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

индикаторного к. п. д. на режимах разгона (рис. 53). Как видно из рисунка, в первый период разгона дизеля значение индикаторного к. п. д. отличается от соответствующих величин на установив­ шихся режимах. В интервале пд = 1000-^1450 об/мин при обоих способах смесеобразования индикаторный к. п. д. существенно уменьшается. При серийном впрыске наибольшее уменьшение

образования. Очевидно, это в значительной мере связано с рос­ том коэффициента избытка воздуха и с влиянием турбулизации заряда. Тепловая инерция не оказывает существенного влияния на величину индикаторного к. п. д. в конечной фазе разгона. Сравнение индикаторного к. п. д. у двигателей с различной топливоподачей показывает, что при ступенчатом впрыске скорость

иполнота сгорания смеси ниже, а доля тепловых потерь выше, чем при разгонах с серийным насосом.

Неодинаковая степень влияния режимов разгона на количе­ ственные изменения коэффициентов наполнения, избытка воздуха

ииндикаторные к. п. д. обусловливает различный характер изме­ нения pt на режимах разгона при ступенчатом и серийном впрыске топлива (рис. 54). Начиная с = 1000 об/мин среднее индикатор­

80

ное давление при обоих вариантах топливоподачи остается ниже соответствующих величин на установившемся режиме. Наиболь­

ственно. В конце разгона значения среднего индикаторного давле­ ния несколько повышаются против соответствующих величин на установившихся режимах, причем максимумы кривых с уменьше­ нием исходной нагрузки сдвигаются в сторону увеличения ско­ ростного режима.

На рис. 55 показано влияние исходной нагрузки перед разго­ ном (pejpeн) на величину максимального углового ускорения коленчатого вала двигателя ЯМЗ-236. Здесь же приведены макси­ мальные относительные отклонения 8 тах величин. ср(., гр и pt как при серийной, так и при ступенчатой топливоподаче.

(5 Ждановский Н . Q,

Г л а в а VI

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕУСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

19. Теоретические предпосылки к определению мощностных показателей двигателя на неустановившихся режимах

Мощность двигателя является обобщенным параметром его технического состояния. Обследование тракторных двигателей в эксплуатации показывает, что при отсутствии контроля более половины их работает не обеспечивая гарантированной мощности. При полной цикловой подаче топлива недостаточность мощности по сравнению с ее номинальным значением достигает 10—2 0 % и более. Наблюдаются существенные нарушения рабочего цикла, приводящие к понижению топливной экономичности и форсиро­ ванному изнашиванию двигателя. Ленинградским СХИ прове­ дено обследование путем снятия индикаторных диаграмм с по­ мощью осциллографа «Орион» цилиндров 37 двигателей Д-50 тракторов МТЗ, находящихся в рядовой эксплуатации. Установ­ лено, что все показатели рабочего процесса в цилиндрах обследо­ ванных двигателей колеблются в широких пределах; цикловая подача топлива колеблется от 80 до 115% по отношению к номи­ нальному значению; 60% цилиндров имеют среднее индикаторное давление на 10—20% ниже гарантированного; 65% имеют повы­ шенный эффективный удельный расход топлива. В обследованных тракторах 60% цилиндров работали с повышенной температурой газов на такте расширения и такте выпуска, а скорость нараста­ ния давления при сгорании в два раза превышала ее значение, соответствующее нормальному протеканию цикла.

Диагностика тракторных двигателей в эксплуатации позво­ лит повысить мощность парка в среднем на 10— 1 2 % и примерно на столько же улучшить топливную экономичность, при этом повысится долговечность двигателей.

В последнее время в связи с развитием комплексной диагно­ стики и использованием возможностей электроники разрабаты­ ваются методы эксплуатационной проверки, отличающиеся вы­ сокой оперативностью и малыми затратами времени. К ним сле­ дует отнести методы, основанные на применении бестормозных неустановившихся режимов, в которых мощность двигателя опре­ деляется путем измерения показателей углового ускорения ко­ ленчатого вала при разгоне и выбеге. Для указанных целей Сибирским институтом механизации и электрификации сельского

S2

Хозяйства (СибИМЭ) разработан электронный прибор [21 ], с помощью которого измерение мощности тракторного двигателя при разгоне занимает всего несколько минут. Схема прибора включает следующие основные элементы: индуктивный преобра­ зователь угловой скорости, формирующее устройство, генератор временных импульсов, блок вычисления и управления, аналого­ вый преобразователь, переключатель режима работы, стрелочный индикатор мощности, стрелочный индикатор частоты вращения, блок питания. Прибор питается от сети 220 В или от аккумуля­ торной батареи 12 В. Для установки индуктивного преобразова­ теля в кожухе маховика напротив зубчатого венца необходимо выполнить резьбовое отверстие. В преобразователе, установлен­ ном в этом отверстии на расстоянии 2—4 мм от поверхности зубьев, при вращении венца наводится сигнал, частота которого равна частоте вращения маховика в секунду, умноженной на число зубьев венца. Далее сигнал с умноженной частотой подается

вформирующее устройство. После преобразований импульсы поступают на вход вычислителя углового ускорения. Ускорение

вконечном итоге оценивается дискретным способом при опреде­ ленной частоте вращения. Стрелочный индикатор для определен­ ных марок двигателей показывает мощность в лошадиных силах.

Прибор показывает также частоту вращения коленчатого вала в минуту, а в модели «Импульс-12» СибИМЭ предусмотрено, кроме того, определение расхода топлива (за время разгона) и угла опережения подачи топлива. Прибор может питаться от сети и от аккумуляторов. Вес его 12 кг.

Эксплуатационная проверка обычно направлена на выявление максимальной мощности и топливной экономичности при номиналь­ ной частоте вращения. Это же требование предъявляется и к бестормозным диагностическим методам. Таким образом, оценку основных показателей работы, например дизеля, необходимо проводить при полной цикловой подаче топлива. Если при работе дизеля на холостом ходу с малой частотой вращения быстро по­ ставить рычаг акселератора в положение до упора, то разгон без внешней нагрузки пойдет по корректорной ветви характеристики до момента уменьшения подачи топлива, осуществляемого регу­ лятором. До включения регулятора будет иметь место полная цикловая подача топлива, при этом двигатель нагружен за счет своих механических и инерционных сопротивлений разгона. Если в зоне номинальных оборотов произвести измерение показа­ телей углового ускорения коленчатого вала, то по ним можно определить и мощность. Разгон без внешней нагрузки можно осуществить при разном числе работающих цилиндров (остальные выключены за счет прекращения подачи в них топлива), что позволит получить информацию по группам цилиндров. Выбег при полной цикловой подаче топлива возможен только с частью

Мощности механических потерь двигателя. Например, для четырех­ цилиндрового двигателя такой выбег будет возможен в пределах от точки максимальной мощности на регуляторе до режима устой­ чивой работы на данном цилиндре. Исходным положением для такого выбега будет работа на двух цилиндрах на холостом ходу при максимальной частоте вращения. При быстром выключении одного из двух цилиндров двигатель переходит в режим выбега. Для шестицилиндрового двигателя также возможен выбег на одном цилиндре, но в более широком диапазоне уменьшения скорости вплоть до остановки двигателя. Величина ускорения при разгоне влияет на деформацию рабочего цикла по сравнению с установившимся режимом. Она зависит от соотношения числа работающих и выключенных цилиндров. Поэтому уравнения бестормозных диагностических режимов рассматриваются при переменном числе работающих цилиндров данного двигателя [25]. При этом имеется в виду, что проверяемые цилиндры загру­ жены до полной подачи топлива. Для бестормозного неустановившегося режима работы двигателя

Для того чтобы определить мощностные показатели двигателя в процессе бестормозного разгона или выбега с полной цикловой подачей топлива в работающие цилиндры, необходимо измерить угловое ускорение коленчатого вала. Момент механических по­ терь можно определить по режиму выбега или, учитывая довольно высокую стабильность характеристики механических потерь для

Для бестормозного разгона двигателя в режимах перераспре­

84

Подставив выражение (8 ) в уравнение (7) и произведя преобра­ зования, получим

где рм— среднее давление механических потерь в кгс/см2; Vh — рабочий объем цилиндра в л; т — коэффициент тактности.

Среднее давление механических потерь для тракторных дви­

где а и b — постоянные коэффициенты для данной марки дви­ гателя; п — частота вращения коленчатого вала двигателя.

После преобразования получим

По уравнениям (10) и (11) можно произвести расчетный анализ ускорений разгона и выбега. В качестве исходных данных вос­ пользуемся действительной скоростной характеристикой дви­ гателя ре — f (п) и характеристикой механических потерь рм — = / (п), по которым находим

Ре Лм ~ Ре + Рм ’

где ре— среднее эффективное давление.

Так как скоростная характеристика получена в условиях установившихся режимов, то расчетные данные не учитывают отклонения в рабочем цикле, присущие неустановившимся ре­ жимам.

В экспериментальных исследованиях для измерений угловых ускорений коленчатого вала была использована специальная блок-схема. Кроме того, ускорения определялись путем диффе­ ренцирования кривой угловой скорости, записанной на ленту осциллографа Н-700.

На рис. 56 приводится сравнение расчетных и эксперимен­ тальных значений угловых ускорений е коленчатого вала

85

тракторного шестицилиндрового дизеля А-01 в зависимости от скоростного режима при разном числе работающих цилиндров.

Данные бестормозного разгона (рис. 56, а) с учетом действи­ тельного протекания рабочего процесса отклоняются от расчет­ ных данных тем больше, чем больше число работающих цилин­ дров. При разгоне на двух цилиндрах ускорение коленчатого

Рис. 56. Угловое ускорение бестормозного разгона и бес­ тормозного выбега тракторного шестицилиндрового двига­ теля А-01 при работе с различным числом цилиндров на полной цикловой подаче топлива (в области работы кор­ ректора):

вала в диапазоне п = 1300-т-1600 об/мин будет 20—30 рад/с2. При разгоне на всех цилиндрах ускорение достигает 200 рад/с2.

Значения ускорений, полученные без учета действительного протекания и деформации цикла, при разгоне на всех цилиндрах на 15—22% выше, при разгоне на половине цилиндров — на 9—-11% выше и при разгоне на двух цилиндрах— на 4—6 % выше, чем экспериментальные значения. Особенно большие рас­

86

хождения наблюдаются на пониженных скоростных режимах при zp — z, что соответствует начальной стадии разгона.

Ускорение (замедление) бестормозного выбега (рис. 56, б) не превышало 25 рад/с2, и в этом случае расхождение расчетных и экспериментальных данных было незначительным, особенно на пониженных скоростных режимах двигателя.

Рассмотрим уравнение для определения продолжительности разгона и выбега. Отклонение механического к. и. д. % от его среднего значения в пределах п = 900-ь 1600 об/мин у двига­ теля А = 01 не превышает 4—5%. У тракторных двигателей величина приведенного момента инерции в пределах данной марки изменяется не более, чем на 1,3% [21 ].

Если в пределах разгона принять постоянными среднее зна­ чение цм и стабильное значение J , то для данного числа выклю­

По уравнению (14) проведен расчет продолжительности раз­ гона и выбега на основе данных скоростной характеристики установившихся режимов. Таким образом, при расчете продол­ жительности разгона не учитываются отклонения рабочего про­ цесса в неустановившихся режимах.

В эксплуатационных условиях среднее эффективное давление ре при нормальной частоте вращения и полной цикловой подаче топлива является мерой нагрузочной способности двигателя. Оно

87

является одним из главных обобщенных параметров его техниче­ ского состояния. В зависимости от состояния тракторных двига­

ные достаточно близко совпа­ дают только при наименьшем числе работающих цилиндров. Эти исследования еще раз подтверждают понижение индикаторных показателей в процессе разгона — и тем больше, чем выше угло­ вое ускорение коленчатого вала.

Связь продолжительности бестормозного разгона со средним индикаторным pt и средним эффективным ре давлением двигателя

88

определяется уравнением (14), при этом в соответствии с урав­ нением (12) в первом случае

(экспериментальной) только при минимальном числе работающих цилиндров, обеспечивающих разгон. Расхождение этих величин

89