книги из ГПНТБ / Ждановский, Н. С. Надежность и долговечность автотракторных двигателей

ние износостойкости форсированного по мощности на 9%

жения первого кольца с канавкой поршня по результатам эксплуатационных испытаний в течение 2500 мото-ч ди­ зеля Д-108 составило 11—12% по отношению к дизелю КДМ-100. Меньший износ с о п р я ж е н и я верхнего кольца с канавкой поршня в дизеле Д-108 по сравнению с дизелем КДМ - 100 объясняется более низким температурным ре­ жимом поршня . Пр и изменении рс от 3,0 до 6,7 кгс/см 2 температура поршня над первым кольцом изменилась для

плуатации твердость материала поршня составляла 105 единиц. В работе [62] т а к ж е установлено, что твердость материала поршня двигателя Д-20 (сплав АК-4) в зоне колец снижается на 29 единиц по Б р и н е л л ю за первые 50 ч работы двигателя .

Д л я дизеля Д-130 мощностью 140 л . с. с объемно-пле­

линдре щ ниже на 54% по сравнению с дизелем КДМ-100;

температура поршня при номинальных режимах работы для обоих типов двигателей практически одинакова. Т а к и м

В дизеле с непосредственным впрыском топлива сниже ­ ние динамической напряженности процесса сгорания мо­ жет быть обеспечено при осуществлении ступенчатой и двухстадийной топливоподачи. Пр и ступенчатой характе -

70

ристике впрыска топлива возможно получение в дизеле кривой активного тепловыделения, близкой по характеру протекания к кривой тепловыделения в бензиновых дви­ гателях, где в начальный период сгорания наблюдаются малые скорости тепловыделения, а после прохождения поршнем верхней мертвой точки наступает период быстрого тепловыделения, чем достигается сравнительно мягкое протекание процесса сгорания .

Ступенчатый впрыск снижает фактор динамичности, представляющий собой отношение количества топлива, поданного за период задержки воспламенения, ко всей цик­ ловой подаче.

Формирование ступенчатого впрыска топлива может осуществляться введением упругого звена в детали при­ вода п л у н ж е р а топливного насоса.

В двигателе с двухстадийной подачей топлива в пер­ вой стадии топливо подается во время такта впуска одно­ временно с поступлением в дизель воздушного заряда; во второй стадии основная часть цикловой подачи топлива

благодаря значительному сокращению периода задержки воспламенения и более рациональному использованию воз­ душного заряда . Период задержки воспламенения в ос­

ния и диффузии для топлива, поданного на первой стадии, завершаются, что приводит к сокращению периода за­ держки воспламенения основной дозы топлива. Двухста ­ дийная подача топлива благодаря лучшему использованию воздушного заряда обеспечивает не только снижение ди­ намической напряженности рабочего процесса, но повы­

71

Д л я двухстадийной подачи топлива наиболее эффектив­ ные результаты получаются тогда, когда на первой стадии подается около 15% по весу от всей цикловой подачи топ­ лива. Наиболее приемлемые показатели работы двигателя получаются при подаче на первой стадии при помощи кар -

t?°0

300

ыР кгс \о(У'ем?градп.к.в.

У3, град пхв.

12

Р и с . 1 1 . И з м е н е н и е п о к а з а т е л е й р а б о ч е г о ц и к л а dp

р2, ^ , ф 3 , tr в з а в и с и м о с т и от н а г р у з к и д и з е л я Д - 2 0 (и = 1600 о б / м и н ) .

чей (сплошные линии), со ступенчатой подачей топлива (штриховые линии) и с двухстадийной топливоподачей

72

при вводе 15% бензина через карбюратор на впуске (штрих-пунктирные линии) .

П р и двухстадийной топливоподаче благодаря предва­ рительной подготовке части рабочей смеси к началу про­ цесса сгорания обеспечивается сокращение периода за­ держки воспламенения ср3 примерно на 3° п . к . в . по сравне­

шение на 4—5% максимального давления цикла pz по

топлива т а к ж е показали снижение напряженности рабо­

нарастания давления в цилиндре щ уменьшается в обоих случаях на 23%; pz уменьшается на 7% в первом случае

ина 10% во втором случае.

Пр и применении ступенчатого впрыска топлива не­ сколько снижается температурная напряженность деталей

цилиндро-поршневой группы дизеля . Температура гильзы в верхнем поясе (в зоне остановки первого поршневого кольца при положении поршня в в. м. т.) и температура головки блока в перемычке между клапанами в случае ступенчатого впрыска топлива снижается на 5—6% по

виях регулировочной характеристики по составу смеси для

73

и з н а ш и в а н и я поршневого кольца снижается на 45— 50%.

В настоящее время для улучшения организации рабо­ чего процесса карбюраторных двигателей ведутся исследо­ вания по применению впрыска легкого топлива и факель-

" / 2 3 4 5 6 Ре,кгс/см2

Р и с . 12. И з м е н е н и е с к о р о с т и и з н а ш и в а н и я t g а и у с л о в - t g а

н о й у д е л ь н о й с к о р о с т и и з н а ш и в а н и я - 2 — в у с л о в и я х рс -

Ре

ного з а ж и г а н и я . Горьковский автозавод готовит к выпуску автомобили с электронным регулированием цикловой по­ дачи при впрыске топлива в зону впускных клапанов с по­ мощью электромагнитных форсунок. Автозавод им. Л и ­ хачева ведет работы по подготовке к выпуску грузовых ав­ томобилей с факельным зажиганием .

Исследование показателей рабочего ц и к л а и износо­ стойкости двигателя ГА3-21 с карбюраторным питанием и впрыском легкого топлива при искровом и факельном

7 4

з а ж и г а н ии выполнено на кафедре двигателей и теплотех­

сравнению с карбюраторным питанием и искровым зажига ­ нием. В случае впрыска топлива при факельном зажигании

средняя скорость нарастания давления в цилиндре в период сгорания — на 60—65 %; при этом продолжительность сгора­ ния смеси сокращается в среднем на 22% и максимальная температура цикла снижается в среднем на 10% по сравнению с карбюраторным питанием и искровым зажи ­ ганием.

Исследование теплонапряженности двигателя выпол­ нено путем измерения температуры в характерных точках деталей и методом электротепловой аналогии .

Температура поршня, гильзы и поршневых колец в дви­ гателе с впрыском топлива и с карбюраторным питанием при искровом зажигании практически одинакова. П р и впрыске топлива и факельном з а ж и г а н и и повышение температуры в центре днища поршня на режиме полного

на направление основных тепловых потоков в теле п о р ш н я . Температурные градиенты в зоне поршневых колец д л я

с карбюраторным питанием и искровым зажиганием . Д л я двигателя с впрыском топлива при искровом и факельном зажигании величина температурных градиентов в центре днища поршня значительно ниже, чем в зоне колец .

Сравнительная оценка износостойкости двигателя с карбюраторным питанием и искровым зажиганием, впрыс­ ком топлива и искровым зажиганием, впрыском топлива

75

и факельным зажиганием выполнена методом спектраль­ ного анализа .

Д л я режима п = 2000 об/мин; ре = 4,26 кгс/см 2 при а, соответствующем минимальному удельному расходу топ­ лива, износостойкость двигателя уменьшилась на 22% при Епрыске топлива и искровом з а ж и г а н и и и увеличилась на 28% при впрыске топлива и факельном з а ж и г а н и и по срав­

рабочего цикла и температур деталей цилиндро-поршневой группы в условиях сравниваемых режимов . Так , средняя скорость нарастания давления в цилиндре в случае впрыска топлива повышается в среднем на 9—14%, мак­ симальное давление цикла pz — на 7—9%; поршень, гильза и поршневые кольца для двигателя с впрыском топ­ лива и карбюраторным питанием при искровом зажигании находятся практически в одинаковом тепловом состоянии.

Совместное влияние этих факторов и определяет неко­ торое различие в износостойкости двигателя с рассматри­ ваемыми способами питания при искровом зажигании . Полученное увеличение износостойкости на 28 % дл я дви­ гателя с впрыском топлива и факельным зажиганием обус­ ловлено главным образом влиянием коэффициента избытка воздуха и топливной пленки на износостойкость двигателя.

Известно, что износ деталей цилиндро-поршневой группы в значительной степени зависит от состава горючей смеси и агрегатного состояния топлива в ней. Пр и увели­ чении коэффициента избытка воздуха уменьшается коли­ чество капельно - жидкой фракции топлива в смеси, вслед­ ствие чего меньше истираются детали цилиндро-поршне­ вой группы .

В исследованиях износостойкости двигателя с впрыс­ ком топлива и факельным зажиганием коэффициент из­ бытка воздуха а = 1,26 —1,35, что соответствует мини­ мальному удельному расходу топлива. В связи с работой двигателя с впрыском топлива и факельным зажиганием на бедной смеси повысилась полнота сгорания топлива, уменьшилась концентрация топлива в картерном масле.

Так, на режиме п — 1500 об/мин и нагрузке, характе­ ризующейся разрежением за дроссельной заслонкой

76

и факельным зажиганием и СО = 0,5—0,75 для двигате­

гильзы и поршневых колец дл я двигателя с впрыском топлива и факельным зажиганием составляет 5—6% по

невой группы при впрыске топлива и факельном зажи ­

п—- 2000 об/мин показано на рис. 13.

Пр и увеличении нагрузки скорость изнашивания воз­ растает, так как повышаются температура и давление га­ зов в цилиндре, средняя скорость нарастания давления, тепловая напряженность деталей цилиндро-поршневой

77

г р у п п ы . П р и увеличении н а г р у з к и ре от 2,5 до 6,5 кгс/см 2 скорость изнашивания двигателя с карбюраторным пи­ танием и искровым зажиганием увеличивается в 3,3 раза, а д л я двигателя с впрыском топлива и искровым зажига ­ нием — в 4 раза . П р и этом изменение показателей рабо-

УщсЛРадп.к.в.

н о й у д е л ь н о й с к о р о с т и и з н а ш и в а н и я — — и о п т и м а л ь н о г о

чего цикла и теплонапряженности деталей цилиндропоршневой группы характеризуется следующими зна­ чениями: pz на 60 и 60 — 65%; ^~ на 65 и 62%; t n на 19 и 19—20%; температуры компрессионных колец на 16%

ния износостойкости двигателей легкого топлива .

78

Г л а в а IV

В Л И Я Н И Е Э К С П Л У А Т А Ц И О Н Н Ы Х РЕГУЛИРОВОК Н А ДОЛГОВЕЧНОСТЬ Д В И Г А Т Е Л Я

13. У Г О Л О П Е Р Е Ж Е Н И Я И Д А В Л Е Н И Е В П Р Ы С К А Т О П Л И В А В Д И З Е Л Е

Изменение характеристик топливоподачи в связи с на­ рушениями эксплуатационных регулировок оказывает влияние на показатели рабочего цикла, от которых суще­ ственно зависит износ двигателя . К таким показателям рабочего цикла относятся средняя и максимальная ско­ рость нарастания давления в цилиндре двигателя в период

Ар dp

сгорания щ, щ, максимальное давление pz и средняя температура за цикл Г ф с р . Динамичность процесса сгора­ ния определяется в основном первыми параметрами

Др dp

Д ф '

Известно, что жесткий рабочий процесс, характери ­ зующийся высокой скоростью нарастания давления газов

До dp

по углу поворота коленчатого вала ~-, щ, снижает запас прочности деталей кривошипно-шатунного механизма .

В работе [47] установлено, что одна и та же сила соз­ дает в деталях различные силовые нагрузки в зависимости от того, с какой скоростью нарастает эта сила в процессе

79