CC BY
36
УДК 621.431
А. С. Дадилов, Г. М. Габалов
ИССЛЕДОВАНИЕ ПУСКОВЫХ КАЧЕСТВ НА ЭТАПЕ РАЗГОНА КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА СУДОВЫ1Х МАЛОРАЗМЕРНЫ1Х ДИЗЕЛЕЙ ПОСТОРОННИМ ИСТОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ
Продолжительность ввода в действие различных транспортных средств, передвижных и стационарных установок определяют пусковые свойства двигателей, которыми они оборудованы. Для повышения эффективности эксплуатации указанных средств и установок весьма важно обеспечить безотказный, быстрый и легкий пуск в различных условиях эксплуатации судовых малоразмерных дизелей (СМД) Ч 8,5/11 и Ч 9,5/11, имеющих универсальное применение как в качестве вспомогательных в составе дизель-генераторов и комбинированных агрегатов, так и в качестве главных в составе дизельных энергетических установок рабочих и спасательных шлюпок, рыбопромысловых и прогулочных лодок, разъездных и специальных катеров.
С этой целью проводятся исследования по замене вихревой камеры сгорания на цилиндрическую камеру в поршне с тангенциальными впускными каналами, что в перспективе позволит обеспечить малоразмерным дизелям типа Ч 8,5/11 и Ч 9,5/11 хорошие пусковые качества, присущие дизелям с открытой камерой сгорания в поршне.
Вместе с тем пусковые режимы малоразмерных дизелей существенно отличаются от долевых, переходных и номинальных режимов работы, что обусловливает необходимость отдельного их изучения.
В связи с этим, если исключить подготовительные и заключительные этапы, режим пуска можно характеризовать двумя следующими, имеющими решающее значение, обстоятельствами.
Первое характеризует процесс разгона коленчатого вала, подготовленного к пуску дизеля, посторонним источником энергии (электро-, гидро- или инерционный стартер, вручную, сжатый воздух, пиротехнические средства и т. д.) с состояния покоя до режима, обеспечивающего принудительную организацию в цилиндрах первых пусковых рабочих циклов, которые переходят в устойчивые рабочие циклы, позволяющие отключить пусковое устройство.
Второе обстоятельство характеризует процесс разгона коленчатого вала дизеля на вспышках с момента отключения пускового устройства до выхода его на режим холостого хода.
Рассмотрим первое обстоятельство применительно к малоразмерным дизелям Ч 8,5/11 и Ч 9,5/11.
Разгон коленчатого вала дизеля пусковым устройством осуществляется с состояния покоя, при котором угловая скорость ю = 0 и средняя скорость поршня Ст = 0 до достижения угловой скорости ю = и средней скорости поршня Ст = Ст1, при которых теплоотдача в холодные стенки цилиндров и утечки заряда воздуха снижаются, а параметры в камере сгорания в конце такта сжатия достигают уровня, при котором возможно воспламенение впрыскиваемого топлива и реализация первых пусковых рабочих циклов.
Принудительная организация первых пусковых циклов является необходимым, но недостаточным следствием указанного разгона. Если первые пусковые рабочие циклы не переходят в устойчивые рабочие циклы, позволяющие отключить пусковое устройство, то попытка разгона окажется неудачной, и ее можно будет повторить до трех раз. Пуск считается неудачным, если он не реализован с трех попыток, выполненных в течение 60 с.
Анализ изложенного и [ 1-4] показывает, что на осуществление успешного разгона коленчатого вала пусковым устройством оказывают существенное влияние следующие факторы:
— крутящий момент пускового устройства, приведенный к коленчатому валу Мст, и момент сопротивления его проворачиванию Мс, а также избыточный момент (Мст - Мс);
— температура Тс и давление рс в цилиндре в конце такта сжатия;
— цикловая подача топлива £ц и момент его впрыска 0;
— наличие средств облегчения воспламенения топлива и проворачивания коленчатого вала;
— температура окружающей среды Т0.
Возможность разгона коленчатого вала дизеля пусковым устройством при данной температуре окружающей среды характеризуется неравенством Мст > Мс.
Например, четырехцилиндровые дизели Ч 8,5/11 и Ч 9,5/11 оборудованы электростартерами СТ 212А мощностью 3,52 кВт и комплектуются аккумуляторными батареями 6СТ-120.
Совмещенные характеристики пусковой системы дизеля 4ЧСП 8,5/11 при Т0 = 273 К для трех марок моторного масла (1-3) представлены на рис. 1.
Как показали пусковые испытания, Мст снижается по мере увеличения частоты вращения коленчатого вала и степени разряженности аккумуляторной батареи, а Мс увеличивается по мере повышения частоты вращения коленчатого вала и вязкости моторного масла. На величину избыточного момента (Мст - Мс) оказывают значительное влияние частота вращения коленчатого вала, температура окружающей среды, вязкость и вязкостно-температурные характеристики моторных масел.
Так, на масле 1 при температуре окружающей среды 273 К угловая скорость коленчатого вала ю и средняя скорость поршня Ст не превышали 9 с-1 и 0,32 м/с соответственно, использование маловязких моторных масел 2 и 3 позволило увеличить ю до 11,88 и 15,38 с-1, а Ст -до 0,416 и 0,539 м/с соответственно.
Параметры заряда воздуха в цилиндре дизеля 4ЧСП 8,5/11 с вихревой камерой сгорания при Т0 = 273 К и с камерой сгорания в поршне при Т0 = 263 К, а также угловой скорости коленчатого вала ю = 11,42^22,84 с-1 и средней скорости поршня Ст = 0,4^0,8 м/с представлены в таблице.
Параметры заряда воздуха в цилиндре
То, К Камера сгорания п, с 1 ю, с 1 Сш, м/с рс, МПа Тс, К
273 Вихревая 1,81-^3,62 11,42^22,84 0,4-ь0,8 1,9-2,5 530^620
273 В поршне 1,81-^3,62 11,42^22,84 0,4-ь0,8 1,95-^2,46 540^650
Минимальная температура в камере сгорания, при которой отмечается самовоспламенение топлива в вихревой камере, оказалась равной 650 К, а в камере сгорания в поршне - 620 К.
В связи с этим установка свечей накаливания СНД-100БЗ в вихревую камеру сгорания дизеля является вполне оправданной, т. к. Тс на пусковых режимах даже при Т0 = 273 К не превышает 530^620 К, что недостаточно для самовоспламенения впрыскиваемого топлива.
Следует отметить, что замена вихревой камеры сгорания на камеру сгорания в поршне позволила обеспечить пуск дизеля 4ЧСП 8,5/11 без использования средств облегчения воспламенения топлива до Т0 = 263 К. При этом в качестве средств облегчения проворачивания коленчатого вала использовались маловязкое моторное масло типа М-8-В и декомпрессионный механизм.
На первые пусковые рабочие циклы и их развитие оказывают влияние угол опережения впрыска топлива и величина цикловой подачи топлива. Графики зависимости продолжительности пуска тп от величины цикловой подачи £ц топлива (рис. 2) и от величины угла опережения впрыска 0° (рис. 3) имеют явно выраженные оптимумы как для дизеля 4ЧСП 8,5/11 с вихревой камерой сгорания, так и для его модификации с цилиндрической камерой сгорания в поршне.
15
10
Рис. 2. Влияние цикловой подачи топлива на продолжительность пуска тп
Тп, с
10
5
0
Угол опережения впрыска топлива контролировался по мениску, который устанавливался на секцию топливного насоса первого цилиндра, а цикловая подача топлива - путем прокрутки коленчатого вала электростартером и впрыском топлива в технологические колбы.
Продолжительность пуска дизеля при переходе на угол 23^25° до верхней мёртвой точки (ВМТ) и 28^32° до ВМТ соответственно для дизеля 4ЧСП 8,5/11 с вихревой камерой сгорания и цилиндрической камерой сгорания в поршне возрастает.
Как при раннем, так и при позднем впрыске топлива развитие рабочих циклов таково, что дизель не может или «вяло» преодолевает момент сопротивления прокручиванию коленчатого вала Мс, величина которого с понижением Т0 и повышением вязкости моторного масла значительно возрастает.
Организация первых пусковых рабочих циклов и их развитие существенно улучшаются при увеличении цикловой подачи топлива на время пуска малоразмерного дизеля, что потвер-ждается результатами пусковых испытаний дизеля 4ЧСП 8,5/11 как с вихревой камерой сгорания, так и с камерой сгорания в поршне (см. рис. 2).
Величина gц на номинальных режимах рассматриваемого дизеля составляет 28^30 мг/цикл. Как следует из данных рис. 2, увеличение gц на время пуска позволяет в начале уменьшить продолжительность пуска, а затем при gц свыше 60^65 мг/цикл продолжительность пуска резко повышается.
Характер полученной зависимости можно объяснить. Увеличение gц до 60^65 мг/цикл улучшает развитие процесса воспламенения за счет увеличения количества мелких капель в топливном факеле. Капли топлива меньшего размера быстрее прогреваются, и с их поверхности испарение идет интенсивно, что способствует образованию горючей смеси оптимального состава [2]. Как снижение, так и повышение цикловой подачи топлива от оптимального значения 60^65 мг/цикл ухудшает состав горючей смеси, обедняя или обогащая ее.
При оптимальном составе горючей смеси отмечается увеличение количества сжигаемого в каждой вспышке топлива и, вследствие этого, рост избыточного момента [(Мст + ЕМ) - Мс], где ЕМ - сумма индикаторных моментов отдельных вспышек, приведенная к коленчатому валу.
25 30 35 0°
Рис. 3. Влияние 0° на тп
Указанный избыточный момент способствует ускоренному разгону коленчатого вала и переходу первых пусковых рабочих циклов в устойчивые рабочие циклы, что обеспечивает успешный переход режима пуска в следующую стадию.
Таким образом, рассматриваемая стадия пуска заканчивается организацией устойчивых вспышек в цилиндрах и отключением пускового устройства, что является необходимым, но недостаточным условием для безотказного пуска. Если после отключения пускового устройства коленчатый вал вращается на вспышках медленно, процесс пуска растягивается по времени, или, не сумев самостоятельно работать на вспышках, двигатель глохнет, а попытка пуска оказывается неудачной.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аливагабов М. М. Низкотемпературный пуск дизелей // ДВС / НИИинформтяжмаш. - 1977. - № 30. - С. 1-50.
2. Аливагабов М. М. Определение оптимальной в режиме пуска дизеля цикловой подачи топлива // Тракторы и сельхозмашины. - 1975. - № 4. - С. 14-15.
3. Аливагабов М. М. Двигатели спасательных шлюпок и катеров. - Л.: Судостроение, 1980. - 224 с.
4. Работа дизелей в условиях эксплуатации: справ. / А. К. Костин и др. - Л.: Машиностроение, 1989. - 284 с.
5. Дадилов А. С. Пусковые рабочие циклы в режиме разгона малоразмерного дизеля посторонним источником энергии: сб. ст. науч.-преп. конф. - Махачкала: Изд-во ДГТУ, 2006. - С. 166-171.
Статья поступила в редакцию 30.01.2009
THE RESEARCH OF STARTING QUALITIES IN THE MODE OF ACCELERATION SHIP LOW SIZED DIESEL CRANKSHAFT WITH EXTRANEOUS ENERGY SOURCE
A. S. Dadilov, G. M. Gabalov
This article deals with the basic factors, affecting on the duration of acceleration of crankshaft of low sized 4^ 8.5/11 diesel with cylindrical combustion chamber with extraneous energy source. The design and adjustment characteristics, allowing to reduce the duration of diesel activation on the stage of acceleration from the resting moment till the beginning of the first steady flashes in the cylinders are represented.
Key words: crankshaft, cylindrical combustion chamber, starting qualities.
