Содержание
Условия работы дизельного двигателя основаны на различных соотношениях, которые являются типичными для следующих процессов.
В дизельном двигателе топливо впрыскивается непосредственно в сильно сжатый горячий воздух, результатом чего будет самовоспламенение топлива. Таким образом, дизельный двигатель не связан с ограничениями по зажиганию подобно двигателю с искровым зажиганием (бензиновый двигатель). Поэтому, считая, что количество воздуха в камере сгорания остается постоянным, то необходимо будет регулировать только количество топлива.
Система впрыска топлива имеет, таким образом, решающее значение для работы двигателя. При всех оборотах и нагру нагрузках система отвечает за дозировку топлива и за его равномерное распределение при подаче. В дополнение к этому нужно принимать во внимание давление и температуру поступающего воздуха.
Таким образом, в каждый момент времени при работе двигателя требуется следующее:
- правильное количество впрыскиваемого топлива;
- правильный момент впрыска;
- правильное давление впрыска;
- правильная временная последовательность;
- правильное расположение точки в камере сгорания.
В дополнение к требованиям по оптимальному смесеобразованию, для дозировки необходимо принимать во внимание такие рабочие ограничения для конкретного двигателя и конкретного автомобиля, которые перечислены ниже:
- ограничение по дымности;
- ограничение по давлению сгорания;
- ограничение по температуре выхлопных газов;
- ограничения по оборотам двигателя и крутящему моменту;
- ограничения для конкретного автомобиля и нагрузок.
Ограничение по дымности
Так как значительная часть процесса смесеобразования имеет место при сгорании, то происходит локальное переобогащение и увеличение черного дыма в выхлопе, которое происходит даже при умеренном избытке воздуха. Соотношение «воздух-топливо», которое приводит к выбросам дыма, находящимся у разрешенного предела, является критерием того, насколько качественно используется воздух. Двигатели с предкамерой работают при ограничении по дымности с избытком воздуха в 10 — 25%, тогда как двигатели с непосредственным впрыском имеют избыток воздуха в 40 — 50%.
Ограничение по давлению сгорания
У дизельных двигателей из-за того, что испаренное топливо, смешанное с воздухом, сгорает резко при сильном сжатии в процессе воспламенения, будем говорить о «жестком» или «шумном» сгорании. Высокие пиковые давления, которые будут результатом этого, требует довольно крепких двигателей. Усилия, которые образуются при сгорании, становятся причиной периодически изменяющейся нагрузки на детали двигателя и на основе их размеров и срока службы эти детали накладывают ограничения на давление при сгорании.
Ограничение по температуре выхлопных газов
Ограничение по температуре выхлопных газов дизельного двигателя определяется по высоким термическим нагрузкам деталей двигателя, окружающим горячую камеру сгорания, по тепловому сопротивлению выхлопной системы и по температурной зависимости концентрации токсичных веществ в выхлопных газах.
Ограничение по оборотам двигателя
Подача избыточного воздуха в дизельном двигателе и регулирование количества топлива уже производятся с учетом того, что при постоянном числе оборотов мощность двигателя зависит лишь от количества впрыскиваемого топлива. Если топливо подается в дизельный двигатель без соответствующего уменьшения крутящего момента, то обороты двигателя возрастут. Если количество впрыскиваемого топлива не уменьшится до того, как будут достигнуты критические обороты двигателя, то двигатель «перекрутиться» и может выйти из строя. В связи с этим для дизельных двигателей абсолютно необходимо ограничение оборотов или их регулирование. Когда дизельный двигатель используется как привод какого-либо механизма, обуславливается определенное число оборотов, которое поддерживается постоянным или остается в допустимых пределах независимо от нагрузки.
Когда дизельный двигатель используется на автомобиле, то водитель должен иметь возможность, пользуясь педалью акселератора («газа»), выбирать желаемую скорость, причем обороты двигателя не должны упасть ниже предела холостого хода во избежание остановки при отпускании педали. Поэтому мы сделаем различие между регуляторами с изменяемым числом оборотов и регуляторами минимального и максимального числа оборотов в качестве систем управления.
Принимая во внимание все специфические требования, можно определить характерные кривые (графики) для рабочего диапазона двигателя. Эти графики показывают количество впрыскиваемого топлива как функцию числа оборотов и нагрузки, а также компенсации требуемой температуры и давления воздуха. Количество впрыскиваемого топлива соответствует средней потребности всех цилиндров и среднему количеству при определенном числе оборотов.
Рис. 1. Количество впрыскиваемого топлива; 2. Обороты двигателя; 3. Запуск; 4. Холостой ход; 5. Полная нагрузка; 6. Двигатель с турбонаддувом; 7. Контроль крутящего момента; 8. Двигатель без наддува; 9. Коррекция атмосферного давления; 10. Температурная компенсация; 11. Регулирование оборотов.
Как показывает следующий пример, конкретные рабочие условия предъявляют высокие требования к точности работы системы впрыска. Количество топлива при полной нагрузке для 4-цилин-дрового 4-тактного двигателя с мощностью 75 кВт и удельным расходом топлива в 200 г/кВт ч делает необходимым общий расход топлива в 15 кг/час. Это эквивалентно 288000 ходам впрыска за 1 час для 4-тактного двигателя, работающего при 2400 об/мин.
Переходя к одному ходу впрыска, это будет означать количество топлива в 59 мм3 за один ход впрыска. По сравнению с этим примером, дождевая капля имеет объем примерно в 30 мм3. Система впрыска топлива должна обеспечить такую точную дозировку для одного цилиндра и для однородного распределения в отдельном цилиндре в многоцилиндровом двигателе.
Удельный расход топлива
Рис. Удельный расход топлива:
1. Бензиновый двигатель. Дизельный двигатель: 2. Предкамера/вихревая камера; 3. Непосредственный впрыск; За. Турбонаддув; Зв. Достижимая возможность; 4. Удельный расход топлива; 5. г/кВт; 6. Число оборотов: 2500-3000 об/мин; 7. Среднее давление; 8. Бар.
Теоретически определенное количество впрыскиваемого топлива служит в качестве исходной величины для конструирования системы впрыска. Характеристика полной нагрузки ограничивается путем ограничения по дымности двигателя в диапазоне более низких оборотов и путем допустимой температуры выхлопных газов или деталей в диапазоне более высоких оборотов. Действительно требуемые количества топлива определяются на двигателе в соответствии с эмпирическими величинами. Системы обычно конструируются в предположении высоты на уровне моря, т.е. величины мощности уменьшаются до этого уровня: если двигатель работает на высоте, превышающей уровень моря, то количество топлива должно быть скорректировано в соответствии с барометрической формулой, известной из физики. Уменьшение плотности воздуха на 7% на каждые 1000 м высоты используется как исходная величина.
Однако, в противоположность удельному расходу топлива, который определяется на теплом двигателе при постоянных условиях проверки, лишь расход топлива в движении обеспечит величины, используемые на практике.
Автомобили, в частности, работают главным образом на коротких расстояниях с частыми запусками холодного двигателя и в диапазоне низких оборотов. Необходимое обогащение на холодном двигателе приведет к явным различиям в расходе топлива.
Сравнительный расход топлива после запуска холодного двигателя (10 ° С )
Рис. Сравнительный расход топлива после запуска холодного двигателя (10 ° С ):
1. Бензиновый двигатель 1,1л-37кВт; 2. Дизельный двигатель 1,5л-37 кВт; 3. Расход топлива, л; 4. Пройденное расстояние, км.
Температура — отработавший газ
Температура отработавших газов в моторных цилиндрах двухтактных газомоторных двигателей и компрессоров колеблется от 350 до 480 С, а в четырехтактных газомоторных двигателях при номинальной нагрузке от 510 до 520 С. [1]
Температура отработавших газов в выпускной трубе четырехтактных двигателей зависит от типа двигателей и составляет для карбюраторных двигателей 750 — ь 850 К и для дизелей 600 — ь 700 К. [2]
Температура отработавших газов не должна быть ниже 70 С. [3]
Температура отработавших газов зависит в основном от тех же факторов, что и температура в конце процесса расширения. Дальнейшее обеднение смеси приводит к снижению температуры отработавших газов, так как, несмотря на увеличение продолжительности сгорания, максимальна температура цикла уменьшается. [4]
Температура отработавших газов в двигателе внутреннего сгорания достаточно высока, поэтому водяные пары, содержащиеся в них, не могут конденсироваться и уносят с собой скрытую теплоту парообразования. [5]
Температура отработавших газов ( при выпуске из цилиндра) по мере увеличения догорания на линии расширения повышается. Обычно в дизелях на участке догорания выделяется 10 — 20 % всего тепла, введенного с топливом в цилиндр. Тепло, полученное при догорании, является с точки зрения превращения его в механическую работу менее ценным. Догорание происходит в условиях уменьшенной концентрации кислорода при понижающихся давлении и температуре. В современных дизелях средняя скорость выделения тепла за процесс сгорания составляет примерно 150 — 300 ккал / кг град; за время догорания она снижается примерно с 40 — 50 ккал / кг град до нуля. [6]
Температура отработавших газов зависит от частоты вращения коленчатого вала, состава смеси, скорости распространения фронта пламени, момента зажигания или впрыска и других факторов. [7]
Температура отработавших газов зависит от нагрузки и скоростного режима двигателя. С увеличением частоты вращения и нагрузки повышается температура отработавших газов. [9]
Температуру отработавших газов регулируют путем изменения подачи порции топлива насосами, что осуществляется перемещением регулирующей рейки в ту или иную сторону. При увеличении выхода рейки путем ввертывания регулировочного винта подача топлива увеличивается, а при уменьшении ( винт вывертывают) подача топлива уменьшается. Передвижение рейки топливного насоса на одну риску изменяет температуру отработавших газов примерно на 22 — 25 С. [10]
Температуру отработавших газов регулируют изменением количества подаваемого топлива обоими насосами данного цилиндра. При этом нельзя спиливать или передвигать упор, установленный на рейке насоеа при определении его подачи на стенде. [11]
Температуру отработавших газов в нейтрализаторах повышают, уменьшая теплопотери теплоизоляцией корпуса нейтрализатора, применяя специальные экраны, используя тепло реакции окисления, а также кратковременно уменьшая угол опережения зажигания. [12]
Повышение температуры отработавших газов против максимально установленной ( 430 С) или при разности температуры между отдельными цилиндрами более 60Э С может привести к появлению трещин на головке или задиру поршней. Поэтому температуру отработавших газов проверяют при всех реостатных испытаниях дизель-генераторной установки, как правило, при максимальной мощности дизеля и 850 об / мин коленчатого вала и температуре выходящей воды из дизеля 70 — 80 С, масла 60 — 75 С. [13]
Наиболее точно определение температуры отработавших газов может быть выполнено калориметрическим методом. Но применение его в условиях обычных испытаний довольно сложно. [14]
У дизеля Д100 температуру отработавших газов и давление сгорания корректируют изменением регулируемых параметров обоих топливных насосов данного цилиндра. После регулировки нагрузки по цилиндрам проверяют величину выхода реек топливных насосов. Считают нормальным, когда разность зазоров между упором рейки и корпусом насоса для всех насосов дизеля Д100 не превышает 0 3 мм, а дизеля Д50 — 0 1 мм. [15]
enginering
Форсирование рабочего процесса дизелей неуклонно возрастает, повышается тепловая и механическая напряженность рабочих узлов, вследствие чего растет вероятность откатов и повреждений.
Конструктивные и технологические причины, повреждений (70 % общего числа отказов): дефекты поковок и отливок, некачественная механическая обработка, нарушение технологии сварки и термообработки, ухудшение механических свойств материала, неправильные сборка и крепление. На эту группу приходится до 70 % общего числа отказов.
Эксплуатационные причины повреждений: нарушение правил технической эксплуатации; работа двигателя с перегрузками; несоответствие качества и сорта используемых топлив и масел типу двигателя; попадание посторонних предметов; форс-мажорные обстоятельства, вызванные внешними условиями.
Возникновение неисправностей сопровождается характерными признаками, которые можно определить по показаниям контрольно-измерительных приборов, изменениям в работе двигателя (шумы, стуки, вибрация) или при помощи специальных систем контроля. Главной задачей обслуживающего персонала является быстрое установление причины неисправности, что усложняется тем, что одну конкретную неисправность могут вызвать различные причины. Необходимо использовать метод последовательного исключения причин неисправности от самых простых до наиболее сложных.
Дизель не запускается на воздухе: закрытие стопорных клапанов на баллонах или магистрали; не подается воздух в систему управления; заедание или засорение главного пускового клапана, воздухораспределителя, пусковых клапанов цилиндров или элементов системы ДАУ; нарушение регулирования газораспределения; не отключено валоповоротное устройство; зажатие тормоза валопровода или дейдвудного сальника; задевание гребного винта эа какое-либо препятствие; замерзание воды в дейдвуде; коленчатый вал не установлен в пусковое положение (только для вспомогательных малоцилиндровых двигателей).
Дизель не запускается на топливе: непоступление топлива к топливным насосам (нет топлива в цистернах, закрыты клапаны на магистрали); маленькое давление топлива (неисправны насосы, загрязнены фильтры); попадание воздуха в топливную систему; большое содержание в топливе воды; чрезмерно высокая вязкость топлива (недостаточен подогрев); открытие контрольных кранов прокачивания форсунок; недостаточный прогрев дизеля; мал угол опережения; поздняя подача топлива; низкая компрессия в цилиндрах; неправильное регулирование ТНВД; заедания топливных реек или элементов регулятора.
Дизель не останавливается: нарушение регулирования нулевой подачи ТНВД; заедание топливных реек или элементов регулятора; поступление топлива в цилиндры из системы гидрозапора форсунок.
Дизель не развивает заданную частоту вращения: повышение сопротивления движению судна; плохое распыливание топлива; низкое давление или высокая температура продувочного воздуха; повышение противодавления в выпускном тракте; неисправность регулятора частоты вращения; задир в одном из цилиндров.
Дизель внезапно останавливается: срабатывание системы аварийной защиты; прекращение подачи топлива; попадание воздуха в топливную магистраль; большое содержание в топливе воды.
Дизель идет вразнос: резкий сброс нагрузки при одновременной неисправности регулятора частоты вращения; заброс в цилиндры масла или топлива, скопившегося в продувочном ресивере; большой заброс масла из картера в камеру сгорания.
Повышение температуры выпускных газов на выходе из цилиндра: перегрузка цилиндра (большая подача топлива); плохое распыл и вание топлива; поздняя подача топлива, низкая компрессия в цилиндре; загрязнение продувочных и выпускных окон.
Повышение температуры выпускных газов всех цилиндров, темная окраска газов: перегрузка дизеля, вызванная ухудшением внешних условий или чрезмерной подачей топлива; низкое давление продувочного воздуха; повышение температуры продувочного воздуха; воспламенение маслянистых отложений в подпоршневых полостях или продувочном ресивере.
Голубая окраска выпускных газов; большая дозировка цилиндрового масла; неправильная установка или износ маслосъемных колец; высокий уровень масла в картере: трещина в головке поршня при масляном охлаждении поршней.
Белая окраска выпускных газов: содержание в топливе воды, трещина в крышке, цилиндровой втулке или донышке поршня; нарушение плотности воздухоохладителя.
Стуки в цилиндре: перегрузка цилиндра; увеличение угла опережения подачи топлива; большие зазоры в головных или мотылевых подшипниках, между поршнем и втулкой (характерен для тронковых дизелей); обрыв и попадание клапана в цилиндр; задир поршня (металлические стуки, повторяющиеся при каждой перемене хода поршня).
Стуки в клапанах: большие тепловые зазоры в клапанах; заедание штока клапана в направляющей (поршень ударяет по тарелке); неисправность демпфера в клапанном приводе; поломка пружины клапана.
Стуки, шум в цепной или зубчатой передаче: недостаточная смазка; слабое натяжение цепи; работа привода в резонансной зоне крутильныхколебаний; поломка или сильный износ зубьев передачи.
Основные неисправности в масляной системе:
масляный насос не создает требуемого давлении вследствие неисправности насоса, чрезмерно высокой температуры или низкой вязкости масла; больших зазоров в подшипниках;
температура масла на входе выше нормальной в случае загрязнения маслоохладителей, недостаточного количества охлаждающей воды; неисправности терморегулятора;
попадание в масло воды вследствие нарушения уплотнения цилиндровых втулок или сальников телескопии охлаждения поршней, неплотности маслоохладителя, змеевиков подогрева или сточной цистерны (при анализах проб масла могут наблюдаться значительные отклонения его эксплуатационных характеристик);
резкое увеличение вязкости масла при повышенном износе деталей ЦПГ, пригорании колец (что приводит к прорыву газов в картер и загрязнению масла), попадании тяжелого топлива большой вязкости, повреждении фильтрующих элементов масляных фильтров;
резкое понижение вязкости масла при попадании в него дизельного топлива;
резкое повышение кислотного числа в случае высокого температурного режима системы смазывания, вызвавшего интенсивное окисление масла, попадания в масло продуктов окисления металла.
Основные неисправности в системе охлаждения:
температура охлаждающей воды на входе в дизель выше нормальной вследствие засорения водоохладителей, недостаточного количества охлаждающей воды, неисправности терморегулятора;
температура охлаждающей воды на выходе из дизеля выше нормальной в случае перегрузки цилиндра, не полностью открытом клапане на подводящем охлаждающую воду патрубке, попадания в охлаждающую воду газов через сквозные трещины в крышках и втулках цилиндров.
Основные неисправности в системе продувки (наддува):
понижение давления продувочного воздуха вследствие загрязнения проточной части компрессора или приемных фильтров, загрязнения выпускных окон и защитных решеток перец турбиной, работы дизеля при малых нагрузках;
температура продувочного воздуха выше нормальной в случае загрязнения воздухоохладителей, недостаточного количества или высокой температуры охлаждающей воды;
повышенная вибрация и шум турбокомпрессоров при пампаже газотурбонагнетателя .
