Такт Рабочего Хода|АвтоЦентр

menu
person

Такт Рабочего Хода

После прохождения поршнем ВМТ начинается такт рабочего хода. Этот такт существенно отличается от других. Здесь поршень совершает полезную (положительную) работу, которая идет непосредственно на разгон автомобиля или на поддержание его постоянной скорости, в то время как на всех других тактах, наоборот, требуются, в основном, затраты энергии на поворачивание коленчатого вала.

Чем больше давление в цилиндре при сгорании, тем выше будет крутящий момент двигателя. Напротив, при плохом состоянии колец, поршня и цилиндра, с одной стороны, снижается давление в цилиндре, а с другой, из-за прорыва большого количества газов через кольца увеличивается давление в картере (это может происходить и из-за неисправности системы вентиляции картера, что также часто является следствием износа ЦПГ). В результате избыточное давление в цилиндре и крутящий момент уменьшаются.

При движении поршня вниз объем цилиндра увеличивается, а газ в цилиндре расширяется, т. е. давление и температура его понижаются. При этом газ совершает полезную работу: силой давления движет поршень, который через КШМ вращает коленчатый вал.

Давление газа на поршень достаточно велико, поэтому компрессионные кольца на такте рабочего хода обычно прижаты к нижним поверхностям канавок поршня. При этом за счет повышенного давления в канавке верхнего кольца оно дополнительно прижимается к стенке цилиндра (рис. 1.13). Маслосъемные кольца снимают масло с поверхности цилиндра, сбрасывая его через отверстия и пазы внутрь поршня.

Поскольку процесс сгорания "занимает" некоторый угол поворота коленчатого вала, плохой съем масла с поверхности цилиндра из-за износа поршневых колец и поршней приводит к последующему выгоранию масла с характерным синим дымом выхлопа. Прорыв газов в картер через изношенные кольца постепенно ухудшает смазочные свойства масла. Газы, проходящие в картер из цилиндра, содержат углекислый газ и водяные пары Н20, а также соединения азота и серы. При охлаждении водяной пар превращается в воду, которая, попадая в масло, увеличивает износ деталей двигателя. Помимо этого, при повышенном прорыве газов из цилиндров в картер образуются различные химические вещества, включая кислоты, из-за чего быстро ухудшаются смазочные свойства масла, образуются отложения на поверхностях деталей, происходит их коррозия и износ.

В изношенных цилиндрах существенно возрастает износ колец и канавок поршня. Так, при движении поршня вблизи ВМТ кольцо, отслеживая профиль изношенного цилиндра, совершает в канавке движение в радиальном направлении. Кроме того, учитывая большой осевой зазор в изношенных канавках поршня, новые кольца достаточно быстро приобретают форму, характерную для старых изношенных колец. Это происходит и в результате уже упомянутого выше закручивания кольца. Износ поршней и повышенный зазор в цилиндре приводят к увеличению углов перекоса поршня. Тогда в некоторые моменты маслосъемные кольца будут пропускать часть масла из-за периодического отрыва одной из маслосъемных кромок от поверхности цилиндра. Таким образом, рассмотренные особенности работы деталей объясняют некоторые практические данные. Так, замена колец в изношенных цилиндрах при сохранении старых поршней с изношенными канавками и юбкой обычно если и снижает расход масла двигателя, то на довольно непродолжительное время. Далее расход масла может стать даже больше, чем он был бы без замены колец из-за прогрессирующего износа цилиндра.

На такте рабочего хода детали КШМ испытывают достаточно большие нагрузки. Величина этих нагрузок очень сильно зависит от степени открытия дроссельной заслонки (от нагрузки двигателя). Чем больше открыта заслонка, тем выше давление за ней, т. е. во впускном коллекторе, и в цилиндре в 

начале и конце сжатия. Это увеличивает теплоту, выделившуюся при сгорании и, соответственно, давления и температуру газов в цилиндре.

При движении с малой нагрузкой и на холостом ходу максимальные усилия от давления газов на такте рабочего хода по величине могут быть меньше инерционных нагрузок на детали, особенно на высоких частотах вращения. На средних по нагрузке и частоте вращения режимах, наиболее характерных для эксплуатации, нагрузки от давления газов существенно выше инерционных. Вследствие этого износ шатунных шеек коленчатого вала больше сверху, а из шатунных вкладышей больше изнашивается верхний.

Усилие, действующее на шатун со стороны поршня, воспринимается шатунными подшипниками и передается на коленчатый вал. Коэффициент трения в нормальном для подшипника скольжения “жидкостном” режиме обычно очень мал - меньше, чем даже в подшипниках качения. Вал при этом расположен эксцентрично, но не касается вкладыша, причем чем больше нагрузка, тем больше эксцентриситет. Эксцентриситет вращающегося вала дает "масляный клин" - вал как бы затягивает масло в суживающуюся часть зазора и "всплывает" на нем. Масло при этом нагревается, а его вязкость падает.

Для нормальной работы подшипника необходимы подача в зазор большого количества масла под давлением и определенная скорость вращения. При уменьшении скорости вращения, подачи масла, увеличении нагрузки может возникнуть соприкасание поверхностей вала и подшипника по микронеровностям с резким возрастанием коэффициента трения - режим полужидкостной смазки. В эксплуатации этот режим характерен для запуска двигателя.

Полужидкостное трение нежелательно, т.к. оно увеличивает износ поверхностей, однако не слишком опасно, если длится кратковременно, а в масле содержатся специальные присадки, препятствующие повреждению соприкасающихся поверхностей. Вот почему высокофорсированные современные двигатели, особенно с турбонаддувом, могут работать длительно только на маслах со стабильной вязкостью (обычно на синтетической основе) и со специальным комплексом присадок. Попытки использования на таких двигателях дешевых минеральных масел нередко заканчивается повреждением шатунных подшипников. При дальнейшем увеличении нагрузки (снижении подачи масла, частоты вращения) может возникнуть режим полусухого (граничного) трения с соприкасанием поверхностей. Коэффициент трения еще больше возрастает, начинается разогрев, задиры, плавление и разрушение подшипника.

Вкладыши подшипников при работе испытывают достаточно большие по величине циклические нагрузки. Весьма неблагоприятный асимметричный цикл действия и величина нагрузок иногда могут быть причиной так называемого усталостного разрушения вкладышей. Особенно это характерно для шатунных вкладышей изношенных двигателей, где к нагрузке от сил давления или инерции добавляются ударные нагрузки из-за повышенных зазоров. Дело осложняется снижением подачи масла и более высокой его температурой в подшипнике, а также увеличением максимальной удельной нагрузки из-за уменьшения площади подшипника (риски и царапины на шейке и вкладыше). В результате достаточно быстро прогрессирует местное отслоение антифрикционного слоя от стальной основы. Часто усталостное разрушение начинается от концентраторов напряжений - смазочных отверстий в шатунных вкладышах.

При повреждении шатунного подшипника (износ шейки и вкладыша, разрушение вкладыша) возникает стук, частота и интенсивность которого "на слух” зависит от режима работы двигателя. Так, при зазорах порядка 0,200,25 мм, небольших частотах вращения и малых нагрузках стук шатунного подшипника иногда даже трудно отличить от стука клапанов. На высоких частотах интенсивность стука увеличивается, т. к. удар шатуна по шейке происходит как с нижней стороны шейки, так и с верхней. В этих местах поверхность шейки вала изнашивается сильнее.

С открытием дроссельной заслонки ударные нагрузки на шейку со стороны шатуна резко усиливаются. Характер стука существенно изменяется - удар шатуна по шейке становится больше вблизи ВМТ в направлении сверху. При неисправности шатунного подшипника постепенно происходит его разогрев до нескольких сотен градусов, сопровождающийся расплавлением антифрикционного слоя вкладышей. Одновременно поверхности шатунной шейки и шатуна закаливаются; поступающим к подшипнику маслом. На поверхности шейки образуются микротрещины, которые после ремонта (шейки в ремонтный размер) могут привести к разрушению коленчатого вала по поврежденному ранее сечению. ,

Следует отметить, что шатун является очень ответственной | деталью двигателя, поскольку испытывает воздействие больших, по величине сжимающих и растягивающих напряжений от сиг.,

давления и инерции. Основной его характеристикой является прочность, достигаемая как соответствующей конструкцией, так и высокопрочными материалами. Разрушение шатунного подшипника создает нерасчетные сиповые воздействия на шатун, особенно на нижнюю головку у шатунных болтов и на сами болты. С другой стороны, в таком режиме нижняя головка шатуна и шатунные болты из-за разогрева значительно теряют свои прочностные свойства. В результате этого шатун нередко переходит в область пластической деформации, когда напряжения в соответствующих сечениях больше предела текучести, и ломается.

Последствия разрушения шатуна в двигателе непредсказуемы - от нескольких незначительных вмятин в нижней части цилиндра до “разрезания" шатуном всей нижней части блока с поддоном, разрушения стенок цилиндра, пробоин в каналы систем смазки и охлаждения и т. д.

На высоких частотах вращения и нагрузках большие усилия возникают и в соединении шатуна с поршнем. Поршневой палец, опираясь по краям на бобышки поршня, прогибается, при этом его сечение становится овальным (“овализируется"). Деформация пальца увеличивается с ростом его длины, при уменьшении толщин стенки, увеличении зазора между шатуном и бобышками поршня. Поэтому современная тенденция - уменьшение диаметра, длины и внутреннего диаметра отверстия пальца.

В конце такта рабочего хода давление в цилиндре падает в несколько раз Поскольку вблизи НМТ крутящий момент становится мал, для улучшения очистки цилиндра от выхлопных газов выпускной клапан целесообразно открывать с опережением, т. е. до прихода поршня в НМТ. Чем больше частота вращения и нагрузки, тем больше можно сделать опережение начала выпуска, хотя его влияние на параметры двигателя заметно меньше, чем опережения впуска.

Мы будем рады если Вы ответите на вопрос: "Помогла ли Вам статья?"
0       0
Категория: Бензиновый и дизельный двигатель | Добавил: autodromcar (30.03.2020)
Просмотров: 80 | Теги: двигатель, Поршень, масло, шатунный, кольцо, Подшипник, давление, цилиндр, шатун, Нагрузка | Рейтинг: 0.0/0

Похожие материалы Похожие материалы

Всего комментариев: 0
avatar