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

При снятии внешней характеристики дизеля полезный ход плун­ жера топливного насоса при всех скоростях остается постоянным, т. е. работа двигателя происходит при неизменном положении регули­ рующего органа топливного насоса. В тех двигателях, где конструк­ ция насоса это позволяет, при снятии внешней характеристики кор­ ректируется регулировка начала подачи топлива в зависимости от чис­ ла оборотов.

В карбюраторных и газовых двигателях внешняя характеристика снимается при полном открытии дроссельной заслонки; если конст­ рукция позволяет, то для каждого режима работы двигателя устанав­ ливают наивыгоднейший угол опережения зажигания.

внешними потому, что они показывают внешнюю границу области возможной работы двигателя; вне этой области, т. е. выше кривых, силовая установка не может работать.

В том случае, если скоростная характеристика показывает не мак­ симально возможную, а только частичную мощность или соответствен­ но частичное среднее эффективное давление при заданном неизмен­ ном положении органа управления питания двигателя (при частич­ ном полезном ходе плунжера топливного насоса в дизелях, при час­ тичном открытии дроссельной заслонки в карбюраторных и газовых двигателях), она называется частичной скоростной характеристикой двигателя. Частичные скоростные характеристики мощности двигате­ ля иллюстрируются на рис. 3-65 и 3-66 кривыми Ъ.

Любые значения мощности, крутящего момента или среднего дав­ ления, лежащие ниже кривых внешней характеристики, можно полу­ чить, уменьшив подачу топлива (в дизелях) или горючей смеси (в кар­ бюраторных и газовых двигателях). Частичных характеристик может быть неограниченное количество, а внешняя характеристика при дан-

363

ной регулировке топливоподающей системы (насоса или карбюратора) может быть только одна.

Максимум кривой частичной характеристики Ne = f (га) карбю­ раторных двигателей по мере дросселирования сдвигается в сторону меньших оборотов. Это объясняется тем, что по мере прикрывания дроссельной заслонки в связи с увеличением сопротивления при вса­

В судовых и транспортных дизелях различают еще внешние ха­ рактеристики предельных (абсолютно максимальных) и эксплуата­ ционных мощностей.

Внешняя характеристика предельных мощностей получается при регулировании топливного насоса на подачу такого количества топ­ лива, при котором на всем диапазоне числа оборотов имеет место мак­ симально достижимое среднее индикаторное давление в двигателе (кривая а на рис. 3-67). При работе двигателя на режиме предельных мощностей резко увеличивается неполнота сгорания, выпускаемые газы принимают черный цвет, сильно повышается тепловое напряже­ ние двигателя; экономичность двигателя значительно ухудшается. При эксплуатации крупных двигателей не разрешается работать на режиме предельных мощностей даже кратковременно, так как вследст­ вие высоких температурных напряжений может произойти заедание и прогорание поршня и выпускных клапанов, пригорание поршневых колец, появление трещин в цилиндре, в головке и т. д. Для некоторых видов быстроходных двигателей допускается кратковременная работа на отдельных точках предельной характеристики.

При снятии внешней характеристики эксплуатационных мощнос­ тей двигатель регулируется так, что на всем диапазоне числа оборотов имеют место наибольшие средние индикаторные давления, при кото-

364

рых тепловые напряжения в деталях не превышают допустимых ве­ личин и обеспечивают удовлетворительные смесеобразование и сгора­ ние топлива. В судовых установках внешние характеристики эксплуа­ тационных мощностей разделяют еще на характеристику наибольшей эксплуатационной мощности и характеристику номинальной (полной) эксплуатационной мощности (соответственно кривые Ь и с на рис. 3-67). В транспортных установках такого деления обычно не производят. Работа двигателя на режиме наибольшей эксплуатацион­ ной мощности обычно ограничивается 2-т-З ч, а на номинальном (пол­ ном) эксплуатационном режиме допускается без ограничения времени.

§ 3-21. Характеристики двигателей при различных способах регулирования

Поддержание скорости вращения вала двигателя в определенном диапазоне обеспечивается автоматическими регуляторами числа обо­ ротов. Регуляторы бывают однорежимные (предельные), двухрежимные (ограничивающие n m a x и n m i n ) и всережимные (поддерживающие заданное любое число оборотов).

Однорежимным, или предельным, называется регулятор, который

рактеристики двигателя при работе с предельным регулятором. При числе оборотов вала двигателя выше пном регулятор, воздействуя на орган управления топливным насосом дизеля (на дроссельную заслон­ ку карбюраторного и газового двигателя), уменьшает подачу топлива (горючей смеси), в связи с чем крутящий момент и мощность двигате­ ля резко падают и обороты снижаются до п1 Ю М . При предельном числе оборотов двигателя я п р подача топлива уменьшается настолько, что двигатель может работать только на холостом ходу.

Таким образом, при данном регуляторе число оборотов двигателя при полной нагрузке не может быть больше п1ЮЫ, а при холостом хо­ де — больше л п р (что достигается соответствующим натяжением пру­ жины регулятора).

В карбюраторных двигателях повышение п не вызывает заметного ухудшения рабочего процесса, так как карбюратор почти всегда обес­ печивает поддержание нужного состава горючей смеси; инерционные усилия в них менее опасны, чем в дизелях, так как детали шатуннокривошипного механизма характеризуются относительно небольшим весом. В связи с этим кратковременное превышение оборотов даже на 40-7-50 % выше птм карбюраторные двигатели выдерживают без осо­ бого ущерба.

Кроме того, по характеристикам карбюраторных двигателей и ди­ зелей (см. рис. 3-65 и 3-66) видно, что при регулировании карбюратор­ ного двигателя на малых нагрузках число оборотов при внезапном сбросе нагрузки не будет особенно повышаться и при сохранении не­ изменным прежнего регулирования. В дизелях же скорость вращения вала при сбросе нагрузки (при любом регулировании) будет резко

365

повышаться и может даже привести к разносу двигателя. Поэтому на автомобильных карбюраторных двигателях предельные регуляторы обычно не устанавливаются. Регуляторами карбюраторные двигатели снабжаются только в тех случаях, когда по условиям эксплуатации необходимо поддерживать постоянное число оборотов (привод электро­ генератора, компрессора, воздуходувки, насоса и т. д.) или же в усло­ виях частого и резкого изменения нагрузки требуется сохранить за­ данный скоростной режим, что характерно, например, для двигателей, устанавливаемых на тяжелые транспортные машины. Что касается

топлива по крайней мере на двух скоростных режимах — при боль­ ших и малых оборотах. Тогда при работе двигателя на холостом ходу по мере увеличения числа оборотов регулятор будет уменьшать пода­ чу топлива, и наоборот, при уменьшении оборотов подача топлива будет возрастать.

На рис. 3-69, а, б показаны внешние и частичные характеристики соответственно эффективной мощности и крутящего момента двигате­ ля с двухрежимным регулятором. По мере повышения скорости вра­ щения вала двигателя подача топлива под действием пружины малых оборотов вначале уменьшается, соответственно снижается и крутящий момент (кривые а—Ъ и с—d). Но при п = nt 4-nH 0 M регулятор не дейст­ вует на топливный насос, и количество подаваемого топлива можно изменить в данном интервале оборотов только посторонним воздейст­ вием (машиниста, водителя) на привод управления топливным насо­

дельный регулятор, резко уменьшает подачу топлива, вызывая быст­ рое падение среднего эффективного давления, крутящего момента и эффективной мощности.

366

В дизелях, которые предназначаются для работы в таких условиях, где необходимо при быстро меняющихся нагрузках поддерживать за­ данные обороты, устанавливают всережимный регулятор. Такие ус­ ловия эксплуатации характерны для некоторых транспортных и су­ довых установок.

В двигателе с всережимным регулятором каждому положению рычага (педали) управления топливным насосом соответствует своя частичная характеристика, протекающая в узком интервале чисел оборотов An (рис. 3-70, а, б, кривые 2—6); величина этого интервала зависит при данной затяжке пружин от степени неравномерности регулятора. Количество подаваемого за цикл топлива изменяется для каждой частичной характеристики от максимальной подачи до мини­ мальной, необходимой только для поддержания холостого хода. Соот­ ветственно этому кривые эффективной мощности и крутящего момента идут сначала по внешней характеристике, например на участке а—Ь, где регулятор никакого влияния на количество подаваемого топлива не оказывает (см. рис. 3-70, а, б); при дальнейшем же повышении обо­ ротов в результате воздействия регулятора крутящий момент и эф­ фективная мощность снижаются до нуля (участок Ъ—с).

Машинист (водитель), воздействуя на натяжение пружины регуля­ тора, переводит работу двигателя с одной частичной характеристики на другую, задавая таким образом любой скоростной режим. В слу­ чае внезапного сброса нагрузки всережимный регулятор допускает

367