Номер 15, страница 58 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Глава I. Тепловые явления. Качественные задачи к главе 1 - номер 15, страница 58.

Условие.

15. Между появлением искры в цилиндре ДВС и воспламенением горючей смеси проходит некоторый промежуток времени. Поэтому искра должна проскакивать заранее (с опережением), до того времени, как поршень дойдёт до верхней мёртвой точки. От чего зависит это опережение? Что может произойти при слишком раннем и слишком позднем зажигании?

Решение.

От чего зависит это опережение?

Опережение зажигания — это угол поворота коленчатого вала, на который искра подается раньше, чем поршень достигнет верхней мёртвой точки (ВМТ). Это необходимо, так как горючей смеси требуется определенное время для воспламенения и распространения фронта пламени по камере сгорания. Чтобы максимальное давление газов воздействовало на поршень в наиболее эффективный момент (сразу после прохождения ВМТ, в начале рабочего хода), поджигать смесь нужно заранее. Величина этого опережения является динамической и зависит от нескольких основных факторов:

1. Частота вращения коленчатого вала (обороты двигателя). С увеличением оборотов поршень движется быстрее, и времени на путь от точки зажигания до ВМТ у него остаётся меньше. Поскольку время, необходимое для сгорания смеси, практически не меняется, искру необходимо подавать раньше (увеличивать угол опережения). Таким образом, чем выше обороты, тем больше должен быть угол опережения зажигания.

2. Нагрузка на двигатель. Нагрузка определяет, насколько сильно открыта дроссельная заслонка и, соответственно, каково наполнение цилиндров топливовоздушной смесью. При высокой нагрузке (полностью открытый дроссель) плотность смеси в цилиндре выше, давление в конце такта сжатия больше, и она сгорает быстрее. Поэтому угол опережения требуется меньший. При низкой нагрузке (частично открытый дроссель) смесь менее плотная, горит медленнее, и для эффективной работы требуется больший угол опережения.

3. Качество топлива (октановое число). Топливо с более высоким октановым числом более устойчиво к детонации (самовоспламенению от сжатия) и горит несколько медленнее. Это позволяет использовать больший угол опережения для повышения мощности и экономичности. При использовании низкооктанового топлива угол приходится уменьшать, чтобы избежать детонации.

4. Температура двигателя и всасываемого воздуха. При высокой температуре двигателя или горячего всасываемого воздуха смесь сгорает быстрее, что требует уменьшения угла опережения для предотвращения детонации.

Ответ: Опережение зажигания зависит в первую очередь от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель, а также от качества топлива (октанового числа), температуры двигателя и состава топливовоздушной смеси.

Что может произойти при слишком раннем и слишком позднем зажигании?

При слишком раннем зажигании:

Смесь воспламеняется задолго до того, как поршень достигнет ВМТ. В результате пик давления от сгорания смеси приходится на поршень, который ещё движется вверх, противодействуя его движению. Это приводит к следующим негативным последствиям:

• Детонация: Резкое, взрывное сгорание смеси из-за чрезмерного давления и температуры, которое сопровождается характерным металлическим стуком. Детонация может привести к разрушению поршней, поршневых колец и клапанов.

• Потеря мощности: Значительная часть энергии сгорания тратится на торможение коленчатого вала, а не на его вращение в нужную сторону.

• Перегрев двигателя: Повышенное давление и длительное воздействие высоких температур на стенки цилиндра и поршень приводят к перегреву.

• Повреждение двигателя: Ударные нагрузки от детонации и работа "в противоход" создают экстремальные нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма (поршни, шатуны, подшипники коленвала), что ведет к их ускоренному износу и поломке.

При слишком позднем зажигании:

Смесь воспламеняется в момент, когда поршень уже прошел ВМТ и движется вниз. Процесс горения происходит "вдогонку" уходящему поршню, и значительная его часть завершается уже при открытом выпускном клапане. Это приводит к:

• Потере мощности: Газы не успевают создать максимальное давление в начале рабочего хода, поэтому эффективность их расширения и полезная работа снижаются.

• Повышенному расходу топлива: Двигатель работает неэффективно, и для поддержания той же мощности требуется больше топлива.

• Перегреву выпускной системы: Догорание смеси происходит в выпускном коллекторе и каталитическом нейтрализаторе, что приводит к их сильному перегреву (вплоть до раскаления докрасна) и преждевременному выходу из строя.

• "Выстрелам" в глушитель: Несгоревшее топливо может воспламеняться в горячей выхлопной системе, создавая хлопки.

• Неустойчивой работе двигателя: Особенно на холостом ходу и переходных режимах.

Ответ: Слишком раннее зажигание приводит к детонации, потере мощности, перегреву и повреждению двигателя. Слишком позднее зажигание вызывает потерю мощности, повышенный расход топлива, перегрев выпускной системы и нестабильную работу двигателя.