Улучшение эксплуатационных показателей автотракторной техники совершенствованием работы двигателей на холостом ходу

а) часовой расход топлива б) содержание оксида углерода

-х- экспериментальный РХХ; -а- типовой РХХ

Рисунок 6 – Изменение показателей дизеля Д-240 на холостом ходу

По результатам 48

2-часовых износных испытаний дизеля Д-240 непосредственно на тракторе МТЗ-80 при его работе на сравниваемых режимах холостого хода установлено, что суммарный прирост концентрации продуктов износа (Fe, Si, Al, Cu, Cr) в пробах моторного масла составил: на типовом РХХ (примин-1) – 4,33г/т, на экспериментальном РХХ (примин-1) – 3,92 г/т.

При этом балльная оценка лаконагарных отложений на поверхностях деталей ЦПГ, характеризующая общую загрязненность, например, поршня составила: на типовом РХХ – 11,28 баллов, на экспериментальном РХХ – 5,96.

Результаты сравнительных исследований тракторного дизеля по показателям топливной экономичности, экологичности, износа и нагароотложений свидетельствуют, что минимальной частотой вращения к.в. на экспериментальном РХХ является величина, равная 400 мин-1 (из интервала 500 мин-1, 300 мин-1).

Замер наведенной суммарной ЭДС показал, что допустимое значение частоты вращения к.в. в начале такта разгона (в конце такта выбега) должно превышать 250 мин-1, так при меньших оборотах ЭДС близка к нулю, что косвенно свидетельствует о критической толщине масляной пленки в сопряжениях дизеля.

Результаты исследований тракторов МТЗ-80 в условиях эксплуатации показывают, что эффективное проходное сечение распылителей форсунок, производительный и погектарный расходы топлива у тракторов штатного и экспериментального (оснащенного САУ) исполнений составили соответственно: 0,197 и 0,207 мм2; 5,50 и 5,25 кг/мото-ч; 20,2 и 19,9 кг/га.

б) дизель СМД-31А (6 ЧН 12/14)

Для рассмотрения вопросов, связанных с использованием экспериментального РХХ, были проведены исследования дизеля СМД-31А в составе зерноуборочного комбайна ДОН-1500 по показателям вибрации, топливной экономичности, экологичности, износа и расхода масла на угар.

На такте выбега экспериментального РХХ при снижении частоты вращения к.в. до 300 мин-1 наблюдается резонансная кривая, которая вызывается совпадением частот собственных колебаний с частотой возмущающей силы. Однако длительность нахождения дизеля в резонансе составляет всего 0,0025…0,003 с.

Результаты анализа осциллограмм виброколебаний показали, что на типовом РХХ (800 мин-1) виброскорость составляет 0,33 мм/с, уровень виброскорости 79 дБ, максимальная амплитуда 0,4 мм, на экспериментальном РХХ (800 мин-1) виброскорость составляет 1,1 мм/с, уровень виброскорости 82 дБ, максимальная амплитуда 0,9 мм (рис. 7). Однако характер воздействия колебаний комбайнового дизеля на оператора оценивается как слабо ощутимый, т.к. виброскорость и уровень виброскорости на экспериментальном РХХ не превышают нормативных значений (4 мм/с и 119дБ).

Из анализа полученных данных также следует, что при одинаковой частоте вращения к.в. (800 мин-1) часовой расход топлива составил: на типовом РХХ – 3,64 кг/ч, на экспериментальном РХХ – 3,48 кг/ч; при уменьшении частоты вращения к.в. на экспериментальном РХХ до 600 мин-1 расход топлива уменьшился до 2,44 кг/ч (рис. 8). Следовательно, уменьшение частоты вращения к.в. на холостом ходу с 800 до 600 мин-1, за счет создания экспериментального режима, приводит к снижению расхода топлива в 1,49 раза.

.
а) типовой РХХ	б) экспериментальный РХХ

Рисунок 7 – Осциллограммы виброколебаний дизеля СМД-31А на холостом ходу

-х- экспериментальный РХХ; -а- типовой РХХ

Рисунок 8 – Изменение часового расхода топлива дизеля СМД-31А на холостом ходу

Дымность отработавших газов при работе дизеля на типовом и экспериментальном РХХ составила соответственно 9 % и 10,2 %, при этом «на выхлопе» наблюдается белый дым.

Результаты сравнительных моторных исследований комбайнового дизеля по показателям, оценивающих уровень вибрации, топливную экономичность и содержание вредных веществ в отработавших газах свидетельствуют, что минимальной частотой вращения к.в. на экспериментальном РХХ является величина, равная 600 мин-1 (из интервала 800 мин-1, 400 мин-1).

Износные исследования проводились по количественному и качественному содержанию продуктов износа в моторном масле после 50

3-часовой работы дизеля на типовом (800 мин-1) и экспериментальном РХХ (600 мин-1). Одновременно определяли массовый и относительный расходы моторного масла на угар.

Количественное содержание примесей определялось методом взвешивания примесей после промывки и фильтрации проб масла. Массовая доля примесей составила на типовом режиме 0,497 %, на экспериментальном – 0,163 %.

Качественный анализ примесей в пробах масла проводился методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии. Обнаружение линий элементов проводится путем нахождения длин волн пиков спектра и поиска найденных значений в базе данных рентгеновских линий. Интенсивность линий (площадь пика (имп/с)мА) в пробах масла составила: на типовом режиме – железа (Fe) 1604 имп/с, цинка (Zn) 230122 имп/с, на экспериментальном – железа (Fe) 1122,5 имп/с, цинка (Zn) 200687 имп/с.

Массовый и относительный расходы масла на угар составили соответственно: на типовом РХХ – 1,5 кг и 5 %, на экспериментальном РХХ – 1 кг и 3,5 %. Содержание вредных веществ в отработавших газах составило: на типовом РХХ оксида углерода (СО) 0,09 % и углеводородов (СН) 0,13 %; на экспериментальном РХХ соответственно СО – 0,077 % и СН – 0,079 %.

По результатам исследований комбайна ДОН-1500 в производственных условиях расход топлива на единицу выполненных работ комбайна экспериментального исполнения составил 0,994 кг/ц, погектарный расход топлива 27,5 кг/га, что соответственно на 0,01 кг/ц и 0,5 кг/га меньше, чем у комбайна штатного исполнения, работающего с использованием типового РХХ.

в) дизель ЯМЗ-238М2 (8Ч 13/14)

На экспериментальном РХХ по сравнению с типовым РХХ при одинаковой частоте вращения к.в. (600 мин-1) происходит улучшение процессов впрыскивания, смесеобразования и сгорания топлива.

При этом на экспериментальном РХХ, за счет повышенной цикловой подачи топлива, увеличивается давление впрыскивания топлива и скорость истечения топлива через распыливающие отверстия форсунки, что, как показывают расчеты, приводит к уменьшению диаметра крупных капель (с 57 мкм до 46 мкм), периода задержки воспламенения (с 10,2 град п.к.в. до 7,6 град п.к.в.) и продолжительности сгорания топлива (с 62,4 град п.к.в. до 58,3 град п.к.в.).

В результате расчета показателей рабочего цикла дизеля ЯМЗ-238М2 установлено, что на малых частотах вращения к.в. типового РХХ дизель работает в области, близкой к максимальным значениям . Например, на минимальной частоте вращения к.в. 600 мин-1 типового РХХ расход 320 г/кВтч, в то время как на экспериментальном режиме 248 г/кВтч.

За счет увеличения цикловой подачи топлива на экспериментальном РХХ (600 мин-1) происходит возрастание индикаторного давления до 0,35 МПа и мощности до 26 кВт, в то время как на той же частоте вращения типового РХХ эти показатели равны 0,13 МПа, 9,8 кВт. При этом индикаторный КПД возрастает на 6% по сравнению с аналогичным скоростным режимом типового РХХ. Снижение и увеличение наблюдается на всех частотах вращения к.в. экспериментального РХХ по сравнению с типовым РХХ.

Из анализа данных, полученных в результате эксплуатационных исследований дизеля ЯМЗ-238М2 в составе автомобиля МАЗ-53366 следует, что при одинаковой частоте вращения к.в. 600 мин-1 часовой расход топлива составил: на типовом РХХ – 3,17 кг/ч (рис. 9), на экспериментальном РХХ – 2,16 кг/ч. Снижение расхода топлива объясняется тем, что на такте разгона экспериментального РХХ обеспечивается лучшее протекание рабочего процесса, т.к. цикловая подача топлива в 2,3 раза больше, чем на типовом РХХ, а на такте выбега .

В результате обработки развернутых индикаторных диаграмм дизеля при 600 мин-1 установлено, что максимальное давление цикла () на экспериментальном РХХ по сравнению с типовым РХХ повысилось с 4,1МПа до 5,3МПа, индикаторная мощность увеличилась с 11,5 кВт до 28 кВт. При этом индикаторный удельный расход топлива снизился с 315 г/кВтч до 237 г/кВтч, а индикаторный КПД повысился с 0,25 до 0,27. Расхождение результатов экспериментальных исследований по определению показателей рабочего процесса дизеля с расчетно-теоретическими исследованиями составило не более 13%.

За счет улучшения качества смесеобразования на экспериментальном РХХ выбросы оксида углерода СО и углеводородов СН снижаются на 10...30% по сравнению с типовым РХХ при одинаковых средних частотах вращения к.в. (рис. 10).

Дымность отработавших газов на типовом и экспериментальном РХХ при частоте вращения к.в. 600 мин-1 составила 7,4% и 8,7%, а при 800 мин-1 соответственно 9,3% и 10,3%, при этом наблюдается белый дым (нормативное значение дымности равно 15 %). Рост дымности отработавших газов на экспериментальном РХХ по сравнению с типовым РХХ объясняется появлением нагрузки (0,22…0,28 МПа).

Рисунок 9 –Изменение показателей дизеля ЯМЗ-238М2 на холостом ходу

Рисунок 10 – Содержание оксида углерода и углеводородов в отработавших газах

дизеля ЯМЗ-238М2 на холостом ходу

Результаты сравнительных моторных исследований автомобильного дизеля по показателям, оценивающих рабочий процесс, топливную экономичность и содержание вредных веществ в отработавших газах свидетельствуют, что минимальной частотой вращения к.в. на экспериментальном РХХ является величина, равная 600 мин-1 (из интервала 750 мин-1, 350 мин-1).

Из анализа данных, полученных в результате исследований автомобиля МАЗ-53366 в условиях эксплуатации, следует, что путевой и транспортный расходы топлива с использованием типового РХХ составили соответственно 39,37 л/100 км и 4,54 л/100, экспериментального РХХ – 38,96 л/100 км и 4,49 л/100.

Таким образом, результаты оценки эксплуатационных показателей дизельной автотракторной техники свидетельствуют о преимуществах (за исключением дымнос-ти) экспериментального РХХ по сравнению с типовым РХХ. Однако, как показывают эксперименты, если на ТНВД установить ограничитель хода рейки и не будет «заброса» рейки на такте разгона экспериментального РХХ, то дымность будет соответствовать значениям типового РХХ.

г) бензиновые двигатели УМЗ-414 и ЗМЗ-402 (4Ч 9,2/9,2) с карбюратором К-151

Перед началом исследований была выполнена перерегулировка карбюратора К-151 на показатели двигателя УМЗ-414 путем установки жиклеров с различной пропускной способностью.

Результаты лабораторных исследований показывают на возможность изменения пропускной способности выходного канала СХХ карбюратора, перекрываемого электропневматическим клапаном ЭПХХ, с 20,86 см3/мин (длительность управляющего импульса 10 мс и пауза между импульсами 400 мс) до 55,3 см3/мин (длительность 400 мс и пауза 10 мс) путем изменения параметров управляющих импульсов.

Для обеспечения наиболее экономичной работы двигателя УМЗ-414 на минимальной частоте вращения к.в. 550 мин-1 экспериментального РХХ были выбраны параметры управляющих импульсов с длительностью 150 мс и паузой 100 мс.

Результаты микрометража деталей двигателя УМЗ-414 показали, что по сравнению с типовым режимом на экспериментальном РХХ среднесуммарный износ гильз цилиндров уменьшается на 15%, коренных и шатунных шеек к.в. соответственно на 18% и 10%, поршней на 20%, поршневых колец на 38%, коренных вкладышей на 25%, шатунных вкладышей на 48% (рис. 11). Снижение среднесуммарного износа двигателя УМЗ-414 на экспериментальном РХХ можно объяснить пониженной частотой вращения к.в. (550 мин-1) и уменьшением числа ходов поршней по сравнению с типовым режимом на минимальной частоте вращения (800 мин-1). На экспериментальном РХХ, за счет более точного дозирования топливовоздушной смеси с помощью САУ, двигатель работает стабильнее и устойчивее (отклонение по частоте вращения к.в. не превышает ± 15 мин-1).

Работа двигателя УМЗ-414 в течение 100

4 часов на экспериментальном РХХ (n = 550 мин-1) позволяет также по сравнению с типовым РХХ (n = 800 мин-1) существенно уменьшить массу нагароотложений на деталях: на днище поршня – 35%, свечах зажигания– 31% (рис. 12). Пропускная способность главных топливных и воздушных жиклеров карбюратора повышается соответственно на 5%, 4%, 2%, 6%, 1%, 2% (рис. 13), что свидетельствует об уменьшении лаковых отложений на жиклерах при работе двигателя в экспериментальном РХХ.

а) б)

в) г)

ТРХХ – типовой РХХ; ЭРХХ – экспериментальный РХХ

Рисунок 11 – Среднесуммарный износ деталей двигателя УМЗ-414

на типовом и экспериментальном режимах холостого хода:

а) цилиндры; б) поршни; в) шатунные шейки; г) коренные шейки

а) б)

Рисунок 12 – Масса нагароотложений на деталях двигателя УМЗ-414:

а) днище поршня; б) электроды свечей зажигания

а) главные топливные жиклеры б) главные воздушные жиклеры

Рисунок 13 – Пропускная способность жиклеров (см3/мин): а) главные топливные

жиклеры 1 и 2 камеры; б) главные воздушные жиклеры 1 и 2 камеры

Качественный анализ моторного масла М-8-В1 показал, что основные параметры (вязкость, температура вспышки в закрытом тигле, щелочное число, зольность) при работе двигателя УМЗ-414 на экспериментальном РХХХ изменяются незначительно и остаются в пределах нормы.

В зависимости от частоты вращения к.в. двигателя УМЗ-414 на экспериментальном РХХ концентрация оксида углерода в отработавших газах снижается на 82% (550 мин-1) и 75% (800 мин-1) по сравнению с аналогичными скоростными режимами типового РХХ.

У двигателя ЗМЗ-402 в составе автомобиля ГАЗ-33021 с контактной системой зажигания при одинаковой частоте вращения к.в. происходит снижение часового расхода топлива на экспериментальном РХХ в среднем на 8%; у двигателя с бесконтактной системой зажигания – на 22% по сравнению с типовым РХХ (рис. 14).

а) контактная система зажигания

б) бесконтактная система зажигания

ТРХХ – типовой РХХ; ЭРХХ – экспериментальный РХХ

Рисунок 14 – Изменение часового расхода топлива двигателя ЗМЗ-402 на холостом ходу

Эксплуатационные исследования разработанной САУ на автомобиле ГАЗ-33021 показали на практическую возможность снижения у двигателя минимальной частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу до 550 мин-1 и уменьшение путевого расхода топлива на 1,1%.

д) бензиновый двигатель ВАЗ-2103 с карбюратором ДААЗ-2107

Результаты лабораторных исследований показывают на возможность изменения пропускной способности топливного жиклера СХХ карбюратора ДААЗ-2107, перекрываемого электромагнитным клапаном ЭПХХ, с 16,7 см3/мин (длительность управляющего импульса 7 мс и пауза между импульсами 325 мс) до 57 см3/мин (длительность 700 мс и пауза 25 мс) путем изменения параметров управляющих импульсов.

Для стабильной работы двигателя ВАЗ-2103 (оснащенного бесконтактной системой зажигания) в составе автомобиля ВАЗ-21061 на минимальной частоте вращения к.в. 650 мин-1 экспериментального РХХ были выбраны параметры управляющих импульсов с длительностью 200 мс и паузой 100 мс, обеспечивающие наименьший расход топлива и лучшие экологические показатели. На экспериментальном РХХ, по сравнению с типовым РХХ, часовой расход топлива и содержание оксида углерода снижаются соответственно на 14 % и 18 % при работе двигателя на одинаковой частоте вращения к.в. 650 мин-1 (рис. 15).

а) часовой расход топлива

б) содержание оксида углерода