Режимы работы автотракторных двигателей

Эффективная мощность двигателя  определяется зависимостями

 

Где Р_е - среднее эффективное давление, МПа; V_h i - литраж двигателя, л; n - частота вращения, мин ^-1; - коэффициент наполнения, - плотность воздуха, кг/м3; - эффективный КПД; H_u - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; - коэффициент избытка воздуха; L_o - теоретическое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива; - тактность двигателя.

Крутящий момент двигателя  определяется по зависимости:

 

 

Где М_н - величина момента на режим номинальной мощности; М_мах - максимальный момент (Н м); - номинальная мощность, кВт; N_ем - мощность при максимальном моменте, кВт; n_н, n_м - частота вращения при номинальной мощности и максимальном моменте соответственно, мин-1.(Рис. 1.4.)

Рис.1.4. Значение мощностей и моментов по скоростной характеристике

Рис. 1.5.Значение мощностей и моментов по скоростной характеристике двигателя постоянной мощности

 

 

10-15 лет назад, наметилась тенденция  применения на тракторах двигателей с постоянной мощностью (ДПМ) на отечественных и зарубежных конструкциях , хотя попытки применения ДПМ были сделаны с нашей стране на ЧТЗ и ЧИМЭСХ в 1969г.

Для двигателя с постоянной мощностью  К_м = 1,25.1,55. (Рис. 1.5).

Исследование сельскохозяйственных и промышленных тракторов показали, что применение ДПМ с коэффициентом запаса крутящего момента 30-50% являются эффективным средством повышения их тягово-экономических показателей, приемистости и производственных показателей . Повышается тяговая мощность на 3.8%, топливная экономичность на 4.10%, интенсивность разгона в 1,2-2,5 раза.

Использование ДПМ на гусеничных тракторах  с ГМТ при заблокированном гидротрансформаторе способствует повышению тяговой мощности на 1112%, топливной экономичности на 10.11%, интенсивности разгона на 30.40%.

Применение ДПМ обеспечивает в  среднем повышение производительности и уменьшение расхода топлива на единицу выполненных работ с/х тракторов на 6.8% (сменной - на 8.12%), промышленных тракторов - на 15-25%.

Для с/х тракторов общего назначения рациональными параметрами МТУ  является коэффициент запаса крутящего  момента 40-45% при энергонасыщенности тракторов 13.15 кВт/т, число рабочих передач 3-4 (гусеничные тракторы), 3х при (1-2й транспортных передачах) колёсные тракторы. Интервал между ступенями по передаточным числам должен составлять 20-25%.

Это нашло применение на тракторах  фирмы Катерпиллер, Каменс и Фи- ат-Аллис  ДПМ с двумя уровнями мощности, причём автоматический переход с  одного уровня на другой обусловлен выбором  рабочей передачи в трансмиссии и осуществляется путём оперативной перерегулировки топливной аппаратуры.

 

 

 

 

Экономические показатели двигателя.

Экономические показатели двигателей характеризуются расходом топлива и смазки.

Удельный эффективный расход топлива:

g_e = G_t 1000 / Ne, г/кВт ч; g_e = 3600 / H_u η_м η_i ; g_e = 3600 / H_u η_e, г/кВт ч

где G_t - часовой расход топлива кг/ч, Н_u - теплота сгорания МДж/кг, η_е - эффективный КПД, η_м - механический КПД. Для дизельного топлива Н_и ~ 42,7 МДж/кг.

Изменение этих параметров для современных дизелей приведено в таблице 4.

Таблица 4.

Тип дизеля	ηм	ηе	ηi	ge, г/кВт ч
Дизель без наддува	0,7.0,8	0,36.0,42	0,51.0,52	235.202
Дизель с турбонаддувом	0,78.0,88	0,38.0,45	0,49.0,51	223.188

 

Наименьшее значение удельного  расхода топлива, по рекламным данным, достигнуто фирмой Deutz: g_e= 205 г/кВт ч; g_{e min} = 193 г/кВт ч. .

Соотношение удельных расходов топлива на корректорной ветви и  номинале находится в интервале g_{e min} / g_{e н} = 0,91.. .0,96.

Согласно ГОСТ 20000-88 после 1995г., отечественные двигатели должны иметь g_e<215 г/кВт ч, ближе всех к этому подошли двигатели Алтайдизеля, ЯМЗ.

За последние 30 лет у  лучших зарубежных тракторных двигателей удельный расход топлива снизился на 26-27%, у отечественных на 17-18%, т.е. они находятся на уровне, что был у зарубежных конструкций 15-20 лет назад. Для обеспечения номинального удельного расхода топлива 205 г/Квт ч, эффективный КПД должен быть

ηе = 3600 / ge Hu = 3600 / 205 42.7 = 0.41.

Для этого необходимо, чтобы  η_м = 0,9…0,85, η_i = 0.45. При современном состоянии автотракторной техники (предельные значения n = 0,51, η_м = 0,9 и η_е = 0,46) предельным значением удельного расхода нефтяных топлив следует считать 183…184 г/кВт ч.

Расход смазки характеризуется  часовым, относительным и удельным расходом.

Относительный расход масла:

C = Gм / G_t 100%,

Где Gm - часовой расход масла, кг/ч; Gt = часовой расход топлива, кг/ч.

Для лучшех образцов двигателей С = 0,2…0,3%, для отечественных 0,35.0,5%.

Удельный расход масла:

С_уд = 1000Gm / Ne, г/кВт ч.

Для отечественных двигателей С_уд = 1,2…2,4 г/кВт ч, для зарубежных С_уд = 0,7…1,0 г/кВт ч. Согласно ГОСТ 20000-88 после 1995г. расход масла должен быть С<0,3%.

 

 Показатели износостойкости.

Износостойкость - это способность испытываемого образца, детали или сопряжения деталей, оказывать сопротивление изнашиванию, т.е. процессу постепенного изменения таких показателей как размеры, формы, массы, зазоры в сопряжении деталей и др.

Скорость изнашивания (tg α) - это отношение значений износа ко времени, в течении которого произошло изменение.

Коэффициент износостойкости - это отношение удельной износостойкости деталей, сопряжения в определённых условиях (изменение конструкции, технологии, материала) к удельной износостойкости исходной.

Удельная износостойкость - это величина обратная скорости изнашивания.

Интенсивность изнашивания - это отношение величины износа к пути трения (или объёму выполненной работы).

Ресурс сопряжения подсчитывается по формуле:

 

Где, - начальный и предельный зазор в сопряжении соответственно; tg α - скорость изнашивания.

Долговечность это свойство объекта сохранять работостойкость до наступления предельного состояния, количественно определяется в часах и зависит от скорости изнашивания.

Для автомобильных двигателей ресурс до капитального ремонта в часах  оценивается из условий средней  скорости движения автомобиля ориентировочно 50 км/ч. Например фирма «Deutz» для двигателя BF6M-1015c при N = 300кВт, n = 2000мин-1, указывает пробег 1 млн.км, значит ресурс до капитального ремонта составляет 20 тыс.ч.

Ресурс отечественных такторных  дизелей определён ГОСТ 20000-82. Дизели тракторные и комбайновые. Основные параметры. Общие технические требования.

После 1990г. ресурс отечественных двигателей должен быть 10-12 тыс. моточасов.

Зарубежные фирмы назначают  свой ресурс в пределах: Фирма "Caterpillar" - 10-22 тыс.ч. по испытаниям в России - 9300ч. Фирма "Comatsu" - 10-12 тыс.ч. Фирма "Kummins" - 10-15 тыс.ч.

По данным фирмы "Case" - (Кейс интернейшнел). Затраты на ремонт через 6 лет эксплуатации трактора увеличиваются в 36 раз, расход топлива в 2 раза, цена снижается в 2 раза. Поэтому при наработке 800 часов в год срок эксплуатации не должен превышать 5-6 лет.

 Экологические показатели  двигателей.

Экологические показатели ДВС характеризуются  выбросом вредных веществ дымностью отработавших газов, а также уровнем шума и вибрации

Нормы удельных выбросов для тракторов  по различным нормативам приведены в таблицах 5-7 .

Нормы удельных выбросов для тракторных двигателей.

Таблица 5.

Параметры	Нормы выброса  г/кВт ч и срок внедрения
	ГОСТ 17.2.205-86 17.2.202-86	По проекту правил ЦЭ ООН	Евро-1 01.10.95	Евро-2 01.10.95	Евро-3 01.10.98	Средние выбросы  отеч. дизелей.
Окислы азота NOx	22	9,2	8	7	5,4	20.30
Окислы углерода СО	10	5.6,5	4,5	4,0	<4,0	10.35
Углеводороды СхНу	3,5	1,3	1,1	1,1	<1,1	7.34,9
Твёрдые частицы	--		0,36	0,15	0,88	--
Дымность % при расходе  воздуха 120 л/с	40
Более 200 л/с, %	33					12.37

 

Норма удельных выбрсов для  легковых автомобилей.

Таблица 6.

Норма удельных выбрсов для легковых автомобилей.

 

 

Таблица 7.

Токсичные вещества	Нормы выбросса в г/км.
	Евро-1	Евро-2	Евро-3	Евро-4
NOx	8	7	5	2,56
CO	4,5	4,0	2,1	2,76
CxHy	1,1	1,1	0,66	0,41
Твёрдые части	0,36	0,15	0,1	0,08

Шум форсируется на расстоянии 1м  от двигателя, он не должен превышать 80 дБ (А).

4.Пуск двигателя. Фазы  пуска

В двигателях внутреннего сгорания работающее тело (газ) может достигнуть работоспособного состояния лишь при достаточно удовлетворительном протекании процессов смесеобразования, воспламенения и горения рабочей смеси.

Последнее в значительной степени  зависит: 1) от характера протекания 
процессов теплообмена между работающим телом (газом) и стенками цилиндра, т. е. от температурных условий в процессе пуска; 2) от величины средней скорости перемещения поршня, т. е. от скорости вращения коленчатого вала двигателя во время пуска.  Поэтому пуск двигателя внутреннего сгорания возможен при следующих условиях: 1) если соответствующими мероприятиями будет обеспечено воспламенение рабочей смеси в цилиндре двигателя; 2) если внешним источником энергии (водителем, электростартером, специальным пусковым двигателем) будет обеспечена необходимая скорость вращения коленчатого вала.

Пуск автотракторного двигателя  осуществляется при различных температурных условиях, причем с понижением температуры окружающей 
среды трудности пуска двигателя значительно увеличиваются. Последнее 
объясняется следующим: 1) значительным возрастанием вязкости смазочного 
масла из-за понижения его температуры, что сопровождается увеличением 
необходимой мощности для получения требуемой скорости вращения коленчатого вала; 2) падением мощности электростартера (в случае пуска электростартером) из-за понижения емкости и напряжения аккумуляторных батарей; 3) понижением температуры конца сжатия из-за более низкой темпера- 
туры поступающего в цилиндр воздуха и вследствие большей отдачи тепла 
в процессе сжатия холодным стенкам цилиндра; 4) ухудшением процесса 
смесеобразования из-за увеличения вязкости топлива и ухудшения его 
испаряемости.

Работа, затрачиваемая при пуске  двигателя, расходуется: 1) на преодоление работы трения в двигателе, на работу вспомогательных механизмов и на осуществление процессов впуска и выпуска; 2) на работу сжатия газа в начальный период пуска; 3) на разгон движущихся частей двигателя. 

Перед пуском двигатель необходимо полностью подготовить: заправить  маслом и водой; проверить, чтобы  в топливном баке было достаточное  количество топлива; рычаг передач поставить в нейтральное положение.

Для того чтобы двигатель начал  работать, необходимо его коленчатый вал провернуть при включенном зажигании  и подаче топлива. Коленчатый 720 вал можно проворачивать при помощи стартера или. вручную пусковой рукояткой. При ручном пуске рукоятку обхватывают всеми пальцами руки с одной стороны во избежание удара в руку.

После пуска прогревают двигатель  при умеренных числах оборотов и  по контрольным приборам проверяют  исправность действия систем двигателя (смазки, охлаждения, зажигания).

Пускают карбюраторный двигатель  в такой последовательности:

1. приоткрыть дроссельную заслонку карбюратора, немного вытянув кнопку управления заслонкой;
2. если двигатель холодный, закрыть воздушную заслонку карбюратора, вытянув кнопку управления заслонкой;
3. включить зажигание;
4. провернуть коленчатый вал двигателя, включив стартер или провернув пусковую рукоятку;
5. как только двигатель начнет работать (появятся вспышки), приоткрыть воздушную заслонку и, немного нажимая на педаль управления дроссельной заслонкой, при умеренных числах оборотов вала прогреть двигатель до температуры воды в системе охлаждения не ниже 40° С; для ускорения прогрева холодного двигателя при наличии жалюзи в системе охлаждения необходимо их прикрыть;
6. по мере прогрева двигателя установить в исходное положение кнопки управления карбюратором;
7. проверить работу двигателя по контрольным приборам.

При пуске двигателя в холодное время его необходимо предварительно прогреть, заливая горячую воду и  масло или пользуясь специальными подогревательными устройствами.

Для облегчения работы стартера при  пуске двигателя рекомендуется  выключать сцепление, чтобы отключить  коробку передач.

Останавливают двигатель выключением  зажигания.

Пуск дизелей