Угол опережения подачи топлива на судовых дизелях

4.3. РЕГУЛИРОВКА ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА СУДНЕ

Регулировка двигателя производится после монтажа на судне, планового ремонта и при обнаружении неисправностей в работе [ 32]. Основная задача регулировки — обеспечить получение от двигателя требуемой мощности при равномерном ее распределении по цилиндрам, высокой экономичности и надежности в работе. Комплекс работ по регулировке выполняется в два последовательных этапа: статическая („холодная”) регулировка; динамическая („горячая”) регулировка.

4.3.1. Статическая регулировка

Статическая регулировка производится на неработающем дизеле и состоит из проверки и регулировки следующих основных узлов: механизма газораспределения; топливной аппаратуры (насосов высокого давления ТНВД и форсунок); высоты и объема камеры сжатия; лубрикаторов цилиндровой смазки.

Проверка и регулировка механизма газораспределения. При сборке двигателя на заводе шестерни привода распределительного вала устанавливают в соответствии с маркировкой завода-изготовителя. Положение шестерен маркируют так, чтобы зуб с меткой („керном”) одной шестерни находился между двумя отмеченными зубьями другой шестерни. Кулачные шайбы привода клапанов устанавливают на распределительном валу на шпонках либо отковывают совместно с валом, поэтому разрегулировка фаз газораспределения необходима только в случае замены отдельных шестерен или кулачных шайб.

У двухтактных двигателей с контурной продувкой моменты начала открытия впускных и выпускных окон проверяют после замены поршня или втулки. Контроль проводят через смотровые лючки или из подпорш-невых полостей. Началом открытия (закрытия) принято считать угол поворота кривошипа при прохождении первого поршневого кольца (верхняя кромка) через плоскость верхней границы окон.

Проверка фаз газораспределения у двухтактных (с прямоточноклапанной продувкой) и четырехтактных дизелей производится в следующем порядке: замеряют и устанавливают необходимые зазоры в приводе клапанов в соответствии с инструкцией завода-изготовителя; проверяют фазы газораспределения, для чего валоповоротным устройством медленно вращают коленчатый вал двигателя и определяют моменты открытия и закрытия клапанов. Принято считать, что клапан начинает открываться в момент набегания ролика толкателя на кулачную шайбу и закрывается в момент схода ролика с кулака.

Начало открытия клапанов определяют двумя способами:

1. В зазор между штоком клапана и рабочим полем рычага (коромысла) устанавливают пластину щупа толщиной 0,03 мм. В момент открытия клапана ударный болт рычага зажмет пластину, и она не сможет перемещаться. Угол поворота кривошипа определяют по маховику между неподвижным указателем и риской на маховике, при совпадении которой с указателем поршень устанавливается в ВМТ.

2. Поворачивают коленчатый вал так, чтобы ролик толкателя располагался на цилиндрической части кулачной шайбы и мог свободно (от руки) перемещаться. При медленном повороте коленчатого вала в момент открытия клапана ролик не будет вращаться. Начало закрытия клапанов будет соответствовать свободному перемещению щупа или ролика толкателя.

Фазы газораспределения не должны отклоняться от рекомендуемых заводом-изготовителем более чем на ± 3° ПКВ. Примерные фазы газораспределения четырехтактных двигателей приведены в табл. 4.7, двухтактных двигателей — в табл. 4.8. Конструктивные данные системы газообмена для ряда четырехтактных дизелей серийных судов ФРП приведены в табл. 4.9.

Наиболее характерные дефекты механизма газораспределения следующие: неплотное прилегание тарелки к седлу из-за коробления и нара-ботков; обгорание клапана и гнезда; риски и забоины на рабочих поверхностях; заклинивание штока клапана в направляющей; поломка пружины, износ кулачных шайб.

Проверка и регулировка топливной аппаратуры. Регулирование количества топлива, подаваемого в цилиндр, достигается путем перепуска части топлива из надплунжерного пространства ТНВД во всасывающую полость насоса во время нагнетательного хода плунжера. По конструктивному исполнению регулирующих устройств ТНВД подразделяются на насосы клапанного, золотникового и клапанно-золотникового типов. В клапанном ТНВД перепуск топлива осуществляется с помощью всасывающих или перепускных клапанов, в золотниковом — с помощью регулировочных кромок на плунжере-золотнике. По способу изменения цикловой подачи топлива ТНВД подразделяются на насосы с регулированием по началу подачи (НП), концу подачи (КП) и с комбинированным по началу и концу подачи (НП и КП). Диаграммы фаз топливоподачи двигателей с различными способами регулирования ТНВД изображены на рис. 4.2.

Проверка и предварительная „холодная” регулировка топливной аппаратуры включает следующие операции: опрессовку (проверку плотности) ТНВД; установку угла опережения подачи топлива; проверку и регулировку цикловой и ,.нулевой” подачи топлива по цилиндрам; опрессовку и регулирование форсунок.

Плотность ТНВД судовых дизелей мощностью менее 5 тыс. кВт в сборе можно проверить следующим образом: установить топливную рукоятку поста управления на полную подачу топлива, ролик толкателя насоса на цилиндрическую часть кулачной шайбы; отсоединить нагнетательный трубопровод от штуцера ТНВД и снять нагнетательный клапан; прокачать и удалить воздух из насоса; установить на нагнетательный штуцер манометр или максиметр с поворотной головкой и создать ручным рычагом давление топлива в насосе, соответствующее рекомендованному заводской инструкцией. Если насос сохраняет это давление в течение 15 . 20 с для новых плунжерных пар и 5 . 7 с для плунжерных пар, находящихся в эксплуатации, то герметичность считается достаточной. На двигателях должны устанавливаться насосные пары с расхождением показаний по плотности не более чем на ± 10 % средней плотности плунжерных пар всех насосов.

Плотность топливных насосов судовых дизелей мощностью свыше

5 тыс. кВт проверяют в следующем порядке: устанавливают топливную рукоятку на полную подачу топлива; отсоединяют нагнетательный трубопровод от штуцера насоса и после прокачки и удаления воздуха из насоса ставят манометр или максиметр с поворотной головкой; затем проворачивают несколько раз двигатель валоповоротной машиной и записывают максимальное давление по манометру (максиметру), которое и принимают за условный показатель плотности насоса.

Клапаны ТНВД обычно на герметичность не испытывают. При регулярном осмотре и притирке их плотность длительное время поддерживается на достаточном уровне. В случаях когда причины неплотности ТНВД выяснить не удается, клапан в сборе подвергают опрессовке непосредственно на дизеле, для чего к штуцеру насоса подсоединяют манометр и прокачивают ТНВД. Падение давления от 50 до 40 МПа должно продолжаться не менее 300 с, а с 30 до 20 МПа — 600 с.

Угол опережения подачи топлива устанавливают следующим образом:

1. Топливную рукоятку поста управления (рейку-валик ТНВД) ставят в крайнее положение полной подачи топлива.

2. На штуцере нагнетания топлива в форсунку закрепляют моменто-скоп.

3. Прокачивают ТНВД вручную до удаления из него воздуха и заполнения трубки моментоскопа на половину уровня.

4. Медленно вращают коленчатый вал, по страгиванию топливного мениска определяют угол опережения подачи топлива ч оп до ВМТ цилиндра по меткам на маховике. Проверку повторяют 2—3 раза и определяют среднее значение <роп, которое не должно иметь отклонений более 1,5й от рекомендованных инструкцией значений.

5. При необходимости регулировку угла опережения производят поворотом кулачной шайбы распределительного вал а, для чего необходимо: отметить (накернить) первоначальное положение шайбы; отдать крепление шайбы, вывести ее из зацепления и повернуть на необходимый угол в соответствии с требованиями заводской инструкции; закрепить шайбу на валу и произвести контрольное определение угла опережения подачи топлива.

Равномерность цикловой подачи топлива по цилиндрам проверяют в следующем порядке:

1. Устанавливают рукоятку поста управления в крайнее положение полной подачи топлива, прокачивают ТНВД.

2. На нагнетательном штуцере ТНВД одного цилиндра закрепляют топливную трубку с эталонной форсункой, собранной и отрегулированной в соответствии с заводской инструкцией; форсунку помещают в от-тарированную мерную емкость.

3. Производят вручную 10 резких прокачек ТНВД, замеряют объем в мензурке, определяют среднюю цикловую подачу (за одну прокачку) и сопоставляют с расчетными данными или заводской инструкцией.

Для проверки „нулевой” подачи топлива необходимо:

1. Установить рукоятку поста управления в положение „Стоп”.

2. Прокачать ТНВД вручную, при этом топливо не должно поступать из нагнетательного штуцера насоса.

3. При необходимости произвести соответствующий разворот плунжера-золотника или регулировку открытия отсечного клапана путем изменения длины толкателя.

Читайте также:  Тест драйв нива 4 на 4

Проверка и регулировка форсунок. Выполняется на специальном стенде, которым комплектуются суда после постройки. При отсутствии стенда для опрессовки форсунок может быть использован запасной топливный насос двигателя.

Геометрические размеры и давления открытия игл форсунок (затяжка пружин) приведены в табл. 4.11, гидравлические характеристики форсунок — в табл. 4.12.

Проверку и регулировку форсунок необходимо проводить в четыре этапа.

I. Проверка движения иглы в направляющей на отсутствие заеданий.

1. Наклонить распылитель под углом 45°, выдвинуть иглу на */з дайны и отпустить. Игла должна плавно опуститься.

2. Проверку проводить при нескольких положениях иглы, поворачивая ее на 60 . 90° по окружности.

II. Регулировка давления открытия иглы форсунки.

1. Создать давление насосом стенда и по манометру зафиксировать момент впрыска топлива.

1. После дополнительной затяжки пружины форсунки подкачкой топлива создать давление в системе опрессовки на 3 . 5 МПа больше номинального давления впрыска pt.

2. При падении давления в системе до Pi включить секундомер и измерять время, в течение которого давление упадет до р2. Обычно принимают Ap=pi -рг =5 МПа. Нормальной считается плотность, при которой давление снижается в течение 7 . 30 с.

IV. Проверка плотности посадки уплотняющего конуса на седло, качества распыливания, чистоты отверстий.

1. Произвести опрессовку при давлении на 0,5 . 1,0 МПа ниже давления впрыска. При неудовлетворительной плотности на конце распылителя образуется капля или наблюдается просачивание.

2. Отключить манометр, протереть насухо сопло и прокачать 3-4 раза насос. Сопло форсунки должно остаться сухим.

3. Установить бумажный экран под сопло форсунки и при отключенном манометре произвести резкий впрыск. Распыл должен сопровождаться резким звенящим звуком. При чистых сопловых отверстиях отпечатки распыленного топлива должны иметь одинаковую форму и располагаться симметрично.

При проверке герметичности форсуночной пары необходимо подобрать на дизель комплект распылителей, имеющих одинаковое время падения давления (см. табл. 4.12). По правилам технической эксплуатации плотность отдельных форсунок не должна отличаться от среднего значения для всего комплекта более чем на 25 %. Подъем иглы распылителя проверяют специальным индикатором и устанавливают в соответствии с заводской инструкцией по эксплуатации дизеля.

Средний подъем иглы зависит от мощности двигателя и конструкции распылителя и составляет в миллиметрах: для форсунки с плоской посадкой иглы при мощности дизелей до 2000 кВт 0,2 . 0,3; форсунки с конической посадкой иглы при мощности дизелей до 2000 кВт 0,4 . 0,5 и свыше 2000 кВт 0,6 . 0,7.

Проверка высоты и объема камеры сжатия. Объем камеры сжатия определяет степень сжатия и давление в конце сжатия. В соответствии с ПТЭ дизелей высота камеры сжатия должна проверяться после замены поршня, цилиндровой крышки и втулки, штока, шатуна, кривошипного или крейцкопфного подшипников.

Высота камеры сжатия определяется с помощью свинцовых кубиков, которые укладывают на днище поршня до установки цилиндровой крышки или вводят в цилиндр через форсуночное отверстие. Поворачивая вал двигателя, переводят поршень через ВМТ, затем вынимают кубики и измеряют их высоту, которая должна быть равна высоте камеры сжатия. Ряд дизелестроительных фирм указывает в инструкциях по эксплуатации ДВС объем камеры сжатия.

Для определения объема камеры сжатия снимают цилиндровую крышку, устанавливают поршень в ВМТ, замазывают техническим вазелином зазор между поршнем и втулкой. После монтажа цилиндровой крышки через форсуночное отверстие в камеру сжатия заливают моторное масло из оттарированной емкости. Когда уровень масла поднимется до нижней кромки форсуночного отверстия, заливку прекращают и измеряют

оставшийся объем масла. Разность начального и оставшегося количества масла в мерной емкости даст искомый объем камеры сжатия.

Проверка и регулировка лубрикаторов цилиндровой смазки. Независимо от конструкции лубрикатора его проверку и регулировку до постановки на двигатель необходимо выполнять в следующем порядке:

1. Промыть масляную ванну и насосные элементы лубрикатора, заполнить лубрикатор рекомендованным цилиндровым маслом.

2. Подсоединить приводной вал лубрикатора к шпинделю судового токарного станка и установить частоту вращения вала, равную частоте вращения на номинальной нагрузке двигателя.

3. После удаления воздуха замерить подачу каждого насосного элемента за определенное время с помощью мерного цилиндра, произвести расчет удельного расхода масла и сопоставить с рекомендованным инструкцией завода-изготовителя.

4. Отрегулировать подачу масла изменением полезного хода плунжера насосного элемента по каждому цилиндру.

Дозировка цилиндрового масла существенно зависит от его температуры. Установлено, что изменение температуры масла на 1 °С вызывает соответствующее изменение подачи на 1,0 . 1,5 %. Температура масла в лубрикаторах в судовых условиях может изменяться от 45 до 15 °С при переходе судна из южных широт в северные. Такое снижение температуры без предварительной (или автоматической) регулировки приводит к уменьшению подачи масла в цилиндры до 30 . 40 %. Для учета температурных изменений масла и контроля за его дозировкой необходимо во время проверки лубрикаторов на стенде построить графики зависимости удельного и часового расходов масла от его температуры при номинальной частоте вращения (нагрузке) двигателя. На судне также необходимо иметь графики удельного расхода для всех рекомендованных сортов цилиндрового масла, построенные по результатам испытаний лубрикатора на стенде.

Ряд фирм рекомендует достаточно точный и простой способ регулировки цикловой подачи масла без демонтажа лубрикаторов. Для определения удельного расхода масла измеряется ход плунжера лубрикатора с помощью индикатора часового типа и сравнивается со значениями, рекомендованными инструкцией завода-изготовителя.

Задержка самовоспламенения.

Впрыснутое в цилиндр топливо воспламеняется не сразу. Сначала частички его испаряются, перемешиваются с воздухом и смесь нагревается до температуры самовоспламенения. Процесс этот сложный, многосторонний. Следовательно, после впрыска частичек топлива в цилиндр происходит задержка воспламенения вызванная физическими и химическими подготовительными процессами. Время, прошедшее от момента попадания частичек в цилиндр до начала горения называется периодом задержки самовоспламенения.

Период задержки самовоспламенения составляет 0,001-0,005 с. Если предполагать, что двигатель работает с частотой вращения 750 об./мин., то его коленвал поворачивается на 1º примерно за 0,002 с., значит за период задержки самовоспламенения кривошип повернётся на угол от 5 до 25º.

Это обстоятельство вынуждает делать впрыск топлива с опережением, т.е. до того как кривошип поршень придёт в ВМТ.

Угол, на который кривошип не доходит до ВМТ, в момент начала впрыска топлива называется – Углом опережения подачи топлива– это важнейший параметр регулировки двигателя у судовых дизелей он составляет 15-33º.

Протекание процесса сгорания.

d – точка начала подачи топлива;

@ – угол опережения подачи топлива;

@i – угол поворота коленвала за период задержки воспламенения или (период задержки воспламенения).

с – точка начала горения за период задержки воспламенения (угол @i) в цилиндр поступило какое-то количество топлива, составляющее обычно 15-50% от цикловой подачи, т.е. от дозы, впрыскиваемой за цикл.

Топливо воспламеняется следовательно температура и давление резко возрастают участок (сz). Топливо поступающее в цилиндр по окончании задержки спокойно сгорает, попадая так сказать в огненную среду.

Поршень в это время движется вниз объём над ним увеличивается и давление существенно не меняется участок (z1, z).

(z – z) – участок показывает процесс расширения (топливо на этом участке догорает).

Участок (сz´) характерен интенсивным нарастанием давления от Рс до Рz. Если скорость нарастания будет больше чем 400-600 кПа/ град. П.К.В. (4-6 кгс/см 2 ),то нагрузка на поршень будет ударной, в цилиндре возникнет стук, такая работа двигателя называется жёсткой. Жёсткая работа крайне вредна и влияет на износ подшипников, вызывает деформацию и поломку поршневых колец.

Жёсткость работы двигателя зависит от скорости нарастания давления после самовоспламенения, а эта скорость – от количества топлива, поступившего в цилиндр за период задержки самовоспламенения. Короче жёсткость работы дизеля зависит от величины периода задержки самовоспламенения: чем он больше, тем жестче будет работа дизеля.

Читайте также:  Сигнализация starline a91 сброс на заводские настройки

Значит, для обеспечения мягкой работы дизеля следует стремиться к уменьшению периода задержки самовоспламенения (регулировка — установить раньше угол – опережения подачи топлива).

Уменьшению периода задержки самовоспламенения способствует повышение температуры сжатого в цилиндре воздуха. Холодный дизель работает со «стуками» в цилиндре, после нагрева «стуки» исчезают.

Мягкая работа двигателя возможна при хорошей плотности поршня в цилиндре, при заданной степени сжатия и при поддержании двигателя в тёплом – горячем состоянии.

Жёсткая работа дизеля возможна при зависании иглы распылителя (форсунка) – низкое качество распыления.

Жёсткость работы дизеля зависит от самовоспламеняемости топлива – это качество характеризуется цетановым числом. Его определяют сравнением самовоспламеняемости исследуемого топлива и двух эталонных углеводородов:первый имеет минимальный период задержки самовоспламенения, второй значительный. (Сравнение производят на специальном одноцилиндровом двигателе с переменной степенью сжатия). Сначала определяют степень сжатия при которой исследуемое топлива самовоспламеняется при положении поршня строго в ВМТ.

Затем подбирают эквивалетную смесь цетана и альфаметилнафталина, т.е. такую, которая при том же угле опережения подачи топлива и при той же степени сжатия самовоспламеняется при положении поршня в В.М.Т.

Цетановым числом топливаназывается процентное содержание цетана в такой его смеси с альфаметилнафталином, которая эквивалентна топливу по воспламеняемости.Если, например в эквивалентной смеси цетана содержится 45%, а альфаметилнафталина 55%, то цетановым числом топлива будет 45.

Достаточно мягкая работа быстроходных дизелей при цетановом числе 45. тихоходные могут работать при цетановом числе ниже 40.

Повышение цетанового числа сверх 55, вызывает уменьшение полноты сгорания топлива. Черезмерное сокращение периода задержки самовоспламенения приводит к вялому протеканию процесса сгорания, что снижает КПД.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 9937 — | 7458 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Своевременность сгорания топлива обуславливается углом опережения подачи топлива. От его величины зависят продолжительность периода задержки самовоспламенения, скорость нарастания давления и расположение линии сгорания относительно в.м.т. При смещении сгорания топлива на начало процесса расширения уменьшается давление в конце горения, повышается температура отходящих газов и возрастают потери теплоты, что приводит к увеличению удельного расхода топлива. Кроме того, будут происходить перегрев поршня и повышение температурных напряжений цилиндра. Давление в конце горения Pz по отдельным цилиндрам не должно отклоняться от значений, указанных в формуляре дизеля, более чем на ± 5 %. Для повышения Pz угол опережения подачи топлива увеличивают, для снижения — уменьшают. Величина угла опережения подачи топлива указана в формуляре двигателя.

При определении угла опережения подачи топлива односекционным топливным насосом выполняют следующие действия:

1. Отсоединяют топливную трубку от насоса.

2. Устанавливают на штуцер топливного насоса моментоскоп.

3. Ставят рейку топливного насоса на полную подачу топлива.

4. Прокачивают топливный насос вручную до полного удаления воздуха из трубопровода насоса и моментоскопа.

5. Сжимая резиновую трубку, выдавливают из стеклянной трубки топливо до половины её длины.

6. Медленно проворачивают коленчатый вал дизеля до начала движения мениска топлива в стеклянной трубке; этот момент будет соответствовать началу подачи топлива.

7. Измеряют угол, на который кривошип проверяемого цилиндра не дошёл до в.м.т. Если маховик не разбит на градусы, измеряют длину дуги маховика от метки в.м.т. данного цилиндра до неподвижной стрелки-указателя на блоке, а затем подсчитывают угол по формуле

, где 1 — длина дуги от метки в.м.т. до стрелки-указателя, мм; L — длина окружности маховика, мм.

При отсутствии моментоскопа угол опережения подачи топлива можно проверить следующим образом:

1. Отсоединяют топливную трубку от насоса

2. Вынимают из насоса нагнетательный клапан с пружиной, устанавливают на место штуцер или крышку насоса.

3. Подают топливо из расходной цистерны к насосу.

4. Спускают воздух из топливного трубопровода и насоса, после чего прикрывают отверстие в штуцере пальцем.

5. Медленно проворачивают коленчатый вал дизеля до прекращения вытекания топлива через штуцер.

6. Измеряют угол, на который кривошип проверяемого цилиндра не дошёл до в.м.т.

Для большей точности рекомендуется определять угол подачи топлива два раза. Если измеряемый угол опережения подачи топлива отличается больше чем на 1-1,5 % от указанного в формуляре дизеля, его регулируют поворотом шайбы топливного насоса на распределительном валу. При этом выполняют следующие действия:

1. Отмечают рисками положение кулачковой шайбы относительно фланца втулки

2. Отвёртывают стяжные болты или гайку крепления и выводят кулачковую шайбу из зацепления с зубцами втулки.

3. Поворачивают шайбу на нужную величину и вводят в зацепление с зубцами втулки. Для увеличения угла опережения кулачковая шайба смещается по направлению вращения распределительного вала, а для уменьшения — против направления его вращения. Изменение положения кулачковой шайбы на 2 мм (один зубец) вызывает изменение угла опережения подачи топлива на 3 — 5 ° и максимального давления цикла на 0,4 — 0,6 Мпа (4 — 6 кгс/см2).

Несмотря на значительные упрощения, компьютерная программа является сложным "инструментом" для инженерных расчетов, поэтому пользователь должен иметь подготовку в области теории ДВС, ознакомиться с базисными знаниями в соответствующей области. Компьютерная программа в части расчета рабочих процессов в цилиндре дизеля прошла многолетнюю апробацию в научно-исследовательских работах ГМА им. адм. С.О.Макарова, учебной работе всех уровней, включая курсы повышения квалификации старших механиков морских судов. В представленном в настоящей работе виде она дополнена алгоритмом расчета выбросов окислов азота и рядом других дополнений, расширяющих возможности учета влияния на процессы различных эксплуатационных факторов.

В виду сложности и многообразия задач и реальных ситуаций, которые могут возникнуть в практике работ по освидетельствованию дизелей, реальная сфера применения компьютерной программы будет определяться самим пользователем.

Возможности компьютерной программы не ограничиваются расчетом эмиссии окислов азота, они значительно шире, так как программа дает возможность рассчитать все основные параметры индикаторного процесса дизеля.

Точный расчет эмиссии окислов азота с отработавшими газами дизелей в инженерной практике трудно реализуем из-за чрезвычайной сложности физико-химических процессов в камере сгорания. В связи с этим, при разработке компьютерной программы в соответствии с техническим заданием по НИР, в основу была положена эмпирическая формула, полученная путем обработки экспериментальных данных фирмой "Вяртсиля".

Решение этого дифференциального уравнения возможно только численным приближенным методом. Так как в формулу входят текущие значения давления и температуры, то решить (проинтегрировать численным методом) дифференциальное уравнение для получения величины удельного выброса можно при наличии функциональных зависимостей р и Т от угла поворота коленчатого вала. Численное интегрирование требует достаточно мелкого шага по углу (на участке сгорания — не более 2 град, п.к.в.), поэтому расчет удельного выброса с помощью табличных значений параметров в цилиндре на участке сгорания, снятых с экспериментальных кривых, потребовал бы ввода больших массивов цифр, не считая необходимости иметь в наличии сами осциллограммы давления газов в цилиндре дизеля.

Альтернативным вариантом решения задачи является включение дифференциального уравнения в общую программу расчета индикаторного процесса дизеля. Инженерная методика

расчета индикаторной диаграммы дизеля, адаптированная к решению задач эксплуатационного характера применительно к судовым малооборотным и среднеоборотным дизелям, была разработана в ГМА на кафедре судовых ДВС в 90-х годах и прошла апробирование в учебном процессе и научных работах. Методика изложена в работе [2]; учитывая достаточно сложный алгоритм и большой объем работы, ограничимся лишь изложением основных ее положений.

Читайте также:  Шевроле круз отзывы видео

Рабочий процесс в одном цилиндре дизеля рассчитывается на участке от начала сжатия до начала выпуска отработавших газов из цилиндра. Моменты начала сжатия и выпуска определяются по реальным фазам открытия /закрытия клапанов (окон). В основу расчетов положена система дифференциальных уравнений, описывающая индикаторный процесс, которая включает в себя:

— уравнение первого закона термодинамики (закон сохранения энергии), решенное относительно первой производной температуры рабочего тела в цилиндре по углу поворота коленчатого вала;

— уравнение состояния рабочего тела, решенное относительно давления в цилиндре в зависимости от температуры, объема цилиндра, массы и газовой постоянной смеси газов в цилиндре;

— уравнений массового баланса для трех компонентов смеси газов в цилиндре: 1-чистый воздух; 2-чистые продукты сгорания топлива (при отсутствии избытка воздуха-стехиометрическом соотношении топливо/воздух); 3- водяной пар.

— уравнений, описывающих смесеобразование и сгорание топлива в цилиндре; — уравнения, описывающего теплообмен со стенками цилиндра.

Численное решение системы дифференциальных уравнений осуществляется методом Эйлера-Коши с итерационным процессом. Критерием сходимости на каждом шаге счета принята температура газов в цилиндре-1 К. Текущие значения термодинамических параметров — истинной удельной изохорной теплоемкости и газовой постоянной -рассчитываются для смеси чистого воздуха, "чистых" продуктов сгорания и водяного пара с учетом их текущих массовых долей в смеси. Кроме того, теплоемкость, газовая постоянная продуктов сгорания и теоретическая масса воздуха для сгорания 1 кг топлива определяются с учетом элементарного состава топлива. Низшая теплота сгорания топлива рассчитывается по эмпирической формуле в зависимости от его плотности, вязкости, содержания серы, воды, золы и механических примесей.

Указанные выше дополнения в математическую модель индикаторного процесса дизеля позволяют учитывать влияние влажности атмосферного воздуха и сорта топлива на показатели работы дизеля и величину удельного выброса окислов азота. Предусмотрена также возможность оценить влияние впрыска воды в цилиндр или подачи водотопливной эмульсии форсункой на эмиссию окислов азота.

Расчет процесса сгорания топлива осуществляется с учетом реального закона подачи в цилиндр по методике, которая подробно описана в работе [2]. Предусмотрена возможность задания любого закона подачи — однофазного, двухфазного и др. Продолжительность периода задержки самовоспламенения рассчитывается по эмпирической формуле в зависимости от давления и температуры газов в цилиндре в момент начала подачи топлива в цилиндр, частоты вращения коленчатого вала и цетанового числа топлива. При расчете рабочего процесса на тяжелом топливе продолжительность периода задержки самовоспламенения и скорость сгорания топлива корректируются по величине расчетного углеродно-ароматического индекса (CCAI). Этот показатель определяется по эмпирической формуле, предложенной фирмой "Шелл", с учетом перечисленных выше характеристик тяжелого топлива.

Теплообмен между газами и стенками цилиндра рассчитывается по формуле конвективного теплообмена с учетом текущих параметров и поверхности теплообмена,коэффициент теплоотдачи от газов к стенке рассчитывается по эмпирической формуле Эйхельберга.

Точность расчета показателей индикаторного процесса и eNOx в значительной мере определяется правильностью выбора эмпирических коэффициентов в уравнениях сгорания, теплообмена и эмиссии окислов азота (всего этих коэффициентов 6).

Решение системы дифференциальных уравнений осуществляется с постоянным шагом 1 градус поворота коленчатого вала от начала сжатия (точка а) до момента открытия выпускных органов (точка Ь). Итогом расчета являются значения среднемассовой температуры газов в цилиндре и давления на участках сжатия, сгорания и расширения. Дополнительная полезная работа на нерассчитывемом участке газообмена оценивается приближенно с учетом тактности дизеля. Расчет скорости образования окислов азота и ее интегрирование осуществляется от момента самовоспламенения топлива до окончания его сгорания.

Математическая модель индикаторного процесса построена на строгих уравнениях сохранения энергии и массы, поэтому, в принципе, применима для расчета любого ДВС. Однако отсутствие достаточно простых теоретических методов расчета смесеобразования и сгорания топлива, теплообмена в цилиндре и образования окислов азота, пригодных для инженерных расчетов, обусловило применение для этих целей эмпирических и полуэмпирических зависимостей, которые применимы для ограниченного класса двигателей.

Настоящая математическая модель и составленная на ее основе программа расчета рабочего процесса в цилиндре дизеля может применяться для дизелей:- с обычным кривошипно-шатунным механизмом- с неразделенной камерой сгорания, непосредственным впрыском жидкого нефтяного топлива и объемным способом смесеобразования- с частотой вращения коленчатого вала не более 1000 об/мин- при расчете процессов на различных нагрузочно-скоростных режимах достоверные результаты могут быть получены в диапазонах: по частоте -(50-100% от номинальной); по нагрузке- (25-120% от номинальной)

Применение методики для двигателей иного класса требует корректировки математической модели, поэтому в этом случае следует обратиться за консультацией к разработчику.

Параметры Исследуемые режимы
Обознач. -5 -10 -15 -20 -25
Давление конца сжатия, бар Рсотр 84,51 83,66 77,81 72,42 64,12
Температура конца сжатия, К Тсотр 860,8 845,6 830,9 806,1
Максимальное давление сгорания, бар Ртах 109,4 125,7 142,1 157,6 171,6
Максимальная температура цикла, К Ттах
Давление в конце расширения, бар РЬ 9,557 9,372 9,221 9,103 9,027
Температура в конце расширения, К ТЬ
Степень повышения давления lam 1,295 1,503 1,826 2,176 2,676
Средняя скорость нарастания давления, бар/град dP/dFi 1,66 2,628 3,573 4,733 5,375
Угол достижения Ртах, град. Tpmax
Угол начала видимого сгорания, град. Tigni
Период задержки самовоспламенения, град Lind
Коэффициент избытка воздуха AL 2,106 2,106 2,106 2,106 2,106
Среднее индикаторное давление, бар MIP 18,91 19,37 19,65 19,75 19,65
Индикаторная цилиндровая мощность, кВт PWI 523,9 536,5 544,3 547,2 544,4
Удельный индикаторный расход топлива, г/кВт. ч Gi 182,3 175,5 174,5 175,4
Индикаторный КПД, % Eff. 45,66 46,76 47,44 47,69 47,45
Доля тепла, потерянная в охл. среду, % XW 11,31 11,73 12,32 13,04 14,01
Доля тепла, потерянная с уходящими газами, % Qe 43,03 41,51 40,25 39,27 38,54
Удельный выброс окислов азота, г/кВт. ч eNOx 11,28 13,93 17,6 22,55 29,3
Расчетный углеродно-ароматический индекс CCAI
Масса воздуха, необх.для сгорания 1 кг топлива, кг LO 14,45 14,45 14,45 14,45 14,45
Низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг QH
Влагосодержанеие атмосферного воздуха WCA 0,00367 0,00367 0,00367 0,00367 0,00367

По полученным данным строим графики зависимостей Pz(φ), Tmax(φ), Ni(φ), Pi(φ).

Механическая напряженность

График зависимости максимального давления сгорания от угла опережения топлива

График зависимости максимальной температуры цикла от угла опережения топлива

Зависимость среднего индикаторного давления от угла опережения топлива

Зависимость индикаторной цилиндровой мощности от угла опережения топлива

В данной работе мною была частично исследована работа двигателя марки 16V32/35 при изменяемом угле опережения подачи топлива. Угол менял от -5 до -25 с шагом 5 градусов, включая номинальное значение -10 градусов. При увеличении угла опережения подачи топлива, меняются и другие показатели, а именно: увеличивается средняя скорость нарастания давления, которая является следствием ударных нагрузок, также повышается температура отходящих газов, и происходит перегрев поршня и повышение температурных напряжений цилиндра. Ещё одним существенным показателем неправильно выбранного угла является возрастающие потери теплоты, что приводит к увеличению удельного расхода топлива.

Список использованной литературы.

1. Березний В.В. Методические указания к выполнению курсового проекта. : “Проектирование энергетических установок промысловых судов”, Мурманск, 1999г.

2. Артемов Г.А.,”Системы судовых энергетических установок”-Л.:Судостроение,1980г.

3. Голубев Н.В. Проектирование энергетических установок морских судов- Л.:Судостроение,1990г.

4. Коршунов Л.П. Энергетические установки морских судов: Учебник- Л.: Судостроение, 1991г.

5. Ваншейдт В.А. Судовые установки с двигателями внутреннего сгорания- Л. Судостроение, 1980г.

6. Олейников Б.И. Техническая эксплуатация дизелей судов ФРП.- М.: Агропромиздат, 1998г.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *