Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Судовые двигатели внутреннего сгорания. Методические рекомендации
.pdf
ПРЕДСТАВЛЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТЫ
0
5
10
15
20
25
30
1 2 3 4
1 фаза
2 фаза
3 фаза
4 фаза
Рис 3.2 Фазовая гистограмма процес-
са сгорания топлива
продолжит. фазы
Фаза
1. Копии индикаторных диаграмм с обозначением фаз процесса сгорания.
2. Формулы для расчета.
3. Таблица расчетных данных.
4. Фазовые гистограммы для заданного дизеля.
1. Как определить продолжительность фазы задержки воспламенения топлива?
2. Как определить продолжительность фазы быстрого сгорания?
3. Как определить продолжительность фазы диффузионного (основного) горения?
4. Как определить продолжительность фазы догорания?
5. Как влияет УОПТ на фазы сгорания топлива?
6. Какие вы знаете способы измерения УОПТ?
7. Какие вы знаете способы изменения УОПТ?
8. Как влияет давление впрыска на продолжительность фаз?
9.Что будет происходить со 2-й фазой с изменением УОПТ?
10.Почему минимальное значение i в дизелях имеет место при впрыскивании не в
ВМТ, как должно быть по формуле Семенова, а несколько раньше?
11.В чем отличие кинетического сгорания от диффузионного?
12.Как повлияет добавка кислорода к воздуху, поступающему в дизель на процесс
сгорания?
13.Как снизить продолжительность горения в двигателе?
14.Как влияет изменение угла опережения подачи топлива на относительную скорость
сгорания топлива?
15.Почему в дизельных двигателях не используют бензин?
16.Что будет происходить с фазами с уменьшением УОПТ (пояснить)?
17. Что будет происходить с фазами с увеличением УОПТ (пояснить)?
18.Что такое энергия активации?
19.Как степень сжатия влияет на период задержки?
20.Увеличилась температура ОГ выше нормы. Какие неисправности могут это вы-
звать?
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
21
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
db
d
f
p p
т
f c т
т c
т
2( )
"Исследование системы топливоподачи дизеля"
Продолжительность: 4 ч
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Ознакомление с работой топливной системы высокого давления дизеля (системы топ-
ливоподачи) и методами ее исследования.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Система топливоподачи дизеля включает топливный насос высокого давления, топливопровод и форсунку. Основными требованиями системы топливоподачи являются:
- дозирование количества подаваемого топлива в соответствии с заданным значени-
ем, которое устанавливается регулятором скоростей или оператором, с высокой точностью и
равномерностью распределения по секциям;
- осуществление начала и конца впрыскивания с заданной точностью;
- осуществление тонкого распыливания и качественного смесеобразования, для чего
скорость топливной струи на выходе из сопловых отверстий в этот период должна быть более 220-250м/с, впрыск должен оканчиваться резко, при высоком давлении, после окончания
впрыскивания не должно быть дополнительных подъемов иглы.
Общая продолжительность впрыскивания современных судовых дизелей составляет
15-38 ГПКВ.
Важным показателем топливной аппаратуры является закон впрыскивания топлива и
динамичность цикла. Законом впрыскивания принято называть зависимость расхода топлива
через форсунку от времени или угла поворота коленчатого вала:
bт = f() или bт = f()
Известно, что:
где
р
камере сгорания;
Закон впрыскивания топлива характеризуется фактором динамичности - от-
ношение количества топлива, поданного за период задержки воспламенения к цикловой по-
даче на данном режиме:
где bi — количество топлива, поданное в камеру сгорания за период задержки воспламенения, bц — цикловая подача топлива.
Чем выше , тем больше жесткость рабочего процесса и p
В качестве примера для судового двухтактного дизеля с наддувом имеем следующие
параметры процесса впрыскивания:
— эффективное сечение форсунки;
f fc
, р
— соответственно давление топлива у сопловых отверстий и давление газов в
т
с
— плотность топлива;
т
= bi / b
ц
.
max
22
Таблица 4.1
Параметры
Угол опережения подачи топлива, градусов
8.5
4.5
Продолжительность
впрыскивания, ГПКВ
15
15
bi г/кВт * час
136
138
р
max
, МПа
7.48
6.65
i мс
3.0
2.22
%
22
15
dp/d МПа/ГПКВ
0.27
0.2
p/ МПа/ГПКВ
0.25
0.16
Нужно помнить, что жесткость рабочего процесса и р
не должны превышать за-
max
данных значений для обеспечения паспортного моторесурса и надежности двигателя.
Важным параметром в работе топливного насоса высокого давления (ТНВД) является
активный ход плунжера. Активным называется ход плунжера, соответствующий цикловой
подаче топлива в цилиндр двигателя через распылитель форсунки. Поэтому, чтобы рассчитать активный ход плунжера для данного двигателя (для известных мощности, оборотов,
удельного эффективного расхода, диаметра плунжера) надо произвести простейший расчет:
Расход топлива Gт = Ре be [ кг/ч ]
Цикловая подача массовая b
Цикловая подача объемная Q
Площадь плунжера F
Ход плунжера h
= 2 Gт / (60 n z) [ кг/цикл ]
ц
= bц /
ц
= D2 / 4 [ м
пл
= Qц / Fпл k
пл
[ м3/цикл ]
т
2
]
[ м ]
запаса
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить конструкцию топливной аппаратуры на наглядных пособиях:
- топливного насоса;
- плунжерной пары (см. рис.4.3);
- нагнетательного клапана;
- форсунки (см. рис.4.2);
2. Сделать эскизы и показать основные размеры:
- диаметр и ход плунжера, разгружающий поясок нагнетательного клапана;
- диаметр и длину топливопровода, диаметр и ход иглы распылителя;
- диаметр и число распыливающих отверстий и давление затяжки пружины;
3. Смоделировать процесс топливоподачи в дизеле: для этой цели использовать про-
грамму lab4.bas — имитации малых топливоподач в дизеле ЯМЗ. Ее принцип основан на
моделировании процесса возникновения прямых волн давления от плунжера до иглы форсунки и обратных от иглы к нагнетательному клапану. Для простоты программой учитываются только первые четыре волны давления в топливопроводе (тогда как на реальном дизеле
их может быть до 20). На основании данной методики по заложенным формулам можно получить параметры топливной струи и время прогрева капель (как известно это время входит
во время задержки самовоспламенения в цилиндре и составляет до 30% всей задержки).
4. Получить вариант задания от преподавателя, запустить программу lab4.bas на
ПЭВМ, получить диаграмму процесса топливоподачи и вывести ее на печать.
5. Обработать диаграмму — построить на ней кривую топливоподачи и определить
фактор динамичности :
- Кривая давления перед сопловыми отверстиями разбивается на отдельные участки,
соответствующие малым промежуткам времени , для которых подсчитывается расход
23
топлива (при коэффициенте расхода, равном 1). На графике сетка временного масштаба про-
i,
мс
i,
мс
pfi,
Па
wfi,
м/с
Qbi,
мм3
Qbi
задержки,
мм3
1 2 3 4 5
6
0.1
0.1
0.2
0.1
0.3
0.1
...
0.1
1.4
0.1
-
p
fi max
w
fi max
Qbi
Qbi
задержки
w
p
fi
fi
т
2
ставлена через 0.2 мс;
- Шаг по времени выбирается равным 0.1 мс. По вертикальной оси располагается ось
давления в МПа, через 10 МПа. Кривые давления на графиках построены с учетом изменя-
ющегося давления в цилиндре.
- Началу подачи топлива в цилиндр соответствует график давления под иглой (см.
рис.4.1) - с момента начала этого графика и наносится сетка по времени на горизонтальную
ось графика. С графика давления под иглой значения pfi переносятся в расчетную таблицу в
графу 3:
ТАБЛИЦА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ
В графу 4 заносится вычисленное значение скорости истечения топлива через распы-
литель форсунки на i-м участке графика:
[ м/с, мм/мс ]
где т - плотность топлива, равная 845 кг/м3;
В графу 5 заносится i-е значение расхода топлива, поступившего в цилиндр:
Qbi = w
[ мм
fi fc
3
/мс ]
После того, как заполнены полностью все 5 первых граф таблицы, определяется сред-
ний коэффициент расхода:
f = Qbц / Qbi
где Qbц — расход через иглу, мм3/мс
Qbi — суммарный расчетный расход топлива за все время, мм3/мс
В графу 6 заносятся данные фактического расхода топлива за время задержки (задержку
для данной работы принимаем равной времени прогрева капель, хотя это и не совсем корректно),
т.е. 6 графа заполняется не полностью а только на время задержки воспламенения:
Qbi
задержки
= Qbi f [ мм
Вычислив суммарный расход топлива за время задержки можно определить фактор дина-
мичности процесса — он равняется отношению суммарного количества топлива, поданного в
цилиндр за время задержки Qbi
= Qbi
задержки
ко всему расходу топлива, поданного в цилиндр:
задержки
/ Qbi * 100%
3
/мс ]
24
Рис. 4.1 График процесса топливоподачи в ТА дизеля
Давление над
иглой
Давление
под иглой
ТОПЛИВНАЯ АППАРАТУРА
ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО
ДВИГАТЕЛЯ
Отсасывающий
ход клапана h
о
n
ПРЕДСТАВЛЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТЫ
1. Схемы наглядных пособий.
2. Графики топливоподачи, закон впрыскивания и расчетная таблица.
3. Расчет активного хода плунжера ТНВД, взяв данные из таблицы 4.3.
Рис. 4.2 Схема распылителя форсунки Рис. 4.3 Схема плунжерной пары
1. Почему происходит сдвиг фаз между геометрическим и действительным углом опе-
режения впрыскивания и от каких параметров он зависит?
2. Для чего служит разгружающий поясок нагнетательного клапана?
3. Какими способами можно добиться уменьшения подвпрыскивания?
4. Каким образом добиться повышения давления впрыскивания?
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
25
5. Какие вам известны способы уменьшения фактора динамичности?
6. Каким образом осуществляется регулирование угла опережения подачи топлива и
количества подаваемого топлива?
7. Какому закону подчиняется изменение давления в топливопроводе?
8. Какая величина характеризует жесткость работы дизеля?
9. Зачем в ТА нужно остаточное давление?
10.За счет чего происходит подскок иглы в самом начале процесса топливоподачи
(при малых топливоподачах)?
11.Что такое отсечка топлива и для чего она?
12.Что такое подвпрыск, причины?
13. Как регулировать начало и конец подачи?
Как изменится график на рис. 4.1 если:
14. — закоксуется распылитель?
15. — зависнет нагнетательный клапан в положении “подача”?
16. — увеличится УОПТ?
17. — перейдем на более тяжелый сорт топлива?
18. — произойдет резкий наброс нагрузки?
19. — ослабить затяг пружины?
20. — сильнее затянуть пружину?
26
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
м е х
м е х
Р
Ре
1
1
"Определение механических потерь дизеля методом выбега"
Продолжительность: 4 ч
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение экспериментальных способов определения механических потерь дизеля.
Закрепление знаний, полученных в лекционном курсе по разделу механических потерь и ме-
ханического КПД.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Экономичность двигателя внутреннего сгорания зависит от потерь, которыми сопро-
вождается процесс преобразования химической энергии топлива в механическую работу.
Эти потери можно разделить на внутренние, которые обусловлены теплоотдачей в охлаждающую воду, масло и окружающий воздух, неполнотой сгорания, утечками рабочего тела
через неплотности, диссоциацией и другими причинами и механизмами.
Механические потери включают в себя два вида потерь полезной работы в двигателе: потери на трение и на осуществление насосных ходов:
Рмех = Ртр + Рнх
Мощность трения Ртр, в свою очередь, складывается из потерь на:
а) трение скольжения в движущихся деталях;
б) привод навешенных на двигатель вспомогательных механизмов;
в) вентиляционных потерь;
Так как потери на трение скольжения составляют обычно 80-90% от Ртр, то прак-
тически они определяют величину Ртр и ее зависимость от конструкции и параметров работы двигателя.
Насосные потери, связанные с затратами мощности на осуществление процессов
наполнения и выпуска (выталкивания), учитываются только у четырехтактных двигателей.
Для двухтактных двигателей принимается Рнх = 0.
Для расчета механических потерь могут быть использованы эмпирические зависимости:
Рмех = А + В Сm [кВт]
где Cm = S n / 30 [м/с] — средняя скорость поршня;
А и В — опытные коэффициенты, для 4х тактных судовых ДВС примерно равны: А
= 0,103 В = 0,0118 - 0,0135
Механическим КПД
с фланца отбора мощности двигателя, к индикаторной, развиваемой газами внутри цилин-
дров двигателя:
называется отношение эффективной мощности, снимаемой
мех
= Pe / Pi
мех
т.к. Pi = Pe + Pмех то:
27
Величина
для судовых ДВС составляет 0,75 - 0,95 в зависимости от оборотно-
мех
сти. Механический КПД характеризует совершенство конструкции ДВС с точки зрения до-
ли механических потерь в общем энергобалансе ДВС.
Экспериментальные способы определения механических потерь
Расчет Рмех по эмпирической зависимости сопряжен с определенными погрешностями, в связи с чем для оценки Рмех применяются следующие экспериментальные способы:
1. Метод индицирования
В результате обработки индикаторной диаграммы находится среднее индикаторное
давление р
, по которому определяется индикаторная мощность двигателя на данном ре-
mi
жиме. Мощность механических потерь находится из выражения:
Рмех = Рi - Ре
Эффективная мощность Ре определяется с помощью гидротормоза или другого нагру-
зочного устройства. Метод индицирования трудоемок, однако он является единственным
прямым методом определения Рмех.
2. Метод холостого хода
Индикаторная мощность двигателя на холостом ходу Рiхх приравнивается к мощности
механических потерь:
Рмex = Рi
C помощью индицирования можно определить Рi
дикаторной диаграммы возникают большие погрешности.
3. Метод проворачивания дизеля от постороннего источника энергии
Метод предусмотрен ГОСТ. Двигатель проворачивается от постороннего источника.
Если допустить, что мощность механических потерь зависит только от частоты вращения,
то Рмех = Рпр, где Рпр - затраты мощности на проворачивание дизеля.
4. Метод отключения цилиндров.
Метод предусмотрен ГОСТ. На данном скоростном режиме при n = n
фективная мощность Ре. Затем при фиксированном положении рейки топливных насосов
поочередно в каждом из цилиндров выключается подача топлива. При этом частота враще-
ния двигателя снизится до n
частота вращения двигателя n1, и по шкале тормоза определяется эффективная мощность
Реi при выключении i - го цилиндра. Разница в эффективной мощности двигателя до и
после выключения цилиндра представляет собой индикаторную мощность выключенного
цилиндра:
Сумма индикаторных мощностей всех цилиндров равна индикаторной мощности дви-
. Уменьшением нагрузки на тормозе восстанавливается прежняя
2
Рi
= Рe - Рe
i
xx
, однако при малой площади ин-
xx
измеряется эф-
1
i
гателя Рii = Рi. Зная Рe и Рi определяем
мех
.
5. Метод определения по часовому расходу топлива
В основе данного метода лежит предположение ( справедливое для большинства двигателей ), что при значениях коэффициента избытка воздуха в пределах
28
= 3 - 3.5 индика-
1
торный КПД дизеля достигает наибольших значений и остается практически неизменным.
Pi
GтbiHu
Gт C Gт
i
3600
1
J
d
dt
M
м е х
J
d
dt
M М
м е х
1
1
J
d
dt
M
м е х
2
M
М
d
dt
d
dt
d
dt
P
d
dt
d
dt
d
dt
P tg
tg tg
м е х
1
2
1 2
1
1
2
1 2
1
1
2
1 2
На таких режимах индикаторная мощность двигателя прямо пропорциональна часовому
расходу топлива:
[ кВт ]
где С1 = const для данного двигателя на рассматриваемых режимах. Мощность механических
потерь связана с индикаторной мощностью соотношением
Ре = Рi - Рмex = С1 Gт - Рмex
Используя эту зависимость, на каждой частоте вращения по результатам замеров в 3–
4 точках на режимах, близких к холостому ходу, строится зависимость Рe(Gт). Прямолинейный участок ее продолжается до пересечения с осью ординат. Отрезок, отсеченный ею на оси
ординат, дает в выбранном масштабе Рмех.
6. Метод выбега
Этот метод основан на том, что кинетическая энергия движущихся масс дизеля при
выключенной подаче топлива и сброшенной нагрузке расходуется на преодоление механиче-
ских потерь:
где J — приведенный к оси коленчатого вала момент инерции двигателя, Нм
на J известна, то регистрируя величину d / dt на осциллографе или самописце, можно сразу
определить Ммex.
Если величина J неизвестна, то эксперимент проводится при нагрузке (двух различных ее значениях). Например, при мощности Р1 (момент М1) и на холостом ходу Рxx = 0 ( Мxx
= 0 ). Тогда при нагрузке Р1 после отключения подачи топлива имеем:
При отключенной нагрузке P2 = P
Производная (d/dt)i — величина, получаемая с осциллограмм — тангенс угла накло-
на кривой оборотов от времени tg(i). Пусть угол наклона кривой падения оборотов при
остановке дизеля под нагрузкой равен 1, а без нагрузки 2, тогда при известных значениях
i и М1 имеем:
= 0 имеем М2 = Мхх = 0:
xx
2
. Если величи-
J = М
Ммехi для любых оборотов двигателя:
Отсюда
/ tg(1)
мех
Зная значение J и тангенс угла наклона кривых зависимости n(t) получим значение
29
М
= J tg( i)
мех i
Лабораторная установка
Лабораторная установка включает в себя (рис.5.1) дизель 6Ч18/22 и установку реги-
страции изменения во времени частоты вращения двигателя. Штатный датчик двигателя
6Ч18/22 — тахогенераторного типа.
Для регистрации частоты вращения используется сигнал от тахогенератора, преобразованный в напряжение и выведенный на АЦП.
Лабораторный стенд включает:
1 — дизель (6L160 PNS);
2 — мультипликатор;
3 — нагрузочное устройство (гидротормоз);
4 — штатный тахогенератор (используется как датчик частоты вращения);
5 — блок питания;
6 — согласующий блок;
7 — ПЭВМ с АЦП;
Рис.5.1. Измерительный лабораторный стен
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить общие сведения.
2. Подготовить к пуску дизель 6Ч18/22, см.л/р N1.
3. Подготовить измерительный стенд для дизеля 6Ч18/22.
4. Пустить дизель и поработать 5 мин на режиме холостого хода.
5. Вывести двигатель на номинальные обороты. Записать осциллограмму оборотов с
момента отключения подачи топлива: для этого регулятор скорости быстро перевести в по-
ложение «стоп» и засекается время до полной остановки КВ дизеля dt (сек).
6. Записывается осциллограмма двигателя на холодном и прогретом двигателе.
7.Если J двигателя неизвестен, то при данной нагрузке записывается осциллограмма
его остановки и выполняется расчет J согласно приведенным выше формулам.
8. Определяется значение Ммехi для оборотов ni прогретого и холодного дизеля
(рис.5.2).
9.Определяется механический КПД из уравнения:
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]