Давление дизеля в цилиндре при сгорании

При каком давлении воспламеняется дизельное топливо?

Воздух, поступающий в цилиндр дизельного движка, сильно сжимается, поэтому температура в камере начинает превышать величину температуры воспламенения. При каком давлении воспламеняется дизельное топливо?

До того, как поршень достигнет «мертвой точки», в камеру впрыскивается дизтопливо и под давлением моментально воспламеняется. Если объем впрыснутого топлива велик для определенного объема камеры сгорания, то в цилиндре образуется ударная волна, которая вызывает детонацию.

Принцип работы дизельного двигателя

В дизеле сначала воздух подается в цилиндр и сжимается, без подачи топлива. Высокая степень сжатия (от 14:1 до 24:1) вызывает повышение температуры (800-900 градусов – температура самовоспламенения ДТ) . После нагрева воздуха в камеру впрыскивается топливо через форсунки под давлением от 10 до 220 Мпа, в зависимости от типа двигателя и объема камеры. При высокой температуре воздуха впрыснутое топливо мгновенно воспламеняется.

Воспламенение ДТ в цилиндре дизельного мотора – это одновременное возникновение очагов пламени в конкретном объеме смеси, поступившей в камеру сгорания. Центры возникновения очагов пламени – зоны смешения паров воздуха и паров топлива.

Жесткая работа двигателя вызывается быстрым (детонирующим) сгоранием топлива. Объем быстро сгорающего ДТ и скорость нарастания давления зависят от длительности периода задержки воспламенения. Чем ниже цетановое число, тем длительнее период задержки воспламенения.

Четырехтактные дизельные двигатели

Принцип работы четырехтактного двигателя состоит из нескольких циклов:

• Первый цикл – впуск в цилиндр воздуха через впускной клапан.
• Второй цикл – сжатие набранного объема воздуха в 18 – 22 раза. В коне такта давление под поршнем, достигшем верхней мертвой точки, 40 кг/см2. При этом температура повышается до 500 градусов и выше.
• Третий цикл – в камеру через форсунки впрыскивается под давлением ДТ, которое самовоспламеняется, так как температура сжатого воздуха предельна.
• Сгорая, ДТ расширяется и давление в камере увеличивается. Под давлением поршень перемещается к нижней мертвой точке и поворачивает коленвал (через шатун). При рабочем ходе давление в цилиндре – 100 кг\см2.
• Четвертый цикл – выпуск отработанных газов, который освобождает цилиндр.

Цетановое число напрямую влияет на плавную и бесперебойную работу дизельного двигателя. На сегодня нормативами установлен предельный размер цетанового числа – 51, не ниже.

Компания «ExpressDiesel» является дилером крупнейших НПЗ северо-западного региона России. У нас всегда можно прибрести качественное сертифицированное ДТ по лучшим ценам в регионе.

Источник

Как температура и давление в цилиндрах дизеля влияют на работу мотора

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

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

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

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

Камеры сгорания дизельных двигателей и особенности работы такого ДВС

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

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

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

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

Как сгорает топливо в дизельном двигателе

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Частые проблемы дизелей: момент впрыска и компрессия

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Что в итоге

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источник

Какая компрессия в дизельном двигателе

Принцип работы дизельных силовых агрегатов основан на воспламенении топливной смеси в цилиндрах под высоким давлением. В отличие от бензинового мотора в дизеле отсутствует система искроподачи с помощью наконечников электродов на свечах: обогащённая кислородом смесь подаётся в камеру сгорания, где высокая температура образуется в процессе сжатия. Вместо образования электрической искры дополнительный предпусковой нагрев обеспечивают свечи накаливания.

Основной параметр для диагностики состояния дизельного двигателя– компрессия, от которой зависит мощность и стабильная работа механизмов цилиндропоршневой группы.

Что такое компрессия в дизельном двигателе

Компрессия – это показатель давления в цилиндре, которое создаётся поршнем в максимальной высшей (мёртвой) точке такта. В технической литературе принято использовать аббревиатуру ВМТ (высшая мёртвая точка). Величина измеряется в кг/см² и зависит от двух основных факторов:

• Нарушение герметичности камеры сгорания: происходит утечка воздуха, давление в системе падает. Изношенность клапанов, узлов цилиндропоршневой группы, либо неправильная регулировка газораспределительного механизма приводит к снижению компрессии.
• Состояние коленчатого вала и скорость его вращения: потеря стабильных оборотов приводит к тепловым потерям при сжатии воздуха поршнем. Показатель степени сжатия становится ниже нормы, что напрямую влияет на энергию, которая образуется в результате образования рабочих газов при сгорании топливной смеси в цилиндрах.

Быстрый износ механизмов ЦПГ (цилиндропоршневой группы) зависит от качества смазочных материалов, интенсивности нагрузок в период эксплуатации, количества холодных пусков при минусовой температуре воздуха и часов работы на максимальных оборотах. Некорректная регулировка клапанной системы способствует образованию нагара на стенках камеры сгорания, гильзах цилиндров, коксованию поршневых и маслосъёмных колец. В результате недостаточного давления топливная смесь сгорает не полностью, смешивается с остатками масла, оставляя продукты гари, сажи на узлах ЦПГ. Первый признак изношенности в таком случае– дымный выхлоп и падение мощности двигателя.

Во время запуска и срабатывания стартера коленчатый вал в дизельном агрегате вращается со скоростью 200-300 об/мин: чем выше крутящий момент- тем выше компрессия. Если давление в камере сгорания будет ниже 16 атмосфер- то дизель завести обычным способом с ключа становится невозможным. Теплопотери вызывают уменьшение показателя степени сжатия и нарушению регулировки фаз газораспределения.

Важно! Продолжительная эксплуатация дизельного агрегата с некорректной работой газораспределительного механизма приводит к выходу из строя всего блока цилиндров. Вплоть до заклинивания поршней без возможности восстановления и капитального ремонта.

Норма компрессии в цилиндрах дизельного двигателя

В зависимости от мощности силового агрегата, типа конструкции его камеры сгорания и системы впрыска, норма компрессии может быть разной. Ее необходимо искать в техническом описании каждой конкретной марки. Ниже указаны стандартные показатели соотношения температуры запуска и компрессии, при котором возможен пуск дизельного двигателя любого типа:

• Менее 18 кг/см² – запуск двигателя невозможен даже с принудительным подогревом системы;
• 22-24 кг/см² – пуск возможен только на горячем агрегате, после падения температуры ниже 0° С гарантирован отказ запуска со стартера;
• 24-26 кг/см² – запускается при температуре воздуха – 10° С;
• 26-28 кг/см² – максимальная температура запуска – 15° С;
• 28-32 кг/см² – возможен холодный пуск до – 25° С;
• 32-36 кг/см² – возможен холодный пуск до – 30° С;
• 36-40 кг/см² – возможен холодный пуск до – 40° С.

Эти нормы компрессии применяют только при исправности всех остальных систем, отвечающих за работу мотора: подача топлива (топливный насос высокого давления), 100% заряд аккумуляторной батареи, исправные узлы ГРМ. Современные типы дизелей с раздельной камерой сгорания и системой впрыска топливной смеси «Common Rail» имеют лучшие результаты: на каждый показатель компрессии в среднем будет плюс пять температурных значений. Так же погрешность увеличивается с количеством цилиндров в агрегате и типом компоновки: V-образные на 6 и 8 цилиндров имеют большее преимущество перед обычными рядными четырёхцилиндровыми.

Как замерять давление в цилиндрах

Снятие показателей компрессии выполняют при помощи специального прибора – компрессометра. Компрессометр работает по принципу манометра: переходник с конструкцией наконечника форсунки или свечи накаливания предназначен для установки в головку блока цилиндров и имеет запорный клапан, который препятствует потере давления во время измерений. Простые устройства снабжены обычной шкалой со стрелкой, более точные профессиональные приборы – электронные цифровые, либо синхронизированы с компьютером.

Внимание! Компрессометр должен быть откалиброван с точностью до 0,1 кгс/см² – в противном случае результаты замеров не будут соответствовать нормам.

Перед измерением дизельный двигатель прогревают на максимальных оборотах до рабочей температуры масла, проверяют работу стартера и состояние заряда аккумуляторной батареи в 100%. Каждый цилиндр замеряют по отдельности.

• из головки блока вывернуть свечу накаливания или форсунку (в зависимости от типа дизельного агрегата);
• штуцер переходника компрессометра вставляют на место свечи (форсунки), убедившись в герметичности штатного соединения;
• включают зажигание, не запуская двигатель до поворота стартера – первичный оборот коленчатого вала (скорость вращения должна быть не менее 200 об/мин);
• снимают результат замера (в верхней мёртвой точке хода цилиндра);
• замеряют компрессию в остальных цилиндрах подобным образом;
• сверяют показатели компрессии всех цилиндров;
• далее в каждый цилиндр впрыскивают около 50 мл масла;
• коленчатый вал проворачивают насколько раз стартером со снятыми форсунками (свечами);
• устанавливают форсунки на места и проводят новые замеры на каждом цилиндре вновь;
• сверяют разницу показаний с первым замером.

При сверке обращают внимание на расхождение показателя компрессии каждого цилиндра: минимальная погрешность не должна превышать 1 кгс/см². Равные величины замеров свидетельствуют об одинаковом износе узлов и механизмов цилиндропоршневой группы.

Если результаты второго измерения превышают допустимую норму погрешности, то значит система негерметична. Возможные причины нарушений в таком случае: нарушения зазоров клапанов (дефекты), износ поршневых колец, утечка в корпусе головки блока цилиндров (прогар), поломка чашки поршня. При обнаруженной недостаточной компрессии двигателя диагностируют и устанавливают причину неисправности.

Почему компрессия может понижаться

Падение давления в цилиндрах сопровождается следующими характерными признаками:

• отказ запуска двигателя при низкой температуре либо плохое срабатывание системы зажигания;
• во время работы на холостых оборотах происходит «троение»;
• падение мощности с нестабильными оборотами;
• повышенный расход топлива;
• чрезмерное потребление масла;
• посторонние примеси выхлопных газов (дымный выхлоп);
• сильный шум, вибрации во время открывания дроссельной заслонки.

Пониженная компрессия возникает из-за утечек воздуха в системе газораспределительного механизма, блока цилиндров либо износа элементов и узлов цилиндропоршневой группы. ГРМ может некорректно работать по причине образования нагара на чашках клапанов, поломки приводных механизмов (пружин, седла). Для выявления конкретной причины проводят диагностику клапанной системы – измеряют зазоры клапанов.

В случае износа деталей ЦПГ (цилиндропоршневой группы) демонтируют головку блока цилиндров с целью нахождения изношенной чашки поршня, прокладок, поршневых колец или рабочей поверхности цилиндров. Прогары, трещины на корпусе головки блока можно установить визуально.

Способы устранения проблем

При обнаружении пониженной компрессии проводят полную проверку всех систем. Современные методы диагностики с помощью специального сканера «G‑Scan» позволяют установить причину поломки с точностью до конкретного узла на основе анализа данных топливной смеси, значений компрессии и различных показаний датчиков. Сканер учитывает записи журнала ЭСУД (электронной системы управления двигателем), где отклонения в работе систем детализированы, все сбои в механизмах ГРМ учтены согласно кодам ошибок.

Бортовая компьютерная диагностика обеспечит точное определение нарушения, которое можно пропустить при визуальном осмотре. Например, в процессе недостаточной подачи топливной смеси в цилиндр из-за нарушения зазора какого-либо клапана, блок-контроллер на основании показаний кислородного датчика регулирует дополнительный впрыск на конкретный цилиндр, отдавая команду на исполнительное устройство. При обычной проверке с измерением зазоров всех клапанов, установить причину нагара на конкретном участке бывает невозможно.

Причина снижения давления может быть из-за незначительной утечки воздуха, когда для исправления достаточно простой регулировки или замены прокладки. В случае серьёзного износа важных механизмов ЦПГ потребуется капитальный ремонт двигателя.

Как завести мотор при недостаточной компрессии

При низких показателях компрессии дизельный агрегат не запускается обычным проворотом стартера. Если пуск производится в минусовую температуру на холодном моторе- то усилие для нормальной скорости вращения коленчатого вала требуется большее, так как масло на морозе становится более вязким. Для подогрева кардана используют обычную паяльную лампу, которую устанавливают внизу и разогревают системы двигателя горячим воздухом.

Искусственно повысить компрессию для разового холодного пуска можно также созданием масляной плёнки в цилиндрах. Для этого выворачивают свечи накала, либо форсунки и заливают моторное масло с помощью шприца прямо в камеру сгорания, объёмом не более 50 мл. Повторяют всю процедуру на каждом цилиндре в отдельности. После проворачивают коленчатый вал, чтобы на стенках образовалась равномерная масляная плёнка, которая обеспечит создание герметичности во время пуска. Используя такой способ нужно проследить распределения масла в цилиндра, до запуска двигателя поршень должен сделать несколько тактов стартером, чтобы избежать гидроклина.

Источник