Автоматическое регулирование частоты вращения дизелей.

33.1. Приведите сравнение скоростных характеристик крутящего момента дизелей и бензиновых кар­бюраторных двигателей.

Рис.22.5 – бензин, 22.6 – дизель . В бензиновых момент падает, т.к. с увеличением оборотов смесь обедняется, в дизеле наоборот. Так же в дизеле с ростом оборотов увеличивается цикловая подача, что приводит к росту момента. В бензиновых при прикрытии заслонки сопротивление на впуске резко увеличивается (с ростом оборотов), что обуславливает падение момента из-за ухудшения наполнения.

33.2. Обоснуйте необходимость установки регулятора или ограничителя максимальной частоты вра­щения.

Устойчивость режима определяется, как это видно из рис.22.1, 22.2 и 22.3, 22.4 (иллюстративный мат-ал), формой кривой зависимости М_кр от n. Известно, что хар-тер зависимости М_кр от n определяется комплексом (h_i/a)h_vr_kh_M. В карбюр. дв. с искр. зажиг. Наиболее значимым фактором воздействия на М_кр при неизменном положении дросселя является h_v. Особенно резко падает наполнение дв. и М_кр с увеличением n при сильно прикрытом дросселе, рис. 22.5. В дизелях основным фактором, опред. повышение М_кр с ростом n является снижение a вследствие увеличения цикловой подачи G_тц. Снижение М_кр дизеля с повышением n особенно заметно при малых активных ходах плунжера рис.22.6. Таким образом, сравнение зависимостей М_кр от n показывает, что скоростные хар-ки дв. с искровым зажиг. обеспечивают бОльшую устойчивость по сравнению с дизелем. Особенно велико различие на режимах малых подач смеси или топлива. В дв. с искровым зажиг. внезапное снятие нагрузки сопровождается меньшим относит. увеличением n рис. 22.5. При n выше n_н процессы смесеобразования и тепловыделения в бензиновом ДВС ухудшаются меньше, чем в дизеле. Следовательно на бензин не нужен регулятор! В дизеле внезапное снятие внешней нагрузки при всех положениях регулирующего органа приводит к сравнительно большому увеличению n. При n выше n_н не только увеличиваются механические и тепловые нагрузки, но и ухудшаются процессы смесеобразования и сгорания, а также повышается выброс дыма. Режимы х.х. и малых нагрузок неустойчивы рис.22.4 и 22.2. Поэтому нужны регуляторы, работающие хотя бы на 2-х режимах: предельном и минимальном. А также регулятор нужен, чтобы обеспечить запас М_кр m_н=(М_крмаx – М_крн)*100/М_крн.

33.3. Рассмотрите устойчивость работы дизеля и бензинового двигателя на режиме холостого хода. Обоснуйте необходимость установки на дизель регулятора минимальной частоты вращения. См.33.2

33.4. Рассмотрите схему и работу двухрежимных и всережимных регуляторов частоты вращения.

Рис. 23.5 – всережимный (23.1), 23.6 – 2-х режимный (23.2). 2-х режимный не воздействует на рейку в основном диапазоне режимов, а только на min и max.2-х режимные регуляторы позволяют осуществить регулирование скоростных режимов путём использования двух пружин с различной предварительной деформацией и жесткостью (7 и 8). Пружина 7 с меньшей предвар. деф. и жесткостью начинает сжиматься под действием центробежных сил грузов 4 при частоте вращения n₁, муфта 3 передвигается влево и перемещает рейку 6 в сторону уменьшений подачи. Это приводит к резкому уменьшению М_кр. При n₂ муфта регулятора достигнет втулки 9 и остановится, т.к. втулка находится под действием сильной пружины 8, установленной с большей предварительной затяжкой. При дальнейшем изменении n в пределах от n₂ до n­₃ регулятор не воздействует на рейку и подачей управляет водитель. При n₃ центробежная сила грузов оказывается равной суммарному усилию пружин 7 и 8. Поэтому дальнейшее увеличение n вызывает перемещение муфты и рейки в сторону уменьшения подачи.

33.5. Приведите вид скоростных характеристик крутящего момента дизелей, оборудованных двухрежимным и всережимным регулятором частоты вращения.

Рис. 23.1 и 23.2

33.6. Что называется фактором устойчивости?

В процессе работы регулятора появляются силы, вызывающие отклонение муфты (3 на рис. 23.5 и 23.6) от равновесных положений, и важно оценить в таких случаях устойчивость регулятора. При изменении равновесного положения муфты z₀ на величину Dz вправо приводит к тому, что восстанавливающая сила (E₀+DE) оказывается большей поддерживающей силы ((Аw_р²)+DАw_р²). В результате избыточная сила направлена в сторону возвращения муфты в исходное положение. Такое равновесное положение муфты регулятора является устойчивым и количественно оцениваются Фактором УстойчивостиF_p=(DE-D(Aw_p²))/Dz. Значение Е и А зависят от положения муфты z, в связи с чем DE=(dE/dz)Dz и D(Aw_p²)=w_p²(dA/dz)Dz. Тогда F_p=dE/dz - w_p²(dA/dz). Положительная величина F_p соответствует устойчивому положению равновесия муфты, отрицательная – неустойчивому. Обязательное требование F_p>0 на всех рабочих режимах. Е-восстанавливающая сила, Аw_р² – поддерживающая сила.

33.7. Рассмотрите устойчивость работы двигателей при полной нагрузке. Обоснуйте необходимость запаса крутящего момента на внешней характеристике.

Устойчивость ДВС необходима и при работе на внешней скоростной хар-ке. Важно, чтобы M_крmax на заданную величину превышал момент на режиме номинальной мощности М_крн. Для количественной оценки изменения М_кр по внешней скоростной хар-ке применяют: номинальный коэффициент запаса крутящего момента m_н=(М_крmax-М_кн)*100/М_кн, коэффициент приспособляемости k_м=М_крmax/М_кн и скоростной коэффициент k_п=n_м/n_н. Наличие достаточного запаса М_кр облегчает управление двигателе, позволяя реже изменять передаточное отношение между двигателем и потребителем. С этих позиций целесообразно увеличение m_н и k_м и уменьшение до определённых пределов k_п. В бензиновом двигателе запас крутящего момента достигает 25-35%, и дополнительная коррекция внешней скоростной характеристики не нужна. В дизелях требуется коррекция с целью обеспечения m_н по внешней скоростной характеристике: от 10-15 до 30-35% в зависимости от необходимости. Коррекция запаса момента обеспечивается изменением активного хода плунжера и, следовательно, подачи топлива с помощью прямого корректора. Прямой корректор, как правило, встраивается в регулятор. Высокие значения m_н могут быть получены путём использования регулирования наддува в сочетании с коррекцией подачи топлива.