0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что происходит с двигателем при обогащенной смеси

Принцип работы инжекторного двигателя

Основные принципы работы двигателя

В двигателе топливовоздушная смесь приготавливается вне камеры сгорания с помощью смесеобразующих устройств. Смесь всасывается в камеру сгорания движущимся вниз поршнем. При движении поршня вверх смесь сжимается и в нужный момент поджигается.

В результате сгорания топлива с выделением большого количества тепла давление в цилиндре резко повышается, и поршень с отдачей энергии через коленчатый вал снова идет вниз. После каждого сгорания отработавшие газы выводятся из цилиндра и вновь всасывается свежая топливовоздушная смесь.

Такой газообмен проходит по четырехтактному принципу. Для совершения одного рабочего цикла требуются два оборота коленчатого вала. Для управления газообменом в цилиндре используются впускной и выпускной клапаны.

Для получения большей мощности двигатели делают многоцилиндровыми. Наибольшее распространение получил четырехцилиндровый двигатель, в котором за два оборота коленчатого вала получается уже не один, а четыре рабочих хода. Для равномерной и плавной работы многоцилиндрового двигателя такты в разных цилиндрах чередуются в определенной последовательности, которая называется порядком работы цилиндров.

Топливовоздушная смесь

Топливовоздушная смесь приготавливается вне камеры сгорания и поступает в цилиндры на такте впуска. Для того чтобы двигатель работал оптимально, топливо необходимо подавать в цилиндр в определенной пропорции с воздухом. Наиболее полное сгорание происходит, если смесь состоит из 14,7 части воздуха и одной части паров бензина. Такое соотношение “воздух—топливо” называется стехиометрическим.

Степень отклонения реального состава топливовоздушной смеси от стехиометрического определяется коэффициентом избытка воздуха &lambda,:

— если &lambda,=1, то реальный расход воздуха соответствует теоретической потребности,
— если &lambda, меньше 1, то воздуха недостаточно для стехиометрического сгорания, топливовоздушная смесь обогащенная. В диапазоне &lambda,=0,95—0,8 двигатель развивает свою максимальную мощность,
— при &lambda,>1 топливовоздушная смесь обедненная. В диапазоне &lambda,=1,05—1,2 достигается максимальная топливная экономичность работы двигателя,
— при &lambda,>1,3 топливовоздушная смесь становится трудновоспламеняемой, двигатель начинает работать с перебоями.

Влияние коэффициента воздуха a на мощность Р и удельный расход воздуха: а) богатая смесь (недостаток воздуха), б) бедная смесь (избыток воздуха)

Влияние коэффициента воздуха на токсичность отработавших газов: а) богатая смесь (недостаток воздуха), б) бедная смесь (избыток воздуха)

Видно, что идеального состава смеси, при котором все факторы имели бы оптимальные значения, не существует. Так, например, для обеспечения эффективной работы каталитического нейтрализатора необходимо точно поддерживать стехиометрический состав топливовоздушной смеси, но при этом двигатель будет работать не оптимально с точки зрения топливной экономичности.

С другой стороны, для сокращения времени прогрева нейтрализатора до рабочих температур двигатель должен поработать на обедненных смесях. Чтобы разобраться, какая же топливовоздушная смесь и при каких условиях является оптимальной для двигателя, рассмотрим основные рабочие режимы инжекторного двигателя.

Режимы работы инжекторного двигателя

Холодный пуск. При холодном пуске всасываемая топливовоздушная смесь обедняется. Это происходит в результате недостаточного перемешивания воздуха с топливом, недостаточного испарения топлива и усиленного оседания топлива на стенках впускных труб. Для компенсации этого явления и облегчения пуска холодного двигателя требуется подача дополнительного количества топлива в момент пуска (a&lt,1).

После пусковая фаза. После пуска при низких температурах на короткое время требуется обогащение смеси (a1) путем подачи дополнительного количества топлива до тех пор, пока не повысится температура в камере сгорания и не улучшится смесеобразование в цилиндре. Дополнительно за счет богатой смеси достигается больший крутящий момент, что способствует переходу к нужным оборотам холостого хода.

Прогрев двигателя. За пуском и послепусковой фазой следует прогрев двигателя. В связи с тем что при пониженных температурах смесеобразование ухудшено (например, из-за слабого перемешивания воздуха с топливом), во впускной трубе образуется пленка топлива, которая испаряется только при достижении высоких температур. Поэтому при пониженных температурах топливовоздушную смесь необходимо обогащать (a1).

У двигателей, оснащенных каталитическим нейтрализатором, в диапазоне температур от + 15 до +40С топливовоздушная смесь обедняется (a1). Это делается специально для быстрого прогрева нейтрализатора до рабочих температур.

Частичные нагрузки. Для двигателей, оснащенных каталитическим нейтрализатором, при частичных нагрузках необходимо точно поддерживать стехиометрический состав топливовоздушной смеси (a=1). Для двигателей без нейтрализатора главным критерием оптимальности топливовоздушной смеси является минимальный расход топлива (a=1,05—1,2).

Полная нагрузка. При полностью открытой дроссельной заслонке двигатель должен достигать своего наибольшего крутящего момента или максимальной мощности. Для этого топливовоздушная смесь должна быть обогащенной до a=0,8—0,9.

Читать еще:  Датчик давления масла в двигателе на витца

Ускорение. При быстром открытии дроссельной заслонки состав топливовоздушной смеси кратковременно обедняется вследствие ограниченной способности топлива к испарению при повышении давления во впускной трубе. Поэтому для предотвращения этого явления и достижения хороших разгонных характеристик автомобиля топливовоздушную смесь необходимо обогащать (a&lt,1).

Принудительный холостой ход. В этом режиме автомобиль замедляется, двигаясь по инерции. С целью экономии топлива в определенном диапазоне оборотов двигателя топливоподача может полностью прекращаться.

Высотная коррекция. С ростом высоты над уровнем моря плотность воздуха падает. Это означает, что при движении в горах всасываемый в двигатель воздух имеет меньшую массу, чем на равнине. Если это явление не учитывать в расчетах, то топливовоздушная смесь будет переобогащаться, что, в свою очередь, приведет к проблемам с пуском двигателя, с ходовыми качествами автомобиля, а также к повышенному расходу топлива.

В данной статье рассказали как работает инжекторный двигатель. О том, как работает впрыск на реальном автомобиле, читайте в статье Как работает система впрыска с обратной связью.

Почему дизель экономичнее

В бензиновом движке на впускном этапе в цилиндр передается уже готовая топливовоздушная смесь. Она воспламеняется от маленькой искорки на электродах свечи зажигания. В дизельных моторах дело обстоит иначе. В момент запуска в него попадает воздух. Из предмета физики в школе вспоминаем, что при уменьшении объема и росте давления повышается температура газа. В конце такта сжатия в цилиндр с помощью форсунки доставляется горючее в состоянии очень мелкого аэрозоля, практически тумана.

Когда дизель попадает в цилиндр с большим давлением и температурой, он самовоспламеняется. Степень сжатия в современных моторах на бензиновом топливе порядка 12 (против 18 у дизельного). И этот показатель остается на таком уровне уже долгие годы. Так получилось из-за паразитных явлений детонации. Кроме того, помехой становится и калильное зажигание, эти процессы могут привести к повреждению и даже уничтожению двигателя.

Если поднимать степень сжатия, обеднять ТВС и впрыскивать ее прямо в цилиндр, расход топлива снизится. Эта идея и привела к появлению системы впрыскивания GDI.

Как устроен и функционирует кислородный датчик

В основе датчика керамический элемент (1) из диоксида циркония с добавлением оксида иттрия, выполняющий функции твердотельного электролита. Платиновое напыление образует электроды — внешний (2) и внутренний (3). С контактов (5 и 4) снимается напряжение, которое по проводам подается на ЭБУ.

Внешний электрод обдувается разогретыми отработанными газами, проходящими через выхлопную трубу, а внутренний контактирует с атмосферным воздухом. Разница в количестве кислорода на внешнем и внутреннем электроде вызывает появление напряжения на сигнальных контактах зонда и соответствующую реакцию ЭБУ.

При отсутствии кислорода на внешнем электроде датчика блок управления получает на своем входе напряжение порядка 0,9 V. В результате ЭБУ уменьшает подачу топлива на форсунки, обедняя смесь, а на внешнем электроде лямбда-зонда появляется кислород. Это приводит к снижению выходного напряжения, генерируемого кислородным датчиком.

Если количество кислорода, проходящего через внешний электрод, повышается до некоторой величины, то напряжение на выходе датчика падает примерно до 0,1 V. ЭБУ воспринимает это как обеднение смеси, и корректирует ее, увеличивая впрыскивание топлива.

Таким образом производится динамическое регулирование состава смеси, а величина коэффициента λ постоянно колеблется возле 1. Если подключить осциллограф к контактам правильно работающего лямбда-зонда, то увидим сигнал близкий к чистой синусоиде.

Более точная коррекция с меньшими колебаниями лямбды возможна в случае установки дополнительного кислородного датчика на выходе каталитического нейтрализатора. Заодно производится контроль работы катализатора.

  1. впускной коллектор;
  2. мотор;
  3. ЭБУ;
  4. топливные форсунки;
  5. основной кислородный датчик;
  6. дополнительный кислородный датчик;
  7. каталитический нейтрализатор.

Твердотельный электролит приобретает проводимость лишь будучи нагретым примерно до 300. 400 °C. А значит, лямбда-зонд бездействует какое-то время после запуска мотора, пока отработанные газы не прогреют его в достаточной степени. Смесь при этом регулируется на основании сигналов прочих датчиков и заводских данных в памяти ЭБУ. Для ускорения включения датчика кислорода в работу его часто снабжают электроподогревом, встраивая нагревательный элемент внутрь керамики.

Почему так происходит

Чаще всего подобным прегрешением страдают карбюраторные двигатели, то есть те, в которых подготовкой рабочей смеси занимается полузабытое устройство, работающее по принципу подсоса топлива в летящий через диффузоры поток забортного воздуха. Их уже почти не осталось, но рассматривая такой простой прибор легче прийти к пониманию патологических процессов при организации горения в цилиндрах.

Читать еще:  Двигатель 1zz низкие обороты на холостом ходу

Карбюраторный двигатель

Исходная ситуация к рассмотрению: чёрный дым из выхлопной трубы, бензин, карбюратор. Хотя существуют и карбюраторные дизели или бензиновые моторы с более сложной топливной аппаратурой. Но там проблемы могут выглядеть иначе, хотя сажа везде одинаковая.

Дозировка состава топливовоздушной смеси здесь происходит исключительно системами карбюратора. Прибор достаточно сложный, даже в самом обычном распылителе бензина от старых автомобилей ВАЗ имеется примерно девять дозирующих систем, работающих последовательно или частично одновременно. И любая из них может давать лишнее топливо, которое полностью не сгорит, а выделит сажу на выхлопе.

Чаще всего этим грешат неправильно работающие главные дозирующие системы. В них имеются воздушные и топливные жиклёры, соотношение пропускных сечений которых обеспечивают так называемый стехиометрический состав, то есть строго определённое количество углеводородов на единицу кислородной массы. Эта смесь называется нормальной.

Существуют и другие составы смеси:

  • Обеднённая. Бензина чуть меньше, чем в оптимальной стехиометрии.
  • Бедная. Бензина совсем мало, смесь даже поджигается с большим трудом.
  • Обогащённая. Смесь для мощностных режимов, двигатель будет работать с максимальной отдачей, но неэкономично.
  • Богатая. Она так же плохо горит, как и бедная.

Именно в последнем случае начинается заметное выделение сажи в выхлопе. Причин, по которым главные дозирующие системы камер карбюратора попадают в такой режим, может быть несколько:

  • трудности с прокачиванием воздуха в цилиндры, например, загрязнённый воздушный фильтр или посторонние частицы в воздушных жиклёрах;
  • избыток топлива из-за нештатных сечений в топливных дозирующих элементах, может банально выкрутиться главный жиклёр;
  • грубо нарушенная регулировка уровня топлива в поплавковой камере;
  • механические проблемы с дроссельными заслонками в многокамерных карбюраторах.

Но необязательно проблема связана только с основным стационарным дозированием. Подливать лишний бензин может любая из систем карбюратора. Например, прохудившиеся диафрагмы, выпавшие эмульсионные трубки или нештатно включившаяся система холостого хода.

Диагностика производится по показаниям газоанализатора или визуально, по цвету выхлопа. Карбюратор нуждается в разборке, промывке или механическом ремонте.

Двигатель с впрыском топлива (инжекторный)

Совершенно другим случаем будет ситуация, когда имеется чёрный дым из выхлопной трубы, бензин, инжектор. Такие моторы хотя и принципиально потребляют такую же топливную смесь, но готовится она иным способом. Дозировка состава осуществляется электронным блоком (системой) управления двигателем (ЭСУД), который анализирует показания многочисленных датчиков, после чего даёт команду на открытие топливных форсунок на строго определённое время. Поскольку перепад давлений на форсунке известен, производительность её фиксирована, то количество впрыскиваемого во впускной коллектор бензина зависит только от этого измеряемого миллисекундами времени.

Отсюда и происходят возможные причины, по которым появляется чёрный дым из выхлопной трубы бензинового двигателя, оснащённого электронным впрыском:

  • нарушения в показаниях датчиков, в результате чего мозг системы формирует неверные команды;
  • излишнее давление, создаваемое топливным насосом, эта величина мало где контролируется ЭСУД, считается, что регулятор достаточно надёжен;
  • износ распылителей топливных форсунок, в результате чего они «переливают»;
  • отказы системы обратной связи по кислороду, которая контролирует состав смеси, оперативно внося поправки.

Диагностика инжектора затруднена, потребуется подходящий данному двигателю электронный сканер и немалый опыт специалиста. А при уточнении диагноза ещё и дополнительное оборудование, например форсуночный стенд.

Проблема усугубляется наличием в таких двигателях катализаторов. Это устройство, размещённое в выхлопной системе, где происходит дожигание отработавших газов. Даже при очевидном избытке углеводородов двигатель может не дымить, вся сажа выгорит на керамике каталитического нейтрализатора. При этом его температура растёт, коллектор в этом месте может раскалиться до видимого свечения. Но при доведении системы до подобного состояния ЭСУД обязательно заметит проблему, высветит контрольную лампу и сгенерирует код ошибки. Современные системы умеют спасать дорогостоящий катализатор, переводя двигатель в аварийный режим.

Что такое богатая смесь и ошибка Р0172

Слишком богатая смесь на ВАЗ-2114 может получиться в силу нескольких причин, но основным, самым характерным признаком такого сбоя будет сообщение об ошибке P0172. Конечно, ошибку можно проигнорировать и сбросить. Однако сложнее сбросить со счетов целую кучу симптомов нестабильной и некорректной работы двигателя.

Ошибка Р0172 на экране бортового компьютера

Для начала стоит знать, что переобогащённая смесь — это состояние топливо-воздушной смеси, когда количество топлива значительно превышает допустимую норму и преобладает в пропорциональном отношении над количеством воздуха.

Возможные причины повлекшие ошибку p0172

Чтобы понять, чем вызвана ошибка богатой смеси нужно составить для себя список причин, пользуясь небольшим алгоритмом:

Читать еще:  Частота оборотов двигателя автомобиля

Обогащения смеси возникает из-за неполного сгорания (чрезмерная подача либо нехватка воздуха):

  • когда топливо не сгорает значит плохо работают свечи или катушки;
  • когда подается с избытком – виноват датчик кислорода или форсунки;
  • не хватает воздуха – датчик расхода воздуха дает неправильные данные.

Избыток топлива достаточно редко может случатся, а вот недостача воздуха – типичная проблема. Подача воздуха в топливо происходит на взаимосвязи MAP сенсора и лямбда зонда. Но кроме датчиков проблема также может быть вызвана нарушением тепловых зазоров (двигатели с ГБО), механическое повреждение различных прокладок и уплотнителей, нарушения в работе ГРМ или недостаточной компрессией.

Чтобы разобраться со всеми возможными источниками, повлекшими за собой сбой проверка производится по таким пунктам:

  1. Проанализировать информацию со сканера;
  2. Сымитировать условия для появления данной неисправности;
  3. Проверить узлы и системы (наличие хороших контактов, отсутствие подсоса, работоспособность), которые могут приводить к появлению ошибки р0172.

Исходя из всего выше перечисленного, можно определить основные причины:

  1. ДМРВ (расходомер воздуха), его загрязненность, поврежденность, потеря контакта.
  2. Воздушный фильтр, его засоренность либо подсос воздуха.
  3. Кислородный датчик, его неправильное функционирование (деградация, повреждения проводки).
  4. Клапана адсорбера, его неправильное функционирование влияет на улавливания паров бензина.
  5. Давление в топливной рампе. Завышенное давление, может быть вызвано неисправным регулятором давления, поврежденной системой обратки топлива.

Как не сломать себе двигатель

На примере самолёта Як-3 рассмотрим некоторые необходимые меры предосторожности. Режим — симуляторные бои, полное управление двигателем.

Прежде всего, непосредственно управлять шагом винта никто нам не даст (мы сейчас говорим конкретно о яках и двигателях ВК-105/107; на Bf.109, например, всё будет сильно иначе). Параметр «Шаг винта» — это, на самом деле, настройка регулятора постоянных оборотов (РПО), который пытается поддерживать заданные обороты двигателя (в допустимом эксплуатационном диапазоне; 100% — максимально допустимые эксплуатационные обороты) путём «затяжеления» или «облегчения» воздушного винта. При этом на советских самолётах для управления шагом применяется гидравлическая система. Эта система имеет две важных особенности: она срабатывает с некоторым запаздыванием и её время реакции тем больше, чем меньше обороты двигателя. Чем больше обороты двигателя, тем больше максимально возможное давление в гидроприводе. Чем больше давление в гидроприводе, тем больше шаг винта. РПО регулирует давление в гидроприводе, но не может сделать его больше, чем обеспечивают текущие обороты двигателя.

Теперь попытаемся запустить двигатель и взлететь на нашем Як-3.

Исходное положение: двигатель выключен, давление в приводе лопастей нулевое, шаг винта минимален (максимально «лёгкий» винт), рычаг газа в положении 0%.

Мы запускаем двигатель, выставляем «шаг винта» (РПО) на 100% (на взлёте нам нужна максимальная мощность), резко переставляем рычаг газа на 100%. и видим индикацию повреждения двигателя. Почему так?

Потому что дачей полного газа мы выводим двигатель на максимальную мощность. Начинается резкая раскрутка двигателя (и винта), шаг минимален, винт лёгкий. Обороты быстро превышают максимальные эксплуатационные (на которые у нас сейчас выставлен РПО), РПО пытается затяжелить винт — но давления в приводе ещё нет, да и реагирует он не мгновенно. Обороты продолжают расти, превышают максимально допустимые, двигатель портится, давление в гидроприводе наконец поднимается, шаг винта увеличивается, обороты падают до допустимых. но уже поздно, двигатель мы сломали в результате случившегося «заброса» оборотов. (Ещё от этого, например, сильно страдает P-63, если сразу после запуска двигателя врубить форсаж).

Поэтому при взлете выставляем РПО где-то на 70% (на более низких оборотах работа ВК-105ПФ2 становится всё более неустойчивой), плавно доводим газ до 100%, затем выставляем РПО на 100%.

Аналогичный «заброс» оборотов (с поломкой двигателя) на Як-3 можно получить и в полете при настройке РПО на максимальные обороты (обычное дело в бою), когда газ сначала был сброшен до нуля (чтобы сдержать разгон в пикировании, например), затем скорость сброшена, а газ снова резко выставлен на максимум. Двигатель ломается будто сам собой.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector