книги из ГПНТБ / Неустановившиеся режимы поршневых и газотурбинных двигателей автотракторного типа

(Zp = z/3) около 4%. Это еще раз подчеркивает влияние ускорения на степень деформации рабочего цикла при разгоне.

Таким образом для диагностики нагрузочных показателей в условиях эксплуатации можно использовать время разгона двигателя в определенном диапазоне изменения угловой скорости при работе с минимальным числом работающих цилиндров.

Рис. 59. Экспериментальные значения среднего эффективного давления по корректорной ветви характеристики двигателя А-01:

1 — торможение; 2, 3, 4 — разгон при г = z/3, z = z/2 и Zp = z соответ­ ственно; 5 — выбег при Zp = 1

Среднее индикаторное давление pi за время разгона более точно совпадает с расчетными значениями, так как оно в пределах измерения изменяется в меньшей степени, чем среднее эффектив­ ное давление (рис. 58 и 59). Как видно из рисунков, определение ре и pt на минимальном числе цилиндров показывает достаточно близкое совпадение с установившимся режимом.

20. Особенности определения мощностных показателей на неустановившихся режимах

В условиях эксплуатации определение мощностных показате­ лей производится весьма часто при нарушении основных регули­ ровок. Так, в дизелях нередко отклоняются от номинальных значений цикловая подача топлива (Ag), угол опережения на­ чала подачи топлива (0), давление начала подъема иглы фор­ сунки (/7ф) и др. Это обстоятельство при наличии высоких ускоре­ ний разгона оказывает определенное влияние на деформацию рабочего цикла и выходные показатели, что затрудняет переход от мощности разгона к мощности тормозной.

В целях выяснения этого вопроса была проведена серия заме­ ров мощности тракторного шестицилиндрового дизеля А-01 на

90

тормозных и динамических бестормозных (разгон) режимах при номинальных и при нарушенных регулировках топливной аппа­ ратуры. Для различных регулировок, осуществляемых поочередно

при разгоне, к мощности, полученной при торможении. Обозначим1 эти отношения для указанных регулировок соответственно /СДй, Кв и КРф- В качестве обобщен­

ных показателей приняты отно­ сительные оценочные коэффи­

циенты:

бл—Ч . Чн’

б°0—*е. Ч ’

ч= Чч» ’

Ч иКрфП

подачи приводит к возрастанию бДё, так как в условиях увеличе­ ния коэффициента избытка воздуха отклонения в протекании рабочего цикла сказываются в меньшей степени. Уменьшение 0 и рф по сравнению с номинальными значениями приводит к по­ нижению бе и бРф, что свидетельствует о возрастающем влиянии

ускорения на деформацию рабочего цикла при нарушении регу­ лировок.

С учетом отмеченных выше особенностей взаимосвязи угловых ускорений коленчатого вала и регулировок топливной аппара­ туры дизеля диагностику двигателя по мощности на неустановив­

91

Рассмотрим некоторые особенности определения мощностных показателей в бестормозных неустановившихся режимах, свя­ занные с общей динамикой двигателя. В целях приближения процесса измерения к условиям номинальной частоты вращения двигателя используют сравнительно небольшой диапазон измене­ ния угловой скорости. Вследствие этого продолжительность изме­ рения по времени и по оборотам может оказаться весьма ограни­ ченной. Это, в первую очередь, относится к разгону при работе всех цилиндров двигателя. Например, для тракторного дизеля А-01 продолжительность разгона без внешней нагрузки в диапа­ зоне 1500— 1600 об/мин и выбега от 1600 до 1500 об/мин по вре­

ливного насоса при номинальной частоте вращения.

Как следует из таблицы, при гр = z продолжительность разгона от 1500 до 1600 об/мин составляет 1—2 оборота коленча­ того вала. Если ставить задачу поиска максимальной мощности, что в эксплуатации представляет большой интерес, то, учитывая нестабильность вершины регуляторной характеристики, диапа­ зон измерения желательно еще уменьшить. Более благоприятные

92

ния мощности основаны на принципе использования показателей углового ускорения маховика. Помимо ускорения разгона махо­ вик имеет угловое ускорение, периодически меняющееся вслед­ ствие неравномерности вращения, что необходимо учитывать при измерении. Для того чтобы погрешность от влияния ускорения неравномерного вращения была минимальной, измерение ускоре­

линдре — два оборота коленчатого вала. Для многоцилиндровых двигателей с различными вариантами расположения цилиндров эта задача может быть решена на основе анализа диаграммы тангенциальных усилий или путем экспериментального опреде­ ления характера изменения угловой скорости и ускорения нерав­ номерного вращения.

21. Оценка показателей экономичности рабочего цикла дизеля на неустановившихся режимах

Топливная экономичность двигателя оценивается удельным расходом топлива. При использовании тормозной установки он может быть определен для любого нагрузочного и скоростного режима. На неустановившихся режимах определение мгновенного значения расхода топлива представляет сложную задачу. В этом случае расход топлива определяют за процесс разгона или поль­ зуются косвенными показателями. В дизеле для оценки экономич­ ности рабочего цикла можно воспользоваться температурой отра­ ботавших газов на выпуске. Как показывает термодинамический

ние относительных изменений удельного индикаторного расхода топлива и температуры отработавших газов за клапаном.

Уменьшение цикловой подачи топлива на 15% приводит к понижению температуры отработавших газов на 19%, при этом

93

понижение индикаторного удельного расхода топлива составляет около 4% по сравнению со значениями на номинальном режиме. При увеличении цикловой подачи топлива на 12% показатели возрастают на 16 и 5% соответственно.

В результате уменьшения угла опережения впрыска с 17° до в. м. т. (нормальное значение) до 11° относительное повыше­ ние температуры отработавших газов составило 16%, а индика­ торного удельного расхода топлива — около 3%. При уменьше­ нии давления начала подачи топлива от 130 до 75 кгс/см2 относи­ тельное повышение температуры отработавших газов составило

чей топлива при различных углах опережения начала подачи топлива:

/ — 0 = 33°; 2 — 0 = 30°; 3 — 0 = 24°

15%, в то время как относительное увеличение индикаторного удельного расхода топлива не превышало 2%.

Таким образом, с точки зрения диагностики топливной аппа­ ратуры дизеля и оценки протекания рабочего цикла температура отработавших газов является более информативным показателем, чем индикаторный удельный расход топлива. Существенным пре­ имуществом косвенного показателя является большая доступ­ ность и оперативность измерения в неустановившихся режимах.

На рис. 61 приведены результаты экспериментальных исследо­ ваний влияния угла начала подачи топлива 0 на температуру отработавших газов tp ц (за клапаном работающего цилиндра) за время t выбега дизеля А-01 при подаче топлива в один цилиндр. При измерениях применялась хромель-алюмелевая термопара с диаметром проволоки 0,1 мм. Уменьшение 0 на 6° против но­ минального значения обусловливает повышениё температуры отработавших газов на 70°, а при увеличении 0 на 3° последняя на 30° понижается.

На рис. 62 показано влияние давления начала подачи топ­ лива рф (регулировки форсунки) на температуру отработавших газов при выбеге. При уменьшении рф температура отработав­

94

ших газов имеет более высокие значения на всем протяжении выбега. За выпускным клапаном шестицилиндрового дизеля А-01 в процессе бестормозного разгона с гр = z наблюдается резкий заброс температуры отработавших газов. Это обусловлено, прежде всего, уменьшением коэффициента избытка воздуха в начальной

Рис. 62. Изменение температуры отработавших газов рабочего цилиндра в бестормозном выбеге двигателя А-01 с полной цикло­ вой подачей топлива при различных регулировках форсунки:

I — Рф = 150 кгс/см2; 2 — рф = 90 кгс/см2

стадии разгона вследствие высоких ускорений и неполного выдвига рейки топливного насоса. Наиболее плавное возрастание частоты вращения имеет место при разгоне на двух цилиндрах, и в этом случае, судя по характеру изменения tp ц, складываются наиболее благоприятные условия для измерения температуры отработавших газов.

22. Использование неустановившихся режимов для определения механических потерь при обкатке двигателя

По показателям механических потерь можно контролировать обкатку в начальный период эксплуатации нового или отремон­ тированного двигателя. В эксплуатационных условиях эти пока­ затели наиболее оперативно определяются на основе измерения углового ускорения (замедления) или продолжительности выбега без подачи топлива. Известны опыты профессора В. Л. Малеева по использованию метода затухания оборотов для определения ■механических потерь стационарного дизеля, относящиеся к 1905 г.

Для процесса выбега в случае прекращения подачи топлива во все цилиндры

(замедление) маховика при выбеге.

95

На основании известных соотношений

где NM— мощность механических потерь двигателя в л. с.; рм— условное среднее давление механических потерь в кгс/см2; Vh — рабочий объем одного цилиндра в л; п — частота вращения коленчатого вала двигателя в об/мин; z — число цилиндров двигателя; т — коэффициент тактности.

Из уравнений (16) и (17):

откуда

Как указывалось выше, для данной марки двигателей можно принять J = const (отклонения не превышают 1,3%). В этом

Определяя экспериментально угловое ускорение при нормаль­ ном тепловом состоянии двигателя и используя уравнение (18) можно определить условное среднее давление механических по­ терь. В тракторных дизелях в период эксплуатационной обкатки (100— 120 ч) снижение величины ри достигает 20—25%. Про­ шедшие обкатку тракторные дизели в пределах наработки 150— 3400 мото-ч при нормальном тепловом состоянии двигателя имеют довольно стабильное значение ри. Коэффициент вариа­ ции VpM по скоростным характеристикам механических потерь,

снятым с помощью электробалансирной установки для 20 двига­ телей СМД-14 и Д-50, не превышал ±1,8—3,0%. С достаточной точностью для оценки давления механических потерь (в кгс/см2) автомобильных и обкатанных тракторных двигателей можно пользоваться зависимостью типа рм — а + Ьп [2 0 ], где частота вращения коленчатого вала двигателя п выражается в об/мин, а коэффициенты а и Ь имеют следующие значения:

96

Приведенные выше значения коэффициентов а и b относятся к методам прокручивания и выключения цилиндров, т. е. к уста­ новившимся режимам; приближенно они могут быть также рас­ пространены на неустановившиеся режимы.

Оценка хода обкатки двигателя в эксплуатации носит сравни­ тельный характер, поэтому в качестве показателей могут быть использованы продолжительность выбега или суммарное число оборотов.

Из уравнения (18) получим

Как показывают исследования, показатели механических по­ терь дизельных двигателей в установившихся и неустановившихся режимах могут быть приближенно приняты одинаковыми. По­ этому для двигателей с завершенной обкаткой в условиях нормаль­ ного теплового состояния значение р°м можно определить по

приведенным выше формулам с установившимися значениями коэффициентов а и Ь.

Тогда продолжительность выбега в пределах изменения угло­

(Од

где Ьа = 30Ып.

При полном выбеге от номинального значения угловой ско­

Более наглядную связь между ра и tB получим, если интегри­ рование провести с учетом осреднения р м в пределах изменения со. Тогда

0),

где

„_ Рмш, “5 Рм(02 .

Р м* ср — 2 ’

для обкатанного двигателя

довательно, продолжительность выбега может служить косвен­ ной характеристикой ри ср.

Для двигателя с незавершенной обкаткой величина р\J является неизвестной. В этом случае экспериментально может быть полу­

Эталонные значения ^.п должны быть получены опытным путем при испытании группы двигателей данной марки.

Определение суммарного числа оборотов при выбеге (без подачи топлива) п2в можно получить на основе уравнения

98

Суммарное число оборотов при выбеге

п- фв

фв. п ‘jB.n 2Я

В целях выявления более наглядной связи между рм и фв проведем определение фв на основе осреднения Мм и рм. Тогда

Приведенные уравнения показывают, что суммарное число оборотов при полном выбеге является косвенной характеристи­ кой такого показателя механических потерь, каким является рм ср.

Если фв. п. Рм. ср и пхъ. п — показатели для обкатанного

двигателя, а ф". п, Рм. ср и п^,в.„— показатели для двигателя с незавершенной обкаткой, то

откуда

и0

р£.сР = (а + 0 ,5 й /г „ )4 ^ .

П2в. п

Эталонные значения п^в.п определяются на основе испыта­ ния обкатанных двигателей.