Классификация и общая характеристика режимов работы автотракторных двигателей

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Тема: КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЕЖИМОВ РАБОТЫ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

А.В. Николаенко

Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей

Для эксплуатации автотракторных двигателей характерны преимущественно неустановившиеся режимы работы. Установившийся режим характеризуется работой двигателя при постоянстве во времени показателей рабочего процесса ( ) и статическим равновесием: М_ке-М_с=0.

При этом в связи с неидентичностью последовательных циклов и нестабильностью, как правило, частоты вращения для оценки режимов принимаются средние по времени значения показателей. Последовательная совокупность установившихся режимов является статической характеристикой двигателя.

Основным признаком неустановившегося режима является нарушение статического равновесия:

двигатель пуск дизель сопротивление

где -приведенный момент инерции двигателя и связанных с ним агрегатов.

Нарушение статического равновесия приводит к изменению угловой скорости коленчатого вала и связанных с ним агрегатов; при этом параметры, входящие в это уравнение, зависят от времени /. Неустановившиеся режимы характеризуются средними за цикл значениями показателей, которые изменяются от цикла к циклу в период перехода or одного установившегося режима к другому. Этот период называется переходным и характеризуется динамической характеристикой двигателя. Динамическая характеристика является последовательной во времени совокупностью неустановившихся режимов, представляемой зависимостью показателей работы двигателя, изменяющихся от цикла к циклу за время переходного процесса.

Из всего многообразия переходных процессов можно выделить следующие, наиболее характерные .

I. Переходные процессы, вызванные изменением цикловой подачи топлива за счет перемещения органа, регулирующего подачу топлива.

Основным воздействующим параметром в этом случае является относительное изменение цикловой подачи топлива.

а дополнительными - период изменения подачи топлива Т_т и характер изменения момента сопротивления от частоты вращения коленчатого вала M_Kе=f (п) в соответствии с характеристикой потребителя энергии.

В выражении для индексы "1", "2", "н" означают соответственно начальную, конечную и номинальную цикловую подачу топлива.

Для этого типа переходных процессов наиболее характерны: разгон двигателя за счет возрастания цикловой подачи и торможение двигателя в результате снижения цикловой подачи.

2. Переходные процессы, вызванные изменением момента сопротивления М_с. Основным воздействующим параметром в этом случае является относительное изменение момента сопротивления

а дополнительными - период изменения Т_м и характер изменения цикловой подачи топлива(п или Т).

Для этого типа переходных процессов основные группы, определяемые:

а - постоянством цикловой подачи (положением h_p -органа, регулирующего подачу топлива) и изменением в соответствии со скоростной характеристикой топливной аппаратуры при работе двигателя по скоростной характеристике (торможение за счет увеличения М_с и разгон в результате снижения М_с);

б - постоянством частоты вращения п, точнее изменением ее в пределах степени неравномерности регулятора частоты вращения (подача топлива изменяется в связи с воздействием регулятора на орган, регулирующий подачу топлива) при работе двигателя на регуляторной характеристике.

При этом возможно увеличение М_с с одновременным возрастанием подачи топлива при набросе нагрузки или уменьшение М_с с одновременным снижением при сбросе нагрузки.

При эксплуатации автотракторных двигателей возможны различные сочетания изменении момента сопротивления и цикловой подачи топлива. Могут быть комбинированные переходные процессы, например, при большом увеличении момента сопротивления двигатель может перейти на работу с регуляторной ветви на скоростную характеристику. Режимы работы двигателей могут изменяться настолько часто, что переходные процессы не успевают завершиться. При этом двигатель все время работает в условиях неустановившихся режимов при незавершенных переходных процессах с изменениями () в % от номинального значения и М_с в % от М_сн с определенной частотой смены режима.

Наибольший интерес представляют переходные процессы, сопровождающиеся одновременным изменением нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя. Они являются не только основными в эксплуатационных режимах, но и наиболее общими случаями переходных процессов.

Часто на практике считают переходный процесс завершившимся при достижении частоты вращения коленчатого вала, соответствующей новому режиму с точностью до ±2 %.

Рассмотрим наиболее характерные переходные процессы: пуск и разгон двигателя, наброс и сброс нагрузки, колебания на грузки и частоты вращения, характерные для работы тракторных дизелей.

Процесс пуска. При нем наблюдаются весьма резкие изменения параметров рабочего процесса и в значительных пределах. В процессе пуска можно выделить следующие фазы: раскрутку двигателя до появления первых вспышек топлива в цилиндрах ; разгон двигателя до вступления в действие регулятора частоты вращения (характеризуется положением рейки топливного насоса на упоре); разгон двигателя с одновременным уменьшением цикловой подачи топлива , с отходом рейки от упора до положения, соответствующего цикловой подаче на холостом ходу,; прогрев двигателя с относительно малым изменением скоростного режима и цикловой подачи.

Общая длительность процесса пуска

Продолжительность первой фазы для данного двигателя и пускового устройства зависит в основном от наличия и состояния смазки на трущихся поверхностях деталей.

Во второй фазе интенсивно увеличивается частота вращения двигателя при неблагоприятных характеристиках топливоподачи и низкой температуре деталей цилиндра, что обусловливает большой период задержки воспламенения топлива и в последующих циклах повышенные значения максимального давления цикла и скорости нарастания давления газов в цилиндре Период задержки воспламенения топлива, существенно зависит от температуры стенок камеры сгорания. После первых вспышек возрастает частота вращения, улучшаются характеристики топливоподачи и смесеобразование, повышаются температура стенок камеры сгорания, давление и температура в конце сжатия р_с и Т_с.

При этом сокращаются и потери теп лоты через стенки цилиндра. В начале второй фазы может наблюдаться снижение коэффициента наполнения в связи большими ускорениями вращения коленчатого вала.

Третья фаза определяется вступлением в действие регулятора частоты вращения. При этом цикловая подача топлива снижается до значений, соответствующих режиму холостой хода.

Четвертая фаза характеризуется монотонным изменением всех параметров рабочего процесса до стабилизации температурной состояния деталей двигателя. Изучение параметров рабочей процесса при пуске двигателей представляет интерес в связи с разработкой и реализацией мероприятий по снижению температурного предела холодного пуска и пусковых износов.

Процесс разгона. Из большого многообразия процессов разгона двигателя наиболее характерными являются два типа:

за счет увеличения цикловой подачи топлива;

за счет уменьшения момента сопротивления при подаче топлива, определяемой скоростной характеристикой топливной аппаратуры. Процесс разгона за счет увеличения цикловой подачи топлива включает три фазы: первая фаза соответствует времени изменения воздействующего фактора, т. е. цикловой подачу показателей рабочего процесса, и длится до момента достижения номинальной частоты вращения коленчатого вала; третья -протекает при плавном монотонном изменении всех показателей в сравнительно малых пределах при дальнейшем незначительном росте п и прогреве деталей двигателя до достижения ими в конце фазы значений, соответствующих новому установившемуся режиму.

Длительность разгона зависит от многих факторов; наибольшее же влияние оказывает момент инерции движущихся масс деталей двигателя, момент инерции потребителя энергии, интенсивность и характер изменения цикловой подачи топлива, характер и степень изменения момента сопротивления, степень согласованности характеристик двигателя и систем, обеспечивающих его работу (в основном систем топливо - и воздухо-подачи). Вторая фаза разгона длится от нескольких секунд до минут в зависимости от типа дизеля и влияния перечисленных выше факторов. Продолжительность третьей фазы разгона составляет для автотракторных двигателей от 4 до 6 минут, а для крупногабаритных дизелей до 25... 30 минут и определяются временем, необходимым для прогрева двигателя.

Наброс нагрузки. При набросе нагрузки (увеличении момента сопротивления) характер перемещения рейки топливного насоса и изменения цикловой подачи топлива определяются статистическими и динамическими свойствами регулятора частоты вращения, а также характеристикой топливного насоса высокого давления. При набросе нагрузки, так же как и при разгоне, наблюдаются три фазы переходного процесса. Длительность первой фазы определяется характером наброса нагрузки; для второй сравнительно кратковременной фазы характерны резкие и значительные изменения показателей рабочего процесса; третья фаза характеризуется монотонным их изменением в малых пределах до завершения прогрева двигателя и выхода его на новый установившийся режим работы.

Сброс нагрузки. Этот переходный процесс характеризуется резким уменьшением момента сопротивления и относительно малым изменением частоты вращения коленчатого вала в пределах степени неравномерности регулятора частоты вращения. При этом можно выделить две фазы процесса: первая характеризуется значительными резкими изменениями показателей и сравнительно небольшой продолжительностью; вторая -- плавными изменениями показателей в малых пределах при достижении в конце процесса значений, характерных для конечного установившегося режима. Длительность первой фазы для дизеля без наддува исчисляется секундами, второй фазы - минутами.

В практике эксплуатации дизелей сельскохозяйственных и дорожных машин наиболее характерными являются комбинированные переходные процессы, представляющие собой совокупность двух процессов - наброса нагрузки и торможения при резком возрастании момента сопротивления от М_с < М_сн до М_с > М_сн. При этом вид регуляторных и скоростных характеристик определяется типом регулятора частоты вращения и его настройкой. Например, при установке на дизеле всережимного регулятора первая часть процесса протекает по одной из регуляторных характеристик с последующим выходом на внешнюю характеристику. Комбинированный переходный процесс отличается от процесса наброса нагрузки большим диапазоном изменения частоты вращения коленчатого вала с большими ускорениями и цикловой подачей топлива, что вносит специфические особенности в характер и степень изменения показателей рабочего процесса дизеля.

При эксплуатации тракторных дизелей также наиболее характерны режимы, вызванные колебаниями момента сопротивления, достигающего М_{кс тах} с частотой до 0,5 Гц. Для этих условий изменение нагрузки в общем случае характеризуется синусоидальным законом и весь цикл работы двигателя будет происходить при совокупности незавершенных переходных процессов наброса - сброса нагрузки, торможения - разгона в основном в первых их фазах, отличающихся наибольшей степенью нарушения протекания рабочего процесса.

Размещено на Allbest.ru