Файл: А.С. Березин Транспортные двигатели.pdf

40

скиваемое топливо распределяется по объему камеры сгорания неравномерно, образуя зоны с различной концентрацией топлива и воздуха, т.е. с различными истинными значениями α . Вследствие этого в дизеле возможно значительное обеднение смеси до α = 4÷ 6, что позволяет осуществлять так называемое качественное регулирование мощности вплоть до холостого хода.

При качественном регулировании, т.е. при изменении состава смеси изменение мощности двигателя при n=Const происходит за счет увеличения или уменьшения только количества топлива, впрыскиваемого за цикл при почти неизменном количестве воздуха. Практически это осуществляется изменением положения рейки топливного насоса высокого давления. При этом коэффициент наполнения η v

определяющий количество поступающего воздуха в цилиндр, с изменением нагрузки остается почти постоянным и лишь несколько уменьшается с увеличением мощности, вследствие увеличивающегося подогрева заряда (Рис. 16). Поэтому с уменьшением нагрузки коэффициент избытка воздуха, как это видно из формулы

будет зависеть в основном от изменения часового расхода топлива. Например, с уменьшением Gt мощность уменьшается, а α возрастает.

v

У дизелей с увеличением α до значений 4,5-6,0 индикаторный

41

КПД возрастает в основном вследствие увеличения η t из-за уменьшения теплоемкостей продуктов сгорания (Pис. 16). C уменьшением α (при увеличении нагрузки) индикаторный КПД понижается и особенно резко при значениях α , приближающихся к единице. Наибольшая мощность двигателей по нагрузочной характеристике получается при максимальном значении величины η i /α , определяющей качество протекания рабочего процесса. У дизелей Nemax достигается при зна-

чении α , несколько большем единицы (α =1,05÷ 1,10). Однако уже при уменьшении коэффициента избытка воздуха ниже значения α min =1,25÷ 1,6, зависящих от типа камеры сгорания, способа смесеобразования, сгорание ухудшается, вследствие резко возрастающей неоднородности смеси и недостатка воздуха в отдельных зонах камеры.

Ухудшение процесса горения наглядно проявляется в увеличении дымности отработавших газов, сопровождается резким ухудшением экономичности, перегревом двигателя и нагарообразованием. Вследствие этого, длительная работа дизелей на режимах, близких к режиму максимальной мощности, т.е. при (η i /α )max, не допусти-

ма. Для предотвращения черезмерного обогащения смеси, максимальную цикловую подачу топлива ограничивают установкой специальных упоров рейки, так как топливные насосы изготавливаются обычно с запасом по производительности.

Качественное регулирование мощности дизелей (отсутствие дросселирования на впуске в отличие от карбюраторных двигателей), возможность работы на бедных смесях и высокие степени сжатия определяют существенно большую экономичность рабочего процесса дизелей, особенно на режимах частичных нагрузок (до20÷ 30%), в сравнении с карбюраторными двигателями.

Примерный характер изменения основных показателей дизеля по нагрузочной характеристике показан на рис.16 а,б.

Характер изменения кривой удельного эффективного расхода топлива определяется величиной, обратной произведениюη iη м :

В связи с этим, кратко рассмотрим зависимости и от нагрузки. Увеличение количества подаваемого топлива с увеличением нагрузки, а также некоторые снижения η v приводят к уменьшению α и, сле-

42

довательно, снижению индикаторного КПД. Некоторое увеличение η i

с увеличением нагрузки возрастает, так как абсолютная величина индикаторной мощности, затрачиваемой на механические потери, N м

изменяется незначительно, ее относительная величина - N м / N i по мере увеличения N i снижается.

Рассматривая изменения удельного/эффективного расхода топлива (см. рис. 1 а,б), можно увидеть, что резкое уменьшение при переходе от холостого хода к малым нагрузкам обусловлено в начале одновременным увеличением механического и индикаторного КПД.

Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к уменьшению η i ,

но более резкое возрастание механического КПД продолжает обеспечивать плавное снижение удельного расхода топлива. Очевидно значение ge min (точка 1 на рис. 1, а) будет получено при нагрузке, когда

произведение η iη м станет максимальным: величина α при этом нахо-

дится в пределах 1,6 - 1,8. При увеличение нагрузки от точки 1 удельный расход топлива на участке 1-2 плавно возрастает, вследствие более значительного уменьшения α и, следовательно, ухудшения условий смесеобразования и сгорания. Это приводит к возрастающей неполноте сгорания, увеличению догорания на линии расширения и увеличению дыма в отработавших газах. Точка 2 характеристики называется предельной по началу дымления и соответствует достижению минимально допустимого значения коэффициента избытка воздуха α = 1,2÷ 1,5, при котором дымление находится в допустимых пределах (отработавшие газы прозрачны).

Дальнейшая форсировка дизеля от точки 2 (участка 2-3 рис. 16 а) путём увеличения подачи топлива хотя и приводит к некоторому увеличению мощности, но сопровождается резким падением экономичности, перегревом двигателя, появлением чёрного дыма в отработавших газах, что является следствием резкого ухудшения процесса сгорания при уменьшении α ниже допустимых минимальных пределов α min . Точка 3 соответствует достижению максимальной мощности на

43

данном скоростном режиме, т.е. условию, когда фактор η i /α имеет

максимальное значение и величина α близка к единицы. Длительная эксплуатация дизеля на этом режиме, вследствие отмеченных ранее причин, невозможна без снижения долговечности и надежности работы. По этому предельно допустимая нагрузка ( Neном ) ограничивается

точкой начала дымления (точка 2), которая ориентировочно может быть определена по нагрузочной характеристике путём касания луча, проведённого из начала координат кривой ge . В точке 2 отношение

ge / N e или ge / Pe достигает минимума.

Следует отметить, что получение участка 2-3 характеристики на серийных двигателях невозможно из-за наличия упора рейки.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

После прогрева двигателя одновременным плавным регулированием подачи топлива (перемещением рейки) и скорости (регулировкой тормоза) выводят двигатель на максимальное значение крутящего момента при выбранном скоростном режиме. Полученный режим работы, очевидно, будет соответствовать максимальной мощности двигателя при заданной скорости.

Через некоторое время, достаточное для стабилизации теплового состояния и скоростного режима двигателя, производят замеры: усилия на весах тормоза Pвес , времени τ расхода заданной дозы топлива

∆ Gt , часового расхода воздуха Gв (показания дифференциального

манометра). Далее переходят к следующему режиму, уменьшая цикловую подачу топлива перемещением рейки топливного насоса и одновременно поддерживая регулировкой тормоза прежнюю заданную скорость. После стабилизации теплового состояния и скоростного режима производят необходимые замеры. Так, последовательно уменьшая цикловую подачу топлива и сохраняя постоянной заданную скорость двигателя, получают 6-8 точек характеристики. В области нагрузок от Nemax до 60% Ne замеры следует производить более час-

то, т.е. при небольшом интервале изменения мощности, с целью более точного выявления зоны минимального удельного расхода топлива. Минимальные нагрузки обычно ограничиваются 15-20% мощности на данном скоростном режиме.

По результатам измерений вычисляют основные показатели ра-