Меню

Давление во впускном коллекторе турбированного двигателя

Давление во впускном коллекторе турбированного двигателя

Проверка разряжения во впускном коллекторе

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

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.

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*S п
где S п — площадь поршня

Получаемая работа равна:
A = F * 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.


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.


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.

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).

Читайте также:  Реле регулятор давления воды подключение

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

Источник

Mazda Xedos 6 — Самолёт 2.5 V6 24V › Бортжурнал › Диагностика состояния ДВС разряжение во впускном коллекторе (вакуумметром)

Метод для атмосферных бензиновых двигателей. Хорош как простой и достоверный способ узнать состояние ДВС без разбору, а также проверить исправность системы зажигания и отсутствие подсоса воздуха, исправность выхлопной системы. Как для самостоятельной, так и при выездной диагностике при покупке автомобиля.

Необходим — вакуумметр (самый простой 250 руб с китая, 500 руб в магазе и 5-15 минут времени

немного теории
Пульсации давления от разных цилиндров накладываются друг на друга и во впускном коллекторе возникает какое то среднее давление, которое ниже атмосферного (т.н. «разряжение»). Абсолютное давление в вакууме равно нулю, а атмосферное давление равно 100 кРа (100 кило Паскалей). Во впускном коллекторе на холостом ходу (дроссельная заслонка прикрыта) давление ниже атмосферного (т.е. ниже 100 кРа), но выше абсолютного вакуума (0 кРа). Условимся называть разряжением разницу между атмосферным давлением и фактическим давлением во впускном коллекторе.

Для исправного двигателя можно считать допустимым абсолютное давление на уровне не выше 30 кРа (разряжение -70 кРа). Давление в 40 кРа (разряжение -60 кРа) допустимо только для ВАЗов. При давлении в 50 кРа – имеют место серьезные проблемы в двигателе.

По другим данным У нормально работающего двигателя разрежение на холостом ходу должно составлять 0.05 — 0.07 атм, при 2500 об/мин разрежение должно составлять 0.06-0.09 атм

вывод:
Если при нажатой педали газа показания ниже чем на ХХ, значит мотору необходим! ремонт.
Если показания плавают — значит требуется дальнейшая диагностика и локальный поиск неисправностей. Если показания плавают слабо, значит проблема в системе зажигания или имеется подсос воздуха во впуск. Если показания плавают сильно, значит нужно мерить компрессию и найти проблемный цилиндр.

далее пройдемся по моим показаниям
измерил на своём и (на другом кседосе. контрактные моторы 2.5)
на ХХ у меня слегка плавают и показания занижены! -58 -60, -60 -62, на другом кседосе стабильно! -68)

Максимальные значения (при сбросе газа) -84
Удерживаем газ у меня -74, другой кседос -76

Возможные причины неисправности:
Разрежение меньше нормы — подсос воздуха во впускной коллектор. позднее зажигание.
Слабое и нестабильное разрежение — утечка воздуха через прокладку впускного коллектора.
Регулярное изменение разрежения — необходимо проверить состояние клапнов.
Нерегулярное изменение разрежения — может быть вызвано подклиниванием клапана или пропуском зажигания.
Резкое колебание разрежения — происходит при износе направляющих втулок. При этом обычно идет черный дым из выхлопной трубы.
Слабое колебание разрежения — неисправности системы зажигания.
Сильное колебание разрежения — необходимо проверить компрессию и прокладку головки блока.
Медленное падение разрежения после увеличения числа оборотов — износ поршневых колец или засор выхлопной системы.

Тема без картинок не интересна, поэтому прикреплю 2 своих видео. И 2 видео с интернета. На видео с ВАЗ причина низкого разряжения ясна, низкая компрессия.
У меня тоже низкое разряжение, но компрессия хорошая.
ПОДСКАЖИТЕ КУДА СМОТРЕТЬ?
ПОДСКАЖИТЕ КУДА СМОТРЕТЬ?
ПОДСКАЖИТЕ КУДА СМОТРЕТЬ?



Ещё Причины снижения разряжения во впускном коллекторе?
1. Проблемы с компрессией из-за износа поршневых колец или недостаточного смазывания зеркала цилиндра при использовании некачественного или слишком вязкого масла. В этом случае в цилиндры двигателя поступает воздух из картера через увеличившийся зазор между поршнем и цилиндром. Разряжение уменьшается. При равномерном износе стрелка вакуумметра должна стоять неподвижно на отметке ниже -80 кРа. При резком кратковременном нажатии на педаль газа вакуум падает до значения 0кРа, затем плавно возвращается до исходного значения. Чем ниже показания, тем хуже состояние двигателя.
2. Прогар выпускных клапанов. Часть выхлопных газов поступает обратно в цилиндр, давление в цилиндре увеличивается, разряжение уменьшается. Стрелка вакуумметра равномерно колеблется в диапазоне 38-65 кРа. Измерение компрессии укажет на проблемный цилиндр.
3. Неплотное прилегание впускных клапанов. На такте сжатия часть горючей смеси, находящейся в цилиндре, выталкивается обратно во впускной коллектор. Разряжение уменьшается. Стрелка вакуумметра равномерно колеблется в диапазоне 50-60 кРа. После отсоединения свечи неисправного цилиндра колебания стрелки вакуумметра прекратятся. Такое же поведение стрелки вакуумметра будет наблюдаться в случае пропусков зажигания в цилиндре из-за умирающей свечи зажигания или переобогащенной/переобедненной смеси. Для точного понимания причины необходимо измерение компрессии.
4. Недостаточный зазор в свечах зажигания. Стрелка вакуумметра колеблется в диапазоне 50-55 кРа.
5. Задержка фаз газораспределения, проблемы с клапаном VVT. Стрелка вакуумметра колеблется в диапазоне 30-50 кРа.
6. Износ пружин клапанов ГРМ. Стрелка вакуумметра колеблется в диапазоне от 35-75 кРа.
7. Заедание впускного клапана в направляющей. При работе двигателя в режиме холостого хода стрелка вакуумметра колеблется в диапазоне от 48-60 кРа. Измерение компрессии поможет понять, проблема в заедании или неплотном прилегании клапана.
8. Износ направляющих клапанов. При работе двигателя в режиме холостого хода стрелка вакуумметра очень быстро вибрирует в диапазоне 48-65 кРа.
9. Пробитая прокладка головки блока цилиндров. Выхлопные газы перетекают из одного цилиндра в другой. В расширительном бачке пузырьков может и не быть. При работе двигателя в режиме холостого хода стрелка вакуумметра колеблется в диапазоне от 20-65 кРа.
10. Подсос воздуха во впускной коллектор. Стрелка вакуумметра колеблется в диапазоне от 10-20 кРа.
11. Заблокированный выпускной тракт. Например, забитый катализатор. При первом запуске двигателя стрелка вакуумметра падает до уровня 5 кРа, затем скачками поднимается до 50-55 кРа.
Чтобы проверить сопротивление катализатора проходу выхлопных газов, выкручиваем кислородный датчик. У кого их два, выкручивать надо тот, который перед катализатором. Вместо кислородника вкручиваем переходник, к переходнику подсоединяем манометр. В режиме холостого хода на манометре должно быть не более 10 кРа, при 2500 об/мин – не более 20 кРа. Сам катализатор не проверял ни разу, если кто сделает, прошу отписать, что получилось.
подсмотрено на просторах интернета

Читайте также:  Свидетельство на монтаж сосудов под давлением

Источник

artbooket › Блог › Основы турбонаддува. Часть 3.

Эта и следующая часть будут несколько сложнее первых двух, в них мы рассмотрим составляющие компрессорной карты, как оценить «соотношение давлений» и массовый расход воздуха вашего двигателя, а так же как рисовать точки на компрессорной карте для правильно подбора турбокомпрессора.
И…положите рядом с собой калькулятор — он вам понадобится при изучении этой и следующей статьи 🙂

Для начала обозначим и разъясним некоторые термины, с которыми нам придется столкнуться в этой статье:

Понятие абсолютного и относительного давления.

Под абсолютным давлением мы будем понимать давление относительно полного вакуума. Соответственно оно может быть только больше или равным нулю. На Земле на уровне моря оно принято равным одной атмосфере или 1атм.

Под относительным давлением мы будем понимать давление относительно атмосферного. Соответственно оно может быть как положительным так и отрицательным, в зависимости от того больше или меньше оно чем атмосферное.

Давайте рассмотрим их на примере давления во впускном коллекторе двигателя. Все наверняка видели в своей жизни приборы показывающие наддув. Такие приборы показывают именно относительно давление. На двигателе, работающем на холостом ходу, они показывают разряжение -0.65.-0.75атм. На наддуве мы можем видеть значения 1.0…2.0 и выше атмосфер. Всё это значения относительного давления. Абсолютные значения будут всегда на 1.0 больше, поскольку мы должны добавить одну атмосферу атмосферного давления, относительно которой прибор и показывает свои значения.
Т.е. на ХХ абсолютное давление будет равно +0.25.+0.35, а на наддуве, соответственно 2.0.3.0.

Составляющие компрессорной карты

Компрессорная карта это график, описывающий конкретные характеристики компрессора в различных режимах его работы. Среди этих характеристик мы разберем: эффективность компрессора, диапазон массового расхода воздуха, возможности работы на разных давлениях наддува, а так же скорость вращения вала турбины.

Ниже приведена типичная компрессорная карта с названиями ее составляющих.

Рассмотрим их по порядку:

По вертикальной оси у нас расположен Pressure Ratio, или «соотношение давлений», величина, описываемая как отношение абсолютного давления на выходе из компрессора к абсолютному давлению на его входе:

Где:
PR — соотношение давлений
Pcr — абсолютное давление на выходе компрессора
Pin — абсолютное давление на входе компрессора

*Очень грубо говоря эта величина просто показывает во сколько раз компрессор сжал воздух.

Как рассчитать Pressure Ratio: К примеру мы хотим рассмотреть ситуацию работы компрессора при 0.7 атм наддува в коллекторе. Для начала вспомним что «наддув» это относительное давление, а мы везде оперируем только абсолютным. Поэтому сразу добавляем к нему 1.0 атмосферного давления и дальше имеем в виду что у нас 1.7атм абсолютного давления в коллекторе

. В нашем случае, при нормальном атмосферном давлении на входе в турбину, соотношение давлений будет таким:

PR = Pcr/Pin = 1.7/1.0 = 1.7

Но на самом деле все несколько сложнее. В виду наличия в системе воздушного фильтра давление на входе в компрессор, как правило, несколько меньше атмосферного. В зависимости от размера и качества фильтра оно может быть меньше на 0.02-0.10атм. Допустим у нас оно меньше атмосферного на 0.05атм.

Тогда наша формула приобретет следующий вид:

PR = 1.7/(1.0-0.05) = 1.7 / 0.95 = 1.79

Повторим еще раз — для вычисления Pressure Ratio нам надо знать наддув для которого мы его считаем и разряжение на впуске перед компрессором. После этого

PR = (1.0 + давление на выходе компрессора) / (1.0 — разряжение на впуске)

В случае спортивной машины без воздушного фильтра, мы можем принять наш делитель всегда равным единице и просто считать PR = 1 + ДавлениеНаВыходе.

Читайте также:  Атмосферное давление на этой неделе в красноярске

Air Flow или расход воздуха

По горизонтальной оси у нас расположен «массовый расход воздуха».

Это величина, показывающая, массу воздуха, проходящую за единицу времени через компрессор и, соответственно, дальше через двигатель. Исторически это величина на компрессорных картах выражается в lb/min или по-русски в фунтах воздуха за минуту времени. Фунт это 0.45кг, а минута это 60 секунд 🙂

Поскольку, как мы уже проходили, мощность двигателя напрямую зависит от количества топливо-воздушной смеси которая проходит через него, массовый расход, это, одна из главных характеристик которую мы можем получить, изучая компрессорную карту. При прохождении через мотор 1 фунта воздуха в минуту, современные моторы вырабатывает в среднем 9-11 лошадиных сил мощности. Соответственно даже беглый взгляд на компрессорную карту может нам сказать, на какую потенциальную мощность мы можем рассчитывать с этой турбиной. На приведенном выше примере, область работы компрессора заканчивается примерно на 52 фунтах, соответственно эту турбину грубо можно сразу оценить на 500лс.

Граница Surge это крайняя левая линия компрессорной карты. Работа компрессора левее этой границы, т.е. за пределами обозначенной компрессорной картой, связанна с нестабильностью воздушного потока, всплесками и провалами наддува. Длительная работа компрессора в таком режиме приводит к преждевременному выходу его из строя в виду большой переменной нагрузки на подшипники и крыльчатку компрессора.

Турбина может попасть в режим Surge в одном из двух случаев.

Первый самый распространенный — при резком закрытии дросселя, когда массовый расход воздуха через мотор резко падает, но турбина все еще вращается достаточно быстро. Это мгновенно перебрасывает нас влево по компрессорной карте в зону Surge. Но быстрое срабатывание Blow Off клапана восстанавливает расход воздуха через турбины, выпуская избыток наддутого воздуха в атмосферу.

Второй случай — возникновение Surge на режиме полной нагрузки, обычно на низких оборотах, когда турбина только начинает выходить на наддув. Он значительно более опасен, поскольку может продолжаться относительно долго, особенно на высоких передачах. Как правило, это связанно со слишком большой скоростью вращения турбины и большом создаваемом давлении в компрессоре, при относительно малом общем расходе воздуха через мотор. Обычно наблюдается на гибридах с маленькой горячей частью, маленьким A/R горячей части и большой компрессорной частью.

Еще одним способом, помогающим снизить вероятность попадания компрессора в зону Surge является использование компрессорного хаузинга с так называемым «Ported Shroud». Фактически это обводные воздушные каналы, встроенные в компрессорный хаузинг:

Благодаря этим каналам удается сместить границу Surge левее по компрессорной карте, за счет того что часть воздуха может выйти из компрессора назад во впуск. Это позволяет при прочих равных использовать больший компрессор на меньшей турбинной части без возникновения эффекта Surge. Ниже приведено сравнение двух компрессорных карт: с обычным компрессорным хаузингом и со встроенными обводными каналами:

Видно, что есть довольно значительная область карты красного цвета, которая является рабочей для турбины с портированным компрессорным хаузингом, но при этом находится левее границы Surge карты синего цвета, соответствующей обычному хаузингу.

Как это выглядит в реальной жизни? Ниже приведено фото двух турбин 30й серии, первая 3071 без «Ported Shroud», вторая 3076 с заводским «Ported Shroud»

Так же бывает возможность доработки заводского компрессорного хаузинга под «Ported Shroud», если с завода он не был изготовлен. Например в случае GT3582R это выглядит так:

Посмотрим еще раз на нашу компрессорную карту и рассмотрим последние три составляющих:
«Предельная граница эффективности», «Зоны эффективности компрессора» и «Скорость вращения турбины»

Предельная граница эффективности компрессора

Как линия Surge ограничивает карту слева, так граница эффективности ограничивает ее справа. Garrett на своих картах указывает область работы компрессора до 60-58% эффективности. Все, что находится правее этой границы, будет иметь эффективность ниже 58% и использование компрессора в этой области теряет смысл. За этим пределом начинается неоправданно большой нагрев сжимаемого компрессором воздуха, а скорость вращения турбины выходит за допускаемые производителем значения.

Зоны эффективности компрессора

Мы видим концентрические замкнутые линии, расходящиеся из центральной области карты. Возле каждой такой линии подписано значение эффективности компрессора внутри области очерченной этой линией. Самая маленькая область в центральной части соответствует максимально возможной эффективности компрессора. По мере удаления от центра мы будем попадать в области все меньшей и меньшей эффективности пока не упремся либо в предел по Surge слева, либо в предел по производительности справа.

Скорость вращения турбины

Линии, обозначенные на карте как «скорость вращения турбины», показывают с какой скоростью будет вращаться вал турбины в этой области. Значения выражаются в оборотах вала за минуту времени. С ростом скорости вращения турбины у нас увеличивается давление и/или расход воздуха через компрессор. Как видно, эти линии начинают сходиться в области границы зоны эффективности и, как уже было сказано выше, за пределами этой области скорость вращения турбины быстро увеличивается за пределы допустимого.

На этом мы заканчиваем рассмотрение компрессорной карты и теперь, понимая что на ней изображено, в следующей главе мы перейдем к изучению процесса подбора турбины под конкретный мотор.

Источник

Adblock
detector