ПОБУДОВА КРУГОВОЇ ДІАГРАМИ ФАЗ

ГАЗОРОЗПОДІЛУ І ВИЗНАЧЕННЯ ЗАГАЛЬНОГО КУТА ВИПЕРЕДЖЕННЯ ПОДАЧІ ПАЛИВА ЧОТИРИТАКТНОГО ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ

 

Величини кутів відкриття і закриття клапанів двигуна щодо мертвих точок поршня називаються фазами газорозподілу (Рисунок 4).

Щоб забезпечити оптимальне наповнення циліндра свіжим повітрям і здійснити продувку циліндра, впускний клапан починають відкривати завчасно – ще тоді, коли кривошип вала на кут А не дійшов до свого вертикального положення. Це випередження відкриття впускного клапана (точка ) забезпечує повне відкриття клапана у ВМТ.

Запізнювання закриття впускного клапана (кут В и точка ) передбачають для того, щоб наприкінці ходу наповнення клапан був ще досить відкритий і забезпечував прохід повітря в циліндр за інерцією і у той момент, коли поршень почне рухатися нагору.

 

- впуск; - стиск; - розширення; - випуск.

Рисунок 4 – Кругова діаграма фаз газорозподілу

 

Випередження відкриття випускного клапана (кут С и точка ) зменшує роботу на виштовхування газів, що відробили, поршнем. Період очищення робочого циліндра розділяється на випуск газів при відкритому випускному клапані за рахунок їхнього надлишкового тиску і виштовхування газів поршнем при його русі від НМТ до ВМТ. Випередження відкриття випускного клапана робиться таким, щоб випуск закінчився до приходу поршня в НМТ і виштовхування протікало з найменшим протитиском газів на поршень.

Запізнювання закриття випускного клапана (кут Д и точка ) забезпечує більш повне очищення циліндра від залишкових газів. Тому що впускний клапан відкривається з випередженням (точка ), а випускний закривається з запізнюванням (точка ), то під час повороту кривошипа на дузі обидва клапани відкриті одночасно, що приводить до продувки циліндра і кращому очищенню його від продуктів згоряння.

Фази газорозподілу залежать від конструкції, технічного стану і умов експлуатації двигуна.

У процесі проектування нового двигуна фази газорозподілу встановлюють спочатку орієнтовно, аналогічно раніше побудованим, близьким по типу, двигунам. У процесі доведення, змінюючи кути випередження відкриття і запізнювання закриття клапанів, встановлюють оптимальні величини фаз газорозподілу. Така ж робота провадиться і на серійних двигунах при їхній модернізації.

Двигун, що пройшов заводський ремонт, перевіряють на відповідність фаз "газорозподілу", установленим на заводі-виготовлювачі.

Перевірка фаз газорозподілу.

Для одержання вихідних даних, необхідних для побудови діаграми фаз газорозподілу, необхідно визначити положення колінчастого вала в моменти відкриття і закриття клапанів.

Лабораторну роботу виконують на стенді тепловозного двигуна 8ЧН 26/26, обладнаному диском, на який нанесені ділення по куту повороту колінчастого вала. Диск стосовно покажчика ВМТ повинний бути зорієнтований так, щоб нульове ділення відповідало положенню поршня досліджуваного циліндра у ВМТ.

Додатково на кришку досліджуваного циліндра двигуна монтують пристрій для визначення моменту відкриття і закриття клапанів. Пристрій являє собою кронштейн з укріпленим на ньому індикатором переміщень годинникового типу. Стійки кронштейна кріплять у гніздо болта кришки клапанної коробки таким чином, щоб щуп індикатора спирався на верхню тарілку пружини клапана (як показано на кінематичній схемі Рисунок 5).

1- досліджуваний циліндр; 2 – стійка; 3 – випускний клапан; 4 – щуп; 5- тримач; 6 – індикатор; 7 – кулачок; 8 – впускний клапан

 

Рисунок 5 – Кінематична схема газорозподільного механізму

Послідовність виконання роботи.

1 Відкрити індикаторні крани всіх циліндрів.

2 За допомогою валопроворотного механізму установити колінчастий вал у положення 270° - такту випуску.

3 Зняти кришку клапанної коробки досліджуваного циліндра.

4 Стійку 2 кріплення індикатора 6 установити на місці одного з болтів кріплення кришки клапанної коробки і зафіксувати контргайкою.

5 На стійку закріпити тримач 5 з індикатором 6 із таким розрахунком, щоб щуп 4 індикатори спирався на верхню тарілку впускного клапана 3. При цьому необхідно забезпечити можливість ходу щупа нагору на весь хід клапана.

6 Повільно, поштовхами провертати колінчастий вал до моменту торгання стрілки індикатора.

7 Фіксувати кут початку руху клапана.

8 Повернути на 10° о.к.в. і повторити вимір. Якщо результати двох вимірів збіглися, необхідно занести їх у журнал для лабораторних робіт; якщо розходяться - виміри повторити і вибрати середнє значення.

9 Проворот колінчатого вала продовжити до посадки клапана на "сідло" і зафіксувати цей момент по зупинці стрілки індикатора.

10 Проходження зазначеної ділянки повторити 2-3 рази і записати в журнал значення кута закриття клапана. Якщо отримані дані мають розбіжність з альбомними більш ніж на 4-5° о.к.в., необхідно зробити регулювання фаз газорозподілу. Регулювання робити зміною довжин штовхальників "a"' і "b" чи положенням кулачка (див. Рисунок 5).

Обробка результатів експерименту.

Обробка отриманих результатів полягає в побудові кругової діаграми фаз газорозподілу. Для цього на поле діаграми проводять вертикальну вісь ВМТ-НМТ, середину якої приймають за початок полярних координат. Поле діаграми ділять на 36 рівних частин із позначенням кутів у градусах.

За початок діаграми фаз газорозподілу приймають кут початку відкриття впускного клапана. Побудова ведеться з указівкою кутів початку чи кінця тієї чи іншої фази і штрихуванням фаз, як показано на Рисунку 4.

Перевірка і регулювання загального кута випередження подачі палива.

Від кута випередження подачі палива в циліндр у великій мері залежить характер протікання робочого процесу і температура деталей ЦПГ. Для дизеля 3А-6Д49 загальний кут випередження ПНВТ дорівнює 27°.

Неправильна установка кута випередження палива в градусах повороту колінчатого вала при ході плунжера подачі палива може викликати ряд небажаних явищ. Якщо кут випередження подачі палива встановлюється більш раннім, чим призначено, то збільшується тиск згоряння (неточність у 1° о.к.в. дає зміну максимального тиску згоряння від 0,3 до 0,4 МПа), погіршення жорсткості роботи двигуна відчувається на слух - дзвінкі удари в циліндрах, особливо при частоті обертання колінчатого валу від 400 до 700 хв^-1. У результаті знижується ресурс дизеля за рахунок росту динамічних навантажень на деталі ЦПГ і підшипники колінчастого вала.

При установці більш пізнього кута початку подачі відбувається зменшення максимального тиску згоряння і жорсткості роботи двигуна, збільшується димність випуску, знижується економічність. Температура кришок циліндрів і поршня при зменшенні кута випередження подачі палива на 2-3° о.к.в., щодо рекомендованого трохи зменшується, однак зростає температура випускних клапанів і деталей турбіни. В обох випадках пропорційно економічності змінюється потужність двигуна.

Перевірку загального кута випередження подачі палива роблять по першому циліндрі в наступній послідовності:

1 Перевіряють ВМТ першого правого циліндра.

2 Знімають перший правий паливний насос високого тиску і встановлюють замість нього пристрій.

3 Валопроворотним механізмом провертають колінчастий вал за напрямком обертання доти, поки штовхальник пристрою стане на циліндричну частину паливної шайби.

4 Встановлюють індикатор пристосування з натягом 2-3 мм і "нуль" шкали індикатора сполучають зі стрілкою.

5 Провертають колінчастий вал по напрямку обертання до підйому штовхальника пристрою (по шкалі індикатора), після чого припиняють обертання колінчатого вала. Це положення відповідає початку подачі палива, що визначається за числом градусів між стрілкою і міткою ВМТ циліндра, що перевіряється.

Порівнюючи отримане значення загального кута випередження подачі палива зі значенням, що наведені у формулярі дизеля роблять висновок про необхідність регулювання ( припустиме відхилення складає ±0,5°о.к.в.)

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4

РЕГУЛЮВАННЯ І РОЗПОДІЛ ПОТУЖНОСТІ

ПО ЦИЛІНДРАХ ТЕПЛОВОЗНОГО ДВИГУНА

 

Двигун, що знаходиться в експлуатації, повинен при номінальній частоті обертання колінчастого вала розвивати номінальну потужність. Однак, ця умова не може бути виконане при порушенні рівності потужності за окремими циліндрами. При цьому деякі циліндри будуть перевантажуватися за рахунок зниження потужності в інших циліндрах, умови роботи двигуна в цьому випадку погіршуються.

У циліндрах, що розвивають підвищену потужність, зростають тиск і температура газів. У результаті підвищується теплова напруженість поршня, кілець, клапанів і збільшується інтенсивність наростання зносу тертьових пар шатунно - поршневої групи. У зв'язку зі зменшенням коефіцієнта надлишку повітря знижується індикаторний ККД робочого процесу в цих циліндрах і підвищується витрата повітря двигуном в цілому. Щоб уникнути передчасного зносу деталей двигунів і можливої перевитрати палива, перед випуском тепловозних дизелів в експлуатацію необхідно переконатися в можливості одержання необхідної потужності при номінальній частоті обертання, і також установити рівномірність розподілу потужності по циліндрах.

Методика регулювання потужності по циліндрах.

Розподіл потужності по циліндрах можна визначити, знімаючи осцилограми з кожного циліндра. Зіставляючи осцилограми можна з достатньою точністю визначити відхилення у величині роботи кожного з циліндрів щодо середнього значення для даного режиму роботи двигуна. За характером протікання процесів згоряння і розширення можна судити про причини, що викликали відхилення у величині роботи конкретного циліндра. Однак цей метод неприйнятний для заводських і деповських умов, тому що вимагає спеціального устаткування дизеля складними приладами, а також кваліфікованого персоналу. Тому в заводських і деповських умовах користаються більш простим методом оцінки роботи циліндрів за непрямими ознаками.

Відомо, що упорскування палива здійснюється наприкінці такту стиску до приходу поршня в положення ВМТ. У тепловозних дизелях тривалість упорскування при номінальному режимі дорівнює приблизно 30 - 40° о.к.в.

У зв'язку з тим, що до кінця періоду затримки запалення в циліндрі є розпилене паливо, процес горіння після запалення характеризується інтенсивним підвищенням тиску. Максимальне значення тиск газів досягає в точці Р_z, тобто на лінії розширення газів. Якщо змінити кут випередження подачі палива, то зміниться величина інтенсивності наростання тиску. Зі збільшенням кута випередження крутість діаграми буде зростати, і збільшиться тиск P_z. Зі зменшенням кута, тобто при пізній подачі, діаграма горіння стає більш положистою, а тиск P_z зменшиться. Зміна кута випередження робить настільки закономірний вплив на криву згоряння і тиск P_z у зв'язку з тим, що в цьому випадку зміняться як момент початку горіння, так і період затримки запалення палива, а отже, і кількість поданого палива, що накопичується в циліндрі до моменту запалення. Чим більше кут випередження, тим тривалій період затримки запалення і більше палива накопичується в циліндрі. Зі зменшенням кута випередження скорочується тривалість періоду затримки запалення і, відповідно, знижується кількість одночасно займистого палива.

Отже, якщо величини максимальних тисків у кожнім циліндрі при заданому режимі роботи двигуна рівні, то можна стверджувати, що періоди затримки запалення мають однакову тривалість і інтенсивність підвищення тиску у всіх циліндрах ідентична.

Якщо розглянути в трохи спрощеному виді індикаторну діаграму в осях РV, (Рисунок 6), то можна з достатньою точністю затверджувати

Рисунок 6 – Вплив зміни закінчення подачі палива на температуру газів

 

що в цьому випадку ступінь підвищення тиску у всіх циліндрах однакова і, отже, протікання процесу згоряння також ідентично. Якщо визначені на даному двигуні максимальні тиски згоряння виявилися неоднаковими, те неважко установити їх рівними, змінюючи кут випередження подачі палива. Коли потрібно підвищити тиск, кут випередження збільшують, а для зниження максимального тиску кут випередження зменшують.

Практично при регулюванні двигунів важко домогтися повного вирівнювання тисків P_z. Для кожного типу двигунів заводською інструкцією і "Правилами проведення поточного і заводського ремонтів" установлені граничні відхилення в значеннях найбільшого і найменшого тиску Р_z. Наприклад, для двигунів типу 10Д100 і Д49, DP_z не повинна перевищувати 0,8 МПа.

В міру збільшення кута - випередження подачі палива зростає інтенсивність наростання тиску, тобто збільшується жорсткість роботи двигуна, що у свою чергу викликає появу небезпечних напруг і підвищений знос тертьових пар шатунно - поршневої групи. Тому "Правила" встановлюють максимальні граничні значення P_z, що характеризують для даного двигуна максимально припустимі значення жорсткості його роботи. Рівність тисків згоряння по циліндрах даного двигуна є необхідною, але недостатньою ознакою рівності потужностей у циліндрах. Це, пояснюється наступним. Подача палива в циліндр продовжується і після запалення. Припустимо, що в одному з циліндрів подача палива закінчилась раніш, ніж в інших циліндрах, тобто голка форсунки села на сідло раніш. У цей циліндр буде подано менше палива, чим в інші. Прибігаючи до допомоги спрощеної діаграми, показаної на Рисунку 6, неважко переконатися, що процес згоряння при P=const закінчиться раніш, ніж в інших циліндрах точка (), і лінія розширення пройде нижче відповідних ліній інших циліндрів. Температура газів, що виходять, з цього циліндра буде нижче величини - для інших циліндрів.

Якщо в якому-небудь циліндрі голка форсунки закриє розпилювач пізніше, то лінія розширення піде вище відповідних ліній для інших циліндрів, і температура вихлопних газів виявиться вище. Отже, якщо вимірити кожного циліндра, то по різниці цих величин можна судити про розбіжність точок кінця згоряння і взаємному зсуву ліній розширення, викликаному нерівністю циклових подач по циліндрах. Якщо ж температури не будуть рівні, то при знижених значеннях необхідно збільшити подачу палива в даний циліндр, а при підвищених - зменшити. На практиці при регулюванні двигуна важко домогтися повного збігу температур газів, що виходять з циліндру. Для кожного типу тепловозних дизелів заводською інструкцією і Правилами заводського і деповського ремонтів установлені граничні відхилення у значеннях найбільшої і найменшої температур. Для двигунів типу Д49, наприклад 1А-5Д49, 17ПДГ (відповідно 16 і 8ЧН 26/26), ця величина на номінальному режимі при стандартних атмосферних умовах не повинна перевищувати 580°С, а різниця температур по циліндрах - не більш 100°С.