Процесс сгорания топлива в двигателе — от впрыска до выхлопа — полный обзор!

Сгорание топлива внутри двигателя является точкой, в которой вся мощь и эффективность мотора, будь то дизель или бензиновый, последовательно проявляются в процессе работы. На самом деле, весь этот процесс довольно сложен, так как включает в себя ряд эффективных этапов и зависит от множества факторов.

Самым первым этапом является воспламенение смеси топлива и воздуха, которое происходит в результате поступления искры от свечи зажигания. Это и есть начало сгорания. Необходимое качество искры зависит от оптимального состава свойств топлива. Для каждого двигателя принят свой угол зажигания, рассчитанный на основе многих факторов, включая степень сжатия цилиндров и частоту вращения коленчатого вала.

При протекании второй и третьей степеней сгорания, топливо встречается с кислородом во вблизи изготовленных поршнем цилиндров. На этом участке работы смеси выделяется больше тепла. Оптимальное качество смеси позволяет достичь увеличению температуры, так как, начиная с момента впрыска, смесь, находящаяся в цилиндре, дроссельной заслонки или в выхлопной системе, за счет перегрева достигает критической точки, и инициируется самостоятельное сгорание.

Еще одна важная особенность процесса сгорания – это угол зажигания и его оптимальное значение. Если угол зажигания увеличится, то происходит значительное ухудшение работы двигателя из-за повышения температуры горячих газов и появления детонации. Если угол станет меньше, то процесс сгорания начнется раньше, что может привести к увеличению износа двигателя, а также к повреждению поршней и клапанов.

Период задержки воспламенения

В дизельных двигателях топливо воспламеняется само по себе в результате сжатия воздуха внутри цилиндра, поэтому период задержки воспламенения в дизельных двигателях значительно меньше, чем в бензиновых двигателях с карбюраторным зажиганием. В то же время, в дизелях период задержки воспламенения продолжает снижаться по мере повышения давления сжатия.

Период задержки воспламенения можно разделить на две части. Первая часть периода задержки воспламенения заканчивается внутри цилиндра и связана с подготовкой топливной смеси к возгоранию. Во время этого периода происходит внутрицилиндровое перемешивание топлива с воздухом и повышение температуры смеси вблизи точки зажигания. Затем начинается основная часть периода задержки воспламенения, во время которой происходит детонация топлива.

При значении коэффициента сжатия более 18 — 20, детонация может начаться практически сразу после начала впрыска топлива, что сопровождается увеличением давления и вибрацией двигателя. Влияние того или иного фактора на период задержки воспламенения зависит от дозы топлива, его температуры, коэффициента сжатия, а также от степени смешивания воздуха и топлива.

Дизельные двигатели	Бензиновые двигатели
Максимальное значение периода задержки воспламенения	Максимальное значение периода задержки воспламенения достигается во время впрыска топлива
Наименьшая детонация происходит во время наибольшего повышения давления внутри цилиндра	Наименьшая детонация происходит после начала движения поршня вниз после сжатия смеси до максимального значения
Период задержки воспламенения влияет на работу двигателя	Период задержки воспламенения влияет на вибрацию и шум двигателя

Выключенный двигатель обладает наименьшим периодом задержки воспламенения, поскольку нет сжатия в цилиндрах и различных движений поршня. Период задержки воспламенения в бензиновых двигателях зависит от температуры воздуха, скорости его движения и других факторов.

Сгорание рабочей смеси в двигателях с искровым зажиганием

Процесс сгорания рабочей смеси в двигателях с искровым зажиганием состоит из нескольких этапов, каждый из которых имеет свои особенности.

1. При начале движения поршня вверх в цилиндре создается разрежение, и воздух с топливом поступает в камеру сгорания через отдельные каналы.
2. Зажигание создает искра, которая вызывает воспламенение рабочей смеси. Начиная с данного момента, происходит протекание процесса сгорания.
3. Сгорание рабочей смеси начинается с мест, близких к искре, и распространяется внутри камеры сгорания в виде волновых передач.
4. Скорость сгорания зависит от температуры и давления в камере сгорания, а также от качества смеси.
5. В начале сгорания происходит нагревание смеси, что приводит к увеличению давления в цилиндре.
6. В дальнейшем происходит максимальное повышение давления и температуры при оптимальном сгорании.
7. Период сгорания топлива делят на три фазы: первая, когда смесь воспламеняется; вторая, когда происходит полное сгорание; и третья, когда остаточные продукты сгорания удаляются из камеры сгорания.
8. В процессе сгорания топлива происходит выделение тепла, которое преобразуется в механическую работу на коленчатом валу двигателя.
9. Оптимальное зажигание происходит перед верхней мертвой точкой поршня, чтобы максимизировать эффективность двигателя.
10. Скорость сгорания топлива увеличивается при повышении давления в цилиндре и уменьшении температуры.
11. Запаздывание зажигания может вызвать детонацию, что неблагоприятно сказывается на работе двигателя и может привести к поломке.
12. Средняя скорость сгорания топлива и величина максимального давления в цилиндре зависят от состава и качества смеси.
13. Вблизи максимальной сгораемости топлива происходит наименьшая скорость сгорания.
14. Повышение давления в цилиндре увеличится при увеличении качества смеси и уменьшении запаздывания зажигания.

Важно отметить, что оптимальное сгорание рабочей смеси в двигателях с искровым зажиганием является ключевым фактором для обеспечения высокой эффективности работы двигателя и минимального уровня выбросов.

Влияние состава рабочей смеси

Второй этап — это фаза сгорания топлива. В данной фазе топливо полностью сгорает внутри цилиндров двигателя. Оптимальное сжигание топлива происходит при наименьшей части времени, что повышает эффективность работы двигателя. Если зажигание происходит вне оптимальной точки или происходит детонация, эффективность работы двигателя снижается.

Состав рабочей смеси, в том числе соотношение топлива и воздуха, также оказывает влияние на процесс сгорания топлива. Чем богаче смесь (больше содержание топлива), тем больше топлива сгорит в данном цикле. Но при этом увеличивается вероятность возникновения детонации и увеличивается сжигание топлива после верхней мертвой точки (постзажигание). Если смесь слишком обеднена (меньше содержание топлива), то увеличивается риск преждевременного воспламенения или увеличивается длительность периода зажигания.

Таким образом, чтобы обеспечить оптимальный процесс сгорания топлива, важно поддерживать правильное соотношение топлива и воздуха в рабочей смеси.

Влияние угла опережения зажигания

Оптимальное значение угла опережения зажигания зависит от ряда факторов, таких как состав смеси топлива и воздуха, рабочая температура двигателя, режим работы и др. Неправильно установленный угол опережения зажигания может привести к ухудшению эффективности работы двигателя и даже повреждению его элементов.

При увеличении угла опережения зажигания сжатая топливно-воздушная смесь в топливной камере начинает воспламеняться наиболее вблизи периода максимального сжатия. Следовательно, сгорание начинается еще до достижения максимальной степени сжатия, результатом чего является увеличение тепла, который нагревает стенки цилиндров. Кроме того, величина угла опережения зажигания может влиять на качество сгорания топлива в цилиндре.

В случае карбюраторного двигателя, увеличение угла опережения зажигания может способствовать уменьшению количества топлива, поступающего в цилиндр, что может повлиять на эффективность сгорания и мощность двигателя. В то же время, уменьшение угла опережения зажигания может привести к увеличению количества нераспространенного топлива в выхлопных газах.

Влияние угла опережения зажигания на эффективность работы двигателя

Оптимальное значение угла опережения зажигания обычно выбирается с учетом максимальной эффективности работы двигателя. При определенном угле опережения зажигания достигается максимальное сгорание топлива, что приводит к наибольшей мощности и минимальному расходу топлива.

Однако необходимо учитывать, что оптимальный угол опережения зажигания может различаться в зависимости от конкретных условий эксплуатации двигателя. Например, при увеличении оборотов двигателя, требуемое значение угла опережения зажигания может быть более коротким. Также, при увеличении нагрузки двигателя (открытие дроссельной заслонки), предпочтительным может стать увеличение угла опережения зажигания.

Регулировка угла опережения зажигания

Для определения оптимального угла опережения зажигания и его регулировки может потребоваться специализированное оборудование. В большинстве современных двигателей угол опережения зажигания автоматически регулируется электронной системой управления двигателем.

Однако, некоторые старые автомобили или двигатели могут быть оснащены регулируемым механизмом угла опережения зажигания, который позволяет вручную установить нужное значение угла опережения зажигания. В таком случае, для определения оптимального угла опережения зажигания рекомендуется обратиться к сервисному центру или специалисту по ремонту автомобилей.

Важно помнить, что неправильно установленный угол опережения зажигания может привести к снижению эффективности работы двигателя и повреждению его элементов. Поэтому, регулировка угла опережения зажигания должна выполняться профессионалами с использованием специального оборудования и соблюдением рекомендаций производителя.

Преждевременное воспламенение рабочей смеси

Преждевременное воспламенение рабочей смеси происходит до момента, когда искра зажигания должна быть подана на свой законный период. В результате этого, горение рабочей смеси начинается раньше полного запирания клапанов и движения поршня в цилиндре.

Применение карбюраторного впрыска топлива в двигателях может вызвать возникновение преждевременного воспламенения рабочей смеси в большей степени, чем в случае использования инжекторной системы. Изготовленные из тяжелого металла блоки цилиндров также оказывают влияние на данное явление.

Течение процесса сгорания в двигателях характеризуется наиболее высоким давлением в цилиндре в момент зажигания и сгорает в течение небольшого временного интервала. Для снижения величины преждевременного воспламенения рабочей смеси и предотвращения детонации, в двигателях устанавливают систему контроля зажигания и датчики, регулирующие момент его подачи.

Воспламенение от сжатия при выключенном зажигании

В двигателях с искровым зажиганием, сгорание начинается после начала сжатия за счет инжекторов топлива. Однако в двигателях, использующих воспламенение от сжатия, смесь топлива и воздуха в камере сгорания уже поджигается сама по себе, без использования искр от свечи зажигания.

Воспламенение от сжатия при выключенном зажигании является результатом ряда факторов. Один из главных факторов — это увеличение температуры смеси в камере сгорания за счет возникающего в процессе сжатия. Температура смеси повышается вблизи начала рабочей фазы цикла двигателя и достигает максимального значения в районе этой точки.

Особенности воспламенения от сжатия:

1. Начало процесса сгорания топлива в двигателях с воспламенением от сжатия происходит с определенным опережением по сравнению с двигателями с искровым зажиганием.

2. Величина опережения зависит от различных факторов, таких как состав смеси топлива и воздуха, температура воздуха, жесткость смеси и коэффициент сжатия двигателя.

3. После начала сгорания, происходящего внутри камеры сгорания, смесь топлива и воздуха продолжает гореть, изменяется ее состав и температура.

4. Возникающая в результате воспламенения от сжатия внутри камеры сгорания детонация может приводить к появлению угла смещения коленчатого вала двигателя.

5. В двигателях дизелях величина опережения зажигания значительно больше, чем в двигателях с искровым зажиганием, что обусловлено особенностями процесса сгорания топлива в таких двигателях.

Таким образом, воспламенение от сжатия при выключенном зажигании является важным и неотъемлемым этапом в процессе сгорания топлива в двигателях.

Детонация

Процесс детонации происходит в два этапа. Сначала происходит нормальное воспламенение, вызванное зажиганием от свечи зажигания или системы впрыска топлива. Затем, в результате задержки формирования зоны воспламенения, давление и температура в камере сгорания увеличиваются, и при достижении определенного значения начинается второй этап процесса детонации.

Детонация может происходить в двигателях с карбюраторным и впрыском топлива. В карбюраторных двигателях детонация может происходить при выключенном зажигании, когда смесь топлива и воздуха нагревается до температуры воспламенения самовозгорания. В двигателях с системой впрыска, детонация может возникать из-за неправильного режима работы системы впрыска или использования некачественного топлива.

Детонация влияет на работу двигателя и его эффективность. При детонации происходит увеличение температуры, давления и скорости горения, что повышает частоту и жесткость колебаний детали двигателя. В результате, возникают грохоты и удары, которые могут привести к поломкам и повреждениям.

Для предотвращения детонации в двигателях применяются различные методы. Один из них — изменение времени зажигания. Величина угла зажигания и его изменение влияют на воспламенение смеси топлива и воздуха. Но при этом необходимо учесть, что изменение угла зажигания может оказывать влияние на другие характеристики работы двигателя и повышать его эффективность лишь в пределах определенных значений.

Другой метод предотвращения детонации — установка специальных свечей зажигания и использование топлива с повышенным октановым числом. Такие свечи зажигания и топлива изготовлены с учетом особенностей детонации, и их применение позволяет уменьшить вероятность возникновения этого процесса.

Важно помнить, что детонация может возникать в различных режимах работы двигателя: начиная с максимального момента (полной нагрузки) и заканчивая минимальным (минимальной нагрузкой). Детонация может вызывать серьезные повреждения двигателя и снижение его эффективности. Поэтому, для обеспечения надежной и безопасной работы двигателя, необходимо установить оптимальные параметры работы и следить за их соблюдением.

Сгорание рабочей смеси в дизелях

Сгорание рабочей смеси в дизелях происходит в цилиндрах двигателя в результате воспламенения топлива. Этот процесс состоит из нескольких этапов и имеет свои особенности.

Цикл работы дизельного двигателя

Рабочий цикл дизельного двигателя начинается с подготовки топлива. Топливо поступает в цилиндры через форсунки и смешивается с воздухом, который поступает через дроссельную заслонку.

Во время компрессии смесь из топлива и воздуха сжимается и нагревается, что вызывает ее самовоспламенение. В результате этого процесса происходит основная работа двигателя.

Этапы сгорания топлива

Сгорание топлива в дизеле происходит в несколько этапов:

1. Первая стадия — воспламенение. Топливо воспламеняется в результате нагрева, вызванного сжатием смеси.
2. Вторая стадия — основное горение. В этой стадии происходит активное сгорание топлива с выделением тепла и расширением газов, что приводит к повышению давления в цилиндре.
3. Третья стадия — кинетическое сгорание. При повышении давления и температуры в цилиндре, сжатый воздух начинает воспламеняться вне зависимости от внутреннего топлива.
4. Четвертая стадия — продолжительное горение и выгорание остаточных газов. В этой стадии остаточные газы сгорают полностью, которые были оставлены после основного горения топлива.

Влияние факторов на процесс сгорания

Качество рабочей смеси и режим работы двигателя влияют на процесс сгорания. При недостаточной смеси или преждевременном воспламенении возможно повышение температуры и давления в цилиндрах, что может вызвать детонацию топлива. В случае перегрева цилиндров, топливо может загореться автоматически.

Наиболее важными факторами, влияющими на процесс сгорания в дизеле, являются:

• Качество рабочей смеси;
• Величина и угол опережения зажигания;
• Скорость вращения коленчатого вала;
• Качество топлива.

Все эти факторы определяют скорость сгорания и полноту выгорания топлива в цилиндрах двигателя.

Влияние частоты вращения коленчатого вала

Вращение коленчатого вала в двигателе играет важную роль в процессе сгорания топлива. Частота вращения влияет на несколько основных аспектов этого процесса.

При повышении частоты вращения коленчатого вала происходит увеличение скорости движений в цилиндрах двигателя. В результате этого происходит ускорение процесса подготовки смеси перед зажиганием, что приводит к более раннему зажиганию. В дизелях с комнатой сгорания в виде открытой камеры и угла зажигания применение более высокой частоты вращения ведет к уменьшению тепла, выделяемого в камере сгорания в процессе нагрева.

Однако существует предел, после которого дальнейшее повышение частоты вращения приводит к преждевременному зажиганию. Это происходит из-за уменьшения времени на подготовку смеси и ухудшения равномерности сгорания. Увеличение частоты вращения также вызывает увеличение детонации, что может привести к повреждению двигателя.

Следует отметить, что определенную величину частоты вращения коленчатого вала устанавливают производители двигателей, и она может быть изменена только в пределах, которые являются безопасными для эксплуатации и не вызывают ухудшения работы двигателя.

Индикаторная диаграмма двигателя показывает зависимость между углом поворота коленчатого вала и давлением в цилиндре. В процессе сгорания топлива, давление в цилиндре сначала увеличивается, а затем уменьшается. Пик давления называется топочным максимумом. Внутрицилиндровые давления подчиняются значительно более высоким значениям в период детонации, что приводит к повышению тепла в цилиндре и увеличению его деформации.

Таким образом, частота вращения коленчатого вала влияет на момент зажигания, тепловые нагрузки на конструкцию двигателя, равномерность сгорания и эффективность работы двигателя. Важно подобрать оптимальную частоту вращения для каждого двигателя с учетом его конструкции и условий эксплуатации.

Влияние степени сжатия

Увеличение степени сжатия приводит к повышению максимального давления и температуры внутри цилиндра в момент зажигания. Качеством смеси, состава топлива и точки запаздывания зажигания также оказывается влияние на величину детонации.

Влияние степени сжатия проявляется в изменении скорости сгорания топлива и возникает вторая часть работы двигателя. Первая часть состоит из подготовки и сжатия смеси до наименьшую величину объема, вторая — из воспламенения и сгорания этой смеси.

Выделяется ряд особенностей и эффектов, которые возникают в результате увеличения степени сжатия. Основная из них — повышение максимального момента на валу двигателя, что ведет к повышению его мощности. Однако, вместе с повышением максимального момента возрастает и величина вибрации двигателя, что может приводить к ухудшению его эффективности и неприятным ощущениям.

Второй эффект — изменение температуры и давления воздуха в дроссельной заслонке. При увеличении степени сжатия, угол повышается, и дроссельная заслонка открывается на больший угол. В результате, воздух быстрее протекает через дроссельную заслонку, что изменяет его скорость и температуру.

Третий эффект связан с изменением температуры в камере сгорания в момент зажигания. Это происходит из-за повышения температуры сжатого воздуха. Высокая температура может привести к детонации топлива, что негативно сказывается на работе двигателя.

При увеличении степени сжатия увеличивается эффективность работы двигателя, однако, вместе с этим возникает ряд проблем, связанных с детонацией, вибрацией и другими факторами. Поэтому, подбор данного параметра должен осуществляться с учетом всех особенностей конкретного двигателя и требований к его работе.

Видео:

TOYOTA тех. обучение — процесс горения дизельного топлива

TOYOTA тех. обучение — процесс горения дизельного топлива by UazTech 34,184 views 9 years ago 24 minutes