В каком случае газ в цилиндре

Обновлено: 30.01.2025

Современные атмосферники изнашиваются быстрее прежних, и тому есть немало причин. Но отсрочить безвременную кончину двигателя можно — всё в ваших руках!

Ускорение темпа жизни отразилось даже на двигателях внутреннего сгорания. Еще пару десятков лет назад цилиндры и поршни изнашивались довольно медленно. Стенки цилиндров постепенно лишались следов хона и становились зеркальными. Поршни тоже понемножку теряли слой металла на своих юбках. Поверхность алюминия становилась матовой. Зазор в цилиндре рос, но постепенно. Со временем в верхней части цилиндра образовывалась ступенька в зоне остановки верхнего компрессионного кольца.

А современные моторы всё чаще заканчивают жизнь по-другому: у них образуются задиры.

Что такое задир?

Задиром называют взаимное повреждение поверхностей трения при их работе без зазора. Нет зазора — значит, прекращается смазка. Дальнейшее движение в отсутствие смазки приводит к микросвариваниям выступающих элементов микронеровностей. Срыв этих частиц ведет к дальнейшему росту температуры. В случае с цилиндром это еще больше увеличивает диаметр поршня вследствие термического расширения — задир растет. Явление может продолжаться вплоть до полного заклинивания поршня. Итог — разрушение поршня, шатуна, блока цилиндров и, возможно, коленвала. Впору идти за другим мотором.

ГДЕ ОБРАЗУЕТСЯ ЗАДИР?

А раньше такое было?

А вам не кажется, что это — описание современного двигателя и нынешних рекомендаций по эксплуатации?

Сегодня обычно применяются очень малые по высоте поршни — для облегчения и снижения трения. Но невысокий поршень по определению будет иметь возможность сильно наклоняться в цилиндре. Пришлось конструкторам уменьшить монтажный зазор в цилиндре. А еще маленький легкий поршень хуже отдает тепло цилиндру, а потому подвержен быстрому перегреву. Не случайно раньше в алюминиевые поршни заливали стальные пластины — так называемые автотермики. Благодаря гораздо меньшему коэффициенту расширения стали поршни лучше сохраняли форму, удерживая зазоры в допуске.

ПЕРЕГРЕВ ПОЧТИ НЕ ВИДЕН

Когда прихватит?

В нынешних моторах прихват возможен:

при перегреве двигателя, когда поршень расширился больше расчетного;
при большой нагрузке на холодном моторе, когда поршень нагрелся и расширился, а цилиндр не успел;
при плохой смазке пары поршень-цилиндр.

Способствует раннему образованию задиров и экономия производителей на установке форсунок, подающих масло на днище поршня. Ведь струйка масла может отводить от поршня 30–50% тепла, снижая его температуру примерно на 20° С! Это отодвигает порог детонации и уменьшает вероятность появления задиров.

Вдобавок задиры могут возникать при неумеренном использовании пусковых жидкостей, когда смазка со стенок цилиндров смывается, а затем следует резкий запуск, и выход мотора на высокие обороты.

Задиры возможны и при запуске очень долго стоявших двигателей с исчезнувшей пленкой смазки и даже с коррозией цилиндров и поршневых колец.

Посторонним вход воспрещен

Песок

Основных путей попадания песка два: свечные отверстия и впускной тракт двигателя, начиная с воздушного фильтра. Если при замене свечей колодец был недостаточно очищен, то вся дрянь окажется в цилиндре. Ведь свечи почти всегда смотрят или вверх, или под углом, но всё равно вверх.

Впускной тракт может подсасывать пыль и песок как до дроссельной заслонки, так и после (в виду сильного разрежения для подсоса достаточно даже мизерных отверстий). Причина — усохшие резиновые прокладки, соскочившие трубочки различных механизмов, управляемых вакуумом.

Не забывайте, что даже вакуумный усилитель тормозов потихоньку подает во впускной трубопровод двигателя воздух, а чистый ли он? Даже самый лучший фильтрующий элемент всё равно пропускает вместе с воздухом какой-то процент пыли.

Самое страшное — когда владелец в спешке или по незнанию сам отправляет приличную порцию пыли на впуск при замене фильтра. А неправильно установленный элемент постоянно подает пыльный воздух в мотор.

Также часто встречается небрежный монтаж патрубка от воздушного фильтра до корпуса дроссельной заслонки. Не затянуты хомуты — и песочек тут как тут.

Такие повреждения цилиндра, поршня и колец не надо путать с задиром. Налицо абразивный износ крупными частицами песка.

ВРЕДОНОСНЫЙ ПЕСОК

Частицы керамики, как и песок из системы впуска, вызывают не только задиры цилиндров. Они приканчивают весь двигатель, так как фильтр отлавливает не все твердые частицы, и они поступают с маслом к коренным и шатунным шейкам, а также к шейкам и постелям распредвалов.

Частицы керамики

Частицы керамики от разрушающегося каталитического нейтрализатора могут попадать в двигатель, если он действительно керамический (бывают и на металлической основе) и если применена схема с катколлектором.

В этом случае блок нейтрализатора находится в выпускном коллекторе на расстоянии около 200–300 мм от выпускных клапанов. Когда керамика начинает разрушаться, а это происходит при пробеге 50–150 тысяч км в зависимости от производителя нейтрализатора и качества топлива, растет вероятность попадания частиц через открытые выпускные клапаны в цилиндры двигателя. Это происходит чаще всего на моторах с фазовращателями на обоих распределительных валах и системами рециркуляции отработавших газов.

Как продлить жизнь современному мотору

Следить за температурным режимом, не допускать перегрева, вовремя мыть радиаторы;
После холодного пуска немного прогревать двигатель, а дальше двигаться, не давая больших нагрузок вплоть до полного прогрева;
Следить за исправностью каталитического нейтрализатора (проверять состояние электронной диагностикой и визуально), своевременно заменять керамический блок ремонтным;
Применять качественное топливо и — самое главное — высококачественное неподдельное масло;
Применять качественные воздушные фильтры, своевременно и правильно менять их.

Системы питания автомобиля газом, как нефтяным, так и природным, пользуются огромной популярностью в России. Альтернативный вид топлива позволяет сократить расходы на горючее более чем на треть - сэкономить многие десятки и даже сотни тысяч рублей. Правда, такая экономия может вылиться боком. Рассказываем, как именно это происходит.

Современное газобаллонное оборудование не наносит вреда двигателю автомобиля и не уменьшает срока службы транспортного средства. Правда, при одном важном условии – это оборудования должно быть правильно настроено и технически исправно. Недосмотр за ГБО приводит к чудовищным поломкам, о которых установщики тактично предпочитают помалкивать.

Задиры в цилиндрах могут возникать из-за проблем с ГБО

По теме

Тем, кто не знаком с принципами работы систем питания двигателей газом, напомним, как именно они функционируют. Газовая система устроена намного проще, чем система питания бензином или дизелем. Газ в баллоне (хоть пропан, хоть метан) находится под постоянным давлением – для его подачи в двигатель никакой насос не требуется, достаточно пустить газ по магистрали, открыв электронный клапан. Правда, есть важный нюанс: при увеличении давления газ меняет агрегатное состояние и становится жидким топливом. А жидкости, как известно, не горят. Чтобы перевести жидкость в газ, требуется так называемый редуктор, или, другими словами, испаритель.

Это всё, что остаётся от сот катализатора из-за догорающего в них газа

Сжиженный газ поступает в редуктор-испаритель, который подогревается антифризом. В нём давление газа опускается примерно до одной атмосферы. Подогретая охлаждающая жидкость в результате циркуляции по системе не даёт редуктору обмерзать и способствует быстрому испарению газа. Парообразный газ, в свою очередь, поступает к газовым форсункам и впрыскивается во впускной коллектор или непосредственно в цилиндры.

По теме

Все редукторы устроены примерно одинаково, вне зависимости от поколения и производителя этого компонента. Это последовательно соединённые камеры, разделённые клапанами. Сжиженный газ подаётся до впускного тракта редуктора, который производит дозировку и распределение топлива. Затем происходит испарение газа и осуществляется его подача в коллектор для смешения с воздухом. Одним из важнейших компонентов редукторов является упругая мембрана, реагирующая на разрежение: она позволяет поддерживать постоянное давление газа относительно впускного коллектора. Мембрана реагирует на показатель разрежения на впуске и открывает потоку газа вакуумный клапан. Когда разрежение пропадает, подача газа блокируется. Как только система перестаёт корректно работать, ГБО начинает медленно, но верно убивать вашу машину. А заметить неполадки редуктора порой бывает непросто.

Так выглядит негерметичная мембрана редуктора-испарителя

Срок службы мембран редукторов, увы, недолог: со временем они покрываются трещинами, теряют эластичность и рвутся: коромысло клапана перестаёт реагировать на изменение разрежения во впускном коллекторе, а газ начинает идти в двигатель постоянно, живым потоком, нередко даже в жидком виде. Несмотря на наличие всевозможных датчиков и электронных систем управления большинству моторов это сулит верный конец. Топливная смесь поступает в камеры сгорания нестабильно: в различных режимах работы она становится либо очень богатой, либо напротив чрезвычайно бедной. Скорректировать топливовоздушную смесь система не может по причине неучтённого газа, поступающего в коллектор по вакуумной магистрали. Машина продолжает худо-бедно заводиться, сносно ездить, но медленно и верно умирать.

По теме

Понять, что с газовым редуктором не всё ладно, можно по ряду характерных признаков, которые владельцам машин с ГБО игнорировать точно не стоит. При прорыве мембраны в редукторе автомобиль крайне неохотно заводится. Виной тому - постоянно поступающий в коллектор неучтённый газ, который пропускает рваная мембрана. Расход топлива – что характерно, не только газа, но и бензина, который дополнительно впрыскивается на современных системах ГБО на высоких оборотах - резко возрастает. При повышении нагрузки на мотор иногда слышатся характерные хлопки при одновременных провалах тяги – так взрывается неправильно подготовленная топливовоздушная смесь во впускном, а иногда и в выпускном коллекторах.

Погар клапанов - ещё одно последствие поломки редуктора ГБО

Теперь о главном: к чему приводит игнорирование печальных симптомов. Пресловутый прогар клапанов и проседание сёдел, которыми так любят пугать автомобилистов, при поломке газового редуктора – данность и вопрос времени. Но это далеко не всё: из-за неправильного приготовления смеси резко возрастает детонация, повышается склонность мотора к перегреву. Взрывы во впускном коллекторе часто приводят к поломке дросселя и датчика массового расхода воздуха. Лишний, несгоревший газ, проникающий в выпуск, ещё страшнее – попадая в каталитический нейтрализатор, он в прямом смысле плавит керамические соты, а периодически возникающие хлопки полностью разрушают этот чрезвычайно важный и дорогостоящий элемент. Хорошо, если катализатор расположен далеко от блока цилиндров двигателя. В противном случае частички разрушающейся керамики всасываются в цилиндры, что приводит к образованию задиров и последующей капиталке или полной замене двигателя. Это далеко не все проблемы и последствия. К каким именно финансовым потерям они приводят, прикинуть нетрудно.

ГБО нуждается в своевременном и правильном обслуживании. Речь идёт далеко не только о замене фильтров. Хотя бы один раз в несколько десятков тысяч километров пробега рекомендуется производить разборку и чистку газового редуктора с заменой всех уплотнителей и мембраны (или нескольких мембран). Пренебрежительное отношение к этому устройству гарантированно скажется на сроке службы вашего автомобиля.

Задание 24 № 7199

В вертикальном цилиндре с гладкими стенками под массивным металлическим поршнем находится идеальный газ. В первоначальном состоянии 1 поршень опирается на жёсткие выступы на внутренней стороне стенок цилиндра (рис. 1), а газ занимает объём V₀ и находится под давлением p₀, равным внешнему атмосферному. Его температура в этом состоянии равна T₀. Газ медленно нагревают, и он переходит из состояния 1 в состояние 2, в котором давление газа равно 2p₀, а его объём равен 2V₀ (рис. 2). Количество вещества газа при этом не меняется. Постройте график зависимости объёма газа от его температуры при переходе из состояния 1 в состояние 2. Ответ поясните, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

1. Определим температуру конечного состояния газа. Запишем уравнение Клапейрона — Менделеева для газа в состояниях 1 и 2:

2. Покажем силы, приложенные к поршню, когда он уже не опирается на выступы на стенках цилиндра. Сила тяжести и сила давления на поршень со стороны атмосферы постоянны. Поскольку поршень перемещается медленно, сумму приложенных к нему сил считаем равной нулю. Отсюда следует, что сила давления на поршень со стороны газа тоже постоянна. Значит, её модуль (S — площадь горизонтального сечения поршня) при любом положении поршня выше первоначального. Таким образом, при процесс нагревания газа изобарный Определим температуру начала этого процесса :

3. На отрезке температур процесс нагревания газа изохорный давление газа с ростом его температуры при нагревании увеличивается от до

б) при объём газа меняется от до по закону

График, изображающий зависимости из пп. а) и б), представляет собой ломаную линию:

б) при объём газа меняется от до по закону

График, изображающий зависимости из пп. а) и б), представляет собой ломаную линию:

Задание 13 № 4504

В цилиндрическом сосуде под поршнем находится газ. Поршень может перемещаться в сосуде без трения. На дне сосуда лежит стальной шарик (см. рисунок). Газ нагревают. Как изменится в результате этого объём газа, его давление и действующая на шарик архимедова сила?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Обьем газа

Давление газа

Архимедова сила

В процессе нагревания поршень будет перемещаться, но в начальном и конечном состояниях (до и после нагревания) поршень покоится, а значит, полная сила, действующая на него, равна нулю. Отсюда делаем вывод, что давление не изменяется ().

При изобарном процессе для газа выполняется закон Гей-Люссака (). Следовательно, при нагревании объем газа увеличивается.

Сила Архимеда определяется плотностью среды, в которую помещено тело (). При расширении, плотность газа уменьшается. Таким образом, уменьшается и сила Архимеда, действующая на шар.

Задание 24 № 6747

В горизонтальном сосуде, закрытом поршнем, находится разреженный газ. Максимальная сила трения между поршнем и стенками сосуда составляет F_{тр.макс}, а площадь поршня равна S. На pТ-диаграмме показано, как изменялись давление и температура разреженного газа в процессе его нагревания. Как изменялся объём газа (увеличивался, уменьшался или же оставался неизменным) на участках 1−2 и 2−3? Объясните причины такого изменения объёма газа в процессе его нагревания, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.

1) На участке 1–2 процесс изохорный, объём газа под поршнем остаётся постоянным. Поршень остаётся в покое, пока сила трения покоя не достигнет максимального значения F_{тр. макс.}

2) На участке 2-3 процесс изобарный. Поршень начинает двигаться при условии, что сила давления со стороны газа становится больше, чем сумма силы трения и силы давления на поршень со стороны атмосферы:

p₁S ≥ F_{тр. макс} + p_атмS. По закону Гей-Люссака при увеличении температуры объем увеличивается.

Условие равновесия лишнее. Для неизменного количества вещества идеального газа справедлива формула PV/T=const. Т.е., из трех макропараметров два не могут оставаться постоянными при меняющемся третьем. Согласно графику, давление постоянно, а температура изменяется. Это значит, что объем тоже должен изменяться. Если бы трение не позволяло поршню перемещаться, зависимость на графике была б невозможной

Не лишнее: нужно было объяснить, почему давление не меняется.

Задание 27 № 3683

В высоком вертикальном цилиндрическом сосуде под тяжелым поршнем, способным перемещаться вдоль стенок сосуда практически без трения, находится некоторое количество воздуха под давлением Поршень находится в равновесии на высоте над дном сосуда. Определите, на какое расстояние сместится поршень, если сосуд перевернуть открытым концом вниз и дождаться установления равновесия. Считать температуру воздуха и атмосферное давление постоянными. Массой воздуха в сосуде по сравнению с массой поршня можно пренебречь.

Обозначим массу и площадь поршня через М и S, соответственно. В исходном состоянии на поршень действуют направленные вниз сила тяжести Mg и сила атмосферного давления а вверх — сила давления воздуха под поршнем При этом поршень находится в равновесии, то есть в соответствии со вторым законом Ньютона После переворачивания сосуда и установления равновесия давление воздуха в сосуде становится равным а расстояние от дна сосуда до поршня — На поршень при этом действуют направленные вниз сила тяжести Mg и сила давления воздуха над поршнем а вверх — сила атмосферного давления Таким образом, Кроме того, при изотермическом процессе, согласно закону Бойля — Мариотта, должно выполняться соотношение

Из первых двух уравнений находим, что и, подставляя это выражение в третье уравнение, получаем

Таким образом, поршень сместится на расстояние

Подставляя числовые данные и проверяя размерность, получаем:

Ответ: поршень сместится на расстояние

Задание 25 № 4431

Поршень может свободно без трения перемещаться вдоль стенок горизонтального цилиндрического сосуда. В объёме, ограниченном дном сосуда и поршнем, находится воздух (см. рисунок). Площадь поперечного сечения сосуда равна 20 см 2 , расстояние от дна сосуда до поршня равно 25 см, атмосферное давление 100 кПа, давление воздуха в сосуде равно атмосферному. Поршень медленно перемещают на 5 см влево, при этом температура воздуха не меняется. Какую силу требуется приложить, чтобы удержать поршень в таком положении? Ответ приведите в ньютонах.

Воздух в сосуде можно считать идеальным газом. Процесс сжатия газа идет изотермически, а значит, согласно закону Бойля — Мариотта, Отсюда находим давление газа под поршнем в новом положении:

Определим теперь силу, которую необходимо приложить к поршню. Для этого рассмотрим второй закон Ньютона для поршня в проекции на горизонтальную ось: Таким образом, необходимо приложить силу

Задание 27 № 27961

В закрытый теплопроводящий цилиндр объёмом V = 10 л с гладкими внутренними стенками вставлен тонкий тяжёлый поршень, находящийся вначале, при горизонтальном положении цилиндра, около его левой крышки. Внутренний объём цилиндра сообщается с сухим атмосферным воздухом, находящимся при нормальных условиях, через тонкую трубку с открытым краном, который может отсоединять цилиндр от атмосферы. В исходном положении поршень находится чуть левее отверстия трубки (см. рисунок).

В некоторый момент цилиндр ставят в вертикальное положение с поршнем наверху, который опускается вниз, сразу перекрывая трубку и сжимая воздух под собой, а после установления равновесия находится на высоте над дном цилиндра (высота цилиндра l = 0,9 м). Затем кран перекрывают и снова кладут цилиндр горизонтально. На какое расстояние сдвинется поршень после нового установления равновесия?

1. Из теплопроводности цилиндра и постоянного его контакта с атмосферой при нормальных условиях следует, что во всех равновесных состояниях системы её температура будет одинаковой и равной температуре при нормальных условиях, то есть T = 273 К = 0 °С.

2. В первом состоянии весь цилиндр заполнен воздухом при нормальном атмосферном давлении p_а, а его количество согласно уравнению Менделеева-Клапейрона равно

3. После поворота цилиндра в вертикальное положение и установления равновесия объём этого газа, как следует из условия, уменьшился вдвое под действием веса поршня, а давление p₁ под поршнем выросло в два раза, поскольку процесс — изотермический: При этом процессе в левую половину цилиндра объёмом через кран поступило количество атмосферного воздуха с давлением p_а.

4. Далее кран перекрыли и цилиндр снова повернули в горизонтальное положение, зафиксировав в левой части цилиндра количество воздуха ν₂, и новое равновесие установилось при равенстве давлений слева и справа от поршня:

5. Теперь в цилиндре объёмом V = l · S и площадью сечения S находится количество воздуха под одинаковым давлением а объёмы левой и правой частей цилиндра пропорциональны их длинам l_л и l_п и равны, соответственно, с учётом того, что

6. Таким образом, поршень сдвинется влево на расстояние

Задание 27 № 27995

В закрытый теплопроводящий цилиндр объёмом V = 20 л с гладкими внутренними стенками вставлен тонкий тяжёлый поршень, находящийся вначале, при горизонтальном положении цилиндра, около его левой крышки. Внутренний объём цилиндра сообщается с сухим атмосферным воздухом, находящимся при нормальных условиях, через тонкую трубку с открытым краном, который может отсоединять цилиндр от атмосферы. В исходном положении поршень находится чуть левее отверстия трубки (см. рисунок).

В некоторый момент цилиндр ставят в вертикальное положение с поршнем наверху, который опускается вниз, сразу перекрывая трубку и сжимая воздух под собой, а после установления равновесия находится на высоте 0,4l над дном цилиндра (высота цилиндра l = 1 м). Затем кран перекрывают и снова кладут цилиндр горизонтально. На какое расстояние сдвинется поршень после нового установления равновесия?

3. После поворота цилиндра в вертикальное положение и установления равновесия объём этого газа, как следует из условия, уменьшился в 2,5 раза под действием веса поршня, а давление p₁ под поршнем выросло в 2,5 раза, поскольку процесс — изотермический: При этом процессе в левую половину цилиндра объёмом 0,6V через кран поступило количество атмосферного воздуха с давлением p_а.

Узнай первым о выходе нового полезного контента

Читайте также: