Файл: А. Ю. Коньков тепловозные дизели устройство и основы рабочих процессов рекомендовано методическим советом по качеству образовательной деятельности двгупс в качестве учебного пособия Хабаровск Издательство двгупс.pdf

141 Рис. 10.9. Универсальная характеристика дизеля Д 10.2.4. Экономическая характеристика двигателя Прежде чем перейти к определению экономической характеристики двигателя, рассмотрим еще один пример. Пример Требуется получить от двигателя Д мощность 1500 кВт. Какие обороты коленчатого вала обеспечат при этом минимальный расход топлива Решение Как следует из универсальной характеристики дизеля Д рис. 10.8, 10.10), мощность 1500 кВт может быть получена в диапазоне
n = 520...850 мин. Ориентируясь по изолиниям постоянного удельного расхода топлива, можно установить, что минимальный расход (меньше
220 г/(кВт

ч)) приблизительно соответствует n = 640 мин (рис. 10.10). Ответ примерно 640 мин
-1
Решая задачи, обратные рассмотренной в примере 10.2, нетрудно убедиться, что в области допустимых режимов работы дизеля каждому значению числа оборотов n можно сопоставить своё значение мощности N
e
, при которой двигатель работает наиболее экономично, достигая минимального удельного расхода топлива, а значит, максимального КПД. Совокупность этих точек на универсальной характеристике и образует экономическую характеристику дизеля. Для дизеля Д экономическая характеристика выделена голубым цветом на рис. 10.11. Рис. 10.10. Схема решения к примеру 10.2 Рис. 10.11. Экономическая характеристика дизеля Д

143 10.2.5. Тепловозная характеристика Тепловозной характеристикой (рис. 10.12) называется зависимость мощности дизеля от частоты вращения коленчатого вала при условии, что дизель нагружается по закону, который определяется свойствами передачи тепловоза (положение органа, управляющего подачей топлива в цилиндры, не фиксируется в определенном положении, регулятор дизеля работает. Рис. 10.12. Тепловозная характеристика а – сравнение с внешней скоростной б – изменение параметров работы дизеля 20ЧН26/26 на режимах тепловозной характеристики [2, рис. 103] Для дизелей, устанавливаемых на тепловозы с электрической передачей, у которых нагрузочным агрегатом является тяговый генератор, тепловозная характеристика является одновременно и генераторной характеристикой. Для тепловозов с гидропередачей тепловозная характеристика является винтовой. Тепловозная характеристика показывает, какую предельную мощность может развить дизель тепловоза при тех или иных оборотах вала. При этом, если внешняя скоростная характеристика показывает максимальные энергетические возможности дизеля в условиях стендовых испытаний, то тепловозная характеристика определяет его максимальные энергетические возможности в составе силовой установки ло-
а б

144 комотива. Как правило, генератор подбирают и настраивают так, чтобы на режиме номинальных оборотов двигателя мощности генератора и дизеля по внешней нагрузочной характеристике совпадали. На всех остальных скоростных режимах работы дизеля это условие выполнить не удается, и мощность дизеля по генераторной характеристике будет меньше, чем по внешней скоростной (см. риса. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какими двумя основными величинами характеризуется режим работы двигателя В каких пределах может изменяться каждый из них
2. Какие причины ограничивают минимальную и максимальную частоту вращения коленчатого вала
3. Дайте определение скоростной характеристики двигателя.
4. Опишите последовательность действий оператора при снятии скоростной характеристики двигателя, установленного на экспериментальном стенде.
5. Дайте определение нагрузочной характеристики двигателя и опишите порядок ее экспериментального определения.
6. Приведите зависимости изменения основных показателей дизеля по скоростной и нагрузочной характеристикам.
7. Какие характеристики называются универсальной, экономической Какие практические задачи могут быть решены сих помощью
8. Дайте определения для тепловозной характеристики двигателя. Изобразите совместно графики изменения мощности дизеля по внешней и тепловозной характеристикам.

145 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В наши дни дизель остается самым эффективным двигателем среди всех изобретенных человечеством тепловых машин. КПД некоторых транспортных дизелей превышает уровень 50 %, конкурируя с тепловыми машинами стационарных тепловых энергоустановок. Несмотря на постоянно ужесточающиеся требования законодательства в отношении экологических показателей двигателей внутреннего сгорания, ведущие мировые производители дизельной продукции успешно находят решения и этих проблем. Все вышесказанное позволяет выразить уверенность в том, что студенты, успешно освоившие данный курс, обязательно найдут применение полученным знаниям в своей будущей профессиональной деятельности в области эксплуатации тепловозных дизелей. Также, хочется надеяться, что основы теории рабочих процессов дизеля, заложенные при изучении данного курса, помогут им освоить и новую технику, которая на сегодняшний день существует лишь в замыслах конструкторов и инженеров.

146 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Двигатели внутреннего сгорания (тепловозные дизели и газотурбинные установки) : учеб. для вузов / А.Э. Симсон, АЗ. Хомич, А.А. Куриц и др. – М. : Транспорт, 1987. – 536 с.
2. Тепловозные дизели типа Д / Е.А. Никитин, В.М. Ширяев, В.Г. Быков и др. – М. : Транспорт, 1982. – 255 с.
3. Федотов, Г.Б. Топливные системы тепловозных дизелей. Ремонт, испытание, совершенствование / Г.Б. Федотов, Г.И. Левин. – М. : Транспорт,
1983. – 192 с.
4. BOSH. Системы управления дизельными двигателями перс немецкого М. : ЗАО «КЖИ "За рулем, 2004. – 480 с.
5. Топливо дизельное. Технические условия ГОСТ 305–2013. – Взамен ГОСТ 305–82; введ. 01.01.2015.
6. Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия ГОСТ Р 52368–2005; введ. 30.06.2006.
7. Фурман, В.В. Системы электронного управления для дизельных двигателей В.В. Фурман, В.А. Иванов, В.А. Марков // Инженерный журнал наука и инновации. – 2013. – №. 5.
8. Кавтарадзе, Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы
: учеб. для вузов / Р.З. Кавтарадзе. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана,
2008. – 720 с.
9. Санников, В. Comprex: как устроен нагнетатель электронный ресурс В. Санников // Популярная механика. – 2012. – № 1.– Режим доступа. Синенко, Н.П. Тепловозные дизели типа Д / Н.П. Синенко,
Е.В. Турчак, И.И. Резник. – М. : Транспорт, 1977. – 216 с.
11. ГОСТ Р 52517-2005 (ИСО 3046-1:2002. Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Характеристики. Ч. 1. Стандартные исходные условия, объявление мощности, расхода топлива и смазочного масла. Методы испытаний. Введ. 30.12.2005.

147 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................. 3 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ЛОКОМОТИВНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ ............................................................................ 4 1.1. Виды локомотивных энергетических установок ..................................................... 4 1.1.1. Основное назначение локомотивной энергетической установки ............................................................................. 4 1.1.2. История создания дизеля – основного вида локомотивной энергетической установки ............................................................................. 4 1.1.3. Газотурбинный двигатель как возможная альтернатива дизелю на локомотиве ............................................................ 6 1.2. Принцип действия 4-тактного дизеля ....................................................................... 7 1.3. Особенности газораспределения 2-тактных дизелей ............................................ 12 1.4. Дизель с клапанно-щелевой схемой газообмена ................................................... 15 1.5. Прямоточная схема со встречно-движущимися поршнями ................................. 17 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ........................................................................................ 19 2.1. Условности и допущения, принятые при анализе теоретических циклов .......... 19 2.2. Цикл с подводом теплоты по изохоре, цикл Отто ................................................. 21 2.3. Цикл с подводом теплоты по изобаре, цикл Дизеля ............................................. 23 2.4. Цикл со смешанным подводом теплоты, цикл Тринклера ................................... 24 2.5. Сравнение циклов ..................................................................................................... 27 3. ПРОЦЕССЫ ГАЗООБМЕНА. МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ....................................................................... 30 3.1. Периоды газообмена 4-тактных дизелей ................................................................ 30 3.2. Периоды газообмена 2-тактных дизелей ................................................................ 33 3.3. Показатели газообмена ............................................................................................. 34 3.3.1. Коэффициент остаточных газов .................................................................. 34 3.3.2. Коэффициент наполнения ............................................................................ 34 3.4. Механизм газораспределения .................................................................................. 36 3.5. Фазы газораспределения .......................................................................................... 38 4. ПРОЦЕСС СЖАТИЯ. ШАТУННО-ПОРШНЕВАЯ ГРУППА ДИЗЕЛЯ .................... 41 4.1. Процесс сжатия как термодинамический процесс ................................................ 41 4.2. Средний показатель политропы сжатия ................................................................. 44 4.3. Перемещение, скорость и ускорение поршня ........................................................ 47 4.4. Шатунно-поршневая группа .................................................................................... 51 4.4.1. Шатуны .......................................................................................................... 51 4.4.2. Поршни ........................................................................................................... 53 4.4.3. Поршневые кольца ........................................................................................ 56 5. ПРОЦЕСС ТОПЛИВОПОДАЧИ. ТОПЛИВНАЯ АППАРАТУРА ДИЗЕЛЯ ...................................................................... 59 5.1. Основные определения. Требования, предъявляемые к топливоподающей аппаратуре ............................................................................ 59

148 5.2. Принцип работы ТА с золотниковым регулированием ........................................ 60 5.2.1. Плунжерная пара ........................................................................................... 60 5.2.2. Распылитель форсунки ................................................................................. 64 5.3. Диаграмма давления топлива .................................................................................. 67 5.4. Конструкция топливной аппаратуры дизеля типа Д ......................................... 71 5.4.1. ТНВД дизеля типа Д ................................................................................. 71 5.4.2. Форсунка дизеля типа Д ........................................................................... 72 6. ТОПЛИВОПОДАЮЩАЯ АППАРАТУРА С ЭЛЕКТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ. 74 6.1. Цетановое число ........................................................................................................ 74 6.2. Продолжительность периода задержки воспламенения и необходимость изменения угла опережения подачи топлива ......................... 76 6.3. Индивидуальные насосы и насосы-форсунки с электромагнитными клапанами .......................................................................... 78 6.4. Аккумуляторная система ......................................................................................... 81 6.5. Топливная аппаратура тепловозных и судовых среднеоборотных дизелей ....... 83 7. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ГОРЕНИЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА ............................................. 85 7.1. Топливо и теплота его сгорания .............................................................................. 85 7.1.1. Состав топлива .............................................................................................. 85 7.1.2. Теплота сгорания топлива ............................................................................ 87 7.2. Количество воздуха, необходимое для сгорания топлива .................................... 88 7.2.1. Теоретически необходимое количество воздуха ....................................... 88 7.2.2. Коэффициент избытка воздуха .................................................................... 90 7.2.3. Количество продуктов сгорания .................................................................. 92 7.2.4. Коэффициент молекулярного изменения ................................................... 92 7.3. Кинетическая теория горения .................................................................................. 94 7.3.1. Обратимые и необратимые реакции ........................................................... 94 7.3.2. Энергия активации, константа скорости реакции ..................................... 95 7.3.3. Цепные реакции ............................................................................................ 96 7.3.4. Диффузионное и кинетическое горение ..................................................... 97 8. ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ В ДИЗЕЛЯХ ............................................................................ 99 8.1. Фазы сгорания ........................................................................................................... 99 8.1.1. Период индукции .......................................................................................... 99 8.1.2. Период быстрого сгорания ......................................................................... 100 8.1.3. Период основного сгорания ....................................................................... 101 8.1.4. Догорание ..................................................................................................... 102 8.2. Тепловыделение при сгорании .............................................................................. 102 8.2.1. Скорость тепловыделения .......................................................................... 102 8.2.2. Кинетическая и диффузионная фазы сгорания ........................................ 103 8.2.3. Коэффициенты выделения и использования теплоты ............................ 106 8.3. Расчет процессов сгорания и расширения ........................................................... 107 8.3.1. Уравнение процесса сгорания .................................................................... 108 8.3.2. Уравнение процесса расширения .............................................................. 111 8.4. Камеры сгорания дизелей ...................................................................................... 113 8.4.1. Виды камер сгорания .................................................................................. 113 8.4.2. Открытые (неразделенные) камеры сгорания .......................................... 113 8.4.3. Разделенные камеры сгорания ................................................................... 114

149 9. НАДДУВ В ДИЗЕЛЯХ .................................................................................................. 116 9.1. Формула главного конструктора ....................................................................... 116 9.2. Способы наддува ..................................................................................................... 120 9.2.1. Механический наддув ................................................................................. 120 9.2.2. Газотурбинный наддув ............................................................................... 121 9.2.3. Комбинированный наддув .................................................................. 123 9.2.4. Инерционный наддув .................................................................................. 124 9.3. Системы газотурбинного наддува ......................................................................... 125 9.3.1. Изобарная система газотурбинного наддува ............................................ 125 9.3.2. Импульсная система газотурбинного наддува ......................................... 126 9.4. Охлаждение наддувочного воздуха ...................................................................... 128 9.5. Схемы наддува тепловозных дизелей ................................................................... 130 10. РЕЖИМЫ РАБОТЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЕЙ ....................................... 132 10.1. Режимы работы ..................................................................................................... 132 10.2. Характеристики двигателя ................................................................................... 135 10.2.1. Скоростные характеристики .................................................................. 135 10.2.2. Нагрузочные характеристики ................................................................ 138 10.2.3. Универсальная характеристика двигателя ........................................... 139 10.2.4. Экономическая характеристика двигателя ........................................... 141 10.2.5. Тепловозная характеристика ................................................................. 143 ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................................. 145 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ............................................................................... 146 Учебное издание Коньков Алексей Юрьевич ТЕПЛОВОЗНЫЕ ДИЗЕЛИ УСТРОЙСТВО И ОСНОВЫ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ Учебное пособие Редактор Г.Ф. Иванова Технический редактор Н.В. Ларионова
———————————————————————————— План 2018 г. Поз. 1.6. Подписано в печать 10.08.2018. Гарнитура Times New Roman. Печать RISO. Усл. печ. л. 8,7. Уч.-изд. л. 9,4. Зак. 157. Тираж 50 экз. Цена 739 р.
———————————————————————————— Издательство ДВГУПС
680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47.

150

151 Кафедра Локомотивы
А.Ю. Коньков ТЕПЛОВОЗНЫЕ ДИЗЕЛИ УСТРОЙСТВО И ОСНОВЫ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ
Учебное пособие Хабаровск
2018