Электронная библиотека

  • Для связи с нами пишите на admin@kursak.net
    • Обратная связь
  • меню
    • Автореферат (88)
    • Архитектура (159)
    • Астрономия (99)
    • Биология (768)
    • Ветеринарная медицина (59)
    • География (346)
    • Геодезия, геология (240)
    • Законодательство и право (712)
    • Искусство, Культура,Религия (668)
    • История (1 078)
    • Компьютеры, Программирование (413)
    • Литература (408)
    • Математика (177)
    • Медицина (921)
    • Охрана природы, Экология (272)
    • Педагогика (497)
    • Пищевые продукты (82)
    • Политология, Политистория (258)
    • Промышленность и Производство (373)
    • Психология, Общение, Человек (677)
    • Радиоэлектроника (71)
    • Разное (1 245)
    • Сельское хозяйство (428)
    • Социология (321)
    • Таможня, Налоги (174)
    • Физика (182)
    • Философия (411)
    • Химия (413)
    • Экономика и Финансы (839)
    • Экскурсии и туризм (29)

ХАРАКТЕРИСТИКИ И СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ МОЩНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК.

1. Характеристики энергетических установок.

2. Виды характеристик поршневых ДВС.

2.1. Регулировочные характеристики

2.2. Нагрузочные характеристики

2.3. Скоростные характеристики

3. Способы повышения мощности двигателя.

1. Характеристики энергетических установок.

Автомобильные двигатели работают в широком диапазоне измене­ния скоростных и нагрузочных режимов.

Режим работы двигателя – это его состояние, характеризующе­еся совокупностью показателей.

Основными показателями, определяющими рабочий режим, яв­ляются частота вращения коленчатого вала, нагрузка на двигатель и температура. Если значения этих показателей в процессе работы двигателя остаются неизменными, режим называется установив­шимся. В случае изменения хотя бы одного из них режим считается неустановившимся.

Характеристикой двигателя называется совокупность зависимо­стей основных показателей его работы от эксплуатационных, конст­руктивных и других факторов.

Характеристики двигателя определяют его эксплуатационные качества, уровень технического совершенства, правильность регули­ровок, а также его назначение.

Характеристики двигателя определяются, как правило, на уста­новившихся режимах, несмотря на то, что в реальных условиях двигатели работают при их непрерывном изменении, так как учесть одновременное влияние всех факторов на работу двигателя затруд­нительно. Поэтому характеристики получают на специально обору­дованных испытательных стендах, где возможно исследование раз­личных показателей в зависимости от изменения одного фактора.

Основными показателями работы двигателя являются эффек­тивная мощность Nе, крутящий момент Мк, часовой расход топлива Gт и удельный эффективный расход топлива ge.

В зависимости от параметра, принимаемого в качестве незави­симой переменной, различают три основные группы характеристик: скоростные, нагрузочные и регулировочные.

Наиболее значимыми являются нагрузочные и скоростные ха­рактеристики, позволяющие оценить экономические и мощностные качества двигателей на различных режимах работы.

Так как основные показатели работы двигателей зависят от од­них и тех же параметров цикла, а именно от ηυ, α, ηi, ηм, то характе­ристики являются наиболее наглядным средством анализа рабочего процесса двигателя.

Общая методика исследования рабочих характеристик двигателя предусматривает следующие направления работы:

• определение цели получения характеристики;

• определение условий получения характеристики;

• изменение основных параметров цикла в зависимости от ар­гумента характеристики;

• изменение показателей работы двигателя:

• практическое использование полученной характеристики.

Показатели работы двигателя изменяются в соответствии с из­менением основных параметров цикла:

(7.1)

(7.2)

(7.3)

(7.4)

(7.5)

Очевидно, что Vh, Ни, l0 и ρ величины постоянные. Следователь­но, в зависимости от того, как в процессе работы двигателя будут меняться величины ηi, ηυ, ηм, α и п, так и будут изменяться показа­тели его работы.

2. Виды характеристик поршневых ДВС.

2.1. Регулировочные характеристики представляют собой зависи­мости основных показателей двигателя от значения одного или нескольких из регулировочных параметров при постоянной часто­те вращения коленчатого вала.

Регулировочные характеристики получают для ряда скорост­ных и нагрузочных режимов с целью оценить качество рабочего процесса и определить предельные мощностные, экономические и экологические показатели двигателя на исследуемых режимах, выбрать и оценить регулировочные параметры систем двигателя, определить характер их изменения на различных режимах.

Регулировочная характеристика двигателя с искровым зажига­нием по составу смеси представляет собой зависимость основных показателей двигателя от состава смеси. Она определяется при постоянстве скоростного режима работы двигателя и ряда других факторов, а также при оптимальных для мощности Nе значениях угла опережения зажигания (φо.з. = φо.з. опт) для каждого состава смеси. Возможны три способа ее получения:

• при постоянном положении дроссельной заслонки (φдр = соnst), что обеспечивает примерное постоянство расхода воздуха (Gв = соnst); способ достаточно прост и на режимах полных нагрузок пригоден только он;

• при постоянной мощности двигателя (Ne = соnst); способ явля­ется более правильным, так как для движения автомобиля в кон­кретных условиях необходима постоянная мощность; используют для режимов холостого хода;

• при постоянном расходе топлива (GТ – соnst); способ применяют при испытании двигателя с системами впрыскивания топлива.

На средних нагрузках могут использоваться все три способа.

При снятии характеристик переменные значения коэффици­ента избытка воздуха α получают изменением расхода топлива. В карбюраторных двигателях для этого изменяют давление в по­плавковой камере карбюратора или проходное сечение главного топливного жиклера (конусной иглой), а в двигателях с впрыски­ванием бензина и электронным управлением — длительность уп­равляющего импульса форсунки.

Характеристика, снятая при постоянном положении дроссель­ной заслонки (первый способ), показывает (рис. 7.1, а), что мак­симум мощности (Ne max) и минимум удельного расхода топлива

Рис. 7.1. Регулировочные характеристики двигателя с искровым зажиганием по составу смеси: а — при постоянном положении дроссельной заслонки (ηV = соnst; φдр = 100%, n = 2000 мин-1); б — при постоянной мощности (Ne = 15,7 кВт, п = 2000 мин-1) (ge min) достигаются при различных составах смеси: мощностном (αм < 1 — богатая смесь) и экономическом (αэк > 1 — бедная смесь).

Мощность двигателя Nе пропорциональна отношению ηVηi/α. На полной нагрузке и ηV = соnst отношение ηi/α достигает макси­мума при некотором обогащении смеси (α= αм), поэтому все дру­гие энергетические показатели (pi, pe, MK, Ne) также максималь­ны. Это объясняется тем, что скорость сгорания, выделение теп­лоты и превращение ее в индикаторную работу из-за неоднород­ного перемешивания смеси достигают максимальных значений только при несколько обогащенной смеси.

При снижении α ниже αм Ne уменьшается из-за резкого ухуд­шения процесса сгорания при недостатке кислорода и снижения ηM .

Индикаторный КПД ηi достигает максимального значения при обеднении смеси до определенного αηi max, который соответствует оптимальному сочетанию полноты и скорости сгорания, а также теплоемкости отработавших газов.

При дальнейшем обеднении смеси ухудшаются условия вос­пламенения и уменьшается скорость сгорания, снижается ηi и уве­личивается ge. Так как при этом уменьшается ηM , тo αэк , соответ­ствующий ge min, несколько меньше αηi max.

При большом обеднении смеси работа двигателя становится неустойчивой, вплоть до пропусков сгорания в отдельных циклах и цилиндрах.

Следовательно, зона рациональных регулировок должна находится в пределах между αм и αэк. При полной нагрузке состав смеси устанавливают беднее αм, что способствует повышению экономичности до 10% при небольшом снижении мощности (на 1…2%). На частичных нагрузках состав смеси делают несколько богаче αэк, что обеспечивает надежную работу двигателя и допустимое ухудшение экономичности при обеднении смеси в эксплуатации, понижении температуры воздуха, технологических отклонениях и т.п.

Уменьшение нагрузки и частоты вращения вызывает сужение зоны реглирования и смешение ее (уменьшение α) в область более богатых смесей. При снижении частоты вращения это обусловлено ухудшением смесеобразования во впускном трубопроводе и снижением турбулизации заряда в цилиндре. При снижении нагрузки прикрытием дроссельной заслонки ухудшаются условия воспламенения и сгорания из-за снижения Т и р в цилиндре, а также увеличения разбавления зарда остаточными газами.

У современных бензиновых двигателей αэк изменяется от 1,1…1,3 при полной нагрузке до 0,9…1,0 при прикрытой дроссельной заслонке.

При выборе регуировачных параметров системы питания также учитывают норсы на выброс токсичных веществ. Их изменение по данной характеристике представлено на рис.6.2.

На рис,7.1, б представлена регулировачная характеристика по составу смеси при постоянной мощности.

Регулировачная характеристика по углу опережения зажигания представляет собой зависимость основных показателей двигателя от угла опережения зажигания φо.з. при постоянной частоте вращения коленчатого вала и постоянном положении дроссельной заслонки (φдр=const), что предопределяет постоянство наполнения двигателя и состава смеси.

Максимум Nе и минимум gе для рассматриваемого режима работы двигател достигаются при одном и том же значении угла опережения зажигания, который нзыается оптимальным (φо.з.опт) (рис,7.2, а) При постоянстве часового расхода топлива Gт это следует из зависимости gе= (Gт/Nе)· 103.

Угол опережения зажигания определяет момент подвода теплоты, выделяющейся при сгорании, относительно ВМТ. Слишком ранний и слишком поздний подвод теплоты не обеспечивает ее полное использование.

При раннем зажигании (φо.з. >φо.з.опт) теплота начинает активно выделяться до ВМТ. Поэтому повышаются рz и Тz цикла (рис,7.2,б), что приводит к росту утечек рабочего тела через кольца, повышению потери теплоты в стенки и, следовательно, к уменьшению индикаторной работы, увеличивается склонность двигателя к детонации, возрастает концентрация NOх. Температура отработавших газов Тr при этом снижается.

При позднем зажигании (φо.з. < φо.з.опт) значительная часть теплоты выделяется после ВМТ. Это приводит к росту температуры рабочего тела в проуессе расширения и к повышению потерь теплоты с отработавшими газами.

Угол опережения зажигания существенно влияет на токсичность, мощность и экономичность двигателя. Угол φо.з.опт зависит от режима работы двигателя.

При повышении частоты вращения коленчатого вала двигателя возрастает длительность первой фазы сгорания, выраженной в градусах ПКВ. Поэтому для сохранения оптимального положения второй фазы сгорания относительно ВМТ угол опережения зажигания следует увеличивать.

Уменьшение нагрзки прикрытием дроссельной заслонки ухудшает условия воспламенения смеси в связи со снижением давления в цилиндре в конце сжатия, повышением доли отработавших газов в рабочей смеси, уменьшением турбулизации заряда и снижением энергии искрового разяда. Вследствии этого также возрастает длительность начальной фазы сгорания, что требует увели­чения угла опережения зажигания.

Угол опережения зажигания иногда специально делают мень­ше φо.з.опт для снижения N0х или для подавления детонации.

Рис.7.2. Регулировачная характеристика двигателя с искровым зажиганием по углу опережения зажигания (а) и индикаторные диаграммы (б) при раннем, оптимальном и позднем зажигании

Регулировочная характеристика дизеля по углу опережения впрыс­кивания топлива является зависимостью основных показателей дизеля от угла опережения впрыскивания φо.вп при постоянной частоте вращения коленчатого вала и постоянной цикловой подаче топлива, что предопределяет постоянство наполнения и состава смеси.

Характер изменения основных параметров по углу опережения впрыскивания дизеля подобен их изменению в характеристике по углу опережения зажигания. Для снижения тепловых и механи­ческих нагрузок, как правило, φо.вп < φо.вп.опт.

2.2. Нагрузочной характеристикой называется зависимость основ­ных показателей двигателя от параметра, характеризующего его нагрузку (Ne, Мк, ре) при постоянной частоте вращения.

Нагрузочная характеристика позволяет описать работу двига­теля при движении автомобиля с постоянной скоростью на од­ной передаче и переменном дорожном сопротивлении.

Основными показателями двигателя по нагрузочной характе­ристике являются Gт и ge. Кроме того, определяемыми показате­лями могут быть: коэффициент наполнения, коэффициент избытка воздуха, угол опережения зажигания или угол опережения впрыс­кивания, температура отработавших газов, концентрация токсич­ных компонентов в отработавших газах, а для дизелей — допол­нительно дымность.

Левая крайняя точка характеристики соответствует режиму хо­лостого хода для заданной частоты вращения.

Правая крайняя точка характеристики соответствует максималь­ной нагрузке (Ne max), которую двигатель может преодолеть при дан­ной частоте вращения (двигатели с искровым зажиганием), или ее значению при положении регулирующего органа на упоре (ди­зели). Она соответствует точке внешней скоростной характерис­тики для заданной частоты вращения двигателя.

Нагрузочная характеристика может быть построена и по ре­зультатам снятия регулировочных характеристик по составу смеси. Она называется характеристикой оптимального регулирования. При ее сравнении с нагрузочной характеристикой, полученной экспе­риментально, можно оценить качество регулировок систем пода­чи топлива и зажигания.

На кривых нагрузочной характеристики обычно фиксируют следующие характерные точки: минимальный удельный расход топлива ge min и соответствующие ему значения нагрузки и α; ча­совой расход топлива Gт и α на холостом ходу; Ne max.

При снятии нагрузочной характеристики двигателя с искровым зажиганием мощность увеличивают повышением количества го­рючей смеси, поступающей в цилиндры, т.е. открытием дроссель­ной заслонки.

С учетом наивыгоднейшей характеристики состав смеси на всех режимах нагрузочной характеристики теоретически должен быть экономическим, кроме режима полной нагрузки, когда смесь долж­на обогащаться до мощностного состава (рис. 7.3, а).

На режимах холостого хода и малых нагрузок для обеспечения хо­рошей экономичности необходимо обогатить смесь до α = 0,90… 0,95.

По мере открытия дроссельной заслонки и перехода от режима холостого хода к режимам малых и средних нагрузок возрастают часовые расходы топлива GТ и воздуха GB; увеличивается наполне­ние цилиндров ηV; повышается доля свежего заряда в рабочей сме­си; растет давление в цилиндре; улучшаются условия смесеобра­зования, воспламенения и сгорания горючей смеси; снижается длительность первой фазы сгорания. На основании этого необхо­димо повышать а и уменьшать угол опережения зажигания.

На данных режимах двигатель работает на экономическом со­ставе смеси (α = 1,1… 1,2). Это вызывает рост ηi, так как он опреде­ляется составом смеси α, ηV и значением угла опережения зажи­гания.

Механические потери рм изменяются по характеристике мало, а индикаторное давление рі линейно возрастает. Поэтому, исходя из определения ηм (ηм = pe/pi=(pi-pм)/pi=1- pм/pi), начиная от нуля (на режиме холостого хода pe = 0, pi = pм ), будет возрастать, так как большая доля индикаторной работы передается потребителю.

Удельный эффективный расход топлива ge обратно пропорци­онален ηе = ηiηм. На холостом ходу он равен бесконечности. Это указывает на то, что вся теплота расходуется не на полезную ра­боту, а на преодоление механических потерь двигателя. Затем он снижается в силу совместного роста ηi и ηм и достигает мини­мального значения при (0,8…0,9) Ne max.

Рис. 7.3. Нагрузочные характеристики двигателя с искровым зажиганием (а), дизеля (б) и дизеля с наддувом (в).

При полном открытии дроссельной заслонки создается мощностной состав смеси (α = 0,85…0,90), уменьшается ηi из-за химичес­кой неполноты сгорания при богатой смеси; увеличивается ge из-за уменьшения ηi, несмотря на максимальное значение ηм.

Концентрация токсичных компонентов отработавших газов по нагрузочной характеристике определяется совместным влиянием α, φо.з. и ηV.

При снятии нагрузочной характеристики дизеля нагрузку изме­няют варьированием цикловой подачи топлива, т.е. перемещени­ем рейки топливного насоса.

В дизеле без наддува (рис. 7.3, б) при уменьшении нагрузки:

• увеличивается коэффициент избытка воздуха α, снижаются ча­совой расход топлива Gт, количество теплоты, выделяющейся при сгорании, температура отработавших газов Тr, дымность отрабо­тавших газов Dx;

• часовой расход воздуха Gв, несколько увеличивается из-за сни­жения степени его подогрева;

• увеличивается ηi из-за роста α; однако на очень малых нагруз­ках ηi может уменьшаться из-за ухудшения качества процессов впрыскивания и распыливания топлива;

• удельный эффективный расход топлива ge уменьшается из-за повышения α и ηi, достигая минимума при 70…80% нагрузки, а на малых нагрузках — увеличивается в связи с уменьшением ηM.

В дизеле с турбонаддувом (рис. 7.3, в) при уменьшении нагрузки:

• снижается расход воздуха Gв в связи с падением температуры отработавших газов перед турбиной Тт, уменьшением располагае­мой работы газа, что приводит к снижению частоты вращения турбины и компрессора;

• коэффициент избытка воздуха а увеличивается более плавно из-за снижения Gв;

• уменьшается коэффициент наполнения ηV из-за снижения рк и Тк ;

• более интенсивно растет ge на малых нагрузках, что связано с увеличением затрат на работу газообмена. Исходя из этого целесо­образно регулирование турбонаддува на малых нагрузках.

Предел форсирования дизеля по нагрузке определяется дымностью отработавших газов или тепловой напряженностью дета­лей. Так как дизель с турбонаддувом на средних и высоких часто­тах вращения имеет большие значения а, то предел его форсиро­вания определяется тепловой напряженностью деталей в цилинд­ре и колесах турбины.

2.3. Скоростная характеристика представляет собой зависимость основных показателей двигателя от частоты вращения коленчато­го вала при неизменном положении органа управления двигателем.

Внешняя скоростная характеристика определяется при полном открытии дроссельной заслонки или при положении органа уп­равления подачей топлива, которое обеспечивает получение но­минальной мощности дизеля.

Частичные скоростные характеристики снимают при промежу­точном положении органа управления двигателем.

Внешняя скоростная характеристика соответствует работе дви­гателя автомобиля, движущегося в условиях переменного дорож­ного сопротивления, но при постоянном и предельном положении органа управления, например при разгоне автомобиля.

Внешняя скоростная характеристика является основной пас­портной характеристикой двигателя. По методике, установленной государственным стандартом, в зависимости от укомплектованности двигателя устройствами и оборудованием, определяют:

• мощность нетто при укомплектовании двигателя серийным оборудованием по стандарту (вентилятором, генератором, возду­хоочистителем, глушителем и др.), а регулировки соответствуют техническим условиям; отключают лишь вспомогательные систе­мы автомобиля (компрессор тормозной системы, насос; гидро­усилителя рулевого управления, компрессор кондиционера и т.д.);

• мощность брутто — допускается отключать или снимать неко­торые устройства, обслуживающие двигатель, а также использовать оптимальные (а не штатные) регулировки отдельных его си­стем.

Мощность брутто больше мощности нетто.

Для сопоставления результатов испытаний, полученных при раз­ных атмосферных условиях, мощностные показатели двигателей Ne, Мк и ре приводят к стандартным атмосферным условиям: атмос­ферное давление В0= 100 кПа (750 мм рт. ст.), температура воздуха T0 = 298 К, парциальное давление сухого воздуха рв = 99 кПа, темпе­ратура топлива (для дизелей) Tт0 = 298 К.

Показатели Ne0, Мк0 и ре0 вычисляют умножением полученных экспериментально значений на поправочный коэффициент.

Внешняя скоростная характеристика двигателя с искровым за­жиганием (рис. 7.4) снимается при полностью открытой дрооссельной заслонке. Система подачи топлива на большинстве скоростных режимов обеспечивает состав смеси, близкий к мощностному, а система зажигания обеспечивает φо.з., близкий к оптимальному. На средних и малых частотах вращения φо.з. ограничен появ­лением детонации.

Рис. 7.4. Внешняя скоростная характеристика двигателя с искровым зажиганием легкового автомобиля.

При повышении частоты вращения п растет число циклов в единицу времени, что приводит к росту часовых расходов топли­ва GТ и воздуха Gв, повышению турбулизации рабочего заряда и скорости движения фронта пламени по камере сгорания, умень­шению относительных потерь теплоты в стенки цилиндров, улуч­шению качества смесеобразования, сокращению длительности второй фазы сгорания по времени (длительность в градусах ПКВ практически сохраняется), увеличению температуры отработавших газов, что обусловлено уменьшением теплоотдачи в стенки цилиндра.

Повышение качества рабочего процесса двигателя при увели­чении п приводит к росту ηi.

Из-за того, что длительность второй фазы сгорания в градусах ПКВ при повышении п практически не изменяется, для обеспечения выделения теплоты в области ВМТ следует увеличивать угол опережения зажигания.

Коэффициент наполнения ηV с ростом частоты вращения вна­чале повышается, достигает максимума, а затем снижается. На низких частотах вращения фазы газораспределения не соответ­ствуют скоростному режиму и возможен обратный выброс свеже­го заряда, а на высоких частотах влияние гидравлических потерь больше явления дозарядки.

Максимальное значение ηV для двигателей легковых автомоби­лей формируют на высоких частотах вращения в целях получения высокой номинальной мощности, обеспечивая высокую скорость и хорошую динамику разгона автомобиля.

Для двигателей грузовых автомобилей максимум ηV формиру­ют на средних частотах, чтобы повысить Mк mах для обеспечения хороших тяговых свойств.

Среднее давление механических потерь рм с повышением п воз­растает по закону, близкому к линейному, а так как темп измене­ния рi менее интенсивен, то ηм при этом монотонно снижается.

Характер изменения ре (Мк) определяется совместным влия­нием параметров, входящих в зависимость ре = (Hu/l0)(ηi/α) ηV ρк ηм, где ρк — плотность заряда на впуске. Его уменьшение на малых частотах вращения обусловлено снижением ηi и ηV, а на высо­ких — уменьшением ηV и ηм.

Для двигателей с искровым зажиганием пMк mах = (0,55…0,7)nном, а коэффициент приспособляемости kM = Mк mах / Mк ном = 1,10… 1,30.

Изменение мощности Nе по частоте вращения обусловлено совместным влиянием на нее Мк и п на основании зависимости Nе = Мк п/9550. Рост мощности, начиная от низких частот вращения, связан с линейным повышением п и возрастанием Мк . На высоких частотах вращения темп роста Nе замедляется из-за уменьшения Мк и достигает максимума при пNе max (обычно пNе max > пном). После пNе max мощность резко снижается из-за падения ηV и ηм и в дальнейшем при полностью открытой дроссельной заслонке на холостом ходу становится равной нулю, достигая максимальной частоты вращения яхтах, которая на 30…50% превосходит номинальную.

Для двигателей легковых автомобилей кратковременный пере­ход на такой режим возможен. У двигателей грузовых автомоби­лей, имеющих большие движущиеся массы, рост сил инерции может снизить надежность двигателя, что требует применения ограничителя частоты вращения.

Удельный эффективный расход топлива определяется произ­ведением ηiηм. Увеличение ge на низких п обусловлено уменьше­нием ηi, а на высоких — снижением ηм.

Концентрация токсичных веществ в отработавших газах опре­деляется совместным влиянием α, φо.з., условий смесеобразования и сгорания.

Частичные скоростные характеристики снимают при постоян­ных промежуточных положениях дроссельной заслонки. Увеличе­ние п при прикрытой дроссельной заслонке приводит к резкому снижению ηV из-за роста гидравлических потерь и вызывает соот­ветствующее снижение рi и, следовательно, ηм. Чем больше сте­пень прикрытия дроссельной заслонки, тем более резко снижа­ются ре, Мк, Nе, а их максимумы сдвигаются в область меньших частот вращения.

Внешняя скоростная характеристика дизеля снимается в диапа­зоне частот вращения от пmin до пном. Далее, от пном до пx max, распо­лагается регуляторная ветвь характеристики (рис. 7.5). При работе дизеля по внешней скоростной характеристике рейка топливного насоса находится на упоре, а по регуляторной ветви рейкой умень­шают цикловую подачу топлива.

При затяжке пружины регулятора меньше максимальной оп­ределяют частичные скоростные характеристики.

Особенности изменения Мк по внешней скоростной характери­стике определяются изменением комплекса параметров (ηi/α) ηVρкηм.

При формировании внешней скоростной характеристики ди­зеля изменение α является одним из основных управляющих фак­тoров. Воздействуя на цикловую подачу топлива Vц, можно обес­печить любой характер изменения α.

Рис. 7.5. Внешняя скоростная характеристика дизеля с регуляторной ветвью

В значительной мере α определяет изменение ηi и температуры отработавших газов с изменением частоты вращения. Если α оста­ется неизменным или незначительно возрастает, то при увеличе­нии частоты вращения ηi возрастает, а температура отработавших газов повышается.

При повышении п механический КПД дизеля ηм уменьшается из-за роста механических потерь рм.

В дизеле без наддува максимум ηV достигается на средних частотах вращения. При небольших частотах вращения ηV снижается из-за несоответствия фаз газораспределения скоростному режиму работы дизеля (фазы большие, а скорость заряда — невысокая, поэтому возможен обратный выброс свежего заряда во впускной трубопровод). При больших частотах вращения растут гидравли­ческие потери.

В дизеле с нерегулируемым газотурбинным наддувом (рис. 7.6) с ростом п повышается расход газов через турбину, что вызывает возрастание частоты вращения вала турбокомпрессора и, как след­ствие, — повышение рк, Тк, ρк и ηV.

В дизелях применяют системы наддува, настроенные на проме­жуточную (не номинальную) частоту вращения, а также регули­руемого наддува.

Это обеспечивает улучшение экономичности на малых частотах. На высоких частотах вращения увеличение работы выпуска ухудшает экономичность. Поэтому у дизелей, работаю­щих в широком диапазоне частот вращения, применяют перепуск газов, минуя турбину. Также используют и другие способы регули­рования турбин, например, с помощью изменения минимального эффективного сечения и угла входа газа на лопатки колеса.

Рис. 7.6. Внешняя скоростная характеристика дизеля с наддувом

Применение управляемого комбинированного наддува, при кото­ром и приводной компрессор, и турбокомпрессор подключены последовательно, представляет собой эффективный способ фор­мирования внешней скоростной характеристики дизеля: на малых частотах вращения повышает плотность воздуха приводной комп­рессор, а на больших — турбокомпрессор. При достижении опре­деленной частоты вращения и малой нагрузке двигателя привод­ной компрессор автоматически отключается. На малых нагрузках и высоких частотах вращения автоматически открываются клапа­ны перепуска газов мимо турбины. Эта система обеспечивает вы­сокий запас крутящего момента и высокую экономичность во всем диапазоне режимов работы дизеля.

Крутящий момент Мк при повышении частоты вращения от минимально устойчивой до пм растет из-за увеличения ηV и ηi. После достижения максимума при дальнейшем увеличении п кру­тящий момент снижается из-за уменьшения ηV и ηм.

Для повышения запаса крутящего момента дизелей без надду­ва (обычно μн не превышает 12% из-за ограничений по дымности) и дизелей с нерегулируемым наддувом осуществляют пря­мую коррекцию топливоподачи (обеспечивая постоянную цикло­вую подачу от пном до пМк mах), а при работе дизеля с полной на­грузкой на малых частотах вращения — обратную коррекцию (уменьшая цикловую подачу) для снижения дымности отрабо­тавших газов. При регулируемом наддуве можно повысить запас крутящего момента до 35…40 %.

Если для дизеля без наддува ρк практически не зависит от п, то при газотурбинном наддуве она является одним из управляющих параметров.

Характеристики агрегатов наддува существенно влияют на па­раметры дизеля. При применении приводного компрессора повы­шение его КПД уменьшает затраты мощности на привод и, как следствие, обеспечивает рост ηм и уменьшение ge. При газотур­бинном наддуве повышение КПД турбокомпрессора также сни­жает потери на газообмен, повышает ηм и уменьшает ge.

При повышении частоты вращения удельный эффективный расход топлива ge уменьшается за счет повышения ηiηм и достигает минимума при некоторой средней частоте вращения, когда про­изведение ηi максимально. При дальнейшем повышении часто­ты вращения ge увеличивается из-за снижения ηV и ηм.

При увеличении частоты вращения дымность отработавших газов снижается, а содержание оксидов азота повышается.

Регуляторная ветвь скоростной характеристики (при п>nном) обеспечивает автоматический переход от внешней характеристи­ки к холостому ходу с помощью регулятора путем уменьшения цикловой подачи топлива. Так как диапазон изменения п по регу­ляторной ветви невелик, то изменение параметров может быть проанализировано на основании информации о нагрузочной ха­рактеристике.

Если при графическом изображении показателей дизеля в каче­стве аргумента взять частоту вращения п, то получим скоростную характеристику с регуляторной ветвью, а если эффективную мощ­ность или крутящий момент, — регуляторную характеристику.

Регуляторная характеристика дизеля при анализе совместной работы дизеля с потребителем его мощности в ряде случаев удоб­нее скоростных и нагрузочных характеристик. Она нагляднее и точнее отражает изменение показателей дизеля в зависимости от внешней нагрузки в эксплуатации, так как при работе регулятора одновременно изменяются нагрузка и частота вращения.

3. Способы повышения мощности двигателя

Чтобы увеличить среднее эффективное давление, необходимо в цилиндр за цикл подать большее количество топлива, а для полного его сгорания – большее количество воздуха. Это реализуется путем увеличения количества свежего заряда, нагнетаемого в цилиндр давлением. Данный способ называется наддувом двигателя. При этом среднее эффективное давление увеличивается практически пропорционально увеличению плотности свежего заряда.

На рис. 7.7 показан наддув с механическим приводом от коленчатого вала, а на рис. 7.8 – турбонаддув, где для привода центребежного компрессора 1 используется энергия отработавших (ОГ), которая реализуется в турбине 2, конструктивно объедининой с компрессором в единый агрегат, который называется тур компрессором.

По величине создаваемого давления на входе в цилиндр различают наддув низкий (до 0,15 МПа), средний (0,15-0,2 МПа) и высокий (более 0,2 МПа). При этом эффективная мощность двигателя увеличивается на 20-30, 40-50 и более 50 % соответственно.

Рис. 7.7. Наддув с механическим приводом Рис. 7.8. Турбонаддув:

1 – компрессор; 2 — турбина

Применение наддува в двигателях с искровым зажиганием осложняется возникновением детонационного сгорания и более вы­сокой тепловой напряженностью лопаток турбины.

Анализируя уравнение 7.1., можно определить и другие спо­собы увеличения мощности двигателя:

• увеличение рабочего объема Vh двигателя является наиболее
простым способом повышения мощности. При этом происходит практически пропорциональное изменение массы заряда поступающего в цилиндры, что соответственно влияет на увеличению эффективной мощности.

Рабочий объем может быть увеличен как путем увеличена габаритных размеров цилиндров, так и повышением их числа несмотря на то, что увеличение габаритных размеров имеет свои преимущества, этот способ имеет такой существенный недостаток, как пропорциональный рост массы шатунно-поршневой группы, что увеличивает силы инерции деталей и снижает максимальную частоту вращения коленчатого вала;

• увеличение плотности воздуха р можно получить с помощью
наддува;

• рост коэффициента наполнения может быть обеспечен путем создания более совершенных конструкций впускных трубопроводов и увеличения числа впускных клапанов, а также переводом бензиновых двигателей с карбюраторной системы питания к системе впрыска;

• конструктивное совершенствование двигателей для увеличения ηм. Так, используя новые материалы, можно снизить механические потери на трение, а совершенствование газораспределительного и других механизмов обеспечивает снижение насосных потерь и потерь на привод вспомогательных узлов.

• повышение индикаторного КПД ηі которое зависит от
личных факторов, рассматривалось в подразделе 4.2.3;

• согласно формуле (7.1) увеличение частоты вращения коленчатого вала п должно привести к пропорциональному росту Nе. Однако увеличение быстроходности вызывает рост газодинамического сопротивления при впуске свежего заряда, в результате чего понижается коэффициент наполнения. Кроме этого возрастают механические потери, тепловая и механичекая напряженность деталей. Поэтому повышение быстроходности двигателя должно сопровождаться соответствующий конструктивными решениями, снижающими отрицательные последствия увеличения значений п;

• использование обедненных горючих смесей приводит к плохой их воспламеняемости от электрического разряда, а применение электрофакельного зажигания существенно усложняет конструкцию двигателя, в частности газораспределительного механизма.

Эффективным способом увеличения мощности двигателя является улучшение смесеобразования, особенно в дизелях. Перспективным в этом направлении остаются создание топливной аппаратуры обеспечивающей высокое качество распыления, и интенсификаю турбулизации заряда в цилиндрах двигателя и камере сгорания, дробнее способы смесеобразования описаны в главе 8.

Контрольные вопросы

1. Как и почему изменяются основные параметры по нагрузочной характеристике дизеля?

2. Как и почему изменяются основные параметры по нагрузочной характеристике двигателя с искровым зажиганием?

3. Как и почему изменяются основные параметры двигателя по скоростной характеристике?

4. Как и почему изменяются основные параметры двигателя по регулировочной характеристике от состава смеси?

5. Как и почему изменяются основные параметры двигателя по регулировочной характеристике от угла опережения впрыскивания дизеля?

6. Как и почему изменяются основные параметры двигателя по регулировочной характеристике от угла опережения зажигания?

7. Как снимается нагрузочная характеристика?

8. Как снимается регулировочная характеристика двигателя с искровым зажиганием по составу смеси?

9. Как снимается регулировочная характеристика по углу опережения зажигания?

10. Как снимается скоростная характеристика?

11. Для чего необходима внешняя скоростная характеристика?

12. Сформулируйте назначение регуляторной характеристики.

13. Перечислите способы повышения мощности двигателя.

14. Напишите в развернутом виде формулу эффективной мощности.

Тема необъятна, читайте еще:

  1. ИСПЫТАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК.
  2. Определение мощности котельной для одного жилого здания.
  3. Виды и основные характеристики топлива
  4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЛЬТ–АМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВАКУУМНОГО ДИОДА.

Автор: Настя Б. Настя Б., 07.04.2017
Рубрики: Разное
Предыдущие записи: КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА ШАТУННО-КРИВОШИПНОГО МЕХАНИЗМА ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ.
Следующие записи: ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Последние статьи

  • ТОП -5 Лучших машинок для стрижки животных
  • Лучшие модели телескопов стоимостью до 100 долларов
  • ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ОТКЛОНЕНИЙ РЕЧЕВОГО РАЗВИТИЯ У ДЕТЕЙ РАННЕГО ВОЗРАСТА
  • КОНЦЕПЦИИ РАЗВИТИЯ И ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ СИБИРИ: ГЕОПОЛИТИЧЕСКИЕИ ГЕОЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОЦЕНКИ
  • «РЕАЛИЗМ В ВЫСШЕМ СМЫСЛЕ» КАК ТВОРЧЕСКИЙ МЕТОД Ф.М. ДОСТОЕВСКОГО
  • Как написать автореферат
  • Реферат по теории организации
  • Анализ проблем сельского хозяйства и животноводства
  • 3.5 Развитие биогазовых технологий в России
  • Биологическая природа образования биогаза
Все права защищены © 2017 Kursak.NET. Электронная библиотека : Если вы автор и считаете, что размещённая книга, нарушает ваши права, напишите нам: admin@kursak.net