Режим пуску двигуна

Вивчення процесу пуску дизеля представляє особливий інтерес з наступних причин: необхідно забезпечити безвідмовний пуск двигунів в будь-яких умовах експлуатації; при пуску часто відбуваються аварії; спостерігається підвищене зношування особливо найбільш навантажених деталей КШМ, істотні зміни чинників, що визначають протікання робочого процесу і надійність деталей і вузлів.

Весь процес пуску (виключаючи підготовчі етапи – прокачування систем, прогрівання дизеля і т.п.) можна розділити на чотири фази:

– розкручування дизеля до появи спалахів палива;

– розгін дизеля на паливі до вступу до дії регулятора частоти обертання (характеризується положенням рейки ПНВТ на упорі);

– розгін дизеля на паливі, з одночасним зменшенням палива при відході від упору до положення, відповідного цикловій подачі палива на холостому ході;

– прогрів дизеля з відносно малою зміною швидкісного режиму і параметрів робочого процесу.

Загальна тривалість процесу пуску .

У таблиці 6.1 як приклад представлена тривалість фаз процесу пуску електростартером дизеля ЯМЗ-238 залежно від початкової температури стінок камери згорання і початкової подачі палива. При холодному пуску початкова температура стінок =20°С, при гарячому пуску =120…130°С, початкова подача палива приведена у відносних одиницях від номінальної .

Таблиця 6.1. Характеристики пуску дизеля ЯМЗ-238

Пуск						Число циклів до початку переміщення рейки
Тривалість фаз пуску, с
Холодний	0,75		3,9	1,3
Холодний	1,0	0,95	2,0	2,1
Холодний	1,1	0,85	1,55	1,0
Гарячий	1,0	0,6	1,2	1,0

Тривалість першої фази залежить в основному від наявності і стану мастила на поверхнях, що труться, деталей кривошипно-шатунного механізму, їх температурного стану, параметрів повітря на впусканні і величини циклової подачі палива.

Друга фаза характеризується роботою дизеля на паливі при положенні рейки ПНВТ на упорі і інтенсивному зростанні частоти обертання колінчастого валу. У цей період, особливо в початковій його стадії, спостерігається найбільше порушення робочого процесу. Це зв’язано, в першу чергу, з малою початковою частотою обертання колінчастого валу, великою інтенсивністю його зростання, низьким рівнем температури стінок. Мала частота на початку другої фази (від 6 до 20% від номінальної залежно від типу дизеля) визначає наступні особливості процесів:

1. Порушується характер подачі палива, а саме: подача млява, подрібнена, розтягнута в часі, при відносно малому тиску палива і відсутності чіткого підйому і посадки голки форсунки. Неякісне розпилювання палива і мала інтенсивність руху повітря в циліндрі визначають незадовільне сумішеутворення в перших циклах;

2. Низьке значення температури () і тиску () повітря в кінці стиснення (у перших циклах на 30…40% менше номінального значення) пояснюється підвищеними витоками робочого тіла через нещільність і втратами теплоти з циліндра. Втрати заряду, ступінь зміни параметрів робочого тіла залежно від визначаються конструктивними особливостями деталей циліндропоршневої групи і ступенем їх зношеності, властивостями матеріалу, з якого вони виготовлені, ступенем стиснення, умовами прокрутки дизеля (наприклад, температурою стінок циліндрів, наявністю на поверхнях, що труться, шару масла, властивостями масла, температурою навколишнього середовища і т.п.).

Для перших циклів з низькими значеннями () і (), неякісному сумішоутворенню характерні найбільші значення періодів затримки займання палива, що іноді перевищують тривалість його подачі. Швидкість наростання тиску газів (), що характеризує жорсткість роботи двигуна, може в 10…15 разів перевищувати номінальне значення, а максимальний тиск циклу – в 1,5...2,0 рази.

Найбільші значення цих параметрів спостерігаються при пуску двигуна стислим повітрям (впливає охолоджуючий ефект) і після циклів з пропуском займання палива. Останнє має місце з наступної причини. Паливна апаратура при малих пускових кутових швидкостях колінчастого валу не забезпечує достатньо якісної подачі палива. Якщо тиск в лінії нагнітання паливної системи рівний нулю (типово для передпускового стану двигуна), в перших робочих циклах після включення подачі палива можливі її пропуски або подачі меншої (щодо корисного ходу плунжера) кількості палива. Це пов’язано з тим, що корисний хід плунжера (повністю або частково) витрачається на створення початкового тиску палива в лінії нагнітання. Відносно мала щільність свіжого заряду сприяє збільшенню далекобійності факела палива, що розпилюється, і, отже, можливості його попадання на стінки камери згорання.

При відносно малих кількостях палива воно може не загорітися із-за недостатньої концентрації його пари в робочій суміші і часткового збереження в циліндрі до наступного циклу паливоподачі. Для підвищення надійності пуску в деяких типах дизелів його здійснюють при циклових подачах, що перевищують в 2...3 разу номінальні значення. Це дозволило збільшити кількість пари палива і, отже, підвищити вірогідність отримання необхідної для займання концентрації пари в робочій суміші.

У міру стабілізації робочого циклу і прогрівання стінок циліндрів в процесі розгону (третя фаза) зростає кутове прискорення, спостерігається закидання частоти обертання колінчастого валу, а потім – відносно різке короткочасне відсічення регулятором циклової подачі палива, відповідної режиму холостого ходу.

На рис. 6.18 представлені характеристики зміни деяких показників робочого процесу в циліндрі при пуску комбінованого двигуна 6ЧН15/18 при температурі навколишнього середовища 15°С з непрогрітого стану і після передпускового прогріву.

Прогрів не тільки скорочує період затримки займання палива (знижує жорсткість роботи дизеля ), але і впливає на характер переміщення рейки паливного насоса . Відмінності в переміщеннях рейки викликані зміною сили тертя в з’єднаннях регулятор–рейки, обумовлених впливом в’язкості змащувального масла.

1 – без прогріву (холодний);

2 – з прогрівом (гарячий);

3 – номінальне значення параметра

Рис. 6.18. Зміна параметрів двигуна 6ЧН/15/18 при пуску ( = 185 кВт, = 1500 об/мни) при = 15°С

Прогрів двигуна виконують поступовим і плавним збільшенням навантаження. Він триває до моменту стабілізації значень всіх параметрів стану дизеля, відповідних заданому кінцевому режиму роботи. Інтенсивність прогрівання для кожного типу двигуна встановлюється, виходячи з допустимої додаткової температурної напруги в деталях двигуна, що виникають в цей період.

Зупинку швидкохідних двигунів здійснюють виключенням циклової подачі палива. Перед зупинкою мало- і середньоборотних дизелів їх навантаження зменшують поступово для виключення появи додаткової теплової напруги в деталях двигуна.

В процесі пуску дизеля вельми висока інтенсивність зношування деталей циліндропоршневої групи. В основному це обумовлено порушенням мастила поверхонь, що труться, особливо в початкових фазах процесу пуску, у зв’язку із затримкою надходження масла до пар тертя. Інтенсивність зношування в значній мірі визначається початковим тепловим станом силової установки. При холодному пуску, до нормалізації робочого процесу і прогріву двигуна, незгоріле паливо осідає на стінках циліндра і проникає в картер. Розрідження масла паливом знижує в’язкість масла і викликає інтенсивне механічне зношування. Підвищене зношування деталей має місце з початку пуску до повного прогріву дизеля.

Значною мірою на інтенсивність зношування деталей циліндропоршневої групи впливають висока жорсткість робочого процесу і підвищені значення, особливо в початкових фазах пуску. Крім того, ступінь зношування залежить і від температури навколишнього середовища і температури рідини, що охолоджує циліндри (). Так, при зміні температури навколишнього середовища від +25 до –35°С спостерігається зростання інтенсивності зношування вкладишів підшипників колінчастого валу на 60%. Із зміною режиму охолоджування циліндрів (при збільшенні температури з 55 до 105°С) має місце зменшення швидкості зносу на 30%. Характер зміни інтенсивності зносу деталей в ході пуску дизеля представлений на рис. 6.19.

, – фази пуску дизеля

Рис. 6.19. Зміна інтенсивності зносу в процесі пуску

Численними експериментальними дослідженнями встановлено, що зношування дизеля за один пуск рівноцінно роботі його під навантаженням в нормальних умовах протягом декількох годин.

Поліпшення пускових властивостей дизелів можливе за рахунок підвищення ступеня стиснення, вибору оптимальної конструкції камери згорання, установки свічок розжарювання, устаткування дизеля системою попереднього прогріву (гарячою водою, факельною на впускові, випускними газами допоміжного дизеля і т.п.), збільшення циклової подачі палива (у 1,5…2 разу циклову подачу, що перевищує, на номінальному режимі), добавок до палива летючих легкозаймистих присадок і т.д.