Главная страница сайта  Российские промышленные издания (узловые агрегаты) 

1 ... 15 16 17 [ 18 ] 19 20

У насосов, обычно применяющихся на транспортных двигателях, уменьшение подачи топлива за цикл при перемещении рейки топливного насоса не меняет характера зависимости подачи от числа оборотов. Поэтому при каждом положении рейки среднее индикаторное давление = CAg-ni может меняться лишь в узких пределах, причем могут быть случаи монотонного

возрастания величины р^ с увеличением числа оборотов и когда pi имеет в диапазоне рабочих чисел оборотов максимум. В выражении для механического к. п. д.

случаи.

с увеличением п растет а величина p=CДgrl,. меняется в узких пределах, поэтому кривая механического к. п. д. обычно имеет вид мало выпуклой


Фиг. 269. Механический к. п. л. двигателя с воспламенением от сжатия:

/-по внешней характеристике; 2 - но частичным характеристикам.

Фиг. 270. Скоростные характеристики крутящего момента и среднего эффективного давления двигателя с воспламенением от сжатия:

1 - внешняя характеристика, 2- частичные характеристики.

кривой, И чем дальше сдвинута рейка в направлении выключения подачи, тем ниже лежит кривая значения -ri (из-за уменьшения величины Ag-).

Примерные кривые механического к. п. д. по внешней и частичным характеристикам двигателя с воспламенением от сжатия изображены на фиг. 269.

Частичные характеристики среднего эффективного давления имеют примерно то же протекание, что и соответствующая внешняя характеристика. Линии, изображающие зависимость pg = f ( ), близки к горизонтальным с незначительным падением от некоторых максимумов как при увеличении, так и при уменьшении числа оборотов (фиг. 270).

Частичные характеристики мощности транспортного двигателя с воспламенением от сжатия имеют вид, показанный на фиг. 271.

При большинстве рабочих положений рейки насоса характеристика мощности не доходит до пересечения с осью абсцисс (холостой ход); только при положении рейки, соответствующем очень малым подачам, может получиться холостой ход при числе оборотов, лежащем в области рабочих скоростных режимов. На фиг. 272 изображены экспериментальные внешняя и две частичные характеристики мощности и среднего эффективного давления.

Сравнение частичных характеристик двух двигателей рассматриваемых типов показывает их значительное различие. У карбюраторных двигателей установка дроссельной заслонки в последовательных положениях, соответствующих уменьшающимся проходным сечениям для смеси, вызывает

24* 2146



все более крутое падение среднего эффективного давления, смещение точек максимальной мощности в сторону уменьшения скоростного режима и появление холостого хода при числе оборотов, меньшем номинального. У двигателей с воспламенением от сжатия, оборудованных насосами обычного типа, при установке рейки топливного насоса в последовательные положения, соответствующие уменьшающимся подачам топлива, кривые среднего эффективного давления смещаются почти параллельно. Характер кривых мощностей, имеющих

Фиг. 271. Скоростные характеристики мощности двигателя с воспламенением от сжатия:

/ - внешняя; 2 - частичные; 3 - граница дымления.


то 1600 2000no5/MUH.

Фиг. 272. Экспериментальные внешняя н частичные характеристики двигателя С воспламенением от сжатия; / - внешняя; 2 - частичная.

вид слабо изогнутых лучей, исходящих из области начала координат к не имеющих максимумов (за исключением кривых, получающихся при очень малых подачах насоса, близких к подаче холостого хода), не изменяется. Холостой ход при Числе оборотов, меньшем номинального скоростного режима, для подавляющего большинства рабочих положений рейки насоса невозможен.

§ 4. УСТ0Й1ЧИВ0СТЬ РЕЖИМА РАБОТЫ

Реагирование двигателя на изменение режима работы потребителя зависит от закона изменения мощности или крутящего момента в зависимости от числа оборотов коленчатого вала двигателя. Чем меньше изменяется скоростной режим двигателя (или скорость транспортного агрегата в целом) при изменении сопротивления его движению (изменение уклона пути, состояние дороги и т. д.), тем легче управление им, тем реже приходится водителю воздействовать на орган управления двигателем для поддержания определенной скорости движения, тем устойчивее режим движения агрегата. Режим движения агрегата становится тем устойчивее, чем* круче падает в направлении увеличения числа оборотов кривая зависимости крутящего момента двигателя от этого фактора. На фиг. 273 даны примерные кривые моментов потребителя УИ, приведенные к валу двигателя, и три вида кривых крутящего момента (/, 2 и 5) двигателя в зависимости от числа оборотов при неизменном положении органа управления.

Установившийся скоростной режим двигателя определяется условием равенства движущего момента двигателя Mg моменту потребителя Если вследствие изменения одного или нескольких факторов, определяющих общее сопротивление движения агрегата (состояние дороги, ее уклон



0--

г

id/7,

Фиг. 273. Устойчивость режима работы двигателя.

И Т. Д.), Кривая моментов потребителя сместится вверх (штриховая линия), то новый скоростной режим двигателя установится из условия нового равенства момента двигателя моменту потребителя, а на фиг. 273 этот режим определится точкой пересечения новой (штриховой) кривой моментов потребителя и кривой моментов двигателя. Для кривой моментов с наибольшим отрицательным уклоном (кривая /) указанное изменение сопротивления движению связано с изменением числа оборотов коленчатого вала двигателя на величину Artj-

При менее резко выраженном падении крутящ.его момента двигателя (йривая 2) изменение числа оборотов вала двигателя становится больше (Лпа на фиг. 273). При некоторых условиях режим движения агрегата может становиться неустойчивым. Это получается, когда справа от точки пересечения кривая крутящих моментов двигателя имеет большие ординаты, чем кривая моментов сопротивления (кривая 8). В этом случае при некото-ромТувеличении сопротивления движению, хотя бы очень небольшом, и при связанном с этим уменьшении числа оборотов получившийся разрыв в значениях моментов все увеличиваетсяпо мере отхода от первоначального скоростного режима, и двигатель, если только водитель не будет воздействовать на орган управления, остановится. При уменьшении сопротивления движению двигатель идет в разнос.

Как известно, крутящий момент двигателя пропорционален среднему

эффективному давлению, поэтому при оценке устойчивости режима работы двигателя можно пользоваться характеристиками (внешней и частичными) среднего эффективного давления.

Таким образом, для устойчивости режима работы транспортного двигателя желательно, чтобы среднее эффективное давление падало с увеличением числа оборотов.

Сравнительная оценка устойчивости режимов работы карбюраторных двигателей и двигателей с воспламенением от сжатия показывает:

1) при работе по внешней характеристике режим карбюраторных двигателей устойчивее;

2) по мере перехода от внешней характеристики на частичные устойчивость режима работы карбюраторного двигателя повышается, у двигателей с воспламенением от сжатия переход с внешней характеристики на частичные почти не влияет на устойчивость режима.

Для оценки устойчивости режима двигателя при работе по внешней характеристике принят коэффициент приспособляемости, который определяется как отношение максимального крутящего момента (или максимального среднего эффектив1юго давления) по внешней характеристике к крутящему моменту (среднему эффективному давлению) при числе оборотов, соответствующем максимуму мощности (для двигателей с воспламенением от сжатия момент по внешней характеристике при номинальном числе оборотов).

Для современных карбюраторных автомобильных двигателей коэффициент приспособляемости равен 1,25-1,45, в то время как для транспортных двигателей с воспламенением от сжатия он в редких случаях превышает значение 1,15, если не применять специальных приспособлений, улучшающих этот показатель.




Фиг. 274. Внешние характеристики карбюраторного двигателя:

/ - при быстроходной регулировке фаз распределения; 2 - при тихоходной регулировке.

100 \

<

100 п % о

<

50 5)

100 п%

фиг. 275. Экспериментальные внешние характеристики двух двигателей с различными фазами распределения.

Двигатель с тихоходной регулировкой по сравнению с двигателем с быстроходной дает повышенное максимальное среднее эффективное давление (момент двигателя) в области пониженного скоростного режима. На номинальном скоростном режиме среднее эффективное давление пониженное. Таким образом, коэффициент приспособляемости при тихоходной регулировке выше. Двигатель более устойчиво работает в дорожных условиях, но максимальная мощность получается заниженной.

В автомобильных двигателях применение слишком быстроходной регулировки является нецелесообразным, так как при этом ухудшаются важные в эксплуатационном отношении качества двигателя (приемистость и устойчивость работы).

В двигателях, в которых уменьшение числа оборотов неизбежно связано с уменьшением мощности потребителя (например, работа на гребной

Коэффициент приспособляемости карбюраторного двигателя зависит от факторов, влияющих на каждый из переменных сомножителей, входящих в выражение для среднего эффективного давления.

Основным фактором, с помощью которого можно влиять на коэффициент приспособляемости карбюраторного двигателя, является коэффициент наполнения.

Каждому числу оборотов соответствует определенная совокупность значений фаз распределения, при которой мощность при полном открытии дроссельной заслонки достигает максимума. Постоянные фазы распределения двигателя, работающего при переменном скоростном режиме, могут быть наивыгоднейшими только для одного числа оборотов. На всех остальных скоростных режимах коэффициент наполнения не достигает того значения, которое он имел бы, если бы фазы распределения были наивыгоднейшими для каждого данного числа оборотов.

Установка фаз распределения, наивыгоднейшая при пониженном числе оборотов, называется тихоходной регулировкой фаз распределения, а установка наивыгоднейших фаз при скоростном режиме, близком к номинальному, называется быстроходной регулировкой фаз распределения. Примерно взаимное протекание характеристик при быстроходной и тихоходной регулировках фаз для одного и того же двигателя при двух регулировках показано на фиг. 274.



винт), естественно использование быстроходной регулировки фаз распределения.

На фиг. 275, а и б даны для примера вртешние характеристики двух карбюраторных двигателей. Из этих характеристик видно, насколько может меняться вид зависимости мощности и крутящего момента от числа оборотов при различных регулировках фаз распределения.

Меньшая устойчивость режима работы транспортного двигателя с воспламенением от сжатия и неполное использование его потенциальных возможностей естественно явились причиной стремления видоизменить характеристику топливоподачи так, чтобы свести эти явления к возможному минимуму. Для этого разработаны особые устройства, названные корректорами топливоподачи и служащие для приближения характеристики топливоподачи к оптимальной. Схемы и принцип действия корректоров рассмотрены в гл. ХП1

§ 5 ПРОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ

Работа двигателей в стационарных условиях требует, чтобы число оборотов вала при изменении нагрузки менялось в возможно меньшей степени. Поэтому работу таких двигателей целесообразно оценивать при помощи характеристик, полученных при постоянном числе оборотов или при изменении последнего параметра, определяющегося свойствами регулятора Эти характеристики называются нагрузочными характеристиками.

На графике, представляющем нагрузочную характеристику, по оси абсцисс откладывают один из параметров, по которому судят о нагрузке, а по оси ординат - величины, оценивающие работу двигателя. В качестве параметров, отражающих нагрузку двигателя, могут быть использованы эффективная мощность, крутящий момент или среднее эффективное давление двигателя Часто вместо абсолютных значений этих параметров откладывают отношение соответствующих величин к их значению при номинальном режиме (или при режиме внешней характеристики, соответствующем заданному числу оборотов).

Основным параметром, оценивающим работу двигателя, является удельный эффективный расход топлива. Для дополнительной оценки двигателя можно наносить кривые индикаторного удельного расхода топлива, индикаторного и эффективного к. п. д., механического к. п. д., часового расхода топлива и т. п. Если характеристика получается без строгого соблюдения постоянства числа оборотов, т. е. каждая точка получается при числе оборотов, устанавливаемом регулятором, то по ординатам необходимо наносить и зависимость числа оборотов от нагрузки.

Для двигателя транспортного типа нагрузочная характеристика двигателя может быть получена для любого скоростного режима, укладывающегося в диапазоне его изменения.

Вид нагрузочной характеристики может быть определен по формуле

632 632

при ХОЛОСТОМ ходе = О и = 0. Поэтому на этом режиме gg= со. С увеличением нагрузки механический к. п. д. растет и удельный расход топлива уменьшается вследствие того,что индикаторный к. п. д. может изменяться значительно меньше, чем величина t\. Минимальный эффективный расход топлива получается при нагрузке, соответствующей максимальному значению произведения П1Пм= Пе- карбюраторных и газовых двигателях, у которых орган смесеобразования (карбюратор или смеситель)



т

отрегулирован из условия поддержания на всех нагрузочных режимах состава смеси, соответствующего наибольшей экономичности процесса, индикаторный к. п. д., как правило, повышается с увеличением нагрузки. Поэтому эффективный удельный расход топлива получается наименьшим при наибольшей нагрузке двигателя. В случае применения обогатителя смеси в карбюраторных двигателях или обогащения смеси в газовых двигателях при приближении режима к полной нагрузке мощность двигателя увеличивается при уменьшении экономичности, в результате чего увеличивается удельный эффективный расход топлива.

В качестве примера на фиг. 276 показаны экспериментальные нагрузочные характеристики карбюраторного автомобильного двигателя, полученные при трех различных числах оборотов.

В двигателях, работающих с воспламенением от сжатия, увеличение количества топлива, подаваемого за цикл при увеличении нагрузки, и вызванное этим уменьшение коэффициента избытка воздуха приводят к падению индикаторного к. п. д. Это падение 9е незначительно прн малых нагрузках, f но увеличивается в случае приближения к максимуму достижимой мощности. Абсолютный максимум мощности, как это было указано в § 2 настоящей главы, получается при резко выраженном ухудшении процесса. Дальнейшее увеличение подачи топлива ведет даже к уменьшению мощности при дальнейшем увеличении удельного расхода топлива. Поэтому нагрузочная характеристика двигателя рассматриваемого типа имеет вид, показанный на фиг. 277. Удельный расход топлива, имеющий бесконечно большое значение при холостом ходе, снижается с увеличением мощности двигателя и достигает минимума (точка В^), при котором произведение т^/т] имеет максимум, а затем вновь возрастает (до точки В^. Последняя точка соответствует абсолютному максимуму достижимой мощности и, следовательно, принадлежит абсолютной внешней характеристике. Однако доводить мощность до значения, соответствующего точке В^, не следует, ее необходимо ограничивать некоторым режимом, лежащим между точками В^ и Б4. Ориентировочно эту мощность можно наметить, если провести из начала координат луч, касательный к кривой эффективного удельного расхода (в точке о). и отсчитать по абсциссе нагрузочный режим, соответствующий точке касания. В точке касания отношение -jf-, определяющееся минимальным уклоне

ном луча, проведенного из начала координат к произвольной точке кривой эффективного удельного расхода, достигает минимума. Если нагрузочная характеристика построена для постоянного числа оборотов, то среднее эффективное давление пропорционально мощности, и отношение -~ пропорционально отношению , Точка В^ характеризуется в этом случае мини-

.п-то л-то

п^ЮОО

у

Л

10 20 3D W SO Ngn.c.

Фиг. 276. Экспериментальные нагрузочные характеристики карбюраторного двигателя.

мальным значением произведения tip.

или, так как g =

максимальным значением



Экспериментальная характеристика стационарного двигателя показана на фиг. 278,

Разобранные выше характеристики при отражении показателей двигателя в связи с широким изменением большого числа параметров делаются


Фиг. 277. Вид нагрузочной характеристики двигателя с воспламенением от сжатия.

gage

Ф,сч 210 195 180 165 150 135 120

Ш

-200

>

г

100

п

0,9 0,75 0,6 ОМ 0.3 0,15

О

200 300 NeflX.

Фиг. 278. Экспериментальная нагрузочная характеристика двигателя с воспламенением от сжатия.

часто мало наглядными и неудобными для использования из-за нанесения на них большого количества линий. Нагляднее свойства двигателя отражаются так называемой универсальной характеристикой, которую строят путем нанесения в координатах двух основных показателей двигателя при различных значениях третьего по-казателя, используемого в качестве параметра нанесенных кривых. Выбор этих грех показателей может производиться в различных комбинациях. На фиг. 279, изображающей универсальную характеристику автомобильного двигателя с воспламенением от сжатия, по оси абсцисс отложены значения среднего эффективного давления, а по оси ординат - значения часового расхода топлива. Зависимость часового расхода топлива от среднего эффективного давления дана для нескольких чисел оборотов. Кроме того, на графике наносятся линии постоянных значений ряда дополнительных показателей. Так, на фиг. 279 нанесены линии постоянных значений удельного расхода топлива и эффективной мощности.

Универсальная характеристика дает возможность определить положение точки на графике по значениям двух из отраженных показателей. Интерполируя положение выделенной точки относительно осей координат и нанесенных параметрических линий, можно отсчитать значения остальных


Фиг. 279. Обобщенная характеристика автомобильного двигателя с воспламенением от сжатия.



показателей. На универсальной характеристике наглядно выявляются режимы наибольшей экономичности двигателя как области, вокруг которой располагаются линии постоянных значений удельного расхода топлива Кроме рассмотренных основных характеристик часто используются характеристики, представляющие зависимость показателей двигателей от других параметров. Так, например, особыми характеристиками может быть освещена зависимость мощности и экономичности работы карбюраторного или газового двигателя от коэффициента избытка воздуха при постоянном положении органа управления и постоянном числе оборотов. Такая характеристика показана на фиг 152. Так как она используется для регулировки карбюратора или смесителя, ее называют регулировочной характеристикой. Аналогично характеристиками может быть показано влияние на работу двигателя опережения зажигания, опережения впрыска топлива, температуры охлаждающего агента, давления наддува ИТ. п.



ГЛАВА Kill

ПРИМЕНЕНИЕ РЕГУЛЯТОРОВ СКОРОСТНОГО РЕЖИМА НА ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

§ 1. УСЛОВИЯ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ НЕОБХОДИМОСТЬ УСТАНОВКИ РЕГУЛЯТОРА

Регулятор скоростного режима, как это выяснено в гл. XII, необходимо устанавливать иа двигателях, работающих в стационарных условиях. На двигателях, работающих в других условиях, необходимость или желательность установки регулятора зависит от особых свойств двигателя и потребителя в отдельных случаях. Режим работы двигателя, отдающего энергию гребному винту, как правило, устойчив; для поддержания этого режима регулятор не нужен, однако если винт работает в воде, возможны случаи, когда винт при качке выходит из воды, сопротивление вращению резко уменьшается и число оборотов вала двигателя может возрасти и зна-f чительно превысить номинальное. Если это представляет опасность для двигателя, то на него необходимо устанавливать регулятор, воздействующий на его работу лишь при превышении номинального скоростного режима. Такой регулятор называется предельным.

К транспортным двигателям требование постоянства числа оборотов не предъявляется, наоборот, изменение скоростного режима является одним их характерных признаков работы транспортного двигателя. В транспортных двигателях возможны случаи, когда двигатель быстро разгружается (переход с езды в гору на езду под уклон, снижение сопротивления прицепного инвентаря в сельскохозяйственных тракторах и т. д.) и число оборотов вала увеличивается, причем скоростной режим может быстро перейти за номинальный.

Регулятор, полностью включающий подачу топлива при числе оборотов, несколько превышающем номинальное, может предохранить двигатель от чрезмерно высокой скорости вращения его вала, т. е. регулятор может быть ограничителем максимального скоростного режима. Необходимость установки такого регулятора на транспортных двигателях определяется свойствами двигателя и условиями его работы. В гл. ХИ было указано, что при прикрытой дроссельной заслонке карбюраторные двигатели имеют холостой ход при числах оборотов, меньших номинального, а переход за номинальный скоростной режим возможен только при достаточном открытии дроссельной заслонки. Таким образом, возможность работы карбюраторного двигателя при числе оборотов, большем, чем номинальное, ограничена.

Работа при числе оборотов более высоком, чем номинальное, представляет опасность для двигателя из-за механических перегрузок, связанных с увеличением инерционных усилий, и тепловой напряженности, вызванной ухудшением протекания рабочего процесса двигателя и большей частотой чередования циклов работы.

В карбюраторных двигателях переход через номинальный скоростной режим обычно существенно не ухудшает рабочий процесс, так как карбю-



ратор поддерживает состав смеси в пределах, соответствующих быстрому сгоранию, а увеличение скорости сгорания при увеличении числа оборотов в значительной степени компенсирует сокращение времени, приходящегося на каждый цикл. Практика показывает, что карбюраторный двигатель обычно может без вредных последствий выдерживать непродолжительную работу на числе оборотов, на 30-50% большем, чем номинальное.

Следствием указак1:ых свойств транспортных карбюраторных двигателей является то, что они обычно не снабжаются регуляторами максимального числа оборотов. В том случае, когда по условиям эксплуатации требуется поддерживать постоянное число оборотов (использование карбюраторных двигателей в качестве силовых агрегатов подвижных электростанций, на комбайнах и т д.) или когда возможность частых и резких изменений нагрузки двигателя чрезмерно затрудняет работу водителя (работа на тракторах, автомобилях большой грузоподъемности, тягачах и т. д.), необходимо уста1!авливать регулятор, причем основной функцией регулятора является поддержание заданного скоростного режима.

Вид внешней и частичных характеристик транспортного двигателя с воспламенением от сжатия показывает, что переход через номинальный скоростной режим при разгрузке двигателя возможен почти при всех рабочих положениях органа управления подачей топливного насоса. Только при его положениях, соответствующих крайне малым подачам, лишь незначительно превышающим подачу холостого хода на данном скоростном режиме, разгрузка двигателя приводит к холостой работе при числе оборотов, меньшем номинального. Вследствие этого возможность разноса такого двигателя значительно болыне, чем карбюраторного.

Переход чергз номинальный скоростной режим быстроходного двигателя с воспламенением от сжатия связан с возможностью резкого ухудшения протекания рабочего процесса. В гл. ХИ было указано взаимное протекание внешней и частичкой характеристик и характеристики предела дымления. Из их рассмотрения следует, что холостой ход на большей части диапазона рабочих положений органа управления подачей топливного насоса возможен только после перехода в область дымного сгорания, связанного с резким ухудшением рабочего процесса. Поэтому на транспортные двигатели с воспламенением от сжатия необходимо устанавливать регуляторы, ограничивающие максимальный скоростной режим.

Устойчивость работы транспортного двигателя при холостом ходе и малом числе оборотов имеет существенное значение в эксплуатации. Этот режим устанавливается при прогреве двигателя, кратковременных стоянках, при переключении коробки передач, езде под гору с выключенным сцеплением и т. д. Работа водителя была бы крайнезатруднительна, если бы двигатель в этих случаях часто останавливался из-за неустойчивости этого режима.

Работа на холостом ходу определяется условием равенства индикаторной работы работе внутренних сопротивлений. В соответствии с небольшой затратой энергии на преодоление внутренних сопротивлений количество топлива на один цикл работы при холостом ходе мало по сравнению с количеством, подаваемым при полной нагрузке. Устойчивость работы двигателя в этом случае определяется соотношением между изменением количества энергии, затрачиваемой на преодоление внутренних сопротивлений двигателя, и изменением индикаторной работы, зависящей от количества подаваемого топлива, при изменении числа оборотов коленчатого вала,

В карбюраторных двигателях холостой ход при малых числах оборотов получается при сильно прикрытом дросселе, когда коэффициент наполнения и примерно пропорциональная ему подача топлива на один цикл резко падает с увеличением числа оборотов (фиг. 280, а). Если принять, что в узких пределах чисел оборотов доля химической энергии топлива,




1 ... 15 16 17 [ 18 ] 19 20