регуляторная характеристика двигателя параметры графическое представление
Регуляторная характеристика двигателя параметры графическое представление
Главное меню
Судовые двигатели
Следовательно, автоматический регулятор, перемещая орган управления, практически заменяет скоростные характеристики двигателя новыми, которые называются обычно регуляторными.
Под органом управления двигателем здесь понимается орган (рейка, дроссельная заслонка и др.), определяющий цикловую подачу топлива или смеси.
Следовательно, регуляторной характеристикой двигателя является совокупность установившихся (равновесных) режимов работы системы автоматического регулирования двигателя при различных нагрузках и при определенной настройке автоматического регулятора.
Регуляторная характеристика двигателя может быть построена, если известны скоростные характеристики двигателя при постоянных положениях рейки топливного насоса (см. рис. 23) и равновесные кривые регулятора (см. рис. 68).
Рассмотрим один из возможных графических методов построения регуляторных характеристик двигателя (рис. 234). С этой целью в квадранте I строят скоростные характеристики 1—4 двигателя при известных положениях рейки (h k = const). В квадранте III строят равновесные кривые 6—8 регулятора. В квадрантах II и III наносят прямые, характеризующие передаточные отношения механизмов, связывающих двигатель и регулятор.
Регуляторные характеристики двигателя при наличии пневматического регулятора показаны на рис. 113.
В зависимости от условий эксплуатации к форме регуляторных характеристик предъявляют различные требования. Характеристики 2—6 на рис. 85, 14—18 на рис. 113 или 6—9 на рис. 157 называются статическими, так как по мере уменьшения крутящего момента двигателя увеличивается угловая скорость. Уменьшение диапазона изменения угловой скорости в пределах одной регуляторной характеристики приближает статические характеристики к астатическим (см. кривые 2—6 на рис. 146).
Часто важны не только наклон регуляторной характеристики, но и ее форма. Отклонение регуляторной характеристики от прямолинейной формы оценивают степенью непрямолинейности
где п ном — частота вращения при номинальном режиме работы двигателя (см. рис. 166).
При однорежимном регулировании регуляторные характеристики имеют вид, показанный на рис. 77, при двухрежимном — на рис. 82, при всережимном — на рис. 85, 86, 89, 113, 140,6, 146 и 157. Иногда при установке на главном судовом двигателе всережимного регулятора его включают в работу с программированным упором, который ограничивает перемещение рейки в сторону увеличения подачи топлива по мере уменьшения регулируемого скоростного режима (рис. 235).
Иногда всережимные регуляторы используют в качестве всережимно-предельных; тогда регуляторные характеристики принимают вид, показанный на рис. 236.
Построение регуляторной характеристики
При работе дизельного двигателя на различных скоростных режимах требуются различные мощности. Регулирование мощности и приведение ее в соответствие с внешней нагрузкой осуществляется изменением цикловой подачи топлива регулятором. Регуляторная характеристика определяет изменение частоты вращения, часового и удельного расхода топлива, крутящего момента в зависимости от развиваемой мощности при воздействии регулятора на орган подачи топлива. Она строится по эмпирическим зависимостям в диапазоне частоты вращения от nmin до nххmax (рисунок 3).
, (73)
где с1 и с2 – эмпирические коэффициенты, зависящие от типа двигателя (для дизельных двигателей с неразделенными камерами сгорания с1=0,87 и с2=1,13; для вихрекамерных дизельных двигателей с1=0,7 и с2=1,3).
Значение nx откладываются в соответствии с вычисленными значениями Neх по оси ординат, и полученные точки соединяются плавной кривой (рисунок 3). Затем соединяются прямой точки, соответствующие значениям nн (при Neн) и nххmax=1,07 nн (при Ne=0). В результате получается регуляторная ветвь характеристики.
Эффективный крутящий момент (Мех, Н∙м) на безрегуляторной ветви определяется по формуле
. (74)
Значения Nex берутся при тех же частотах вращения (nx), которые были приняты для построения кривой Ne=f(n). Регуляторную ветвь Ме представляет отрезок, образованный двумя точками (Ме при Neн и Ме=0 при Ne=0).
Удельный эффективный расход топлива (gеx, г/кВт·ч) на безрегуляторном участке характеристики при частотах вращения от nmin от nн, определяется по формуле:
, (75)
где c – эмпирический коэффициент (для дизельных двигателей с неразделенными камерами сгорания с=1,55; для вихрекамерных дизельных двигателей с=1,35).
Полученные значения gex заносятся в таблицу 5.
Часовой расход топлива (GТх, кг/ч) на безрегуляторном участке определяется в соответствии с выражением:
(76)
(77)
Полученные расчетом величины Ne, Ме, GТ и ge сводим в таблицу 5.
Таблица 5 – Расчетные значения параметров регуляторной
Пример построения регуляторной характеристики приведен на рисунке 3.
Рисунок 3 – Регуляторная характеристика дизельного двигателя в функции от частоты вращения коленчатого вала
Список рекомендуемой литературы
1. Баширов, Р.М. Основы теории и расчета автотракторных двигателей /Р.М. Баширов. – Уфа: БГАУ, 2008. – 304 с.: ил.
2. Колчин, А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей /А.И. Колчин, В.П. Демидов. – М.: Высш. школа, 2008. – 496 с.: ил.
3. Корабельников, А.Н. Практикум по автотракторным двигателям /А.Н. Корабельников, М.Л. Насоновский, В.Л. Чумаков. – М.: КолоС, 2010. – 239 с.: ил.
4. Морозов, В.В. Автомобильные двигатели: методические указания для выполнения курсового проекта /В.В. Морозов, В.К. Милохин. – Великие Луки: Изд-во ВГСХА, 2002. – 56 с.: ил.
5. Попык, К.Г. Конструирование и расчет автомобильных и тракторных двигателей/ К.Г. Попык. – М.: Высшая школа, 1973. – 400 с.: ил.
6. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: справочник /Под. ред. А.В. Клименко, В.М. Зорина. Т.3. – М.: МЭИ, 2004. – 632 с.: ил.
7. Тарасик, В.П. Теория автомобиля и двигателя /В.П. Тарасик, М.П. Бренч. – Мн.: Новое знание, 2004. – 400 с.: ил.
8. Тепловые двигатели и нагнетатели /В.И. Ляшков, В.А. Русин. – Тамбов: ТГТУ, 2006. – 116 с.: ил.
9. Шатров, М.Г. Автомобильные двигатели /М.Г. Шатров. – М.: Изд-во «Академия», 2010. – 496 с.: ил.
Конспект лекции «Нагрузочная и регуляторная характеристики»
Нагрузочная характеристика.
Характеристика представляет собой графическую зависимость основных показателей двигателя от нагрузки при постоянном скоростном режиме ( п = const ). Критерием нагрузки служит среднее эффективное давление р е , которое и принимают в качестве независимого переменного. При построении нагрузочной характеристики значения р е откладывают по оси абсцисс, а параметры, характеризующие работу двигателя, — по оси ординат (рис. 14.1).
По нагрузочной характеристике работают дизель-генераторы и главные двигатели, нагружаемые изменением шагового отношения H / D гребного винта.
При уменьшении нагрузки цикловая подача топлива g ц уменьшается, что в свою очередь сопровождается сокращением продолжительности подачи, снижением давления впрыска и качества распыливания топлива, особенно ощутимым в области малых нагрузок. Заряд воздуха G B сокращается в связи с падением подачи турбокомпрессора либо остается почти без изменений (в двигателе без наддува). Отмеченные изменения g ц и G B приводят к тому, что коэффициент избытка воздуха α= G B /( g ц G 0 ) при уменьшении нагрузки увеличивается (см. рис. 14.1). Это обусловливает улучшение сгорания топлива и увеличение индикаторного КПД η i . Однако при переходе в область малых нагрузок рост коэффициента η i замедляется и в отдельных случаях возможно даже некоторое его снижение, что объясняется ухудшением распыливания топлива и увеличением относительных потерь теплоты в охлаждающую воду.
Индикаторный расход топлива g i = 3600/( Q h ƞ i ) является обратной функцией индикаторного КПД, и поскольку ƞ i при уменьшении нагрузки растет, то g i убывает.
О тепловой и механической напряженности косвенно можно судить по температуре выпускных газов t г и максимальному давлению цикла р z . Последние с увеличением нагрузки растут и наибольших значений достигают при р е ном , поэтому и наиболее напряженным является режим полной нагрузки.
Принятое при анализе нагрузочной характеристики условие п = const в действительности не выдерживается. Частота вращения в силу неравномерности работы регулятора с увеличением нагрузки от р е = 0 (холостой ход) до р е ном (полная нагрузка) несколько уменьшается. Поэтому зависимость р е (п), называемая регуляторной характеристикой , в координатах р е — п изображается не вертикалью n а = const (рис. 14.2), а линией n 1 , угол наклона которой к оси абсцисс зависит от степени неравномерности регулятора (последняя обычно не превышает 2—3 %).
Регуляторная характеристика
Для анализа работы двигателя, устанавливаемого на тракторе, ГОСТом предусмотрено построение по данным испытаний регуляторной характеристики. На рис. 122 показана в качестве примера регуляторная характеристика тракторного дизеля.
На регуляторнои характеристике параметры двигателя построены в зависимости от развиваемой им мощности. Кривая АВ характеризует работу двигателя на регуляторнои ветви, когда регулятор при снижении нагрузки уменьшает количество подаваемого топлива в дизеле или прикрывает дроссельную заслонку в двигателе с искровым зажиганием. Ветвь ВС характеризует работу двигателя по внешней скоростной характеристике.
Многопараметровая характеристика
Многопараметровая (комбинированная) характеристика представляет собой кривые постоянных значений какого-либо одного параметра в зависимости от двух других, отложенных по осям координат.
На рис. 123 показана многопараметровая характеристика дизеля ЯМЗ-238Н при его работе с газотурбинным наддувом.
показаны на графике штриховыми линиями.
Кривая удельных расходов в зависимости от частоты вращения является пологой при всех значениях среднего эффективного давления (см. рис. 123). Такая зависимость характерна для автомобильных дизелей.
на каждом скоростном режиме достигаются наименьшие расходы топлива.
Токсические характеристики
В дизелях, кроме этих параметров, проводят также анализ газов на наличие сажи (дымность). Наиболее полное представление о содержании отдельных токсических компонентов можно получить при анализе многопараметровых характеристик, где построены зависимости постоянных значений одного из указанных
компонентов от нагрузки и частоты вращения. В качестве примера на рис. 124 приведены такие графики для шести исследованных двигателей на автополигоне НАМИ при их испытаниях на моторных стендах.
Для получения указанных характеристик необходимо проведение большого объема исследований с соответствующим отбором и анализом газовых проб. Испытания ведутся или на стенде с беговыми барабанами, где имитируются условия работы двигателя в эксплуатации, или на обычных моторных стендах.
у двигателей с форкамерно-факельным зажиганием такое же, как и у обычных карбюраторных двигателей.
Аналогичные характеристики можно получить при анализе зависимости от режимов двигателя концентрации токсичных составляющих в газах, выбрасываемых в атмосферу из картера двигателя. На рис. 125 приведены универсальные характеристики, полученные при испытании автомобиля на стенде с беговыми барабанами.
Результаты проведенных исследований не позволяют при их анализе установить закономерную связь между режимами работы двигателя и содержанием токсических компонентов. Обнаруживается лишь некоторая Рис. 125. Зависимость количества картерных газов и концентрации токсических компонентов в них от режимов работы карбюраторного двигателя, установленного на легковом автомобиле:
а количество картерных газов (в м3/ч); б концентрация С^Н (в мг/л); в концентрация СО (в % по объему); е концентрация NO^. (в мг/л); в концентрация С02 (в % по объему)
Существуют специально разработанные нормы для проведения таких испытаний. В частности, имеются Европейские нормы, рекомендуемый правилами ЕЭК ООН № 15 для испытания автомобилей с бензиновыми двигателями.
зависимость между количеством газов, проникающих в картер, и содержанием углеводородов в картерных газах.
Для предотвращения выбросов картерных газов в атмосферу применяют различные замкнутые системы вентиляции, при которых картерные газы поступают во впускную систему двигателя. Наилучшие результаты достигнуты при использовании комбинированной системы, когда картерные газы поступают во впускную систему одновременно в местах до и после карбюратора. При этом ликвидируется выброс углеводородов с картерными газами при незначительном изменении содержания СО и NOK в продуктах сгорания.
В том случае, когда нет необходимости в получении сведений, характеризующих токсичность двигателей на всех режимах их работы, или ведутся исследования, при которых требуется получить данные о токсических компонентах только для газового анализа исследуемых режимов, по результатам исследований строят характеристики, определяющие изменение токсичности только в зависимости от зтих режимов (например, нагрузочные, внешние, холостого хода и различные регулировочные).
4.3. Регуляторная характеристика
В условиях эксплуатации двигателей их нагрузка изменяется в широких пределах. При неподвижном рычаге или педали, управляющими подачей топлива, изменение внешней нагрузки вызовет колебания частоты вращения двигателя. В этих случаях для сохранения частоты вращения двигателя, постоянной при изменении внешней нагрузки, необходимо соответcтвенно изменять мощность дизеля, что возможно за счет разного количества впрыскиваемого дизельного топлива.
Таким образом, при регулировании мощности дизеля и приведении ее в соответствие с внешней нагрузкой необходимо автоматически изменять цикловую подачу топлива, для чего в систему питания включают регулятор. В соответствии с этим для оценки параметров, характеризующих работу дизеля с регулятором, используют регуляторную характеристику, определяющую зависимость чисел оборотов, часовых и удельных расходов топлива и других параметров от эффективной мощности, при воздействии регулятора на орган подачи топлива.
Регуляторную характеристику снимают, испытывая дизель, причем снятие регуляторной характеристики должно производиться при постоянном положении органа управления регулятором путем постепенного увеличения нагрузки от холостого хода до полной. При этом числа оборотов изменяются от максимальных, определяемых регулятором, до оборотов, при которых крутящий момент дизеля достигает максимума. В соответствии с этим при увеличении внешней нагрузки повышение мощности дизеля должно быть получено автоматически за счет возрастания цикловых подач дизельного топлива.
Регуляторная характеристика дизеля представлена на рис. 4.6.
Рис. 4.6. Регуляторная характеристика дизеля
4.4. Нагрузочная характеристика
Нагрузочной характеристикойназывается зависимость часового и удельного расходов топлива от мощности, крутящего момента или среднего эффективного давления двигателя при постоянном числе оборотов. Для снятия характеристик по нагрузке необходимы следующие условия:
постоянное число оборотов;
установившийся температурный режим двигателя;
регулировка карбюратора в соответствии с инструкцией завода (карбюраторные двигатели);
наивыгоднейший для данного режима оборотов угол опережения зажигания (карбюраторные двигатели) или угол опережения впрыска (дизельные двигатели).
Снятие характеристик производится при различных положениях дроссельной заслонки (карбюраторные двигатели) или при различных положениях рейки топливного насоса (дизельные двигатели).
На рис. 4.7. приводятся нагрузочные характеристики двигателей ЗИЛ-131 и ЯМЗ-236. Нагрузочные, характеристики позволяют оценить экономичность двигателя при различных режимах работы (по оборотам и нагрузке).
Рис. 4.7. Нагрузочные характеристики
Вырубов Д. Н. и др. Двигатели внутреннего сгорания: теория поршневых и комбинированных двигателей. М.: Машиностроение, 1983.
Лесные машины: Учебник для вызов /под ред. д-ра техн. наук проф. Г. М. Анисимова. М.: Лесн. пром-сть, 1989.
Гольдберг А. М., Галямичев В. А. Тепловой расчет четырехтактного двигателя: Методич. указ. для студентов лесомеханического факультета спец. 0519. Л., 1985.
Васильев В. Н., Куликов М. И., Фрейндлинг А.Ф. Тяговые расчеты лесных машин с использованием ЭВМ: Учебн. пособие. Петрозаводск, 1988.
Автомобильные и тракторные двигатели. (Теория, системы питания, конструкции и расчет)/ Под ред. И. М. Ленина. Учебник для вузов по специальности “Автомобили и тракторы”. М.: Высш. шк., 1969.
Конструкция и расчет автотракторных двигателей. Учебник для высших технических учебных заведений/ под ред. проф. Ю. А. Степанова.. М.: Машгиз, 1957.
Автомобильные и тракторные двигатели.: В 2 ч. Конструкция и расчет двигателей/ под ред. И. М. Ленина. Учебник для вузов. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Высш. шк., 1976.
Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей./ Учебник для студентов вузов/ под ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова.3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1980.
Архангельский В. М. Автомобильные двигатели. М.: Машиностроение, 1973.
Колчин А. И., Демидов В. П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. М.: Высш. шк., 1971.
Двигатели внутреннего сгорания. Под ред. д-ра техн. наук, проф. В.Н.Луканина. М.: Высш. школа, 1985.
Хачиян А.С. и др. Двигатели внутреннего сгорания. М.: Высш. шк., 1985.