Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Испытания двигателей внутреннего сгорания и топливной аппаратуры дизелей: Учебное пособие для лабораторных занятий

Голосов: 0

Учебное пособие "Испытания двигателей внутреннего сгорания и топливной аппаратуры" предназначено для лабораторных занятий студентов инженерного факультета по специальностям: 190601 - Автомобили и автомобильное хозяйство; 190603 - Сервис и техническая эксплуатация; 110301 - Механизация сельского хозяйства; 110304 - Технология обслуживания и ремонта машин в АПК всех форм обучения. Студенты курс теории ДВС и практически выполняют цикл лабораторных работ по стендовым испытаниям и регулировкам двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и топливной аппаратуры (ТА). Учебно-методическое пособие по выполнению таких лабораторных работ и анализу полученных результатов подготовлены с использованием действующих ГОСТов и ТУ, а также с учетом реальных особенностей и условий эксплуатации двигателей и топливной аппаратуры.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
                                  40

температуры и давления, так как линия давления сдвигается к
ВМТ и ниже кривой при оптимальном угле опережения зажига-
ния (линия 2 на рис. 2.5).
     Это говорит о том, что сгорает меньшее количество топли-
вовоздушной смеси. При снижении количества топлива, сгораю-
щего в третьей фазе, трудно добиться эффективного горения в
пристеночных слоях на заключительной стадии процесса сгора-
ния. Очевидно, что снизится и скорость мелкомасштабного тур-
булентного горения. Все это приводит к тому, что при раннем уг-
ле опережения зажигания вследствие ухудшения процессов при
формировании фронта пламени, сгорании, подводе теплоты, уве-
личении работы сжатия уменьшаются значения индикаторного
коэффициента полезного действия (КПД), снижаются индикатор-
ная и эффективная мощности, увеличивается удельный эффек-
тивный расход топлива.
     При позднем (по сравнению с оптимальным) установочном
угле опережения зажигания (левая часть графиков на рис. 2.4) ис-
кра на электроды свечи зажигания подается позднее. На индика-
торной диаграмме это соответствует кривой 1 (рис. 2.5). Фронт
пламени начинает формироваться в топливовоздушной среде,
имеющей большую температуру и давление. Сокращается дли-
тельность первой фазы из-за возрастания скорости горения,
фронт пламени формируется быстрее, но начало видимого горе-
ния все же сдвигается вправо к ВМТ (процесс сгорания «завали-
вается»). Несмотря на уменьшение отрицательной работы сжатия
значение максимального давления газов в цилиндре снижается.
Снижается скорость нарастания давления газов в цилиндре, теп-
ловыделение происходит в такте расширения при увеличиваю-
щемся объеме цилиндра во время движения поршня вниз. Снижа-
ется эффективность использования выделяющейся теплоты, уве-
личивается отвод теплоты в охлаждающую среду и с отработав-
шими газами, растет их температура, ухудшается экономичность
и мощность двигателя, снижаются значения индикаторного КПД.
     При оптимальном угле опережения зажигания (средняя
часть графиков на рис. 2.5) для заданных частоты вращения и на-
грузки рабочий процесс в цилиндре организован наилучшим об-
разом. На рис. 2.5 это соответствует кривой 2. Искра на электро-
ды свечи зажигания подается в момент создания в цилиндре оп-


                             41

тимального давления и температуры топливовоздушной смеси.
Это приводит к тому, что первая фаза процесса сгорания имеет
оптимальные параметры, а скорость сгорания - наилучшие значе-
ния.
     Успешное протекание первой фазы приводит к тому, что
максимальное давление газов в цилиндре и начало быстрого на-
растания давления достигают своих значений в оптимальные мо-
менты, когда подвод теплоты и эффективность ее использования
наилучшие (кривая 2 на рис. 2.5).
     Оптимальные соотношения отрицательной и положительной
работ цикла, скорости нарастания давления обеспечивают эффек-
тивное использование выделяющейся в процессе сгорания тепло-
ты.
     Индикаторный, эффективный и механический КПД имеют
свои наибольшие значения для заданного режима работы двига-
теля. Это приводит к тому, что двигатель развивает наибольшее
значение эффективной мощности при наименьших значениях
удельного эффективного расхода топлива (средняя часть графи-
ков на рис. 2.4).


                  ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОВЕРКИ

     1. Что такое регулировочная характеристика? Каковы ее на-
значение, методика снятия и построения?
     2. Как и почему изменение давления начала впрыскивания
форсунки влияет на величину цикловой подачи?
     3. Почему для построения регулировочной характеристики
дизеля по установочному углу опережения впрыскивания топлива
снимается серия нагрузочных характеристик при различных зна-
чениях угла?
     4. Почему при увеличении (уменьшении) оптимального зна-
чения угла опережения зажигания для карбюраторного двигателя
и установочного угла опережения впрыскивания топлива для ди-
зеля ухудшаются их эффективные показатели работы?
     5. Каким образом достигаются оптимальные значения углов
опережения зажигания и опережения впрыскивания топлива у со-
временных двигателей на различных режимах их работы?


                             42

                          РАБОТА № 3
                 3. Нагрузочные характеристики

     Назначение характеристики - оценка влияния степени на-
грузки на основные показатели работы ДВС и ТА.
     Цель работы - закрепить знания устройства и работы при-
боров и оборудования, применяемых при стендовых испытаниях
ДВС и ТА, освоить методики снятия и построения нагрузочных
характеристик, определить допустимые режимы нагрузки.
     Задачи работы:
     - закрепить знания устройства и работы приборов и обору-
дования, применяемых при стендовых испытаниях ДВС и ТА;
     - изучить методики и научиться снимать нагрузочные харак-
теристики;
     - на основе полученных опытных и расчетных данных по-
строить нагрузочные характеристики дизеля, карбюраторного
двигателя и ТНВД;
     - провести анализ характера изменения кривых;
     - определить допустимые режимы нагрузки двигателя.


             3.1. Нагрузочная характеристика ТНВД

     Включите стенд, установите заданную частоту вращения и
равное ей количество циклов на задатчике электронного блока.
Зафиксируйте рейку ТНВД в положении выключенной подачи
топлива. Определяйте количество подаваемого топлива секциями
насоса при равномерном (через 1 мм) перемещении рейки до по-
ложения, соответствующего максимальному значению подачи
при постоянном количестве циклов.
     Определите цикловую подачу и неравномерность подачи
топлива по секциям насоса. Нанесите полученные данные на
график.


        3.1.1. Анализ нагрузочной характеристики ТНВД

    Нагрузочная характеристика ТНВД (по подаче топлива)


                               43

снимается при постоянной частоте вращения кулачкового вала и
равномерном перемещении рейки (вращении винта номинальной
подачи) на увеличение подачи.
     Строится нагрузочная характеристика в функции условной
шкалы перемещения рейки (оборотов винта номинальной пода-
чи).
     Перемещение рейки в сторону увеличения подачи вызывает
поворот зубчатого сектора и втулки и увеличение активного хода
плунжера. В результате зависимость цикловой подачи насоса от
хода рейки представляется почти линейной (рис. 3.1).




               Рис. 3.1. Нагрузочная характеристика ТНВД

     Одновременно неравномерность подачи топлива по секциям
насоса снижается до допустимого значения, так как отклонение


                             44

цикловой подачи секции от среднего значения при увеличении
этого среднего значения в процентном отношении уменьшается.
Дело в том, что обычно неравномерность определяется как отно-
шение величины отклонения подачи к ее среднему значению.
При этом величина отклонения задается плотностью плунжерной
пары и всегда постоянна (так как длительность впрыскивания из-
меняется не в очень большой степени), а среднее значение пода-
чи с увеличением нагрузки возрастает в несколько раз.
     Наибольшее значение цикловой подачи должно превышать
ее номинальное значение не менее чем в два раза. Соблюдение
указанного условия позволяет обеспечивать коррекцию подачи
при пусках и перегрузке дизеля, получать требуемую величину
подачи даже при значительных износах плунжерных пар, а также
обеспечивает возможность работы дизеля на альтернативных то-
пливах с меньшей, чем у дизельного топлива, низшей расчетной
теплотой сгорания и, соответственно, большей цикловой пода-
чей.


          3.2. Нагрузочная характеристика дизеля

     Включите стенд, запустите дизель. Изменением нагрузки и
подачи топлива установите заданную частоту вращения коленча-
того вала дизеля при нулевом значении нагрузки. Определите по-
казания приборов в установленном режиме.
     Равномерно увеличивая подачу топлива до максимального
значения при постоянной частоте вращения вала, определите по-
казания приборов не менее чем при 7 значениях нагрузки.
     Полученные опытные и расчетные данные нанесите на гра-
фик.
     Проанализируйте характер изменения кривых в зависимости
от нагрузки дизеля, определите допустимые значения нагрузки.


        3.2.1. Анализ нагрузочной характеристики дизеля

    Нагрузочная характеристика дизеля - это зависимость ос-
новных параметров его работы от нагрузки при постоянной час-


                              45

тоте вращения коленчатого вала.
     Снимают нагрузочную характеристику при оптимальном
для данной частоты вращения установочном угле опережения
впрыскивания топлива путем последовательного увеличения по-
дачи топлива в пределах изменения нагрузки от минимальной до
полной.
     На графике, представляющем нагрузочную характеристику,
по оси абсцисс откладывают параметры, по которым судят о на-
грузке (среднее эффективное давление и др.), а по оси ординат -
основные показатели работы дизеля (рис. 3.2).
     При работе дизеля по нагрузочной характеристике фактором
внешнего воздействия на рабочий процесс является только изме-
нение количества топлива, поступающего в цилиндр за цикл. При
этом изменяются условия протекания рабочего процесса, а следо-
вательно, мощность и экономичность дизеля.
     Основным параметром, оценивающим экономичность рабо-
ты дизеля, является удельный эффективный расход топлива.
     При нагрузке, соответствующей режиму холостого хода (ле-
вая часть рис. 3.3) Ne = 0 и ηм = 0, поэтому ge → ∞ .
     Эффективные показатели дизеля тем лучше, чем выше ис-
пользование теплоты и меньше механические потери в дизеле.
     При малых нагрузках дизеля коэффициент избытка воздуха
равен 3,5...4,0. Максимальные значения предела эффективного
обеднения смеси определяются качеством процессов распылива-
ния топлива, смесеобразования, турбулизации заряда, интенси-
фикации диффузионного догорания топлива в последней части
заряда.
     Впрыскиваемая на малых нагрузках небольшая цикловая до-
за топлива не успевает равномерно смешаться с находящимся в
камере сгорания воздухом, и топливовоздушная смесь в локаль-
ных зонах горения при общей большой обедненности смеси ока-
зывается значительно обогащенной. Это увеличивает скорость и
полноту сгорания в локальных зонах при уменьшении цикловой
дозы топлива и, следовательно, нагрузки при общем коэффици-
енте избытка воздуха, равном 3,0...3,5. Тем самым объясняется
устойчивая работа дизеля при этом составе смеси. Уменьшением
количества выделяющейся теплоты и степенью ее использования


                                46




               Рис. 3.2. Нагрузочная характеристика дизеля

(из-за возрастания действительной степени расширения продук-
тов сгорания) объясняется рост индикаторного удельного расхода
топлива и уменьшение индикаторного КПД.
      При значительном обеднении смеси (α > 4,0), соответст-
вующем очень малым нагрузкам дизеля, полнота сгорания
уменьшается. Это связано со снижением температурного режима
дизеля, ухудшением качества распыливания, что приводит к воз-
растанию периода задержки воспламенения и, соответственно, к
нарушению условий смесеобразования. При больших задержках
значительная часть капель топлива успевает испариться и обра-
зовать зоны однородной переобедненной смеси, в которой горе-
ние сильно замедленно или вообще невозможно.
      С ростом нагрузки в дизелях происходят следующие про-
цессы. Уменьшается коэффициент избытка воздуха. Растет меха-


                               47

нический КПД, вследствие чего растет индикаторный КПД, сни-
жается удельный эффективный расход топлива, причем чем бы-
стрее повышается ηм, тем быстрее снижается gе.
      С увеличением нагрузки повышается температура масляно-
го слоя, что до определенной степени снижает потери на трение,
дальнейшее повышение нагрузки вызывает оказывающий влия-
ние рост давления газов в цилиндре, что должно приводить к их
увеличению. Однако можно считать потери на трение в дизелях с
изменением нагрузки почти неизменными.
      Так как Ne = Ni - Nм, то с увеличением нагрузки все большее
количество теплоты идет на совершение эффективной работы,
поэтому растут значения Nе и крутящего момента.
      С увеличением цикловой дозы топлива растет часовой рас-
ход топлива и температура отработавших газов, по ее значениям
должна контролироваться допустимая температура наиболее от-
ветственных деталей дизеля.
      Оптимальные значения эффективного КПД и удельного эф-
фективного расхода топлива в дизеле имеют место при опреде-
ленной нагрузке - 80...85 % от полной. Именно в этом же диапа-
зоне нагрузок имеет максимальное значение ηе и минимальное -
ge. Коэффициент избытка воздуха при этом составляет
α = 1,4…1,5.
      Достижение максимума ηе свидетельствует о наибольшей
эффективности использования теплоты в дизеле при данной на-
грузке. Именно здесь достигается оптимальная скорость процесса
сгорания топлива из-за высокого качества его распыливания и
хорошего смесеобразования, т.е. лучшая организация рабочего
процесса дизеля, обеспечивающая возможность длительной и на-
дежной его работы с наибольшей экономичностью (средняя часть
кривых на рис. 3.2).
      Как правило, увеличение цикловой дозы топлива ограничи-
вают некоторым значением. Если этого не придерживаться, то
дальнейшее увеличение нагрузки при α > 1,3 приведет к резкому
ухудшению процесса сгорания. В первую очередь это объясняет-
ся недостатком в воздухе кислорода, необходимого для окисле-
ния впрыснутого в цилиндр топлива. Полное сгорание топлива не
обеспечится, резко повысится температура газов в цилиндре. В
условиях высокой температуры и недостатка кислорода в воздухе


                              48

несгоревшее углеводородное топливо будет подвергаться пиро-
лизу (термическому крекингу) с образованием твердых частиц
углеводородов - сажи. Сажа вместе с отработавшими газами бу-
дет выбрасываться в атмосферу - дизель начнет дымить. Повы-
шение температуры газов в цилиндре дизеля приводит к перегре-
ву деталей цилиндропоршневой группы, что может вывести ди-
зель из строя.
     На нагрузочной характеристике (правая часть графиков на
рис. 3.2) о такой недопустимой нагрузке будут свидетельствовать
резкое увеличение значений gе, gi, Gт, tr, дымности отработавших
газов, понижение α, ηi, ηе.


                 3.3. Нагрузочная характеристика
                     карбюраторного двигателя

     Включите стенд, запустите двигатель.
     Изменением нагрузки и подачи топлива установите задан-
ную частоту вращения коленчатого вала двигателя при нулевом
показании тормозного устройства. Определите показания прибо-
ров в установленном режиме.
     Увеличивайте подачу топлива. Одновременно отклонение
частоты вращения вала от заданной компенсируйте увеличением
нагрузки на валу двигателя.
     Равномерно увеличивая подачу топлива, а следовательно, и
нагрузку на валу двигателя, до максимального значения, опреде-
лите показания приборов не менее чем при 7 значениях нагрузки
двигателя.
     Полученные опытные и расчетные данные нанесите на гра-
фик.
     Проанализируйте характер изменения кривых в зависимости
от нагрузки двигателя, определите оптимальные режимы работы
(допустимые значения нагружения).


                              49

            3.3.1. Анализ нагрузочной характеристики
                    карбюраторного двигателя

     Нагрузочная характеристика карбюраторного двигателя -
это зависимость основных параметров его работы от нагрузки
(рис. 3.3). Снимается характеристика при постоянной частоте
вращения коленчатого вала и изменении открытия дроссельной
заслонки от соответствующего холостому ходу до полного ее от-
крытия.
     Так как в условиях эксплуатации карбюраторный двигатель
работает в широком диапазоне частоты вращения, то для всесто-
роннего анализа желательно снимать несколько нагрузочных ха-
рактеристик для различных значений частоты вращения. При
этом для каждого режима устанавливается оптимальный угол
опережения зажигания.
     С повышением нагрузки двигателя часовой расход топлива
начинает увеличиваться (слева направо по рис. 3.3), так как уве-
личивается разрежение в диффузоре при открытии дроссельной
заслонки. Соответственно, увеличение количества сгорающего в
цилиндре топлива вызывает более сильный нагрев стенок цилин-
дра, рост средней температуры цикла и температуры отработав-
ших газов. Одновременно растет количество образующихся при
сгорании газов, а значит, среднее индикаторное и среднее эффек-
тивное давления.
Эффективная мощность и крутящий момент двигателя, прямо
пропорционально зависящие от значений среднего эффективного
давления, также начинают возрастать. Ввиду того, что в карбю-
раторном двигателе топливо поступает в цилиндр в виде топли-
вовоздушной смеси, при увеличении нагрузки (открытии заслон-
ки) расход воздуха также увеличивается. Зависимость коэффици-
ента избытка воздуха от нагрузки неоднозначна. При малых на-
грузках и почти полностью закрытой заслонке (левая часть гра-
фика, на рис. 3.3) система холостого хода обеспечивает обогаще-
ние смеси, значение коэффициента избытка воздуха мало. С уве-
личением нагрузки смесь все более обедняется. Наиболее эконо-
мичная работа двигателя обеспечивается карбюратором на на-
грузках, составляющих 75…85 % от полной.



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика