книги из ГПНТБ / Неустановившиеся режимы поршневых и газотурбинных двигателей автотракторного типа

замедлений. Температуры газовых потоков также достигают максимальных значений.

Кроме того, экспериментальные установки в настоящее время, как правило, оборудуются рядом автоматических устройств с электроприводом. Тормозные электрические установки часто генерируют токи, сопоставимые со значениями их в силовых ли­ ниях. Испытательные стенды имеют линии горюче-смазочных ма­ териалов, что требует соблюдения особых мер предосторожности.

Если к изложенному добавить, что при исследованиях неустановившихся режимов приходится преодолевать критические зна-

Рис. 36. Схема автомата экстренной остановки карбюраторного двигателя

чения ряда параметров, и учесть, что надежность узлов и деталей систем и механизмов ниже, чем в условиях установившихся режи­ мов, то становится понятной правомерность классификации иссле­ дований в условиях динамики как исследований с повышенной опасностью. Поэтому авторами применительно к конкретным усло­ виям разработан ряд механизмов и автоматических устройств, предотвращающих аварийные ситуации при исследованиях.

Автомат, предотвращающий «разнос» карбюраторного дви­ гателя. В практике исследований встречаются случаи неполадок в различных системах (заедание дросселя, мгновенный сброс на­ грузки и др.), следствием чего часто является выход двигателя на скоростной режим, превышающий предельно допустимый по сооб­ ражениям прочности. Предотвращение возникающих при этом аварийных ситуаций обеспечивается автоматом, представленным на рис. 36. Автомат имеет реле Р1 с парой нормально разомкну­ тых контактов К1-1 и реле Р2 с тремя парами контактов, из кото­ рых К2-1 нормально разомкнуты, а К2-2 и К2-3 — нормально замкнуты. Через контакты К2-2 проходит цепь питания электро­ магнитного клапана ЭК, а через К2-3 — цепь высокого напряже­ ния от индукционной катушки ИК, соединяемой со свечой. Реле

60

Р1 питается от тахогенератора Т через выпрямитель, собранный на диодах Д-7Ж- Тахогенератор приводится в движение от колен­ чатого вала двигателя. Схема имеет сопротивление R2, включенное в цепь катушки ИК-

При превышении коленчатым валом предельно допустимых оборотов напряжение на выходе из тахогенератора Т становится достаточным для срабатывания реле PJ. Контакты К1-1 замы­ каются. При включенном включателе К1 питание подается на реле Р2. При этом контакты К2-1 замыкаются и блокируют пита­ ние обмотки реле Р2 на случай, если произойдет снижение числа оборотов коленчатого вала двигателя и разомкнутся контакты К1-1. Контакты К2-2 и К2-3 размыкаются и прерывают цепь пи­ тания (контакты К2-2) обмотки электромагнитного клапана ЭК, а цепь высокого напряжения (контакты К2-3) замыкают на массу. Таким образом, клапаном Ж закрывается доступ топлива в кар­ бюратор и одновременно прекращается подача искры в цилиндры. Контакты К2-1 остаются замкнутыми до полной остановки двига­ теля. Повторный запуск может быть осуществлен только при сня­ тии питания с реле Р2, т. е. при устранении причин аварийной ситуации.

Автомат при помощи сопротивления R1 легко регулируется на необходимые моменты срабатывания, работает надежно и ста­ бильно. Недостатком его является то, что в конструкции не преду­ смотрено предотвращения самопроизвольных вспышек в цилиндре при прекращении подачи искры.

Автомат остановки турбины при забросе числа оборотов. Одновалъный ГТД, согласно заводским условиям, регулировался на рабочую частоту вращения 31 000—33 500 об/мин. Превышение ее сверх 35 000 об/мин опасно с точки зрения прочности и не допускается по техническим условиям. Поэтому в систему топливоподачи ГТД наряду с топливным насосом-регулятором, который предотвращает чрезмерное повышение частоты вращения, введен автомат экстренной остановки турбины (АОТ), полностью выклю­ чающий подачу топлива при достижении турбиной 35 000 об/мин. Необходимость разработки и установки АОТ диктуется тем, что кратковременность процесса выхода двигателя от рабочих оборо­ тов на предельно допустимые полностью исключает возможность своевременного неавтоматического вмешательства.

АОТ (рис. 37) состоит из командной и исполнительной цепей, электрически связанных между собой. В командную цепь входят переменное сопротивление R1 и поляризованное реле Р1. Питается эта цепь выпрямленным током от тахогенератора Т марки ТЭ-45. Исполнительная цепь включает электромагнитное реле Р2 с парой нормально разомкнутых контактов К2-1 и парой нормально зам­ кнутых контактов К2-2\ сюда же входят и нормально разомкнутые контакты К1-1 реле Р1. Через контакты К2-2 проходит цепь элек­ тромагнитных клапанов, которые открывают доступ топливу к на­ сосу Н и форсункам. Подача питания в исполнительную цепь

61

производится при замкнутом выключателе К.1 от батареи напряже­ нием 24 В.

При достижении турбиной 35 000 об/мин напряжение на об­ мотке реле Р1 становится достаточным для его срабатывания; оно срабатывает, контакты К1-1 замыкаются, и питание от батареи поступает через них на обмотку реле Р2, которое при этом также срабатывает — его контакты К2-1 замыкаются, а К2-2 размы­ каются. При размыкании контактов К2-2 обрывается цепь пита­ ния обмоток электромагнитных клапанов ЭМ К, и они, закрываясь, прекращают доступ топлива к насосу и форсункам. Роль контак­

обесточить обмотку реле Р2, давая возможность сомкнуться кон­ тактам К.2-2, и после этого переключатель К.1 опять поставить в рабочее положение.

Аналогичные схемы использовались для предотвращения ава­ рийных ситуаций при исследованиях двухвального ГТД и дизель­ ного двигателя. В первом случае исполнительный механизм уста­ навливался перед форсунками камеры сгорания, а во втором — перед топливным насосом дизеля.

Устройство для суфлирования двигателя. В качестве соедини­ тельной плоскости для крепления одновального ГТД на стенде служит плоскость заднего корпуса редуктора, свободно сообщен­ ная с атмосферой. Но так как в лабиринты подшипников ротора двигателя подается для уплотнения воздух, поступающий от

В результате образуется воздушно-масляная смесь, которая выхо­ дит через полость заднего корпуса редуктора, что приводит к по­ тере масла и при недосмотре может привести к аварии. Поэтому необходимо отделить воздух от масла и направить масло опять в двигатель. С этой целью указанная полость закрывается, с дви­ гателя снимается тахогенератор ТД-1, а на его место устанавли-

62

Г л а в а IV

РАБОТА КАРБЮРАТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА НЕУСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМАХ

13. Особенности процессов смесеобразования и сгорания

Экспериментальные исследования процесса разгона автомо­ бильного карбюраторного двигателя М-21, соединенного с электробалансирной машиной, показали, что чем быстрее открывается дроссельная заслонка, тем больше отклоняются показатели рабо­ чего процесса от их значений в соответственных установившихся режимах (по данным исследований П. М. Белова и В. И. Смир­ нова). Разгон осуществлялся путем открытия дроссельной за­ слонки при неизменном положении органов управления тормозной установкой. Дроссельная заслонка открывалась до 75% своего полного открытия, разгон осуществлялся до вступления в работу экономайзера. Продолжительность открытия дроссельной зас­ лонки /дР была принята 1,8; 2,4; 3,7 и 7 с, при этом максимальные угловые ускорения коленчатого вала двигателя ек тах составляли соответственно 70, 65, 55 и 44 рад/с2. Исходная частота враще­ ния коленчатого вала (в начале разгона) 1100 об/мин.

В первоначальный момент разгона на незначительном участке наблюдалось некоторое понижение коэффициента наполнения по сравнению с установившимися режимами. Так, при /дР = 1,8 с, когда отклонение других показателей наблюдалось в течение 6,5—7 с, участок заметного понижения r\v (до 17%) составлял всего около 0,5 с. В процессе разгона это различие сглаживалось. При медленном открытии дроссельной заслонки (/др = 7 с) максималь­ ное уменьшение r\v в начале разгона не превышало 4%.

Начальная фаза разгона сопровождалась обеднением смеси. Температура смеси при разгоне была на 2—4° С ниже, чем в соот­ ветствующих установившихся режимах.

Особенности процесса смесеобразования при разгоне приводят к изменению процесса сгорания по сравнению с установившимися режимами. На рис. 39 приведено сравнение коэффициентов тепло­ выделения £гтах к моменту достижения максимальной темпе­

ратуры в установившихся режимах (кривая 2 ) и в условиях раз­ гона двигателя М-21 при /дР = 1,8 с (кривая 1). С самого начала разгона в характере изменения £гтах заметны существенные от­

клонения. Наибольшее уменьшение этой величины (до 16%) наблюдается в зоне максимальных угловых ускорений и скорост-

64

практически не наблюдается. Таким образом, основная часть разгона проходит при менее благоприятной характеристике тепло-

Рис. 39. Изменение коэффициента активного тепловы­ деления в зависимости от частоты вращения пл кар­ бюраторного двигателя

выделения, чем в установившихся режимах. С увеличением про­ должительности открытия дроссельной заслонки отклонения °£ттах величины £гтах при разгоне становятся менее значитель-

Рис. 40. Влияние продолжительности открытия дроссельной заслонки на максимальное угловое ускорение ко­ ленчатого вала (кривая 1) и относи­ тельное понижение коэффициента

(кривая 2)

1 шах

ными (рис. 40). Так, если при разгоне с /др = 1,8 с наибольшее относительное понижение а£Гтах = 16%, то при разгоне с /др =

начиная с 2260 об/мин значительного различия в величине t T в условиях разгона и в установившихся режимах не наблюдается.

14. Индикаторные и эффективные показатели карбюраторного двигателя

Отклонения процессов наполнения, смесеобразования и сго­ рания, а также теплового состояния двигателя при разгоне при­ водят к отклонению среднего индикаторного давления pi и инди­ каторного к. п. д. т](. по сравнению с их значениями в установив­ шихся режимах. На рис. 41 показано изменение pt и ц. в пределах 1100—2900 об/мин при разгоне с /др = 1,8 с и в соответственных

установившихся режимах (одинаковые открытия F дроссельной заслонки при одинаковой частоте вращения). На основном участке разгона индикаторные показатели ниже, чем в соответственных установившихся режимах. Максимальное относительное пониже­ ние среднего индикаторного давления opimd.X = 19% получено в зоне 1600—2200 об/мин. Максимальное относительное пониже­ ние индикаторного к. п. д. сир шах = 28% наблюдается примерно в той же зоне скоростных режимов. Среднее планиметрическое значение индикаторного к. п. д. в условиях разгона от 1100 до

Рис. 41. Изменение индикаторных показателей в зави­ симости от частоты вращения карбюраторного двига­ теля М-21:

— — — — установившиеся режимы; ------------ разгон при

= 1,8 с

*ДР

2900 об/мин составило 0,29, а осредненное его значение на устано­

Осредненное в диапазоне 1100—2900 об/мин среднее индикатор­ ное давление (при t№ = 1,8 с) при разгоне составляет 7,6 кгс/см2,

максимального углового ускорения при разгоне приближенно но­ сят линейный характер (рис. 42, б).

Понижение среднего индикаторного давления, некоторое (не­ значительное) возрастание механических потерь вследствие тепло­ вой инерции и ухудшение условий работы системы смазки, а также наличие инерционных сопротивлений при разгоне приводят к по­ нижению эффективного крутящего момента М кр (рис. 43). В усло­ виях разгона двигателя М-21 при /др = 1,8 с особенно значитель­

66

ное понижение эффективного крутящего момента получено в на­ чальный период (до 1400 об/мин). Относительное уменьшение крутящего момента по сравнению с его значениями в соответ-

Рис. 42. Влияние продолжительности открытия дроссельной заслонки и макси­ мального углового ускорения разгона на величины максимального относитель­ ного понижения индикаторных показателей в режимах разгона:

ственных установившихся режимах достигает 37%. Это уменьше­ ние остается значительным и в остальной период разгона. Только начиная с 2700 об/мин величина эффективного крутящего момента в условиях разгона приближается к его значениям в установив-

Рис. 43. Изменение крутящего момента карбюраторного двигателя М-21 в зависимости от его частоты вращения:

шиеся режимы

шихся режимах. При более медленном открытии дроссельной заслонки и при соответственно меньших угловых ускорениях ко­ ленчатого вала понижение крутящего момента при разгоне ста­ новится менее значительным [47].

15.Влияние установившихся режимов работы

ирегулировок двигателя на токсичность отработавших газов

Внастоящее время одной из главных проблем развития авто­ мобильных ДВС наряду с проблемами повышения удельной мощ­ ности, снижения веса, улучшения топливной экономичности стала задача снижения в отработавших газах вредных компонен­ тов. К ним, в первую очередь, относятся окись углерода СО,

окислы азота N0*, углеводороды и канцерогенные вещества. Эта проблема усугубляется быстрым ростом автомобильного парка, поэтому в настоящее время на всех заводах, изготавлива­ ющих автомобильные двигатели, ведутся работы по уменьшению токсичности отработавших газов. Проведенные исследования вы­ явили, что уровень токсичности отработавших газов в значитель­ ной степени зависит от технического состояния данного двигателя и его регулировок. Существенное влияние на количество токсич­ ных компонентов оказывает регулировка карбюратора на режиме холостого хода. В Советском Союзе установлена норма содержа­ ния окиси углерода в отработавших газах на режиме холостого хода. Так, по ГОСТ 16.533—70 максимально допустимое значение концентрации окиси углерода в отработавших газах на холостом ходу должно составлять 4,5% по объему (при заглублении датчика в выпускную трубу на 600 мм). В условиях эксплуатации в ре­ зультате нарушения регулировок содержание окиси углерода может значительно превышать этот предел. Наглядный пример дает проверка двигателей на заводе «Коммунар» в 1970 г. [40]. Было проверено 150 новых автомобилей на режиме минимальных оборотов холостого хода. Количество окиси углерода, содержа­ щейся в отработавших газах, колебалось в больших пределах (от 0,5 до 10,5%). Даже после регулировки системы холостого хода карбюратора количество окиси углерода в отработавших газах у некоторых автомобилей доходило до 5,5%.

Содержание окиси углерода и окислов азота в отработавших газах зависит как от регулировки показателей двигателя (состава смеси, угла опережения зажигания), так и от режима работы дви­ гателя (нагрузочного, скоростного, неустановившегося). На Ме­ литопольском моторном заводе проведена работа по выявлению изменения степени токсичности отработавших газов в зависимости от регулировок двигателя и режима его работы [44]. В процессе исследований выявилось также влияние конструктивных факторов (степени сжатия и формы камеры сгорания) на токсичность отра­ ботавших газов. Характеристика токсичности отработавших газов (содержание в них СО и NO*) в зависимости от состава {смеси (коэффициента избытка воздуха а) и угла опережения зажи­ гания 0Впоказана на рис. 44. При обеднении смеси содержание СО снижается, а содержание N0* увеличивается, достигая максимума при а = 1,05-М, 15. Токсичность увеличивается с ростом степени

68

а)

со,%