Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Силовые агрегаты. Курс лекций для студентов 4 курса факультета механизации сельского хозяйства, обучающихся по направлению подготовки 190600.62 - Эксп
.pdf
121
теплоты; сгорание происходит с максимальной скоростью, что способствует более полному превращению теплоты в работу; увеличивается коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси, что
увеличивает давление в цилиндре, а значит и мощность; уменьшается диссоциация продуктов сгорания, что требует дополнительного поглащения теплоты.
Рисунок 5.7 - Регулировочная характеристика карбюраторного дви-
гателя:
а) по составу смеси; б) по расходу топлива
Максимальная мощность двигателя уменьшается при отклонении
состава смеси от мощностного N = 0,8...0,9. При обогащении смеси
N это объясняется главным образом увеличением химической не-
полноты сгорания топлива из-за недостатка воздуха. При обеднении
смеси N мощность уменьшается вследствии уменьшения количества топлива, подаваемого в цилиндры двигателя. Кроме того, в обо-
их случаях падение мощности связано с уменьшением скоростей го-
122
рения. При уменьшении скорости горения большая доля топлива сгорает на такте расширения, снижается степень расширения продуктов
сгорания и возможность превращения теплоты топлива в механическую работу. Возрастают потери теплоты с отработавшими газами и в
систему охлаждения, как за счет большей температуры газов, так и
вследствии увеличения поверхности теплоотвода при удалении
поршня от ВМТ.
Из характеристики видно, что при обеднении смеси экономичность улучшается только до определенного предела, который называется пределом эффективного обеднения смеси эк. При дальнейшем обеднении смеси экономичность двигателя ухудшается и его работа становится неустойчивой. При чрезмерном обеднении смеси
скорость распространения пламени уменьшается значительно. При
этом процесс сгорания затягивается, увеличивается доля теплоты,
сгорающей смеси на такте расширения газов, уменьшается работа
расширения газов, возрастает количество теплоты, отводимое в систему охлаждения и с отработавшими газами. Это приводит к снижению индикаторного КПД цикла и повышается удельный расход топлива.
Выбор оптимальной регулировки карбюратора. Регулировочная
характеристика по составу смеси используется для выбора регулировок карбюратора и для определения наибольших мощностных и экономических показателей. Значение максимальной мощности и минимального удельного расхода топлива не совпадают (см. рис. 15). Они
получены при разном составе смеси: мощностным N и экономическим эк.
Выбор оптимальной регулировки карбюратора по регулировочной
характеристике может быть произведен способом двух касателтьных
и треугольника. На характеристике Ne, ge, = f(Gт) одну касательную
линию проводят к кривой Ne = f(Gт) из начала координат ( в-в), а вторую касательную к этой же кривой параллельно оси абсцисс (а-а). На
характеритике эти касательные проходят через точки А и С. Перпендикуляры, опущенные на оси абсцисс из этих точек, определяют часовой расход топлива для режимов наибольшей экономичности и
мощности. В практике карбюраторы не регулируют на эти режимы,
т.к. при нарушении регулировок в эксплуатационных условиях может
123
сместить режим двигателя в сторону больших удельных расходов
топлива или неустойчивой работы.
Для определения оптимального расхода топлива из точки В пересечения касательных опускают перпендикуляр на ось абсцисс, где
и определяется Gт
опт
.
5.5.2 Регулировочная характеритика двигателя
по углу опережения зажигания
Определение характеристики. Регулировочной характеристикой
двигателя по углу опережения зажигания называется зависимость
мощностных, экономических, токсических и других показателей двигателя от угла опережения зажигания.
Цель работы. Выявить зависимость мощности, часового, удельного расходов топлива и других показателей от угла опережения зажигания и определить его оптимальную величину.
Анализ характеристики. Из характеристики следует (рис. 16), что
часовой расход топлива остается постоянным. Это объясняется тем,
что регулировка карбюратора, положение дроссельной заслонки и
частота вращения вала двигателя не изменяются. На часовой расход
топлива может оказывать влияние подогрев горючей смеси, однако
он незначителен. При постоянном часовом расходе топлива величина
удельного расхода топлива обратно пропорциональна эффективной
мощности: ge = Gт/Ne = Const. · (1/Ne).
124
Рисунок 5.8 - Регулировочная характеристика карбюраторного
двигателя по углу опережения зажигания
То есть, экстремальные значения мощности и удельного расхода
топлива обеспечиваются при одном и том же оптимальном угле опережения зажигания.
Теоретически, наилучшие показатели двигателя могли быть получены при мгновенном выделении теплоты в ВМТ, что обеспечило
бы максимальную степень расширения продуктов сгорания и максимальный КПД цикла. В действительности, для сгорания рабочей смеси требуется некоторое время, за которое поршень проходит определенный путь, а условия горения заряда меняются.
Оптимальным углом опережения зажигания будет такой угол, при
котором сгорание основной массы заряда происходит при положении
поршня вблизи ВМТ. В этом случае быстрое горение заряда, высокая
степень расширения продуктов сгорания в сочетании с минимальными потерями на сжатие заряда и на отвод теплоты в стенки камеры
сгорания и с отработавшими газами обеспечивают наилучшие мощностные и экономические показатели.
С увеличением угла опережения зажигания (раннее зажигание)
сгорание большей части топлива происходит до прихода поршня в
ВМТ в условиях уменьшающегося объема цилиндра. Максимальное
давление и температура цикла возрастают. В результате увеличиваются тепловые потери в стенки цилиндра, массовые потери заряда
вследствии прорыва газа через зазоры поршневых колец.
Снижение эффективности выделения теплоты и увеличение тепловых потерь характеризуются уменьшением индикаторного КПД
цикла. Возрастание работы сжатия заряда, большие максимальные
давления цикла увеличивают трение, т.е. механические потери и
уменьшают механический КПД. Поэтому эффективный КПД уменьшается, а удельный расход топлива возрастает.
Более раннее зажигание, вызывающее повышение температуры
и давления газов в процессе сгорания, может привести к возникновению детонации, вызывающей усиленную теплоотдачу в охлаждающую жидкость. Работа двигателя с детонационным сгоранием недопустима.
С уменьшение угла опережения зажигания (позднее зажигание)
процесс воспламенения топливо-воздушного заряда приближается к
125
ВМТ, а процесс сгорания основного заряда смещается на такт расширения и происходит при значительно увеличивающемся объеме
над поршнем. Возрастающее давление в цилиндре двигателя как бы
"догоняет" уходящий поршень. Уменьшается действительная степень
расширения продуктов сгорания и возможность перехода выделяющейся теплоты в работу. Максимальные давление и температура
сгорания уменьшаются, но давление и температура сгорания на линии расширения увеличиваются. В результате увеличиваются тепловые потери в стенки цилиндра и с отработавшими газами. Все это
приводит к уменьшению индикаторного КПД цикла, снижению мощности двигателя и увеличению удельного расхода топлива.
При работе двигателя со слишком поздним углом опережения
зажигания приводит к увеличению тепловых потерь в стенки цилиндра, с отработавшими газами и является причиной перегрева двигателя.
В карбюраторном двигателе значение оптимального угла опережения зажигания корректируется в зависимости от частоты вращения
коленчатого вала двигателя.
С ростом частоты вращения вала двигателя сокращается время
цикла. Скорость сгорания основной массы заряда возрастает вследствии повышения турбулизации заряда почти пропорционально частоте вращения. Однако улучшение перемешивания не компенсирует
сокращение времени сгорания, и необходимо увеличить угол опережения зажигания. В эксплуатации это обеспечивается работой центробежного регулятора опережения зажигания, установленного в
прерывателе-распределителе.
Оптимальный угол опережения зажигания изменяется и от
нагрузки двигателя. С уменьшением нагрузки, оптимальный угол опережения зажигания возрастает. Объясняется это тем, что по мере
снижения нагрузки и прикрытия дроссельной заслонки снижается коэффициент наполнения и возрастает коэффициент остаточных газов,
уменьшается турбулизация заряда, снижаются давление и температура цикла. Эти факторы ухудшают условия воспламенения, уменьшают скорость сгорания топливо-воздушного заряда, приводят к увеличению длительности всех фаз сгорания и определяют необходимость увеличения оптимального угла опережения зажигания. В эксплуатации это обеспечивается вакуумным регулятором опережения
зажигания прерывателя-распределителя, реагирующим на изменение
126
разрежения во впускной трубе при изменении положения дроссельной заслонки карбюратора, т.е. нагрузки двигателя.
Использование топлива с недостаточно высоким для данного
двигателя октановым числом приводит к нарушению сгорания в виде
детонации. В эксплуатации устранить детонацию из-за несоответствия сорта топлива рекомендуемому можно с помощью октанкорректора. Уменьшение угла опережения зажигания приводит к затягиванию процесса сгорания на такт расширения, уменьшает максимальные давление и температуру цикла, что устранит детонацию.
Однако следует учитывать, что значительное уменьшение октанкорректором угла опережения зажигания по сравнению с оптимальным, приводит к ухудшению мощностных и экономических показателей двигателя.
Выбор оптимальной регулировки угла опережения зажигания. Для
заданного скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя оптимальным является такой угол опережения зажигания, при котором
двигатель одновременно развивает максимальную мощность и имеет
минимальный удельный расход топлива. По построенной характеристике (см. рис. 16) определяется оптимальный угол опережения зажигания.
5.5.3 Нагрузочная характеристика карбюраторного дви-
гателя
Определение характеристики. Нагрузочной характеристикой
двигателя называется зависимость часового, удельного расходов
топлива и других показателей двигателя от его нагрузки (мощности,
крутящего момента или среднего эффективного давления), полученных при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя.
Цель работы. На основании опытных данных проанализировать
топливную экономичность и другие показатели двигателя при разной
степени его нагрузки, а также оценить оптимальность выбранных регулировок систем двигателя (питания, зажигания и др.).
Анализ характеристики. Карбюраторный двигатель имеет смешанное регулирование мощности. Нагрузка двигателя изменяется в
основном за счет количества топливо-воздушного заряда поступаюшего в цилиндр при открытии дроссельной заслонки. Дополнительно,
некоторое изменение мощности может быть достигнуто за счет регу-
127
лирования качества смеси. Одновременное изменение количества и
качества горючей смеси оказывает сложное воздействие на процесс
сгорания, выбор регулировок и показателей двигателя.
Рисунок 5.9 - Нагрузочная характеристика карбюраторного двига-
теля
Основными регулировочными параметрами карбюраторного двигателя являются коэффициент наполнения, коэффициент избытка
воздуха и угол опережения зажигания. Повышение нагрузки двигателя осуществляется в основном за счет открытия дроссельной заслонки и увеличения наполнения цилиндров свежим зарядом, что соответствует коэффициенту наполнения примерно в диапазоне
0,25...0,85.
Коэффициент избытка воздуха при работе двигателя с полностью
открытой дроссельной заслонкой для получения максимальной мощности находится в пределах 0,8...0,9. При нагрузке двигателя в пределах (0,6...0,9)Nе
находится в пределах 1,10...1,15, что соответ-
мах
ствует наилучшей топливной экономичности. По мере уменьшения
нагрузки дроссельная заслонка прикрывается. Это вызывает уменьшение коэффициента наполнения и рост коэффициента остаточных
газов, уменьшаются турбулизация заряда в цилиндре двигателя,
давление, температура и скорости сгорания, т.е. условия сгорания
128
ухудшаются. По мере прикрытия дроссельной заслонки смесь обогащается, достигая = 0,9... 0,95. Сложный характер изменения коэффициента избытка воздуха в зависимости от нагрузки обеспечивается
комплексной работой всех дозирующих систем карбюратора.
Часовой расход топлива плавно возрастает по мере открытия
дроссельной заслонки. Лишь с момента начала работы экономайзера
наблюдается характерное, резкое его повышение. Наилучшая топливная экономичность наблюдается при нагрузках, соответствующих
(0,8...0,9)Nе
и ухудшается при уменьшении или увеличении нагруз-
мах
ки. При положении дроссельной заслонки близкой к полному открытию в работу вступает экономайзер, обогащая смесь. Появляется химическая неполнота сгорания топлива, что уменьшает индикаторный
КПД и увеличивает удельный расход топлива. При работе на постоянной частоте вращения потери на трение меняются мало. Однако в
целом величина внутренних механических потерь несколько увеличивается вследствии увеличения гидравлических потерь во впускном
тракте при прикрытии дроссельной заслотки и роста отрицательной
работы в процессах газообмена. Удельный расход топлива по мере
прикрытия дроссельной заслонки возрастает как за счет уменьшения
индикаторного КПД, так и, главным образом, в результате уменьшения механического КПД. На режиме холостого хода вся индикаторная
мощность расходуется на преодоление внутренних механических потерь. Экономичность двигателя на этом режиме характеризуется
только значениями часового расхода топлива, так как величина
удельного расхода топлива стремится к бесконечности.
Оценка показателей двигателя. Для сравнительной оценки степени совершенства рабочих процессов и топливной экономичности
двигателя производят регулировки соответствующих систем двигателя в характерных точках нагрузочной характеристики: на холостом
ходу, на режиме минимального удельного расхода топлива, в моменте включения экономайзера и при максимальной мощности.
5.5.4 Скоростная характеристика карбюраторного дви-
гателя
Определение характеристики. Скоростной характеристикой карбюраторного двигателя называется зависимость мощностных (Ne,
Mе, Pe), экономических (Gт, ge), токсических и других показателей
129
двигателя от частоты вращения коленчатого вала при постоянном
положении дроссельной заслонки и установившемся тепловом состоянии карбюраторного двигателя.
Скоростные характеристики могут быть получены при различных,
но постоянных положениях дроссельной заслонки. Характеристики,
полученные при полном открытии дроссельной заслонки называются
внешними, а при промежуточном положении - частичными скоростными характеристиками.
Цель работы. На основании опытных данных выявить зависимость показателей работы двигателя от частоты вращения коленчатого вала. Установить режим максимальной мощности двигателя,
наилучшей экономичности, максимального крутящего момента, максимальной и минимальной частоты вращения и факторов на них влияющих.
Анализ характеристики. Внешняя скоростная характеристика является основной паспортной характеристикой карбюраторного двигателя, определяет его предельные мощностные показатели, соответствующие им регулировки систем двигателя и данные по топливной
экономичности на различных частотах вращения.
Рисунок 5.10 - Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя.
130
Проанализируем изменение основных показателей двигателя часового расхода топлива Gт, крутящего момента Ме, эффективной
мощности Nе, удельного расхода топлива gе.
Часовой расход топлива определяется коэффициентом наполнения V, коэффициентом избытка воздуха и частотой вращения nе.
Коэффициент избытка воздуха по внешней скоростной характеристике обычно соответствует 0,8...0,9 для достижения максимальной мощности на каждом скоростном режиме. Коэффициент наполнения V меняется сложным образом, так как зависит от ряда факторов. С ростом частоты вращения за счет увеличения гидравлических
сопротивлений впускного и выпускного трактов должен уменьшаться.
Вследствии уменьшения времени цикла и значит меньшего подогрева
заряда от стенок, наполнение цилиндра свежим зарядом должно увеличиваться. Величина V зависит также от инерции воздушного потока и колебательных процессов во впускной и выпускной системах,
фаз газораспределения. В итоге характер изменения специфичен для
каждой модели двигателя. Типичный закон изменения V = f(nе) показан на рис. 18. Часовой расход топлива возрастает почти пропорционально частоте вращения n, имея характерную выпуклость кривой Gт
за счет специфичного изменения V.
Крутящий момент двигателя зависит от количества подаваемого
топливо-воздушного заряда (V, ), от эффективности использования
теплоты (i ), от механических потерь в двигателе (м). С ростом частоты вращения индикаторный КПД возрастает благодаря улучшению
качества процессов смесеобразования и сгорания, уменьшения времени цикла, а следовательно, меньших тепловых потерь в стенки цилиндра. Механические потери с ростом частоты вращения возрастают. Однако вследствии общего повышения индикаторной мощности
относительный уровень механических потерь Nмп/Ni сначала меняется мало, а затем прогрессивно возрастает. Поэтому механический
КПД на малых частотах вращения почти постоянен, но при высоких
nе интенсивно уменьшается. В результате совместного действия
различных факторов крутящий момент (среднее эффективное давление) сначала возрастает, достигая максимума при средних частотах
вращения, а затем падает. Таким образом по сравнению с Ме
мах
уменьшение крутящего момента на малых частотах вращения объясняется снижением
и i, а на высоких - уменьшением V и м.
V
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]