигателя, что, в свою очередь, позволило устанавливать его сначала на общественный и грузовой транспорт, а во второй половине 30-х годов – впервые использовать на легковых машинах. Дальнейшие улучшения рассматриваемого агрегата, в частности использование специального дизельного топлива, позволили силовой установке на этом типе горючего успешно конкурировать с бензиновыми двигателями, постоянно увеличивая занимаемую долю рынка.

Отличие от бензинового двигателя

Главное отличие дизельного двигателя от бензинового было упомянуто выше. Оно состоит в отсутствии системы зажигания, что объясняется использованием принципа самовоспламенения топливно-воздушной смеси в результате нагнетания давления и вызванного этим нагрева горючего. Необходимо отметить несколько ключевых следствий разницы между рассматриваемыми типами силовых установок.

Главные положительные для дизельного двигателя моменты состоят в следующем. Во-первых, отсутствие системы зажигания делает конструкцию агрегата заметно проще, повышая надежность и долговечность. Во-вторых, компрессионное воспламенение топлива обеспечивает более полное и эффективное сгорание, в результате чего повышается КПД силовой установки и снижается количество вредных выбросов.

Основным негативным следствием указанного выше отличия между двигателями внутреннего сгорания выступают более существенные требования к прочности и качеству изготовления клапанов и других деталей дизельных агрегатов. Это связано с тем, что они эксплуатируются под серьезной нагрузкой, связанной с повышенным давлением топливно-воздушной смеси.

Устройство

И дизельный, и бензиновый агрегаты относятся к поршневым двигателям внутреннего сгорания, а потому имеют сходное устройство. Основными конструктивными частями силовой установки на дизельном топливе являются такие:

1. Блок цилиндров. Основа любого двигателя. Используется для размещения всех систем и узлов силового агрегата. Различаются по трем основным параметрам – числу цилиндров, схеме их расположения и способу охлаждения. Как правило, количество цилиндров является четным, максимальное их число составляет 16. Чаще всего встречаются двигатели с 2-я, 4-я, 6-ю или 8-ю цилиндрами.

Важным элементом рассматриваемого узла является так называемая ГБЦ или головка блока цилиндров. Она создает закрытое пространство, в котором происходит непосредственное сжигание топливной смеси.

2. Кривошипно-шатунный механизм. Основное назначение этого узла двигателя – преобразование перемещения поршня внутри гильзы, являющегося возвратно-поступательным, в движение коленвала, которое относится к вращательным. Главной деталью механизма считается коленвал, подвижно соединенный с блоком цилиндров, что обеспечивает вращение вала.

Другая важная деталь – маховик, который крепится к одному из концов коленвала. Его задача – передать крутящий момент к другим узлам транспортного средства. Ко второму концу коленвала крепится шкив и приводная шестерня топливно-распределительной системы.

3. Цилиндропоршневая группа. Включает в себя цилиндры или гильзы, поршни или плунжеры, шатуны и поршневые пальцы. Отвечает за процесс сжигания топлива с последующей передачей образовавшейся энергии для дальнейших преобразований. Камера сжигания представляет собой пространство внутри гильзы, которое с одной стороны ограничивается ГБЦ, а с другой - поршнем. Главное требование к цилиндропоршневой группе дизельного двигателя – герметичность, прочность и долговечность.

4. Топливно-распределительная система. Функциональное назначение – своевременная подача горючего в камеры сгорания и отвод из двигателя продуктов сжигания топливно-воздушной смеси. В дизельном агрегате основу системы составляют два насоса. Первый из них – низкого давления – отвечает за перемещение горючего из бака к двигателю.

Назначение второго – ТНВД – несколько шире и заключается в определении нужного количества и времени впрыска топлива, а также в обеспечении необходимого уровня давления в камере сгорания. Именно топливный насос высокого давления и соединенные с ним форсунки являются ключевыми элементами дизельного двигателя, обеспечивающими его впечатляющие эксплуатационные и технические параметры.

5. Система смазки. Предназначается для уменьшения показателей трения между отдельными узлами и деталями силовой установки. В качестве смазочного материала используются как различные масла, так и, что характерно для отдельных механизмов, непосредственно дизельное топливо. Устройство системы смазки предусматривает наличие масляного насоса, различных емкостей и соединяющих трубопроводов.

6. Система охлаждения. Основное функциональное назначение данного элемента дизельного двигателя очевидно и состоит в поддержании такого уровня температуры, который является оптимальным для работающего агрегата. Для этого используются два метода – принудительный отвод тепла от узлов двигателя и охлаждение их при помощи воздуха или жидкости. В качестве последней обычно используется вода или антифриз.

7. Дополнительные узлы турбина и интеркулер. Турбонаддув или турбонагнетатель позволяет увеличить давление в камере сгорания, что ведет к росту производительности двигателя. Интеркулер предназначен для дополнительного и более эффективного охлаждения горячего воздушного потока, который создается в процессе эксплуатации дизельного агрегата.

Отдельного упоминания заслуживает еще одна важная часть любого современного дизельного двигателя – электрооборудование и автоматика. Именно различные приборы управления и контроля над работой агрегата позволяют добиться главного преимущества, характерного для подобных силовых установок – высокого КПД.

Принцип работы

Дизельные двигатели делятся на двух- и четырехтактные. Первый вариант в сегодняшних условиях используется крайне редко, а потому детально рассматривать его попросту не имеет смысла. Стандартный принцип работы обычного четырехтактного двигателя предполагает, что вполне логично, 4 основных этапа:

1. Впуск. Коленвал поворачивается в диапазоне между 0 и 180 градусами. На этой стадии воздух подается в цилиндр.

2. Сжатие. Положение коленвала изменяется со 180 до 360 градусов. Это обеспечивает движение поршня к так называемой верхней мертвой точке (ВМТ), что приводит к сжатию воздуха в цилиндре в 16-25 раз.

3. Рабочий ход с последующим расширением. Коленвал осуществляет перемещение между 360 и 540 градусами. В камеру сжигания через форсунки впрыскивается топливо, которое при смешивании с воздухом воспламеняется. Это происходит чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ.

4. Выпуск. Коленвал завершает оборот, перемещаясь между 540 и 720 градусами. В результате очередного перемещения поршня в верхнюю часть цилиндра из камеры сгорания удаляются отработанные газы. После этого цикл начинается заново.

Основные разновидности

Основным параметром, который используется для классификации дизельных двигателей, выступает конструкция камеры сжигания. По этому параметру различают два основных типа рассматриваемых силовых установок, на которых используется

· разделенная камера сгорания. Подача горючего производится в специальную камеру, которая называется вихревой и размещается в головке блока, соединяясь с цилиндром при помощи канала. Наличие такого дополнительного элемента позволяет добиться увеличения уровня нагнетания, что положительно сказывается на способности смеси к самовоспламенению;

· неразделенная камера сгорания. Более простая, а потому надежная конструкция, при использовании которой топливо подается непосредственно в пространство над поршнем, которое и выступает камерой сгорания. Это позволяет заметно снизить расход топлива, что, наряду с надежностью механизма, стало ключевой причиной широко распространения именно такого типа дизельных двигателей.

Особенно популярными дизельные агрегаты с неразделенной камерой сгорания стали после появления ТНВД системы Common Rail. Ее использование позволяет обеспечить оптимальный уровень давления, количества и времени впрыскивания топлива для последующего сжигания. Таким образом, достигаются все основные преимущества двигателей с разделенной камерой сгорания без присущих им недостатков.

Основные достоинства и недостатки

Широкое распространение и успешная конкуренция дизельных двигателей с бензиновыми объясняется рядом впечатляющих преимуществ. Главными из них выступают:

· КПД, достигающий 40% на обычных установках и 50% на дизельных двигателях с турбонаддувом. Такие показатели являются попросту недосягаемыми для агрегатов, использующих в качестве топлива бензин;

· мощность. Крутящий момент дизельного двигателя обеспечивается даже на малых оборотах, что гарантирует автомобилю уверенный и быстрый разгон;

· экологичность. Сгорание топлива под высоким давлением приводит к уменьшению количества образующихся в процессе эксплуатации двигателя выхлопных газов. В сегодняшних условиях этому плюсы дизелей придается все большее значение;

· надежность. Как правило, моторесурс дизельного агрегата примерно в полтора-два раза превосходит аналогичный показатель бензинового конкурента. Кроме того, отсутствие системы зажигания позволяет избавиться от многих традиционных проблем двигателей на бензине, например, слабой искры на свечах или их залива.

В числе недостатков, присущих дизельному двигателю, прежде всего, необходимо выделить два. Первый – это несколько более высокая стоимость транспортных средств, оборудованных этим типом силовой установки. Разница в цене обычно варьируется от 10 до 20%.

Второй минус – необходимость существенных эксплуатационных расходов. Это объясняется серьезными требованиями к качеству изготовления и уровню технического обслуживания автомобилей с дизельными двигателями. Однако, обращение в солидную компанию за приобретением, а также последующим обслуживанием, комплектованием и ремонтом сведет к минимуму недостатки агрегата, оставив в полной сохранности его впечатляющие достоинства.

Компрессия в цилиндрах двигателя, норма для различных видов силовых агрегатов

Уменьшение объема газа при помощи внешнего воздействия называется компрессией. Какая компрессия должна быть в двигателе автомобиля для его бесперебойного функционирования?

Работа двигателей внутреннего сгорания осуществляется при помощи создания высокого давления в рабочих цилиндрах. Уменьшение объема при движении поршня вверх приводит к существенному повышению температуры в камере сгорания с последующим воспламенением топливовоздушной смеси. Компрессия в цилиндрах двигателя косвенно показывает состояние всех элементов, входящих в цилиндропоршневую группу.

Степень сжатия двигателя характеризует отношение объемов цилиндра при расположении поршня в верхнем положении и нижнем соответственно. Для каждого движка данная величина является постоянной.

Компрессия в двигателе имеет склонность к постепенному уменьшению, т. к. в процессе эксплуатации элементы двигателя, принимающие участие в его работе, изнашиваются и приходят в негодность, что приводит к нарушению герметичности в системе.

От давления в цилиндрах силового агрегата зависят следующие свойства:

  1. Бесперебойный запуск мотора, особенно в зимнее время.
  2. Отсутствие вибрации силового агрегата при работе на малых и холостых оборотах.
  3. Сбалансированность мотора.
  4. Наличие хороших характеристик в динамике автомобиля.

Перечень деталей, ответственных за уровень компрессии движка

При давлении топливной смеси от 15 до 30 атмосфер наибольшую нагрузку получают следующие элементы:

  • прокладка головки блока цилиндров;
  • поршень;
  • корпус цилиндра;
  • впускные и выпускные клапаны;
  • компрессионные кольца.

Все перечисленные детали газораспределительного механизма испытывают многократные нагрузки, возникающие в результате воздействий высокой температуры и давления. Износ любого из этих элементов влияет на компрессию, мощность мотора и его экономические характеристики.

Давление в дизелях и бензиновых моторах

Из-за отличий в конструкции дизелей и моторов, работающих на бензине, наблюдается разная компрессия в цилиндрах двигателя. Норма давления для дизельных моторов вдвое выше, чем для бензиновых. Это обусловлено потребностью в более высоком рабочем давлении для образования вспышки дизельного топлива.

Какой величины должна быть компрессия дизеля? Дизельный двигатель можно запустить только при создании давления в цилиндрах более 22 атмосфер. Оптимальная величина компрессии для дизелей находится в пределах 28–32 атмосфер. Такой уровень возможен благодаря высокой технологичности и сложности устройства мотора.

Компрессия бензинового двигателя характеризует уровень давления на холостых оборотах силового агрегата. Величина давления зависит от марки и модели автомобиля.

Сколько должна быть компрессия в бензиновом двигателе? Для карбюраторных двигателей норма компрессии рассчитывается по специальной формуле. В основу расчета входит степень сжатия, указанная в технической документации и коэффициент, величина которого определяется принадлежностью бензинового мотора к определенной группе.

К примеру, данный коэффициент для четырехтактного движка с искровым разрядом в свече зажигания равен 1,2–1,3. Нормальная компрессия двигателя, работающего на бензине, должна быть немного выше десяти атмосфер.

Низкая компрессия может быть вызвана использованием некачественного масла, несоблюдением режима замены смазки, частой ездой на высоких скоростях.

При появлении таких симптомов, как увеличение расхода топлива и масла, снижение тяги, необходимо осуществлять диагностику мотора. Для выявления причин необязательно разбирать движок, достаточно произвести замер компрессии в цилиндрах.

Описание измерения давления

Измерение компрессии производится на прогретом движке. Проверка давления в каждом цилиндре производится своими силами при наличии измерительного прибора. Компрессия измеряется при помощи специального инструмента — компрессометра.

При выборе измерительного прибора особое внимание необходимо уделить его резьбовому наконечнику, который должен подходить для вкручивания его вместо свечей зажигания.

Для проведения диагностики мотора необходимо выполнить следующие действия:

  1. Снять свечу с одного цилиндра.
  2. Установить измерительный прибор вместо снятой свечи.
  3. Провернуть коленвал с помощью стартера.
  4. Зафиксировать показание прибора.
  5. Замерить давление во всех цилиндрах с последующей фиксацией данных.
  6. Сопоставить полученные результаты.
  7. Добавить немного машинного масла в поршни.
  8. Прокрутить мотор стартером, не вставляя свечи.
  9. Повторно замерить компрессию в цилиндрах.

Для получения реальных результатов при проведении диагностики компрессия должна измеряться при количестве оборотов коленчатого вала, равном 200–250 оборотов в минуту.

Данные мероприятия проводятся с целью выявления сбоя в работе одного из цилиндров. Существенное увеличение давления свидетельствует о повреждении поршня или поршневых колец. Если давление осталось неизменным,следовательно,поломка коснулась элементов головки блока цилиндров или ее прокладки.

Факторы, влияющие на давление в двигателе

Результаты измерения компрессии часто отличаются друг от друга, даже если все детали, участвующие в газораспределении, исправны. На давление в цилиндрах оказывают влияние следующие условия:

  • количество поступающих воздушных масс;
  • скорость вращения коленчатого вала;
  • температура двигателя;
  • вязкость моторного масла.

Если возникли проблемы с запуском теряется мощность, двигатель нуждается в тщательной профессиональной диагностике. Ремонтно-восстановительные работы необходимо доверить опытным специалистам. Продление срока службы двигателя и поддержание компрессии в норме зависит от грамотного и внимательного отношения к мотору.

Увеличение мощности двигателя при помощи компрессора

Компрессор — это устройство, осуществляемое сжатие и подачу воздушных масс под давлением к потребителю. Наибольшую популярность компрессоры приобрели у автогонщиков и приверженцев скоростных режимов вождения.

Для существенного увеличения мощности мотора вместо увеличения его объема можно нагнетать больше воздуха в камеру сгорания. Это повлечет подачу большего количества топлива, что создаст повышенное давление и усиление толчка выбрасываемого газа. Для этих целей используется нагнетатель воздуха — компрессор.

Автомобильный компрессор дает возможность двигателю прибавить более 45% мощности, увеличить крутящий момент на 31%.

В зависимости от способа подачи воздуха нагнетатели делятся на три вида:

  1. Центробежный компрессор.
  2. Двухвинтовой.
  3. Роторный.

Благодаря конструктивным особенностям центробежного компрессора, осуществляющего принудительное повышение мощности,его используют чаще других видов нагнетателей.

Компрессор запускается при помощи вращающегося коленчатого вала двигателя, что создает дополнительную нагрузку на силовой агрегат. При создании моторов, работающих в паре с нагнетателем, дополнительно усиливают узлы, получающие добавочную нагрузку при взрывах в камере сгорания. Усовершенствование элементов силового агрегата существенно увеличивает стоимость двигателя и автомобиля в целом.

Компрессия в двигателе внутреннего сгорания

Компрессия и степень сжатия – совсем не одно и то же. Незадачливые автовладельцы часто путают эти характеристики – видимо, их сбивают похожие цифры. На самом деле степень сжатия отражает, во сколько раз уменьшается объем цилиндра во время хода поршня от нижней к верхней мертвой точке. Иными словами степень сжатия – это отношение максимального объема цилиндра к минимальному. Степень сжатия может быть равной, например, десяти (10). В свою очередь под компрессией подразумевается давление воздуха в ВМТ, которое выражается в барах (атмосферах или паскалях). В бензиновых двигателях минимально допустимой компрессией считается 10 бар.

Температура воздуха при сжатии поднимается, что может привести к росту давления в исправном цилиндре до 13 бар. Однако, утечка воздуха через изношенные кольца и клапаны, может свести компрессию на нет. При значительном падении компрессии двигатель перестает заводиться, поскольку в цилиндрах невозможно создать условия для воспламенения топливовоздушной смеси.

Причиной отсутствия нормальной компрессии могут быть не только изношенные кольца и клапаны. Последние даже в исправном состоянии должны быть правильно отрегулированы. Если зазор меньше нормы, то клапан не будет полностью закрываться и через него произойдет утечка воздуха.

В бензиновых моторах нормальная компрессия находится в пределах 12-14 бар. Различия в цилиндрах в норме не превышают 1 бар. Однако если в одном из цилиндров компрессия ниже на 6-7 бар, то двигатель начинает троить на низких оборотах. При анализе выхлопных газов наблюдается повышенное содержание несгоревших углеводородов, СО и О2 и низкий показатель СО2.

При повышении оборотов в определенный момент неработающий цилиндр подключается, однако его реальный вклад в крутящий момент ничтожен. К тому же, вибрация никуда не девается, поскольку крутящий момент неравномерен. В современных моторах при падении компрессии в цилиндре электроника отключает его форсунку, дабы защитить нейтрализатор несгоревшего топлива от критического перегрева. Разумеется, при отключении нескольких цилиндров мотор перестанет работать.

Для дизелей компрессия не менее важна. При ее недостатке распыленная солярка попросту не воспламенится, т.к. не будет достигнута необходимая для этого температура сжатого воздуха. Чем меньше компрессия, тем труднее запускается холодный дизель. Чтобы дизельный автомобиль заводился зимой, давление в его цилиндрах должно составлять не менее 20-25 бар. Есть моторы, у которых данное требование еще выше.

Замер компрессии в дизельном двигателе имеет свои особенности. ТНВД необходимо отключить, чтобы перекрыть подачу топлива в цилиндры. Прибор для измерения давления необходимо вводить через отверстия свечей накаливания или форсунки. При этом наконечник прибора необходимо обязательно вкрутить, поскольку рукой давление 30-35 бар не удержать.

Косвенные признаки недостаточной компрессии

Чтобы понять, что давление в цилиндрах недостаточно, не обязательно производить замеры компрессии. Если на низких оборотах двигатель работает вяло и неустойчиво, а на высоких как бы «просыпается», то это явный признак плохой компрессии. При этом из выхлопной трубы, как правило, валит сизый дым – еще один признак.

Изношенные маслосъемные кольца плохо справляются со своей функцией, но на высоких оборотах масло, которое они пропускают, уплотняет зазоры компрессионных колец, в результате чего компрессия возрастает. Однако так продолжается, пока свечи не забросает маслом. Данное явление позволяет оценить износ колец, залив в цилиндры 5-10 мл моторного масла. Если после этого давление увеличится на 6-8 бар, то виноваты кольца. Проводя такой тест, необходимо учитывать, что компрессия может повыситься и за счет временного уменьшения объема камеры сгорания на эти самые 5-10 мл масла. В таком случае степень сжатия увеличивается, а вместе с ней и реальное давление в цилиндре.

При увеличении компрессии во время «масляного теста» только на 1-2 бара или если она вообще останется без изменений, то это весьма тревожный сигнал. В худшем случае это может означать наличие дыры в поршне, и тогда путь один – капремонт!

Если при обычном замере компрессии давление в одном из цилиндров поднимается заметно медленнее и оказывается на 3-5 бар ниже нормы, то есть вероятность прогорания прокладки между блоком и головкой.

А бывает, что компрессию удается повысить простой промывкой инжектора сольвентом. Это говорит о том, что мотор эксплуатировался на низкокачественном топливе, и многие его детали покрылись нагаром.

В "Энергомаше" ответили на заявление Маска о российском двигателе РД-180

https://ria. ru/20190211/1550711290.html

В "Энергомаше" ответили на заявление Маска о российском двигателе РД-180

В "Энергомаше" ответили на заявление Маска о российском двигателе РД-180

Главный конструктор НПО "Энергомаш" Петр Левочкин назвал сравнение характеристик российского ракетного двигателя РД-180 с двигателем Илона Маска Raptor подобным РИА Новости, 12.02.2019

2019-02-11T23:11

2019-02-11T23:11

2019-02-12T02:14

илон маск

энергомаш

роскосмос

наука

/html/head/meta[@name='og:title']/@content

/html/head/meta[@name='og:description']/@content

https://cdn24.img.ria.ru/images/152565/42/1525654204_0:5:1037:588_1920x0_80_0_0_75430862e213a51259aaa3c8db3b65e9.jpg

МОСКВА, 11 фев - РИА Новости. Главный конструктор НПО "Энергомаш" Петр Левочкин назвал сравнение характеристик российского ракетного двигателя РД-180 с двигателем Илона Маска Raptor подобным сравнению дизельного и бензинового двигателей."Господин Маск, не будучи техническим специалистом, не учитывает, что в двигателе РД-180 для ракеты-носителя Atlas используется совершенно другая топливная схема – "кислород-керосин", а это иные параметры работы двигателя", - приводятся слова Левочкина на сайте Роскосмоса. Он отметил, что "Энергомаш" сертифицировал двигатель РД-180 с 10% запасом, то есть давление в его камере сгорания выше 280 атмосфер.Левочкин сообщил, что двигатель Raptor работает на схеме "газ-газ" и что в подобного рода схемах такой уровень давления в камере сгорания не является чем-то выдающимся. "В своих разработках для данных схем мы закладываем уровень давления в камере более 300 атмосфер. А сам параметр давление в камере не является выходной характеристикой двигателя, такой как тяга и удельный импульс", - пояснил он.В то же время Левочкин отметил, что, несмотря на конкуренцию двух фирм-производителей двигателей, "мы как инженеры приветствуем первые успехи коллег из компании SpaceX в области ракетного двигателестроения". "При разработке двигателя Raptor американские инженеры вышли на рекордный для себя уровень по давлению в камере. Это свидетельствует о достаточно высоком уровне разработок и производственных процессов в компании SpaceX", - сказал он.Ранее гендиректор SpaceX Илон Маск заявил о том, что двигатель Raptor на испытаниях побил рекорд по давлению в камере сгорания, установленный двигателем РД-180. По словам Маска, Raptor достиг давления 268,9 бар (приблизительно 274,2 килограммов силы на квадратный сантиметр. Российский жидкостный ракетный двигатель РД-180, согласно информации на сайте производителя НПО "Энергомаш", развивает давление в камере сгорания 261,7 килограммов силы на квадратный сантиметр.

https://ria.ru/20190114/1549343861.html

https://ria.ru/20190123/1549796264.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

https://cdn23.img.ria.ru/images/152565/42/1525654204_0:0:785:588_1920x0_80_0_0_4c13a76df99acf2830f79b8b3060ac58.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

илон маск, энергомаш, роскосмос

МОСКВА, 11 фев - РИА Новости. Главный конструктор НПО "Энергомаш" Петр Левочкин назвал сравнение характеристик российского ракетного двигателя РД-180 с двигателем Илона Маска Raptor подобным сравнению дизельного и бензинового двигателей.

"Господин Маск, не будучи техническим специалистом, не учитывает, что в двигателе РД-180 для ракеты-носителя Atlas используется совершенно другая топливная схема – "кислород-керосин", а это иные параметры работы двигателя", - приводятся слова Левочкина на сайте Роскосмоса.

14 января 2019, 18:58НаукаСША будут покупать у России двигатели РД-180 как минимум до 2023-2024 годов

Он отметил, что "Энергомаш" сертифицировал двигатель РД-180 с 10% запасом, то есть давление в его камере сгорания выше 280 атмосфер.

Левочкин сообщил, что двигатель Raptor работает на схеме "газ-газ" и что в подобного рода схемах такой уровень давления в камере сгорания не является чем-то выдающимся.

"В своих разработках для данных схем мы закладываем уровень давления в камере более 300 атмосфер. А сам параметр давление в камере не является выходной характеристикой двигателя, такой как тяга и удельный импульс", - пояснил он.

23 января 2019, 19:15НаукаЭксперт оценил перспективы технологического прорыва в космической отрасли

В то же время Левочкин отметил, что, несмотря на конкуренцию двух фирм-производителей двигателей, "мы как инженеры приветствуем первые успехи коллег из компании SpaceX в области ракетного двигателестроения".

"При разработке двигателя Raptor американские инженеры вышли на рекордный для себя уровень по давлению в камере. Это свидетельствует о достаточно высоком уровне разработок и производственных процессов в компании SpaceX", - сказал он.

Ранее гендиректор SpaceX Илон Маск заявил о том, что двигатель Raptor на испытаниях побил рекорд по давлению в камере сгорания, установленный двигателем РД-180. По словам Маска, Raptor достиг давления 268,9 бар (приблизительно 274,2 килограммов силы на квадратный сантиметр. Российский жидкостный ракетный двигатель РД-180, согласно информации на сайте производителя НПО "Энергомаш", развивает давление в камере сгорания 261,7 килограммов силы на квадратный сантиметр.

Камера сгорания - обзор

4.5 Камеры сгорания

В камере сгорания газовой турбины добавляется энергия, приводящая в движение всю систему. Камера сгорания современной турбины обычно состоит из цилиндра со вторым меньшим цилиндром, называемым гильзой внутри него. Топливо-воздушная смесь проходит в горловину гильзы, и дополнительный воздух может проходить вокруг нее, между гильзой и внешним цилиндром, чтобы поддерживать гильзу в прохладном состоянии. Затем этот воздух вводится через отверстия и прорези вдоль гильзы.

В большинстве современных камер сгорания газовых турбин воздух предварительно смешивается с топливом перед его впрыском в камеру сгорания через набор форсунок. Форма и направление сопел и перегородок в камере сгорания тщательно продуманы, чтобы обеспечить как равномерное перемешивание, так и стабильное пламя внутри камеры сгорания. Топливо-воздушная смесь воспламеняется в зоне горения, выделяя энергию в виде тепла. Температура в пламени зоны горения может достигать более 1900 ° C, что намного выше, чем может выдержать большинство материалов.Чтобы контролировать это, часть воздуха из компрессора может использоваться для охлаждения стенок футеровки камеры сгорания. Это также разбавит очень горячие дымовые газы, чтобы снизить их температуру.

Необходимо тщательно контролировать воздушный поток через все части камеры сгорания, чтобы избежать нестабильности пламени и турбулентности, которые могут привести к потере энергии. Цель состоит в том, чтобы обеспечить плавный поток воздуха, даже если добавление тепловой энергии повысит его температуру и общее давление.

Добавление воздуха в камеру сгорания также тщательно контролируется, чтобы контролировать образование NO x в процессе сгорания. Высокие температуры в зоне горения приведут к быстрому образованию оксидов азота в результате реакции между кислородом и азотом из воздуха. Это можно контролировать, поддерживая восстановительные условия. Сохраняя количество кислорода на низком уровне по сравнению с количеством, необходимым для сжигания всего топлива, производство NO x может быть сведено к минимуму.При этом типе ступенчатого горения дополнительный воздух вводится в последние ступени зоны горения, чтобы позволить реакции горения продолжаться до завершения. Однако многие современные камеры сгорания полагаются на тщательное смешивание топлива и воздуха в стехиометрических пропорциях до того, как смесь попадет в камеру сгорания, чтобы контролировать производство NO x .

После завершения процесса сгорания горячие газы проходят в последнюю ступень камеры сгорания, которая называется переходной частью.Это сужающийся воздуховод, который преобразует статическое давление в динамическое давление, увеличивая скорость горячих газов перед их подачей в секцию турбины.

Тип и количество камер сгорания в газовой турбине будет варьироваться от производителя к производителю и от турбины к турбине. Многие большие конструкции турбин используют набор кольцевых камер сгорания, которые окружают вал турбины между компрессором и турбиной. Другие забирают воздух из компрессора вне корпуса турбины в одну или несколько камер сгорания, а затем возвращают газы в турбину.

По крайней мере, один производитель тяжелых промышленных газовых турбин также использует несколько комплектов газовых турбин и камер сгорания. Эта конструкция разделяет турбинную часть газовой турбины на две части. Горячий воздух из первого набора камер сгорания входит в первую секцию турбины, где энергия отбирается лопатками турбины, затем воздух входит во вторую группу камер сгорания, где сжигается больше топлива и больше энергии добавляется перед подачей во вторую секцию турбины. . Этот тип конструкции, называемый турбиной повторного нагрева, часто используется в больших паровых турбинах для выработки электроэнергии, но гораздо реже в газовых турбинах.

Анализ методов обработки для измерения давления сгорания в дизельном двигателе

Эксперименты

Эксперименты проводились на четырехцилиндровом стационарном дизельном двигателе без наддува мощностью 44 кВт, основные характеристики которого показаны в таблице 1. Как указано Судя по таймингу клапана, указанному в Таблице 1, перекрытия клапана не было. Двигатель работал на дизельном топливе, содержащем 7% биодизеля (B7), впрыскиваемом механической системой, поддерживая постоянную скорость вращения коленчатого вала 1800 об / мин.

Таблица 1 Детали дизельного двигателя и генератора

Эксперименты проводились при мощности нагрузки 10,0 кВт, 20,0 кВт, 27,5 кВт и 35,0 кВт. Эти точки были выбраны для охвата большей части рабочего диапазона двигателя, примерно от 20% до 80% номинальной мощности. Измерения проводились в установившемся режиме после стабилизации температуры охлаждающей воды на входе и выходе и температуры выхлопных газов при заданных условиях нагрузки. Результаты, показанные в следующих разделах, представляют собой среднее значение трех серий экспериментов, выполненных при каждом режиме нагрузки.В условиях моторизованного двигателя цилиндр с установленным датчиком давления работал без впрыска топлива, в то время как остальные три цилиндра работали. Экспериментальная процедура для проведения измерений была такой же, как и при приложении нагрузки.

Давление сгорания измерялось пьезоэлектрическим преобразователем Kistler модели 6061B с водяным охлаждением, установленным в первом цилиндре двигателя. Система охлаждения придавала датчику стабильность и уменьшала тепловой дрейф [17]. Преобразователь был подключен к усилителю заряда Kistler 5037B3 для преобразования электрического заряда в аналоговый сигнал напряжения.Датчик давления работал в диапазоне от 0 до 250 бар с чувствительностью - 25,6 пКл / бар, линейностью ≤ ± 0,5% от полной шкалы, собственной частотой ≈ 90 кГц и сдвигом чувствительности ≤ ± 0,5%.

Спусковое колесо кривошипа 60-2 и магнитный датчик использовались для синхронизации данных давления с первым цилиндром в ВМТ. Метод, основанный на времени, использовался для фазирования давления в цилиндре с углом поворота коленчатого вала, что привело к угловому разрешению 0,1 ° CA при частоте сбора данных 100 кГц.Поскольку двигатель имел четыре цилиндра и работал с постоянной частотой вращения (1800 об / мин), ошибки фазирования угла поворота коленчатого вала из-за мгновенных колебаний частоты вращения коленчатого вала были уменьшены [20]. Аналоговый сигнал от магнитного датчика был обработан адаптивным усилителем переменного сопротивления LM1815 для преобразования его в цифровой сигнал и устранения шума. Данные о давлении и магнитном поле были одновременно получены с использованием системы сбора данных National Instruments (NI USB-6211) с частотой сбора данных 100 кГц.Для удаления высокочастотного шума использовался фильтр нижних частот Баттерворта четвертого порядка с частотой 1 кГц. Задержка между выходным и входным сигналами фильтра определялась путем нанесения нефильтрованных и отфильтрованных сигналов в зависимости от положения коленчатого вала. Затем отфильтрованный сигнал давления продвигался вперед на время задержки 25 мкс для согласования с нефильтрованным сигналом давления.

В дополнение к данным о давлении в цилиндре во время экспериментов отслеживалось несколько других параметров, включая температуру в различных местах, массовые расходы воздуха и топлива, атмосферные условия и электрические характеристики генерируемой энергии.Условия потока всасываемого воздуха составляли 200 ± 8 кг / ч, 0,92 ± 0,01 бар, 30 ± 1 ° C, измеренные с помощью диафрагмы, барометра Торричелли и термопары К-типа соответственно. Давление воздуха во впускном коллекторе измерялось пьезорезистивным датчиком давления с погрешностью ± 0,05 бар. Схема экспериментальной установки представлена ​​на рис. 1.

Рис. 1

Схема экспериментальной установки

Обработка давления сгорания

Термодинамическое положение ВМТ было определено с использованием метода FEV [21], который представляет собой алгоритм, выполняемый на усредненной кривой механического давления.Первоначально механическая ВМТ предполагалась в положении пикового давления на кривой, полученной от моторизованного двигателя, и определялась из максимальной точки полиномиального уравнения второй степени, аппроксимируемого вокруг пикового давления, исключая точки, которые производят ошибку более 5% от подобранная кривая. Затем был рассчитан угол потерь ( θ loss ), который сдвигает пиковое давление из-за термодинамически неидеальных процессов сжатия и расширения, возникающих в результате теплопередачи, трещин и эффектов прорыва [22].Для расчета θ потерь , которые представляют собой угловую разницу между механическим положением ВМТ и термодинамическим положением ВМТ, приведенная кривая была разделена пополам в эквидистантных точках от -14 до -4 ° CA и от 4 ° CA до 14 ° C. От каждой симметричной точки соединялась прямая линия, и по этой линии определялось положение центра. Используя линейную регрессию, была рассчитана прямая линия, проходящая через центральные точки, и пересечение этой линии с осью угла поворота кривошипа определило θ потери и, следовательно, термодинамическую ВМТ [20].Абсолютное давление в положении угла поворота коленчатого вала p (θ) было получено из смещения измеренного давления p measure (θ) путем смещения нулевой линии ∆ p [17]:

$$ p \ left (\ theta \ right) = p _ {\ text {mes}} \ left (\ theta \ right) + \ Delta p $$

(1)

В этом исследовании сравнивались четыре различных метода привязки: привязка с фиксированной точкой (1ptR), привязка по двум точкам (2ptR), привязка по трех точкам (3ptR) и метод наименьших квадратов (LSM).

В методе 1ptR [23] давление в цилиндре при НМТ в конце процесса впуска считалось равным абсолютному давлению во впускном коллекторе. Вся кривая давления в цилиндре была сдвинута до тех пор, пока в фиксированной точке не было достигнуто эталонное давление. Этот метод не подходит для настроенной впускной системы или высоких оборотов двигателя [14]. Это считается очень точной процедурой в двигателях без наддува, но ограничивается сигнальным шумом, который может привести к неточному отсчету для всего цикла [14, 23, 24]. {{}}}} $$

(3)

Рекомендуемые значения угла поворота коленчатого вала для дизельных двигателей: 100 ° CA BTDC ≤ θ 1 ≤ 80 ° CA BTDC и 40 ° CA BTDC ≤ θ 2 ≤ 30 ° CA BTDC [18] или θ 1 = 100 ° CA BTDC и θ 2 = 65 ° CA BTDC [21].Основная неопределенность этого метода основана на использовании постоянного показателя политропы. Чтобы минимизировать это влияние, интервал углов поворота коленчатого вала должен быть как можно большим. Этот метод часто используется из-за его простоты и хорошего уровня точности [17].

В методе 3ptR также предполагается, что изменение давления во время такта сжатия ведет себя как политропный процесс, но с переменным коэффициентом политропы. Использование трех точек привело к:

$$ \ frac {{p \ left ({\ theta_ {2}} \ right) - p \ left ({\ theta_ {1}} \ right)}} {{p \ left ({\ theta_ {3}} \ right) - p \ left ({\ theta_ {1}} \ right)}} = \ frac {{\ left [{\ frac {{V \ left ({\ theta_ {1}} \ right)}} {{V \ left ({\ theta_ {2}} \ right)}}} \ right] ^ {} - 1}} {{\ left [{\ frac {{V \ left ({\ theta_ {1}} \ right)}} {{V \ left ({\ theta_ {3}} \ right)}}} \ right] ^ {} - 1}} $$

(4)

Уравнение (4) было расширено в ряд Тейлора первого порядка для вычисления коэффициента политропы.Значение ∆ p было рассчитано по формуле. (3):

Сдвиг давления в методе LSM был определен путем оценки нескольких выборок измерений и применения регрессионных расчетов [14]. Из-за допущения о политропном процессе пробы давления должны быть взяты между закрытием впускного клапана и началом впрыска. Используя этот метод, было рекомендовано пятнадцать образцов давления при равноудаленных углах поворота коленчатого вала от 49 до 91 ° CA BTDC [12]. Показатель политропы также был фиксированным и стал источником ошибок, поскольку он мог изменяться от цикла к циклу из-за теплопередачи и потери массы (прорыв).{- k} $$

(5)

Скорость тепловыделения является важным параметром для исследования характеристик процесса горения. Кажущаяся чистая скорость тепловыделения \ ({\ text {d}} Q_ {n} / {\ text {d}} \ theta \) (Дж / ° CA) была рассчитана на основе применения первого закона термодинамики к содержимое цилиндра [24]:

$$ \ frac {{{\ text {d}} Q_ {n}}} {{{\ text {d}} \ theta}} = \ left ({\ frac {\ gamma} {\ gamma - 1}} \ right) .p. \ frac {{{\ text {d}} V}} {{{\ text {d}} \ theta}} + \ left ({\ frac { 1} {\ gamma - 1}} \ right).V. \ frac {{{\ text {d}} P}} {{{\ text {d}} \ theta}} $$

(6)

где \ (\ gamma \) - отношение удельной теплоемкости, c p / c v , p - давление в цилиндре (Па), V - объем цилиндра (м 3 ), а \ (\ theta \) - угол поворота коленчатого вала (° CA).

Расширенные стратегии сжигания | Министерство энергетики

Управление автомобильных технологий (VTO) финансирует исследования, направленные на углубление понимания процессов сгорания двигателя и того, как образуются выбросы в цилиндрах двигателя, а также того, как сгорание и выбросы зависят от таких факторов, как характеристики распыления топлива, воздух в цилиндрах. движение и тип топлива.Это более глубокое понимание поможет исследователям разработать более эффективные передовые стратегии двигателей внутреннего сгорания, такие как низкотемпературное сгорание, сгорание разбавленного (обедненного) бензина и сгорание чистого дизельного топлива, которые производят очень низкие выбросы оксидов азота (NOx) и твердых частиц ( ВЕЧЕРА).

Исследования сосредоточены на трех основных стратегиях сгорания:

Все подходы к сгоранию и связанные с ними критические технические проблемы, которые решает VTO, совместимы с отраслевой тенденцией к уменьшению размеров двигателя и увеличению его мощности для повышения экономии топлива автомобиля.Кроме того, он также поддерживает исследования материалов, которые могут выдерживать высокие рабочие температуры и давления, необходимые для извлечения выгоды из потенциальных преимуществ этих двигателей.

Низкотемпературное сгорание

Низкотемпературное сгорание (LTC) - это ступенчатое беспламенное сгорание топлива (бензина, дизельного топлива или биотоплива) в камере сгорания двигателя при температурах ниже, чем при сгорании в обычном двигателе. Исследования показывают, что LTC может повысить эффективность на 20% по сравнению с нынешними дизельными двигателями.Более низкотемпературное беспламенное сгорание является результатом сжатия топливовоздушной смеси, разбавленной либо избыточным воздухом, либо рециркулирующим выхлопным газом. Этот процесс увеличивает плотность и температуру разбавленной смеси и приводит к ее автогиниту (процесс, известный как воспламенение от сжатия).

В процессе LTC двигатель сжимает разбавленную топливно-воздушную смесь, повышая ее плотность и температуру. Этот процесс, известный как воспламенение от сжатия, вызывает самовоспламенение топливно-воздушной смеси.Чтобы разбавить топливно-воздушную смесь так, чтобы в ней было меньше топлива, чем при обычном сгорании, двигатель использует либо избыточный всасываемый воздух, либо рециркулирующий выхлопной газ.

Поэтапное горение - другой ключевой элемент LTC - достигается за счет управления временем самовоспламенения и скоростью выделения тепла. Этот процесс направлен на устранение чрезмерных скоростей сгорания, которые могут вызвать шум двигателя и повреждение конструкции, особенно при более высоких нагрузках.

VTO исследует ряд форм LTC, включая воспламенение от сжатия с однородным зарядом (HCCI), воспламенение от сжатия с предварительным смешанным зарядом (PCCI) и воспламенение от сжатия с управляемой реактивностью (RCCI).

LTC предлагает ряд преимуществ по сравнению с современными двигателями:

  • Свойства топливно-воздушной смеси и продуктов сгорания позволяют двигателю быть более эффективным, чем обычные двигатели внутреннего сгорания.
  • Из-за более низкой температуры сгорания двигатель теряет меньше энергии через стенки цилиндра в окружающую среду. Некоторые из этих уменьшенных потерь энергии позволяют цилиндру поддерживать более высокое давление в течение более длительного периода времени, позволяя двигателю выполнять больше работы.Часть энергии появляется в виде более высокой энергии выхлопных газов, которую частично может улавливать турбонаддув.
  • LTC, работающий на бензине, не нуждается в дросселировании всасываемого воздуха для управления нагрузкой, что является основной причиной неэффективности современных бензиновых двигателей с искровым зажиганием.
  • LTC ​​не ограничивается детонацией (взрывным, неконтролируемым сгоранием) в отличие от бензиновых двигателей с искровым зажиганием. В результате LTC позволяет бензиновым двигателям иметь высокую степень сжатия, аналогичную дизельным, что увеличивает их экономию топлива.
  • LTC ​​может обеспечить сверхнизкие выбросы выхлопных газов, что может значительно снизить требования к дополнительной обработке, затраты и штрафы за экономию топлива.

Благодаря стратегии сжигания, использующей LTC, в 2019 финансовом году было продемонстрировано улучшение экономии топлива автомобиля на 19,4% (по сравнению с базовым 2015 модельным годом). Подробности этой оценки можно найти здесь.

VTO поддерживает работу по решению ряда критических проблем, с которыми сталкивается развитие низкотемпературного горения, таких как:

  • Сложность контроля начала горения из-за отсутствия искры или впрыска топлива
  • Расширение диапазона нагрузок двигателя
  • Управление скоростью тепловыделения
  • Снижение отсутствия контроля во время переходных процессов, таких как изменение нагрузки и ускорение
  • Снижение потенциально более высоких выбросов углеводородов (HC) и оксида углерода (CO)
  • Понимание того, можно ли LTC быть более эффективно в сочетании с топливом, характеристики которого отличаются от бензина и дизельного топлива

Вернуться к началу

Сгорание разбавленного (или обедненного) бензина

При сгорании разбавленного бензина пламя проходит через предварительно смешанный или неперемешанный ( я.е., стратифицированные) смеси топлива и воздуха. В этом процессе двигатель разбавляет топливо либо большим количеством воздуха, чем требуется для его сжигания (избыток всасываемого воздуха), либо рециркулирующими выхлопными газами. В исследовании Vehicle Technologies Office (VTO) основное внимание уделяется не предварительно смешанной (стратифицированной) версии, поскольку она предлагает самый высокий потенциал для повышения эффективности. Эти двигатели могут работать на существующих бензинах и смесях бензина с этанолом и предназначены в основном для автомобилей и легких грузовиков. Эта технология сжигания может обеспечить повышение экономии топлива до 35% по сравнению с автомобилем с базовым бензином 2009 года.

В стратифицированной версии процесса автомобиль впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр. Он рассчитывается таким образом, чтобы во время искры вблизи свечи зажигания образовалась правильно расслоенная горючая топливно-воздушная смесь.

Сгорание разбавленного бензина приводит к повышению экономии топлива, потому что:

  • Двигатель использует количество впрыскиваемого топлива для управления нагрузкой, а не ограничивает поток всасываемого воздуха (дросселирование) для ее управления. Большинство бензиновых автомобилей на дороге имеют бензиновые двигатели с впрыском топлива (PFI), в которых используется дросселирование, что гораздо менее эффективно.
  • При частичной нагрузке продукты сгорания позволяют двигателю выполнять работу более эффективно по сравнению с обычными двигателями.
  • Двигатель имеет более низкую температуру продуктов сгорания при частичных нагрузках, чем обычный двигатель, и, как результат, теряет меньше тепла.

VTO поддерживает работу по решению критических проблем, которые включают:

  • Определение наиболее эффективных стратегий смешивания топлива с воздухом, которые включают проблемы с конфигурацией портов, характеристиками распыления топлива и характеристиками смешивания
  • Начало зажигания и распространение пламени в слоистых смесях
  • Решение проблем, связанных со стохастическими пропусками зажигания и детонацией (взрывным, неконтролируемым сгоранием)
  • Снижение выбросов, которые отличаются от тех, которые происходят с обычными двигателями (PFI)

К началу

Чистое сгорание дизельного топлива

Чистое сгорание при сгорании дизельного топлива процесс горения происходит аналогично сгоранию обычного дизельного топлива.При обычном сгорании дизельного топлива (также известном как диффузионное сгорание) скорость, с которой распыляемое топливо смешивается с воздухом внутри цилиндра, прежде чем достигнет пламени, определяет скорость, с которой топливо и воздух сгорают в пламени. При сгорании чистого дизельного топлива перед пламенем происходит большее смешивание топлива с воздухом. Это обеспечивает более чистое сгорание, при котором образуется меньше сажи, а также сохраняет или улучшает высокий КПД дизельных двигателей. Добавление рециркулирующего выхлопного газа к потоку всасываемого воздуха разбавляет топливно-воздушную смесь, что приводит к более низким температурам сгорания и уменьшению образования NOx.Поскольку внутри цилиндра образуется меньше выбросов, чистым дизельным двигателям не нужно так сильно полагаться на технологии последующей обработки для дальнейшего снижения выбросов.

Управление автомобильных технологий (VTO) поддерживает исследования, направленные на дальнейшее улучшение сгорания чистого дизельного топлива и повышение его конкурентоспособности для всех легковых и коммерческих автомобилей. Это требует развития новейших технологий, таких как компьютерное управление, многоимпульсный впрыск топлива, впрыск топлива под высоким давлением, использование рециркуляции выхлопных газов и управление потоками газа в цилиндрах.

Исследования VTO по экологически чистым дизельным двигателям внутреннего сгорания для легковых и коммерческих автомобилей направлены на решение важнейших задач, которые включают:

  • Контроль количества и температуры выхлопных газов, используемых для рециркуляции выхлопных газов, для минимизации выбросов
  • Улучшение топливных форсунок, давления впрыска, и управление типами распыления и распыления топлива при высоком давлении и многоимпульсном впрыске.
  • Улучшение сгорания с поднятым пламенем, когда пламя, исходящее из топливного сопла, стабилизируется после топливного сопла.Чистые дизельные двигатели должны поддерживать самовоспламенение обедненной топливной смеси, которая находится непосредственно перед основанием пламени.
  • Улучшение впрыска дожигания для снижения выбросов как в цилиндр, так и за счет дополнительной обработки

Метод оценки давления сгорания двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием на основе обработки сигнала вибрации

Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания , оценка давления, давление сгорания , вибрация, регресс.

1. Введение

Методы анализа вибраций широко используются в качестве инструментов обнаружения и диагностики неисправностей вращающегося оборудования. Успешное внедрение этого метода в различные программы технического обслуживания мотивировало его применение в двигателях внутреннего сгорания [1-5].

Контроль состояния двигателей внутреннего сгорания в основном выполняется с помощью датчиков давления в камере сгорания [6, 7]. Этот тип датчика предоставляет большой объем информации об условиях работы двигателя, но его использование для регулярной работы и мониторинга ограничено по четырем основным причинам: их цена слишком высока, они навязчивы (поскольку они работают до конца). в камеру сгорания), они хрупкие, и обычно их расположение требует модификации головки блока цилиндров, что является дорогостоящим и сложным в исполнении [8].Эти причины побудили использовать для этой задачи различные датчики, такие как измерение угловой скорости [9, 10], температуры поверхности и выбросов выхлопных газов и т. Д.

В области вращающегося оборудования были достигнуты большие успехи в мониторинге состояния, в частности в определении состояния подшипников. С этой целью использовались датчики, основанные на измерении вибрации, в основном с точки зрения ускорения (акселерометры, акустическая эмиссия), которые позволили дифференцировать дефекты на основе достижений в области анализа сигналов, таких как частотный анализ и определение частоты характеристик неисправности в каждом из них. компонент подшипников.Существуют коммерчески доступные системы, которые могут выполнять этот тип анализа, но они очень дороги, поэтому необходимость в недорогом устройстве для измерения и анализа вибрации привела к возможности выполнять исследовательскую работу для исследовательской группы Universidad Tecnológica de Pereira. Procesos de Manufactura y Diseño de Máquinas, который руководит такими проектами, как: I) Разработка пилотной системы диагностики неисправностей вращающегося оборудования, доступной для малых и средних предприятий, II) Проектирование и разработка прототипа системы для онлайн-диагностики внутреннего сгорания дизельные двигатели, работающие в условиях механической вибрации: применение в крупных системах общественного транспорта.

Поскольку компании были инвестированы в оборудование для анализа механической вибрации, для мониторинга состояния двигателей внутреннего сгорания было рекомендовано использование датчиков, основанных на измерении ускорения, например, акселерометров [11-13], датчиков акустической эмиссии. [8] и датчик детонации [14].

Мониторинг на основе акселерометра двигателя, поскольку рекомендуется применять метод защиты без вмешательства пользователя из-за его ряда преимуществ: акселерометры могут быть размещены снаружи двигателя без структурных изменений, они не должны выдерживать очень высокие давления и температуры; они могут выдавать предупреждения о ненормальной работе, чтобы обеспечить обнаружение источника неисправности и предоставить средства для оценки серьезности неисправностей, возникающих в двигателе, связанных не только с процессом сгорания, но и с общим механическим состоянием двигателя.Акселерометры относительно дешевы и очень чувствительны к работе двигателя. Эти характеристики позволяют использовать эти датчики непрерывно во время обслуживания двигателя, открывая возможности для программ профилактического обслуживания, управления автопарком и поддержки клиентов.

Последние разработки электронных систем и телематики, наряду с различными технологиями беспроводной связи, сделали возможным соединение и обмен информацией с двигателем транспортного средства, напримерс помощью GPS, планшетов и сотовых телефонов [15-17]. Эта возможность легко обмениваться данными с транспортным средством и его электронными системами открыла интересные возможности для диагностики транспортного средства, управления автопарком, а также услуг по техническому обслуживанию и ремонту на основе новых неинтрузивных систем мониторинга, таких как метод анализа вибрации, предложенный в этой статье. .

Интернет-соединение позволяет диагностировать и решать проблемы с автомобилем из удаленного географического местоположения, например в центральном сервисном центре или в местной ремонтной мастерской.Возможность беспроводного подключения к автомобилю предоставляет экспертам или техническим специалистам по обслуживанию данные, которые можно проверить. Проблемы с двигателем могут быть проанализированы, а некоторые операции по техническому обслуживанию могут быть выполнены удаленно, что избавит от необходимости назначать встречу в ремонтной мастерской. Если проблема не может быть решена удаленно, технический специалист может сообщить водителю о записи на обслуживание или отправить помощь на дороге к автомобилю.

В этом направлении, для использования оборудования и разработок, выполненных в области анализа механической вибрации, и его возможностей в качестве инструмента непрерывного мониторинга, было замечено многообещающее развитие модели, которая позволяет связать механические колебания с давлением в камере сгорания при внутреннем сгорании. двигатель для постоянных условий эксплуатации, расширяющий область применения работ, выполняемых университетом и его исследовательской группой в области анализа сигналов вибрации.

Для достижения поставленной цели работа велась по двум основным принципам: i) анализ сигналов для распознавания образов, позволяющий классифицировать условия двигателя, ii) восстановление давления в камере сгорания на основе обработки измеренных сигналов.

Для анализа сигналов использовались различные методы, включая частотный и частотно-временной анализ [14, 18, 19], извлечение статистических характеристик [20-22], энергию [5, 8], параметрические модели [23] и нейронные сети [24]. , 25], все пытаются дифференцировать неисправные состояния, сравнивая измерения с определенным параметром или порогом, извлеченным при нормальных рабочих условиях, чтобы иметь возможность предупреждать и идентифицировать неисправность, а также оценивать ее интенсивность.

Поскольку давление сгорания считается наиболее значимым индикатором условий работы двигателя, много усилий было потрачено на разработку методов его восстановления на основе обработки сигналов, поступающих от менее инвазивных датчиков [9, 26]. В методах обработки сигналов чаще используются модели, которые коррелируют давление в камере сгорания с угловой скоростью или угловым положением коленчатого вала [9, 20, 27], но это измерение не всегда так доступно и требует слишком большой чувствительности датчика.

В этой статье представлен метод оценки давления в камере сгорания, основанный на обработке сигнала вибрации (ускорения), измеренного с помощью датчика без вмешательства. Предлагаемый метод основан на сравнении сигналов вибрации (ускорения) и давления, он включает анализ в частотной области для распознавания той части сигнала вибрации, которая больше всего связана с давлением в камере сгорания, что позволяет настроить метод фильтрации измеренных сигналов: сравнение сигналов и метод идентификации данных, основанный на наивысшей точке пиков вибрации, и полиномиальная регрессия с использованием двух переменных вибрации (ускорение) и средней скорости вращения в цикле (рассчитанной на основе пиков вибрации местоположения) для создания модели для давления сгорания.Для определения оптимального места измерения использовался анализ когерентности.

В документе сначала описывается использованная экспериментальная установка и выполненная процедура измерения, затем объясняется метод анализа и обработки собранных сигналов и предлагаемый метод оценки. В третьей части статьи обсуждаются применимость, охват и характеристики предложенной модели, а также ее применимость к многоцилиндровому двигателю. Наконец, основные выводы этой работы изложены в конце статьи.

2. Эксперименты

На рис. 1 представлены экспериментальные испытательные стенды, использованные в данном исследовании: первый из них состоял из 143-кубового, вертикального, одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, второй - двухлитрового, четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием. от грузовика, установленного на подвижной конструкции. Обе установки обеспечивали легкий доступ к компонентам двигателя и упростили мониторинг состояния, особенно с точки зрения утечек и температуры.

Рис.1. Экспериментальная установка

Измерения проводились с использованием двух разных инструментов: Один акселерометр (расположенный в верхней части двигателя в вертикальном положении, на четырехцилиндровом двигателе он был расположен в середине головки блока цилиндров, между цилиндрами 2 и 3, на одном цилиндре. двигатель он был расположен на головке блока цилиндров, ориентация и расположение были выбраны на основе анализа согласованности) и датчик давления, в четырехцилиндровом двигателе он был расположен на цилиндре номер один.Сигналы всех приборов подавались на пару модулей сбора данных, 3-канальный модуль аналогового ввода +/– 30 В NI 9232 и модуль аналогового ввода 4-канальный +/– 5 В NI 9234, установленный на шасси с четырьмя разъемами (NI cDAQ 9174) для сбора данных, который отправлял собранные измерения через USB-соединение на портативный компьютер, который предоставлял средства для хранения для последующей обработки информации. Были проведены испытания для установления стабильных скоростей двигателя для измерения и надежных условий в течение длительных периодов испытаний.

Процедура тестирования включала измерения на постоянных скоростях (установленное положение дроссельной заслонки) в условиях холостого хода. Для одноцилиндрового двигателя было записано пять наборов данных для каждой из пяти различных скоростей, все они работали на коммерчески доступном топливе. Для четырехцилиндрового двигателя использовались три различные топливные смеси этанол-бензин: коммерческое топливо E8, E20 и E30, для каждого топлива были записаны три набора данных для каждой из трех различных скоростей.

3. Прикладной анализ

Предлагаемая модель обработки направлена ​​на восстановление сигнала давления, измеренного внутри камеры, из сигнала вибрации (ускорения) в верхней части головки блока цилиндров.Модель была подготовлена, настроена и испытана сначала на одноцилиндровом двигателе, а затем на четырехцилиндровом.

Первым шагом для этой цели было определение местоположения акселерометра, которое обеспечивает наилучшее соотношение между двумя сигналами, с помощью анализа когерентности. Было проверено несколько ориентаций, включая вертикальное и горизонтальное (в нормальном направлении к оси коленчатого вала) и несколько положений для вертикальных датчиков (в разных точках крепления, включая болты на головке цилиндров и корпус подшипника коленчатого вала).

Анализ согласованности показал, что наибольшую корреляцию между вибрацией и давлением в камере сгорания обеспечивает акселерометр в вертикальной ориентации, расположенный на головке блока цилиндров. Обладая этой информацией, следующим шагом было сравнение этих сигналов. На рис. 2 представлены оба сигнала во временной области.

Рис. 2. Сигнал давления и вибрации во временной области

Как видно из рис.2 взаимосвязь между сигналами не так ясна. Чтобы найти взаимосвязь, необходимо учитывать, что сигнал вибрации генерируется из нескольких разных источников. На это измерение влияет не только деформация, вызванная камерой давления сгорания, но и движение механизмов, таких как клапанный механизм, удар поршня, резонансы и опора двигателя. Чтобы лучше идентифицировать часть сигнала вибрации, связанную с давлением сгорания, к обоим сигналам было применено быстрое преобразование Фурье (БПФ).Результаты представлены на рис. 3.

Как видно из частотного спектра на рис. 3 (а), содержание сигнала давления находится в основном в нижней части спектра, тогда как сигнал ускорения (вибрация) имеет содержание на низких и средних частотах, а также немного часть контента на верхних диапазонах. Если сфокусироваться на этой нижней части частотного спектра (рис. 3 (b)), взаимосвязь между сигналами становится более ясной. В сигнале давления самый высокий пик - это пик, соответствующий половине скорости вращения двигателя, также называемой частотой сгорания (в этом конкретном случае этот пик находится на 17.19 Гц частота вращения составляла 2089,1 об / мин, что соответствует частоте 34,81 Гц), что связано с тем, как работает четырехтактный одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания, одно сгорание каждые два оборота, а затем также появляются его пять первых гармоник. Для сигнала ускорения самый высокий пик - это пик на частоте вращения (которая является частотой, связанной со скоростью вращения двигателя), которая соответствует каждому достижению поршнем верхней мертвой точки, также присутствуют в сигнале первые три гармоники частоты вращения.Поскольку наиболее известные пики в сигнале давления - это первые четыре гармоники частоты горения (первые четыре пика), к обоим сигналам на этой частоте применяется полосовой фильтр нижних частот, чтобы уменьшить или исключить информацию о вибрации от источников, не связанных с процессом горения. . Результат этого фильтра показан на рисунке 4.

Рис. 3. БПФ-анализ сигнала давления и вибрации (ускорения)

а) Высокая частота

б) Низкая частота

Рис.4. Отфильтрованные сигналы давления и вибрации

а) Давление после фильтрации

б) Фильтрованное ускорение

Учитывая сходство между отфильтрованными сигналами, была установлена ​​прямая связь. Для предложенного метода учитывалась только часть сигнала давления около пика.

Таким образом, каждый пик в сигнале давления сравнивался с его соответствующим пиком в сигнале вибрации. Чтобы заставить его работать только на сигнале вибрации, точка отсчета была установлена ​​на самом высоком значении вибрации на каждом пике.Затем было проведено точечное сравнение сигналов до и после контрольной точки. На рис. 5 представлен пример данных до контрольной точки.

Определенное количество точек данных было расположено перед контрольной точкой в ​​сигнале вибрации, а затем на этих точных значениях времени были обнаружены их соответствующие значения давления и сопоставлены с вибрацией. Тот же процесс был выполнен с данными после контрольной точки.

Затем эти данные были объединены для каждой точки во всех циклах, записанных для каждого измерения.Пример этой взаимосвязи между давлением и вибрацией в нескольких циклах из одного измерения, выполненного при постоянном положении дроссельной заслонки, можно увидеть на рис. 6. На этом рисунке кружками показаны точки перед контрольной точкой и значком x - точки после.

Из этого поведения видно, что существует математическая взаимосвязь между давлением и вибрацией, которую можно описать полиномиальной функцией. Та же процедура, проведенная с другими измерениями, показала, что скорость двигателя влияет на это соотношение, и на основе времени, которое проходит между пиками вибрации, была рассчитана средняя скорость вращения для каждого цикла и добавлена ​​к каждой паре данных давления и вибрации, таким образом позволяющий создать модель в виде:

(1)

p = b0,0 + b0,1A +… + b0, nAn + b1,0V + b1,1VA +… + b1, nVAn
+ ⋯ bm, 0Vm + bm, 1VmA +… + bm, nVmAn,

, где A - значение ускорения сигнала вибрации, а V - средняя скорость вращения в каждый момент времени.Константы полинома равны b, степень полинома для эффекта вибрации равна n, а для эффекта скорости равна m. Принимая во внимание форму отношений и некоторые тесты, значения, выбранные для n и m, составили 4 и 1 соответственно. Тогда предлагаемая модель имеет следующий вид:

(2)

p = b0,0 + b0,1A + b0,2A2 + b0,3A3 + b0,4A4 + b1,0V
+ b1,1VA + b1,2VA2 + b1,3VA3 + b1,4VA4.

Рис. 5. Выбор данных до опорной точки (пиковое ускорение вибрации)

Рис.6. Зависимость давления от виброускорения вокруг контрольных точек за несколько циклов при одинаковых условиях

Измеренные сигналы разделяются на половину для создания модели и половину для оценки результатов. Применение полиномиальной регрессии к данным до и после контрольной точки на пиках вибрации дает следующие результаты для модели:

(3)

pbef (1Cyl) = - 180,552 + 27,432A + 0.913A2-1.998 × 10-4A3-3.032 × 10-4A4
+ 0.064V-0.005VA-2.054 × 10-4VA2-1.435 × 10-8VA3 + 6.798 × 10-8VA4,

(4)

paft (1Cyl) = 102,366 + 10,941A + 0,343A2 + 0,013A3-2,394 × 10-4A4
+ 0,017V-0,001VA-9,273 × 10-5VA2-2,669 × 10-6VA3 + 5,326 × 10-8VA4.

Используя сгенерированные модели, выполняется оценка другой половины измеренных данных. Затем, используя только данные о вибрации, вычисляется средняя частота вращения между циклами, и в предлагаемую модель вводятся как вибрация, так и скорость.Пример результатов представлен на рис. 7.

Рис. 7. Сравнение измеренного давления (непрерывная линия) с расчетным давлением (кружки перед контрольной точкой, бывшие после), одноцилиндровый двигатель

Рис. 8. NRMSE для точек перед контрольной точкой по сравнению со средней скоростью каждой выборки данных. Одноцилиндровый двигатель

Эффективность модели оценивалась с использованием нормализованной среднеквадратичной ошибки (NRMSE) на 25 наборах данных оценки.Эта оценка дает процентную оценку, где значение 100% означает, что сигналы точно такие же. На рис. 8 представлены результаты для модели с использованием точек перед контрольной точкой, а на рис. 9 представлены результаты после контрольной точки, оба по сравнению со средней частотой вращения двигателя во время измерений.

Рис. 9. NRMSE для точек после контрольной точки по сравнению со средней скоростью для каждой выборки данных, одноцилиндровый двигатель

Рис.10. Сравнение измеренного давления (непрерывная линия) с расчетным давлением (кружки перед контрольной точкой, бывшие после), четырехцилиндровый двигатель

Среднее значение NRMSE для данных до контрольной точки составляет 63,52%, тогда как для данных после контрольной точки среднее значение составляет 20,02% (значительно сниженное отрицательными значениями, полученными на более низких скоростях, без учета этих значений среднее значение было бы 40,50%. ).

Как было заявлено в начале, второй испытательный стенд использовался с четырехцилиндровым двигателем с использованием трех различных топливных смесей.Используя тот же метод, были получены следующие результаты:

(5)

pbef (4Cyl) = - 156,791 + 75,654A + 8,541A2-0,682A3-0,006A4
+ 0,1486V-0,031VA-0,004VA2 + 3,491 × 10-4VA3 + 2,810 × 10-6VA4,

(6)

paft (4Cyl) = 253,850 + 54,517A + 4,363A2-1,657A3 + 0,093A4
+ 0,016V-0,024VA-0,002VA2 + 8,240 × 10-4VA3-4,653 × 10-5VA4.

Опять же, половина измеренных данных была использована для оценки полученной модели. Пример результатов использования данных о вибрации для оценки представлен на рис.10.

На рис. 11 представлены значения NRMSE для предложенной модели для четырехцилиндрового двигателя с использованием точек до контрольной точки, а на рис. 12 представлены результаты после контрольной точки, оба по сравнению со средней скоростью вращения двигателя во время измерений. .

Фиг. 11 и 12 представлены результаты NRMSE для E8 с кружками, E20 с exes и E30 с квадратами. Среднее значение NRMSE для точек до контрольной точки составило 82,47%, а для точек после нее - 28.27%. Эффект от использования разных видов топлива не был замечен на средних или высоких скоростях с данными до контрольной точки, где результаты для всех трех видов топлива в NRMSE были очень похожими. Только на низких скоростях E8 результаты значительно отличаются, приводя к менее точным результатам.

Рис.11. NRMSE для точек перед контрольной точкой по сравнению со средней скоростью каждой выборки данных (круги E8, Exes E20 и квадраты E30), четырехцилиндровый двигатель

Рис.12. NRMSE для точек после контрольной точки по сравнению со средней скоростью каждой выборки данных (круги E8, Exes E20 и квадраты E30), четырехцилиндровый двигатель

4. Обсуждение

Из анализа NRMSE на обоих двигателях видно, что самые низкие значения появляются в данных, выбранных после самого высокого значения каждого пика вибрации (контрольной точки), по сравнению с точками до такой точки. Это можно объяснить тем фактом, что часть после пика вибрации тесно связана с вершиной пика давления, которая является частью, которая содержит наибольшую изменчивость от цикла к циклу из-за наличия самого сгорания.Это можно увидеть и на других сравнениях результатов.

При сравнении результатов двух испытательных стендов, одноцилиндрового (150 куб. См) и четырехцилиндрового (2000 куб. См) двигателей, можно увидеть, что значения NRMSE были значительно выше для четырехцилиндрового двигателя. Это может быть связано с инерционными силами, которые были значительно выше в гораздо более крупном и тяжелом многоцилиндровом двигателе, имеющем более высокий вклад в давление внутри камеры по сравнению со сгоранием и сокращении цикла до изменений цикла, генерируя сигнал давления, который имеет более регулярные пики.Этому также способствовал эффект толкания четырех цилиндров, дающий более равномерный отклик, потому что, когда в одном цилиндре наблюдается существенно другой след давления, сгорание от других усредняет эффект, поскольку точка, когда происходит следующее сгорание, не является момент вращения с наименьшим ускорением вращения по сравнению со случаем одноцилиндрового двигателя, где сгорание происходит всегда, когда ускорение наименьшее (в верхней мертвой точке).

Эффект инерции в сокращении разницы между циклами также виден в обоих двигателях, поскольку оценочные образцы, записанные при более высоких скоростях вращения, показали лучшие значения NRMSE, чем более низкие скорости, с данными перед контрольной точкой.С данными после этой точки одноцилиндровый двигатель ведет себя так же, как четырехцилиндровый двигатель, у него немного более высокое значение NRMSE для данных с более низкой скоростью, это может быть связано с различиями в сгорании и влиянием веса, потому что даже если среднее значение данных для низкой скорости действительно выше, чем для более высокой скорости, его дисперсия и его дисперсия показывают, что все еще существует значительный эффект горения, влияющий на результаты.

При сравнении влияния топлива на модель оказалось, что оно не повлияло на предложенную модель, все они дали одинаковые результаты на всех скоростях и со всеми точками данных.

Наконец, следует отметить, что, хотя производительность метода все еще может быть улучшена, в частности, на участке после пика вибрации (самые низкие значения NRMSE) и изменение цикла за циклом едва заметно, он все же может восстановить общую форму график давления, он находится в том же масштабе (величине), что и исходное значение, а вычислительная нагрузка очень мала, что дает значение для диагностики и / или управления в режиме онлайн. Необходимо провести дальнейший анализ, чтобы учесть влияние нагрузки на двигатель и проверить его способность контролировать неисправности.

5. Выводы

Предложена модель для оценки давления в камере сгорания (около пиков) на основе анализа и обработки вибрации головки блока цилиндров с точки зрения ее ускорения. Результаты показывают хорошие характеристики для оценки с точки зрения величины и общей формы кривой давления, но показывают трудности с реакцией на изменения цикла за циклом. Предлагаемая модель требует очень низкой вычислительной нагрузки и поэтому может быть полезна для онлайн-приложений, таких как управление и диагностика.

Предложенная модель после определения способна работать, используя только сигнал вибрации.

Анализ когерентности был использован для определения наилучшего места для измерения вибрации по отношению к сигналу давления.

Два двигателя использовались для тестирования, и оценка была выполнена с использованием нормализованной среднеквадратичной ошибки (NRMSE), где наилучшее значение составляет 100%. Для одноцилиндрового двигателя значения NRMSE составляли 63,52% и 20,02% для точек до и после пика вибрации.Для четырехцилиндрового двигателя эти значения составили 82,47% и 28,27% соответственно.

Advanced Engine Flows and Combustion


На транспортный сектор приходится значительная часть выбросов углерода во всем мире, поэтому необходимость смягчения парникового эффекта CO 2 от сжигания ископаемого топлива и сокращения выбросов выхлопных газов автомобилей была основной двигатель для разработки более чистых и эффективных трансмиссий транспортных средств и экологически безопасных видов топлива.Поскольку альтернативам двигателям внутреннего сгорания еще предстоит преодолеть технические проблемы для достижения значительного использования в транспортном секторе, поршневые двигатели внутреннего сгорания и газотурбинные авиационные двигатели остаются очень привлекательными вариантами силовых агрегатов из-за их высокой тепловой эффективности. Между тем, с момента введения различных стандартов выбросов, которые вынудили использовать различные системы доочистки, процесс сгорания претерпел значительные изменения. В передовых стратегиях сжигания была предпринята попытка найти подходы внутри камеры, чтобы либо полностью соответствовать этим стандартам выбросов и, таким образом, избежать необходимости использовать доочистку, либо, по крайней мере, снизить требования к производительности, требуемые от систем последующей обработки, тем самым снижая их стоимость и сложность.Хотя основное внимание при разработке систем сгорания в последнее время уделяется снижению выбросов CO 2 , существует также значительный интерес к снижению выбросов оксидов азота (NOx), твердых частиц (PM) и других вредных выбросов.

Для двигателей внутреннего сгорания с поршневым приводом самой последней технологией, которая была успешно коммерциализирована, является технология прямого впрыска бензина (GDI). Технология GDI позволяет соответствующим образом расслаивать топливно-воздушную зарядку, чтобы можно было достичь сверхэкономичного сжигания топлива для повышения эффективности использования топлива и снижения выбросов.Поскольку топливо впрыскивается на последних стадиях такта сжатия, сгорание происходит в полости на поверхности поршня, которая обычно имеет тороидальную форму и расположена либо в центре (для центрального инжектора), либо смещена к одной стороне поршня. что ближе к положению инжектора. Полость создает эффекты завихрения или качания, так что небольшое количество топливовоздушной смеси оптимально размещается рядом со свечой зажигания. Этот стратифицированный заряд окружен в основном воздухом и остаточными газами, тем самым удерживая топливо и пламя подальше от стенок цилиндра.Эти требования демонстрируют, что для двигателей GDI критически важно организовать соответствующее движение воздуха вокруг области полости для обеспечения подходящего соотношения воздух-топливо для искрового зажигания и во всем цилиндре для необходимого расслоения заряда.

Сжигание обедненной смеси с пониженной температурой сгорания в двигателях GDI может обеспечить низкие выбросы и низкие тепловые потери, что приводит к повышению эффективности. Однако новый разрушительный детонационный удар, названный супертонкой, который сильно отличается от традиционного детонационного сгорания бензинового двигателя и мгновенное давление в цилиндре которого может достигать более 200 бар, стал основным препятствием для увеличения удельной мощности двигателя GDI.Исследователи активно занимаются исследованием супертонуса, но механизм его возникновения и практическая стратегия управления до сих пор полностью не выяснены. Основная точка зрения состоит в том, что в цикле супердетонации возникновение преждевременного зажигания связано с разбавлением масла в цилиндре, которое может быть вызвано попаданием брызг на стенку цилиндра для двигателей GDI с турбонаддувом. Вязкость разбавленного масла снижается при повышении температуры в камере сгорания, и разбавленное масло может легко вытекать в камеру сгорания от стенки цилиндра.Поскольку масло обычно имеет высокое цетановое число, а его температура самовоспламенения намного ниже, чем у бензина, предварительное зажигание смесей с маслом в конце такта сжатия происходит до момента зажигания искры, вызывая супертону. Все еще необходимы дополнительные исследования для изучения столкновения впрыска, взаимодействия между впрыском топлива и масляной пленкой, а также характеристик масляных капель в камерах сгорания двигателей GDI.

В отличие от GDI, который может напрямую доминировать в системах сгорания двигателя как единая технология сгорания, низкотемпературное сгорание (LTC) в основном проникло в различные системы сгорания в качестве нового режима сгорания для снижения температуры сгорания и повышения эффективности сгорания.Технология LTC, которая может работать как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями, широко изучалась в последние годы из-за преимуществ низкого уровня выбросов NOx и одновременно высокой эффективности. Ранние работы с поршневыми двигателями с LTC показали, что выбросы NOx и PM из двигателя могут быть снижены примерно до 1–10% по сравнению с технологиями обычных бензиновых и дизельных двигателей. Чтобы реализовать LTC в дизельных или бензиновых двигателях, необходимо иметь дело с регулированием момента зажигания, которое нельзя напрямую регулировать, как в случае с обычными двигателями внутреннего сгорания с впрыском топлива или искровым зажиганием.Поскольку нагрузка зависит как от фазирования сгорания, так и от количества реагентов, присутствующих в цилиндре, поэтому и нагрузка, и фазировка сгорания связаны и зависят от концентраций компонентов в цилиндре, температуры и давления. При запуске LTC с предыдущим циклом определенное количество остаточного газа должно быть задержано, при этом необходимо добавить воздух и систему рециркуляции отработавших газов (рециркуляция отработавших газов) в правильных пропорциях и при правильной температуре. Топливо добавляется таким образом, что оно испаряется, а затем диспергируется для поддержки режима сгорания с предварительным смешиванием.Существующие результаты исследований показали, что VVA / VVT (регулируемое срабатывание клапана / регулируемое время клапана) эффективны для работы в режиме LTC, особенно для практически переходных рабочих условий. Когда используются VVA / VVT, их влияние на потоки в цилиндрах и последующее их влияние на процесс смешивания воздуха и зажигания усложняется и должно быть всесторонне изучено для использования максимальной выгоды от технологии LTC.

Что касается газотурбинных авиационных двигателей, то для достижения низкого уровня выбросов, низкого удельного расхода топлива и низкой стоимости производства / обслуживания большой задачей для конструкции камеры сгорания является снижение выбросов NOx без отрицательного воздействия на другие характеристики камеры сгорания.Были представлены недавние подходы к сокращению выбросов NOx, включая ступенчатую подачу топлива, некоторые применяемые камеры сгорания, такие как двойная кольцевая камера сгорания, прямой впрыск и сжигание с обогащенным / быстрым гашением / обедненной смесью (RQL) и сжигание с обедненной смесью с предварительным смешиванием и предварительным испарением (LPP) и так далее. Например, камера сгорания с предварительным смешиванием и предварительным испарителем, которая является ключевой технологией для сокращения выбросов NOx, была представлена ​​в виде ряда различных конструкций. Один из вариантов заключается в использовании вихревого распылителя с подачей воздуха под давлением для распыления топлива, тогда как на конце распылителя был установлен круговой предварительный смеситель.Затем завихрение, необходимое для стабилизации пламени, создается аксиально ориентированными вихревыми лопатками на конце предварительного смесителя. Другая конструкция камеры сгорания LPP предусматривает использование на основной ступени предварительного смешивания-предварительного испарителя с обычным впрыском, используемым на пилотной ступени, и затем она становится камерой сгорания с двойным кольцом. Конструкция камеры сгорания LPP для этой конструкции состояла из впрыска вихревой чашки с удлиненной гильзой для образования трубы LPP. Устройства для смешивания / подготовки топлива и воздуха в авиационных двигателях не только напрямую влияют на процесс зажигания, выброс обедненной смеси, эффективность сгорания и расход топлива, но также оказывают значительное влияние на выбросы и распределение температуры на выходе.Вихревые стаканы, основные компоненты которых обычно включают первичный завихритель, трубку Вентури, вторичный завихритель, факел и топливное сопло, применяются во многих системах сгорания. Эти технологии в настоящее время интенсивно исследуются, включая исследования полей течения, аэродинамики, структуры и распыления струи, смешивания воздуха и топлива, процессов сгорания и выбросов.

Процессы горения в газотурбинных двигателях очень чувствительны к колебаниям давления, плотности и температуры окружающей среды.Даже медленные изменения этих величин будут влиять на высвобождаемую энергию в соответствии с правилами, которые можно вывести из поведения устойчивого горения. Нестабильность горения обычно возникает в частотных диапазонах, в которых важна истинная динамика. Любые колебания горения вызывают локальные изменения свойств потока. Затем эти колебания распространяются в среде и присоединяются к глобальному нестационарному полю в камере. Динамический отклик среды преобразует локальные колебания в глобальное поведение.Для различных систем сгорания и новых технологий сгорания нестабильность горения всегда является одной из основных проблем, и этим деталям в потоках и сгорании следует уделять значительное внимание.

По оценкам Международного энергетического агентства, к 2050 году биотопливо может вырасти до 30% мирового автомобильного транспорта. Такое топливо будет включать биодизельное топливо и синтетическое дизельное топливо из источников отходов посредством таких процессов, как Фишер-Тропш. В то же время спирты, такие как биоэтанол, производимые из непищевых источников с уменьшенными производственными затратами и низкими выбросами CO 2 , были предложены в качестве альтернативных видов топлива для прямого смешивания с дизельным, биодизельным или синтетическим дизельным топливом.По данным Shell, одного из основных поставщиков биотоплива, этанол, произведенный из бразильского сахарного тростника, производит примерно на 70% меньше выбросов CO 2 от производства до использования по сравнению с бензином. Поэтому, вслед за смесями этанола и бензина и прямым биодизельным топливом, некоторые исследователи изучали возможности смесей этанол-дизель (электронного дизеля) в качестве альтернативного топлива для современных низкоуглеродных дизельных двигателей. Вероятно, что в будущем будет использоваться все более разнообразный спектр альтернативных видов биотоплива с различной молекулярной структурой, поскольку дальнейший упор будет сделан на устойчивые производственные маршруты, которые приведут к снижению выбросов парниковых газов (ПГ) в течение жизненного цикла производства и использования топлива. .Они, вероятно, будут содержать молекулы, такие как фураны или терпены, из таких источников, как лигноцеллюлозная биомасса или генно-инженерные микроорганизмы, и все еще требуется много исследований, чтобы полностью понять влияние возможных будущих видов топлива, таких как эти, на характеристики воспламенения и производство токсичных загрязнителей. .

Кроме того, было замечено, что микровзрыв в высшей степени возможен во время распыления и сгорания топливных смесей с различиями в физических свойствах разных видов топлива в смеси.В качестве одного из возможных ключевых явлений, понимание которого необходимо для использования многокомпонентных топлив, микровзрыв смешивающейся многокомпонентной топливной капли происходит из-за разницы в летучести и температуре кипения различных компонентов. Для несмешивающейся многокомпонентной капли топлива (капля эмульсии, как обычно называют) вероятность микровзрыва значительно возрастет, если компонент с более низкой точкой кипения не может раствориться в смеси и диспергироваться в виде микрокапель внутри капли топлива, например, в случае e -дизель по мере увеличения объемной доли биоэтанола.Исследования показали, что вода, эмульгированная в ископаемом топливе, используемом во всех системах сжигания, может привести к снижению адиабатической температуры пламени, что приведет к заметному сокращению выбросов NO x . Из-за разницы в скорости испарения жидкого дизельного топлива и воды молекулы воды достигают стадии перегрева быстрее, чем дизельное топливо, что приводит к распаду пара. Именно на этой стадии существуют два явления - микровзрыв и затяжка. Микровзрыв - это быстрое разрушение капель эмульсии на более мелкие, в то время как при выдувании вода оставляет капли в виде очень мелкого тумана.Эти микровзрывы приводят к быстрому разрушению или вторичному распылению капли топлива, что, в свою очередь, вызывает быстрое испарение топлива и, следовательно, приводит к улучшенному смешиванию воздуха с топливом. Для применения этой технологии на практических двигателях необходимы дополнительные исследования по приготовлению эмульгированных водотопливных смесей и многокомпонентных топлив, а также по микропереработке микровзрыва и продувки в различных условиях эксплуатации.

По мере того, как соответствующие исследования были перенесены на более детальные микропреобразования, в том числе пространственные и временные, во время более сложных процессов, различные передовые оптические средства диагностики получили широкое развитие и применяются для изучения потоков и процессов горения.Поскольку поля потока, включая их распределение скоростей, распределение температуры и распределение компонентов, как в поршневых двигателях, так и в газовых турбинах, находятся на высоком уровне турбулентных масштабов, оптические диагностические инструменты, в частности лазерные, которые не вносят возмущения в поток и поле реакции, настолько полезны для измерять и получать информацию во время подробных переходных процессов потока или горения внутри камер сгорания. В дополнение к более широко распространенным методам лазерной диагностики, таким как неспектроскопическая PIV (скоростная визуализация частиц), LDA (лазерная допплеровская велокиметрия), PDA (фазовая доплеровская анемометрия), спектроскопическая LIF (лазерно-индуцированная флуоресценция) и LII (лазерно-индуцированная флуоресценция), с использованием Рентгеновское фазово-контрастное изображение для исследования кавитации и попадания газа в практические дизельные форсунки, DIH (цифровая поточная голография) для определения характеристик микрочастиц, RS (комбинационное рассеяние) для различных концентраций одновременно, CARS (когерентная антистоксовая рамановская спектроскопия) для недавно были опубликованы данные о компонентах горения и температуре, TDLAS (настраиваемая диодная лазерная абсорбционная спектроскопия) для концентраций частиц и MTV (молекулярная метка скорости) для измерения скорости при сверхзвуковом горении.

Между тем, методы численного моделирования также достигли значительного развития в последние годы. Моделирование больших вихрей (LES), в котором большие масштабы турбулентности решаются напрямую, а меньшие масштабы моделируются с использованием подсеточных моделей из-за их изотропных характеристик, применялось к моделированию сгорания двигателя в последние два десятилетия. Поскольку LES может получать больше информации о поле турбулентного потока по сравнению с моделью RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes), в то время как требуется меньше вычислительных требований по сравнению с DNS (Direct Numerical Simulation), LES, как ожидается, будет основным способом моделировать сгорание двигателя.

Хотя вычислительная стоимость DNS очень высока, а вычислительные ресурсы, необходимые DNS для общей системы сжигания, будут превышать возможности самых мощных компьютеров, доступных в настоящее время, он по-прежнему является полезным инструментом в фундаментальных исследованиях турбулентных потоков и горения. Соответствующие «численные эксперименты» с использованием 1D, 2D и 3D DNS для завершения моделирования предварительно смешанного горения позволили получить необходимую информацию, которую трудно или невозможно получить в лаборатории.Это может позволить лучше понять физику турбулентных потоков и горения. Между тем, симуляции DNS полезны при разработке моделей турбулентности для практических приложений, таких как модели подсеточного масштаба для LES и модели для методов, решающих RANS. Это делается с помощью «априорных» тестов, в которых входные данные для модели берутся из моделирования DNS, или «апостериорных» тестов, в которых результаты, полученные с помощью модели, сравниваются с результатами, полученными DNS. . Модели DNS и методы моделирования определенно станут основными областями исследований турбулентных потоков и горения в ближайшем будущем, и постепенно они смогут оказать значительную помощь в разработке новых систем сгорания.

Это издание направлено на сбор высококачественных исследовательских статей и обзоров, в которых рассматриваются последние достижения в области характеристик потока, смешивания воздух-топливо, процессов зажигания и сгорания, а также снижения выбросов. Соответствующие перспективы возможностей и проблем для альтернативных видов топлива и новых концепций сжигания также были включены в исследования как экспериментальных работ, так и численного моделирования.

Чжицзюнь Пэн
Танос Мегаритис
Чих-Джен Сун
Минору Яга
Пол Хеллер
Гуохун ​​Тянь

Страница не найдена | MIT

Перейти к содержанию ↓
  • Образование
  • Исследование
  • Инновации
  • Прием + помощь
  • Студенческая жизнь
  • Новости
  • Выпускников
  • О MIT
  • Подробнее ↓
    • Прием + помощь
    • Студенческая жизнь
    • Новости
    • Выпускников
    • О MIT
Меню ↓ Поиск Меню Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще! Что вы ищете? Увидеть больше результатов

Предложения или отзывы?

Объяснение функции двигателей с воспламенением от сжатия

Дизельные двигатели - это рабочие лошадки как в промышленности, так и в производительности.Но чтобы по-настоящему оценить их, важно понять, как они работают.

Дизельные двигатели являются основным двигателем в промышленности. Применение дизельных двигателей в тяжелых условиях, требующих высокого крутящего момента, прочности и превосходной экономии топлива, повсеместно. Отрасли автомобильного, морского и железнодорожного транспорта в значительной степени зависят от дизельной энергии, а не от бензиновых двигателей. Даже многие электростанции вырабатывают электроэнергию с помощью больших дизельных двигателей. И, конечно же, почти все тяжелое строительное, сельскохозяйственное и горнодобывающее оборудование работает на дизельном топливе.Мировая торговля эффективно работает на дизельной энергии. Несмотря на то, что они схожи по внешнему виду, важные различия отделяют дизельные и бензиновые двигатели друг от друга и определяют, какой тип двигателя лучше всего подходит для любого конкретного применения, включая грузовики и автомобили.

В отличие от обычного бензинового двигателя, дизельный двигатель впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр во время рабочего такта, который затем воспламеняется из-за высоких температур цилиндра.

Дизельные и бензиновые двигатели относятся к двигателям внутреннего сгорания (ВС).Топливо и воздух объединяются и сжигаются внутри двигателя для получения энергии. Подобно бензиновому двигателю, дизельный двигатель имеет цилиндры, коленчатый вал, шатуны и поршни для передачи энергии топлива от линейного к вращательному движению. Основное различие заключается в способе воспламенения топливно-воздушной смеси. Бензиновые двигатели - это двигатели с искровым зажиганием, а дизельные двигатели - это двигатели с воспламенением от сжатия.

Четыре такта, циклы двигателя внутреннего сгорания

  • Впуск
  • Сжатие
  • Горение (расширение)
  • Выхлоп

Эти циклы практически одинаковы для обоих типов двигателей, за исключением цикла сгорания, в котором бензиновый двигатель запускается искрой, а дизель - сжатием.Разница является ключевой в превосходстве дизеля для применений, требующих высокой эффективности, высокого крутящего момента и хорошей экономии топлива.

СГОРАНИЕ

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания забирает предварительно смешанное топливо и воздух через систему впуска, сжимает его в каждом цилиндре с помощью поршня и воспламеняет смесь с помощью свечи зажигания. Топливо добавляется во время такта впуска для создания желаемой топливно-воздушной смеси, готовой к сгоранию. Последующий цикл сгорания расширяет горящую смесь и повышает давление в цилиндре, чтобы толкнуть поршень вниз и создать крутящий момент.

В дизельном двигателе воздух и топливо предварительно не смешиваются. Воздух вводится в цилиндры и сжимается поршнем до гораздо более высокого давления, чем в бензиновом двигателе; в некоторых случаях до 25: 1. Это механическое или адиабатическое сжатие приводит к перегреву воздуха до 400 ° или более. В этот момент топливо впрыскивается в горячий сжатый воздух, вызывая его мгновенное воспламенение. В цилиндре создается более высокое давление, что создает больший крутящий момент для привода автомобиля.

Вот деталь, которую вы не найдете в дизельном двигателе.В отличие от бензиновых двигателей, которым требуется триггерное событие - сильный электрический разряд - для инициирования сгорания, дизельные двигатели полагаются исключительно на температуру сжатого воздуха в верхней мертвой точке.

КАЧЕСТВО СМЕСИ

Дизельные двигатели

обеспечивают более высокий КПД по нескольким причинам. Одна из веских причин заключается в том, что более высокое давление в цилиндре во время впрыска топлива создает гораздо более плотную смесь, которая дает более сильный удар; плотность смеси имеет первостепенное значение для создания энергии.Более высокая степень сжатия также заставляет топливо сгорать более полно, высвобождая больше энергии, поскольку дизельное топливо дает более высокую плотность энергии. Кроме того, уникальная способность дизеля впрыскивать топливо на протяжении большей части рабочего хода помогает создать более высокое среднее давление в цилиндре, чем сопоставимый бензиновый двигатель. Дизельное топливо также имеет смазывающий компонент, который помогает снизить трение в цилиндрах.

Камера сгорания в головке поршня дизельного двигателя представляет собой неглубокую камеру с центральным конусом для облегчения распределения смеси из топлива под высоким давлением, впрыскиваемого непосредственно над ней.«В высокопроизводительных приложениях решающее значение имеет сочетание угла распыления впрыска и конструкции тарелки», - отмечает JJ Zimmerman из Diamond Pistons. «Большая часть времени наших инженеров тратится на эту конкретную арену, поскольку именно здесь можно выиграть или проиграть гонки».

Хотя начало сгорания отличается от типичного бензинового двигателя, фундаментальное отличие также существует в конструкции камеры сгорания для оптимизации распыления топлива. В большинстве бензиновых двигателей камера сгорания находится в головке блока цилиндров, но в дизельном двигателе камера сгорания расположена внутри головки поршня.Поршень дизеля имеет контурное углубление или чашу в центре днища поршня, где происходит сгорание. В центре чаши конусообразный выступ находится прямо под топливной форсункой.

Конус и камера захваченного поршня под головкой блока цилиндров способствуют оптимизированному распылению топлива в пространстве сгорания под высоким давлением. Эта форма камеры конуса в короне обычно упоминается как конструкция «мексиканской шляпы» (сомбреро), и она почти универсальна для дизельных поршней.Высокоэффективная камера в центре поршня централизует большую часть силы, создаваемой циклом расширения (сгорания), и направляет ее прямо вниз по шатуну к ходу коленчатого вала.

Кованые сменные поршни из сплава 2618 компании Diamond Pistons для Cummins, Duramax и Power Stroke (показаны) заполняют пустоту для специалистов по восстановлению рабочих характеристик, нуждающихся в высококачественных сменных поршнях, соответствующих коэффициентам сжатия OEM и предлагающим полное покрытие поршня и пальцы из инструментальной стали DLC h23.

Другое отличие состоит в том, что дизельный двигатель дросселируется за счет подачи топлива, а бензиновый двигатель дросселируется за счет подачи воздуха. Поскольку воздушный поток не дросселируется, дизельный двигатель также не создает вакуума. Подача топлива осуществляется прямым впрыском в цилиндр, направленным прямо на верхнюю часть поршня. Это очень важно для качества топливной смеси и последующей эффективности сгорания.

Прямой впрыск делает процесс сгорания проще и эффективнее.Дизельные двигатели работают при значительно более бедном соотношении воздух-топливо, чем бензиновые двигатели, обычно от 25: 1 до 40: 1 по сравнению с обычным бензиновым диапазоном от 12: 1 до 15: 1. Современные дизельные двигатели с прямым впрыском впрыскивают топливо при давлении, приближающемся (или в некоторых случаях превышающем) 30 000 фунтов на квадратный дюйм. Это обеспечивает наилучшее возможное распыление не только для эффективного сжигания, но и с низким уровнем отходящего тепла. А бедные смеси являются ключевой причиной такой топливной экономичности дизелей.

СРОКИ

Еще одно интересное различие между дизельным и бензиновым двигателями - это синхронизация форсунок и синхронизация зажигания.В бензиновых двигателях под синхронизацией зажигания понимается момент, когда горение инициируется свечой зажигания. На дизельном двигателе синхронизация относится к началу события впрыска топлива, которое рассчитывается по времени, чтобы воспользоваться точкой максимального сжатия смеси.

Хотя в основном он используется в грузовых автомобилях, дизельные двигатели нашли большой успех в грузовых автомобилях. 6,8-литровый автомобиль Райана Милликена '66 Nova с двигателем Cummins - это автомобиль с радиальными шинами, который доказывает, что дизельное топливо многогранно. В двигателе используются поршни Diamond Pistons и турбонагнетатель Massive Garrett GTX5533R, позволяющий совершать дымные пасы на четверть мили.

ТУРБОНАДДУВ

Для дизельных двигателей

требуются более прочные компоненты, в первую очередь из-за более высокого давления в цилиндрах и высокого крутящего момента. Давление в цилиндрах постепенно возрастает до 3600 фунтов на квадратный дюйм в современных приложениях с турбонаддувом и более 8000 фунтов на квадратный дюйм в приложениях с высокой производительностью. На 4-дюймовом отверстии это может составлять 45 000 фунтов давления, толкающего поршень вниз. Следовательно, блок цилиндров, коленчатый вал, шатуны, поршни, головки цилиндров и клапаны - все значительно более прочное, чем у бензинового двигателя.Поскольку они предназначены для работы под высоким давлением, большая часть дизельных двигателей оснащена турбонаддувом.

Турбокомпрессоры

идеально подходят для дизелей, поскольку они повторно используют отработанные выхлопные газы для эффективного наддува двигателя, который уже разработан для работы при высоком давлении в цилиндрах. Тепловой КПД дизельного двигателя эффективно повышается за счет турбонаддува, поскольку он существенно увеличивает объем воздуха, поступающего в двигатель, что позволяет впрыскивать больше топлива.Топливо создает энергию, но для ее разблокировки требуется воздух.

Отношение крутящего момента к мощности дизельных двигателей обычно составляет около 2: 1, но многие промышленные двигатели достигают отношения 3: 1 или 4: 1 в отличие от типичного отношения 1: 1, создаваемого бензиновым двигателем. Дизели обладают эффективным крутящим моментом, потому что они создают высокое давление в цилиндре за счет очень эффективного сгорания, и они применяют его к длинному ходу коленчатого вала, что увеличивает рычаг. Турбонаддув добавляет совершенно новый фактор в уравнение крутящего момента, поскольку он снижает насосные потери во время такта впуска и резко увеличивает давление в цилиндре во время рабочего такта.Дизели любят повышать давление. Дизельные двигатели нередко работают в два, три или более раз над давлением наддува, обычно используемым в бензиновых двигателях.

На отечественном рынке дизельных двигателей преобладают двигатели GM Duramax, Dodge Cummins и Ford PowerStroke.

УПРАВЛЕНИЕ ВПРЫСКАМИ

Среди других распространенных практик настройки увеличение времени впрыска и его ранний запуск создает большее давление в цилиндре. Множественные события впрыска (пилотный впрыск) за цикл мощности теперь также являются обычным явлением.Таким образом, сгорание инициируется и усиливается за счет последующих впрысков в течение каждого цикла. Это позволяет максимально использовать преимущества более высоких уровней наддува и эффективности сгорания для создания более высокого давления в цилиндрах.

По своей природе процесс сгорания в дизельном двигателе имеет тенденцию сопротивляться плавности и однородности, в первую очередь из-за колебаний нагрузки и температуры. Важнейшей целью ужесточения контроля над процессом впрыска является уменьшение отклонений сгорания от цикла к циклу. Современные датчики и система управления двигателем помогают сгладить ситуацию, а современные дизели тише и мощнее, чем когда-либо.Системы управления и впрыск Common Rail под более высоким давлением теперь могут производить до трех впрысков на одно событие сгорания, и они могут варьировать каждый впрыск с большим или меньшим количеством топлива и более высоким или более низким давлением, что считается необходимым для оптимального сгорания.

Diamond предлагает поршни для популярных дизелей в кованой конфигурации 2618, а также термическое покрытие и покрытие юбки, а также булавки из инструментальной стали.

УДВИЖЕНИЕ ПОРШНЯ ДИЗЕЛЯ

Все это делает поршень главным в повышении давления сгорания.Хотя дизели обычно имеют очень прочную архитектуру, поршень - это тот игрок, которому необходимо постоянно повышать свою квалификацию.

Diamond Pistons представляет собой полную линейку сменных поршней из кованого алюминия для всех распространенных дизельных платформ последних моделей. Среди них основными игроками являются Dodge Cummins, GM Duramax и Ford Power Stroke. Эти поршни поддерживают рынок дизельных двигателей, восстанавливающих рабочие характеристики, благодаря стандартным и негабаритным поршням из сплава 2618 из сплава 2618, которые жестко анодированы и поставляются с запястьями из инструментальной стали H23 с алмазоподобным покрытием (алмазоподобное покрытие) - отличный шаг в обеспечении высококачественных поршней для соревнований и гоночных дизелей.