ВЛИЯНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА РАБОТУ КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ
В настоящем параграфе рассматривается влияние на индикаторную диаграмму и основные показатели работы карбюраторных двигателей тех факторов, которые для определенного типа двигателя могут изменяться в условиях эксплуатации. К таким факторам относятся:
1) угол опережения зажигания;
2) состав горючей смеси, характеризуемый величиной коэффициента избытка воздуха а;
3) число оборотов коленчатого вала двигателя;
4) дросселирование;
5) интенсивность охлаждения;
6) вид топлива и масла;
7) состояние окружающего атмосферного воздуха характеризуемое его давлением, температурой и влажностью;
8) нагарообразование.
Влияние изменения угла опережения зажигания на работу двигателя
Влияние на индикаторную диаграмму. Влияние момента зажигания на индикаторную диаграмму можно видеть на фиг. 56 и 57, где представлено несколько индикаторных диаграмм карбюраторного двигателя, полученных при постоянном числе оборотов, постоянном полном открытии дросселя и при различных углах опережения зажигания. ,
Из рассмотрения представленных диаграмм следует, что при переходе от более раннего к более позднему зажиганию (от точки 1 к точке 3) линии видимого сгорания получаются более пологими, с меньшей величиной максимального давления, а линии расширения располагаются выше.
Уменьшение быстроты нарастания давления здесь объясняется тем, что при более позднем зажигании сгорание начинается позже и в значительной части переносится на такт расширения. Рост давления при этом замедляется за счет ускоренного увеличения объема газов в цилиндре за период сгорания.
В том же направлении влияет и уменьшение скорости сгорания смеси при позднем зажигании.
Более высокое расположение линии расширения при позднем зажигании объясняется тем, что при переходе к позднему зажиганию уменьшаются не только полезная работа газов за период сгорания, но и потери, связанные с теплоотдачей в стенки (вследствие меньших температур газов в начале расширения) и с утечкой газов через не плотности (вследствие меньших их давлений). В результате этого при позднем зажигании внутренняя энергия газов на тех же участках второй части хода расширения должна быть больше, чем при более раннем зажигании. Кроме того, увеличенные давления и температуры газов в цилиндре в конце хода расширения при переходе к позднему зажиганию получаются вследствие усиленного догорания топлива при расширении.
Влияние изменения угла опережения зажигания на температуру выпускных газов, выпускных клапанов и стенок цилиндра.
Из индикаторных диаграмм, представленных на фиг. 56 и 57, следует, что при уменьшении угла опережения зажигания должны увеличиваться как давление, так и температура газов в цилиндре в момент начала открытия выпускного клапана. Это неизбежно должно привести к повышению средней температуры выпускных газов, а вместе с тем и температуры выпускных клапанов, поскольку тарелки этих клапанов будут омываться более горячими газами.
Иногда выпускной коллектор и выпускная труба двигателя перегреваются настолько, что становятся светло-красными. В подавляющем большинстве случаев это является признаком установки чрезмерно позднего зажигания.
Момент зажигания влияет также на температуру стенок и головки цилиндра. При установке более раннего зажигания становятся более высокими температуры газов в цилиндре за период видимого сгорания при меньшей скорости поршня за этот период времени. Поэтому стенки камеры сгорания при более раннем зажигании получают больше теплоты и имеют более высокую температуру. Данное явление обычно бывает более резко выражено в двигателях с воздушным охлаждением, при котором труднее, чем при жидкостном, осуществить отвод теплоты в охлаждающую среду. При изменении момента зажигания в двигателе происходит как-бы перераспределение теплоты. При переходе к более позднему зажиганию увеличивается температура выпускных газов а с ней вместе и температура выпускных клапанов, тогда как количество теплоты, воспринимаемое головкой цилиндра, и её температура становятся при этом несколько меньше.
Влияние изменения угла опережения зажигания на детонацию.
Из индикаторных диаграмм, представленных на фиг. 56 и 57, видно, что с увеличением угла опережения зажигания процесс видимого сгорания заканчивается раньше и максимум кривой давлений располагается ближе к в. м. т.
Поскольку при этом изменяются температура и давление в конце процесса видимого сгорания (факторы, оказывающие решающее влияние на детонацию), то с изменением угла опережения зажигания должна в значительной степени изменяться и
склонность к детонации.
Так, при переходе от более позднего к более раннему зажиганию за счет увеличения температуры и давления смеси, сгорающей в цилиндре двигателя в последнюю очередь, создаются условия, способствующие переходу нормального сгорания в детонационное и работа двигателя с детонацией становится более вероятной. Это и наблюдается на практике. Во многих случаях для устранения детонации достаточно бывает несколько уменьшить опережение зажигания. При правильном подборе топлива к двигателю (или наоборот) выбранный наивыгоднейший угол опережения зажигания должен гарантировать полное отсутствие детонации при длительной работе двигателя на рассматриваемом режиме.
Влияние состава смеси на работу двигателя
Подбор рациональной регулировки карбюратора, обеспечивающей получение горючей смеси надлежащего состава для всех рабочих режимов двигателя, осуществить весьма трудно, не зная, как и в какой степени состав горючей смеси влияет на основные показатели работы двигателя. Поэтому в дальнейшем несколько подробнее рассмотрена зависимость между коэффициентом избытка воздуха а и различными параметрами характеризующими рабочий процесс двигателя.
Влияние а на скорость сгорания горючей смеси, наивыгоднейший момент зажигания и жесткость работы двигателя.
1) состав горючей смеси оказывает чрезвычайно большое влияние на скорость сгорания;
2) наиболее быстрое сгорание получается при а = 0,8 - 0,9, т. е. при некотором недостатке воздуха против теоретического его количества, ^
3) уменьшение скорости сгорания при дальнейшем обогащении смеси (при а < 0,8—0,9) происходит более быстро, чем при обеднении ее (при а>0,8—0,9).
При значениях а ≈ 0,4 и а ≈ ^1,4 горючая смесь в карбюраторных двигателях перестает воспламеняться, в первом случае—за счет переобогащения, а во втором—в результате ее переобеднения. Значение а ≈ 0,4 соответствует высшему, а значение а ≈1,4—низшему пределам горючести смеси.
Влияние а на мощность и экономичность работы двигателя
Практика с достаточной убедительностью показала, что изменение величины коэффициента избытка воздуха оказывает весьма значительное влияние на эффективную мощность двигателя и
что максимум этой мощности у карбюраторных двигателей получается на полном дросселе всегда при а ≈ 0,8 -- 0,9.
Влияние а на устойчивость работы двигателя. Подбор экономичной регулировки карбюратора должен производиться с таким расчетом, чтобы не нарушалась устойчивая работа двигателя.
Малоустойчивую и неустойчивую работу двигатель может иметь при бедных смесях за счет колебаний расхода топлива по причине несовершенства карбюратора и топливоподающей системы в целом (например, вследствие засорения бензиноподвода от бака, колебания уровня топлива в поплавковой камере, засорения каналов и жиклеров карбюратора, понижения давления топлива после топливной помпы, засорения топливного фильтра и пр.).
Влияние а на приемистость двигателя. Под приемистостью двигателя понимается быстрота увеличения его числа оборотов при резком открытии дросселя.
Очевидно, что указанная быстрота возрастания числа оборотов будет зависеть от масс, вращаемых валом двигателя, и потому приемистость есть понятие чисто относительное. Чем быстрее в результате открытия дросселя возрастает число оборотов двигателя, тем быстрее совершается и разгон машины, на которой данный двигатель установлен.
Из практики хорошо известно, что в результате резкого открытия дроссельной заслонки, до тех пор пока не установится скорость движения смеси через впускную систему, соответствующую новому режиму работы двигателя, происходит обеднение горючей смеси. Поэтому в момент разгона машины двигателю приходится работать на составах смеси, более близких к нижнему пределу горючести, при которых меньше мощность и менее устойчива работа.
В тех случаях, когда установлена экономичная регулировка и карбюратор не имеет специальных устройств для обогащения смеси в момент быстрого открытия дросселя, состав смеси, в результате дальнейшего ее обеднения, может оказаться вне пределов горючести. В таких случаях двигатель, несмотря на увеличение, или резко снижает обороты, или же совсем останавливается.
Быстрый разгон и хорошая приемистость двигателя при богатых смесях получаются потому, что эта смесь, обедняясь при резком открытии дросселя, все же остается достаточно богатой и в момент разгона лежит еще далеко от нижнего предела ее горючести.
Влияние числа оборотов на работу двигателя
Влияние п на протекание процесса сгорания, наивыгоднейший момент зажигания и жесткость работы. Многочисленными экспериментами установлено, что при изменении числа оборотов угол поворота коленчатого вала, соответствующий периоду видимого сгорания, а следовательно, и наклон линии сгорания на развернутой индикаторной диаграмме практически мало меняются.
Это объясняется увеличением скорости сгорания при повышении числа оборотов главным образом за счет усиленного вихревого движения смеси в цилиндре в период сгорания.
Требуемое на практике увеличение угла опережения зажигания при повышении числа оборотов в основном является следствием увеличения числа градусов угла поворота вала, соответствующего первому (скрытому) периоду сгорания. Так, опытами установлено, что для развития процесса сгорания независимо от числа оборотов необходимо иметь определенное время, выраженное в долях секунды. Очевидно, за это время при различных числах оборотов коленчатый вал повертывается на разные углы, большие при большем n и меньшие при меньшем n.
Влияние дросселирования на работу двигателя
Регулирование крутящего момента карбюраторных двигателей осуществляется дросселированием, т. е. изменением количества горючей смеси, поступающей в цилиндр за один рабочий цикл.
Изменение положения дроссельной заслонки, непосредственно влияя на наполнение цилиндра, а следовательно, и на количество сгорающего в нем топлива, приводит к изменению ряда других факторов, характеризующих протекание рабочего процесса двигателя.
Влияние дросселирования на скорость сгорания, жесткость работы и наивыгоднейший момент зажигания. Помимо уменьшения коэффициента наполнения и давления газов в цилиндре в конце впуска, при дросселировании двигателя в значительной степени возрастает коэффициент остаточных газов . При условии сохранения постоянства числа оборотов количество молей остаточных газов Мг при дросселировании изменяется сравнительно мало, поскольку гидравлическое сопротивление выпускной системы, обусловливающее величину давления этих газов достается почти без изменения. Количество же свежей горючей смеси М1 при дросселировании уменьшается весьма значительно. Указанные явления приводят к значительному увеличению процентного содержания в смеси остаточных газов. Это, естественно, отражается и на скорости сгорания.
Уменьшение скорости сгорания при дросселировании является причиной уменьшения жесткости работы двигателя вследствие более пологого подъема линии давлений при сгорании и вместе с тем причиной необходимости установки более раннего зажигания, для того чтобы получить индикаторную диаграмму с большим средним давлением.
Влияние дросселирования на тепловое состояние двигателя.
Уменьшение коэффициента наполнения при дросселировании приводит к уменьшению количества топлива, сгорающего за один цикл в цилиндре, а следовательно, и к уменьшению количества теплоты, выделяемой при сгорании за то же время.
Это обстоятельство влечет за собой понижение средней температуры газов за рабочий цикл, в результате чего снижаются температуры стенок камеры сгорания и двигатель работает при меньших тепловых нагрузках.
Влияние дросселирования на детонацию. Практика показала, что детонация в значительной мере зависит от степени открытия дроссельной заслонки. Так, если при работе на детонирующем топливе на полном дросселе или при положении его, близком к полному открытию, наблюдается детонация, то дросселированием всегда можно добиться полного ее исчезновения.
Уменьшение детонации при дросселировании происходит как за счет увеличения процентного содержания в смеси остаточных газов, так и вследствие значительного снижения давления и температуры газов в конце сгорания и температуры стенок камеры сгорания.
Влияние дросселирования на регулировку карбюратора. Состав свежей горючей смеси, соответствующий регулировкам на максимальную мощность и минимум удельных расходов топлива при дросселировании, не остается постоянным. Оказывается, что при переходе к меньшим открытиям дросселя необходимо уменьшать величины коэффициентов избытка воздуха.
При работе на полном дросселе нет смысла иметь регулировку, точно совпадающую с, регулировкой на максимальную мощность. Ввиду ничтожного влияния а на величину мощности в диапазоне этой регулировки, выгоднее при работе с полным открытием дросселя иметь а несколько больше, чем точно соответствующее максимальной мощности; это дает значительное снижение удельных расходов топлива при сохранении почти той же мощности.
Влияние интенсивности охлаждения на работу двигателя
Как показал ряд испытаний, влияние температуры охлаждающей среды на основные показатели работы двигателя в значительной мере зависит от рода охлаждающей среды (вода или воздух), от конструкции системы охлаждения, от расположения и способа подогрева впускного трубопровода, от сорта применяемого масла и от других факторов.
При недостаточном охлаждении стенки цилиндра и камеры сгорания перегреваются, наблюдается разжижение масла на зеркале цилиндра, ввиду чего увеличивается работа трения, начинаются горение масла и пригорание поршневых колец, уменьшается компрессия, появляются преждевременные вспышки и „хлопки" в карбюраторе вследствие перегрева клапанов, начинается сгорание с детонацией, понижается коэффициент наполнения, падает мощность двигателя и пр. С другой стороны, чрезмерное охлаждение стенок цилиндра также отрицательно сказывается на работе двигателя, так как в данном случае, несмотря на увеличение коэффициента наполнения, связанного с понижением температуры смеси, увеличиваются потери теплоты с охлаждением и возрастают механические потери за счет увеличения трения поршня о зеркало цилиндра, которое при этом будет покрыто более холодным, а следовательно, и более вязким маслом.
Влияние топлива и масла на работу двигателя
На одном и том же двигателе при одном и том же режиме его работы детонация в значительной мере зависит от вида применяемого топлива.
Для уменьшения детонации, а следовательно, и для возможности применения наддува и повышения степени сжатия обычно прибавляют к бензиновому топливу некоторые количества или труднодетонирующих топлив, или же других специальных веществ — антидетонаторов.
Иногда прибавляют к бензину и трудно детонирующие топлива и антидетонаторы.
К трудно детонирующим топливам относятся углеводороды, обладающие высокими антидетонационными свойствами.
При работе двигателей внутреннего сгорания часть смазочного масла попадает в камеру сгорания, где и воспламеняется вместе с топливом.
Количество сгорающего в цилиндре масла в основном зависит от качества приработки к упругости уплотняющих поршневых колец, от количества и конструкции маслосбрасывающих колец, числа оборотов двигателе.
Многочисленные опыты показали, что сгорание масла цилиндре влияет на работу двигателя и в первую очередь на детонацию. За весьма немногими исключениями, как общее правило можно считать вполне установленным, что примешивание к топливу любых количеств масла понижает антидетонационные свойства топлива и в значительной степени парализует действие антидетонаторов.
Влияние атмосферных условий на работу двигателя
Состояние атмосферного воздуха характеризуется тремя параметрами: давлением, температурой и влажностью.
Многократные испытания показали, что изменение указанных параметров заметным образом сказывается на показателях работы карбюраторных двигателей и, потому должно соответствующим образом учитываться.
Влияние давления атмосферного воздуха на индикаторную мощность. Ряд экспериментов показал, что для двигателей, работающих без наддува, может быть принята с практически вполне достаточной точностью прямолинейная зависимость между индикаторной мощностью и абсолютным давлением поступающего в карбюратор воздуха.
Такая зависимость непосредственно вытекает из того, что среднее индикаторное давление прямо пропорционально давлению начала сжатия Ра.
Влияние температуры атмосферного воздуха на индикаторную мощность. При условии сохранения постоянства индикаторного к. п. д. и коэффициента избытка воздуха при п = const изменение индикаторной мощности прямо пропорционально изменению весового количества воздуха, поступающего в двигатель за рабочий цикл
Влияние влажности атмосферного воздуха на индикаторную мощность. Экспериментами установлено, что при увеличении влажности поступающего в цилиндр воздуха мощность двигателя уменьшается.
Влияние нагарообразования на детонацию
Образующийся на стенках камеры сгорания и днище поршня нагар ускоряет появление детонации, так как, являясь плохим проводником теплоты, он повышает температуру смеси, сгорающей в последнюю очередь. Кроме того, отдельные частицы нагара, вследствие плохой передачи от них теплоты к стенкам, могут оставаться раскаленными в течение всего рабочего цикла и тем самым способствовать образованию вблизи себя очагов детонации (и преждевременной вспышки).
PAGE
PAGE 1