Характеристика процесса сгорания топлива в цилиндре дизеля по индикаторной диаграмме. Давление в цилиндре
Анализ осциллограммы давления в цилиндре
Осциллограмма давления в цилиндре является одним из богатейших источников диагностической информации. Прежде всего, следует уяснить, что эта осциллограмма не отображает те или иные параметры механической части двигателя непосредственно. Она отображает процесс движения газов в цилиндре, по которому можно косвенно судить о работе механизма газораспределения, состоянии цилиндропоршневой группы, проходимости выпускного тракта и многом другом. В дальнейшем речь пойдет, в частности, о моментах открытия, закрытия либо перекрытия клапанов. Нужно понимать, что это не есть их реальные геометрические углы, обусловленные конструкцией распределительного вала. Это характерные точки газодинамических процессов в цилиндре, дающие нам лишь косвенную информацию. Отметим также, что разговор будет об осциллограмме давления в цилиндре двигателя, работающего на холостом ходу.
Для получения осциллограммы давления в цилиндре необходимо прогреть двигатель до рабочей температуры, установить в исследуемый цилиндр датчик давления вместо вывернутой свечи, а высоковольтный провод этой свечи установить на разрядник. В случае, когда двигатель оснащен единым модулем зажигания на все цилиндры (некоторые моторы Opel, Peugeot, Renault), можно снять модуль и установить дополнительные высоковольтные провода между его выводами и свечами, соблюдая при этом меры предосторожности. Если возможно, отключить разъем от форсунки диагностируемого цилиндра, чтобы исключить подачу топлива. Синхронизацию при снятии осциллограммы лучше использовать внешнюю, от датчика первого цилиндра. Запустить двигатель и снять осциллограмму на холостом ходу.
Рассмотрим участки и характерные точки осциллограммы по порядку, одновременно упоминая о том, какую информацию можно извлечь из их формы и значения давления.
РИСУНОК 1.
Максимум давления в цилиндре соответствует верхней мертвой точке (ВМТ). Строго говоря, этот максимум и ВМТ не совпадают, но для решения задач диагностики это расхождение несущественно. ВМТ такта сжатия диагностируемого цилиндра принимают за нулевую точку угла поворота коленчатого вала.
Первое, на что следует обратить внимание, - это реальный угол опережения зажигания. Программа отмечает момент синхронизации тонкой серой полосой, которая при использовании внешней синхронизации представляет собой ни что иное, как момент искрообразования в цилиндре. Как вариант, можно вместе с осциллограммой давления снять и осциллограмму высокого напряжения в исследуемом цилиндре. Эта наглядная «картинка» соотношения ВМТ и момента искрообразования просто замечательна при поиске причин незапуска двигателя. Следует заметить, что полученный таким образом угол является реальным и может не совпадать с углом, отображаемым сканером. В случае большого расхождения есть смысл проверить задающий диск двигателя.
Второе, что нужно сделать перед дальнейшим анализом осциллограммы, - это убедиться, что называется, «навскидку» в отсутствии серьезных механических проблем в проверяемом цилиндре.
РИСУНОК 2.
Делается это путем сравнения давлений в точках 1 и 2. Идея этой методики заключается в следующем. При сжатии поршнем газов часть из них неизбежно просочится через уплотнения цилиндра, вследствие чего давление в точке 2 относительно точки 1 упадет. В то же время, температура газов вырастет вследствие сжатия их поршнем и контакта с горячими стенками цилиндра, что приводит к росту давления. Поэтому у исправного двигателя давление в точке 1 должно быть приблизительно равно давлению в точке 2. Если же в цилиндре имеются серьезные механические дефекты (прогар клапана, сломанные кольца, неисправность в механизме газораспределения), то давление 1 будет заметно выше давления 2 из-за значительной утечки сжимаемых в цилиндре газов.
РИСУНОК 3.
Приведенная методика скорее оценочная, серьезные выводы о состоянии уплотнений цилиндра лучше делать с использованием пневмотестера.
Если момент искрообразования на месте, и явных механических дефектов не обнаружено, приступаем к дальнейшему анализу осциллограммы. Начнем с верхней мертвой точки.
Значение давления в ВМТ- параметр интегральный, зависящий от множества факторов. Означает ли это, что из него невозможно сделать достоверное заключение о наличии либо отсутствии какого-либо дефекта? К сожалению, да. Но понимать, отчего это значение зависит, и соответствующим образом его интерпретировать совершенно необходимо. А поэтому перечислим основные факторы, оказывающие влияние на значение давления в ВМТ.
Степень сжатия двигателя. Естественно, чем выше степень сжатия, тем выше давление. Разница будет заметна не только на конструктивно разных моторах, но и на двигателях одной и той же модели. Это связано в первую очередь с изменением степени сжатия в процессе эксплуатации, например вследствие обрастания нагаром камеры сгорания и днища поршня.
Абсолютное давление во впускном коллекторе. Так как наполнение цилиндра происходит из впускного коллектора через открытый впускной клапан, то количество поступивших газов, а следовательно, и давление в ВМТ напрямую зависит от значения абсолютного давления. Повышенное значение последнего чаще всего бывает следствием подсоса воздуха в задроссельное пространство. Вообще, подсос обнаруживается по наличию двух признаков: высокому давлению в ВМТ и низкому значению вакуума во впускном коллекторе. Пример такой осциллограммы будет приведен ниже.
Состояние газораспределительного вала. Например, износ впускного кулачка также приведет к плохому наполнению цилиндра и, как следствие, низкому давлению в ВМТ.
Состав смеси. Оптимальным составом смеси, на котором наиболее эффективно работает двигатель, является стехиометрический. Напомним, что стехиометрическим называют состав, в котором соотношение масс воздуха и топлива составляет 14,7:1. Отклонение от стехиометрии как в сторону обогащения, так и в сторону обеднения приводит к тому, что двигатель выходит из оптимального режима работы, в результате чего снижаются обороты холостого хода. Для их поддержания на необходимом уровне электронный блок управления (ЭБУ) приоткрывает регулятор холостого хода (РХХ). При этом давление во впускном коллекторе повышается, и соответственно повышается давление в ВМТ.
Угол опережения зажигания. Выше упоминалось, что перед анализом осциллограммы необходимо убедиться в правильной установке УОЗ, чтобы исключить влияние последнего на достоверность наших выводов. Поясним, как связаны между собой УОЗ и давление в ВМТ. Отклонение значения УОЗ от оптимального, как в сторону более позднего, так и в сторону слишком раннего зажигания, приводит к снижению значения оборотов холостого хода. Это опять-таки вызывает дополнительное открытие РХХ, рост абсолютного давления во впускном коллекторе и, соответственно, увеличение давления в ВМТ.
Состояние цилиндро-поршневой группы и клапанов. Наличие значительных утечек газов из цилиндра при неудовлетворительном состоянии этих узлов также приведет к снижению давления в ВМТ. Но, как уже упоминалось, произвести приблизительную оценку их состояния необходимо сразу после снятия осциллограммы, до ее детального анализа.
Еще один важный фактор - количество цилиндров двигателя. Поясним на простом примере. Дело в том, что при снятии осциллограммы исследуемый цилиндр не вносит вклад в работу двигателя. На трехцилиндровом моторе это будет один из трех, а на восьмицилиндровом - один из восьми цилиндров. В первом случае значительно возрастает нагрузка на оставшиеся цилиндры. Как следствие, для поддержания оборотов холостого хода значительно открывается РХХ, что приводит к увеличению давления в ВМТ. Поэтому, исследуя трехцилиндровый Дэу Матиз, не нужно удивляться высокому значению этого давления.
Значение давления в верхней мертвой точке исправного четырехцилиндрового двигателя колеблется от 4.5 до 6 бар. Меньшие значения говорят чаще всего о серьезных механических дефектах исследуемого цилиндра, большие - повод поискать подсос воздуха либо причину повышенной нагрузки на двигатель.
Спад давления после ВМТ соответствует движению поршня вниз. Выпускной клапан начинает открываться до того, как поршень достигнет нижней мертвой точки, которой соответствует угол поворота коленчатого вала 180 градусов. Происходит это потому, что при реальной работе мотора отработавшие газы находятся под большим давлением, и несмотря на то, что объем цилиндра увеличивается, начинается их истечение через выпускной клапан. В нашем случае, так как воспламенения не происходит, давление в цилиндре в момент открытия выпускного клапана ниже атмосферного и примерно равно разрежению на впуске. Поэтому при открытии выпускного клапана начинается движение газов из выпускного тракта в цилиндр, и давление в последнем начинает расти.
Момент начала роста давления в цилиндре можно условно принять за момент начала открытия выпускного клапана. Для более точного измерения рекомендуется значительно растянуть осциллограмму по оси Y.
РИСУНОК 4.
Затем при помощи измерительных линеек определить угол от ВМТ до момента открытия выпускного клапана. Это значение позволяет сделать однозначный вывод о правильности установки выпускного распредвала на двухвальном моторе либо распредвала на одновальном. На подавляющем большинстве двигателей угол открытия выпускного клапана составляет 140-145 градусов поворота коленчатого вала, лишь на некоторых моторах, имеющих «опелевские» корни, этот угол составляет 160 градусов. Если измеренный на осциллограмме угол укладывается в указанный диапазон, то считается, что распредвал установлен верно. Напомним, что речь идет о наблюдаемом нами виртуальном газодинамическом угле, реальные же углы открытия и закрытия клапанов у различных моторов могут значительно отличаться.
Если говорить о моторах ВАЗ, то перестановка ремня ГРМ на один зуб дает смещение фаз газораспределения на 17 градусов в соответствующую сторону. Реально же на осциллограмме мы увидим смещение при ошибке на зуб приблизительно на 12 градусов, на два зуба - 26 градусов, и чем дальше, тем большее будет наблюдаться расхождение. Это происходит опять-таки в силу газодинамической природы рассматриваемой осциллограммы.
Надо сказать, что несовершенство технологии производства на ВАЗе приводит к значительным расхождениям угла от одного экземпляра двигателя к другому при абсолютно правильно установленном ремне ГРМ.
Далее. На участке последующего нарастания давления происходит процесс открытия выпускного клапана. Этот участок осциллограммы должен быть гладким. Наличие неровностей в виде всплесков или даже «пилы» говорит о значительном износе направляющей втулки выпускного клапана. Вибрация последнего при открытии и является причиной пульсаций давления. Ниже приведен пример осциллограммы такого явления.
РИСУНОК 5.
При 180 градусах поворота коленчатого вала поршень попадает в нижнюю мертвую точку. Участок осциллограммы от этой точки до точки 360 градусов соответствует движению поршня вверх, к ВМТ такта выпуска, или ВМТ 360 градусов. После выравнивания давления в цилиндре и в выпускном тракте начинается вытеснение газов из цилиндра. В этот момент выпускной клапан открыт, а поршень движется вверх. Другими словами, давление в цилиндре фактически есть ни что иное, как давление в выпускном тракте. Этот замечательный факт позволяет нам сделать вывод о проходимости выпускного тракта, установив соответствующим образом измерительные линейки и оценив полученное значение.
Вполне нормальным считается давление на этом участке в пределах 0,1-0,15 бар. Если оно значительно выше, до 1-1.5 бар, это однозначно указывает на внутреннее разрушение катализатора либо глушителя. Незначительные превышения также чаще всего бывают связаны с теми или иными внутренними разрушениями, хотя также возможен износ кулачка выпускного клапана. В сомнительных случаях есть смысл рассоединить сочленения выпускного тракта и произвести повторное измерение.
На участке осциллограммы, соответствующем выпуску отработанных газов, наблюдаются неровности. Причина их появления - волновые и резонансные процессы в выпускном тракте. Чем лучше настроен выпускной тракт на конкретный двигатель, тем ровнее будет этот участок осциллограммы. Сравнение осциллограмм моторов отечественного и иностранного производства позволяет сделать неутешительный вывод о том, что к настройке выпуска зарубежные автопроизводители относятся гораздо более серьезно.
Рассмотрим верхнюю мертвую точку такта выпуска, соответствующую 360 градусам поворота коленчатого вала. Незадолго перед ней впускной клапан начинает открывать канал, через который внутренний объём цилиндра соединяется с впускным коллектором. Абсолютное давление во впускном коллекторе значительно ниже давления в цилиндре. Так как выпускной клапан все еще открыт, то давление в цилиндре практически равно давлению в выпускном коллекторе. По этой причине обнаружить момент начала открытия впускного клапана на осциллограмме давления в цилиндре большинства двигателей невозможно.
Говоря о ВМТ выпуска, следует заострить внимание на характерной точке, соответствующей перекрытию клапанов. Речь идет о газодинамическом перекрытии, когда проходные сечения канала впуска и выпуска уравниваются. Так как диаметры тарелок впускного и выпускного клапанов различны, перекрытие наступает при различных значениях вылета этих клапанов. На некоторых моторах геометрическое перекрытие клапанов может отсутствовать вообще. Но виртуальное газодинамическое перекрытие присутствует всегда, независимо от конструкции двигателя. На осциллограмме этот момент соответствует началу резкого спада давления в конце такта выпуска. Для оптимальной работы мотора момент газодинамического перекрытия должен совпадать с отметкой 360 градусов, что и наблюдается при исследовании двигателей разных производителей.
Обратим внимание на такой нюанс. Если при анализе осциллограммы давления в цилиндре окажется, что момент перекрытия изменяет свое положение от кадра к кадру, то это говорит об ослаблении натяжения ремня ГРМ.
Когда поршень, достигнув верхней мертвой точки, изменят направление движения на противоположное, выпускной клапан уже почти закрыт. Вследствие этого внутренний объём цилиндра разобщается выпускным коллектором. Впускной клапан при этом продолжает открываться, и давление в цилиндре начинает уравниваться с давлением во впускном коллекторе. Так как значение давления в цилиндре достаточно высокое, газы из цилиндра начинают перетекать во впускной коллектор, где давление значительно ниже атмосферного. Вскоре давления в цилиндре и впускном коллекторе практически выравниваются. Поршень при этом движется вниз, впускной клапан открыт, и значение давления на участке впуска есть ни что иное, как вакуум во впускном коллекторе. Его усредненное значение на исправном моторе составляет 0.6 бар. Если значение вакуума ниже, это повод искать причину дефекта. К сожалению, вакуум во впускном коллекторе, как и рассмотренное выше давление в ВМТ сжатия, зависит от целого ряда факторов. Небольшие затухающие колебания на участке впуска возникают предположительно из-за резонансных процессов во впускном тракте.
Достигнув нижней мертвой точки 540 градусов, поршень вновь начинает движение к головке блока цилиндров. Но впускной клапан при этом некоторое время остаётся всё ещё открытым. Поясним, почему. Дело в том, что процесс движения газов из впускного коллектора в цилиндр имеет значительную инерционность, и несмотря на то, что поршень движется к ВМТ и объем цилиндра уменьшается, через открытый впускной клапан продолжается наполнение цилиндра за счет инерции потока. Опоздание закрытия впускного клапана служит для улучшения наполняемости цилиндра топливовоздушной смесью. Данный эффект зависит от частоты вращения коленчатого вала и от степени открытия дроссельной заслонки. Момент закрытия впускного клапана подбирается при проектировании таким образом, чтобы «дозаряд» цилиндров был максимальным при определенном значении оборотов и полностью открытом дросселе. Если же двигатель работает с низкой частотой вращения коленчатого вала, эффект от позднего закрытия впускного клапана отрицательный: часть газов перетекает обратно во впускной коллектор.
Увидеть момент закрытия впускного клапана на осциллограмме можно лишь приблизительно.
1. На холостом ходу, когда в момент закрытия клапана газы из цилиндра перетекают в коллектор, это будет момент начала роста давления.
2. На повышенных оборотах, когда в момент закрытия клапана происходит процесс "дозаряда" цилиндра, будет виден небольшой перелом графика. Этот перелом возникает из-за того, что давление до полного закрытия клапана повышалось вследствие сжатия и "дозаряда", а после закрытия - только за счет сжатия. В идеальном случае горба быть не должно вообще, но на реальных серийных моторах добиться этого невозможно.
Момент закрытия впускного клапана на осциллограмме давления должен находиться примерно на отметке 580 градусов. Правильность установки впускного газораспределительного вала на двухвальном моторе можно установить по положению перекрытия клапанов и моменту закрытия впускного клапана.
После полного закрытия впускного клапана поршень движется к ВМТ такта сжатия, и цикл повторяется сначала.
Подведем краткий итог. Осциллограмма давления в цилиндре позволяет нам определить:
1. Реальный угол опережения зажигания по соотношению ВМТ и импульса высокого напряжения.
2. Состояние механической части по разнице давлений до и после сжатия (приблизительно).
3. Правильность установки выпускного распредвала по углу открытия выпускного клапана.
4. Правильность установки впускного распредвала по положению перекрытия клапанов и моменту открытия впускного клапана.
5. Состояние направляющей втулки выпускного клапана по форме осциллограммы.
6. Проходимость выпускной системы по значению давления в момент выпуска газов.
7. Наличие и значение вакуума во впускном коллекторе.
8. Наличие слабины ремня ГРМ по разнице углов перекрытия клапанов от кадра к кадру.
(Статья взята с сайта http://www.quantexlab.ru/)
данные измерения можно произвести у нас.Время снятия осциллограммы давления занимает около полу часа + консультация.Запишитесь на профессиональную диагностику в СПб по телефону 8-904-5500896, Михаил с 10 до 20 час по будням
СПБ 2012
www.vm256.ru
Датчик давления в цилиндре
Для анализа процессов, происходящих в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, требуются датчики давления с высокими техническими характеристиками по линейности, частотной характеристике, стойкости к тепловому воздействию. Сравнительные исследования датчиков давления в цилиндре, доступные в конце 60-х годов ХХ века, показали, что те из них, в которых в качестве измерительных элементов использовались пьезоэлектрические кристаллы, обеспечивали лучшую стойкость к тепловым воздействиям, чем те, в которых использовались тензодатчики. В итоге, пьезоэлектрические датчики стали использоваться для измерения давления внутри цилиндров, а тензодатчики (с металлическими или пьезорезистивными элементами) - по большей части при измерениях с умеренными требованиями по стойкости к тепловому воздействию, например, в топливопроводах высокого давления и во впускных коллекторах.
Пьезоэлектрические датчики способны удовлетворить высокие требования по частотной характеристике и линейности в широком диапазоне давлений. В то же время, основным недостатком их использования является нестабильность точки отсчета и малый уровень выходного сигнала.
Принцип работы пьезоэлектрического датчика давления в цилиндре
Принцип работы пьезоэлектрического датчика давления в цилиндре показан на рисунке 1. Скорость изменения давления (dP/dt) на диафрагме датчика через промежуточные элементы передается на пьезоэлектрический кристалл, вызывая его деформацию со скоростью dε/dt. Вследствие пьезоэлектрического эффекта, эта деформация поляризует заряд q в электроде датчика, что приводит к возникновению электрического тока i, создающего выходной сигнал датчика:
где Gs - чувствительность датчика (усиление).
При измерениях давления внутри цилиндра, датчик подвергается воздействию нестационарных тепловых потоков, обуславливающих непрерывное изменение температуры. Эти изменения температуры изменяют чувствительность пьезоэлектрического элемента и приводят к тепловым ударам (термошокам), воздействующим на диафрагму и корпус датчика. Термошоки создают импульсы силы, воздействующие на элемент датчика и вносят дополнительные искажения в сигнал, обеспечиваемый датчиком. Погрешность, обусловленная этими эффектами, получила название дрейфа температуры.
Обычно дрейф температуры разделяют на две компоненты. Первая компонента, соответствующая изменениям теплового потока, происходящим в каждом цикле, получила название кратковременного дрейфа или термошока. Вторая компонента, соответствующая медленным изменениям температуры датчика вследствие изменения условий работы двигателя, получила название дрейфа изменения нагрузки или долговременного дрейфа.
Обычно для сигнала датчика долговременный дрейф обуславливает только медленную нестабильность точки отсчета. Степень влияния долговременного дрейфа и контроль в этом случае зависят от выбранной схемы поляризации датчика.
Рисунок 1. Пьезоэлектрический датчик давления в цилиндре.
Влияние кратковременного дрейфа, в свою очередь, определяется частотой возникновения соответствующего явления. Резкие кратковременные дрейфы, возникающие, например, в условиях работы, в которых датчик может получить неустранимые повреждения, могут создавать значения давления ниже атмосферного в конце процесса расширения. При более умеренных уровнях, однако, присутствие кратковременного дрейфа не может быть идентифицировано по показаниям. Это приводит к тому, что показания давления будут выше реального давления в цилиндре в течение сгорания, и ниже реального давления на протяжении остальной фазы расширения. Хотя современные пьезоэлектрические датчики давления в цилиндре сконструированы так, что эффекты кратковременного дрейфа сведены к минимуму, необходимо учитывать, что их интенсивность сильно зависит от тепловой нагрузки в месте расположения датчика. На эту тепловую нагрузку оказывает влияние интенсивность потоков в течение процесса газообмена, характеризуемая аппроксимацией струи топлива (жиклера) в дизельном двигателе или аппроксимацией передней границы пламени в двигателе с искровым зажиганием. Итак, оценка частоты появления термошоков в месте расположения датчика в каждом конкретном случае – это хороший метод получения точных измерений.
Выбор места монтажа датчика давления в цилиндре
При выборе места, в котором будет смонтирован датчик, приоритет следует отдать хорошо охлаждаемым областям головки и избегать термошоков, которые могут привести к деформации корпуса датчика. Диафрагма датчика должна быть позиционирована в соответствии с рекомендациями изготовителя (обычно с зазором от 1,5 до 3,0 мм от внутренней поверхности головки). Датчик давления в цилиндре с функцией водяного охлаждения обеспечивают великолепное усиление (повышенное отношение сигнал/шум), линейность и термостойкость (в сравнении с неохлаждаемыми малогабаритными датчиками) и должны выбираться в первую очередь, когда в головке достаточно места для их размещения. Каналы, соединяющие камеру сгорания с полостью, в которой находится диафрагма датчика, могут переходить в режим акустического резонанса, генерируя колебания давления, приводящие к погрешностям измерения, которые, в свою очередь, делают неверными индицируемые оценки термодинамических параметров и энергии, освобождаемой при сгорании. Поэтому использование этих параметров (в типичном случае, когда датчик встроен в свечу зажигания) рекомендуется только для идентификации аномального сгорания в двигателях с искровым зажиганием.
Измерения давления внутри цилиндра дизельных двигателей с прямым впрыском топлива (direct injection, DI) требуют более тщательного подхода вследствие большего коэффициента сжатия и особой формы камеры сгорания. В таких двигателях, когда поршень находится вблизи ВМТ, приблизительно 90% массы рабочей жидкости находится внутри чашки цилиндра, в области над полостью. Давление этой порции массы определяется средним давлением цилиндра. Остальная часть массы заполняет зазоры между поршнем и головкой, а также между поршнем и гильзой цилиндра; ее давление может создавать колебания амплитудой до 10 бар, обусловленные турбулентностью потока внутри цилиндра и акустическими явлениями при сгорании. Итак, датчик должен быть размещен в точке, из которой может быть доступно давление массы над чашкой цилиндра. И наконец, важно отметить, что при выборе точки монтажа датчика, необходимо избегать ударов струи топлива в диафрагму датчика.
Подтверждение правильности выбора места монтажа датчика давления в цилиндре
Чтобы проиллюстрировать процедуру подтверждения правильности выбора места монтажа датчика, рассмотрим в качестве примера случай быстрого прямого впрыска топлива в дизельном двигателе с тремя клапанами в каждом цилиндре, в котором индицируемые измерения проводились с помощью неохлаждаемого датчика, смонтированного выше чашки цилиндра в месте расположения свечи зажигания (см. рисунок 2).
Метод позволяет проверить наличие кратковременного дрейфа путем поциклового сравнения изменений показаний давления внутри цилиндра в заданные моменты рабочего цикла. Наличие некоторого количества изменений является нормальным явлением и обусловлено случайной природой процесса сгорания, при котором все циклы немного отличаются друг от друга (в одних и тех же условиях работы). Эти изменения от цикла к циклу приводят к изменениям тепловой нагрузки, действующей на датчик и, когда случается кратковременный дрейф, то он также приводит к изменениям чувствительности датчика, увеличивающим разброс показаний давления.
Чтобы применить метод рассмотрим две точки на протяжении цикла, обозначенные как C1 и B2. Первая точка находится в начале процесса всасывания, она характеризует момент, когда датчик давления в цилиндре находится под влиянием тепловых нагрузок сгорания. Вторая точка находится на ходе сжатия, то есть выбрана сразу после газообмена, в течение которого датчик охлаждается. Таким образом, если происходит кратковременный дрейф, он создает в точке C1 больший разброс показаний, чем в точке B2. На рисунке 4 показаны девиации давления от среднего значения выборки для 56 последовательных циклов. В соответствии с описанным выше, кратковременные дрейфы приведут к большему разбросу точек вдоль оси х, чем вдоль оси у. Однако, точки на этом рисунке распределены равномерно относительно осей; это свидетельствует о том, что кратковременный дрейф в данном примере тривиален. Разброс точек относительно диагонали графика позволяет судить о повторяемости эксперимента. Режим, показанный на рисунке 4, характеризуется хорошей повторяемостью.
Рисунок 2. Место монтажа датчика давления
Рисунок 3. Девиация показаний давления относительно среднего значения выборки. Точка C1: 145 градусов c.a. после компрессии TDC. Точка B2: 80 градусов c.a. перед компрессией TDC.
В случаях с большим кратковременным дрейфом рекомендуется монтировать датчик через адаптер, устраняющий прямой контакт датчика с газами цилиндра во избежание локального нагрева компонентов датчика, главным образом, его диафрагмы. Другое решение состоит в установке датчика в углублении с помощью измерительного канала. Однако, использование такой процедуры монтажа может привести к погрешностям, обусловленным колебаниями потока в канале.
Специалисты БЛМ Синержи имеют большой опыт в подборе датчиков давления в цилиндре под различные виды двигателей и измерений, и всегда будут рады провести консультацию и подбор датчиков под задачи Заказчика.
blms.ru
Сгорание топлива в цилиндре судового двигателя
Если замерить изменение давления в цилиндре дизеля по времени (или углу поворота коленчатого вала), то можно получить так называемую «развернутую индикаторную диаграмму». На рисунке ниже дан примерный вид такой диаграммы с нанесенными характерными точками:
- d — момент начала подачи топлива;
- у — начало воспламенения топлива;
- z1 — конец резкого нарастания давления в цилиндре (достижение максимального давления Pz);
- z — конец подачи топлива;
- z’ — условная точка конца догорания.
Рис. 1 Развернутая индикаторная диаграммаВ соответствии с характерными точками, процесс воспламенения и сгорания топлива можно условно разбить на 4 фазы:
I фаза — от начала впрыска до начала воспламенения топлива — носит название “период задержки самовоспламенения”:
Ti=φi/6n
- τi — время задержки самовоспламенения в сек;
- φi— угол поворота коленчатого вала в град;
- n — частота вращения, об/мин.
Эта фаза определяется необходимостью физико-химической подготовки топлива к воспламенению и сгоранию (прогрев, испарение, предпламенные реакции). Она оказывает значительное влияние на развитие всего последующего процесса сгорания. Фаза должна быть возможно меньшей. Обычно τi лежит в пределах: τi=1-5 мсек (большие значения — в малооборотных дизелях) или по углу поворота коленчатого вала φi=3-50°пкв (большие значения — в высокооборотных двигателях).
II фаза — от начала сгорания (точка у) до достижения давления Pz (т.Z1) — называется периодом резкого нарастания давления в цилиндре. Практически все топливо, поступившее в цилиндр до точки Z1, вовлекается в горение. В качестве критерия, оценивающего интенсивность горения за фазу, принимается скорость нарастания давления W (или “жесткость индикаторного процесса”):
W=(dp)/(dφ)
Величина средней скорости нарастания давления обычно принимается равной:
Wcp≈△P/△φ≈(Pz-Pc)/(φz1-φy)
Этот параметр характеризует плавность (мягкость) индикаторного процесса. При больших ΔP / Δφ двигатель работает со стуками, жестко. Такая работа недопустима. Обычно ΔP / Δφ = 1 — 6 кг/см2 / 0пкв.
III фаза — кривая z1z — сгорание при примерно постоянном давлении. В районе точки z обычно заканчивается подача топлива, а температура в цилиндре достигает максимального значения. Задержка воспламенения топлива, подаваемого в этот период, минимальна (так как высоки давление и температура в цилиндре), однако к концу фазы сгорание может замедлиться — уменьшается количество кислорода. Давление сгорания за III фазу чаще всего незначительно увеличивается, но может и уменьшиться — все зависит от работы топливной аппаратуры и от относительного положения точки z и ВМТ. Чем дальше т. z от ВМТ, тем меньше давление в этой точке при той же цикловой подаче топлива. В качестве параметров, оценивающих III фазу горения, могут быть приняты максимальное давление Pz и угол поворота коленчатого вала φpz, при котором это давление достигается. Угол φpz косвенно характеризует экономичность рабочего процесса — чем ближе сгорание к ВМТ (меньше φpz) — тем меньше догорание, более эффективно используется энергия газов в цилиндре. II-я и II-я фазы носят название “видимого процесса сгорания”.
IV-я фаза — кривая zz‘ — носит название “догорание топлива” и наблюдается в большей или меньшей степени у всех дизелей. У малооборотных дизелей эта фаза меньше; у высокооборотных двигателей на номинальной нагрузке эта фаза может наблюдаться на всем ходе расширения. На долевых нагрузках догорание сокращается. Догорание на линии расширения увеличивает температуру газа в точке b цикла и температуру отработавших газов, повышает потери тепла в охлаждающую воду. Все это понижает термический КПД цикла.
Приведенный выше анализ с делением процесса сгорания на фазы является в какой-то степени условным. Однако он нагляден, часто используется при экспериментальных исследованиях ДВС и при анализе работы двигателя в эксплуатационных условиях.
Смотрите также:
а) Общая схема физических явлений при сгорании топлива
в) Факторы, влияющие на фазы процесса сгорания
г) Критерии оценки характера сгорания
Март, 02, 2015 1483 0
Поделитесь с друзьями:
sea-man.org
Давление скорость изменения в цилиндре
Аналогично нагружению труб и цилиндров находим скорость изменения напряжений во времени и долговечность толстостенного сферического сосуда под действием внутреннего и внещнего давления коррозионных сред [c.311] Скорость изменения напряжений и долговечность цилиндра под действием продольной силы и внутреннего давления следующие [c.308]
Однако при высоких давлениях происходит деформация цилиндра и поршня и зазор изменяется. Так как давление вдоль зазора переменно, то вязкость жидкости в зазоре также изменяется по длине зазора. Чтобы вычислить скорость опускания поршня при этих условиях, нужно оценить изменение величины зазора. В этом случае весьма удобным оказывается введение коэффициентов деформации. Для простого поршня (рис. 79) эти коэффициенты соответственно равны [c.130]
На рис. 35 показана диаграмма изменения давления в цилиндре двигате.т1я в момент детонации. Поскольку датчик реагирует лишь на скорость изменения давления, то его сигнал будет иметь характер первой производной от давления по времени. На этот сигнал накладываются высокочастотные вибрации, возникающие при детонации и имеющие частоты порядка 3—10 кгц. Для выделения основного сигнала, имеющего частоту 2 кгц, на входе в детонометр установлен фильтр с полосой пропускания от О до 2,9 кгц. Сглаженный сигнал датчика, пройдя предварительный усилитель, поступает в ограничитель, который пропускает лишь пику сигнала с напряжением более 15 в. Предварительный усилитель настраивают так, чтобы через ограничитель проходила лишь та часть сигнала, которая соответствует детонационному сгоранию, и не проходила часть сигнала, соответствующая нормальному сгоранию топлива. После ограничителя сигнал повторно увеличивается до величины, обеспечивающей требуемый диапазон чувствительности прибора. [c.68]
Если тем или иным образом воспрепятствовать закрытию всасывающего клапана, то пластины клапана с началом хода сжатия подвергаются действию разности давлений в потоке газа, возвращающегося из цилиндра во всасывающий патрубок. Эта разность приблизительно пропорциональна квадрату скорости поршня и изменяется от нуля у мертвых точек до максимума вблизи среднего положения поршня. Она создает силу, которая может служить для осуществления закрытия клапана на части хода. На этом основана система регулирования динамическим отжимом клапана. Отжимной орган 1 всасывающего клапана (фиг. XI. 22, а) находится под воздействием пружины 2, которая, преодолевая силу клапанных пружин 3, создает избыточную силу, противодействующую закрытию клапана. Так как эта избыточная сила выбирается меньшей, чем максимальная сила, создаваемая разностью давлений в газовом потоке на пластины клапана 4, то клапан закрывается на части хода и дальше остается закрытым под действием давления сжимаемого в цилиндре газа. Момент закрытия определяется натягом пружины 2. Величину натяга регулируют либо вручную винтом 5, либо, в случае воздействия на группу клапанов или при автоматическом регулировании гидравлически, путем изменения давления масла. [c.526]
Ввиду высокой окружной скорости блока цилиндров и большого перепада давления в дуговых окнах распределителя, соединенных с полостями высокого и низкого давления насоса, изменение давления в цилиндре при проходе им разделительной перемычки шириной 5 (соответствует углу ф ер см. рис. 57, в) 476 [c.476]
Если скорость обтекающего цилиндр потока постепенно возрастает примерно до чисел Рейнольдса, превосходящих единицу, в задней критической точке начинается отрыв. Это вызывает изменение полей давления и скорости, и точка отрыва смещается вперед. Максимальное смещение точки отрыва, показанное на рис. 8. 8а, соответствует углу 0 = 85° и происходит при ламинарном пограничном слое. [c.82]
Возникнув у цилиндра, скачок давления перемещается по длине трубопровода, причем на остальном участке газ остается неподвижным, а давление равным начальному. Если допустить, что скорость поршня постоянна, а трение отсутствует, то величина избыточного давления на всем участке трубопровода от цилиндра до места мгновенного положения скачка равна Ар. При переменной скорости поршня с любое плавное ее изменение можно представить как результат множества мгновенных приращений д.с. Им соответствуют скачки скорости газа на входе в трубопровод скачки давления йр = При относительно малой величине Ар скорость [c.258]
При соблюдении этих условий изменение давления и скорости газа в трубопроводе протекает следующим образом. Область избыточного давления Ар, возникнув в начале трубопровода (а вследствие малой длины цилиндра — одновременно и у поршня), распространяется вдоль трубопровода I со скоростью звука и достигает его открытого конца за [c.258]
Холодильник должен иметь малое гидравлическое сопротивление, быть компактным, доступным для чистки и простым в изготовлении. Поток охлаждаемого газа направляют в холодильнике сверху вниз, а поток воды, температура которой в холодильнике растет, — снизу вверх, избегая этим свободных конвективных токов воды и газа навстречу вынужденному движению. С целью уменьшения размеров холодильника стремятся интенсифицировать процесс передачи тепла, для чего допускают повышенные скорости газа. Однако вследствие свойственного поршневым компрессорам пульсирующего потока в холодильниках возникают потери давления, во много раз больше, чем при плавном потоке газа. Это обстоятельство, особенно ощутимое в холодильниках с большой длиной газового столба или с резкими изменениями направления движения газового потока, часто является причиной больших потерь энергии в компрессоре. Радикальным средством для снижения этих потерь является устройство буферных емкостей за цилиндром ступени до холодильника и перед цилиндром следующей ступени. [c.471]
Регулирование изменением частоты вращения является наиболее экономичным, что обусловлено следующим 1) работа механического трения сокращается почти пропорционально уменьшению производительности 2) при уменьшении частоты вращения уменьшаются скорости газа в клапанах и трубопроводах, вследствие чего сокращаются межступенчатые потери давления и индикаторная работа одного цикла становится меньшей 3) более интенсивное охлаждение газа в цилиндрах и в холодильниках, вызванное удлинением периода цикла, также немного уменьшает величину индикаторной работы одного цикла общая мощность компрессора уменьшается таким образом более чем пропорционально уменьшению производительности. [c.535]
На рис. 2 показана принципиальная схема автоматизированного гидропривода с управлением режимами подач по заданной программе при помощи дросселя с регулятором и гидравлической корректирующей обратной связи по скорости. Масло от главного насоса 14 по нагнетательному трубопроводу 13 через дроссель 12 с регулятором типа Г55-14 и по трубопроводу 10 через золотник 9 реверса поступает в рабочую полость цилиндра 7. Затем из штоковой полости цилиндра 7 оно проходит по сливному трубопроводу 8 через золотник 9 реверса по трубопроводу И, через второй золотник 33 реверса по трубе 32, через регулируемый дроссель 47 (измеритель расхода диафрагменного типа) и по сливной трубе через подпорный кран 44 сливается в бак. Одновременно масло по трубам 45 и 46 через диафрагменные отверстия акт поступает в полости цилиндра управления 5 , в котором создается перепад давления, перемещающий поршень 35. Диафрагмы пит обеспечивают плавное перемещение поршня 35. При изменении перепада давления в цилиндре управления 34 поршень 35 перемещает шаблон 37 корректирующего устройства. В конце рабочего хода переключаются электрогидравлические золотники 9 п 33 реверса. От насоса 18, питающего устройство управления гидросистемы, через золотник 33 по трубе 48 масло поступает в цилиндр 43 и перемещает его поршень 42 и шток 39 (поддерживаемые до поступления масла в цилиндр 43 в верхнем положении пружиной 41) вниз по схеме. При перемещении вниз шток [c.50]
При изменении заданной скорости в дросселе 47 изменяется перепад давления на поршне 35 цилиндра 34, и за счет сжатия пружины 36 перемещается шаблон 37. Шаблон 37 перемещает рычажок 24 и изменяет открытие дросселя 12 до тех пор, пока не восстановится заданный расход рабочей жидкости и соответствующая ему заданная скорость. Для избежания перекоса шаблона 37 и поршня 36 предусмотрены опорные ролики 38. [c.52]
Другой тип вискозиметра с коаксиальными цилиндрами, известный под названием Вискозиметр ВНС (рис. 3.8), работает внутри сосуда высокого давления и позволяет измерять вязкостные параметры при температурах до 340 °С и давлениях до 140 МПа. Привод, осуществляемый через магнитную пару, позволяет получать скорости сдвига 11, 21, 32, 64, 96, 191, 286, 573 и 860 С . Вращающий момент измеряется электрическим динамометром, в состав которого входит пружина, на которой подвешен боб. Изменения электрического сопротивления передаются на наружный измерительный прибор. Прибор регистрирует напряжения сдвига от 7 до 840 дин/см (3—400 Па). [c.100]
Если сечения зазоров 2 и 3 увеличить, а сечения зазоров 1 и 4 уменьшить, то расходы масла Жг и Жъ увеличатся, а Жi и Ж уменьшатся, и поршень будет двигаться влево.) Следует отметить, что давления с обеих сторон поршня остаются постоянными независимо от направления движения поршня до тех пор, пока поршень не нагружен, т. е. когда 22 = 0. Часто полагают, что давления Р и Р2 изменяются при изменении величины входных или выходных отверстий в цилиндре и что движение поршня происходит в результате разности этих давлений. Это предположение неверно. На самом деле давления Р1 и Р2 зависят только от действующей нагрузки 22. Поскольку трение составляет часть полной нагрузки, можно предположить, что существует косвенная зависимость между скоростью перемещения поршня и давлением масла, так как трение определяется направлением и скоростью перемещения поршня. Если нагрузка постоянная и действует в левую сторону, то для сохранения равновесия сил по сравнению с нейтральным положением величина Рг должна возрастать, а Р — понижаться. При этом падение давления в отверстиях 2 и 3 будет возрастать, а в отверстиях 1 и 4 — уменьшаться соответственно и Жъ также будут возрастать, а и Ж — уменьшаться. Под действием нагрузки поршень будет двигаться влево с постоянной скоростью. Движение поршня определяется только положением регулирующего золотника, т. е. величиной открытия его отвер- [c.84]
Значения толщины пленки, отклоняющиеся от заданного, являются исходным сигналом для процессов регулирования. Поскольку причины отклонения толщины могут быть различными, то и для корректировки используют разные приемы. Анализ измеренных значений с помощью ЭВМ показывает, имеют ди место зависящие от времени колебания толщины поперек направления съема. Колебания толщины могут быть обусловлены неравномерной подачей материала шнеком экструдера, что объясняется неудачной геометрией шнека или неверным регулированием температуры по длине цилиндра. Большие различия в насыпной массе материала также могут вызвать колебания толщины, обусловленные временными изменениями давления массы материала. Поэтому давление можно использовать как основной параметр для регулирования дозирования, числа оборотов шнека и скорости вытяжки. [c.241]
С целью повышения производительности процесса экструзии может быть использован способ автоматического управления путем изменения скорости вращения шнека экструдера в зависимости от давления в экструдере и расхода массы. Поочередно изменяют температуру формующей головки, температуру цилиндра и скорость вращения шнека до максимально возможных значений в зависимости от изменения обобщающего показателя качества перерабатываемого материала. [c.254]
Экспеллер (рис. 10.5) снабжен подающим и разгрузочным конвейерами. Скорость движения шнека питающего конвейера можно регулировать. Экспеллер работает непрерывно. Обезвоживание каучука происходит за счет сжатия его шнеком 3, вращающимся внутри фильтрующего цилиндра 2 со щелями. При изменении размера выпускного отверстия 1 или скорости подачи каучука изменяется давление шнека на каучук и степень его обезвоживания. Фильтрат стекает через штуцер. Шнек и [c.162]
Нормальным считается горение, когда от точки зажигания (свечи) фронт пламени в цилиндре распространяется по радиусам сферы во все стороны со скоростью порядка 20 - 50 м/с. На рис. 3.44 характер изменения давления в цилиндре при таком горении показан кривой 1. [c.177]
В полый цилиндр, повернутый щелью кверху, заливают суспензию сорбента. С помощью ручки цилиндр поворачивают на 180° так, чтобы суспензия могла вытекать через продольную щель на приготовленный ряд стеклянных пластинок. Весь прибор плавно и равномерно перемещают по ряду пластинок со скоростью, обеспечивающей образование равномерного слоя вытекающей суспензии. Любое изменение скорости движения сразу проявляется в нарушении равномерности слоя. Необходимо всегда следить за тем, чтобы отверстие для выравнивания давления не засорялось. [c.57]
Для исследования аном-алии вязкости при. ьеняются капиллярные и ротационные вискозиметры, снабженные приспособлением для вариирования градиента скорости течения испытуемой жидкости. В капиллярных вискозиметрах это осуществляется изменением разности давления, приложенного к концам капилляра, например, увеличением давления сжатого воздуха, подаваемого на один из концов [/-образной трубки вискозиметра. В ротационных вискозиметрах для изменения градиента скорости течения изменяют скорость вращения цилиндра. Для этой цели вари-ируют момент, приложенный к вращающемуся внутреннему цилиндру (например, увеличивают вес гири, вращающей цилиндр вискозиметра Воларовича) или с помощью редуктора изменяют число оборотов внещнего цилиндра. Как следует из определения аномалии вязкости, ее признаком является уменьшение измеряемой величины с увеличением градиента скорости течения. [c.229]
Если принять ЛГэл постоянным по своему значению и учесть, что Мк изменяется в зависимости от изменения давления газов в цилиндре компрессора и угла поворота коленчатого вала, то угловая скорость вращения коленчатого вала его, как это следует на основании (III, 25), [c.85]
В двигатаде из-за большой скорости изменения давления и большой его величины в цилиндре в районе ВМГ увеличение числа гармоник до К = 4 и числа равномерно расположенных реперных точек до 5 = 4 не приводит к существенному снижению погрешности вычисления индикаторной диаграммы (рис.З), Для двигателя наиболее эффективным средством снижения погрешности вычисления индикаторной диаграммы является неравномерная установка реперных точек при наибольшей частоте их размещения вблизи ВМТ. Так, при размещении реперных точек ( = 9) по одному из следующих вариантов [c.167]
Типичная диаграмма изменения давления Р и средней температуры Т в цилиндре дизеля с неразделенной камерой сгорания в зависимости от угла поворота коленчатого вала ф представлена на рис. 3.22 i[163]. Там же приведено изменение количества поданного в камеру сгорания топлива (G), скорости его подачи dGld(f), коэффициента активного тепловыделения (х) и скорости тепловыделения d%ldq>). [c.155]
Статические условия Газовая смесь реагентов подается в термо-статированныЛ реактор. Если реакция идет с изменением числа молей, то кинетику обычно снимают по изменению давления в системе. Реактор изготовляется из стекла пирекс марки ЗС-5 или плавленого кварца обычно в форме цилиндра или сферы. Для того чтобы свести к минимуму участие стенк.и в рад-икальных реакциях, стенку покрывают пленкой ня гакях веществ, как КС1 или Н3ВО3. Чтобы выяснить, не участвует ли стенка в реакции, проводят опыты в реакторах разного диаметра, формы и вводят в реактор стеклянные трубочки. Скорость гомогенной реакции получают, экстраполируя зависимость Ц/ от к 51 = 0. Температуру внутри реактора измеряют при помощи термопары. Для сведения к минимуму изменения давления в ходе опыта из-за колебаний температуры термостата часто используют дифференциальную схему в термостат помещают вместе с реактором сосуд, наполненный инертным газом, и измеряют изменение давления в реакторе относительно давления в холостом сосуде. [c.271]
Расширение газа в цилиндре с поршнем хорошо иллюстрирует различие между равновесным и неравновесным процессами. Поршень в цилиндре (рис. 34, а) не движется, если давление п молей газа в объеме уравновешено внешним давлением Р (например, Р — это вес поршня и набора гирь с разным весом). Пусть вся система погружена в термостат, обеспечивающий постоянство температуры Т. Чтобы вызвать медленное расширение газа до конечного объема Уг. надо поочередно снимать самые маленькие гирьки, например, весом 1 г. Каждый раз после снятия гирьки давление газа будет слегка превышать внешнее давление расширение газа прекращается, когда внешнее давление уравновешивается внутренним давлением, которое для идеального газа равно р = пНТЬ. На рис. 34, б этот процесс изображен ступеньками (вертикальная черточка — снятие груза, горизонтальная — расширение до равновесного объема). В данном случае процесс еще не является вполне равновесным, так как изменение уравновешивающего давления происходит, хотя и с малой, но конечной скоростью. [c.69]
Поэтому они способны двигаться в области возрастающего давления лишь на определенное расстояние, пока не растратят свою кинетическую энергию. После того как их скорость упадет до нуля, частицы начинают двигаться в обратном направлении. Этот процесс и обусловливает отрыв струй. Благодаря опрыву струй с кормовой стороны цилиндра наблюдается изменение картины распределения давлений. Величина проникновения частиц в зону возрастающего давления зависит от их кинетической энергии. Последняя в среднем больше для частиц турбулентного пограничного слоя (рис. 6-12), чем ламинарного. Отрыв турбулентного нопраничного слоя происходит приблизительно на угло1вом расстоянии а=110°, а ламинарного пограничного слоя — на расстоянии а=82°. [c.205]
Ротор опытной установки состоит из вала, 18 разделительных перегородок, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, цилиндрического каркаса и четырех главных и восьми второстепенных ребер в каждом секторе. Эти ребра так же, как и перегородки, принимают на себя часть давления. Набивка помещается в рамках, которые вставляются в ротор параллельно оси вращения вдоль направляющих, прикрепленных к перегородкам, после чего рамки при помощи болтов одним концом прикрепляются к главным ребрам. Установленные рамки образуют четыре концентрических цилиндра, чем достигается хорошее распределение потока при использовании закрученных направляющих лопаток, которые непосредственно касаются рамок. Ротор вращается со скоростью 10,82 об1мин от стандартного электродвигателя мощностью 2 л. с. Уплотнительное устройство состоит из внутреннего и внешнего колец и 18 радиальных уплотнительных пластин, помещенных на концах перегородок в каждом секторе и прижимаемых специальными пружинами. Утечки через уплотнения вызывают падение давления, которое создает систему аэродинамических сил, воздействующих на уплотнительную пластину. При изменении зазора между вращающейся и неподвижной деталями изменяется величина аэродинамического усилия. Таким образом, уплотнительное устройство является автоматически компенсирующим и его положение регулируется потоком воздуха высокого давления. [c.148]
Применение ЭВМ для управления процессом экструзии на первый план выдвигает вопросы автоматического определения важнейших свойств получаемого экструдата и определяющих их технологических параметров. Поскольку процесс экструзионного формования ПВХ может быгь разделен на три стадии - пластикация композиций, формование экструдата и его охлаждение, то контроль процесса должен осуществляться на всех трех стадиях и рассматриваться как система со многими переменными, к которым можно отнести производительность, температуру, давление и вязкость перерабатываемого материала. Указанные параметры зависят от таких регулируемых величин, как количество тепла, подводимого к цилиндру, силы трения, скорости вращения шнека. На регулируемые переменные влияют гак называемые нарушаемые переменные колебание мощности, температура окружающей среды, изменение свойств перерабатываемого материала. Управление скоростью шнека осуществляется путем регулирования частоты вращения двигателя, а контроль его температуры особенно необходим в экструдерах с большим диаметром червяка. [c.251]
chem21.info
Информация
Осциллограмма давления в цилиндре является одним из богатейших источников диагностической информации. Прежде всего, следует уяснить, что эта осциллограмма не отображает те или иные параметры механической части двигателя непосредственно. Она отображает процесс движения газов в цилиндре, по которому можно косвенно судить о работе механизма газораспределения, состоянии цилиндропоршневой группы, проходимости выпускного тракта и многом другом. В дальнейшем речь пойдет, в частности, о моментах открытия, закрытия либо перекрытия клапанов. Нужно понимать, что это не есть их реальные геометрические углы, обусловленные конструкцией распределительного вала. Это характерные точки газодинамических процессов в цилиндре, дающие нам лишь косвенную информацию. Отметим также, что разговор будет об осциллограмме давления в цилиндре двигателя, работающего на холостом ходу при 800-900 оборотах в минуту.
Для получения осциллограммы давления в цилиндре необходимо прогреть двигатель до рабочей температуры, установить в исследуемый цилиндр датчик давления вместо вывернутой свечи, а высоковольтный провод этой свечи установить на разрядник. В случае, когда двигатель оснащен единым модулем зажигания на все цилиндры (некоторые моторы Opel, Peugeot, Renault), можно снять модуль и установить дополнительные высоковольтные провода между его выводами и свечами, соблюдая при этом меры предосторожности. Если возможно, отключить разъем от форсунки диагностируемого цилиндра, чтобы исключить подачу топлива.
Синхронизацию при снятии осциллограммы лучше использовать внешнюю, от датчика первого цилиндра. Запустить двигатель и снять осциллограмму. Рассмотрим участки и характерные точки осциллограммы по порядку, одновременно упоминая о том, какую информацию можно извлечь из их формы и значения давления.
Максимум давления в цилиндре соответствует верхней мертвой точке (ВМТ). ВМТ такта сжатия диагностируемого цилиндра принимают за нулевую точку угла поворота коленчатого вала.
Первое, на что следует обратить внимание, - это реальный угол опережения зажигания. Программа отмечает момент синхронизации тонкой серой полосой, которая при использовании внешней синхронизации представляет собой ни что иное, как момент искрообразования в цилиндре. Как вариант, можно вместе с осциллограммой давления снять и осциллограмму высокого напряжения в исследуемом цилиндре. Эта наглядная «картинка» соотношения ВМТ и момента искрообразования просто замечательна при поиске причин незапуска двигателя. Следует заметить, что полученный таким образом угол является реальным и может не совпадать с углом, отображаемым сканером. В случае большого расхождения есть смысл проверить задающий диск двигателя.Второе, что нужно сделать перед дальнейшим анализом осциллограммы, - это убедиться, что называется, «навскидку» в отсутствии серьезных механических проблем в проверяемом цилиндре.
Делается это путем сравнения давлений в точках 1 и 2. Идея этой методики заключается в следующем. При сжатии поршнем газов часть из них неизбежно просочится через уплотнения цилиндра, вследствие чего давление в точке 2 относительно точки 1 упадет. В то же время, температура газов вырастет вследствие сжатия их поршнем и контакта с горячими стенками цилиндра, что приводит к росту давления. Поэтому у исправного двигателя давление в точке 1 должно быть приблизительно равно давлению в точке 2. Если же в цилиндре имеются серьезные механические дефекты (прогар клапана, сломанные кольца, неисправность в механизме газораспределения), то давление 1 будет заметно выше давления 2 из-за значительной утечки сжимаемых в цилиндре газов.
Приведенная методика скорее оценочная, серьезные выводы о состоянии уплотнений цилиндра лучше делать с использованием пневмотестера.Если момент искрообразования на месте, и явных механических дефектов не обнаружено, приступаем к дальнейшему анализу осциллограммы. Начнем с верхней мертвой точки.Значение давления в ВМТ – параметр интегральный, зависящий от множества факторов. Означает ли это, что из него невозможно сделать достоверное заключение о наличии либо отсутствии какого-либо дефекта? К сожалению, да. Но понимать, отчего это значение зависит, и соответствующим образом его интерпретировать совершенно необходимо. А поэтому перечислим основные факторы, оказывающие влияние на значение давления в ВМТ.
- Степень сжатия двигателя. Естественно, чем выше степень сжатия, тем выше давление. Разница будет заметна не только на конструктивно разных моторах, но и на двигателях одной и той же модели. Это связано в первую очередь с изменением степени сжатия в процессе эксплуатации, например вследствие обрастания нагаром камеры сгорания и днища поршня.
- Абсолютное давление во впускном коллекторе. Так как наполнение цилиндра происходит из впускного коллектора через открытый впускной клапан, то количество поступивших газов, а следовательно, и давление в ВМТ напрямую зависит от значения абсолютного давления. Повышенное значение последнего чаще всего бывает следствием подсоса воздуха в задроссельное пространство. Вообще, подсос обнаруживается по наличию двух признаков: высокому давлению в ВМТ и низкому значению вакуума во впускном коллекторе.
- Состояние газораспределительного вала. Например, износ впускного кулачка также приведет к плохому наполнению цилиндра и, как следствие, низкому давлению в ВМТ.
- 4. Состав смеси. Оптимальным составом смеси, на котором наиболее эффективно работает двигатель, является стехиометрический. Напомним, что стехиометрическим называют состав, в котором соотношение масс воздуха и топлива составляет 14,7:1. Отклонение от стехиометрии как в сторону обогащения, так и в сторону обеднения приводит к тому, что двигатель выходит из оптимального режима работы, в результате чего снижаются обороты холостого хода. Для их поддержания на необходимом уровне электронный блок управления (ЭБУ) приоткрывает регулятор холостого хода (РХХ). При этом давление во впускном коллекторе повышается, и соответственно повышается давление в ВМТ.
- Угол опережения зажигания. Выше упоминалось, что перед анализом осциллограммы необходимо убедиться в правильной установке УОЗ, чтобы исключить влияние последнего на достоверность наших выводов. Поясним, как связаны между собой УОЗ и давление в ВМТ. Отклонение значения УОЗ от оптимального, как в сторону более позднего, так и в сторону слишком раннего зажигания, приводит к снижению значения оборотов холостого хода. Это опять-таки вызывает дополнительное открытие РХХ, рост абсолютного давления во впускном коллекторе и, соответственно, увеличение давления в ВМТ.
- Состояние цилиндро-поршневой группы и клапанов. Наличие значительных утечек газов из цилиндра при неудовлетворительном состоянии этих узлов также приведет к снижению давления в ВМТ. Но, как уже упоминалось, произвести приблизительную оценку их состояния необходимо сразу после снятия осциллограммы, до ее детального анализа.
- Еще один важный фактор – количество цилиндров двигателя. Поясним на простом примере. Дело в том, что при снятии осциллограммы исследуемый цилиндр не вносит вклад в работу двигателя. На трехцилиндровом моторе это будет один из трех, а на восьмицилиндровом – один из восьми цилиндров. В первом случае нагрузка на оставшиеся цилиндры возрастает значительно больше, чем во втором. Как следствие, для поддержания оборотов холостого хода значительно открывается РХХ, что приводит к увеличению давления в ВМТ. Поэтому, исследуя трехцилиндровый Дэу Матиз, не нужно удивляться высокому значению этого давления.
Значение давления в верхней мертвой точке исправного четырехцилиндрового двигателя колеблется от 4.5 до 6 бар. Меньшие значения говорят чаще всего о серьезных механических дефектах исследуемого цилиндра, большие – повод поискать подсос воздуха либо причину повышенной нагрузки на двигатель.Спад давления после ВМТ соответствует движению поршня вниз. Выпускной клапан начинает открываться до того, как поршень достигнет нижней мертвой точки, которой соответствует угол поворота коленчатого вала 180 градусов. Происходит это потому, что при реальной работе мотора отработавшие газы находятся под большим давлением, и несмотря на то, что объем цилиндра увеличивается, начинается их истечение через выпускной клапан. В нашем случае, так как воспламенения не происходит, давление в цилиндре в момент открытия выпускного клапана ниже атмосферного и примерно равно разрежению на впуске. Поэтому при открытии выпускного клапана начинается движение газов из выпускного тракта в цилиндр, и давление в последнем начинает расти.Момент начала роста давления в цилиндре можно условно принять за момент начала открытия выпускного клапана. Для более точного измерения рекомендуется значительно растянуть осциллограмму по оси Y.
Затем при помощи измерительных линеек определить угол от ВМТ до момента открытия выпускного клапана. Это значение позволяет сделать однозначный вывод о правильности установки выпускного распредвала на двухвальном моторе либо распредвала на одновальном. На подавляющем большинстве двигателей угол открытия выпускного клапана составляет 140-145 градусов поворота коленчатого вала, лишь на некоторых моторах, имеющих «опелевские» корни, этот угол составляет 160 градусов. Если измеренный на осциллограмме угол укладывается в указанный диапазон, то считается, что распредвал установлен верно. Напомним, что речь идет о наблюдаемом нами виртуальном газодинамическом угле, реальные же углы открытия и закрытия клапанов у различных моторов могут значительно отличаться.Если говорить о моторах ВАЗ, то перестановка ремня ГРМ на один зуб дает смещение фаз газораспределения на 17 градусов в соответствующую сторону. Реально же на осциллограмме мы увидим смещение при ошибке на зуб приблизительно на 12 градусов, на два зуба – 26 градусов, и чем дальше, тем большее будет наблюдаться расхождение. Это происходит опять-таки в силу газодинамической природы рассматриваемой осциллограммы.Надо сказать, что несовершенство технологии производства на ВАЗе приводит к значительным расхождениям угла от одного экземпляра двигателя к другому при абсолютно правильно установленном ремне ГРМ.Далее. На участке последующего нарастания давления происходит процесс открытия выпускного клапана. Этот участок осциллограммы должен быть гладким. Наличие неровностей в виде всплесков или даже «пилы» говорит о значительном износе направляющей втулки выпускного клапана. Вибрация последнего при открытии и является причиной пульсаций давления. Ниже приведен пример осциллограммы такого явления.
При 180 градусах поворота коленчатого вала поршень попадает в нижнюю мертвую точку. Участок осциллограммы от этой точки до точки 360 градусов соответствует движению поршня вверх, к ВМТ такта выпуска, или ВМТ 360 градусов. После выравнивания давления в цилиндре и в выпускном тракте начинается вытеснение газов из цилиндра. В этот момент выпускной клапан открыт, а поршень движется вверх. Другими словами, давление в цилиндре фактически есть ни что иное, как давление в выпускном тракте. Этот замечательный факт позволяет нам сделать вывод о проходимости выпускного тракта, установив соответствующим образом измерительные линейки и оценив полученное значение.Вполне нормальным считается давление на этом участке в пределах 0,1-0,15 бар. Если оно значительно выше, до 1-1.5 бар, это однозначно указывает на внутреннее разрушение катализатора либо глушителя. Незначительные превышения также чаще всего бывают связаны с теми или иными внутренними разрушениями, хотя также возможен износ кулачка выпускного клапана. В сомнительных случаях есть смысл рассоединить сочленения выпускного тракта и произвести повторное измерение. Этот участок осциллограммы особенно информативен, если поднять обороты холостого хода, скажем, до 2000. В случае внутреннего разрушения выпускного тракта давление на нем будет весьма высоким, до 2-3 бар.На участке осциллограммы, соответствующем выпуску отработанных газов, наблюдаются неровности. Причина их появления – волновые и резонансные процессы в выпускном тракте. Чем лучше настроен выпускной тракт на конкретный двигатель, тем ровнее будет этот участок осциллограммы. Сравнение осциллограмм моторов отечественного и иностранного производства позволяет сделать неутешительный вывод о том, что к настройке выпуска зарубежные автопроизводители относятся гораздо более серьезно.Рассмотрим верхнюю мертвую точку такта выпуска, соответствующую 360 градусам поворота коленчатого вала. Незадолго перед ней впускной клапан начинает открывать канал, через который внутренний объём цилиндра соединяется с впускным коллектором. Абсолютное давление во впускном коллекторе значительно ниже давления в цилиндре. Так как выпускной клапан все еще открыт, то давление в цилиндре практически равно давлению в выпускном коллекторе. По этой причине обнаружить момент начала открытия впускного клапана на осциллограмме давления в цилиндре большинства двигателей невозможно.
Говоря о ВМТ выпуска, следует заострить внимание на характерной точке, соответствующей перекрытию клапанов. Речь идет о газодинамическом перекрытии, когда проходные сечения канала впуска и выпуска уравниваются. Так как диаметры тарелок впускного и выпускного клапанов различны, перекрытие наступает при различных значениях вылета этих клапанов. На некоторых моторах геометрическое перекрытие клапанов может отсутствовать вообще. Но виртуальное газодинамическое перекрытие присутствует всегда, независимо от конструкции двигателя. На осциллограмме этот момент соответствует началу резкого спада давления в конце такта выпуска. Для оптимальной работы мотора момент газодинамического перекрытия должен совпадать с отметкой 360 градусов, что и наблюдается при исследовании двигателей разных производителей.
Обратим внимание на такой нюанс. Если при анализе осциллограммы давления в цилиндре окажется, что момент перекрытия изменяет свое положение от кадра к кадру, то это говорит об ослаблении натяжения ремня ГРМ.
Когда поршень, достигнув верхней мертвой точки, изменят направление движения на противоположное, выпускной клапан уже почти закрыт. Вследствие этого внутренний объём цилиндра разобщается выпускным коллектором. Впускной клапан при этом продолжает открываться, и давление в цилиндре начинает уравниваться с давлением во впускном коллекторе. Так как значение давления в цилиндре достаточно высокое, газы из цилиндра начинают перетекать во впускной коллектор, где давление значительно ниже атмосферного. Вскоре давления в цилиндре и впускном коллекторе практически выравниваются. Поршень при этом движется вниз, впускной клапан открыт, и значение давления на участке впуска есть ни что иное, как вакуум во впускном коллекторе. Его усредненное значение на исправном моторе составляет 0.6 бар. Если значение вакуума ниже, это повод искать причину дефекта. К сожалению, вакуум во впускном коллекторе, как и рассмотренное выше давление в ВМТ сжатия, зависит от целого ряда факторов. Небольшие затухающие колебания на участке впуска возникают предположительно из-за резонансных процессов во впускном тракте.
Достигнув нижней мертвой точки 540 градусов, поршень вновь начинает движение к головке блока цилиндров. Но впускной клапан при этом некоторое время остаётся всё ещё открытым. Поясним, почему. Дело в том, что процесс движения газов из впускного коллектора в цилиндр имеет значительную инерционность, и несмотря на то, что поршень движется к ВМТ и объем цилиндра уменьшается, через открытый впускной клапан продолжается наполнение цилиндра за счет инерции потока. Опоздание закрытия впускного клапана служит для улучшения наполняемости цилиндра топливовоздушной смесью. Данный эффект зависит от частоты вращения коленчатого вала и от степени открытия дроссельной заслонки. Момент закрытия впускного клапана подбирается при проектировании таким образом, чтобы «дозаряд» цилиндров был максимальным при определенном значении оборотов и полностью открытом дросселе. Если же двигатель работает с низкой частотой вращения коленчатого вала, эффект от позднего закрытия впускного клапана отрицательный: часть газов перетекает обратно во впускной коллектор.
Увидеть момент закрытия впускного клапана на осциллограмме можно лишь приблизительно.
- На холостом ходу (800-900 об/мин), когда в момент закрытия клапана газы из цилиндра перетекают в коллектор, это будет момент начала роста давления.
- На повышенных оборотах, когда в момент закрытия клапана происходит процесс «дозаряда» цилиндра, будет виден небольшой перелом графика. Этот перелом возникает из-за того, что давление до полного закрытия клапана повышалось вследствие сжатия и «дозаряда», а после закрытия – только за счет сжатия. В идеальном случае горба быть не должно вообще, но на реальных серийных моторах добиться этого невозможно.
Момент закрытия впускного клапана на осциллограмме давления должен находиться примерно на отметке 580 градусов. Правильность установки впускного газораспределительного вала на двухвальном моторе можно установить по положению перекрытия клапанов и моменту закрытия впускного клапана.
После полного закрытия впускного клапана поршень движется к ВМТ такта сжатия, и цикл повторяется сначала.
Подведем краткий итог. Осциллограмма давления в цилиндре позволяет нам определить:
- Реальный угол опережения зажигания по соотношению ВМТ и импульса высокого напряжения.
- Состояние механической части по разнице давлений до и после сжатия (приблизительно).
- Правильность установки выпускного распредвала по углу открытия выпускного клапана.
- Правильность установки впускного распредвала по положению перекрытия клапанов и моменту закрытия впускного клапана.
- Состояние направляющей втулки выпускного клапана по форме осциллограммы.
- Проходимость выпускной системы по значению давления в момент выпуска газов.
- Наличие и значение вакуума во впускном коллекторе.
- Наличие слабины ремня ГРМ по разнице углов перекрытия клапанов от кадра к кадру.
Анимационные примеры осцилограмм давления
quantexlab.ru
Анализ осцилограммы давления в цилиндре
При 180 градусах поворота коленчатого вала поршень попадает в нижнюю мертвую точку. Участок осциллограммы от этой точки до точки 360 градусов соответствует движению поршня вверх, к ВМТ такта выпуска, или ВМТ 360 градусов. После выравнивания давления в цилиндре и в выпускном тракте начинается вытеснение газов из цилиндра. В этот момент выпускной клапан открыт, а поршень движется вверх. Другими словами, давление в цилиндре фактически есть ни что иное, как давление в выпускном тракте. Этот замечательный факт позволяет нам сделать вывод о проходимости выпускного тракта, установив соответствующим образом измерительные линейки и оценив полученное значение.Вполне нормальным считается давление на этом участке в пределах 0,1-0,15 бар. Если оно значительно выше, до 1-1.5 бар, это однозначно указывает на внутреннее разрушение катализатора либо глушителя. Незначительные превышения также чаще всего бывают связаны с теми или иными внутренними разрушениями, хотя также возможен износ кулачка выпускного клапана. В сомнительных случаях есть смысл рассоединить сочленения выпускного тракта и произвести повторное измерение. Этот участок осциллограммы особенно информативен, если поднять обороты холостого хода, скажем, до 2000. В случае внутреннего разрушения выпускного тракта давление на нем будет весьма высоким, до 2-3 бар.
На участке осциллограммы, соответствующем выпуску отработанных газов, наблюдаются неровности. Причина их появления — волновые и резонансные процессы в выпускном тракте. Чем лучше настроен выпускной тракт на конкретный двигатель, тем ровнее будет этот участок осциллограммы. Сравнение осциллограмм моторов отечественного и иностранного производства позволяет сделать неутешительный вывод о том, что к настройке выпуска зарубежные автопроизводители относятся гораздо более серьезно.
Рассмотрим верхнюю мертвую точку такта выпуска, соответствующую 360 градусам поворота коленчатого вала. Незадолго перед ней впускной клапан начинает открывать канал, через который внутренний объём цилиндра соединяется с впускным коллектором. Абсолютное давление во впускном коллекторе значительно ниже давления в цилиндре. Так как выпускной клапан все еще открыт, то давление в цилиндре практически равно давлению в выпускном коллекторе. По этой причине обнаружить момент начала открытия впускного клапана на осциллограмме давления в цилиндре большинства двигателей невозможно.
Говоря о ВМТ выпуска, следует заострить внимание на характерной точке, соответствующей перекрытию клапанов. Речь идет о газодинамическом перекрытии, когда проходные сечения канала впуска и выпуска уравниваются. Так как диаметры тарелок впускного и выпускного клапанов различны, перекрытие наступает при различных значениях вылета этих клапанов. На некоторых моторах геометрическое перекрытие клапанов может отсутствовать вообще. Но виртуальное газодинамическое перекрытие присутствует всегда, независимо от конструкции двигателя. На осциллограмме этот момент соответствует началу резкого спада давления в конце такта выпуска. Для оптимальной работы мотора момент газодинамического перекрытия должен совпадать с отметкой 360 градусов, что и наблюдается при исследовании двигателей разных производителей.
Обратим внимание на такой нюанс. Если при анализе осциллограммы давления в цилиндре окажется, что момент перекрытия изменяет свое положение от кадра к кадру, то это говорит об ослаблении натяжения ремня ГРМ.
Когда поршень, достигнув верхней мертвой точки, изменят направление движения на противоположное, выпускной клапан уже почти закрыт. Вследствие этого внутренний объём цилиндра разобщается выпускным коллектором. Впускной клапан при этом продолжает открываться, и давление в цилиндре начинает уравниваться с давлением во впускном коллекторе. Так как значение давления в цилиндре достаточно высокое, газы из цилиндра начинают перетекать во впускной коллектор, где давление значительно ниже атмосферного. Вскоре давления в цилиндре и впускном коллекторе практически выравниваются. Поршень при этом движется вниз, впускной клапан открыт, и значение давления на участке впуска есть ни что иное, как вакуум во впускном коллекторе. Его усредненное значение на исправном моторе составляет 0.6 бар. Если значение вакуума ниже, это повод искать причину дефекта. К сожалению, вакуум во впускном коллекторе, как и рассмотренное выше давление в ВМТ сжатия, зависит от целого ряда факторов. Небольшие затухающие колебания на участке впуска возникают предположительно из-за резонансных процессов во впускном тракте.
Достигнув нижней мертвой точки 540 градусов, поршень вновь начинает движение к головке блока цилиндров. Но впускной клапан при этом некоторое время остаётся всё ещё открытым. Поясним, почему. Дело в том, что процесс движения газов из впускного коллектора в цилиндр имеет значительную инерционность, и несмотря на то, что поршень движется к ВМТ и объем цилиндра уменьшается, через открытый впускной клапан продолжается наполнение цилиндра за счет инерции потока. Опоздание закрытия впускного клапана служит для улучшения наполняемости цилиндра топливовоздушной смесью. Данный эффект зависит от частоты вращения коленчатого вала и от степени открытия дроссельной заслонки. Момент закрытия впускного клапана подбирается при проектировании таким образом, чтобы «дозаряд» цилиндров был максимальным при определенном значении оборотов и полностью открытом дросселе. Если же двигатель работает с низкой частотой вращения коленчатого вала, эффект от позднего закрытия впускного клапана отрицательный: часть газов перетекает обратно во впускной коллектор.
Увидеть момент закрытия впускного клапана на осциллограмме можно лишь приблизительно.
1) На холостом ходу (800-900 об/мин), когда в момент закрытия клапана газы из цилиндра перетекают в коллектор, это будет момент начала роста давления.2) На повышенных оборотах, когда в момент закрытия клапана происходит процесс «дозаряда» цилиндра, будет виден небольшой перелом графика. Этот перелом возникает из-за того, что давление до полного закрытия клапана повышалось вследствие сжатия и «дозаряда», а после закрытия — только за счет сжатия. В идеальном случае горба быть не должно вообще, но на реальных серийных моторах добиться этого невозможно.
Момент закрытия впускного клапана на осциллограмме давления должен находиться примерно на отметке 580 градусов. Правильность установки впускного газораспределительного вала на двухвальном моторе можно установить по положению перекрытия клапанов и моменту закрытия впускного клапана.
После полного закрытия впускного клапана поршень движется к ВМТ такта сжатия, и цикл повторяется сначала.
Подведем краткий итог. Осциллограмма давления в цилиндре позволяет нам определить:
1) Реальный угол опережения зажигания по соотношению ВМТ и импульса высокого напряжения.2) Состояние механической части по разнице давлений до и после сжатия (приблизительно).3) Правильность установки выпускного распредвала по углу открытия выпускного клапана.4) Правильность установки впускного распредвала по положению перекрытия клапанов и моменту закрытия впускного клапана.5) Состояние направляющей втулки выпускного клапана по форме осциллограммы.6) Проходимость выпускной системы по значению давления в момент выпуска газов.7) Наличие и значение вакуума во впускном коллекторе.8) Наличие слабины ремня ГРМ по разнице углов перекрытия клапанов от кадра к кадру.
autoscan.com.ua
Добавить сайт в избранное
.jpg)
