Регулировочная характеристика дизеля по углу опережения начала впрыска топлива

 

Цель работы. На основании анализа регулировочной характеристики, представляющей собой зависимость эффеективной мощности Nе, часового Gт и удельного qе расходов топлива и других показателей работы двигателя от угла опережения начала впрыска топлива q, построенной по результатам замеров, определить оптимальное значение угла опережения начала впрыска топлива испытуемого двигателя.

Анализ характеристики. Так как характеристика снимается при практически постоянных расходах воздуха и топлива, то величина удельного расхода топлива обратно-пропорциональна эффективной мощности ge º 1/Ne, и оптимальный угол опережения подачи обеспечивает обновременно максимальную мощность и наилучшую экономичность. Отклонение угла от оптимального значения ухудшает показатели двигателя.

Процесс сгорания в дизеле (см. рис.10) можно условно разделить на четыре периода - фазы горения. В первой фазе (период задержки воспламенения) q_I топливо впрыскивается в воздушный заряд, имеющий высокую температуру, распыливается, испаряется и достигнув температуры самовоспламенения, воспламеняется.

 

Рисунок 5.2 - Регулировочная характеристика дизельного двигателя по углу опережения подачи топлива (а) и характер изменения давления (Р) и температуры в цилиндре двигателя (Т) от q° пкв (б)

Во второй фазе (фаза быстрого горения) q_II происходит интенсивное сгорание топливо-воздушной смеси. Скорости сгорания максимальны, наблюдается быстрое выделение теплоты и резкое повышение давления. В третьей фазе (фаза диффузионного горения) q_III непосредственно сгоранию предшествует интенсивное перемешивание топлива и воздуха, что уменьшает скорость тепловыделения. Горение идет при увеличивающемся объеме над поршнем, поэтому давление в цилиндре остается постоянным или даже уменьшается, хотя температура продолжает возрастать, достигая максимума в конце q_III. В четвертой фазе q_IV происходит догорание оставшегося заряда.

При увеличении угла опережения подачи (ранний впрыск), давление и температура сжимаемого воздуха в цилиндре в момент впрыска будут ниже, чем при оптимальном угле. Это вызывает увеличение периода задержки воспламенения и к моменту самовоспламенения в цилиндре находится больше топлива хорошо перемешенного с воздухом, которое затем сгорает во второй фазе с максимальными скоростями. Несмотря на увеличение периода задержки воспламенения процесс сгорания начинается раньше, чем при оптимальном угле опережения подачи. Вследствии сгорания большей части смеси до ВМТ, поршень движется в зону повышенного давления, увеличивается работа сжатия, снижается работа расширения, увеличивается отвод теплоты в стенки камеры сгорания. Повышается жесткость работы, динамические нагрузки, трение, т.е. механические потери возрастают. Это приволит к ухудшению теплоиспользования, уменьшению индикаторной работы и мощности цикла, а следовательно, и эффективной мощности двигателя. При раннем впрыске возможно появление стуков, вызванных повышенной жесткостью процесса сгорания.

При уменьшении угла опережения подачи топлива (поздний впрыск) процесс сгорания смещается на такт расширения. Основная масса топлива сгорает при увеличивающемся объеме над поршнем. Возрастающее давление в цилиндре как бы "догоняет" уходящий от ВМТ поршень, максимальное давление цикла снижается и смещается правее ВМТ, увеличиваются температуры отработавших газов и стенок камеры сгорания, возрастают тепловые потери в стенки цилиндра и с отрабо- тавшими газами. В результате ухудшения индикаторных показателей снижается максимальная эффективная мощность и повышается удельный расход топлива.

В дизеле значение оптимального угла опережения подачи топлива необходимо корректировать в зависимости от частоты вращения вала двигателя и его нагрузки.

С увеличением частоты вращения вала двигателя улучшаются физико-химические процессы подготовки смеси и сокращается период задержки воспламенения. Однако скорость развития предпламенных процессов увеличивается медленнее, чем уменьшается время, отводимое на рабочий цикл. В результате чего сгорание в основных фазах смещается на такт расширения и показатели двигателя ухудшаются. Для того, чтобы обеспечить сгорание основной массы топлива при положении поршня вблизи ВМТ надо увеличивать угол опережения подачи топлива. В эксплуатации это обеспечивается центробежными муфтами опережения впрыска топлива.

При снижении нагрузки оптимальный угол опережения подачи должен уменьшаться. Это связано с тем, что при уменьшении цикловой подачи уменьшаются количество выделившейся теплоты, т.е. несколько ухудшаются условия воспламенения. Для сохранения неизменных условий воспламенения заряда в первой фазе надо начинать впрыскивать топливо позднее, ближе к ВМТ, в среду с большими давлением и температурой. Так как снижение цикловой подачи осуществляется за счет сокращения длительности впрыска, то учитывая некоторое уменьшение угла опережения впрыскивания, сгорание меньшего количества топлива по-прежнему происходит в районе ВМТ. В эксплуатации автотракторных дизелей для простоты конструкции угол опережения подачи топлива от нагрузки обычно не корректирует.

Выбор оптимальной регулировки угла опережения подачи топлива. Для выбранного режима работы дизеля оптимальным является такой угол опережения подачи топлива, при котором двигатель одновременно развивает максимальную мощность и имеет минимальный удельный расход топлива.

Для установления или определения фактически установленного угла опережения подачи топлива необходимо выполнить следующие операции. Снять с топливного насоса трубку высокого давления первого насосного элемента и вместо нее установить моментоскоп, заполнив его топливом. Установить указатель в виде стрелки против буртика шкива привода вентилятора. Установить рычаг управления на полную подачу топлива и включить декомпрессонный механизм. Вращая коленчатый вал наблюдать за уровнем топлива (мениском) в моментоскопе. Как только уровень топлива начнет повышаться, вал остановить и нанести карандашом метку на буртике шкива привода вентилятора, напротив стрелки указателя.

Затем вывернуть, установочную шпильку (щуп) из отверстия в картере маховика и вставить ее наружным ненарезанным концом в это отверстие до упора в поверхность маховика и продолжая вращать вал, слегка прижимая установочную шпильку. Как только конец шпильки войдет в углубление маховика, вращение вала прекратить и нанести вторую метку на буртике шкива привода вентилятора, напротив стрелки указателя.

После этого измерить гибкой линейкой расстояние между метками на цилиндрической поверхности буртика шкива вентилятора (L). Зная расстояние между метками и диаметр шкива привода вентилятора (d) можно определить угол опережения подачи топлива по формуле

q = (L·360)/(n_е · d) = (114,6 · L)/d.

По этой зависимости можно определить оптимальную величину длины дуги на поверхности шкива вентилятора для заданного оптимального угла опережения подачи топлива.