Файл: Нигматулин И.Н. Тепловые двигатели учеб. пособие.pdf

(рис. 3-63) предназначен для привода центробежного газового компрес­ сора.

Двигатель 11ГД100 имеет приводную объемную воздуходувку типа «Рут», после которой воздух поступает в цилиндр; при этом дав­ ление продувочного воздуха составляет 1,20ч-1,28 бар. Степень сжа­ тия двигателя 12-=-14.

На двигателе 1ГД100, как и на турбопоршневом двигателе 1 ОД 100, применена комбинированная система наддува: в первой ступени рабо­ тают два свободных турбокомпрессора, во второй — приводной цент­ робежный компрессор. На выходе из этого компрессора воздух посту­ пает сначала в холодильники, а затем в цилиндры. Давление наддува l,7-f-l,8 бар. Удельный вес двигателя 9,3 кг/кВт.

Рабочие процессы в цилиндре и в форкамере протекают следующим образом. Вначале за 58° до н.м.т. нижний поршень открывает выпуск­ ные окна (рис. 3-64), и начинается выпуск отработавших газов. Затем через 16° поворота коленчатого вала верхний поршень открывает впускные окна, воздух из ресивера под давлением начинает поступать в цилиндр, осуществляется его продувка и наполнение. За 58°после н.м.т. закрываются выпускные окна, а через 8° верхний поршень за­ крывает впускные окна. За 10ч-12° до закрытия выпускных окон ку­ лачком 3 открывается газовпускной клапан 2, и топливный газ через форсуночные отверстия поступает в цилиндр в течение времени пово­ рота коленчатого вала на 60°. В процессе впуска газа и дальнейшего сжатия заряда в цилиндре сближающимися поршнями газ смешива­ ется с воздухом. В конце сжатия топливно-воздушная смесь в цилиндре поджигается факелом, выбрасываемым из форкамеры 4, и происходят процессы сгорания и расширения. Количество подаваемого топлив­ ного газа в цилиндр устанавливается дозирующим органом /, управ­ ляемым регулятором.

Форкамера 4 соединена с цилиндром калиброванным отверстиемсоплом, объем форкамеры составляет 34-4% от объема камеры сжатия. В форкамере установлены свеча зажигания 5 и автоматический кла­ пан 6 для подачи топливного газа. Давление подаваемого газа в форкамеру регулируется в зависимости от режима работы двигателя. Когда сила давления топливного газа на тарелку автоматического клапана превысит силу затяжки пружины и давления газов в форка­ мере, автоматический клапан открывается и происходит продувка и наполнение форкамеры топливным газом.

В процессе сжатия с повышением давления в цилиндре и форкамере автоматический клапан закрывается, обедненная смесь перетекает че­ рез соединяющее сопло из цилиндра в форкамеру. В результате сме­ шения топливного газа с обедненной смесью в конце сжатия в форка­ мере образуется обогащенная, легко воспламеняющаяся горючая смесь. В нужный момент между контактами свечи проскакивает элект­ рическая искра, горючая смесь воспламеняется, давление резко по­ вышается и через соединительное сопло выбрасывается горящее топ­ ливо (факел) в основную камеру сгорания. Выбрасываемый из форка­ меры факел является мощным очагом воспламенения и обеспечивает эффективное и устойчивое зажигание относительно бедной топливовоздушной смеси в камере сгорания двигателя.

358

Глава 3-5

Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И Д В И Г А Т Е Л Е Й ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

§3-19. Режимы работы двигателей

Впаспорте стационарных, судовых, тракторных и тепловозных двигателей обычно указаны номинальная мощность и номинальное

число оборотов двигателя. Номинальной мощностью Nnou называется мощность, гарантируемая заводом-изготовителем для постоянных эксп­ луатационных условий работы двигателя. Номинальным числом обо­ ротов ?гн о м называется число оборотов коленчатого вала, при котором развивается эта мощность.

Наибольшую мощность, которую может развивать двигатель, на­ зывают максимальной мощностью Nmax. В паспорте автомобильных двигателей иногда указывают максимальную мощность и соответст­

При этом число оборотов может изменяться в определенных для каж­ дого двигателя пределах.

Наименьшее число оборотов, при котором двигатель при полной подаче топлива и воздуха может устойчиво работать, развивая соот­ ветствующий крутящий момент в течение не менее 10 мин, называют минимальным числом оборотов.

Наименьшее число оборотов, при котором двигатель может устой­ чиво работать без нагрузки в течение не менее 10 мин, называют мини­ мальным числом оборотов холостого хода.

Минимальное устойчивое число оборотов дизеля зависит от: 1) кон­ струкции и состояния топливоподающей системы; люфты в сочлене­ ниях рычагов и тяг управления топливным насосом, величины зазоров в плунжерных парах топливного насоса и их различия по секциям, неодинаковые площади сечения отверстий распылителей и усилие за­ тяжки пружин форсунок, различная длина нагнетательных трубопро­ водов к форсункам сильно влияют на устойчивость работы при малых оборотах; 2) совокупности всех условий, определяющих воспламене­ ние и сгорание топлива в цилиндре двигателя; сюда входит влияние степени сжатия, температуры самовоспламенения и других показателей качества топлива; 3) конструкции камеры сгорания, что существенно влияет на качество смесеобразования; 4) угла опережения впрыска

иот качества распыливания топлива при малых оборотах.

Суменьшением числа оборотов несколько ухудшается распыливание топлива вследствие снижения давления перед форсункой; кроме того, вследствие утечки газов через неплотности между поршнем, порш­ невыми кольцами и цилиндром снижаются температура и давление конца сжатия, что увеличивает период задержки воспламенения.

360

Поэтому работа двигателя на малых оборотах характеризуется повы­ шенной скоростью нарастания давления в цилиндре, и, следователь­ но, большей жесткостью и меньшей устойчивостью. Уменьшение угла опережения впрыска по мере снижения оборотов благоприятно влияет на устойчивость работы двигателя.

Наибольшее число оборотов, которое по условиям рабочего про­ цесса и прочности деталей может выдерживать двигатель при доста­

виями (ухудшением протекания рабочего процесса, снижением напол­ нения цилиндров, повышением термической напряженности деталей, повышением инерционных усилий в механизмах двигателя, ухудше­ нием механического к.п.д. и пр.).

Для каждого числа оборотов крутящий момент и соответственно эффективная мощность, снимаемая с вала двигателя, могут изменять­ ся от нуля (холостой ход) до некоторого максимального значения. Изменение крутящего момента и мощности при определенном числе оборотов достигается изменением количества или качества свежего заряда, подаваемого в цилиндр двигателя, что осуществляется орга­ нами управления. В двигателях с внешним смесеобразованием (кар­ бюраторных и газовых) это достигается перестановкой дроссельной заслонки, в двигателях с внутренним смесеобразованием (в дизелях)— воздействием на топливный насос.

При работе двигателя на максимальной мощности подается соот­ ветственно большее количество топлива; при этом коэффициент из­ бытка воздуха снижается, несколько ухудшается рабочий процесс, увеличивается догорание топлива в процессе расширения, температу­

Режим работы двигателя при эксплуатации определяется условием равенства мощности на валу двигателя и мощности, поглощаемой потребителем, которая обычно не остается постоянной, а меняется в довольно широком диапазоне.

Необходимая мощность в транспортных силовых установках за­ висит не только от заданной скорости машины, но и от многих других факторов (для автомобиля — от состояния дороги, веса перевозимого груза; для трактора — от состояния почвы, глубины пахоты, характе­ ра прицепных орудий; для тепловоза — от веса поезда и угла подъема и т. д.). Нагрузка на транспортный двигатель при эксплуатации бес­ прерывно изменяется. Такое колебание нагрузки вызывается неоднородностью рельефа местности и физических свойств почвы, в связи с чем сопротивление перекатыванию двигателя машины и бук­ сируемых агрегатов непрерывно меняется. Кратковременное повыше­ ние сопротивления движению преодолевается кинетической энергией поступательно движущихся и вращающихся масс, а более длитель­ ное и значительное—• за счет резерва крутящего момента двигателя. В дизелях повышение крутящего момента достигается увеличением по-

361

даваемого насосом топлива, а в карбюраторных и газовых двигате­ лях — большим открытием дросселя или, если дроссель уже пол­ ностью открыт, обогащением горючей смеси.

Таким образом, при эксплуатации как потребная мощность, так и число оборотов двигателя непрерывно меняются. Поэтому при иссле­ довании работы двигателя нельзя ограничиваться изучением какоголибо одного, постоянного режима, необходимо проанализировать ра­ боту двигателя при переменном режиме его работы.

Зависимости ряда показателей двигателя (мощности, крутящего момента, расхода топлива, к.п.д. и т. д.) от одной из основных изменяе­ мых величин, характеризующих режим его работы (число оборотов, нагрузка, коэффициент избытка воздуха и др.), называются характе­ ристиками двигателя. Такие характеристики помогают выявить воз­ можности применения данного двигателя в тех или иных условиях эксплуатации и дать ему технико-экономическую оценку. Характе­ ристики получаются обычно экспериментальным путем при испыта­ нии двигателя с помощью тормозных установок.

При исследовании и эксплуатации двигателей внутреннего сгора­ ния пользуются различными характеристиками. Основными и наибо­ лее употребительными из них являются скоростная, винтовая и нагру­ зочная характеристики.

Скоростные характеристики выявляют в основном эксплуатацион­ ные качества транспортных (автомобильных, тракторных, тепловоз­ ных), судовых и авиационных двигателей; винтовые — судовых и авиационных; нагрузочные — стационарных, тепловозных и судовых двигателей, работающих на электрогенераторы постоянного числа оборотов. Нагрузочные характеристики широко используются также

Характеристики, отражающие изменение основных показателей двигателей в зависимости от числа оборотов, называются скоростными

ристики.

Скоростная характеристика, показывающая максимально возмож­ ную мощность двигателя в зависимости от числа оборотов, называется внешней характеристикой мощности двигателя. На рис. 3-65 кривые а иллюстрируют такую внешнюю характеристику мощности двигателя соответственно карбюраторного и дизеля. Если вместо эффективной мощности будет указано максимально возможное при заданном числе оборотов среднее эффективное давление или пропорциональный ему максимально возможный крутящий момент, то такая зависимость в первом случае называется внешней характеристикой эффективного давления, во втором случае — внешней характеристикой крутящего момента.

362