книги из ГПНТБ / Багиров Д.Д. Двигатели внутреннего сгорания строительных и дорожных машин

сопротивление. Однако при очень высоком коэффициенте приспо­ собляемости выигрыш в мощности и топливной экономичности становится менее ощутимым и не оправдывается техническими трудностями, преодолеваемыми для его достижения. Поэтому существуют оптимальные значения этого параметра для двига­ телей каждого типа машин. Существуют также и оптимальные зна­ чения для коэффициента снижения частоты вращения, при кото­ ром достигаются наиболее высокие выходные показатели дви­ гателя.

Карбюраторные двигатели обладают довольно большим запа­ сом крутящего момента, и коэффициент приспособляемости у них находится в пределах k — 1,2-ь1,4. У дизеля кривая крутящего момента протекает более полого и коэффициент приспособляемости составляет всего k = 1,05-4-1,15. Однако применением турбонад­ дува это значение можно повысить до 1,30 и более. Значения ко­ эффициента снижения частоты вращения и для карбюраторного двигателя и для дизеля находятся в пределах а = 0,5 -г-0,8.

На рис. 17 показана характеристика двигателя, полученная при максимальной подаче топлива в дизеле или при полном откры­ тии дроссельной заслонки карбюраторного двигателя. Однако часто двигатель работает при неполной подаче топлива (прикры­ той дроссельной заслонке). Эти частичные характеристики рас­ полагаются внутри зоны, ограниченной характеристикой, полу­ ченной при полной подаче топлива (полном открытии дроссельной заслонки). На рис. 18 показаны такие характеристики карбюра­ торного двигателя и дизеля. Различие в форме этих характеристик объясняется неодинаковыми условиями их получения. У карбю­ раторного двигателя с изменением положения дроссельной за­ слонки изменяется наполнение цилиндров. Это обусловливает повышение крутизны характеристик и смещение максимума мощности в сторону меньших частот вращения коленчатого вала. У дизеля при снижении нагрузки увеличивается наполнение

37

Действие регулятора

цилиндров по массе, а при повышении частоты вращения увели­ чивается цикловая подача топлива. В результате характеристики дизеля более пологие, чем характеристики карбюраторного дви­ гателя, и дизель при незначительной подаче топлива без нагрузки может развить частоту вращения, превышающую расчетную (частоту вращения при максимальной мощности). Для предотвра­ щения аварии двигателя при возможном резком увеличении частоты вращения на дизель обязательно нужно устанавливать регулятор, ограничивающий максимальную частоту вращения (регулятор максимальных оборотов).

Регулятор максимальных оборотов иногда устанавливают и на мощных карбюраторных двигателях для облегчения управле­ ния ими. Регулятор, ограничивающий только максимальную ча­ стоту вращения, называют однорежимным.

Для двигателя большое значение имеет возможность устой­ чивой работы при низкой частоте вращения коленчатого вала без нагрузки. Устойчивая работа в этом случае наблюдается тогда, когда мощность, развиваемая двигателем, соответствует работе, затрачиваемой на преодоление механических потерь. Значение механических потерь в значительной степени зависит от теплового состояния двигателя.

Система питания карбюраторного двигателя позволяет под­ держивать частоту вращения коленчатого вала почти постоянной в широком диапазоне изменения механических потерь. У дизеля же незначительное изменение механических потерь приводит к су­ щественному изменению частоты вращения коленчатого вала, в результате чего дизель на этом режиме работает неустойчиво. Поэтому на дизеле широко применяется регулятор минимально устойчивой частотывращения холостого хода.

Обычно регуляторы максимально допустимой и минимально устойчивой частоты вращения объединяются в одном агрегате, носящем название двухрежимного регулятора.

Характеристика двигателя с двухрежимным регулятором по­ казана на рис. 19, В диапазоне частот вращения от пе1 до пег

38

регулятора, т. е. положения педали (или рычага) управления по­ дачей топлива.

Топливная экономичность двигателя характеризуется удель­ ным расходом топлива. С уменьшением нагрузки удельный расход топлива растет. Это объясняется тем, что при малых нагрузках относительно возрастают механические потери в двигателе. В связи с этим нужно стремиться к тому, чтобы двигатель всегда работал на режиме, близком к номинальному. В случае, когда требуемая от двигателя мощность снижается, необходимо переводить дви­ гатель на работу с меньшей частотой вращения. Такое снижение частоты вращения при частичной загрузке благоприятно сказы­ вается и на долговечности двигателя, так как уменьшается износ цилиндрово-поршневой группы вследствие снижения средней скорости поршня и шатунно-кривошипного механизма из-за уменьшения инерционных нагрузок.

Однако установка подачи топлива должна быть произведена так, чтобы двигатель работал по регуляторной ветви характери­ стики. Переход на корректорную ветвь (участок 1—4) свидетель­ ствует о перегрузке двигателя, является нежелательным и допу­ скается только для преодоления кратковременно возросших пико­ вых нагрузок. При работе по корректорной ветви из-за возрастания среднего эффективного давления увеличиваются механические и тепловые нагрузки на детали двигателя. Тепловые нагрузки по­ вышаются из-за ухудшения охлаждения вследствие снижения подачи вентилятора и водяного насоса. При значительном сниже­ нии частот вращения ухудшается смесеобразование и сгорание, что влечет за собой повышение «жесткости» работы двигателя. При этом интенсифицируется нагарообразование, что увеличивает износ и расход топлива. Кроме того, значительное снижение ско-

40

рости вращения коленчатого вала при­ водит к ухудшению условий смазки де­ талей, а процесс «старения» картерного масла интенсифицируется. Все это ускоряет износ двигателя. Значитель­ ное снижение частоты вращения ко­ ленчатого вала отрицательно влияет

ина производительность машин. При неустановившейся нагрузке из­

неустановившейся нагрузке значительно отличается от статической. В. Н. Болтинским дано понятие о мгновенной характеристике двигателя, т. е. зависимости мгновенных значений крутящего момента от угловой скорости коленчатого вала, полученной при неустановившейся нагрузке. В этом случае характеристика сни­ мается при разгоне и торможении двигателя. Отличие такой ха­ рактеристики от статической существенно (рис. 21). Мгновенная характеристика в определенной мере учитывает зависимость кру­ тящего момента не только от угловой скорости, но и от углового ускорения коленчатого вала. Однако ввиду того, что она строится по полю точек, полученных при различных ускорениях, влияние углового ускорения на значение крутящего момента осредняется. Наиболее точно мощность и крутящий момент могут быть опре­ делены при нахождении зависимости этих параметров от угловой скорости при определенных значениях углового ускорения. Такая зависимость крутящего момента как от угловой скорости, так и от углового ускорения названа авторами динамической характери­ стикой двигателя. Динамическая характеристика может быть представлена в виде семейства скоростных характеристик, снятых при различных фиксированных угловых ускорениях коленчатого вала, либо поверхностью с координатами точек: крутящий момент— угловая скорость—угловое ускорение.1 Статическая характери­ стика, таким образом, является частным случаем динамической

характеристики при угловом ускорении, равном нулю.

На рис. 22—27 показаны динамические характеристики ди­ зеля и карбюраторного двигателя, снятые в диапазоне значений угловых ускорений, наиболее характерных для работы двигателей строительных и дорожных машин 2. Для приспособления карбю­ раторного двигателя к работе на строительных и дорожных маши-

41

м,

к гсм

1

цесса и работы регулятора у этих двигателей. У дизеля влияние неустановившегося режима на нару­

шение рабочего процесса незначительно. Это объясняется тем, что у дизеля отсутствует дроссельная заслонка и сопротивление во впускном тракте изменяется незначительно, а следовательно, на­

влияние тепловой инерции на наполнение и смесеобразование из-за отсутствия подогрева горючей смеси и более высоких, чем у кар­ бюраторного двигателя, температур деталей. Смесеобразование

43

у дизеля меньше подвержено влиянию неустановившейся на­ грузки также и вследствие того, что оно происходит сравнительно быстро и непосредственно в цилиндрах двигателя.

Таким образом, влияние неустановившегося режима на крутя­ щий момент и мощность, развиваемые дизелем, заключается в основном в нарушении подачи топлива из-за инерционности регулятора.

При торможении коленчатого вала крутящий момент, разви­ ваемый дизелем, снижается по сравнению с его значением по ста­ тической характеристике. При разгоне коленчатого вала инер­ ционность регулятора приводит к некоторому приросту крутя­ щего момента.

Инерционностью регулятора и корректора подачи топлива объясняется также и несовпадение значений угловой скорости коленчатого вала (см. рис. 23 и 24), соответствующих холостому ходу, переходу с регуляторной ветви характеристики на коррек­ торную и максимальному крутящему моменту, с их значениями по статической характеристике. При разгоне коленчатого вала ма­ ксимальная частота вращения холостого хода возрастает. Также увеличивается и частота вращения, соответствующая переходу с корректорной ветви характеристики на регуляторную. При тор­ можении коленчатого вала эти величины снижаются. Максималь­ ный крутящий момент достигается при более низкой частоте вра­ щения, снижая возможность заглохания.

44

У карбюраторного двигателя влияние неустановившейся на­ грузки на изменение показателей по сравнению с показателями, соответствующими статической характеристике, более значительно, чем у дизеля, что объясняется существенной зависимостью рабо­ чего процесса карбюраторного двигателя от характера нагрузки. Нарушение работы корректора подачи на изменении крутящего момента отражается незначительно, так как при большом открытии дроссельной заслонки ее дополнительное перемещение мало влияет на работу карбюраторного двигателя.

Перечисленными выше обстоятельствами можно объяснить динамические характеристики карбюраторного двигателя, пока­ занные на рис. 25—27. При работе двигателя по регуляторной ветви характеристики и торможении коленчатого вала заметно уменьшение крутящего момента по сравнению с его значением по статической характеристике (величина ДМ на рис. 28 и 29). Это снижение происходит из-за нарушения рабочего процесса (ДМП) и нарушения работы системы регулирования подачи топлива (ДУИр). Очевидно, что

ДМ = АМР + АМП.

При разгоне коленчатого вала влияние нарушения рабочего процесса и нарушения работы системы регулирования противо­ положны, т. е.:

ДМ = д м р — д м п.

Увеличение крутящего момента из-за инерционности регуля­ тора превалирует над его уменьшением из-за нарушения рабочего

45

процесса, и поэтому при разгоне на регуляторной ветви двигатель развивает больший крутящий момент, чем крутящий момент по статической характеристике (однако максимальный крутящий момент остается без изменения).

При работе двигателя по корректорной ветви (с перегрузкой) на величину крутящего момента практически влияет лишь нару­ шение рабочего процесса. Поэтому и при разгоне, и при торможе­ нии в этом случае развиваемый двигателем крутящий момент уменьшается. Влияние нарушения рабочего процесса при разгоне более значительно, чем при торможении при одинаковом абсолют­ ном значении углового ускорения. Это можно объяснить, в част­ ности, ухудшением наполнения при разгоне из-за уменьшения инерционного наддува, а также обеднением рабочей смеси из-за большой инерционности частичек топлива.

Рассмотрим влияние на показатели двигателя нарушения рабо­ чего процесса и нарушения работы системы регулирования подачи топлива в отдельности. Это можно сделать, если снять динамиче­ скую характеристику двигателя при закреплении дроссельной заслонки в определенных положениях, исключив влияние инер­ ционности регулятора. На рис. 28 и 29 характеристики, снятые с закрепленной дроссельной заслонкой, показаны штриховыми линиями.

Суммарное изменение AM крутящего момента Мед под влиянием неустановившейся нагрузки определяется как разность между его значениями по характеристике, снятой при заданном ускоре­ нии, и значениями по статической характеристике:

ДМ = Мед — Ме.

Изменение ДМП крутящего момента Méд из-за нарушения ра­ бочего процесса определяется как разность между значениями по характеристике, снятой при заданном ускорении и при закре­ плении дроссельной заслонки, и по статической характеристике;

ДМП= Мед — Ме.

Влияние же нарушения работы системы регулирования по­ дачи топлива может быть определено так:

ДМр = ДМ — ДМП= Мед — Мед.

Между мощностью, развиваемой двигателем, крутящим мо­ ментом и скоростью вращения коленчатого вала существует соот­ ношение, определяемое известным выражением:

ЛГ __

е ~ 7 1 6 , 2 '

Поэтому, если имеется зависимость крутящего момента от частоты вращения, то можно построить кривую изменения мощ­ ности по частоте вращения.

46