Проверка разрежения во впускном коллекторе - часть 1

19.08.2007


Проверка разряжения во впускном коллекторе

                                                                                              

Прежде чем приступать к проверке разряжения во впускном коллекторе, рассмотрим работу 4-х тактного двигателя.

 

1. Такт сжатия.

Поршень идет вверх, рабочая смесь сжимается. Растет давление, повышается температура. Клапана закрыты.
Степень сжатия в бензиновом двигателе  подбирается так, что бы температура  в конце   такта  сжатия  не превышала  температуру  самовоспламенения  рабочей смеси. Примерная температура составляет 300-400 градусов Цельсия.

В дизельном  двигателе сжимается  не рабочая смесь, а чистый воздух. Степень сжатия здесь подбирается таким образом, чтобы температура  в конце  такта сжатия  превышала  температуру  самовоспламенения топлива. После чего происходит  его впрыск  и начало  самовоспламенения.


Примерная температура составляет порядка 700 градусов Цельсия.


int_1.jpg

int_2.jpg


2. Рабочий ход.

Смесь воспламенилась. Растет температура, но так как горение происходит в замкнутом объеме, так же повышается давление. Скорость горения составляет порядка 20-40 м/сек (в зависимости от качества смеси).  Поэтому воспламенение должно произойти  раньше ВМТ (верхней мертвой точки) – так называемый  угол  опережения зажигания (для бензиновых двигателей)  или угол опережения впрыска (для дизельных двигателей). Обычно этот угол составляет порядка 10 градусов до ВМТ. При этом  пик максимального давления возникает (за счет конечного времени горения смеси) через 10-12 градусов после ВМТ. Делается это для предотвращения перегрузок  цилиндропоршневой группы и защиты от детонации.
Давление  Р  в камере сгорания  создает усилие  F   на поршень.

 

F=P*Sп     
где   Sп  - площадь поршня

Получаемая работа равна:
AF*L
где A – получаемая работа
F – сила, действующая на поршень

L –перемещение поршня

Итак, получаемая работа на рабочем такте равна:

A= P*L*S
п
 
При увеличении объема (поршень двигается вниз) давление падает. Зависимость получаемой работы приобретает интегральную зависимость от перемещения поршня, но расчет данной зависимости выходит за рамки данной статьи.
Как видим, чем больше давление в цилиндре, тем больше мы получаем механической работы при одном и том же количестве сжигаемого топлива. Высокофорсированные двигателя  имеют большую мощность  (а соответственно экономичность), чем низко форсированные. 


Дизельные двигатели превосходят бензиновые по этим параметрам из-за более высокой степени сжатия и соответственно  более высоких давлений.



int_3.jpg


3.Такт выпуска (продувки)

 

Открывается  выпускной клапан, поршень двигается вверх, выталкивая отработанные газы.  Они выходят через ограниченное отверстие, поэтому давление на такте выпуска  превышает атмосферное. Сопротивление на выходе  создают: ограниченное отверстие в клапанах, наличие элементов выпускного тракта.

При этом создается противодавление движению поршня  и часть энергии, запасенной в маховике, расходуется на преодоление этого  противодавления.


int_4.jpg

int_5.jpg


4. Такт впуска

Открыт впускной клапан, поршень идет вниз. Свежая смесь поступает в цилиндр  через ограниченное сечение впускного клапана  и на холостом ходу (ХХ)  также через прикрытую дроссельную заслонку. Создается разряжение (давление ниже атмосферного). При движении поршня вниз это создает усилие, мешающее перемещению поршня.

Еще одна часть энергии, запасенная в маховике, уходит на преодоление  этого усилия.


int_6.jpg


int_7.jpg


Снова наступает такт сжатия. Поршень движется вверх, сжимая смесь. Необходимая для  этого энергия опять берется из энергии вращения маховика, запасенной во время рабочего хода.

Таким образом, энергетический баланс неутешителен:  мы получаем механическую работу только в одном такте. В трех других мы эту работу тратим.


Способы  повышения получаемой работы.

Способ только один – повышение давления в цилиндре. При его повышении  мы получаем большую работу, но рискуем получить  детонацию. Поэтому степень сжатия, угол зажигания (впрыска) ограничено. Дизельное топливо более стойко к детонации, поэтому  дизеля способны работать  при больших давлениях (получать большую механическую работу при равных затратах топлива)


Способы минимизации потерь.
1. Такт выпуска.

Необходимо уменьшить гидростатическое сопротивление выходу газов. Применение много клапанных двигателей и содержание в порядке выхлопного тракта  позволяет частично решить эту проблему.


2. Такт впуска.

Уменьшение гидростатического сопротивления  можно получить  путем применения много клапанных двигателей.


3. Такт сжатия.

Неизбежные потери.

Рассмотрим поподробнее, что происходит во впускном коллекторе во время рабочего цикла на  холостом ходу. Когда закрыт впускной клапан, давление в нем равно атмосферному. На такте впуска смесь поступает в цилиндр  через ограниченное отверстие в дроссельной заслонке. Во впускном коллекторе возникает разряжение (абсолютное давление ниже атмосферного). Впускной клапан  закрывается, давление снова возрастает. Мы можем видеть пульсации  давления. Но так как одноцилиндровые двигателя встречаются достаточно редко, пульсации давления (разряжения) от разных цилиндров накладываются друг на друга и во впускном коллекторе возникает  какое то среднее давление, которое ниже атмосферного (т.н. «разряжение»).


Термины «абсолютное давление» и «разряжение» вызывают путаницу даже у производителей  приборов  для измерения разряжения (вакуумметров). Очень часто приходиться слышать фразу «отрицательное давление». Это неверно - давление либо есть, либо его нет (абсолютный вакуум). Давление отрицательным быть не может! Абсолютное давление в вакууме равно нулю, а атмосферное давление равно 100 кРа (100 кило Паскалей). Во впускном коллекторе на холостом ходу (дроссельная заслонка прикрыта)  ниже атмосферного (т.е. ниже 100 кРа), но выше абсолютного вакуума (0 кРа). Разряжением называют разницу между  атмосферным давлением  и фактическим давлением во впускном коллекторе.


Производители автомобилей  нормируют абсолютное давление во впускном коллекторе на холостом ходу при исправном двигателе на уровне  20 кРа (автомобили типа  ВАЗ – на уровне 40 кРа). Разряжение при этом составляет 80 кРа (100 кРа  - 20 кРа = 80 кРа). Для ВАЗов  соответственно 60 кРа (увы, технология изготовления не позволяет получить разряжение, соответствующее уровню мировых производителей).

Абсолютное давление в 20 кРа (разряжение 80 кРа) считается нормой, но на практике для исправного двигателя можно считать допустимым  абсолютное давление 30 кРа (разряжение 70 кРа).  Автору данной статьи всего несколько раз попадались автомобили с идеальным абсолютным давлением (разряжением). Давление в 40 кРа (разряжение 60 кРа) допустимо только для ВАЗов. При давлении в 50 кРа – имеют место серьезные проблемы в двигателе.


Факторы, влияющие на абсолютное давление (разряжение)  будут рассмотрены в следующей части.

       

 Рязанов Федор
© Легион-Автодата