Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Регулирование частоты вращения коленчатого вала двигателя

Режим работы двигателя внутреннего сгорания определяется его нагрузкой и частотой вращения коленчатого вала. Обе характеристики режима для каждого двигателя могут изменяться в определенном интервале значений.

Для любой из частот вращения двигателя существует максимальная нагрузка, которая может быть преодолена. Величина ее зависит от состояния воздуха на входе в двигатель, коэффициента наполнения, применяемого топлива, качества рабочего процесса и механичес-

ких потерь в двигателе. Нижний предел нагрузки равен нулю. Подача топлива при этом определяется механическими потерями.

В дизеле органом регулирования подачи топлива является рейка топливного насоса (насос с отсечкой) или дросселирующее устройство, изменяющее проходное сечение на входе в насосную секцию (насос с дросселированием на впуске). В карбюраторном двигателе органом регулирования является дроссельная заслонка, с помощью которой меняется количество поступающей в цилиндр топливовоздушной смеси.

Частота вращения также может изменяться в определенных для каждого двигателя пределах. Верхний предел частоты вращения

ограничивается обычно инерционными нагрузками и износом узлов двигателя, механическим КПД, коэффициентом наполнения, а также качеством рабочего процесса и тепловой напряженностью деталей двигателя. Нижний предел частоты вращения зависит от махового момента двигателя, фактора устойчивости и стабильности рабочих циклов, т. е., в конечном итоге, от качества рабочего процесса при малой частоте вращения. Для обеспечения наиболее экономичной работы двигателя следует стремиться к уменьшению допускаемой в эксплуатации минимальной частоты вращения.

На рис. 193 приведены зависимости крутящего момента карбюраторного двигателя и дизеля с топливным насосом золотникового типа от частоты вращения при различных положениях органа регулирования. В заштрихованных областях могут располагаться эксплуатационные режимы работы двигателей.

Рассмотрим устойчивость установившегося режима работы двигателя. Установившимся называется режим, при котором частота вращения, нагрузка и тепловое состояние двигателя в течение рассматриваемого отрезка времени постоянны. Такой режим возможен только в том случае, когда мощности двигателя и потребителя равны между собой. Устойчивостью называется способность двига

. За счет превышения момента, развиваемого двигателем, момента сопротивления восстанавливается первоначальный режим. Напротив, если по какой-либо причине частота вращения коленчатого вала двигателя

>, и частота вращения двигателя

автоматически понизится.

, и он остановится. Устойчивость нельзя в полной мере считать только свойством двигателя, так как она зависит от характеристик потребителя.

Количественной характеристикой устойчивости является разность

, известная под названием фактора устойчивости.

В гл. IX показано, что крутящий момент карбюраторного двигателя с увеличением частоты вращения уменьшается обычно быстрее, чем у дизеля с топливным насосом с отсечкой при всех положениях органа регулирования, причем особенно большая разница наблюдается при частичных нагрузках. Предельная частота вращения при отсутствии нагрузки и малом открытии дроссельной заслонки оказывается меньше номинальной (рис. 193, а). Следовательно, при неподном открытии дроссельной заслонки внезапное резкое снижение нагрузки двигателя не связано с какими-либо опасными последствиями. При полном открытии дроссельной заслонки разносная частота вращения коленчатого вала превышает номинальную. Опыт показывает, однако, что кратковременная работа карбюраторного двигателя с частотой вращения на 3050% больше номинальной допустима. Вследствие этого транспортные карбюраторные двигатели часто не имеют регуляторов максимальной частоты вращения. Только в том случае, когда по условиям работы частоту вращения необходимо поддерживать в узких пределах, на карбюраторный двигатель устанавливают регулятор (например, при использовании карбюраторного двигателя для привода электрогенератора, на тракторах и автомобилях большой грузоподъемности для облегчения управления агрегатами при частых и резких изменениях нагрузки). На двигателях грузовых автомобилей применяют ограничители максимальной частоты вращения.

На дизеле установка регулятора максимальной частоты вращения необходима, так как при всех положениях органа регулирования разностная частота значительно больше допустимой, что следует из скоростных характеристик (см. рис. 193, б). Увеличение скоростного режима выше номинального ограничивается не только прочностью узлов и деталей дизеля, но и резким ухудшением качества рабочего процесса, особенно при полной подаче топлива. Регулятор максимальной частоты вращения должен при увеличении частоты вращения дизеля перемещать орган регулирования в сторону, соответствующую уменьшению подачи топлива, ограничивая максимальную частоту вращения на холостом ходу.

Большое значение для транспортного двигателя имеет устойчивость работы при холостом ходе и малой частоте вращения вала. Этот режим встречается при прогреве двигателя, кратковременных стоянках, переключениях передачи и т. п.

. В случае карбюраторного двигателя в соответствии с изложенным выше, режим работы устойчив (рис. 195, а). В случае дизеля с насосом с отсечкой режим работы оказывается неустойчивым (рис. 195, б) или мало устойчивым. В результате этого становится необходимым применение на дизеле регулятора минимальной частоты вращения. Регулятор при уменьшении частоты вращения вала двигателя перемещает орган регулирования так, что цикловая подача возрастает. Соответственно будет увеличиваться среднее индикаторное давление (кривая 1), что обеспечит устойчивую работу двигателя. На транспортные дизели необходимо, следовательно, устанавливать регулятор, воздействующий на работу двигателя при максимальной и минимальной частоте вращения. Такой регулятор называется двухрежимным. Регулятор, воздействующий на орган регулирования при всех частотах вращения двигателя, называется всережимным.

Системой автоматического регулирования частоты вращения двигателя внутреннего сгорания называется совокупность взаимодействующих элементов, участвующих в поддержании в заданных пределах частоты вращения. В систему входят двигатель, потребитель и собственно регулятор автоматическое устройство, воспринимающее отклонение регулируемого параметра (частоты вращения) от заданной величины и вырабатывающее воздействие, исключающее или уменьшающее это отклонение. Регулятор состоит из чувствительного элемента, который воспринимает изменение частоты вращения и реагирует на него, как правило, перемещением соответствующей муфты, связанной с органом регулирования двигателем.

На автотракторных двигателях наибольшее распространение имеют двухрежимные и всережимные регуляторы прямого действия с механической связью между чувствительным элементом и органом регулирования. На рис. 196, а показана схема всережимного регулятора. При увеличении частоты вращения двигателя возрастают центробежные силы грузов 6. Вследствие этого грузы расходятся и перемещают муфту 9, нагруженную усилием пружины 5. Перемещение муфты через систему рычагов передается рейке 7 топливного насоса, которая движется в направлении, соответствующем уменьшению подачи топлива. При достижении нового равновесного положения системы заканчивается переходный процесс.

Управление работой двигателя (изменение диапазона рабочих частот вращения) осуществляется изменением затяжки пружины 5 путем перестановки рычага 3. В случае увеличения затяжки пружины равновесное положение муфты наступает при большей частоте вращения. При каждом положении рычага 3 рейка топливного насоса в зависимости от нагрузки устанавливается в одно из промежуточных положений. Максимальный и минимальный скоростные режимы двигателя определяются наибольшим и наименьшим натяжениями пружины и регулируются с помощью упоров 4 и 1 рычагов 2 и 3. Для остановки двигателя служит рычаг 8, переставляемый водителем.

На рис. 197, а изображены кривые крутящего момента дизеля при работе со всережимным регулятором. Каждая регуляторная ветвь характеристики (кривые 27) соответствует определенной затяжке пружины 5 (см. рис. 196, а). Регулятор в соответствии с нагрузкой двигателя автоматически изменяет крутящий момент от максималь

ного (кривая 1, рис. 197, а) до нулевого значения, при этом частота вращения коленчатого вала несколько возрастает.

Особенностью двухрежимного регулятора (см. рис. 196, б) является то, что при работе двигателя в зоне минимальных частот вращения коленчатого вала усилие грузов 6 уравновешивается только усилием внешней пружины 10. В определенном интервале скоростных режимов грузы остаются неподвижными, так как их центробежпая сила оказывается меньше суммы сил внешней пружины и предварительного натяга внутренней пружины 11 регулятора. В этом интервале частот вращения коленчатого вала регулятор не воздействует на работу двигателя, и подачей топлива управляет водитель с помощью педали, системы тяг, рычага 12 и органа регулирования 13. При определенной достаточно большой частоте вращения грузы начинают перемещаться, сжимая обе пружины, и регулятор вновь включается в работу, уменьшая крутящий момент при увеличении частоты вращения.

На рис. 197, б изображены кривые крутящего момента двигателя при работе с двухрежимным регулятором. Кривая 8 соответствует внешней скоростной характеристике дизеля, кривые 911 его частичным скоростным характеристикам. В зоне А с уменьшением частоты вращения крутящий момент резко возрастает, что вызывается перемещением рейки 13 (см. рис. 196, б) топливного насоса в сторону, соответствующую увеличению подачи под действием слабой пружины 10 регулятора по мере уменьшения центробежной силы грузов 6. Такое изменение крутящего момента в зоне малых частот вращения обусловливает устойчивую работу дизеля на холостом ходу. В зоне Б (рис. 197, б) по мере увеличения частоты вращения регулятор уменьшает подачу топлива, в результате чего крутящий момент двигателя

реэко снижается и частота вращения не может превысить допустимого значения. В диапазоне скоростных режимов между зонами А и Б регулятор не влияет на характер кривых крутящего момента.

Протекание регуляторной характеристики зависит от ряда характеристик, из которых основными являются:

1) статическая регулятора частоты вращения;

2) механической передачи от муфты чувствительного элемента регулятора к рейке топливного насоса;

3) топливоподающей аппаратуры двигателя (см. § 4 данной главы);

4) статическая двигателя.

Под статической характеристикой регулятора понимается зависимость угловой скорости грузов регулятора от хода муфты. Метод определения статической характеристики приводится в специальной литературе по регулированию.

Характеристику механической передачи строят в виде зависимости передаточного отношения от хода муфты. Часто передаточное отношение можно принять постоянным.

Под статической характеристикой двигателя понимают зависимость его крутящего момента от количества подаваемого топлива или смеси. Ее определяют опытным путем или используют характеристики для двигателей такого же типа.

Для условий эксплуатации большое значение имеют степень неравномерности и степень нечувствительности системы регулирования.

характеризует относительный диапазон изменения угловой скорости коленчатого вала при работе двигателя по регуляторной ветви скоростной характеристики:

средняя угловая скорость.

С уменьшением частоты вращения степень неравномерности регулятора возрастает, так как примерно одинаковому перемещению муфты, а следовательно, при постоянной жесткости пружин и одинаковому изменению усилия пружин регулятора, при меньшей частоте вращения соответствует больший диапазон изменения угловой скорости грузов.

Степень нечувствительности ер системы регулирования оценивается обычно относительным значением ширины зоны нечувствительности регуляторной ветви скоростной характеристики:

интервал угловых

12;

усилие пружины регулятора (восстанавливающая сила регулятора).

На рис. 198 показана зависимость силы сопротивления движению рейки от частоты вращения кулачкового вала при различном числе секций золотникового насоса. Видно, что по мере снижения частоты вращения сила сопротивления растет; при этом одновременно уменьшается восстанавливающая сила регулятора Е. В итоге при снижении угловой скорости степень нечувствительности значительно возрастает. Это создает определенные трудности при работе систем регулирования.

Уменьшение степени неравномерности при малых частотах вращения достигается использованием грузов регулятора с пологой характеристикой, нескольких пружин или пружины переменной жесткости, выбором соответствующего характера изменения плеча приведения усилия пружины к муфте регулятора и т. п.

Основным средством снижения ер является повышение качества изготовления деталей и увеличение Е.

Точность регулирования можно повысить, используя регуляторы непрямого действия, в которых орган регулирования перемещается сервомотором. Сервомотор, в свою очередь, управляется золотником, на который воздействует чувствительный элемент регулятора. Регуляторы непрямого действия имеют более сложную конструкцию по сравнению с регуляторами прямого действия, поэтому их редко устанавливают на автомобильных дизелях.

Кроме механических чувствительных элементов применяются также пневматические и гидравлические.

Реклама