Регуляторная характеристика дизеля

 

Определение характеристики. Рассмотренные ранее нагрузочные и скоростные характеристики снимают либо при постоянной частоте вращения либо при постоянном положении органов управления подачей топлива. В реальных условиях эксплуатации дизели работают при одновременном изменении нагрузки и частоты вращения коленчатого вала. Автоматическое регулирование подачи топлива и мощности, развиваемой двигателем в зависимости от изменения внешней нагрузки и, соответственно, частоты вращения осуществляется всережимным регулятором. Изменение показателей двигателя при работе с регулятором (т.е. с управлением подачи топлива через регулятор) оценивается по регуляторным характеристикам.

Регуляторной характеристикой дизеля (рис. 13) называется зависимость мощностных (Ме, Ne), экономических (Gт, gе) и других показателей двигателя от частоты вращения при положении рычага управления регулятором, на упоре, соответствующем полной подаче топлива, т.е. Ме, Ne, Gт, gе = f(n_е). Кроме того, регуляторные характеристики могут быть представлены как зависимость основных показателей двигателя от крутящего момента Ne, Gт, gе, n_е = f(Me) или от эффективной мощности Mе, Gт, gе, n_е = f(Nе) (рис. 14).

При промежуточном положении рычага управления всережимным регулятором изменяется усилие предварительной затяжки пружины регулятора и, соответственно, максимальные частоты вращения и мощность двигателя. Такие характеристики называются частичными регуляторными характеристиками.

Рисунок 5.5 - Регуляторная характеристика дизеля в функции частоты вращения вала двигателя

Анализ характеристики. В соответствии с особенностями изменения цикловой подачи регулятором частоты вращения на регуляторных характеристиках можно выделить две зоны характристики: регуляторную и корректорную. В регуляторной зоне отмечается значительное изменение нагрузки от нуля до номинальной и небольшое (порядка 6...8%) изменение частоты вращения. В корректорной зоне двигатель работает с максимально возможной нагрузкой и значительным (50...70%) изменением частоты вращения. Закономерности изменения показателей двигателя в регуляторной зоне объясняются в основном протеканием рабочего процесса дизеля в условиях близких к нагрузочной характеристике, а при работе в корректорной зоне - особенностями внешней скоростной характеристики.

 

Рисунок 5.6 - Регуляторная характеристика дизеля в функции мощности (а) и крутящего момента (б)

 

Проанализируем изменение показателей по регуляторной характеристике, построенной в функции частоты вращения (см. рис.13). Дизель имеет качественное регулирование мощности. Расход воздуха в дизеле без наддува специально не регулируется. Однако при работе в регуляторной зоне с повышением нагрузки растут температуры деталей двигателя, увеличивается подогрев заряда, снижается его плотность и количество, что несколько (на 5...8%) уменьшает коэффициент наполнения h_V. При работе в зоне корректорной ветви изменение так же невелико и рассмотрено при анализе скоростной характеристики.

Регулирование мощности достигается без воздействия на расход воздуха, только за счет увеличения цикловой подачи топлива. Вследствие этого при работе в регуляторной зоне происходит обогащение смеси от a = 6...8 на режиме холостого хода до a = 1,2...1,5 на режиме номинальной мощности. При дальнейшем повышении внешней нагрузки на двигатель сверх номинальных значений устойчивость работы возможна лишь при дополнительном увеличении цикловой подачи топлива, осуществляемом корректором. Это увеличение цикловой подачи топлива невелико (10...20%), так как ограничено предельной дымностью отработавших газов.

В регуляторной зоне благодаря резкому обогащению смеси наб людается линейное возрастание крутящего момента. Поэтому повышение внешней нагрузки на двигатель приводит лишь к незначительному уменьшению частоты вращения. При работе с перегрузкой, в корректорной зоне, увеличение цикловой подачи и, соответственно, возрастание крутящего момента невелики и составляет не более 10...20%. Поэтому повышение внешней нагрузки приводит к существенному уменьшению частоты вращения.

Известно, что мощность двигателя определяется значениями крутящего момента и частоты вращения Nе = f(Mк, n_е). При повышении нагрузки в диапазоне от режима максимальных оборотов холостого хода до номинальной нагрузки мощность двигателя, как и крутящий момент, возрастает за счет увеличения цикловой подачи топлива и обогащения смеси. Из-за падения частоты вращения интенсивность роста крутящего момента на 10...20% больше интенсивности роста эффективной мощности.

Часовой расход топлива возрастает по мере повышения нагрузки от холостого хода вплоть до номинальной за счет обогащения смеси. При работе в корректорной зоне дополнительное увеличение цикловой подачи топлива для преодоления кратковременной перегрузки невелико, а частота вращения существенно уменьшается, что определяет снижение часового расхода топлива.

Удельный расход топлива на режиме холостого хода стремится к бесконечности, т.к. полезной работы двигатель не совершает. При повышении нагрузки величина gе уменьшается, несмотря на обогащение смеси, что объясняется возрастанием механического КПД. При приближении к полной нагрузке и работе в корректорной зоне gе определяется одновременным увеличением механического КПД и падением индикаторного КПД. В зависимости от регулировки топливной аппаратуры, характера изменения коэффициента избытка воздуха и особенностей работы дизеля минимальный удельный расход топлива может наблюдаться как в регуляторной, так и в корректорной зоне.

Для оценки среднего уровня топливной экономичности дизеля существует величина оценочного удельного расхода топлива gе_оц. Величина gе_оц подсчитывается как среднее арифметическое значений из 10 значений удельного расхода топлива в регуляторной зоне регуляторной характеристики, определенных через равные интервалы мощности, в диапазоне от режима максимальной мощности до режима, соответствующего 50% номинальной мощности.

Тракторные двигатели, оснащенные всережимными регуляторами частоты вращения, работают в основном в регуляторной зоне, т.е. в условиях значительного изменения мощности, но небольшого изменения частоты вращения. Поэтому регуляторная зона по частоте вращения является узкой и неудобной для практической работы. Для удобства анализа изменения показателей двигателя и практического пользования регуляторную характеритику представляют в функции эффективной мощности (Nе) и крутящего момента (Ме) (см. рис.14). Проведенный выше анализ может быть полностью повторен и для этих характеристик.

Оценка показателей двигателя по регуляторной характеристике производится сравнением его параметров в характерных точках:

- Gт при n_х; - Mн при n_н;     - gе_min при n_{ge min};

- Nн при n_н; - Mе _мах  при n_м; - geоц.

По данным регуляторной характеристики определяются коэффициенты приспособляемости по моменту Км, по оборотам Ко, коэффициент запаса крутящего момента Кзап и степень неравномерности регулятора.