книги из ГПНТБ / Петренко, Е. Я. Некоторые особенности работы автотракторных дизелей в высокогорных условиях

Е. Я. ПЕТРЕНКО

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ АВТОТРАКТОРНЫ Х ДИЗЕЛЕЙ

В ВЫСОКОГОРНЫХ УСЛОВИЯХ

с —

„К Ы Р ГЫ ЗС ТА Н “ —1972

Е. Я. ПЕТРЕНКО,

КАНДИДАТ ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ АВТОТРАКТОРНЫХ

ДИЗЕЛЕЙ В ВЫСОКОГОРНЫХ

условиях

« «

ИЗДАТЕЛЬСТВО «КЫРГЫЗСТАН:

Ф Р У Н З Е — 1 9 7 2

ВВЕДЕНИЕ

Решения декабрьского Пленума ЦК КПСС (1969 г.) и седьмой сессии Верховного Совета СССР заострили внимание всех трудящихся на необходимости шире исиользовать достижения науки в народном хозяйстве на­ шей страны. Для претворения в жизнь этих решений не­ обходимо рационально использовать существующие ма­ шины для механизации сельскохозяйственного производ­ ства. В этой отрасли народного хозяйства имеются большие возможности снижения себестоимости сельско­ хозяйственной продукции путем улучшения использова­ ния машинно-тракторного парка.

Сейчас при выполнении полевых работ в качестве источников механической энергии наибольшее распро­ странение получили двигатели с самовоспламенением рабочей смеси от сжатия — дизели. По сравнению с кар­ бюраторными двигателями дизели имеют следующие ос­ новные преимущества:

у дизелей удельный расход топлива (расход топлива на единицу эффективной мощности) примерно в 1,2— 1,3 раза ниже, чем у карбюраторных двигателей:

дизельное топливо и менее опасно в противопожар­ ном отношении;

при правильной эксплуатации система питания дизе­ лей работает надежно и обеспечивает высокие мощност-

ные и экономические показатели на всех скоростных ре­ жимах.

I

лями не сказывается на показателях трактора в такой мере, как это имеет место для автомобиля. Это объяс­ няется тем, что трактор используется как тягач, и уве­ личение веса трактора благоприятно сказывается на его тягово-сцепных показателях.

Вопросами влияния высокогорных условий на работу автотракторных двигателей занимались советские и за­ рубежные ученые. Ими установлено, что с увеличением высоты над уровнем моря понижаются давление и удель­ ный вес окружающего воздуха, вследствие чего умень­ шается весовой расход воздуха двигателями внутреннего сгорания. Поэтому с ростом высоты ухудшается процесс горения и понижаются мощностные и экономические показатели существующих автотракторных двигателей. Кроме'того, изменение высотных условий в одних и тех же пределах в разных типах двигателей сказывается поразному на их основных показателях. Это объясняется различиями смесеобразования, скоростного режима ра­ боты, конструктивных исполнений механизмов и систем различных типов двигателей. До настоящего времени еще не разработаны общие методы улучшения основных показателей существующих типов автотракторных дви­ гателей. Кроме того, известные методы определения оп­ тимальных режимов работы двигателей в высокогорных условиях не получили широкого распространения. По на­ шему мнению, это происходит потому, что механизаторы, эксплуатирующие автотракторные двигатели в высотных условиях, мало обращают внимание на такие показатели, как экономичность, срок службы, надежность работы и затраты на техническое обслуживание двигателей.

Сейчас все тракторы в Советском Союзе оборудуются быстроходными, экономичными двигателями, рассчи­

4

ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОГОРНЫХ УСЛОВИЙ НА ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ АВТОТРАКТОРНЫХ

ДИЗЕЛЕЙ

В двигателях внутреннего сгорания механическая энер­ гия получается за счет горения рабочей смеси внутри ци­ линдров. Рабочей смесью принято называть смесь частин топлива и воздуха в определенном процентном отноше­ нии. Кроме того, в рабочую смесь входит часть отрабо­ танных газов, которые остаются в цилиндре вследствие того, что при положении поршня в верхней мертвой точке между поршнем и головкой цилиндра имеется объем, называемый объемом камеры сжатия, в котором остается часть отработанных газов от предыдущего ра­ бочего цикла.

При работе двигателя поршень совершает возвратнопоступательные движения. Когда поршень перемещается вниз при такте спуска, давление в цилиндре становится ниже давления окружающей среды, и за счет разреже­ ния в цилиндре воздух из окружающей среды поступает в цилиндр. В этом случае при постоянном скоростном режиме работы двигателя весовой расход воздуха дви­ гателем изменяется прямо пропорционально его удель­ ному весу. С увеличением высоты вследствие падения удельного веса окружающего воздуха у обычных двига­ телей происходит уменьшение весового расхода воздуха, в результате чего нарушается требуемое соотношение топлива и воздуха, участвующих в процессе горения. Поэтому с увеличением высоты ухудшаются процессы смесеобразования и горения, что приводит к снижению

6

мощностных и экономических показателей обычных автотракторных двигателей.

Можно увеличить весовой расход воздуха двигателем путем увеличения удельного веса воздушного заряда. В этом случае воздух в цилиндре подается под большим давлением, чем давление окружающей среды. Такое увеличение веса воздушного заряда цилиндров назы­ вается наддувом двигателя.

ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОГОРНЫХ УСЛОВИЙ НА ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА

Чтобы выяснить влияние высотных условий на мощностные и экономические показатели обычных автотрак­ торных двигателей, рассмотрим влияние этих условий на параметры, характеризующие эти показатели.

При изучении рабочих процессов двигателей внутрен­ него сгорания показатели их работы выражают в виде уравнений. Эти показатели можно разделить на две группы. К первой группе можно отнести параметры, ко­ торые на всех высотах имеют постоянные значения, ко

а — коэффициент избытка воздуха;

L0 — теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива в кг/кг;

п — скоростной режим работы двигателя в об/мин; z — коэффициент тактности, равный 2 для четырех­ тактных двигателей и 1-для двухтактных дви­

гателей;

Vh — рабочий объем цилиндров двигателя в л\

у — удельный вес воздуха, поступающего в цилинд­

В уравнении (1) можно принять постоянными, не за­ висящими от изменения высоты, следующие параметры: рабочий объем цилиндров двигателя — Vh; теплотворную способность топлива — Ни; теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива L0; коэффициент тактности z. Эти параметры принима­ ются при проектировании двигателя и при эксплуатации не изменяются.

К постоянным величинам можно отнести и номиналь­ ный скоростной режим работы двигателя п, так как верхний предел этого параметра ограничивается нагруз­ ками на детали кривошипно-шатунного механизма (в за­ висимости от нагрузок при проектировании подбираются материалы и степень обработки деталей этого механиз­ ма), и при эксплуатации не рекомендуется изменять этот режим.

Некоторые исследователи отмечают, что при увели­ чении высоты над уровнем моря снижаются механичес­ кие потери в двигателе внутреннего сгорания: насосные

S

потери, потери ид трение поршня, колец, трение в опорах валов. По данным В. Ю. Гиттиса, с уменьшением баро­ метрического давления окружающего воздуха на 10 мм рт. ст. мощность механических потерь в четырехтактном двигателе снижается примерно па 0,4%.

Однако эффективная мощность двигателя с измене­ нием давления окружающего воздуха изменяется в боль­ ших пределах, чем мощность механических потерь. Кро­ ме того, эффективная мощность двигателя значительно выше мощности механических потерь. Поэтому механи­ ческий коэффициент полезного действия двигателя, представляющий собой отношение эффективной мощ­ ности Ые к индикаторной N1, может изменяться с высо­ той в малых пределах. Расчеты свидетельствуют, что при работе дизеля СМД-14 на высотах до 3000 м над уров­ нем моря механический кпд этого дизеля изменяется примерно на 0,03—0,05, поэтому для практических целей этим изменением можно пренебречь.

Коэффициент наполнения двигателя принято относить к условиям среды, где работает двигатель, и изменение высотных условий не должно в сильной мере повлиять па этот коэффициент. Он представляет собой отношение количества воздуха, действительно поступившего в ци­ линдры двигателя, к теоретическому количеству воздуха, которое могло бы поместиться в цилиндрах при условии, что давление и температура в цилиндрах были бы рав­ ны давлению и температуре окружающего воздуха.

Для того, чтобы выяснить влияние высокогорных ус­ ловий на коэффициент наполнения и параметры воздуш­ ного заряда дизеля, воспользуемся следующими преоб­ разованиями.

Если составить отношение уравнений коэффициента наполнения двигателя в высотных условиях т]Тн к коэф­ фициенту наполнения на нулевой высоте т]Уо и решить