Основные показатели работы двигателя и тормозной системы, метод их определения.

К основным показателям работы двигателя относятся мощность, среднее эффективное давление, крутящий момент, расход топлива, коэффициенты полезного действия.

Номинальная мощность (N_ен) — эффективная мощность дизеля, изготовленного и отрегулированного в соответствии с технической документацией предприятия-изготовителя, без вентилятора, воздухоочистителя, глушителей шума впуска и выпуска, искрогасителя, выпускной трубы и нейт­рализатора отработавших газов, с отключенным генерато­ром, гидронасосом и компрессором, прошедшего обкатку в течение не более 60ч, мощность гарантируемая предприя­тием-изготовителем при работе на номинальном скорост­ном режиме при полной подаче топлива и стандартных ат­мосферных условиях, температуре и плотности топлива.

Максимальная мощность (N_{e mах}) — наибольшее значе­ние эффективной мощности, развиваемой дизелем, изготов­ленным, отрегулированным и укомплектованным в соот­ветствии с технической документацией предприятия-изго­товителя, при полной подаче топлива.

Индикаторная мощность (N_i) — мощность двигателя, соответствующая индикаторной работе цикла.

Мощность механических потерь двигателя (N_mii) — мощность, затрачиваемая на преодоление различных со­противлений внутри самого двигателя и определяемая как разность индикаторной и эффективной мощности.

Крутящий момент (М_к) — средний за цикл момент, передаваемый от коленчатого вала дизеля силовой передаче трактора, комбайна, автомобиля.

Номинальный крутящий момент (М_кн) —значение кру­тящего момента двигателя при номинальной частоте вра­щения, соответствующей номинальной мощности.

Максимальный крутящий момент (М_кmах) — максималь­ное значение крутящего момента двигателя по скоростной характеристике при полном открытии дросселя или полной подаче топлива.

Среднее индикаторное давление (P_i) — значение услов­ного постоянного давления в цилиндре двигателя, при ко­тором работа, произведенная рабочим телом за один такт, равнялась бы индикаторной работе цикла.

Среднее эффективное давление (Р_е) — значение услов­ного постоянного давления в цилиндре двигателя, при ко­тором работа, произведенная за один такт, равнялась бы наиболее эффективной работе на валу двигателя за цикл.

Номинальное среднее эффективное давление (Р_ен) — значение среднего эффективного давления на номинальной частоте вращения, соответствующее номинальной мощно­сти.

Среднее давление механических потерь (Р_мп) — часть среднего индикаторного давления, затрачиваемая на пре­одоление механических потерь в двигателе.

Частота вращения (n) — средняя за единицу времени частота вращения коленчатого вала.

Номинальная частота вращения (п_н) — частота враще­ния коленчатого вала, указанная предприятием-изготови­телем для номинальной мощности двигателя.

Расход топлива (G_T) — масса топлива, расходуемого двигателем за единицу времени.

Удельный расход топлива (g_e) — масса топлива, рас­ходуемого двигателем за единицу времени на единицу раз­виваемой им мощности.

Индикаторный к. п. д. (η_i) — отношение количества тепла, превращенного в работу в действительном цикле реального двигателя, к количеству тепла, подведенному за цикл.

Эффективный к. п. д. (η_е) — отношение количества теп­ла, превращенного в работу за цикл на валу двигателя, к количеству тепла, подведенному за цикл.

Механический к. п. д. (η_м) — отношение работы или мощности на валу двигателя к работе или мощности газов в цилиндре двигателя.

При испытании двигателей с применением балансирных тормозных установок основные показатели работы опреде­ляются по формулам.

Крутящий момент в Н-м

М_к = Р_ус · 0,716,

где Р_ус — показание измерительного устройства тормоза в условных Н, отнесенное к плечу 0,716 м.

Эффективная мощность двигателя, кВт

,

где n – частота вращения коленчатого вала, об/мин.

Среднее эффективное давление, МПа (Мега Паскаль).

,

где τ_дв —тактность двигателя; z — число цилиндров дви­гателя; V_h — рабочий объем цилиндра, дм³.

Расход топлива подсчитывается

,

где Δτ — продолжитель­ность измерения расхода топлива, с; ΔG — масса топлива, израсходованного за время изме­рения, г.

Удельный расход топлива, мкг/Дж

Условный механический к.п.д. для метода прокручивания двигателя электрической балансирной установкой

,

где N_е — значение эффективной мощности на данной часто­те вращения, полученное при снятии скоростной характе­ристики двигателя; N_мп — мощность, затрачиваемая на прокручивание двигателя, при той же частоте вращения.

Эффективный к. п. д.

,

Проверяют основные показатели работы двигателя в ус­ловиях рабочего режима. При этом наиболее показательной будет работа с полной цикловой подачей топлива.

Мощность и расход топлива — обобщенные показатели, которые характеризуют энерговооруженность агрегата и топливную экономичность.

Отклонения этих показателей от их номинальных зна­чений ориентируют на необходимость тщательной проверки прежде всего системы топливоподачи (топливного насоса, форсунок) и воздухоподачи (воздушного фильтра, клапанов газораспределительного механизма).

Требуемая погрешность измерения (ГОСТ 18509—73) крутящего момента в Н·м ± 0,01 М_кн и частоты вращения, в об/мин ± 0,005 п_н.

2.Определение основных показателей диффе­ренциальным методом.

Дифференциальный метод позволяет определить откло­нение мощности от номинального значения по отдельным цилиндрам. Нагружение работающего цилиндра (при z =4, 6, 8) или минимальной группы цилиндров (например, двух для 12-цилиндрового двигателя) производится за счет выключения цилиндров самого двигателя до такой степени, что для вращения и вывода на номинальный скоростной режим необходимо подключение внешнего источника энер­гии. Для этого может быть использован небольшой элект­ростенд в режиме электродвигателя или навесной электро­привод с динамометрическим устройством. В условиях диф­ференциального метода проверяемый цилиндр (или мини­мальная группа цилиндров) работает с полной цикловой подачей топлива на номинальном скоростном режиме, а с помощью электропривода определяется отклонение мощ­ности от номинала.

При работе на одном цилиндре (Z_p = l) проверяемого двигателя с добавочной мощностью

N_e1 = N_{мп –} N_Д,

где N_мп — мощность механических потерь; N_Д – добавочная мощность электропривода.

Для двигателя номинальных параметров

N_e1н = N_{мп –} N_ДН,

Вычитанием уравнений получим:

N_e1н - N_e1 = N_Д - N_ДН.

Обозначим N_eнl - N_e1 = ΔN_e1 и N_Д - N_ДН =Δ N_Д.

Отклонение эффективной мощности одного цилиндра от номинального значения ΔN_e1 равняется отклонению доба­вочной мощности ΔN_Д от ее номинального значения, для данного двигателя.

На основе измерения ΔN_Д определяется ΔN_e1 по уравне­нию

ΔN_e1 = N_Д - N_ДН.

Номинальная степень добавочной мощности δ_ДН определиться

δ_ДН = ,

где η_нм – номинальное значение механического к.п.д. двигателя.

В режиме работы на одном цилиндре четырехцилиндро­вого двигателя*СМД-14А δ_дн=11% и для шестицилиндро­вого двигателя ЯМЗ-236 δ_дн =15%. Для восьмицилиндро­вого двигателя ЯМЗ-238 в режиме работы на одном цилиндре δ_дн =21 % и на двух цилиндрах — 5%; для 12-цилиндрового двигателя ЯМЗ-240 в режиме работы на двух цилиндрах δ_дн =22%. Экспериментальные исследования двигателя Д-37М показали хорошую устойчивость его работы в диффе­ренциальном режиме.

Анализ характеристики устойчивости показал, что от­клонения по расходу топлива и мощности от их средних зна­чений не превышают 1,5%.

Установлено, что при разрегулировках общей подачи топлива в пределах от 0,7 до 1,05 номинального значения эффективная мощность, полученная дифференциальным ме­тодом, практически совпадает с данными тормозных испыта­ний. Коэффициент вариации значений мощностных показателей не превышает 2%.

Аналогичные результаты получены при определении мощностных показателей двигателя Д-37М дифференциаль­ным методом при нарушении равномерности подачи топлива секциями топливного насоса, изменении угла опережения начала подачи топлива и давления начала впрыска.

Следовательно, дифференциальный метод при тщатель­ном испытании по точности определения мощностных пока­зателей близок к тормозному методу и может быть реко­мендован для применения.

3.Определение основных показателей безтормозным методом при устано­вившихся режимах.

Наиболее простой способ бестормозного нагружения, широко применяемый в практике — это нагружение только за счет выключения цилиндров.

Широко распространена применительно к четырехци­линдровым двигателям бестормозная проверка в режиме работы на одном цилиндре при выключении подачи топлива в три остальные. Оставшийся в работе цилиндр оказывается полностью загруженным за счет механических сопротивле­ний двигателя и работает с полной цикловой подачей топ­лива на одном из режимов корректорной ветви характерис­тики.

Бестормозные испытания проводят только на обкатанном двигателе при отрегулированной частоте вращения коленчато­го вала. Потери на трение в различных двигателях одной марки принимают примерно одинаковыми. Двигатель перед испытания­ми должен быть прогрет. Температура масла — 75—85 °С, во­ды — 85—95 °С, окружающей среды — не ниже + 10 °С.

Тахометр и выключатели подачи топлива устанав­ливают на топливный насос между насосными секциями и топ­ливопроводами высокого давления.

Если нет выключателей топлива, цилиндры выключают ослаблением затяжки накидных гаек топливопроводов высо­кого давления.

Перед испытаниями прогревают дизель до нормального тепло­вого состояния. Проверяют и регулируют частоту вращения коленчатого вала. Если за это время дизель охладится, его снова прогревают.

Для определения мощности необходимо выполнить следую­щие операции: установить максимальную частоту вращения ко­ленчатого вала и измерить частоту вращения ВОМ при работе двигателя вхолостую; при максимальной частоте вращения от­ключить краниками подачу топлива в три цилиндра и, когда двигатель начнет устойчиво работать на одном цилиндре, за­мерить частоту вращения коленчатого вала или ВОМ; повторить испытания двигателя на каждом цилиндре, строго соблюдая тепловой режим и наблюдая за внешними признаками работы двигателя (стуки, дымление, подтекание топлива, прорыв газов через сапун и т. д.); по результатам испытаний определить мощность каждого цилиндра (N_e, кВт) по формуле

,

где n¹_э — номинальная частота вращения коленчатого вала эта­лонного двигателя при работе на одном цилиндре, мин^-1; n¹_ф — измеренная частота вращения коленчатого вала двигателя при работе на одном цилиндре, мин^-1; К — коэффициент пропорциональности, кВт/мин^-1.

Значения N_e, n¹_э, К приведены в таблицах.

4.Определение основных показателей без­тормозным методом при неустановившихся режимах.

Бестормозной способ определения мощности дизелей в неустановившихся переходных режимах при загрузке проверяе­мых цилиндров за счет механических потерь самого двигателя основан на измерении углового ускорения коленчатого вала в режиме свободного разгона при резком повышении частоты вращения на холостом ходу с минимально устойчивой до макси­мальной. Чем больше мощность, тем больше ускорение колен­чатого вала. Эффективную мощность определяют электронным прибором ИМД-ЦМ по угловому ускорению, измеряемому за определенный промежуток времени.

ИМД-ЦМ (индикатор мощности двигателей цифровой) по сравнению с ИМД-2М более совершенен (рис. 1): на интеграль­ных микросхемах (ИМД-2М — на транзисторах), информатив­нее, более универсален, в 3 раза меньше, в 4 раза легче.

Рис. 1. Устройство ИМД-ЦМ.

На передней панели прибора (рис. 1) расположены: 1 — шнур питания; 2 — индикаторное табло; 3— ручка установки калиб­ровочного значения по ускорению «Калибровка ускорения»; 4— ручка настройки устройства на частоту вращения, которой измеряется ускорение «Калибровка уровня фиксации»; 5— руч­ка установки калибровочного значения по частоте вращения «Калибровка по частоте вращения»; 6— ручка включения устройства «Вкл.» и регулировки времени индикации; 7 — кла­виша «Измерение напряжения V»; 8— клавиша «Число ци­линдров »; 9— клавиша «Работа от преобразователя КИ-13941 ГОСНИТИ «ВОМ»; 10— клавиша «Калибровка час­тоты вращения n»; 11 — клавиша «Калибровка уровня фиксации п_ε»; 12—клавиша «Калибровка ускорения ε»; 13— клавиша «Измерение частоты вращения — ускорения п_ε»; 14— клавиша «Измерение отрицательного ускорения ε»; 15 — гнезда «вход».

При диагностировании двигателя с газотурбинным наддувом проведите корректировку измеренных значений ускорения разгона ε_изм по давлению наддува, предварительно измерив мак­симальное давление наддува. Двигатель загружают разгоном трактора с минимальной скорости движения на высшей пере­даче до максимальной при резком увеличении подачи топлива. Приведенное значение ускорения ε_пр вычисляют по формуле

ε_пр = ε_изм К

Коэффициент корректировки К определяют по графику (рис. 2).

Ускорение разгона при частоте максимального крутящего момента двигателя измеряют аналогичным путем. Сравнивают полученное значение с нормированным. При отклонении полученного значения от допустимого найдите неисправность составных частей двигателя.