Давление в камере сгорания бензинового двигателя: ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ • Большая российская энциклопедия

В «Энергомаше» ответили на слова Илона Маска о превосходстве двигателя Raptor над российским РД-180

Главный конструктор НПО «Энергомаш» Петр Левочкин ответил на слова генерального директора SpaceX Илона Маска о превосходстве двигателя Raptor над российским жидкостным ракетным двигателем РД-180. Об этом в понедельник сообщается на сайте Роскосмоса.

Ранее Илон Маск сообщил, что двигатель Raptor на испытаниях в камере сгорания достиг давления 268,9 бар (приблизительно 274,2 килограммов силы на квадратный сантиметр). Тогда как РД-180, по данным производителя НПО «Энергомаш», развивает давление в камере сгорания 261,7 килограммов силы на квадратный сантиметр.

В ответ на это Лавочкин заметил, что сравнение характеристик РД-180 и Raptor подобно 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», — сказал он.

По словам инженера, «Энергомаш» сертифицировал двигатель РД-180 с 10% запасом, то есть давление в его камере сгорания выше 280 атмосфер.

Левочкин отметил, что двигатель Raptor работает по схеме «газ-газ», для которой указанный Маском уровень давления не является чем-то выдающимся. По его словам, в своих разработках для данных схем российские специалисты закладывают уровень давления в камере более 300 атмосфер. При этом сам параметр давления в камере не является выходной характеристикой двигателя, такой как тяга и удельный импульс, пояснил главный конструктор.

Вместе с тем Петр Левочкин, несмотря на конкуренцию двух фирм-производителей, приветствовал первые успехи своих американских коллег в области ракетного двигателестроения, признав, что при разработке Raptor они вышли на рекордный для них уровень по давлению в камере.

НПО «Энергомаш» поставляет РД-180 американской стороне с 1997 года. Российские двигатели используются на ракете Atlas V, осуществляющей запуски аппаратов для ВВС США, а также научных и исследовательских миссий NASA. Ранее Пентагон заявил, что планирует отказаться от российских ракетных двигателей, как только это станет возможным, и появятся достойные конкуренты РД-180.

Особенности двигателя FSI в автомобилях Volkswagen

Двигатели FSI (Fuel Stratified Injection) от Volkswagen — это силовые агрегаты автомобилей, созданные по инновационным технологиям, в которых впрыск топлива производится прямо в камеру сгорания. Данная технология подачи топлива имеет значительное превосходство перед другими системами подачи топлива. На сегодняшний день наиболее удачными двигателями FSI являются моторы концерна Volkswagen.

Единственная модель Volkswagen, которая комплектуется FSI — внедорожник 4WD Touareg. Этот тип двигателя не самый популярный на автомобилях Volkswagen, в отличии от TSI или MPI. На Passat В8, Passat СС, Tiguan устанавливают сейчас (2016 года) только двигатели типа TSI. На Golf и Jetta кроме TSI устанавливают также MPI-двигатели.

Работа двигателя FSI заключается в том, что при помощи насоса высокого давления бензин поступает сразу в камеру сгорания. Впрыск бензина осуществляется специальными форсунками, которые имеют шесть отверстий. Калиброванные отверстия обеспечивают равномерное распределение бензина по всей камере сгорания. Смешивание бензина с воздухом производится с помощью управляемых воздушных заслонок. Благодаря такой технологии получается однородная топливовоздушная смесь, которая дает максимальный эффект при сгорании. Применение такой технологии в двигателях FSI, делает их наиболее безопасными и экологичными.

Наличие электронных систем позволяет подавать в цилиндры точное количество топлива, объем которого зависит от режима работы двигателя. Имеется еще одна особенность двигателя FSI, которой нет в других типах двигателей — наличие функции двойного впрыска, при которой производится распределение топливной смеси между тактами впрыска и сжатия. Такая функция становится очень полезной во время пуска двигателя в зимнее время. Производится обогащение топливной смеси, оно производится до полного нагрева двигателя и каталитического нейтрализатора.

Важным элементом двигателя является насос высокого давления, приводом для которого служит четырехсторонний кулачек, расположенный на распределительном вале выпускных клапанов. Основным отличием двигателя FSI является то, что у него нет турбины, как, к примеру, в двигателе TSI. Также эти двигатели являются более экономичными, динамичными и экологически безопасными.

Топливная система

В двигателе имеется две схемы движения бензина — контур с низким и контур с высоким давлением.

Детали контура низкого давления:

• Бак для бензина.
• Бензиновый насос.
• Фильтрующий элемент для очищения топлива.
• Клапан сброса излишнего топлива.
• Регулятор давления бензина.

Контур низкого давления осуществляет подачу бензина от топливного бака с к топливному насосу высокого давления (ТНВД) в требуемых объемах.

Детали контура высокого давления:

• ТНВД.
• Топливопровод.
• Распределяющий топливопровод.
• Датчик контроля давления.
• Предохранительный клапан.
• Форсунки.

Данный контур обеспечивает подачу бензина в камеры сгорания мотора. Давление в этой цепи составляет 10…11 Мпа.

Поддержание требуемого давления впрыска обеспечивается топливным насосом высокого давления. Привод насоса осуществляется от четырехстороннего кулачка расположенного на распределительном вале выпускных клапанов. Благодаря такой компоновке уменьшается требуемая рабочая нагрузка, увеличивается точность подачи. Смешивание бензина с воздухом производится непосредственно в камере сгорания (в инжекторных и карбюраторных двигателях этот процесс производится во впускном коллекторе). Прямая подача бензина в камеру позволяет добиться его полного сгорания, что в свою очередь значительно сокращает выброс токсических веществ в атмосферу.

Преимущества двигателя FSI

Двигатель FSI имеет ряд положительных характеристик, которые выгодно отличают его от двигателей других систем.

• Благодаря наличию электромагнитного клапана очень точно определяется момент подачи топлива в цилиндр.
• Данная система обеспечивает хорошие тяговые показатели на средних и малых оборотах.
• Сравнивая экономические показатели двигателя FSI с другими типами моторов, экономия бензина доходит до 25%.
• Выхлопные газы неоднократно проходят процесс рециркуляции, это понижает их токсичность.

Недостатки двигателя FSI

Такой двигатель имеет прямой впрыск топлива, а значит, является очень требовательным к качеству топлива. Высокие требования предъявляются также и к используемым топливным фильтрам, которые должны быть надлежащего качества и меняться в соответствии с инструкциями к автомобилю.

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.

Дизельный двигатель CITY SERVICE автосервис в Тольятти автозаводский район. СТО городской Авто Сити Сервис

В последнее десятилетие дизельные технологии развиваются впечатляющими темпами. Модификации легковых авто с дизельными моторами составляют половину новых автомобилей, продаваемых в Европе. Густой черный дым из выхлопной трубы, громкое тарахтение и неприятный запах остались далеко в прошлом. Дизельные моторы сегодня – это не только экономичность, но также высокая мощность и достойные динамические характеристики.

Современный дизель стал тихим и экологически чистым. Как же удалось этому типу ДВС соответствовать постоянно ужесточающимся нормам токсичности и при этом не только не проигрывать в тяговитости и экономичности, но и улучшать эти показатели? Рассмотрим все по порядку…

Принцип работы

На первый взгляд дизельный двигатель почти не отличается от обычного бензинового – те же цилиндры, поршни, шатуны. Главные и принципиальные отличия заключаются в способе образования и воспламенения. В карбюраторных и обычных инжекторных двигателях приготовление смеси происходит не в цилиндре, а во впускном тракте.

В бензиновых двигателях с непосредственным впрыском смесь образуется так же как и в дизелях- непосредственно в цилиндре. В бензиновом моторе топливо-воздушная смесь в цилиндре воспламеняется в нужный момент от искрового разряда. В дизеле же топливо воспламеняется не от искры, а вследствие высокой температуры воздуха в цилиндре.

Рабочий процесс в дизеле происходит следущим образом: вначале в цилиндр попадает чистый воздух, который за счет большой степени сжатия (16-24:1) разогревается до 700-900°С. Дизтопливо впрыскивается под высоким давлением в камеру сгорания при подходе поршня к верхней мертвой точке. А так как воздух уже сильно разогрет, после смешивания с ним происходит воспламенение топлива. Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре – отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля.

Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на очень бедных смесях, что определяет более высокую экономичность. Дизель имеет больший КПД (у дизеля – 35–45%, у бензинового – 25–35%) и крутящий момент. К недостаткам дизельных двигателей обычно относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую литровую мощность и трудности холодного пуска. Но описанные недостатки относятся в основном к старым конструкциям, а в современных эти проблемы уже не являются столь очевидными.

Конструкция

Особенности

Как уже отмечалось, конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако аналогичные детали у дизеля существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки – ведь степень сжатия у него намного выше (16-24 единиц против 9-11 у бензинового). Характерная деталь в конструкции дизелей — это поршень.

Форма днища поршней у дизелей определяется типом камеры сгорания, поэтому по форме легко определить, какому двигателю принадлежит данный поршень. Во многих случаях днище поршня содержит в себе камеру сгорания. Днища поршней находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода.

Так как воспламенение рабочей смеси осуществляется от сжатия, в дизелях отсутствует система зажигания, хотя свечи могут применяться и на дизеле. Но это не свечи зажигания, а свечи накаливания, которые предназначены для подогрева воздуха в камере сгорания при холодном пуске двигателя.

Технические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от типа камеры сгорания и системы впрыскивания топлива.

Типы камер сгорания

Форма камеры сгорания значительно влияет на качество процесса смесеобразования, а значит и на мощность и шумность работы двигателя. Камеры сгорания дизельных двигателей разделяются на два основных типа: неразделенные и разделенные.

Несколько лет назад на рынке легкового машиностроения доминировали дизели с разделенными камерами сгорания. Впрыск топлива в этом случае осуществляется не в надпоршневое пространство, а в специальную камеру сгорания, выполненную в головке блока цилиндров. При этом различают два процесса смесеобразования: предкамерный (его еще называют форкамерным) и вихрекамерный.

При форкамерном процессе топливо впрыскивается в специальную предварительную камеру, связанную с цилиндром несколькими небольшими каналами или отверстиями, ударяется об ее стенки и перемешивается с воздухом. Воспламенившись, смесь поступает в основную камеру сгорания, где и сгорает полностью. Сечение каналов подбирается так, чтобы при ходе поршня вверх (сжатие) и вниз (расширение) между цилиндром и форкамерой возникал большой перепад давления, вызывающий течение газов через отверстия с большой скоростью.

Во время вихрекамерного процесса сгорание также начинается в специальной отдельной камере, только выполненной в виде полого шара. В период такта сжатия воздух по соединительному каналу поступает в предкамеру и интенсивно закручивается (образует вихрь) в ней. Впрыснутое в определенный момент топливо хорошо перемешивается с воздухом.

Таким образом, при разделенной камере сгорания происходит как бы двухступенчатое сгорание топлива. Это снижает нагрузку на поршневую группу, а также делает звук работы двигателя более мягким. Недостатком дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания являются: увеличение расхода топлива вследствие потерь из-за увеличенной поверхности камеры сгорания, больших потерь на перетекание воздушного заряда в дополнительную камеру и горящей смеси обратно в цилиндр. Кроме того, ухудшаются пусковые качества.

Дизельные двигатели с неразделенной камерой называют также дизелями с непосредственным впрыском. Топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, камера сгорания выполнена в днище поршня. До недавнего времени непосредственный впрыск использовался на низкооборотистых дизелях большого объема (проще говоря, на грузовиках). Хотя такие двигатели экономичнее моторов с разделенными камерами сгорания, их применение на небольших дизелях сдерживалось трудностями организации процесса сгорания, а также повышенными шумом и вибрацией, особенно в режиме разгона.

Сейчас благодаря повсеместному внедрению электронного управления процессом дозирования топлива удалось оптимизировать процесс сгорания топливной смеси в дизеле с неразделенной камерой сгорания и существенно снизить шумность. Новые дизельные двигатели разрабатываются только с непосредственным впрыском.

Системы питания

Важнейшим звеном дизельного двигателя является система топливоподачи, обеспечивающая поступление необходимого количества топлива в нужный момент времени и с заданным давлением в камеру сгорания.

Топливный насос высокого давления (ТНВД), принимая горючее из бака от подкачивающего насоса (низкого давления), в требуемой последовательности поочередно нагнетает нужные порции солярки в индивидуальную магистраль гидромеханической форсунки каждого цилиндра. Такие форсунки открываются исключительно под воздействием высокого давления в топливной магистрали и закрываются при его снижении.

Существует два типа ТНВД: рядные многоплунжерные и распределительного типа. Рядный ТНВД состоит из отдельных секций по числу цилиндров дизеля, каждая из которых имеет гильзу и входящий в нее плунжер, который приводится в движение кулачковым валом, получающим вращение от двигателя. Секции таких механизмов расположены, как правило, в ряд, отсюда и название – рядные ТНВД. Рядные насосы в настоящее время практически не применяются ввиду того, что они не могут обеспечить выполнение современных требований по экологии и шумности. Кроме того, давление впрыска таких насосов зависит от оборотов коленвала.

Распределительные ТНВД создают значительно более высокое давление впрыска топлива, нежели насосы рядные, и обеспечивают выполнение действующих нормативов, регламентирующих токсичность выхлопа. Этот механизм поддерживает нужное давление в системе в зависимости от режима работы двигателя. В распределительных ТНВД система нагнетания имеет один плунжер-распределитель, совершающий поступательное движение для нагнетания топлива и вращательное для распределения топлива по форсункам.

Эти насосы компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах. В то же время они предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.

Ужесточение в начале 90-х законодательных экологических требований, предъявляемых к дизелям, заставило моторостроителей интенсивно совершенствовать топливоподачу. Сразу же стало ясно, что с устаревшей механической системой питания эту задачу не решить. Традиционные механические системы впрыска топлива имеют существенный недостаток: давление впрыска зависит от частоты вращения двигателя и нагрузочного режима.

Это значит, что при низкой нагрузке давление впрыска падает, в результате топливо при впрыске плохо распыляется, попадая в камеру сгорания слишком крупными каплями, которые оседают на ее внутренних поверхностях. Из-за этого уменьшается КПД сгорания топлива и повышается уровень токсичности отработанных газов.

Кардинально изменить ситуацию могла только оптимизация процесса горения топливо – воздушной смеси. Для чего надо заставить весь её объём воспламениться в максимально короткое время. А здесь необходима высокая точность дозы и точность момента впрыскивания. Сделать это можно, только подняв давление впрыска топлива и применив электронное управление процессом топливоподачи. Дело в том, что чем выше давление впрыска, тем лучше качество его распыления, а соответственно – и смешивания с воздухом.

В конечном итоге это способствует более полному сгоранию топливо-воздушной смеси, а значит и уменьшению вредных веществ в выхлопе. Хорошо, спросите вы, а почему бы не сделать такое же повышенное давление в обычном ТНВД и всей этой системе? Увы, не получится. Потому что есть такое понятие, как “волновое гидравлическое давление”. При любом изменении расхода топлива в трубопроводах от ТНВД к форсункам возникают волны давления, “бегающие” по топливопроводу. И чем сильнее давление, тем сильнее эти волны. И если далее повышать давление, то в какой-то момент может произойти обыкновенное разрушение трубопроводов. Ну, а о точности дозирования механической системы впрыска даже и говорить не приходится.

В результате были разработаны два новых типа систем питания – в первом форсунку и плунжерный насос объединили в один узел (насос-форсунка), а в другом ТНВД начал работать на общую топливную магистраль (Common Rail), из которой топливо поступает на электромагнитные (или пьезоэлектрические) форсунки и впрыскивается по команде электронного блока управления. Но с принятием Евро 3 и 4 и этого оказалось мало, и в выхлопные системы дизелей внедрили сажевые фильтры и катализаторы.

Насос-форсунка устанавливается в головку блока двигателя для каждого цилиндра. Она приводится в действие от кулачка распределительного вала с помощью толкателя. Магистрали подачи и слива топлива выполнены в виде каналов в головке блока. За счет этого насос-форсунка может развить давление до 2200 бар. Дозированием топлива, сжатого до такой степени и управлением угла опережения впрыска занимается электронный блок управления, выдавая сигналы на запорные электромагнитные или пьезоэлектрические клапаны насос-форсунок.

Насос-форсунки могут работать в многоимпульсном режиме (2-4 впрыска за цикл). Это позволяет произвести предварительный впрыск перед основным, подавая в цилиндр сначала небольшую порцию топлива, что смягчает работу мотора и снижает токсичность выхлопа. Недостаток насос-форсунок – зависимость давления впрыска от оборотов двигателя и высокая стоимость данной технологии.

Система питания Common Rail используется в дизелях серийных моделей с 1997 года. Common Rail – это метод впрыска топлива в камеру сгорания под высоким давлением, не зависящим от частоты вращения двигателя или нагрузки. Главное отличие системы Common Rail от классической дизельной системы заключается в том, что ТНВД предназначен только для создания высокого давления в топливной магистрали. Он не выполняет функций дозировки цикловой подачи топлива и регулировки момента впрыска.

Система Common Rail состоит из резервуара – аккумулятора высокого давления (иногда его называют рампой), топливного насоса, электронного блока управления (ЭБУ) и комплекта форсунок, соединенных с рампой. В рампе блок управления поддерживает, меняя производительность насоса, постоянное давление на уровне 1600-2000 бар при различных режимах работы двигателя и при любой последовательности впрыска по цилиндрам.

Открытием-закрытием форсунок управляет ЭБУ, который рассчитывает оптимальный момент и длительность впрыска, на основании данных целого ряда датчиков – положения педали акселератора, давления в топливной рампе, температурного режима двигателя, его нагрузки и т. п. Форсунки могуть быть электромагнитными, либо более современными- пьезоэлектрическими. Главные преимущества пьезоэлектрических форсунок – высокая скорость срабатывания и точность дозирования. Форсунки в дизелях c Common rail могут работать в многоимпульсном режиме: в ходе одного цикла топливо впрыскивается несколько раз – от двух до семи. Сначала поступает крохотная, всего около милиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд».

Для дизеля — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рывка». Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно, снижается количество вредных компонентов в выхлопе. Многократная подача топлива за один такт попутно обеспечивает снижение температуры в камере сгорания, что приводит к уменьшению образования окиси азота- одной из наиболее токсичных составляющих выхлопных газов дизеля.

Характеристики двигателя с Common Rail во многом зависят от давления впрыска. В системах третьего поколения оно составляет 2000 бар. В ближайшее время в серию будет запущено четвертое поколение Common Rail с давлением впрыска 2500 бар.

Турбодизель

Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы является турбонаддув двигателя. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате чего увеличивается мощность двигателя.

Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала – “турбоямы”. Отсутствие дроссельной заслонки в дизеле позволяет обеспечить эффективное наполнение цилиндров на всех оборотах без применения сложной схемы управления турбокомпрессором.

На многих автомобилях устанавливается промежуточный охладитель наддуваемого воздуха – интеркулер, позволяющий поднять массовое наполнение цилиндров и на 15-20 % увеличить мощность. Наддув позволяет добиться одинаковой мощности с атмосферным мотором при меньшем рабочем объеме, а значит, снизить массу двигателя. Турбонаддув, помимо всего прочего, служит для автомобиля средством повышения “высотности” двигателя – в высокогорных районах, где атмосферному дизелю не хватает воздуха, наддув оптимизирует сгорание и позволяет уменьшить жесткость работы и потерю мощности.

В то же время турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные в основном с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Неисправный агрегат может полностью вывести из строя сам двигатель. Кроме того, собственный ресурс турбодизеля несколько ниже такого же атмосферного дизеля из-за большой степени форсирования. Такие двигатели имеют повышенную температуру газов в камере сгорания, и чтобы добиться надежной работы поршня, его приходится охлаждать маслом, подаваемым снизу через специальные форсунки.

Прогресс дизельных двигателей сегодня преследует две основные цели: увеличение мощности и уменьшение токсичности. Поэтому все современные легковые дизели имеют турбонаддув (самый эффективный способ увеличения мощности) и Соmmоn Rail.

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.

Взрыву вопреки — Авторевю

Что позволяет современным бензиновым двигателям работать без особых проблем на топливе с разным октановым числом? Откуда такая всеядность — и почему нынешние двигатели почти равнодушны к детонации?

Детонация стала самым страшным врагом инженеров сразу после изобретения двигателя внут­реннего сгорания в XIX веке. Для большей отдачи увеличивали степень сжатия, вслед за которой росли давление и температура смеси в цилиндре в конце такта сжатия, — и после подачи искры топливовоздушная смесь детонировала. То есть воспламенялась практически мгновенно по всему объему камеры сгорания: этакий мини-взрыв, разрушающий детали двигателя.

Проблему усугубило появление наддува: сперва на авиационных моторах (в годы Первой мировой войны), а затем и на автомобильных. Чем выше давление в цилиндре, тем больше мощность — но и склонность к детонации тоже возрастает. Конструкторам пришлось уменьшать степень сжатия и применять высокооктановый бензин, но этого было недостаточно.

Oldsmobile F-85 Jetfire 1962 года — первый серийный легковой автомобиль с турбомотором: степень сжатия у двигателя V8 объемом 3,5 л уменьшать не стали, но применили систему впрыска воды (схема справа). Мощность по сравнению с атмосферником увеличилась со 188 до 218 л.с., крутящий момент — с 312 до 408 Нм

Oldsmobile F-85 Jetfire 1962 года — первый серийный легковой автомобиль с турбомотором: степень сжатия у двигателя V8 объемом 3,5 л уменьшать не стали, но применили систему впрыска воды (схема справа). Мощность по сравнению с атмосферником увеличилась со 188 до 218 л.с., крутящий момент — с 312 до 408 Нм

Оставалось регулировать угол опережения зажигания. Ведь чем позже проскакивает искра, тем медленнее растет давление в цилиндре, да и его пик меньше — а значит, снижается вероятность детонации.

Но вот незадача: мощность двигателя при этом тоже уменьшается. Так что в предельных режимах — например, на взлете, когда необходима максимальная отдача, — с детонацией боролись… с помощью обычной воды! Ее впрыскивали во впускной коллектор, она испарялась в камере сгорания, снижая температуру топливовоздушной смеси, — и предотвращала детонацию.

Тем временем химики тоже не сидели без дела. В 1921 году сотрудники компании General Motors Чарльз Кеттеринг и Томас Мидгли обнаружили, что добавление химического соединения под названием тетраэтилсвинец в бензин существенно повышает его антидетонационную стойкость — иными словами, увеличивает октановое число. Через пару лет в GM вместе с компанией DuPont наладили промышленное производство этой добавки к бензину под маркой Этил — намеренно не упоминая слова «свинец». Ведь этот тяжелый металл вызывает опасные отравления.

Экологи начали бить тревогу с конца 60-х годов, а в 1973 году в американском Агентстве по защите окружающей среды (EPA) подготовили первый акт о запрете этилированного топлива. Но его дешевизна и усилия лоббистов химичес­кой и автомобильной промышленнос­ти были настолько велики, что заметно уменьшить использование тетраэтил­свинца в Штатах удалось только к началу 90-х. Помогло то, что тетраэтилсвинец «отравлял» каталитическое покрытие сот нейтрализаторов и препятствовал их внедрению в качестве систем очистки отработавших газов.

Toyota Crown Turbo 1980 года с системой контроля детонации при помощи резонансного пьезодатчика. Рядная двухлитровая «шестерка» M-TEU с турбонаддувом и впрыском топлива развивала 147 л.с. и 211 Нм

В конце концов тетраэтилсвинец запретили. В США — с 1996 года, в Евросоюзе — с 2000. У нас этилированный бензин нельзя производить и распространять с 2003 года. К сожалению, в слаборазвитых государствах, таких, как Алжир, Ирак, Северная Корея и Афганистан, это ядовитое топливо все еще в ходу.

Да и не был этилированный бензин панацеей — двигателисты не оставляли попыток придумать иное средство для борьбы с детонацией. Например, на купе Oldsmobile F-85 Jetfire 1962 года турбомотор (!) V8 3.5 мощностью 218 л.с. с высокой даже по нынешним меркам степенью сжатия 10,25:1 был оснащен сис­темой впрыска смеси воды и метанола! Спирт был нужен, для того чтобы защитить систему от замерзания в холодное время года. В 1978 году аналогичный впрыск воды применила и шведская компания Saab, выпустившая ограниченной серией трехдверку 99 Turbo S.

Но эти модели были настоящим эксклюзивом, а большинство автолюбителей в 60-е и 70-е годы боролись с детонацией самостоятельно.

Как? Прислушиваясь. Зазвучал знакомый «металлический» детонационный звон — значит, либо на улице стало очень жарко (высокая температура окружающего воздуха — верный союзник детонации), либо бензин в баке ненадлежащего качества. Нужно было открыть капот и подкрутить специальное регулировочное колесико на трамблере — так называемый октан-корректор — в сторону уменьшения угла опережения зажигания. Если водитель все делал правильно, то детонация исчезала. А заводская настройка угла опережения зажигания, разумеется, была очень мягкой: чтобы даже в тяжелых условиях, например, в жарком климате и при полной загрузке автомобиля, исключить риск детонации.

Полная версия доступна только подписчикамПодпишитесь прямо сейчас

я уже подписан

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.

Слишком далеко

29.02.00

В этой статье подробно описываются некоторые проблемы, связанные с попыткой выжать слишком много мощности из двигателя с турбонаддувом, а также распространенные ошибки, допускаемые многими людьми. Предлагаемое чтение трех других связанных статей на этом сайте в качестве основы для этой статьи:
Идеи настройки системы зажигания для турбин
Система зажигания и сгорания
Октановое число топлива в зависимости от лошадиных сил
Модификации интеллектуального двигателя

Детонация

Детонация определяется как форма горения, при которой выделяется слишком высокая скорость высвобождения энергии, что приводит к чрезмерному давлению и температуре в камерах сгорания.Эти высокие давления и температуры могут быстро повредить или разрушить детали двигателя. Детонация часто сопровождается дребезжащим звуком.

Предварительное зажигание

Предварительное зажигание определяется как нормальный процесс сгорания, начинающийся до возникновения искры зажигания. Обычно это происходит из-за того, что локальная горячая точка поднимает температуру смеси выше точки самовоспламенения. Поскольку сгорание началось раньше, чем предполагалось, пиковое давление в цилиндре возникает слишком рано в цикле.Это приводит к чрезмерным давлениям и температурам, часто в то время как поршень все еще движется вверх, при этом объем цилиндра уменьшается, а не увеличивается. Эффекты предварительного зажигания могут включать повреждение поршня и электрода свечи зажигания. Предварительное зажигание обычно не слышно и часто может привести к детонации.

Воздействие комбинированного события предварительного воспламенения / детонации на купол поршня

Свеча с легкими повреждениями перед зажиганием слева, нормальная свеча справа

Среднее эффективное давление в тормозной системе / пиковое давление в цилиндре

BMEP определяется как среднее эффективное давление сгорания в цикле.Его можно рассчитать по формуле:
792 000 X л. с., разделенные на (объем двигателя в кубических дюймах X об / мин).

Этот показатель полезен при сравнении различных двигателей, работающих на разных видах топлива, и наибольшее значение приходится на пик крутящего момента. Средний диапазон для атмосферных двигателей составляет от 150 до 225 фунтов на квадратный дюйм. Гоночные двигатели с турбонаддувом могут превышать 1000 фунтов на квадратный дюйм.

Пиковое давление в цилиндре (PCP) — это максимальное давление в камере, достигаемое в процессе сгорания. Обычно это значение находится в диапазоне от 600 до 2000 фунтов на квадратный дюйм.

Тепловой КПД

Термический КПД описывает количество энергии, извлеченное для выполнения полезной работы из общей энергии, содержащейся в топливе. TE в первую очередь зависит от степени сжатия и опережения зажигания в данной конструкции двигателя. Большинство двигателей находятся в диапазоне от 25 до 35%. Чем ниже TE, тем выше температура выхлопных газов. TE можно рассчитать по следующей формуле:
2545 X л. с., разделенные на (британские тепловые единицы / фунт X фунты топлива / час).

Удельная выходная мощность

Это описывает количество лошадиных сил, развиваемое на единицу рабочего объема.Обычно выражается в л.с. / литр или л.с. / кубический дюйм. Это полезно при сравнении различных двигателей и пределов напряжений. Как правило, чем выше удельная мощность, тем выше нагрузка на двигатель и тем меньше срок его службы. Его можно рассчитать как:
л.с. разделить на рабочий объем двигателя

.

Вопросы производительности и эффекты настройки

Для данного топлива максимальное и среднее давление в цилиндре, которое может быть достигнуто, ограничено определенной величиной.Это известно как предел детонации. Попытка достичь давления в цилиндрах выше предела детонации приведет к разрушению двигателя. При полностью открытой дроссельной заслонке давление в цилиндрах может быть изменено путем изменения давления наддува и момента зажигания. Если предел детонации для данного топлива происходит при давлении PCP 700 фунтов на кв. Дюйм, этот предел может быть достигнут за счет использования наддува 5 фунтов на квадратный дюйм с установкой времени на 30 градусов до ВМТ или на 12 фунтов на квадратный дюйм при времени на 15 градусов до ВМТ. Двигатель будет значительно более эффективным, работая с меньшим наддувом и большим синхронизацией, а также уменьшатся тепловые нагрузки.

Как упоминалось выше, на TE влияют CR и момент зажигания. Поскольку отсчет времени замедляется, PCP развивается позже в цикле. Это позволяет терять больше энергии из-за проводимости в водяные рубашки, потому что поршень находится дальше по каналу, а шток имеет менее выгодный угол на шатуне кривошипа для передачи усилия на коленчатый вал. Задержка синхронизации также значительно повышает температуру выхлопных газов. Это увеличивает тепловую нагрузку на поршни, свечи зажигания, клапаны, выхлопную систему и турбокомпрессор.В тяжелых случаях задержки газораспределения смесь все еще горит, когда выпускной клапан открывается. Поскольку турбокомпрессоры приводятся в действие энергией в потоке выхлопных газов, высокие EGT, вызванные задержкой синхронизации, производят в турбине так много энергии, что даже полностью открытый перепускной клапан не может контролировать давление наддува. В общем, замедленная синхронизация контрпродуктивна для создания эффективного, надежного и мощного двигателя.

Для большинства двигателей без наддува требуется угол опережения зажигания от 30 до 38 градусов для достижения PCP при правильном положении шатуна кривошипа для достижения максимальной мощности.При сжатии смеси за счет турбонаддува скорость развития фронта пламени увеличивается, и требуется немного меньшее опережение зажигания для достижения PCP в нужный момент. Однако в большинстве случаев требуется менее 5 градусов замедления. Мы видим, как многие люди используют замедление от 15 до 25 градусов в тщетной попытке остановить детонацию при очень высоких давлениях наддува для топлива и степеней сжатия, с которыми они работают. Стоит подчеркнуть, что бесплатных поездок здесь нет. Если вы планируете добиться высоких удельных выходов на низкооктановом топливе для насосов в течение продолжительных периодов времени, вам придется снизить CR.Действительно высокая удельная мощность доступна только при использовании высокооктанового топлива или при введении антидетонантов. Существуют веские научные причины, по которым не существует заводских двигателей с турбонаддувом от 10 до 1 CR, которые производят удельную мощность 175 л.с. / л. На самом деле, нет НИКАКОГО производственного поршневого автомобильного двигателя, о котором я знаю, который мог бы достичь определенного выхода такого уровня на топливе для насоса с октановым числом 92 где угодно. Несмотря на это, многие люди стараются делать это с дорогостоящими результатами. Высокая степень сжатия и высокий наддув просто несовместимы с топливом для насоса.Если вы попробуете это сделать, то либо будете недовольны результатами, либо взорвете двигатель. Когда я говорю о серийном двигателе, я имею в виду тот, который можно купить в выставочном зале, без модификаций, с неповрежденной заводской гарантией. HP должна проверяться на надлежащем динамометрическом стенде двигателя, а не на динамометрическом стенде шасси с применением поправочных коэффициентов фантомного маховика. Если бы Toyota, Honda или Ford могли сделать это с заводской надежностью, не думаете ли вы, что они бы это сделали? Как обсуждалось в некоторых справочных статьях выше, установите разумные цели для HP и измените внутренние компоненты по мере необходимости для надежного получения этих уровней. Имейте в виду, что многие японские двигатели разработаны для работы на топливе с октановым числом 98-102 на их внутренних рынках. Эти двигатели не смогут работать с такими же уровнями наддува на североамериканском топливе с октановым числом 92. Если вы попытаетесь это сделать, ожидайте сильного взрыва или замедления искры.

Как это сделать

Уменьшение степени сжатия или использование топлива с более высоким октановым числом — два лучших способа увеличить мощность двигателя с турбонаддувом. Если вы едете по улице, вам, в общем, придется пользоваться насосом.В этом случае вы можете установить несколько поршней с более низким сжатием. Поршни и свечи зажигания часто являются первыми частями двигателя, которые страдают от воздействия избыточного давления и перегрева. Двигатель с высокой мощностью всегда должен оснащаться более холодными свечами зажигания — на этот вопрос производители двигателей-любители часто не обращают внимания. Кованые поршни и турбомоторы работают вместе, как варенье и тосты, но между кованными поршнями есть большие различия. В случае применения с турбонаддувом температура и давление намного превышают все, что можно увидеть на безнаддувном двигателе.Поскольку удельная мощность выше, скорость высвобождения энергии выше. Температура купола поршня может составлять от 450 до 550 градусов по Фаренгейту. Большинство алюминиевых сплавов потеряли более половины своей прочности при 400F. Турбо-поршни должны иметь толстые верхние секции, чтобы быстрее отводить тепло к юбкам и стенкам цилиндров, чтобы поддерживать температуру купола до безопасных пределов. Поршни с высоким содержанием кремния могут быть установлены более плотно из-за их более низкой скорости расширения для уменьшения дребезжания в холодном состоянии, но поскольку они более хрупкие, они не выдерживают такой большой детонации, как поршни с низким содержанием кремния.Степень сжатия для уличного использования обычно должна находиться в диапазоне от 7,0 до 8,5 к 1.

Кованый поршень с высоким содержанием кремния для использования с наддувом и малой выходной мощностью. Обратите внимание на относительно тонкий купол и радиусы углов.

Литой заводской поршень слева, специально разработанный с низким содержанием кремния, кованый поршень справа

Обратите внимание на большие радиусы углов для более высокой скорости отвода тепла

Большинство заводских двигателей с турбонаддувом оснащено под поршневыми форсунками. Это особенно хорошая идея для двигателей с большими отверстиями, где центр купола поршня находится далеко от боковых сторон, чтобы можно было эффективно рассеивать тепло, а дополнительная толщина может добавить излишний вес поршневому узлу.

Масляные форсунки

10/3/02 В Racetech мы каждый день получаем телефонные звонки и электронные письма от людей, желающих сделать абсурдные цифры в л.с. на топливных насосах двигателей и трансмиссий, которые, по сути, являются стандартными. Мы не пытаемся отговорить вас от ваших мечтаний, просто пытаемся добавить немного реальности. Если у вас все сделано правильно и двигатель объемом 2 л развивает 400 л. с. (маловероятно), какая трансмиссия будет надежно передавать эту мощность на землю, особенно в условиях драг-рейсинга? Дренажные полосы усеяны автомобилями, страдающими от поврежденных деталей трансмиссии, которые загружаются на плоские платформы в конце дня гонки.Какой смысл в этом хп, если что-то взрывается каждый 5-й проход? Постройте все правильно, чтобы получить желаемую мощность. Если вы думаете, что ваша заводская трансмиссия выдержит двойной, тройной или четырехкратный крутящий момент на складе, вас ждет дорогой сюрприз.

04/09/03 Каждый год мы разговариваем с тысячами людей по поводу систем EFI и модифицированных двигателей. У нас есть много людей, которым просто нужно построить уличный двигатель с турбонаддувом высокой степени сжатия. Несмотря на то, что мы настоятельно рекомендуем снизить степень сжатия, многие люди настаивают на 9-10: 1 CR.Обычно эти люди звонят в ответ с жалобными рассказами о большом количестве звонков, взорванных прокладках головок, расплавленных пробках и поршнях. Мы бесплатно предоставляем информацию, основанную на 25-летнем опыте создания высокопроизводительных двигателей, чтобы помочь людям сэкономить деньги и избежать разочарований. Откровенно говоря, мы видим очень мало двигателей с турбонаддувом с высокой степенью сжатия, работающих на насосе, работающем более месяца, прежде чем они выйдут из строя. Вот почему вы не встретите заводских мощных турбомашин с от 10 до 1 CR. Придерживайтесь значения менее 8,5 Crs, и вы получите больше мощности и более высокую надежность.

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 газотурбинных камер сгорания воздух предварительно смешивается с топливом перед его впрыском в камеру сгорания через набор сопел. Форма и направление сопел и перегородок в камере сгорания тщательно продуманы, чтобы гарантировать 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 заключительную 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.

Влияние соотношения смеси, положения искры и открытия дроссельной заслонки на изображения пламени и карты давления на JSTOR

Статья журнала

Сгорание двигателя и развитие давления: влияние соотношения смеси, положения искры и открытия дроссельной заслонки на изображения пламени и карты давления

Джеральд М.Рассвайлер, Ллойд Уитроу и Уолтер Корнелиус

Сделки SAE

Издатель: SAE International

https://www.jstor.org/stable/44429087

Копировать Было сфотографировано

ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ фильмов пламени в бензиновом двигателе, а также записи давления тех же взрывов.Эти записи движения пламени и развития давления были исследованы, чтобы определить влияние изменения соотношения смеси, положения искры и открытия дроссельной заслонки. Кроме того, некоторые количественные зависимости между долей сожженного заряда и давлением, создаваемым в любой момент во время взрыва, были проверены с экспериментальными данными, наблюдавшимися при работе двигателя в нескольких наборах условий. Показано, что с помощью этих соотношений как фракционный объем, так и фракционная масса воспламененного заряда в любой момент времени могут быть рассчитаны с помощью карт давления с точностью, сравнимой с точностью настоящих экспериментальных наблюдений.

SAE International — это глобальная ассоциация, объединяющая более 128 000 инженеров и технических экспертов в аэрокосмической, автомобильной и коммерческой промышленности. Основные направления деятельности SAE International — обучение на протяжении всей жизни и разработка добровольных согласованных стандартов. Благотворительным подразделением SAE International является SAE Foundation, который поддерживает множество программ, включая A World In Motion® и Collegiate Design Series.

× Закрыть оверлей

Закрыть просмотр

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

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

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 анализе 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 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 предупредить и идентифицировать неисправность, а также оценить 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.Анализ когерентности был использован для определения оптимального места измерения.

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 слотами (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 была применена на четырехцилиндровом двигателе.

Первым шагом для этой цели было найти местоположение акселерометра, которое обеспечивает наилучшую взаимосвязь между двумя сигналами, с помощью анализа когерентности. Было проверено несколько положений, включая вертикальное и горизонтальное (перпендикулярно оси коленчатого вала) и несколько положений для датчиков вертикального положения (в различных 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, соотношение между сигналами не так однозначно.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 самые 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

a) 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 с сигналом 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, а 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 воздействия 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 целей 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 оценочных данных.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 можно отнести к различиям в сгорании и влиянию 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 аналогичные 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 той же шкале (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.

Для тестирования использовались два двигателя, и оценка проводилась 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.

Как работают автомобили, работающие на природном газе?

Транспортные средства, работающие на сжатом природном газе (СПГ), работают во многом как автомобили с бензиновым двигателем и двигателями внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Двигатель работает так же, как бензиновый. Природный газ хранится в топливном баке или цилиндре, обычно в задней части автомобиля. Топливная система КПГ передает газ под высоким давлением из топливного бака по топливопроводам, где регулятор давления снижает давление до уровня, совместимого с системой впрыска топлива двигателя.Наконец, топливо вводится во впускной коллектор или камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом, а затем сжимается и воспламеняется свечой зажигания. Узнайте больше об автомобилях, работающих на природном газе.

Изображение в высоком разрешении

Ключевые компоненты автомобиля, работающего на природном газе

Батарея: Батарея обеспечивает электричество для запуска двигателя и электроники / аксессуаров силового транспортного средства.

Электронный блок управления (ЕСМ): ЕСМ контролирует топливную смесь, угол опережения зажигания и систему выбросов; следит за работой автомобиля; защищает двигатель от злоупотреблений; а также обнаруживает и устраняет проблемы.

Выхлопная система: Выхлопная система направляет выхлопные газы двигателя наружу через выхлопную трубу. Трехкомпонентный катализатор предназначен для уменьшения выбросов выхлопной системы при выходе из двигателя.

Заливная горловина: Форсунка топливораздаточной колонки присоединяется к резервуару на транспортном средстве для заполнения бака.

Система впрыска топлива: Эта система подает топливо в камеры сгорания двигателя для воспламенения.

Топливопровод: Металлическая трубка или гибкий шланг (или их комбинация) подает топливо из бака в систему впрыска топлива двигателя.

Топливный бак (сжатый природный газ): Хранит сжатый природный газ на борту транспортного средства до тех пор, пока он не понадобится двигателю.

Регулятор высокого давления: Снижает и регулирует давление топлива на выходе из бака, понижая его до приемлемого уровня, необходимого для системы впрыска топлива двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания (с искровым зажиганием): В этой конфигурации топливо впрыскивается либо во впускной коллектор, либо в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом, а топливно-воздушная смесь воспламеняется от искры свечи зажигания. .

Ручное отключение: Позволяет оператору транспортного средства или механику вручную отключить подачу топлива.

Топливный фильтр для природного газа: Улавливает загрязнения и другие побочные продукты, предотвращая их засорение критически важных компонентов топливной системы, таких как топливные форсунки.

Трансмиссия: Трансмиссия передает механическую мощность от двигателя и / или электрического тягового двигателя для привода колес.

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 альтернативы двигателям внутреннего сгорания еще не преодолели 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 высокого теплового КПД. 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 полностью соответствовать этим стандартам выбросов и, таким образом, избежать необходимости использовать доочистку, или, 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 поршневых двигателей внутреннего сгорания самой последней технологией, которая была успешно коммерциализирована, является прямой впрыск 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 над 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 снижения выбросов NOx, была представлена ​​в виде ряда различных конструкций. Одна из конструкций заключается в использовании вихревого распылителя с подачей воздуха под давлением для распыления топлива, в то время 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 смесителя-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, применялись 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 важны реальные динамические характеристики. 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, произведенные 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 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 сокращению 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 капли, в то время как при надувании 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 потоков, 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, в частности, лазерные диагностические инструменты, 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 популярным 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 компонентов 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 разработки в области характеристик потока, смешивания воздух-топливо, процессов зажигания и сгорания, а также сокращения 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.

Zhijun Peng
Thanos Megaritis
Chih-Jen Sung
Minoru Yaga
Paul Hellier
Guohong Tian

Поршни двигателя внутреннего сгорания — x-инженер.org

Поршень является составной частью двигателя внутреннего сгорания. Основная функция поршня — преобразовывать давление, создаваемое горящей топливовоздушной смесью, в силу, действующую на коленчатый вал. Легковые автомобили имеют поршни из алюминиевого сплава, а грузовые автомобили также могут иметь поршни из стали и чугуна.

Поршень является частью кривошипного механизма (также называемого кривошипно-шатунным механизмом ), который состоит из следующих компонентов:

• поршень
• поршневые кольца
• шатун
• коленчатый вал

Изображение: Привод коленчатого вала двигателя (кривошипно-шатунный механизм) Предоставлено: Rheinmetall

Поршень также выполняет второстепенные функции двигателя :

• способствует отводу тепла , образующемуся при сгорании
• обеспечивает герметичность камеры сгорания, предотвращает утечки газа из него и проникновение масла в камеру сгорания
• направляет движение шатуна
• обеспечивает непрерывную смену газов в камере сгорания
• создает переменный объем в камере сгорания

Изображение: поршни Kolbenschmidt
Кредит: Kolbenschmidt

Форма поршня в основном зависит от типа двигателя внутреннего сгорания.Поршни бензиновых двигателей обычно легче и короче по сравнению с поршнями дизельных двигателей. Геометрия поршня имеет множество тонкостей из-за сложности его рабочей среды, но основными частями поршня являются:

• поршень головка , также называемая верхняя часть или головка : верхняя часть поршня который вступает в контакт с давлением газа в камере сгорания
• кольцевой ремень : верхняя средняя часть поршня, когда поршневые кольца расположены
• выступ штифта : нижняя средняя часть поршня который содержит поршневой палец
• юбка поршня : область под кольцевым ремнем

Изображение: оси поршневого пальца и юбки

Изображение: Основные детали поршня Кредит: [3]

где:

1. верхняя часть поршня
2. верхняя фаска
3. кольцевой ремень
4. распорки управления
5. стопорный зажим штифта
6. выступ штифта
7. pis тонный палец
8. поршневые кольца
9. юбка поршня

Поршень соединен с шатуном через поршневой палец (7).Штифт позволяет поршню вращаться вокруг оси штифта. Штифт удерживается в поршне с помощью фиксатора пальца (5).

После днища поршня доходит до кольцевого ремня (также называемого кольцевой зоной) (3). Большинство поршней имеют три кольцевые канавки, в которые устанавливаются поршневые кольца. Верхнее кольцо называется компрессионным кольцом , среднее на нем — скребковым кольцом , а нижнее — кольцом контроля масла . Компрессионное кольцо должно герметизировать камеру сгорания, чтобы предотвратить утечку внутренних газов в блок двигателя.Маслоуправляющее кольцо соскребает масло со стенок цилиндра, когда поршень находится на рабочем или выпускном такте. Среднее кольцо одновременно обеспечивает сжатие в цилиндре и удаляет излишки масла со стенок цилиндра.

Юбка поршня (8) обеспечивает балансировку поршня внутри цилиндра. Обычно он покрывается материалом с низким коэффициентом трения, чтобы уменьшить потери на трение. В отверстии для пальца или втулки (6) поршня находится поршневой палец (7), который соединяет поршень с шатуном.

Геометрические характеристики поршня

Поршни должны правильно работать в широком диапазоне температур, от -30 ° C до 300-400 ° C. В то же время он должен быть достаточно легким, чтобы иметь низкую инерцию и обеспечивать высокие обороты двигателя. Ниже представлена ​​пара геометрических характеристик поршня.

Овальность поршня

Вследствие процесса сгорания температура внутри цилиндров двигателя достигает сотен градусов Цельсия.Поршень является одним из основных компонентов, который поглощает часть выделяемого тепла и отводит его в моторное масло. Поскольку ось поршневого пальца содержит больше материала, чем ось юбки, тепловое расширение вдоль оси пальца немного выше, чем тепловое расширение вдоль оси юбки. По этой причине поршень имеет овальную форму, диаметр по оси пальца на 0,3-0,8% меньше диаметра по оси юбки [6].

Изображение: Овальность поршня

Коническая форма поршня

Форма поршня не идеальна для цилиндра.При низкой температуре зазор между поршнем и цилиндром двигателя больше по сравнению с высокими температурами. Кроме того, зазор не является постоянным по длине поршня, он меньше вокруг верхней части поршня по сравнению с областью юбки поршня. Это необходимо для большего теплового расширения головки поршня, поскольку она содержит больший объем металла.

Изображение: Зазор поршня (коническая форма)

Изображение: Тепловое расширение поршня (если цилиндрическая форма)

Смещение поршневого пальца

Поршень перемещается на 3 градуса внутри цилиндра свободы, 1 первичный и 2 вторичных:

• вдоль вертикальной оси цилиндра, между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ) (первичная, ось Y)
• вокруг ось пальца (вторичная, α — угол)
• вдоль оси юбки (вторичная, ось x)

Первичное движение создает крутящий момент на коленчатом валу, это желательно с механической точки зрения.Вторичные движения происходят из-за комбинации нескольких факторов: двунаправленного движения шатуна и зазора между поршнем и цилиндром. Оба вторичных движения вызывают трение о стенки цилиндра, а также шум, вибрацию (удар поршня).

Изображения: Поршень тяга и пин-код смещение

Когда вращение коленчатого вала по часовой стрелке, левая сторона цилиндра называется сторона тяг (TS) и со стороны, противоположной известна как стороны анти-тяги (АТС) .Удары поршня могут происходить с любой стороны цилиндра. Удар поршня возбуждает блок цилиндров и проявляется в виде поверхностных колебаний, которые в конечном итоге излучаются в виде шума вблизи двигателя [9]. Еще одно неудобство заключается в том, что при движении поршня через ВМТ и ВТК на коленчатый вал создается повышенная нагрузка, поскольку поршень совмещен с центром вращения коленчатого вала.

Смещение поршневого пальца — это несоосность между центром отверстия поршневого пальца и центром коленчатого вала.За счет этого в конструкции улучшаются шумовые характеристики двигателя из-за ударов поршня в ВМТ. Это основная проблема NVH (шумовая вибрация и резкость) для инженеров-технологов, которые хотят устранить тревожные шумы везде, где они могут. Вторая причина — повысить мощность двигателя за счет уменьшения внутреннего трения в TS и ATS.

Смещение пальца снижает механическое напряжение, возникающее в соединительной штанге, когда она достигает ВМТ или НМТ, потому что шатун не должен хлопать поршнем в противоположном направлении в конце хода.Это смещение заставляет шток перемещаться по дуге в ВМТ и НМТ.

Механические нагрузки на поршень

Поршень является компонентом двигателя внутреннего сгорания (ДВС) (ДВС) , который должен выдерживать наибольшие механические и термические нагрузки. Из-за поршня мощность ДВС ограничена. В случае очень высоких термических или механических нагрузок поршень выходит из строя первым (по сравнению с блоком цилиндров, клапанами, головкой блока цилиндров). Это потому, что поршень должен быть компромиссом между массой и устойчивостью к механическим и термическим нагрузкам.

Циклическое нагружение поршня из-за [6]:

• сила газа от давления в цилиндре
• сила инерции от колебательного движения поршня и
• поперечная сила от опоры силы газа наклонным шатуном, а сила инерции колеблющегося шатуна

определяет механическую нагрузку .

Вертикальные силы, действующие на поршень, состоят из: сил давления, , создаваемых расширяющимися газами, и сил инерции, , создаваемых собственной массой поршня [10].

\ [F_ {p} = F_ {gas} + F_ {ineria} \]

Силы инерции намного меньше сил давления и имеют наибольшую интенсивность, когда поршень меняет направление, в ВМТ и НМТ.

Изображение: Напряжение поршня по Мизесу и механическая деформация Кредиты: [7]

Изображение: Вертикальные силы поршня зависят от угла поворота коленчатого вала Кредиты: [7]

Силы поршня, указанные выше рассчитываются с использованием передовых методов анализа методом конечных элементов для алюминиевого поршня, используемого в легковых автомобилях с дизельным двигателем [7].

Процесс сгорания имеет разные характеристики для дизельного и бензинового ДВС. В дизельном двигателе пиковое давление газа при сгорании может достигать 150 — 160 бар. В бензиновом двигателе максимальное давление ниже 100 бар. Из-за более высокого давления поршни дизеля должны выдерживать более высокие механические нагрузки.

Чтобы работать без сбоев в таких суровых условиях, поршни дизельных двигателей проектируются более тяжелыми, прочными и имеют большую массу.Недостатком является более высокая инерция, более высокие динамические силы, поэтому максимальная скорость двигателя ниже. Одна из причин, по которой дизельные двигатели имеют более низкую максимальную скорость (около 4500 об / мин) по сравнению с бензиновыми двигателями (около 6500 об / мин), — это более тяжелые механические компоненты (поршни, шатуны, коленчатый вал и т. Д.).

Термические нагрузки на поршень

Головка поршня находится в прямом контакте с горящими газами внутри камеры сгорания, поэтому подвергается высоким термическим и механическим нагрузкам .В зависимости от типа двигателя (дизельный или бензиновый) и типа впрыска топлива (прямой или непрямой впрыск) головка поршня может быть плоской или содержать чашу .

Тепловая нагрузка от температуры газа в процессе сгорания также является циклической нагрузкой на поршень. Он действует в основном во время такта расширения на поршне со стороны камеры сгорания. В других тактах, в зависимости от принципа работы, тепловая нагрузка на поршень снижается, прерывается или даже оказывает охлаждающее действие во время газообмена.Как правило, передача тепла от горячих дымовых газов к поршню происходит в основном за счет конвекции, и лишь небольшая часть является результатом излучения.

Изображение: Рабочие температуры поршня
Кредиты: [3]

Тепло, выделяемое во время сгорания, частично поглощается поршнем. Большая часть тепла передается через площадь кольца поршня (около 70%). Юбка поршня отводит 25% тепла, а остальное передается на поршневой палец, шатун и масло.Более высокая частота вращения двигателя означает более высокую температуру поршня . Это происходит потому, что накопленное тепло не успевает рассеяться между двумя последовательными циклами сгорания. В то же время более высокая нагрузка на двигатель означает более высокую температуру поршня, потому что при этом сгорает больше воздушно-топливной смеси, которая выделяет больше тепла.

Изображение: Распределение температуры в поршне бензинового двигателя Кредит: [6]	Изображение: Распределение температуры в поршне дизельного двигателя с каналом охлаждения Кредит: [6]
Изображение: Тепловая нагрузка поршня Кредит: [7]

Что касается хода расширения, продолжительность действия тепловой нагрузки от сгорания очень мала.Следовательно, только очень небольшая часть составляющей массы поршня, вблизи поверхности на стороне сгорания, следует за циклическими колебаниями температуры. Таким образом, почти вся масса поршня достигает квазистатической температуры, которая, однако, может иметь значительные локальные изменения.

Охлаждение поршня

По мере увеличения удельной выходной мощности в современных двигателях внутреннего сгорания поршни подвергаются возрастающим тепловым нагрузкам. Поэтому эффективное охлаждение поршня требуется чаще, чтобы обеспечить безопасность эксплуатации.

Изображение: 2009 Ecotec 2.0L I-4 VVT DI Turbo (LNF) Головка поршня и масляная форсунка
Кредит: GM

Температуру поршня можно понизить с помощью циркулирующего масла в средней части поршня. Это может быть достигнуто с помощью маслоструйных устройств, установленных на блоке цилиндров, которые впрыскивают моторное масло через отверстие, когда поршень находится близко к нижней мертвой точке (НМТ).

Компания Tenneco Powertrain разработала новый стальной поршень для дизельных двигателей с «герметичной на весь срок службы» охлаждающей камерой в головке, что позволяет поршням безопасно работать при температурах в головке более чем на 100 ° C выше действующих ограничений.

Изображение: Технология охлаждения поршня EnviroKool
Кредит: Tenneco

Чтобы сформировать корону EnviroKool, внутри поршня с помощью сварки трением создается цельный охлаждающий канал, который затем заполняется высокотемпературным маслом и инертным газом. Эта камера постоянно закрыта приварной заглушкой. Согласно Tenneco Powertrain, технология EnviroKool позволяет преодолеть температурные ограничения обычных открытых галерей, в которых в качестве теплоносителя используется смазочное масло.

Типы поршней

Геометрия поршня ограничена из-за кубатуры ДВС. Поэтому основной способ увеличения механического и термического сопротивления поршня — увеличение его массы. Это не рекомендуется, потому что поршень с большой массой имеет большую инерцию, которая преобразуется в высокие динамические силы, особенно при высоких оборотах двигателя. Сопротивление поршня можно улучшить за счет оптимизации геометрии, но всегда будет компромисс между массой, механическим и термическим сопротивлением.

На первый взгляд поршень кажется простым компонентом, но его геометрия довольно сложна:

Изображение: Техническое описание дизельного поршня Кредит: Kolbenschmidt

Изображение: Техническое описание бензинового поршня Кредит: Kolbenschmidt

Условные обозначения:

1. диаметр чаши
2. днище поршня
3. камера сгорания (чаша)
4. кромка днища поршня
5. верхняя площадка поршня
6. основание поршня канавка компрессионного кольца
7. 9042 встраиваемое кольцо земля
8. паза сторона
9. маслосъемных кольцевой паз
возврата
10. масла отверстие
11. поршневого палец босс
12. удержания для паза на расстоянии
13. паза для стопорного кольца
14. поршня босса расстояние
15. поршня босс расстояния
16. активизировал край
17. диаметр поршня 90 ° C относительно отверстия под поршневой палец 90 427
18. отверстие поршневого пальца
19. глубина чаши
20. юбка
21. зона кольца
22. высота сжатия поршня
23. длина поршня
24. канал масляного радиатора
25. держатель кольца
26. втулка болта
27. окно измерения развала короны
Как видите, между дизельными и бензиновыми поршнями есть существенные различия.

Поршни дизельного двигателя должны выдерживать более высокие давления и температуры, поэтому они больше, громоздче и тяжелее. Они могут быть изготовлены из алюминиевых сплавов, стали или их комбинации. Поршень дизеля содержит часть камеры сгорания в головке поршня. Из-за формы поперечного сечения головки поршня поршень дизельного двигателя также называют поршнем с головкой омега.

Поршни бензиновых двигателей легче, предназначены для более высоких оборотов двигателя.Они изготавливаются из алюминиевых сплавов и обычно имеют плоскую головку. Бензиновые двигатели с непосредственным впрыском (DI) имеют специальные головки, чтобы направлять поток топлива качающимся движением.

Ниже вы можете увидеть несколько изображений дизельных и бензиновых (бензиновых) двигателей в высоком разрешении.

Изображение: LS9 6.2L V-8 SC поршень (алюминий, бензин / бензиновый двигатель с непрямым впрыском) Кредит: GM	Изображение: Ecotec 2.0L I-4 VVT DI Turbo (LNF) поршень (алюминий, бензиновый / бензиновый двигатель с прямым впрыском) Кредит: GM
Изображение: Поршень дизельного двигателя автомобиля с кольцами (алюминий, дизель) Кредит: Kolbenschmidt	Изображение: Поршень из моностали (сталь, дизель) ) Кредит: Tenneco

Материалы поршней

Большинство поршней для автомобильной промышленности изготавливаются из алюминиевых сплавов .Это потому, что алюминий легкий, обладает достаточной механической прочностью и хорошей теплопроводностью. Есть тяжелые применения, коммерческие автомобили, в которых используются поршни из стали , которые более устойчивы к более высоким давлениям и температурам в камере сгорания.

Алюминиевые поршни изготавливаются из литых или кованых жаропрочных алюминиево-кремниевых сплавов. Есть три основных типа алюминиевых поршневых сплавов. Стандартный поршневой сплав представляет собой эвтектический сплав Al-12% Si, содержащий дополнительно ок.По 1% каждого из Cu, Ni и Mg [3].

Основными алюминиевыми сплавами для поршней являются [3]:

• эвтектический сплав (AlSi12CuMgNi): литой или кованый
• заэвтектический сплав (AlSi18CuMgNi): литой или кованный
• специальный эвтектический сплав (только AlSi2124000N,
• ), потому что
• специальный эвтектический сплав (только AlSi212427Cu4) алюминиевый сплав имеет более низкую прочность, чем чугун, поэтому необходимо использовать более толстые секции, поэтому не все преимущества легкого веса этого материала реализуются. Кроме того, из-за более высокого коэффициента теплового расширения алюминиевые поршни должны иметь больший рабочий зазор.С другой стороны, теплопроводность алюминия примерно в три раза выше, чем у железа. Это, вместе с большей толщиной используемых секций, позволяет алюминиевым поршням работать при температурах примерно на 200 ° C ниже, чем чугунные [8].

  В некоторых случаях прочность и износостойкость поршней из алюминиевого сплава недостаточны для удовлетворения требований по нагрузке, поэтому используются черные материалы (например, чугун, сталь). Существует несколько методов использования черных металлов в производстве поршней:

  • в качестве местного усиления, вставки из черного металла (т.е.g., опоры колец)
  • в виде удлиненных частей композитных поршней (например, днища поршня, болтов)
  • поршней, полностью изготовленных из чугуна или кованой стали

  Изображение: композитный поршень для тяжелого двигателя — поперечное сечение Кредит: [8]

  Изображение: Поршень композитной конструкции для судовых дизельных двигателей Кредит: Warstila

  В поршнях и поршнях используются два типа черных металлов компоненты [6]:

  • чугун :
    • аустенитный чугун для держателей колец
    • чугун с шаровидным графитом для поршней и юбок поршней
  • сталь
    • хромомолибденовый сплав (42427Mo)
    • хромомолибден-никелевый сплав (34CrNiMo6)
    • молибден-ванадиевый сплав (38MnVS6)

  чугун обычно имеют содержание углерода> 2%.Поршни в высоконагруженных дизельных двигателях и другие высоконагруженные компоненты двигателей и конструкции машин преимущественно изготавливаются из сферолитического чугуна M-S70. Этот материал используется, например, для изготовления цельных поршней и юбок поршней в композитных поршнях [6].

  Сплавы железа, обозначаемые как стали, обычно имеют содержание углерода менее 2%. При нагревании они полностью превращаются в ковкий (пригодный для ковки) аустенит. Поэтому сплавы железа отлично подходят для горячей штамповки, такой как прокатка или ковка.

  Поршневые технологии

  Существует несколько передовых поршневых технологий, каждая из которых имеет целью увеличить механическое и / или термическое сопротивление, снизить коэффициент трения или уменьшить общую массу (сохраняя в то же время механические и термические свойства).

  Ниже вы можете найти примеры современных поршней, производимых на заводе Kolbenschmidt , каждый из которых отличается уникальными технологиями.

  Изображение: Поршень бензинового двигателя оптимизированной по весу конструкции LiteKS® с держателем кольца
  Кредит: Kolbenschmidt

  Изображение: Поршень дизеля с охлаждающим каналом, втулкой болта и держателем кольца Кредит: Kolbenschmidt	Изображение: Шарнирно-сочлененный поршень дизеля с кованой верхней стальной частью и алюминиевой юбкой Кредит: Kolbenschmidt
  Изображение: Литые держатели колец из чугуна многократно увеличивают долговечность первой кольцевой канавки дизельных поршней.Kolbenschmidt является лидером в разработке соединения Alfin с держателем кольца Кредит: Kolbenschmidt
  Изображение: Канавки под кольцо с твердым анодированием предотвращают износ и микросварку поршней для бензиновых двигателей Кредит: Kolbenschmidt	Изображение:	Поршни KS Kolbenschmidt имеют специальное покрытие LofriKS®, NanofriKS® или графит на юбке поршня. Они уменьшают трение внутри двигателя и обеспечивают хорошие характеристики при аварийной работе. Покрытия LofriKS® также используются по акустическим причинам.Их использование сводит к минимуму шум поршня. NanofriKS® является дальнейшим развитием испытанного и испытанного покрытия LofriKS® и дополнительно содержит наночастицы оксида титана для повышения износостойкости и долговечности покрытия. ®) гарантируют надежную работу при использовании в алюминиево-кремниевых поверхностях цилиндров (Alusil®) Кредит: Kolbenschmidt	Изображение: Отверстия поршневого пальца специальной формы (Hi-SpeKS®) повышают динамическую нагрузочную способность станины поршневого пальца, тем самым увеличивая долговечность поршня Кредит: Kolbenschmidt

  Ниже вы можете найти примеры современных поршней, производимых компанией Tenneco Powertrain (ранее Federal Mogul) , каждый из которых отличается уникальными технологиями.

  Изображение: Поршень Elastothermic® (алюминиевый поршень для бензиновых / бензиновых легких транспортных средств) Характеристики: — поршень с охлаждающим каналом улучшает мощность и расход топлива уменьшенных бензиновых двигателей — галерея эластотермического охлаждения снижает температуру днища поршня на около 30 ° C — снижение температуры первой кольцевой канавки примерно на 50 ° C, следовательно, уменьшение отложений углерода и износ канавок и колец для увеличения срока службы низкий расход масла и удар на — снижение риска неконтролируемого возгорания, например, при низкой скорости зажигание Кредит: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)	Изображение: Алюминиевые дизельные поршни Характеристики: — оптимизированное расположение галереи для максимального охлаждения может привести к снижению температуры обода барабана до 10% — улучшенная боковая заливка методы значительно улучшают конструктивную устойчивость (даже при тонкостенных конструкциях) — изменение конструкции обода камеры сгорания и дно стакана может увеличить усталостный ресурс до 100%. Кредит: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)
  Изображение: поршни для дизельных двигателей из моностали (стальные поршни для дизельных автомобилей большой грузоподъемности или промышленного применения) Поршень Monosteel® обеспечивает прочность и охлаждающую способность, чтобы удовлетворить самые жесткие требования к двигателям на рынках тяжелых и промышленных двигателей, включая новое поколение давлений срабатывания двигателя, необходимых для дорожных правил Евро VI и выше. Прочная конструкция, состоящая из сварных с помощью инерционной сварки кованых стальных секций, образующих большие охлаждающие галереи, позволяет поршням Monosteel выдерживать возрастающие механические нагрузки. Эволюция Monosteel включает последние разработки для промышленных двигателей большого диаметра, а также использование тонкостенных легких поковок и отливок для дизельных двигателей легковых автомобилей. Основные характеристики продукта: — большая закрытая структурная галерея с превосходным охлаждением обода чаши и кольцевой канавки, уменьшающим деформацию канавки и улучшающим контроль масла и газового уплотнения — профилированное отверстие под палец без втулки — юбка во всю длину для устойчивого поршня динамика, снижение риска кавитации гильзы и улучшение кольцевого уплотнения. — процесс обеспечивает гибкость материала с возможностью выбора материала коронки для уменьшения коррозии или окисления и / или выбора материала юбки для повышения технологичности. Кредит: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)	Изображение: Поршни с покрытием EcoTough® (алюминиевый поршень для бензиновых / бензиновых легких или тяжелых автомобилей) Поршни с покрытием EcoTough® обеспечивают важные преимущества, которые помогают удовлетворить потребности клиентов в более эффективные конструкции двигателей, в том числе сниженный расход топлива и выбросы CO 2 . Он сочетает в себе низкий износ и низкое трение в одном применении и снижает расход топлива на 0,8% по сравнению с обычным покрытием поршня. Ключевые преимущества: — совместим с существующей и усовершенствованной отделкой отверстий цилиндров и может быть беспрепятственно введен в серийное производство двигателей в качестве текущих изменений — состав обеспечивает большую толщину, чем поршни с традиционными покрытиями, обеспечивая дополнительную защиту — соответствует строгим экологическим стандартам ; не содержит токсичных растворителей — запатентованное усовершенствованное покрытие юбки поршня с твердыми смазочными материалами и армированием углеродными волокнами, специально разработанное для тяжелых условий эксплуатации бензина — снижение трения на 10% в блоке силового цилиндра (поршень + кольца) vs.стандартные покрытия, повышение экономии топлива до 0,4% / CO 2 сокращение в европейских испытаниях ездового цикла — уменьшение износа на 40% по сравнению со стандартными бензиновыми покрытиями, повышенная надежность современных бензиновых двигателей с наддувом DI — EcoTough® — это запатентованное покрытие FM Предоставлено: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)
  Изображение: Поршень DuraBowl® (алюминиевый поршень для дизельных легких или тяжелых автомобилей) Усиление поршня DuraBowl® Частичное переплавление кромки чаши : — чрезвычайное улучшение структуры алюминиевого материала, созданное локализованным переплавом с использованием технологии TIG — до 4 раз улучшенная долговечность в двигателях высокой удельной мощности по сравнению с поршнями без переплавки барабана.Позволяет использовать форму камеры сгорания, подвергающуюся высоким нагрузкам. — Технология FM DuraBowl® расширяет пределы алюминиевых поршней в наиболее сложных условиях за счет увеличения усталостной прочности (циклов) поршня Авторы и права: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)	Изображение: Elastoval II сверхлегкие поршни (алюминиевый поршень для бензиновых / бензиновых легких транспортных средств) Технология бензиновых поршней Avanced Elastoval® II основана на: — глубоких карманах под короной — наклонных боковых панелях — облегченной конструкции опоры пальца — тонких стенках 2.5 мм — оптимизированная площадь юбки и гибкость — Высокоэффективный сплав FM S2N Характеристики и преимущества включают: — снижение веса на 15% по сравнению с бензиновыми поршнями предыдущего поколения — обеспечивает удельную мощность до 100 кВт / л — оптимизировано характеристики шума и трения Совместимость с опцией держателя кольца alfin для повышения пикового давления в цилиндре и устойчивости к детонации Кредит: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)

  Часто задаваемые вопросы о поршнях

  Для чего используются поршни?

  Поршни используются в двигателях внутреннего сгорания для передачи усилия на шатун и коленчатый вал, создавая крутящий момент двигателя.Поршни преобразуют давление газа из камеры сгорания в механическую силу.

  Что такое поршень и как он работает?

  Поршень — это компонент двигателя внутреннего сгорания, сделанный из алюминия или стали, используемый для преобразования давления газа из камеры сгорания в механическую силу, передаваемую на шатун и коленчатый вал.

  Из чего сделан поршень?

  Поршень может быть изготовлен из цветных металлов, алюминия (Al) или черных металлов, например, чугун или сталь .

  Какие бывают два типа поршневых колец?

  Два типа поршневых колец: компрессионные кольца и масляные кольца.

  Какие два основных типа поршневых двигателей?

  Двумя основными типами поршневых двигателей являются: дизельный, поршневой двигатель и бензиновый (бензиновый) поршень двигателя. Функция материала, два основных типа поршня: алюминий поршень и сталь поршни.

  Каков срок службы поршней?

  Поршень должен служить в течение всего срока службы автомобиля, если условия эксплуатации являются номинальными (нормальная смазка, регулярное обслуживание двигателя, отсутствие чрезмерной нагрузки, отсутствие чрезмерной температуры). В нормальных условиях эксплуатации поршень должен прослужить не менее 300000 км до 500000 км и более.

  Что вызывает отверстия в поршнях?

  Обычно аномально высокие температуры вызывают плавление поршней, или детонация двигателя может вызвать трещины в поршнях.Неисправные форсунки могут подавать чрезмерное количество топлива в цилиндры, что может вызвать чрезмерно высокую температуру сгорания и частично оплавить поршни.

  Как узнать, повреждены ли поршни?

  Если поршень поврежден, наиболее вероятными симптомами являются: потеря мощности из-за потери сжатия, чрезмерный дым в выхлопе или необычный шум двигателя.

  Можно ли починить сломанный поршень?

  Сломанный поршень не подлежит ремонту, его необходимо заменить.Поршни имеют очень жесткие геометрические допуски, которые, скорее всего, не будут соблюдены после ремонта. Кроме того, их механические и термические свойства будут изменены после ремонта, что приведет к дальнейшим повреждениям. Сломанный поршень может вызвать серьезные повреждения блока цилиндров, шатуна, клапанов и т. Д. И должен быть немедленно заменен.

  Можно ли водить машину с неисправным поршнем?

  Вы можете ездить с плохим поршнем, но это не рекомендуется. Повреждение поршня может привести к значительному выходу из строя блока цилиндров, коленчатого вала, шатунов, клапанов и т. Д.Если не заменить поврежденный поршень, это может привести к полному отказу двигателя.

  Повредит ли мой двигатель удар поршня?

  Удар поршня приведет к повреждению двигателя, оставьте без присмотра. Удар поршня в течение длительного времени приведет к повреждению гильзы цилиндра и самого поршня.

  Уходит ли поршень при нагревании?

  Поршень частично уходит, когда двигатель прогрет. Удар поршня возникает из-за чрезмерного износа гильзы цилиндра или самого поршня.Когда двигатель нагревается, поршень имеет тепловое расширение, и зазор между поршнем и цилиндром уменьшается, что приводит к уменьшению удара поршня.

  Могу ли я ехать с хлопком поршня?

  Можно ездить со хлопком поршня, но долго водить не рекомендуется. Удар поршня вызовет износ самого поршня и гильзы цилиндра. Удар поршня также может вызвать трещины в поршне, что может привести к полному отказу двигателя, если его оставить без присмотра.

  Что вызывает износ юбки поршня?

  Износ юбки поршня вызван недостаточной смазкой гильзы цилиндра маслом.В нормальном рабочем состоянии система смазки разбрызгивает масло на цилиндры, чтобы избежать прямого контакта между юбкой поршня и цилиндром. При неисправности системы смазки или недостаточном уровне масла на стенках цилиндра не будет достаточно масла, и юбка поршня будет значительно изнашиваться.

  Ссылки

  [1] Клаус Молленхауэр, Хельмут Чоеке, Справочник по дизельным двигателям, Springer, 2010 г.
  [2] Хироши Ямагата, Наука и технология материалов в автомобильных двигателях, Woodhead Publishing in Materials, Кембридж, Англия, 2005 г. .
  [3] The Aluminium Automotive Manual, European Aluminium Association, 2011.
  [4] Heisler, Heinz, Vehicle and Engine Technology, Society of Automotive Engineers, 1999.
  [5] QinZhaoju et al., Поршневая термомеханическая муфта дизельного двигателя моделирование и многопрофильная оптимизация проектирования, Примеры из теплотехники, Том 15, ноябрь 2019 г.
  [6] Испытания поршней и двигателей, Mahle GmbH, Штутгарт, 2012 г.
  [7] Скотт Кеннингли и Роман Моргенштерн, Тепловые и механические нагрузки в Область чаши сгорания легковых дизельных поршней из AlSiCuNiMg; Пересмотрено с акцентом на расширенный анализ методом конечных элементов и инструментальные методы тестирования двигателей, Federal Mogul Corporation, SAE Paper 2012-01-1330.
  [8] T.K. Гарретт и др., Автомобиль, 13-е издание, Баттерворт-Хайнеманн, 2001.
  [9] Н. Долатабади и др., Об идентификации событий удара поршня в двигателях внутреннего сгорания с использованием трибодинамического анализа, Механические системы и обработка сигналов, Том 58 –59, июнь 2015, страницы 308-324, Elsevier, 2014.

  No related posts.