проблемы и способы их решения

Самая горячая деталь под капотом автомобиля – это коллектор системы выпуска отработанных газов. Если бы они отработали полностью, о чём мечтают разработчики моторов, то температура на выпуске равнялась бы температуре на впуске, то есть забортной, но реальность намного хуже.

Содержание статьи:

• 1 Что такое выпускной коллектор
• 2 Какая температура выхлопных газов бензинового и дизельного двигателя
• 3 Как измерить температуру выпускного коллектора
• 4 Проблемы, связанные с повышенной температурой
• 5 Способы снижения температуры выхлопа

Даже у исправного двигателя коллектор разогревается до нескольких сотен градусов Цельсия, а уж если случаются неполадки или мотор форсирован, то выхлопные патрубки можно разглядывать в темноте, они начинают излучать свет в видимом диапазоне, начиная с тёмно-красного и выше.

Что такое выпускной коллектор

В каждом цилиндре двигателя гражданского автомобиля, то есть не спорткара или спецавтомобиля, присутствуют один или два выпускных клапана.

Они открываются на такте выпуска, осуществляя очистку цилиндра от продуктов горения, то есть газов с высоким давлением и температурой. Сбрасывается газ в систему выпуска, первой по ходу частью которой и будет выпускной коллектор.

Это интересно: Основные причины потери мощности двигателя

Его задача состоит в том, чтобы свести потоки от всех цилиндров в единый выхлопной канал. Могут быть разные конфигурации, чаще всего это схема 4 в 1.

Она же используется и на моторах V8, где такой коллектор присутствует на каждой из головок. То есть на выходе газы от всех цилиндров соединяются в единый поток.

Простота тут кажущаяся. Дело в том, что поток неравномерный, он пульсирует по мере открытия разных клапанов.

И пульсации давления могут помешать свободе выхлопа, это тут же скажется на важнейшем факторе отдачи двигателя – наполнении цилиндров. При неудачной организации всё произойдёт по типичному сценарию – упадёт мощность и увеличится расход топлива.

Результатом оптимизации выпуска стали тщательно просчитанные формы выпускных коллекторов. Цилиндры минимально мешают друг другу, а если двигатель настроен на максимальную отдачу, то и помогают, газовые пробки буквально вылетают из каналов под действием резонансного разрежения.

Такие коллекторы сложной формы делаются из жаропрочной стали, а обычные – отливаются из чугуна. Отсюда и проблемы с температурной стойкостью.

Какая температура выхлопных газов бензинового и дизельного двигателя

Обычно газы успевают расшириться и сбросить температуру до 300-500 градусов. Но в отдельных случаях она превышает 1000 °C, что вызывает перегрев материала.

Причин может быть много:

• плохо отрегулирована топливная система, идёт догорание в коллекторе;
• слишком позднее зажигание;
• некачественный бензин;
• неисправен каталитический нейтрализатор;
• проблемы с зажиганием, пропуски воспламенения;
• злоупотребление предельными режимами;
• нарушены фазы газораспределения;
• неудачный чип-тюнинг;
• у дизелей неправильно устанавливается момент впрыска;
• вторая чисто дизельная проблема – недостаток воздуха на впуске, здесь всё наоборот, медленно горит богатая смесь.

Перегрев здесь достаточно опасен, поэтому некоторые моторы оснащаются датчиками температуры выхлопных газов, так называемыми EGT-сенсорами.

Особенно это актуально при наличии турбонаддува. Починить или заменить перегретый коллектор куда дешевле, чем покупать новую турбину.

Как измерить температуру выпускного коллектора

У всех моторов предусмотрена разная температура на выпуске. Для определения наличия неисправности можно оценить её текущее значение и сравнить с типовым для данного двигателя.

В экстремальных случаях это сразу видно по свечению, его цвет достаточно точно связан с температурой. Начало свечения – примерно 700-800 градусов, яркий красный цвет – это уже намного больше 1000.

При нормальных условиях коллектор не светится, поэтому при отсутствии EGT датчика можно воспользоваться цифровым пирометром или обычной термопарой в комплекте с вольтметром.

Проблемы, связанные с повышенной температурой

При перегреве коллектор будет скорее всего разгерметизирован, то есть на нём появятся трещины, усилится шум двигателя, будет греться и загрязняться подкапотное пространство, газы проникнут в салон.

Но это уже последствия основной неисправности, из-за которой и повысилась температура. Она может привести и к более серьёзным повреждениям, начиная от роста расхода и заканчивая разрушением двигателя и пожаром.

Прочитай: Какая должна быть температура охлаждающей жидкости для нормальной работы двигателя

Потребуется диагностика с использованием инструментальных средств. Анализируются все параметры, связанные с топливной системой, зажиганием, газораспределением.

При помощи эндоскопа надо проверить состояние катализатора. Им же контролируются выпускные клапаны, состояние поршней, свечей, количество нагара.

Особое внимание уделяется турбодизелям. Если не локализовать и не устранить причину, то ремонт обойдётся гораздо дороже бензинового аналога.

Способы снижения температуры выхлопа

Догорание смеси в коллекторе устраняется настройкой систем впрыска и зажигания. В современных моторах этим управляет электронный блок, но он не со всеми отклонениями способен справиться и даже их заметить.

Надо проверить показания датчиков, замерить давление топлива, обеспечить отслеживание выхлопа кислородными датчиками.

Фазы газораспределения можно проверить датчиками давления в цилиндрах без контроля по меткам, которые не всегда дают нужный результат.

Качество топлива косвенно оценивается по текущему углу опережения, он корректируется автоматически по сигналам датчика детонации.

Особенно критичны настройки газовой аппаратуры, если она установлена. Газ в принципе горит медленнее, то есть температура на выпуске растёт. Плохое дозирование доведёт её до предельной и выше.

Температура выхлопных газов-под контроль! — e92.ru

Любой отказ любого двигателя любого транспортного средства вызывает массу острых ощущений, потому что он происходит (в большинстве случаев) в тот самый момент, когда Вы требуете от него максимальной отдачи: взлет, набор высоты, уход на второй круг… Можно подумать, что если в момент обгона (это уже про автомобили) двигатель чихнет с провалом мощности, то все будут в диком восторге…

Так что же лучше? Одеть розовые очки — «да то ж иномарка, чё ей будет…» или, прочитав «Руководство по эксплуатации» от «А» до «Я», быть готовым к внезапному отказу? Мое мнение, что второй вариант предпочтительнее, а лучший вариант — предотвратить отказ…. . А что для этого надо? — Грамотная эксплуатация при своевременном обслуживании вместе с контролем и диагностикой.

Отказы кривошипного механизма и цилиндро-поршневой группы наиболее опасны из-за «внезапности» и тяжести последствий. Основная масса таких отказов связана с нарушениями процесса сгорания. Возникает необходимость контроля и понимания данного процесса.

• I. Нормальное сгорание топливовоздушной смеси
• II. Нарушения процесса сгорания
• III. Выводы, литература

Дмитрий Петров
Технический директор АО «Авиагамма»

I. Нормальное сгорание топливовоздушной смеси

Топливо-воздушная смесь сжимается во время хода поршня вверх и в определенный момент, называемый «моментом зажигания», воспламеняется электрической искрой. Существует также термин «опережение зажигания» — величина, измеряемая в градусах поворота коленвала (ПКВ) или в миллиметрах движения поршня и показывающая опережение момента зажигания времени достижения поршнем верхней мертвой точки (ВМТ).

На рис.1 представлена индикаторная диаграмма — зависимость давления в камере сгорания от угла ПКВ, дающая наглядное представление процесса сгорания.

 
Процесс сгорания начинается в конце такта сжатия, когда поршень, сжимая топливо-воздушную смесь, приближается к ВМТ. В момент зажигания (А) искровой разряд вызывает мгновенный (около 10-5с или одной сотой доли микросекунды) разогрев смеси до температуры более 1000°С в очень малом объеме между электродами свечи, приводящий к термическому разложению, ионизации молекул топлива и кислорода и воспламенению смеси. Возникает очаг горения, насыщенный продуктами сгорания, и поверхность раздела между ним и несгоревшей смесью (фронт пламени). Если объем очага достаточен для прогрева и воспламенения соприкасающихся с ним слоев смеси (это зависит, в основном, от мощности искрового разряда, температуры и давления смеси в конце такта сжатия), то процесс сгорания начинает распространяться по объему камеры сгорания от свечи в сторону еще не сгоревшей смеси со скоростью менее 1 м/с.

Турбулентные потоки, возникающие при наполнении и сжатии смеси, искривляют и разрушают четкие границы фронта пламени: объемы горящих компонентов внедряются в негорящую смесь. Площадь поверхности фронта резко возрастает, а вместе с ней повышается и скорость распространения фронта — до 50-80 м/с.(точка (В) на индикаторной диаграмме).

Ускоряющееся движение фронта вызывает все более быстрое воспламенение и сгорание новых порций смеси. В результате температура и давление в камере сгорания резко увеличиваются. Точка С, соответствующая максимуму давления (5…6 МПа), примерно совпадает с моментом достижения фронтом пламени стенок цилиндра. Уменьшение количества смеси и теплоотвод от газов в стенки цилиндра приводят к падению скорости сгорания. Температура продуктов сгорания, достигнув максимума (более 2000°С) несколько позже, чем давление, начинает падать вместе с началом движения поршня вниз. Процесс сгорания, занявший З0 — 400 ПКВ, закончился. Начинается процесс расширения — такт рабочего хода.

Нормальный процесс сгорания характеризуется следующими параметрами:

• скорость распространения пламени — 50-80 м/с. 
• величина и момент максимального давления — 5-6 МПа, 12…150 после ВМТ 
• величина и момент максимальной температуры — 2100-2300°С, 25…300 после ВМТ. 

На указанные параметры существенное влияние оказывают многие факторы:

1. Конструкция и размеры камеры сгорания; 
2. Степень сжатия; 
3. Количество остаточных газов; 
4. Опережение зажигания; 
5. Мощность искры; 
6. Скорость вращения коленвала; 
7. Температура стенок камеры сгорания; 
8. Температура топливовоздушной смеси; 
9. Давление топливовоздушной смеси; 
10. Качество топливовоздушной смеси; 

11. Свойства топлива; 
12. Состояние двигателя. 

Только часть из этих параметров эксплуатант может контролировать и еще меньшую часть обязан контролировать. При выполнении требований по установке, эксплуатации и обслуживания двигателя все параметры будут в норме, и производитель гарантирует нормальный процесс сгорания, т. е. нормальную работу двигателя.

Это в идеале, а в реальных условиях эксплуатации получить аномальный процесс сгорания не сложно, учитывая особенности национального воздухоплавания и бензиноварения.
Возникает необходимость контролировать сам процесс сгорания. Самый доступный способ — контроль температур: головки цилиндра (ТГЦ) и выхлопных газов (ТВГ).

ТГЦ — комплексный параметр. На величину ТГЦ оказывает влияние температура сгорания и эффективность система охлаждения. Инерционность параметра зависит от теплопроводности материала головки.

ТВГ — параметр, косвенно характеризующий процесс сгорания топлива. Измерение практически безинерционно. Существенным недостатком данного параметра является неоднозначность и сложность анализа. Для полноценного использования указателя ТВГ как оперативного и диагностического средства контроля необходимо, как минимум, знать нормальные значения ТВГ и влияние на них различных изменений в условиях эксплуатации и отклонений в процессе сгорания. На рис 2. Представлен типовой график зависимости ТВГ от частоты вращения коленвала.

II. Нарушения процесса сгорания

Наиболее распространенные причины нарушения процесса сгорания:

• Неисправность топливной системы
• Неисправность системы зажигания
• Выстрелы (хлопки)
• Калильное зажигание
• Дизелинг
• Детонационное сгорание
• Бензин с низким октановым числом или фальсифицированный бензин

1. Неисправность топливной системы

Под данной неисправностью подразумевается любое нарушение или отказ, вызывающие обеднение или обогащение топливо-воздушной смеси.

Количество воздуха (или кислорода), необходимое и достаточное для полного окисления топлива (в СО2 и Н2О), называется теоретически необходимым количеством воздуха (или кислорода). В среднем для сгорания 1 кг топлива необходимо 14,8 кг воздуха. В действительности эта величина сильно зависит от состава бензина (способа получения) и может колебаться от 13,8 до 15,2.

Количество воздуха, при котором происходит сгорание топлива, может отличаться от теоретически необходимого. В этом случае сгорание происходит с избытком или недостатком воздуха. Для оценки соотношения между топливом и воздухом используется коэффициент избытка воздуха альфа — отношение количества располагаемого для сгорания воздуха к теоретически необходимому.

При альфа < 1,0 (недостаток воздуха) сгорание будет неполным. В этом случае смесь называется богатой. При альфа = 1,0 смесь называется теоретической. При альфа > 1,0 (избыток воздуха) смесь называется бедной. Многоцилиндровый двигатель может устойчиво работать в диапазоне альфа от 0,5 до 1,15.

Влияние коэффициента избытка воздуха на процесс сгорания и тепловое состояние двигателя даны на рис. 3 и 4.

  
У карбюраторных авиационных двигателей коэффициент избытка воздуха заключен в пределах 0,70…1,10. Чаще всего двигатели работают на богатой смеси с недостатком воздуха. Объясняется это тем, что двигатель развивает наибольшую мощность при богатой смеси 0,85…0,90. На взлетном режиме смесь обогащается до 0,75…0,80 для снижения рабочих температур головок цилиндров и выпускных клапанов. С уменьшением нагрузки (дросселированием) тепловое состояние двигателя становится менее напряженным, что дает возможность перейти на более бедные смеси. Работа на бедной смеси (1,05…1,10) сопровождается падением мощности (на 4…6%) и увеличением экономичности (на 10…15%) по сравнению с работой на составе смеси, соответствующей максимальной мощности двигателя. У многоцилиндровых двигателей, обычно страдающих неравномерностью распределения топлива по цилиндрам, приходится устанавливать состав смеси по наиболее бедно работающим цилиндрам. В этом случае редко удается обеспечить устойчивую работу при значениях альфа > 1,05 (для всего двигателя). Работа на бедных смесях возможна только при дросселировании, при мощностях порядка 0,6…0,9 номинальной мощности. На режиме малого газа смесь необходимо обогатить до 0,65…0,70 для обеспечения устойчивой работы и улучшения приемистости. Для надежного запуска холодного двигателя требуется еще большее обогащение смеси до 0,45…0,55.

Оптимальный состав топливо-воздушной смеси на всех режимах работы двигателя должен обеспечивать карбюратор. Шесть систем карбюратора:

• поплавковая камера, 
• пусковая система, 
• система холостого хода, 
• промежуточная система, 
• система частичной нагрузки, 
• система полной нагрузки 

отвечают за приготовление топливовоздушной смеси на различных режимах работы двигателя (рис. 5).

 
Учитывая характеристику карбюратора можно сделать следующие выводы:
1. Небольшое обогащение топливо-воздушной смеси сопровождается уменьшением температуры головки цилиндра и выхлопных газов. 
2. Небольшое обеднение топливо-воздушной смеси сопровождается значительным ростом температуры головки цилиндра и выхлопных газов. Наиболее опасно обеднение смеси на режимах 4500…5000 об/мин и 6000…6800 об/мин. 
3. Сильное обеднение или обогащение смеси вызывает значительное падение температуры головки цилиндра и выхлопных газов. Т.к. падает скорость сгорания, максимум давления достигается в более поздний момент, что вызывает жесткую работу двигателя. 
4. Сильное обеднение смеси (уменьшение подачи топлива) вызывает снижение мощности, происходит самопроизвольное падение оборотов, как правило до 4500 об/мин (наименьший удельный расход топлива). 
5. Сильное обеднение или обогащение смеси в одном из цилиндров сопровождается повышенными вибрациями, падением температур данного цилиндра, пропусками зажигания и полным отключением цилиндра. 

Основные причины обогащения смеси:
• загрязнения воздушного фильтра, 
• нарушение регулировки карбюратора (одной или нескольких систем), 
• повышенное давление топлива, 
• «тяжелый» воздушный винт. 
Основные причины обеднения смеси:
• подсос воздуха в топливную систему или впускной патрубок, 
• нарушение регулировки карбюратора (одной или нескольких систем), 
• снижение производительности насоса, 
• засорение элементов топливной системы, 
• неправильная установка крейсерского режима (при движении РУД от высоких оборотов к низким) (Рис. 6). 
• «легкий» воздушный винт. 

2. Неисправность системы зажигания

Наиболее распространенная неисправность системы зажигания — пропуски воспламенения. Учитывая зависимость высоковольтного напряжения от оборотов и напряжения пробоя от зазора между электродами (рис. 7), основными причинами этого может быть:
• увеличенный зазор между электродами. 
• утечка высоковольтного тока (пробои ВВ части системы зажигания, отложения и нагар на свечах, повреждения изолятора). 
• недостаточное напряжение (отказ генератора, датчика, электронного блока). 

 
Т.к. каждую камеру сгорания обслуживают две независимые свечи, то кратковременные пропуски зажигания одной из свечей незаметны ни на слух, ни по ТВГ. Длительные пропуски или отказ одного контура вызывают падение ТВГ, снижение мощности, т.к. сгорание происходит не полностью. На некоторых режимах из-за неполноты сгорания топлива создаются условия, при которых в следующем цикле воспламенение невозможно. В работе двигателя возникают перебои (вздрагивания).

Опережение зажигания в процессе эксплуатации не меняется и не требует регулировок. Но если регулировка выполнялась, то возможна ошибка в ту или иную сторону.

На рис. 8 показано изменение индикаторной диаграммы при отклонении опережения зажигания.
На рис.9 дана зависимость мощности и температуры двигателя от угла установки зажигания.

1. Раннее зажигание вызывает повышение температуры двигателя из-за увеличения времени и поверхности соприкосновения горячих газов со стенками камеры сгорания. По этой же причине происходит снижение ТВГ. При раннем зажигании двигатель работает жестко со звонким стуком. Чрезмерно раннее зажигание приводит к падению мощности и может вызвать калильное зажигание и/или детонацию. 

2. Позднее зажигание вызывает понижение температуры двигателя, повышение ТВГ, снижение мощности. При позднем зажигании двигатель работает жестко с глухим стуком. 

3. Выстрелы (хлопки)

Выстрелы во впускной системе обычно появляются именно тогда, когда топливо-воздушная смесь горит слишком медленно и/или поздно воспламенилась. При этом смесь способна продолжать гореть даже на такте выпуска. А поскольку в любом двигателе существует перекрытие клапанов (продувка), продукты сгорания получают возможность поджечь свежую смесь, начавшую поступать в цилиндр. Тогда быстрое распространение пламени из цилиндра во впускные каналы создает характерный «хлопок» — своеобразный взрыв на впуске.
Выстрелы в глушителе связаны с накоплением в нем несгоревшей топливо-воздушной смеси. При работе двигателя с пропусками воспламенения в отдельных цилиндрах и/или неполным сгоранием горючая смесь скапливается и способна воспламениться с характерным «выстрелом», к примеру, при резком открытии дроссельной заслонки. Выстрелы в глушителе происходят и при недостаточном охлаждении двигателя на режиме малого газа перед выключением. После выключения зажигания коленвал совершает несколько оборотов, и топливо-воздушная смесь попадает в глушитель. Если температура глушителя достаточна для самовоспламенения смеси (415…425°С), то происходит взрыв.

4. Калильное зажигание

Калильное зажигание — это преждевременное самовоспламенение топливо-воздушной смеси от раскаленного вещества, например нагара, образовавшегося в камере сгорания, или от перегретых (более 700…800°С) деталей — свечей зажигания, головки, выпускных клапанов и др. Калильное зажигание нарушает процесс нормального сгорания бензина, имеет непосредственную связь с развитием или возникновением детонации. Сгорание при калильном зажигании по своей физической сущности похоже на нормальное сгорание, но начинается раньше, на большей площади и идет быстрее. Преждевременное воспламенение — саморазвивающийся процесс, поэтому момент самовоспламенения наступает все раньше и раньше. Сильно возрастает давление и температура в камере сгорания, максимумы которых могут достигнуть еще до прихода поршня в ВМТ (рис. 10). Все это вызывает рост нагрузок на детали цилиндро-поршневой группы и коленвала, увеличение шумности работы двигателя, в том числе стуки глухого тона, которые довольно сложно выделить из ряда звуков мотора. Но главное — калильное зажигание приводит к значительному росту тепловых нагрузок на поверхности, образующие камеру сгорания. Как правило, происходит оплавление и/или прогар поршня и оплавление электродов свечи зажигания. При калильном зажигании повышается температура двигателя и падает ТВГ.

Наиболее вероятные причины возникновения калильного зажигания:
• применение более горячих свечей, 
• детонация, 
• большое количество нагара, 
• перегрев двигателя, 
• некачественный бензин, 
• сильное дросселирование (несоответствие оборотов двигателя положению РУД — легкий винт и ВИШ в том числе; пикирование) вызывает повышение температуры головки (из-за большого количества остаточных газов) и температуры выхлопных газов (из-за уменьшения скорости сгорания). При этом режиме происходит небольшое обеднение смеси, что дополнительно увеличивает рост температур и повышает вероятность возникновения детонации.

5. Дизелинг

Дизелинг — самопроизвольная работа двигателя после выключения зажигания. Многие это явление ошибочно называют калильным зажиганием или детонацией.

При выключении зажигания частота вращения коленвала падает (*) и увеличивается время цикла сжатия, т.е. время контакта топливовоздушной смеси с горячими деталями. Этого времени достаточно для самовоспламенения. Происходит самовоспламенение смеси, совершается рабочий ход, увеличивается частота вращения коленвала, время цикла сжатия уменьшается. Самовоспламенение становиться невозможным, частота вращения коленвала падает…(повторите чтение абзаца с места, обозначенного (*))…

Дизелинг редко встречается на авиационных двигателях и однозначно указывает на низкое качество бензина, перегрев двигателя и большое количество нагара. Более часто встречается подобная по внешним признакам работа двигателя при обрыве (нарушении контакта) одного из проводов выключения зажигания.

6. Детонационное сгорание

Детонационное сгорание — аномальный процесс сгорания, при котором наиболее удаленная часть топливо-воздушной смеси объемно самовоспламеняется с образованием ударных волн.
После воспламенения рабочей смеси от искры фронт пламени распространяется по камере сгорания. Давление и температуры в этой части заряда повышаются до 5…6 МПа и 2000…2300°С. Наиболее удаленная от фронта пламени часть смеси нагревается в результате поджатия до температуры, превышающей температуру самовоспламенения. Но при нормальном сгорании самовоспламенение не происходит, т.к. не хватает времени для его развития. Но если создать условия (факторы, влияющие на появление детонации, указаны ниже), то самовоспламенение произойдет с взрывным характером: давление в зоне резко увеличивается до 16 МПа, температура — до 3000…4000°С. Скорость распространения взрывной волны в десятки раз превышает скорость распространения пламени при нормальном сгорании и составляет 1500…2000 м/с.

Интенсивность детонации зависит от того, какая часть циклового заряда топлива перейдет во взрывное сгорание, что определяется главным образом химическим строением углеводородов топлива, температурой и давлением газов. Если нормально сгорает 93…95 % рабочей смеси, а детонирует 5…7 %, то наблюдается слабая детонация. Если же со взрывом сгорает 20…25 % циклового заряда, то возникает очень сильная детонация, часто приводящая к аварии. На рис. 11 дана индикаторная диаграмма двигателя работающего с сильной детонацией.  

Детонационные волны многократно ударяются и отражаются от стенок камеры сгорания, вызывая характерный металлический стук, разрушая пристеночный слой газов с пониженной температурой и масляную пленку на стенках цилиндра.

Все это способствует повышению теплоотдачи в стенки цилиндра, камеры сгорания, тарелки клапанов, днище поршня, вызывая их перегрев и оплавление; повышенный износ верхней части цилиндра, поломка поршней (межкольцевые перемычки, юбки) и колец, разрушение подшипников. При работе с детонацией происходит отслоение частиц нагара от стенок камеры сгорания и днища поршня. Типичное разрушение поршня при детонации: верхнее кольцо срезает перемычку, ломает второе кольцо и перемычку под ним, заклинивая маслосъемное кольцо.

Увеличение теплоотдачи в стенки камеры сгорания, а также неполнота сгорания топлива вызывают резкое увеличение ТГЦ и падение ТВГ.

«Вы увидели темный (черный) выхлоп с зеленоватым оттенком??? Так то была детонация………… Почему „была“? Да потому, что вовремя Вы ее не заметили и теперь алюминий от разрушающегося поршня вылетает через выхлопную трубу. Довести двигатель до состояния столь сильной детонации, к счастью, дано не каждому.» — конец цитаты.

Детонация как химическое явление.

Основная причина возникновения детонации — образование и накопление в рабочей смеси активных перекисей (кислородсодержащих веществ), которые разлагаются в последней фазе сгорания, выделяют избыточную энергию и вызывают взрывное сгорание топлива. Пероксиды (R — О — О — R) и гидроперекиси (R — О — О -Н) — это первичные продукты окисления углеводородов топлива. Они образуются при прямом присоединении молекулы кислорода к углеводородам. Если присоединение молекулы происходит по С — С связи, получается перекись, а если по С — Н связи, то гидроперекись. При дальнейшем окислении накапливаются альдегиды, органические кислоты, спирты и другие соединения Конечными продуктами являются углекислый газ и вода.

Процессы окисления носят цепной характер. Согласно теории цепных реакций, вместе с образованием конечных продуктов окисления восстанавливаются нестойкие активные соединения, которые вновь разлагаются, выделяют теплоту и становятся новыми очагами реакций окисления. В результате непрерывно повторяющихся реакций появляются цепи с большим числом активных центров, вызывающих самоускорение реакции.

В двигателе окисление топлива кислородом воздуха начинается в процессе наполнения и сжатия горючей смеси. Чем выше степень сжатия, тем больше давление и температура цикла, интенсивнее протекают процессы окисления. Эти процессы еще более энергично продолжаются после воспламенения топлива, особенно в тех порциях рабочей смеси, которые сгорают последними: здесь количество продуктов окисления максимально. Когда концентрация нестойких соединений достигает критического значения для данного вида топлива, происходит взрывное сгорание оставшейся части несгоревшей рабочей смеси.

Очевидно, что из многочисленных факторов, препятствующих детонационному сгоранию, наиболее важным является правильный подбор химического состава бензина для данного типа двигателя. Если бензин обладает малой детонационной стойкостью, то в нем накапливается много перекисных соединений, способных выделять атомарный кислород и вызывать детонацию. У бензинов с высокой детонационной стойкостью концентрация продуктов окисления недостаточна для возникновения детонации. Более того, скорость воспламенения и сгорания высокооктановых бензинов ниже, чем низкооктановых.

Кроме химического состава топлива и конструктивных особенностей двигателя (степень сжатия, форма камеры сгорания, турбулизация заряда, количество и расположение свечей) на возникновение детонации некоторое влияние оказывают и условия эксплуатации:

1. Состав топливо-воздушной смеси. Наибльшая детонация наблюдается при коэффициенте избытка воздуха близком к 0,9. Обогащение смеси (альфа < 0,9) или её обеднение (альфа > 0,9) снижает вероятность детонации из-за недостаточного количества кислорода для образования перекисей и снижения температур сгорания и камеры сгорания.  

2. Распространенным приемом снижения детонации является уменьшение угла опережения зажигания. При этом снижается максимальное давление и скорость нарастания давления, т.е. происходит меньшее поджатие смеси, находящейся перед фронтом пламени. 
3. Все факторы повышающие температуру и давление в цилиндре увеличивают склонность к детонации и наоборот. Типовые случаи: 

o В карбюраторы подается горячий воздух из под капота в летнее время!!!!  
o Перегрев двигателя из-за недостаточной эффективности системы охлаждения. 
o Нагар на деталях камеры сгорания ухудшает теплоотвод от них и увеличивает степень сжатия. Нагар, как катализатор, ускоряет процесс окисления. 

4. Влажный воздух снижает вероятность детонации, т.к. часть тепла затрачивается на испарение воды, а также вследствие некоторого антидетонационного эффекта водяных паров. 

5. Октановое число легких фракций бензина меньше, чем у средних и тяжелых. При резкой приемистости тяжелые фракции поступают в цилиндр с некоторой задержкой, что приводит к появлению детонации. То же касается антидетонационных присадок. 

6. Уменьшение нагрузки. Дросселирование связано с увеличением остаточных газов в цилиндре из-за ухудшения продувки, что вызывает уменьшение давления, температуры и скорости сгорания. В результате снижается склонность к детонации. 

7. Сильное дросселирование (несоответствие оборотов двигателя положению РУД — легкий винт и ВИШ в том числе; пикирование) вызывает повышение температуры головки (из-за большого количества остаточных газов) и температуры выхлопных газов (из-за уменьшения скорости сгорания). При этом режиме происходит небольшое обеднение смеси, что дополнительно увеличивает рост температур и повышает вероятность возникновения детонации. 
7. Бензин с низким октановым числом или фальсифицированный бензин

Рабочим телом карбюраторного двигателя внутреннего сгорания с принудительным искровым зажиганием является топливо-воздушная смесь, приготовляемая в карбюраторе из топлива и воздуха в заданном соотношении.

При снижении октанового числа скорость сгорания топливо-воздушной смеси увеличивается, что вызывает повышение температуры двигателя и снижение температуры выхлопных газов (рис. 12).

 
Работа двигателя на некачественном (фальсифицированном) или низкооктановом бензине сопровождается ростом температуры двигателя. Температура выхлопных газов, как правило, ниже нормальной, но может быть и выше, в зависимости от базовых компонентов бензина и присадок (добавок) использованных для повышения детонационной стойкости бензина (снижения скорости сгорания топливовоздушной смеси).

III. Выводы, литература

1. Процесс сгорания, а значит, и температура выхлопа зависят от многих факторов, начиная от температуры окружающего воздуха и заканчивая объемом поглощенной пищи летчиком и/или пассажиром, но не так значительно, чтобы вызвать отказ двигателя. 
2. Резкое изменение температуры выхлопа (отклонение от привычных значений) в полете возможно из-за неправильного выбора режима или отказа топливной системы.  
3. Резкое изменение температуры выхлопа (отклонение от привычных значений) после обслуживания двигателя связано, как правило, с тем действием, которое выполнил техник — регулировка карбюратора, снятие-установка агрегата топливной системы, заправка бензином. 
4. Наиболее опасные аномалии — детонация и/или калильное зажигание не возникают сразу в обоих цилиндрах, поэтому не допускайте эксплуатацию двигателя с большой разницей температур выхлопа. 
5. Опасна не только высокая температура выхлопных газов, но и низкая. 
Процессы сжатия, сгорания и расширения в двухтактных и четырехтактных двигателях не имеют принципиальных отличий, поэтому данный материал применим для обоих типов двигателей.

Литература:
1. Пай Д. Р. Двигатели внутреннего сгорания. М., 1940. 
2. Теория авиационного двигателя/Под редакцией Е. П. Бугрова. М., 1940. 
3. Итинская Н. И. Топливо, масла и технические жидкости. М. 1989. 
4. Двигатели внутреннего сгорания/Под редакцией В. Н. Луканина. М., 1995

SerDuke

Когда температура выхлопных газов становится причиной для беспокойства?

Связанное видео

Q:

У меня есть четырехдверный уличный пикап Ford 1940 года выпуска, Corvette 1974 года с четырехболтовой главной передачей 350 и трансмиссией 700-R4. Я расточил двигатель на 0,030 и полностью переделал. Он имеет мягкий кулачок Edelbrock, гидравлические подъемники и зубчатую передачу. Имеет коллекторы с керамическим покрытием. Меня беспокоит, что некоторые цилиндры греются. Когда двигатель прогрет, с помощью инфракрасного термометра я получаю следующие показания на коллекторных трубках на холостом ходу:

.hdr {
цвет:#FFFFFF;
шрифт: полужирный 20px verdana, arial, Helvetica;
цвет фона:#000000;
}
.hdr1 {
цвет:#FFFFFF;
шрифт: полужирный 14px verdana, arial, Helvetica;
цвет фона:#000000;
}
. hdr2 {
цвет:#000000;
шрифт: полужирный 14px verdana, arial, Helvetica;
background-color:#dddddd;
}
.hdr3 {
цвет:#000000;
шрифт: 12px verdana, arial, Helvetica;
background-color:#FFFFFF;
}

Цилиндр № 1	300 градусов по Фаренгейту
Цилиндр № 2	300 градусов по Фаренгейту
Цилиндр № 3	530 градусов по Фаренгейту
Цилиндр № 4	450 градусов по Фаренгейту
Цилиндр № 5	360 градусов по Фаренгейту
Цилиндр № 6	470 градусов по Фаренгейту
Цилиндр № 7	350 градусов по Фаренгейту
Цилиндр № 8	390 градусов по Фаренгейту

У меня три цилиндра работают горячее остальных. Я спрашивал у нескольких механиков и одного производителя двигателей, что может быть причиной этого, но ни у кого нет ответа. Может быть, это не повод для беспокойства?

Хэл Беннетт

A:

Вы правы, не о чем беспокоиться. Показатели температуры выхлопных газов (EGT) на холостом ходу на бензиновом двигателе просто неточны. «Показания температуры EGT без нагрузки бессмысленны», — заявляет изготовитель двигателей Кен Даттвейлер. Это связано с тем, что дозирование топлива по-прежнему контролируется системой холостого хода, поэтому схема распыления и распределения топлива совсем не равномерна и, следовательно, не свидетельствует о том, что двигатель видит в рабочих условиях. «Там должно быть движение воздуха/топлива, поэтому вы не можете ожидать одинаковых выхлопных газов на холостом ходу», — объясняет Стив Брюл из Westech Performance. «В этот момент топливо просто капает через прорезь холостого хода карбюратора; настоящего распыления нет». Другими словами, показания температуры необходимо снимать под нагрузкой — по крайней мере, в установившемся режиме, с легким дросселем, 3000 об/мин в течение не менее 30 секунд; еще лучше было бы при полностью открытой дроссельной заслонке (WOT). В любом случае, на самом деле, для этого требуется динамометрический стенд двигателя или шасси.

Но даже под нагрузкой на общие показания EGT влияет такое множество различных факторов, что их не следует рассматривать как основное надежное средство настройки. Во-первых, керамическое покрытие на головках сбивает показания; вам действительно нужна фактическая температура газа в трубке, что означает термопары на каждой трубке. Во-вторых, показания необходимо снимать на одинаковом расстоянии на каждой трубе относительно выпускного фланца. В-третьих, даже если измерения проводить на одинаковом расстоянии от фланца, изгибы трубок изменят показания: чем меньше изгиб, тем выше наблюдаемая температура. В-четвертых, наблюдаемые температуры могут варьироваться в зависимости от многих факторов, включая конструкцию впускного коллектора, настройку карбюратора и угол опережения зажигания. Например, увеличение опережения зажигания снижает температуру выхлопных газов, поскольку смесь сгорает раньше. Высовывание карбюратора повышает EGT. И направляющие впускного коллектора на одном четырехствольном впуске не все одинаковой длины. В значительной степени, когда вы считываете фактические температуры, вам нужно иметь предварительный опыт того, что ранее считалось «нормальным» для конкретной комбинации. Исходя из этого, отклонения EGT от известного хорошего базового уровня будут указывать на необходимость дальнейшего исследования.

Сказав, что, согласно Брюлу, «правильный» EGT — это температура, при которой ваш двигатель развивает максимальную мощность в течение времени и оборотов, на которых он будет работать. Каждая комбинация двигателей немного отличается, поэтому производители двигателей часто неохотно приводят точные цифры. Если вы придавите его, Даттвейлер процитирует, 00 градусов на внешней стороне трубы при 3000 об/мин через 30 секунд под нагрузкой. «Коллекторы с покрытием могут быть на 200–300 градусов холоднее, значит, с ними около 700 градусов. Что касается показателей WOT, то на бензиновом атмосферном двигателе нормальным считаю 1 2001 300 градусов, на форсированном двигателе прибавьте еще 300 400 градусов. Я вижу разницу в 400 градусов между диапазоном цилиндров, это было бы проблемой». Брюл добавляет: «Если вы видите 800 градусов или 1700 градусов на безнаддувном двигателе в WOT, очевидно, это за пределами допустимого. Помните, что эти вещи становятся критическими при полностью открытой крышке».

Предполагая, что под нагрузкой существует большое несоответствие, вам необходимо будет выполнить дальнейшие проверки: компрессия при проворачивании коленчатого вала (цилиндры должны прокачиваться одинаково в пределах 510 фунтов на квадратный дюйм), цвет свечи зажигания, состояние провода свечи зажигания и общую целостность системы зажигания. Если все это проверено, то посмотрите на распределение топлива, форму коллектора и изгибы, а также кривую искры.

Итог: не полагайтесь на температуру выхлопной трубы при настройке двигателя с искровым зажиганием. «Лучшая термопара в двигателе — это свеча зажигания!» поддерживает Дутвейлер. «Даже в сегодняшнем мире NASCAR чтение пробки имеет решающее значение. Оно точно скажет вам, насколько горячий цилиндр». Для Брюла тепловая пушка — «нет ничего лучше, чем наблюдать, не сломалось ли коромысло — скажем, в одном цилиндре 240 градусов, а во всех остальных около 550».

Для заядлых тюнеров, занимающихся разработкой динамометрического стенда, оптимальным помощником в настройке будет установка широкополосного кислородного датчика в каждую трубку (не только в коллектор), но теперь мы выходим за рамки реального домашнего хот-роддинга. .

Modern ECU для 1991 Z28

HOT ROD to the Rescue (ноябрь 2014 г.), посвященный обновлению Buick Grand National Turbo V6 Ребекки Робб 1987 г. старый компьютер OBD I на современный EFI. У меня очень чистый и стоковый 1991 З28. Он работает нормально, но имеет очень мало производительности. Это просто стоковый маломощный двигатель. Я подумал, что если бы я мог перейти на современный EFI и позволить этому компьютеру управлять двигателем, все могло бы быть лучше. Черт, я даже не могу переключать задние передачи, не прожигая новый чип. Есть ли кто-нибудь, кто делает такой переход на старый, ныне устаревший малоблочный Chevy?

Mark Wong
West Allis, WI

Подобно методу прыжка, использованному при спасении Buick в ноябре 2014 года, Дэн Уайт также предлагает жгуты проводов plug-and-play для большинства старых автомобилей GM EFI, включая ваш Tuned Port Injection (TPI) Z28. Как вы помните, это позволяет адаптировать новейшие, перепрограммируемые пользователем системы FAST EFI к существующему стандартному жгуту проводов. Новый ECU даже устанавливается в том же месте. Вам нужно будет добавить широкополосный кислородный датчик и просверлить сквозное отверстие в брандмауэре, как описано в инструкциях к комплекту. Это самый простой и наименее болезненный подход к модернизации системы управления двигателем.

Однако, если предположить, что ваш двигатель сейчас работает нормально, послепродажный компьютер не сильно улучшит общую производительность серийного автомобиля без наддува, такого как ваш. Но он обеспечивает основу для дополнительных модификаций, включая современные алюминиевые головки вторичного рынка, головки с 1- или 178-дюймовыми первичными головками, 220-градусный (0,050) кулачок и (самое важное из всех) улучшения индукции. . Длинные, ограничительные бегуны старого TPI ограничивают потенциал любых других модов хот-рода; это то, что я называю доминирующим фактором настройки. Если вы не заботитесь о сохранении оригинального внешнего вида автомобиля, Дэн Уайт считает, что воздухозаборники «с фронтальной загрузкой», как правило, имеют проблемы с распределением топлива, поэтому для интенсивного использования он склоняется к одноплоскостному четырехкамерному воздухозаборнику, который принимает послепродажный четырехцилиндровый дроссельный блок и имеет положения сопла EFI. И Edelbrock, и Weiand предлагают этот тип коллектора, но они не подходят к 19871995 чугунных производственных головок с расположенными под углом центральными отверстиями для болтов, которые были в наличии на вашем Camaro (но на данный момент, если вы следуете «плану», описанному выше, вы все равно вложили бы средства в набор серьезных алюминиевых головок вторичного рынка) . Edelbrock PN 29785 или Weiand PN 9901-101-1 — это воздухозаборники EFI с центральной загрузкой, которые подходят для обычных малоблочных головок Chevy без приподнятых направляющих с 12 крепежными болтами, расположенными под одинаковым углом. Edelbrock PN 29135 или Weiand PN 9901-107 подходят к головкам типа Vortec с 8 болтами.

Впуск TBI на двигатель ящика GM 350/290HP?

У меня впуск GM TBI 1987 года. Можно ли установить его на двигатель 350 GM, который почти не использовался, проехав всего 2500 миль? Это стандартный двигатель мощностью 350/290 л.с. с головками не Vortec.

Дейл Петри
По электронной почте

Если двигатель мощностью 350/290 л. 38648. Несмотря на запутанный список в 2014 г. Каталог Chevrolet Performance, Кен Кейси из John Elway Chevrolet подтверждает, что эта головка представляет собой полностью обычную чугунную отливку с камерами объемом 76 куб. См и стандартными 19Схема впускных болтов 86 и более ранних версий — это означает, что все отверстия под впускные болты просверлены под одним и тем же углом 90 градусов по отношению к впускному фланцу. К сожалению, впуск TBI — с его разными углами центрального болта — не является прямым креплением на болтах. По словам Кена Фаулера из Scoggin-Dickey, вы могли сделать эту работу, отправив воздухозаборник в механический цех, чтобы его четыре монтажных фланца с центральным болтом обработали под правильным углом для ранних головок. Затем удлините отверстия под болты, чтобы они совпадали с отверстиями в старых головках.

Задайте технический вопрос Марлану: [email protected]

Популярные страницы

• VinFast VF3 2024 года напоминает нам о милом (и запретном) Suzuki Jimny

  90 155

• Тысячи автомобилей заполняют гоночную трассу Atlanta Motor Speedway День 1 HOT ROD Power Tour!

• Honda Pilot 2023 года против Mazda CX-90 2024 года: голова против сердца в этой битве с тремя рядами

• Polestar 2 2024 года получает новое лицо, модернизированные двигатели и задний привод

• Toyota намекает на вероятное возвращение легендарного Land Cruiser в США

  9 июня 2023 г.

  Project X возвращается на бензин с ZZ632 мощностью 1004 л.с.

  Стивен Рупп| 12 июня 2023 г.

  Мы участвовали в дрэг-рейсинге на электромобиле мощностью 1050 л.

  с., и все пошло не так, как планировалось

  Эрик Тингволл | 12 июня 2023 г.

  Тысячи автомобилей заполняют Atlanta Motor Speedway в первый день HOT ROD Power Tour!

  Джон МакГанн| 12 июня 2023 г.

  Что такое Rat Rod Truck? 12 примеров, которые помогут разобраться во всем

  Джонни Ханкинс | 13 июня 2023 г.

  Как создать индивидуальную приборную панель на основе двигателя

  Тони Такер | 13 июня 2023 г.

  Популярные страницы

  • VinFast VF3 2024 года напоминает нам о милом (и запретном) Suzuki Jimny

  • Тысячи автомобилей заполняют Atlanta Motor Speedway в первый день HOT ROD Power Tour!

  • Honda Pilot 2023 года против Mazda CX-90 2024 года: голова против сердца в этой битве с тремя рядами

  • Polestar 2 2024 года получает новое лицо, модернизированные двигатели и задний привод 5

  • Тойота Дразнит вероятное возвращение легендарного Land Cruiser в США0239

    Температура выхлопных газов указывает на внутреннюю работу двигателя и может предоставить столь необходимую информацию об эффективности сгорания. И дело даже не в этом: высокие EGT могут расплавить алюминиевые компоненты и деформировать стальные или железные. Независимо от того, используете ли вы бензин или дизельное топливо, следите за датчиком выхлопных газов — это один из надежных способов обеспечить безопасную и эффективную работу двигателя вашего автомобиля.

    Основы сгорания

    Температура выхлопных газов повышается или понижается в основном в зависимости от соотношения воздух/топливо, но то, как соотношение воздух/топливо влияет на выхлопную трубу, зависит от самого двигателя. Дизельные двигатели работают, сжимая воздушно-топливную смесь, пока она не нагреется до точки воспламенения, тогда как газовые двигатели поджигают смесь искрой. Искровое зажигание позволяет давлению в цилиндре приблизиться к своему пику перед воспламенением, что приводит к гораздо более быстрому горению. Кислород оказывается ограничивающим реагентом в бензиновом двигателе, потому что топливо сгорает очень быстро, поэтому газовые двигатели регулируют обороты, измеряя поток воздуха. Гораздо более медленное горение дизельного двигателя означает, что он измеряет топливо или контролируется только количеством топлива, впрыскиваемого во время цикла впуска.

    Соотношение воздух/топливо и EGT

    Поскольку сгорание в дизельном двигателе происходит намного медленнее, большая часть его топлива остается несгоревшим и выходит из выхлопной трубы — вот откуда исходит характерный для дизеля черный дым. Однако это не обязательно плохо, поскольку это топливо помогает отводить тепло из цилиндра; но как только это топливо достигает выхлопных газов, тепло и давление в потоке выхлопных газов создают «эффект дожигания», который повышает температуру выхлопных газов. Газовый двигатель делает прямо противоположное: поскольку кислород является ограничивающим реагентом газового двигателя, дополнительный кислород в цилиндре (бедная смесь) обеспечивает более полное сгорание, что повышает температуру выхлопных газов. Так, богатая смесь повышает EGT в дизеле, а обедненная смесь повышает EGT в газовом двигателе.

    Противодавление выхлопных газов

    Противодавление выхлопных газов является основным фактором, влияющим на EGT. Высокое противодавление выхлопных газов позволит газам скапливаться внутри коллектора и цилиндра, улавливая тепло внутри и приводя к эффекту домино повышения температуры, поскольку топливо, выходящее из цилиндра, догорает в коллекторе. Нормальное противодавление выхлопных газов не приведет к значительному скачку выхлопных газов, но добавление турбонагнетателя сделает это. Турбокомпрессор действует как пробка в системе, особенно в условиях высокой нагрузки. Если вы когда-нибудь видели на динамометре видеозапись раскаленного докрасна или раскаленного добела турбонагнетателя, то вы были свидетелем воздействия противодавления на выхлопную трубу. Вот почему материал трубы турбоколлектора обычно в два или три раза толще, чем у стандартного коллектора.

    Типичная EGT

    Выпускной коллектор EGT дизельного двигателя обычно работает при температуре от 300 до 500 градусов в режиме холостого хода или при частичной нагрузке, от 800 до 900 градусов при средней нагрузке и от 1000 до 1200 градусов при очень большой нагрузке и под полным газом. Температуры, измеренные после турбонаддува, обычно будут на 100 с лишним градусов ниже, в зависимости от оборотов турбонаддува и расхода. Обычный бензиновый двигатель будет работать примерно так же, как дизель, в условиях легкой и средней нагрузки, но в большинстве случаев будет иметь температуру около 500 градусов. Тем не менее, EGT могут легко превысить 1500 градусов в приложениях с турбонаддувом и производительностью.

    Разница

    Газовый двигатель обычно поддерживает более стабильные выхлопные газы, чем дизельный, благодаря тому факту, что компьютер газового двигателя поддерживает относительно постоянное соотношение воздух/топливо (что, кстати, достигается с помощью датчика кислорода для контроля выхлопных газов). температуры). Давление в цилиндре и противодавление выхлопных газов являются основными факторами, влияющими на газовые двигатели EGT; повышение мощности сгорания за счет увеличения степени сжатия или добавления турбонаддува или нагнетателя приведет к резкому увеличению выхлопных газов, особенно если выхлопная система не справляется с задачей отвода газов.