Файл: Взоров, Б. А. Форсирование тракторных двигателей.pdf

Необходимым минимумом являются следующие зависимости: коэффициента наполнения "щ- от частоты вращения и среднего эффективного давления ре; индикаторного к. п.д. тц- от частоты вращения, коэффициента избытка воздуха1 а и среднего инди­ каторного давления рр среднего давления механических по­ терь рм. п от частоты вращения2.

2. НАПОЛНЕНИЕ ЦИЛИНДРОВ

Для. повышения частоты вращения тракторного дизеля, рабо­ тающего с регулятором частоты вращения, достаточно изменить затяжку пружины регулятора и увеличить цикловую подачу топ­ лива. Последнее необходимо для повышения среднего индика­ торного давления р; с целью увеличения среднего эффективного давления рс и компенсации возрастания среднего давления механических потерь рм. Г1 при новом повышенном скоростном режиме.

Упомянутые средние давления связаны следующей зависи­ мостью:

Р е + Ь Р с = P i + * P l - ( Р м.„ + А Р м .п ) ’

где ре, Pi и рм. п— средние давления до форсирования: эф­ фективное, индикаторное и механиче­ ских потерь;

Аре, Ар,- и Дрм. п — приращения при увеличении соответст­ вующих средних давлений.

Из сказанного выше следует, что

APi = Ар е -1- Дрк п.

Обозначив средние давления при форсировании реф, р,-ф, р.м. п. ф, получим

Ргф = РеФ + Рм.п.ф

и

Р1Ф= Pi + АРе + Ар„.п-

Повышение р,- до р,-ф, а следовательно, и увеличение цик­ ловой подачи топлива влечет за собой уменьшение коэффи­ циента наполнения дизеля, даже при условии малой зависимости наполнения от частоты вращения. Это объясняется изменением теплового состояния дизеля и возрастанием температуры воз­ душного заряда, что уменьшает его плотность. Однако в боль­ шинстве дизелей коэффициент наполнения зависит от частоты

1 Здесь, как и п последующем, говорится о коэффициенте избытка возду­ ха а вне зависимости от температуры воздуха. Влияние температуры при одинаковых значениях а па показатели дизеля мало.

- В механические потери входят также потери насосных ходов при впу­ ске воздуха в дизель и выпуске отработавших газов.

22

•вращении, понижаясь при ее увеличении. Это происходит'вслед­ ствие сокращения времени-сечения впускных клапанов и ухуд­ шения наполнения. Отсюда следует, что понижение коэффи­ циента наполнения в результате форсирования по частоте вра­ щения и увеличения среднего эффективного давления может оказаться значительным. На рис. 4 приведено изменение коэф-

р (,=6 кгс/см2; ---------А-01; — • — Д -2-10;----------А-41

■фициента наполнения т]у тракторного дизеля А-41 в зависимости от среднего эффективного давления ре для нескольких частот вращения. Из кривых видно влияние обоих факторов — ре и п на т)г. Так, например, форсирование от 1750 до 2000 об/мин при одновременном увеличении ре от 6 до 7 кгс/см2 приводит к уменьшению коэффициента наполнения от 0,815 до 0,775, т. е.

на 5%.

На рис. 5 и 6 показано изменение коэффициентов напол­ нения в зависимости от частоты вращения некоторых отечест­ венных и зарубежных тракторных дизелей. Приведенные кривые подтверждают сказанное о различном характере изменения tjv— плавное изменение, мало зависящее от частоты вращения в ши­ роком ее диапазоне; максимум в некотором интервале частот вращения; волнообразное изменение, свидетельствующее о коле­ бательном процессе во впускном трубопроводе.

Неоднократно проведенные исследования показывают, что ■с увеличением частоты вращения индикаторный к. п.д. повы­ шается. На рис. 7 представлена зависимость индикаторного к. п.д. от частоты вращения при трех значениях среднего инди­ каторного давления, полученная в результате исследования экс­ периментального образца тракторного дизеля. Увеличение час­ тоты вращения при форсировании может только частично компенсировать то уменьшение индикаторного к. п.д., которое лропсходит вследствие понижения коэффициента наполнения и увеличения цикловой подачи, обеспечивающей необходимое по-, вышенне р;. Последние два фактора могут привести к такому

23

уменьшению коэффициента изоытка воздуха а, при котором значительно ухудшается индикаторный к. п.д. и топливная эко­ номичность дизеля. Это вместе с большим возрастанием меха­ нических потерь и является основной причиной, препятствующей в ряде случаев получению заданных мощности и экономичности при форсировании дизеля повышением частоты вращения без внесения конструктивных пз нений.

Очевидно, что одной пз главных задач при форсировании является обеспечение такого воздушного заряда, который позво­ ляет получить приемлемый коэффициент избытка воздуха а при увеличенной подаче топлива.

Судя по опыту форсирования некоторых тракторных дизелей, допустимыми значениями коэффициента избытка воздуха на номинальном режиме является а^1,45, а на режиме максималь­ ного крутящего момента 1,25. Эти значения можно прини­ мать для неразделенных камер сгорания. Снижение механиче­ ских потерь и улучшение рабочего процесса позволяют улучшить экономичность при указанных значениях а или сохранить имею­ щийся уровень удельных расходов топлива при меньших коэф­ фициентах избытка воздуха.

Эффективным средством улучшения показателей дизеля при форсировании является увеличение количествавоздуха, посту­ пающего в него. Это может быть достигнуто увеличением вре­ мени открытия клапанов, проходного сечения клапанов за счет изменения их диаметра или числа (реже — высоты подъема), созданием акустического наддува путем подбора впускного тру­ бопровода оптимальной длины.

3. ФАЗЫ Г АЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Продолжительность открытия клапана, выражаемая в граду­ сах поворота коленчатого вала дизеля, зависит от профиля кулачка валика механизма газораспределения и обратно про-

24

порциональиа частоте вращения. Отсюда следует, что продол­ жительность открытия должна быть тем больше, чем больше номинальная частота вращения дизеля.

Однако это положение справедливо только в случае измене­ ния частоты вращения какой-либо определенной модели. У вы­ пускаемых тракторных дизелей различных моделей указанная связь между частотой вращения и продолжительностью откры­ тия клапанов отсутствует. Часто у быстроходных дизелей про­ должительность открытия клапанов меньше, чем у менее быстро­ ходных дизелей. Это подтверждается табл. 3, содержащей фазы газораспределения некоторых отечественных и зарубежных тракторных дизелей.

Таблица 3

•Фазы газораспределения некоторых отечественных и зарубежных тракторных дизелей

Из таблицы видно, что, например, дизели ВМС ОАЕ/2 и SAME 954V имеют одинаковые частоты вращения — 2000 об/ыпн и разные продолжительности открытия впускных клапанов: 222 и 235° Дизель «Форд 590Е» с частотой вращения

25

2250 об/мин имеет продолжительность открытия впускного клапана 220°, а дизель «Роллс-Ройс C6.SFL-101G» при 1800 об/мин — 242°. Отсутствие закономерности между частотой вращения и продолжительностью открытия клапанов, наблюдае­ мое и у других дизелей, в том числе и отечественных, объяс­ няется следующим. Продолжительность открытия и частота

«Опаздывание закрытия» впускного и «предварение откры­ тия» выпускного клапана существенно влияют на улучшение наполнения цилиндров дизеля и очистку их от продуктов сго­ рания и тем эффективнее, чем больше частота вращения. На рис. 8 показано изменение коэффициента наполнения в зависи­ мости от частоты вращения для двух вариантов фаз газорас­ пределения [14]. Кривая / соответствует открытию и закрытию впускного клапана в мертвых точках, а кривая 2 — «предваре­ нию открытия» впускного клапана, равному 10°, и «опаздыва­ нию закрытия», равному 56°. В обоих случаях средние площади открытия клапанов были одинаковыми из-за разных высот подъема (7,6 и 5,6 мм). При частотах вращения п>1000 об/мин коэффициент наполнения при «опаздывании открытия» больше, чем коэффициент наполнения при отсутствии «опаздывания». Разница в значениях коэффициента возрастает по мере уве­ личения частоты вращения и при 2200 об/мин составляет около 11%- При частотах вращения п<1000 об/мин наблюдается пре­ вышение коэффициента наполнения при отсутствии «опаздыва­ ния» над коэффициентом наполнения при «опаздывании» от­ крытия. Это объясняется тем, что на малых частотах вращения «опаздывание закрытия» впускного клапана приводит к вытал­ киванию движущимся поршнем части воздуха, поступившего в цилиндр.

По поводу значения перекрытия клапанов существуют раз­ ные точки зрения, одна из которых заключается в том, что

26