Дизели типа Д49 прошли всестороннюю длительную доводку на
экспериментальных стендах и в эксплуатации. Широкие исследования,
проведенные заводом в содружестве с рядом институтов, позволили получить
характеристики дизелей типа Д49, отвечающие требованиям, предъявляемым к
тепловозным двигателям.
Изменения отдельных параметров дизелей при работе по эксплуатационной
характеристике приведены на рис. 101—103. Эксплуатационная
характеристика должна обеспечивать приблизительно равномерный прирост
мощности по позициям контроллера, располагаться в области наибольшей
экономичности дизеля, иметь необходимый запас мощности на малых и
средних частотах вращения коленчатого вала. Для дизелей среднего и
высокого форсирования выполнение этих общих требований связано с
необходимостью повышения воздушного заряда на долевых частотах вращения
коленчатого вала (под долевой частотой понимается неноминальная частота
вращения). Этого можно добиться за счет повышения коэффициента
наполнения цилиндров и настройки турбокомпрессора.
Так, у дизелей 12ЧН 26/26 для этой цели применена импульсно-эжекционная
система выпуска. Для дизелей 16ЧН 26/26, имеющих изобарную систему
выпуска, задача повышения коэффициента наполнения решалась за счет
снижения пульсации давления газов в выпускном коллекторе путем подбора
его внутреннего диаметра и соответствующего уточнения фаз
газораспределения. Сравнение осциллограмм давлений газа в коллекторах
диаметром 0,15 и 0,183 м показало, что размах колебаний снизился в
последнем в 1,8 раза. Это позволило уменьшить коэффициент остаточных
газов в цилиндре и повысить коэффициент наполнения во всей
эксплуатационной области режимов работы дизеля.
Увеличение расхода воздуха через двигатель на долевых частотах за счет
увеличения коэффициентов наполнения и продувки приводит к повышению
мощности турбины на этих режимах и росту давления наддува, т. е.
массовый заряд воздуха увеличивается. С учетом этого фактора для дизеля
1А-5Д49 было выбрано перекрытие клапанов 90° поворота коленчатого вала
(п. к. в.). Дополнительно повышение воздушного заряда в ци-линдрах на
долевых частотах вращения для двигателя 1А-5Д49 было достигнуто за счет
форсирования турбокомпрессора по давлению наддува до 0,23—0,25 МПа и
смещения области его максимального к. п. д. в диапазон частот вращения
коленчатого вала 1000—1100 об/ми н.
Таким образом, доводочные работы, проведенные на дизелях 16ЧН 26/26 с
эффективной мощностью 2250 кВт, позволили выполнить требования,
предъявляемые к тепловозному дизелю по уровню мощности на
эксплуатационных режимах при равномерной разбивке частоты вращения по
позициям контроллера.
Как показали исследования, проведенные на дизелях
16ЧН 26/26, Nc = 2940 кВт (2-5Д49) и 20ЧН 26/26, Ne =
=з 4400 кВт (1Д49), на двигателях с форсированием по среднему
эффективному давлению более 1,47*10000 МПа не удается добиться при
работе в зоне оптимальной экономичности равномерного прироста мощности
дизеля с увеличением частоты вращения коленчатого вала, т. е. повышение
форсирования дизеля приводит к тому, что скоростная характеристика его
оптимальной экономичности приближается к параболической (см. рис. 103).
Анализ совместной работы форсированных дизелей и агрегатов наддува
показывает следующее. При работе совместно с дизелем в случае снижения
частоты вращения коленчатого вала почти пропорционально ее изменению
уменьшается расход газа через турбину турбокомпрессора (рис. 104). В
результате снижается мощность турбины и частота вращения ротора
турбокомпрессора, что приводит к уменьшению давления наддува, увеличению
расхода топлива, температуры и дымности выпускных газов. Чем выше
степень форсирования дизеля, тем это отрицательное явление проявляется
заметнее, что и служит причиной изменения скоростной экономической
характеристики дизеля.
Такие явления, вызванные применением в системе воздухо-снабжения
турбокомпрессора, не связанного механически с коленчатым валом, присущи
всем четырехтактным и двухтактным дизелям. Однако в двухтактных они
проявляются менее заметно, что объясняется большими значениями
коэффициента продувки, чем у четырехтактных дизелей. Это приводит к
меньшему изменению расхода газа через турбину с уменьшением частоты
вращения коленчатого вала дизеля. Для обеспечения пропорционального
роста мощности дизеля по позициям контроллера машиниста при работе по
скоростной экономической характеристике для форсированных дизелей 2-5Д49
и 1Д49 была введена неравномерная разбивка частоты вращения по позициям
контроллера путем изменений в регуляторе частоты вращения и системе
регу-лирования мощности тепловоза. На рис. 105 показана область
эксплуатационных режимов и эксплуатационная характеристика дизеля 20ЧН
26/26 (1Д49), которая реализована на тепловозе ТЭП75.
Для улучшения эксплуатационных качеств тепловозов ТЭП70 и ТЭП75 была
введена дополнительно маневровая позиция при минимальной частоте
вращения вала дизеля (330— 350 об/мин). При этом на 1-й рабочей позиции
контроллера (для 2-5Д49 — 550 об/мин, для 1Д49 — 620 об/мин) мощность
дизеля выше, чем на 1-й маневровой позиции. Это позволяет улучшить режим
трогания тепловоза, так как мощность дизеля, связанная с ограничением
скорости при подходе тепловоза к составу, реализована на 1-й маневровой
позиции.
Выбор частоты вращения коленчатого вала дизеля на 1-й рабочей позиции
определялся степенью приближения эксплуатационной характеристики к
экономической и улучшением качества переходных процессов дизеля, что
будет рассмотрено ниже. С увеличением форсирования дизеля оптимальная
частота вращения на 1-й рабочей позиции смещается в сторону ее
повышения. В этом случае целесообразно, введение позиции второго
холостого хода на частоте вращения 1-й рабочей позиции контроллера.
Ступенчатая неравномерная разбивка частоты вращения вала дизеля по
позициям, реализованная при малых изменениях существующих конструкций
элементов дизеля и тепло-воза, может быть заменена бесступенчатым
управлением частотой вращения дизеля. В этом случае требуется разработка
новых элементов управления.
Таким образом, на всех модификациях дизелей Д49 за счет отработки
рабочего процесса и рационального распределения частоты вращения удалось
реализовать требуемую мощность по позициям контроллера машиниста при
работе дизеля по скоростной экономической характеристике.