close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Конструкция и основы расчета энергет. установок (ЛР 23.03.03)

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет
имени Г.Ф. Морозова»
КОНСТРУКЦИЯ И ОСНОВЫ РАСЧЕТА
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Методические указания к лабораторным работам для студентов по
направлению подготовки 23.03.03 – Эксплуатация транспортнотехнологических машин и комплексов
профиль – Автомобильный сервис
Воронеж 2016
УДК 629.331
Новиков, А. И. Конструкция и основы расчета энергетических установок [Эл.
ресурс] : методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 23.03.03 – Эксплуатация транспортно-технологических
машин
и
комплексов,
профиль
–
Автомобильный
сервис
/ А. И. Новиков; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. –44с.
Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ»
(протокол № ___ от «___» ___________ 2016 г. )
Рецензент: зав. кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора
Петра I» доктор технических наук, профессор Афоничев Д.Н.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение………………………………………………………………………...
Лабораторная работа № 1. Общее устройство системы питания дизельных
энергетических установок. Связь между отдельными узлами системы питания……………………………………………………………………….....
Лабораторная работа № 2. Общее устройство топливных насосов высокого давления (ТНВД). Способы дозирования топлива. Изменение момента
начала подачи топлива каждой секцией и ТНВД в целом….……..
Лабораторная работа № 3. Общее устройство и работа всережимного регулятора частоты вращения коленчатого вала……….…………………….
Лабораторная работа № 4. Необходимость оптимизации угла начала подачи топлива…………………………………...…...………………………...
Лабораторная работа № 5. Привод кулачкового вала ТНВД. Общее устройство и работа муфт опережения впрыскивания топлива с плоскими качающимися грузами………………………...………………………………..
Лабораторная работа № 6. Установка оптимального угла начала подачи
топлива на энергетической установке ЯМЗ-7511……………….……………
Лабораторная работа № 7. Установка оптимального угла начала подачи
топлива на энергетической установке Д-144…………………………………
Лабораторная работа № 8. Скоростные характеристики энергетической
установки……………………………………………………….…………….....
Библиографический список……………………………………………………
4
5
11
23
28
31
33
35
39
43
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Конструкция и основы расчета энергетических установок»
(индекс по учебному плану – Б1.В.ОД.16) относится к вариативной части профессионального цикла дисциплин основной образовательной программы направления подготовки 23.03.03– Эксплуатация транспортно-технологических
машин и комплексов (уровень бакалавриата) в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации
14.12.2015 №1470, и учебным планом направления, утвержденным ректором
ВГЛТУ.
Основной целью изучения дисциплины является получение студентами
знаний и навыков, позволяющих свободно владеть комплексом эксплуатационно-технических требований, предъявляемых к конструкции, рабочим процессам
современных энергетических установок (ЭУ) транспортных и транспортнотехнологических машин и оборудования (ТиТТМО).
Лабораторныеработы студентов, предусмотренные учебным планом в
объеме 0,5 зачѐтных единиц (18 академических часов), способствует развитию
следующих общекультурных (ОК), общепрофессиональных (ОПК) и профессиональных (ПК) компетенций:
– способностью к самоорганизации и самообразованию (ОК-7);
– готовностью применять систему фундаментальных знаний (математических, естественнонаучных, инженерных и экономических) для идентификации, формулирования и решения технических и технологических проблем эксплуатации транспортно-технологических машин и комплексов (ОПК-3);
– способностью разрабатывать и использовать графическую техническую
документацию (ПК-8).
Лабораторная работа № 1
ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК. СВЯЗЬ МЕЖДУ ОТДЕЛЬНЫМИ УЗЛАМИ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ
(трудоѐмкость – 2 часа)
1. Цель работы
Усвоить устройство топливных систем современных энергетических установок с воспламенением от сжатия.
2. Приборы и оборудование
Аккумуляторная топливная система с электромагнитным устройством
управления, установленным перед форсункой (автор - доц. Филин А.Н.)
3. Теоретический материал для домашнего изучения
Когда электрический ток не подаѐтся на устройство управления форсункой, впускной клапан этого устройства закрыт, а сливной открыт. Подыгольная
камера форсунки сообщена со топливным со сливом,поэтому игла прижата
пружиной к запирающему конусу распылителя. Впрыскивание топлива не про-
1– топливный бак; 2– топливный насос низкого давления; 3 –фильтр тонкой
очистки; 4 – топливный насос высокого давления; 5 – аккумулятор; 6 – устройство управления; 7 –форсунка с пружинным запиранием
Рисунок 1 – Схема аккумуляторной топливной системы (ТС) с электромагнитным устройством управления, установленным перед форсункой (автор доц. Филин А. Н.)
исходит.
Когдаток поступает в обмотку электромагнита устройства управления,
сила электромагнита становится больше силы пружины устройства управления. Сливной клапан закрывается, впускной открывается. Подыгольная камера
соединена с топливным аккумулятором. Давление под иглой резко возрастает.
Игла преодолевая силу пружины, поднимается. Начинается впрыск топлива.
После того, как в цилиндр подано количество топлива, необходимое для
поддержания заданного режима, электрический ток перестает поступать в
электромагнит. Впускной клапан закрывается, сливной открывается. Давление
под иглой уменьшается, игла под действие пружины опускается на запирающий конус. Впрыскивание топлива прекращается.
9
5
6
4
7
3
2
8
1
1 – бак топливный; 2 – фильтр тонкой очистки топ;3– топливный насос
низкого давления;4 – топливный насос высокого давления5 – аккумулятор; 6 –
регулятор давления; 7 –электрогидравлическая форсунка; 8 – электронный блок
управления
Рисунок 2–Схема работы электрогидравлической форсунки системы
CommonRail
а)б)в)
1, 8,10 –дроссель; 2,3 – обмотка; 4 – клапан; 5 – управляющая камера; 6 – игла; 7 – сопловое отверстие; 9 – канал; 11 – игла
Рисунок 3 –Схема работы электрогидравлической форсунки системы CommonRail
Перед подачей тока в обмотку 2 электромагнита клапана 4 закрыт. Топливо под одинаковым давлением действует сверху на плунжер мультипликатора, а снизу – на дифференциальную площадку иглы, поэтому игла прижимается
к запирающему конусу корпуса распылителя. Впрыскивание топлива не происходит. При подаче тока якорь 3 приподнимает клапан 4. Топливо сливается из
управляющей камеры 5 через дроссель 10. Давление над иглой медленно падает. Игла 6поднимается, топливо через сопловые отверстия 7 впрыскивается в
цилиндр. В конце подачи топлива ток перестает поступать в обмотку 3. Через
дроссель 10 топливо заполнят управляющую камеру. Дроссель препятствует
поступлению топлива поэтому давление в гидрозапорной камере медленно растет. Игла 6 опускается, впрыскивание прекращается.
На протяжении всего процесса впрыскивания топливо течет из аккумулятора через дроссели на слив при огромном перепаде давления. Это приводит к
повышенному расходу топлива и неоправданным потерям мощности на ТНВД.
ТС должно содержать охладитель топлива. Сложность и низкая надежность.
Изменение характерного диаметра посадочного шарика при его смятии и изно4
се приводит к гидравлической неуравновешенности
сливного клапана и потере
герметичности узла.
3
5
2
6
1
1 – упор подвижный; 2 – пружина клапана; 3 – клапан впускной; 4 –
клапан сливной; 5 – управляющая камера; 6 – упор основной
Рисунок4 –Форсунка с комбинированным запиранием топливной системы (автор - доц. Крохотин Ю. М)
Принципиальным отличием форсунки является наличие зазора Yи.г. между штангой и хвостовиком иглы. Благодаря этому в разные моменты движения
иглы обеспечивается разные способы запирания – в начале подъема и конце
опускания – гидравлическое, в конце подъема и начале опускания – гидромеханическое. Высокое быстродействие получено за счет: резкого изменения давления в управляющей камере. Пружина форсунки не мешает началу подъема иглы, но способствует ее опусканию.
а)
б)
а) - схема форсунки;б) - перемещение иглы в последовательных циклах
Рисунок 5 – Работа форсунки при номинальных подачах топлива
а)
б)
а) - схема движения иглы до промежуточного упора;б) - схема стабильной высоты подъѐма иглы форсунки
Рисунок 6 –Работа форсунки при подаче запальных доз топлива
При подачах, соответствующих режимах работы холостого хода до номинального, игла преодолевает усилие пружины и подвижной упор перемещается
вверх на максимальную величину хода иглы Yи. max.
Когда подачи топлива соответствуют запальным дозам, игла не в силах
преодолеть усилие пружины форсунки. Подвижный упор остается неподвижным.
а)
б)
а) - положение деталей перед запуском дизеля,
б) - положение деталей при нормальной работе форсунки,
в) - положение деталей при зависшей игле
форсунки
Рисунок 7 – Устройство безопасности фирмы
BOSCH
в)
Для аккумуляторных топливных системах опасно зависание иглы форсунки – топливо из аккумулятора перестает перетекать в цилиндра. Возможен
гидроудар. Чтобы исключить аварию дизеля при зависании иглы форсунки
фирма BOSH устанавливает клапаны-жиклеры. Когда игла зависает, продолжительность подачи топлива через клапан-жиклер увеличивается. Клапан садится в седло и прекращает подачу топлива к неисправной форсунки.
Форсунки топливной системы VoronezhRailне нуждаются в устройствах
безопасности за счет того что: золотниковая уплотняющая часть иглы вынесена в корпус форсунки (тепловые деформации золотниковой части распылителя
незначительны); Специальная гильза, служащая для уменьшения утечек топлива через распылитель, свободно располагается в корпусе форсунки. Монтажные деформации корпуса распылителя не передаются на нее. Небольшая
высота гильзы и значительный претензионный зазор исключают зависание иглы под действием рабочего давления топлива; Направляющая часть иглы установлена в серийном корпусе распылителя гарантированным зазором и срезано
с трех сторон, защемление абразивных частиц в такой паре трения невозможен.
Рисунок 8– Две линии высокого давления современной топливнойсистемы, каждая из которых содержит индивидуальный ТНВД с микропроцессорным
управлением, короткий (100... 120 мм) топливопровод высокого давления и
форсунку
Недостатки насос-форсунок: усложненные условия компоновки головки,
увеличенный диаметр форсуночной части, большее снижение давления впры-
ска на частичных режимах работы, усложненные и менее точные условия регулировки равномерности подачи по цилиндрам, усложнение привода реек и специального привода автоматического регулятора. В связи с использованием
электронного управления число достоинств выросло, а недостатков уменьшилось.
Лабораторная работа № 2
ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ТОПЛИВНЫХ НАСОСОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
(ТНВД).СПОСОБЫ ДОЗИРОВАНИЯ ТОПЛИВА.ИЗМЕНЕНИЕ МОМЕНТА
НАЧАЛА ПОДАЧИ ТОПЛИВА КАЖДОЙ СЕКЦИЕЙ И ТНВД В ЦЕЛОМ
(трудоемкость – 4 часа)
1. Цель работы
Усвоить устройство основных узлов топливных систем современных дизелей.
2. Приборы и оборудование
ТНВД и форсунки топливных систем Филина А. Н., системы
CommonRail, системы VoronezhRail.
1
6
5
Секцияподвесная
2
4
3
1 – плунжер; 2 – толкатель; 3 – кулачок; 4 – пружина; 5 – рейка; 6 – втулка
Рисунок 1 – ТНВД семейства " Компакт 40"
На рис. 1 показан современный отечественный ТНВД объединения ЯЗДА. Характерные особенности: закрытый корпус; подвесные секции; несимметричные кулачки; число секций 6, 8, 12; отношение диаметра к ходу плунжера 12 / 14 мм; номинальная цикловая подача 143...231 мм /ц; золотниковое
дозирование топлива; механический регулятор частоты вращения с прямым
корректором, обратным корректором и корректором по наддуву.
а)
б)
в)
г)
а, г – движение плунжера вверх; б – плунжер полностью перекрыл своей верхней кромкой впускное отверстие; в – прекращение подачи топлива (отсечка); 1
– впускное отверстие; 2 – гильза плунжера; 3 – плунжер; 4 – нагнетательный
клапан; 5 – седло нагнетательного клапана; 6 – винтовая регулирующая кромка
клапана; 7 – отсечное отверстие
Рисунок 2 – Схемы работы секции ТНВД
4
а)
б)
в)
а – подача равно 0; б – подача 50%; в – подача 100%; 1 – впускное отверстие; 2 – гильза плунжера; 3 – плунжер; 4 – отсечное отверстие
Рисунок 3 – Схемы регулирования количества топлива, подаваемого секцией
Регулирование количества подаваемого топлива и момента его подачи
может осуществляться механическим путем или с помощью электроники. Механическое регулирование количества подаваемого топлива осуществляется
поворотом плунжера во втулке. Для поворота на плунжере выполнена шестерня, которая соединена с зубчатой рейкой. Рейка связана с педалью газа.
Рисунок 4 –Отключение 2-х цилиндров дизеля Д-160 при работе на режиме хоОпишите работу секций ТНВД
лостого
на режиме
хода холостого хода.
На режимах частичной и полной нагрузок пружина холостого хода не
работает и положение тяги, управляющей дозирующим клапаном, зависит от
усилия натяжения рабочей пружины, т. е. от положения педали акселератора.
На частичных нагрузках грузы центробежного регулятора расходятся, передвигая при этом муфту и последняя, воздействуя на рычаг, перемещает тягу.
Дозирующий клапан при этом устанавливается в положение небольшой подачи.
При увеличении нагрузки частота вращения коленчатого вала начинает
падать. Грузы при этом сходятся, муфта передвигается влево, рычаг регулятора
передвигая тягу, устанавливает дозирующий клапан в положение большей подачи.
В случае превышения максимальной частоты вращения коленчатого вала
двигателя, установленной для него, вследствие большого расхождения грузов
регулятора, дозирующий клапан устанавливается в положение уменьшения подачи топлива и частота вращения коленчатого вала уменьшается до допустимой.
Схема электронного управления подачей топлива дизеля грузовика включает в себя ЭБУ, осуществляющий все арифметические операции и общее
управление устройствами. Для сбора информации о работе двигателя в системе
предусмотрены три типа датчиков: режимных параметров, коррекции и защиты. К первому типу относятся датчики частоты вращения коленчатого вала п, положения рейки ТНВД hрейки и положения педали управления подачей
топлива ψпедали по сигналам этих датчиков вычисляется предварительное значение управляющего воздействия на исполнительный механизм. Для более точного регулирования необходимо корректировать управляющее воздействие в
зависимости от того, в каких условиях работает двигатель. Коррекция производится по сигналам от датчиков температуры топлива Ттоплива, температуры всасываемого воздуха Твоздуха и атмосферного давления pатм. Информация от этих
датчиков позволяет корректировать необходимую дозу впрыскиваемого топлива.
Рисунок 5 – Схема электронного управления подачей топлива дизеля грузовика
Клапан
2
3
1
1 – головка блока цилиндров; 2 –узел форсунки; 3 –узел управляющего
клапана.
Рисунок 6 – Современная насос-форсунка с механическим приводом плунжера
и электрогидравлическим управлением топливоподачей
На дизелях легковых автомобилей используют распределительные ТНВД (рис. 7).
1 – насос низкого давления; 2 – вал ТНВД; 3 – перепускной клапан регулирования низкого давления; 4 – грузы регулятора; 5 – штуцер с дросселем на
выходе из насоса; 6 – система рычагов; 7 – плунжер; 8 – нагнетательный клапан; 9 – дозирующая муфта; 10 – кулачковая шайба; 11 – ролик; 12 – цапфа автомата опережения впрыска топлива; 13 – поршень автомата опережения впрыска топлива
Рисунок 7 – Распределительный ТНВД модели EP/VEфирмы
R. BOSCHс аксиальным (осевым) движением плунжера и механическим
регулятором
Рисунок 8 –Распределительный ТНВД с аксиальным (осевым) движением плунжера и управлением с помощью электромагнитного клапана высокого давления
Топливо из бака (рис.7) подкачивающим насосом подается по трубопроводу в фильтр тонкой очистки, откуда засасывается топливным насосом низкого
давления и, затем направляется во внутреннюю полость ТНВД, где создается
давление порядка 0,2 - 0,7 МПа. Далее топливо поступает в насосную секцию
высокого давления и, с помощью плунжера - распределителя, в соответствии с
порядком работы цилиндров, подается в форсунки по трубопроводам. Избыточное топливо из корпуса ТНВД, форсунок и топливного фильтра сливается
по трубопроводам в топливный бак. Охлаждение и смазка осуществляется самим топливом, поэтому фильтр должен задерживать частицы размером 3...5
мкм.
ТНВД подает в цилиндры дизеля строго дозированное количество топлива
в определенный момент в зависимости от нагрузочного и скоростного режима
работы двигателя.
Рисунок 9 – Схема управления углом опережения впрыскивания топлива (ОВТ) и другими параметрами дизеля
В исходном положении поршень автомата находится в крайнем правом
положении под действием пружины. Давление топлива во внутренней полости ТНВД возрастает пропорционально частоте вращения коленчатого вала двигателя и определяется регулировкой редукционного клапана и работой дросселя на выходе из насоса. Давление по каналу передается в рабочий
цилиндр автомата и поршень, под действием силы давления топлива, перемещается влево, преодолевая силу пружины. Осевое перемещение поршня,
посредством шарнира и стержня, передается кольцу с роликами. Кольцо поворачивается и меняет свое положение относительно кулачкового диска, таким образом, что кулачки набегают на ролики раньше, обеспечивая фазовое
смещение на величину до 12 градусов по углу поворота кулачкового диска
или до 24 градусов по углу поворота коленчатого вала.
1 – вал; 2 – ротор; 3 – вал кулачковый; 4 –автомат УОВТ; 5 – ТПН; 6 – клапан
регулирования подкачки; 7 – втулка клапана; 8 – фильтр; 9 – канал наполнения
и подачи; 10 – головка насоса; 11– дозирующий золотник; 12 – гидравлический
регулятор
Рисунок 10 – Роторный распределительный ТНВД с радиальным движением
плунжеров модели DPAфирмы LUCAS
а)
б)
в)
а) – для 4 цилиндров, б) – для 6 цилиндров, в) – повышенной энергии
впрыскивания для 4 цилиндров;1 – шайба кулачковая; 2 – ролик; 3 – плунжеры; 4 –плунжер распределитель;5 – камера высокого давления
Рисунок 11 – Рабочие органы распределительного ТНВД с радиальным
движением плунжеров
При повороте кулачковой шайбы влево впуск становится позже т. к. угол
опережения впрыском становится больше, соответственно впуск становится
позже.
Рисунок 12 – Распределительный ТНВД с аксиальным (осевым) движением
плунжера и управлением с помощью электромагнитных клапанов высокого
давления
Принципиальным отличием ТНВД фирмыBOSCHот фирмы LUCAS является использование 2, 3 или 4 радиально движущихся навстречу друг другу
плунжеров. Ротор, в котором находятся плунжера, вращаясь, распределяет топливо по цилиндрам. Остальные функциональные возможности и принципы
действия систем похожи на описанные выше насосы VE.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
Общее устройство и работа всережимного регулятора частоты
вращения коленчатого вала
(трудоемкость – 2 часа)
Цель работы: усвоить необходимость установки регулятора частоты вращения коленчатого вала, усвоить устройство и работу всережимного регулятора на примере дизеля КамАЗ-740.
Приборы и оборудование: дизель КамАЗ-740, ТНВД модели 33-02
1 – всережимный регулятор формирует внешнюю скоростную характеристику дизеля;
2 – всережимный регулятор обеспечивает устойчивую работу дизеля как
на минимальном, так и на максимальном скоростном режиме;
3 – всережимный регулятор исключает «разнос» двигателя;
4 – всережимный регулятор обеспечивает быстрый пуск дизеля.
Рисунок 1 – Положение деталей механического регулятора ТНВД
дизеля КамАЗ-740, соответствующее номинальному режиму
(nн = 2600 мин-1)
Основная пружина растянута на максимальную величину. Сила инерции
грузов регулятора больше приведенных к точке О (точке приложения силы
инерции) сил пружин прямого и обратного корректоров, поэтому пружины
обоих корректоров сжаты, штоки вдвинуты (А=0, Б=0).
Скопируйте рис. 1 в журнал-отчѐт. Запишите: работа двигателя при возрастании нагрузки должна быть устойчивой. Устойчивость режима дви-гателя
характеризуется коэффициентом приспособляемости.
К = Ме max / МеномКоэффициентом
приспособляемости
называют
отношение максимального крутящего момента к крутящему моменту на номинальном режиме.
Эффективным инструментом влияния на величину крутящего момента и
коэффициент приспособляемости является цикловая подача топлива Уц. Для
этого механический регулятор ТНВД дизеля снабжен прямым корректором
цикловой подачи.
Рисунок 2 – Прямое корректирование скоростной характеристики – переход от номинального режима (n = 2600 мин , Уц = 80 мм /ц) к режиму максимального
Увеличение нагрузки (автомобиль преодолевает небольшой подъѐм) приводит к уменьшению частоты вращения коленчатого вала. Центробежная сила
грузов регулятора уменьшается. Приведенная сила пружины 2 прямого корректора становится больше силы грузов. Шток прямого корректора перемещается
в лево до упора гайки 3 в корпус. Рычаг 1 поворачивается и перемещает рейку в
сторону увеличении цикловой подачи. крутящий момент возрастает.
Когда частота вращения коленчатого вала становится меньше 1800 мин' ,
наполнение цилиндра ухудшается (рис. 3).
1 – дизель,
2 – бензиновый двигатель
Рисунок 3 – Зависимость коэффициента наполнения от частоты вращения
коленчатого вала
Если не ограничивать цикловую подачу, дизель будет дымить чѐрным
дымом. Для уменьшения цикловой подачи при перегрузке дизеля служит обратный или противодымный корректор.
Когда частота вращения коленчатого вала увеличивается,центробежная
сила грузов регулятора увеличивается . Приведенная сила пружины 2 прямого
корректора становится меньше силы грузов. Шток прямого корректора перемещается в право. Рычаг 1 поворачивается и перемещает рейку в сторону
уменьшения цикловой подачи. крутящий момент падает.
Рисунок 4 – Обратное корректирование скоростной характеристики - переход
от режима максимального крутящего момента (n= 1800 мин-1, Уц = 83 мм3/ц) к
режиму n= 1200 мин-1, Уц = 70...72 мм3/ц
Характеристики современных дизелей выглядят несколько иначе (рис. 5).
а) – дизель ОМ366LA грузового автомобиля фирмы " Mercedes ";б) – дизель
BS234 легкового автомобиля фирмы "Volvo"
Рисунок 5 – Скоростные характеристики современных дизелей
Такой характер изменения кривых крутящего момента и эффективной
мощности достигается за счѐт регулируемого наддува, промежуточного охлаждения наддувочного воздуха и электронного управления подачей топлива.
Главный результат такого усложнения конструкции двигателей заключается
в снижении расхода топлива (рис. 6).
1– карбюраторный двигатель, 2 – дизель без наддува, 3 – дизель с нерегулируемым наддувом, 4 – дизель с регулируемым наддувом и охлаждением наддувочного воздуха, 5 –дизель с регулируемым наддувом, охлаждением наддувочного воздуха и электронным управлением
Рисунок 6– Изменение удельного расхода топлива по скоростной характеристике
Протекание скоростной характеристики дизелей таково, что при любом
положении регулирующего органа ТНВД внезапное снятие внешней нагрузки приводит к резкому самопроизвольному увеличению частоты вращения
коленчатого вала - дизель "идѐт в разнос" (рис. 7).
Рисунок 7 –Зависимость крутящего момента дизеля или цикловой подачи
ТНВД от частоты вращения коленчатого вала дизеля
Чтобы исключить столь нежелательное явление, ТНВД содержат регуляторы частоты вращения коленчатого вала. Различают одно, двух, трѐх и
всережимные регуляторы. На автотракторных дизелях используют двух или
всережимные регуляторы. В этом случае скоростная характеристика имеет
регуляторную ветвь (рис. 8).
а) – схема ограничения крутящего момента за счѐт уменьшения
цикловой подачи, б) – схема работы регулятора
Рисунок 8 – Регуляторная ветвь скоростной характеристики
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
Необходимость оптимизации угла начала подачи топлива
(трудоемкость – 2 часа)
Цель работы: усвоить необходимость изменения угла начала подачи топлива при изменении частоты вращения коленчатого вала,
Приборы и оборудование: дизели КамАЗ-740, ЯМЗ-236НЕ2, СМД-68;
ТНВД моделей 33-02, 133, НД22/6.
Всовременных дизелях угол начала подачи оказывает чрезвычайное
влияние на мощностные, экономические и экологические показатели работы
дизелей.
1) Если угол велик, топливо впрыскивается слишком рано. Чем раньше
впрыскивается топливо, тем ниже по отношению к ВМТ находится поршень.
Газы, находящиеся в цилиндре, сжаты недостаточно сильно. Давление и температура газов в цилиндре в этот момент невелики, поэтому прогрев топлива и
предпламенные реакции затягиваются (увеличивается период задержки самовоспламенения). Пока поршень переместится к ВМТ и температура заряда станет достаточной для самовоспламенения рабочей смеси, в цилиндр успевает
поступить либо всѐ топливо, подаваемое через форсунку за одно впрыскивание, либо его основная часть. Одновременное воспламенение этого топлива
приводит к резкому нарастанию давления газов до прихода поршня в верхнюю
мѐртвую точку. Максимальная величина давления газов в цилиндре возрастает
и смещается к ВМТ (см. рис.1, φвп = 31°).;
2) Если угол НПТ мал, топливо подаѐтся слишком поздно. Основная фаза
процесса сгорания происходит в чрезмерно больших объѐмах над поршнем, поэтому значения максимального и среднего давления газов в цилиндре невелики. Процесс сгорания растягивается на линию расширения. Дизель работает
мягко, но под нагрузкой дымит чѐрным дымом. На режиме холостого хода работает неустойчиво и дымит сизым дымом.
Снижаются мощность и крутящий момент дизеля. Увеличивается расход
топлива. Увеличивается температура отработавших газов. Если дизель имеет
турбонаддув, то отработавшие газы, имеющие более высокую, по сравнению с
нормальным сгоранием, температуру перегревают лопасти турбины и подшипники скольжения ротора. Перегрев может привести к выходу из
строя дорогостоящего турбокомпрессора.
40
20
ВМТ
20
φ
Рисунок 1 –Зависимость давления в цилиндре дизеля ЯМЗ-236
от угла поворота коленчатого вала при различный значениях угла
опережения впрыскивания топлива
а)
б)
в)
а) – винтом; б) – пятой; в) – прокладкой; 1 – штуцер; 2 – плунжер; 3 –
винт; 4 – контргайка; 5 – толкатель; 6 – нижняя тарелка пружина плунжера;
7 – прокладка
Рисунок 2 – Способы регулировки угла начала подачи топлива каждой
секцией ТНВД
Для того, чтобы изменить момент начала подачи необходимо:
1 – винтом 3 или пятой 6 смеситель плунжер 2 по отношению к неподвижной гильзе 1. Если ослабить контргайку 4 и вывернуть винт 3 толкателя 5,
плунжер подымится при неизменном положении кулачкового вала ТНВД.
Верхний торец плунжера приблизится к впускному отверстию. Меньшее расстояние до впускного отверстия плунжер пройдет за меньшее время – момент
начала подачи станет раньше.
2 – сместить гильзу 1 относительно неподвижного плунжера с помощью
регулировочной прокладки 7: если установить более толстую прокладку, гильза
поднимется вверх, удалится от плунжера, момент начала подачи топлива станет
позже.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
Привод кулачкового вала ТНВД. Общее устройство и работа муфт опережения
впрыскивания топлива с плоскими качающимися грузами
(трудоемкость– 2 часа)
Цель работы: усвоить устройство и работу муфт опережения впрыскивания топлива.
Приборы и оборудование: дизели КамАЗ-740.13 - 260, ЯМЗ-236НЕ2;
ТНВД моделей 33-02, 133.
На автомобильных дизелях кулачковый вал ТНВД приводится через специальную муфту опережения впрыскивания топлива, установленную на носке
вала (рис. 1).
1 – ТНВД; 2 – муфта ОВТ; 3 – вал привода; 4 –шестерни; 5 – двигатель
Рисунок 1 – Привод кулачкового вала ТНВД дизеля КамАЗ-740
1 – полумуфта ведомая; 2 – шайба центробежной муфты опережения впрыскивания топлива; 3 – кольцо уплотнительное; 4 – груз; 5 – проставка;
6 – втулка; 7 – шайба; 8 – манжета ведущей муфты; 9 – полумуфта ведущая;
10 – кольцо уплотнительное; 11 – манжета корпуса; 12 – прокладка; 13 – шайба; 14 – корпус муфты; 15 – стакан пружины; 16 – прокладка регулировочная;
17 – пружина; 18 – шайба; 19 – гровер
Рисунок 2 – Общее устройство центробежной муфты опережения впрыскивания с плоскими качающимися грузами ТНВД модели 33-02 дизеля КамАЗ-740
Рисунок 3 – Схема, поясняющая работу центробежной муфты опережения
впрыскивания с плоскими качающимися грузами
При уменьшении нагрузки на двигатель число оборотов коленчатого вала, а следовательно, и вала регулятора возрастает. Когда центробежная сила
грузов превысит сопротивление пружины, муфта придет в движение и посредством рычагов и тяг прикроет дроссельную заслонку. С увеличением нагрузки
обороты понизятся, центробежная сила грузов уменьшится, пружина переместит все детали в обратном направлении и приоткроет заслонку.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
Установка оптимального угла начала подачи топлива на
энергетической установке ЯМЗ-7511
(трудоемкость - 2 часа)
Цель работы: ознакомиться с методикой установки оптимального угла
начала подачи топлива на энергетической установке ЯМЗ-7511.
Приборы и оборудование: дизель ЯМЗ-7511.
Дизели ЯМЗ-7511 высоко форсированы за счѐт наддува и промежуточного охлаждения надувочного воздуха. Для них поддержание оптимального угла начала подачи топлива особенно важно, поэтому эти дизели имеют 3 шкалы,
служащие для контроля угла НПТ.
Методика проверки угла НПТ отличается тем, что для его оценки не нужно ложиться в грязь под автомобиль. Верхний (боковой) люк позволяет достаточно комфортно проверить величину угла
НПТ.
Выверните пробку верхнего люка в картере маховика
Поворачивая коленчатый вал
по часовой стрелке, совместите
метки НПТ на гасителе крутильных колебаний кулачкового вала
и пластине, закреплѐнной под
фланцем переднего подшипника
ТНВД.
Посмотрите в верхний люк.
Вы увидите деления и буквы. Буква А соответствует 20° угла начала подачи топлива, буква Б 15°, В - 10°, Г - 5°.
Для дизелей ЯМЗ-7511 угол
начала подачи топлива равен
6.
..7° поворота коленчатого
вала. Этому значению соответствует рисунок, помещѐнный слева
от
текста.
Чтобы исключить сомнения, заберитесь
под автомобиль (или дизель, если последний установлен на стенде), откройте нижний люк картера маховика и посветите в него. Вы должны увидеть картину, изображенную на рисунке слева от текста.
Если угол отличается от рекомендованного (при эксплуатации автомобилей угол начала подачи становится меньше, впрыскивание топлива запаздывает), слегка поверните коленчатый вал назад, а затем, поворачивая вперѐд, установите по нижнему люку угол 6.7°. Ослабьте болт крепления клеммового зажима привода гасителя крутильных колебаний кулачкового вала ТНВД,
поверните кулачковый вал назад на 10-20°, а затем, поворачивая кулачковый вал вперѐд, совместите метки так, как это показано на рисунке слева от текста. Динамометрическим ключом
затяните болт клеммового соединения с усилием 110-125 Нм.
Если работа выполняется на рабочем дизеле,
запустите дизель прогрейте его, проверьте жѐсткость работы, приемистость,
дымность, устойчивость при работе на минимальной частоте вращения коленчатого вала.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
Установка оптимального угла начала подачи топлива
на энергетической установке Д-144
(трудоемкость - 2 часа)
Цель работы: ознакомиться с методикой установки оптимального угла начала подачи топлива на энергетической установке Д-144.
Приборы и оборудование: дизель Д-144, моментоскоп.
С дизелями воздушного охлаждения модели Д-144 дело обстоит с одной
стороны просто, а с другой сложно. Просто в отношении меток - они чѐткие и
доступные: на шкиве коленчатого вала риски, а на крышке распределительных
шестерен - Г-образная пластина с прорезью; на шкиве надписи «ВМТ», «НМТ»
- перепутать невозможно.
Подойдите к дизелю и найдите эти метки.
Сложность заключается в том, что, во-первых, дизели имеют разную номинальную частоту вращения коленчатого вала (1600, 1800, 2000 мин -1). Для
каждой частоты оптимальный угол начала подачи топлива имеет разное значение - чем больше частота, тем больше угол (следовательно, тем дальше вперёд от метки ВМТ отстоит метка НПТ). Во-вторых, на эти дизели устанавливают как рядные, так и одноплунжерные распределительные ТНВД. А
для них углы начала подачи отличаются.
Таким образом, на шкиве нанесены 6 ! меток, соответствующих оптимальному углу начала подачи топлива. Метки 1, 2, 3 используются с
одноплунжерным распределительным
насосом модели НД21/4, метки 4, 5, 6
- с рядным ТНВД модели 4УТНМ
(УТН-5).
Кроме этого, для выполнения
лабораторной работы необходимо
иметь моментоскоп и навыки его использования - моментоскоп прост, но пользоваться им сложно, тем более, что в
инструкциях заводов-изготовителей дизелей даны рекомендации, далѐкие от
реальных.
В ВВЕДЕНИИ к данным лабораторным работам приведена оригинальная,
много раз проверенная нами, методика использования моментоскопа. Изучите
её и опишите в отчёте по лабораторным работам.
Прокачайте топливную систему дизеля (удалите из магистралей низкого
давления воздух) и заполните моментоскоп товливом. Это Вы можете сделать
двумя путями: 1 - запустите на несколько секунд дизель, прикрыв трубку моментоскопа салфеткой; 2 - с помощью подкачивающего насоса прокачайте магистраль низкого давления, после чего, проворачивая коленчатый вал, заполните моментоскоп топливом. Во втором случае ТНВД должен быть настроен на
максимальную подачу.Свободно вращая коленчатый вал, установите шкив
меткой ВМТ вниз.
Дальше поворачивайте коленчатый вал резкими
короткими рывками: рывок - пауза, рывок - пауза. Во время
рывка следите за уровнем топлива в моментоскопе. После
того, как уровень топлива в моментоскопе слегка (на
0,3...0,8мм) поднимется прекратите поворачивать вал.
После этого посмотрите на метки шкива. Одна из меток должна совпадать с
прорезью в пластине.
Например, если номинальная мощность дизеля равна 44 кВт, а номинальная
мощность 2000 мин-1, это должна быть
метка, наиболее удалѐнная от метки ВМТ
(см. рисунок).
Если метки не совпадают, слегка (на
10.30°) поверните коленчатый вал назад, а потом вперѐд до совмещения меток.
Снимите крышку, закрывающую
доступ к шлицевому фланцу.
Выверните болты. Снимите планку,
служащую для привода счѐтчика моточасов.
Оденьте на центральный болт кулачкового вала
ТНВД ключ. Поверните кулачковый вал назад на 30.40°, а
затем резкими рывками с паузой после каждого рывка – вперёд. Как только наступит момент начала подачи, не отпуская ключ, установите планку и вверните болты.Закройте крышку, закрывающую доступ к шлицевому
фланцу.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8
Скоростные характеристики ЭУ
(трудоемкость - 2 часа)
Цель работы: ознакомиться с методикой снятия, видом и анализом
скоростной характеристики.
Приборы и оборудование: моторный испытательный стенд с электротормозной установкой типа МПБ 42,3/30, 200 кВт; дизель ЯМЗ-236 или Д-245.
Скоростная характеристика выражает зависимость эффективной мощности, крутящего момента, часового расхода топлива, удельного расхода топлива
и других параметров от частоты вращения коленчатого вала.
Скоростная характеристика дизельного двигателя в режиме бездымного
сгорания, снятая при неизменном, наивыгоднейшем положении рейки ТНВД,
найденным по данным регулировочной характеристики по составу смеси, называется ВНЕШНЕЙ.
Скоростная характеристика дизельного двигателя, снятая для каждого
скоростного режима при положении рейки ТНВД, соответствующем заметному
дымлению, называется характеристикой ПРЕДЕЛА ДЫМЛЕНИЯ.
Скоростная характеристика дизельного двигателя, снятая для каждого
скоростного режима при положении рейки ТНВД, соответствующем дымлению тѐмно-серым или чѐрным дымом, называется ПРЕДЕЛЬНОЙ характеристикой.
1 Снятие скоростной характеристики дизельного двигателя
1.1 Подготовка дизеля.
До начала испытаний рейку ТНВД закрепляют в положении, соответствующем часовому расходу топлива, близкому к началу дымления при номинальной частоте вращения коленчатого вала. Положение рейки и угол опережения впрыскивания топлива, при которых будет проводиться испытание, по результатам серии снятых ранее регулировочных характеристик.
Перед снятием внешней характеристики дизель прогревают до оптимального теплового режима.
Требуемую частоту вращения коленчатого вала устанавливают с помощью электрического тормоза, входящего в комплект оборудования испытательного стенда.
Последовательность проведения опытов
Первый опыт проводится при наибольшей нагрузке и пониженной частоте вращения коленчатого вала, обеспечивающей устойчивую работу дизеля.
Опыт проводят через 3-5 минут после установления скоростного режима. Во
время опыта измеряют тормозной момент, частоту вращения вала тормоза,
время расхода навески топлива (по величине навески и времени расхода навески топлива современные расходомеры рассчитывают часовой расход и выдают
его значение на панель прибора), расход воздуха за время опыта, температуру
воды, масла и отработавших газов, измеряют дымность отработавших газов.
По опытным данным подсчитывают крутящий момент (современные
стенды измеряют крутящий момент двигателя), эффективную мощность, часовой расход топлива (современные расходомеры рассчитывают часовой расход
топлива по величине навески и времени расхода навески топлива и выдают его
значение на панель прибора), удельный расход топлива, часовой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха.
Во втором опыте за счѐт уменьшения нагрузки тормоза (поднимают ножи жидкостного реостата) увеличивают частоту вращения на 100...150 мин -1.
Через 3-5 минут измеряют, записывают и подсчитывают те же величины, что и
в первом опыте.
Третий и последующие опыты выполняют аналогично - уменьшают нагрузку и увеличивают частоту каждый раз на одинаковую частоту. Всего должно быть проведено 7, 8 опытов.
В последнем опыте двигатель работает с наименьшей нагрузкой, а частота вращения коленчатого вала на 100-200 мин-1 больше номинальной.
По окончании последнего опыта постепенно увеличивают нагрузку и ведут испытания в обратном порядке.
2 Вид скоростной характеристики
1.2
Рис. 1 Внешняя скоростная характеристика с регуляторной ветвью
3 Анализ внешней скоростной характеристики
В дизелях цикловая подача воздуха в зависимости от частоты вращения
коленчатого вала определяется коэффициентом наполнения (см. рис.1).
Для дизелей без наддува или с нерегулируемым наддувом характер изменения комплекса, определяющего величину коэффициента избытка воздуха (а),
не является оптимальным - коэффициент избытка воздуха уменьшается с
уменьшением частоты вращения коленчатого вала. Это вынуждает прибегать к
прямой и обратной коррекции цикловой подачи (Уц).
Характер зависимости а = f(n) определяет изменение индикаторного КПД
и температуру отработавших газов (tr). Как правило, теплоиспользование при
увеличении частоты вращения улучшается. Чтобы избежать ухудшения теплоиспользования при уменьшении частоты, необходимо обеспечить заметное
увеличение коэффициента избытка воздуха. Это достигается за счѐт совместного управления агрегатами топливо- и воздухоподачи с помощью микропроцессорных систем управления дизелем.
При увеличении частоты вращения от пмин до некоего предела растѐт коэффициент наполнения, увеличивается скорость движения заряда внутри ци-
линдра, улучшается качество смесеобразования, уменьшаются потери теплоты
в стенки, уменьшается прорыв газов в картер. Вместе с тем, пропорционально
второй степени скорости движения заряда растѐт сопротивление на впуске и
выпуске, а также увеличивается мощность механических потерь NMex. По этим
причинам эффективный крутящий момент возрастает до своего максимума. В
дальнейшем рост сопротивления на впуске и выпуске приводит к уменьшению
коэффициента наполнения % и крутящего момента. Увеличение мощности механических потерь NMexтоже способствует уменьшению крутящего момента.
Эффективная мощность двигателя прямо пропорциональна крутящему
моменту и частоте вращения коленчатого вала (Ne= Ме п /9550, Нм), поэтому,
не смотря на уменьшение крутящего момента, рост частоты вращение до некоторого предела приводит к увеличению мощности до своего максимума. При
n>nH0Mэффективная мощность резко падает: сказывается уменьшение коэффициента наполнения и возрастание мощности механических потерь.
Минимальная величина удельного эффективного расхода топлива (ge)
устаревших двигателей наблюдается лишь в одной точке - в зоне частоты вращения между nMemaxи nn0M. Возрастание geс уменьшением частоты объясняется
ухудшением смесеобразования и теплоиспользования. Возрастание geс увеличением частоты объясняется ростом механических потерь, уменьшением времени, отводимого на процессы смесеобразования и сгорания. Сгорание происходит в больших объѐмах и с меньшей эффективностью.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Основная литература
1. Автомобильные двигатели [Текст] : доп. УМО вузов РФ по образованию в обл. трансп. машин и трансп.-технол. комплексов в качестве учеб. для
студентов высш. учеб. заведений / М. Г. Шатров, К. А. Морозов, И. В. Алексеев, А. С. Хачиян, С. А. Пришвин, Л. Н. Голубков [и др.]; под ред. М. Г. Шатрова. - 2-е изд., испр. - М. : Академия, 2011. - 464 с.
2. Тарасик В. П. Теория автомобилей и двигателей [Электронный ресурс]:
учеб. пособие / В. П. Тарасик, М. П. Бренч. - 2-e изд., испр. - М.: НИЦ ИнфраМ; Мн.: Нов. знание, 2013. - 448 с.– ЭБС Знаниум. – Режим доступа:
http://znanium.com/catalog.php?item=bookinfo&book=367969.
3. Гоц, А.Н. Кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма
поршневых двигателей : учебное пособие / А.Н. Гоц. – 3-е изд., испр. и доп. – М.:
ФОРУМ : ИНФРА-М, 2015. – 384 с. – (Высшее образование. Бакалавриат). – ЭБС
Знаниум. – Режим доступа: http://znanium.com/bookread2.php?book=474612.
Дополнительная литература
4. Рабочие процессы, конструкция и основы расчета энергетических установок с двигателями внутреннего сгорания [Текст] : доп. УМО вузов России по
образованию в обл. энергетики и электротехники в качестве учеб. для студентов высш. учеб. заведений / Ю. М. Крохотин [и др.] ; Ю. М. Крохотин, Л. В.
Грехов, Н. А. Иващенко, В. А. Марков. - Воронеж, 2011. - 600 с.
5. Автомобильный транспорт [Текст] : ежемес. науч.-произв. журн. / М-во
автомоб. транспорта РСФСР, ЦК профсоюза рабочих автомоб. транспорта и
шоссейных дорог. - М. : Транспорт, 1923-.
Новиков Артур Игоревич
КОНСТРУКЦИЯ И ОСНОВЫ РАСЧЕТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов
направления подготовки 23.03.03 – Эксплуатация транспортнотехнологических машин и комплексов,
профиль – Автомобильный сервис
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
5
Размер файла
3 202 Кб
Теги
установок, энергет, конструкции, основы, расчет
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа