2. Эксплуатационная экономичность дизелей типа
Д49
Работа дизелей на тепловозе отличается широким спектром эксплуатационных
режимов при относительно низком коэффициенте использования мощности
(низкой средней эксплуатационной мощности). В связи с этим для получения
высокой эксплуатационной экономичности дизеля необходимо иметь пологое
протекание его расходной топливной характеристики в широком диапазоне
эксплуатационных режимов.
Расширение диапазона, экономической работы дизелей Д49 решалось за счет:
1) увеличения воздушного заряда в цилиндрах;
2) более эффективного сжигания топлива при малом воздушном заряде в
цилиндре (малом коэффициенте избытка воздуха);
3) повышения механического коэффициента полезного действия двигателя;
4) отключения части цилиндров при работе на холостом ходу.
Применение тех или иных путей повышения экономичности
для различных модификаций дизелей типа Д49 зависело от их уровня
форсирования и условий работы на тепловозе. Для малофорсированных
дизелей 8ЧН 26/26, применяемых на тепловозах <с гидропередачей,
улучшение эксплуатационной экономичности велось путем подбора топливной
аппаратуры, степени сжатия, настройки турбокомпрессора и снижения
минимальной частоты вращения холостого хода. Так, например,
совершенствуя гидравлическую характеристику форсунки (изменено отверстие
распылителя за иглой с 0,003 м до 0,0018 м), удалось уменьшить удельный
расход топлива при работе по характеристике гидротрансформатора на
режимах n <= 0,85nном до 18,88-10-10
кг/Дж (рис. 106).
Уменьшение частоты вращения холостого хода с 400 до 300 об/мин позволило
снизить часовой расход топлива при рабочих температурах масла на 13 %.
При этом применение механизма отключения части цилиндров позволило
обеспечить устойчивую работу дизеля без разжижения масла топливом.
Экономичность дизеля при его работе на холостом ходу может быть
существенно повышена исключением переохлаждения масла (рис. 107).
Уменьшение температуры масла с 70 до 55 °С приводит к росту часового
расхода топлива на 16 %.
Работы по выбору формы камеры сгорания проводились
заводом совместно с ЦНИДИ и велись в направлениях повышения концентрации
свежего заряда в зоне топливного факела путем удаления его из «мертвых»
зон и создания в камере сгорания направленного движения заряда.
Одновременно уточнялись параметры регулирования дизелей и элементов
топливной аппаратуры.
В результате проведенных работ внедрение поршня с новой формой камеры
сгорания позволило получить повышение экономичности дизелей на долевых
частотах вращения коленчатого вала на 4 %. Для дизелей 1А-5Д49
эксплуатационная экономичность от введения новых поршней возросла на 3,5
%.
Для высокофорсированных дизелей 2-5Д49 и особенно 1Д49, предназначенных
для работы с электропередачей, в дополнение к вышеперечисленным
мероприятиям доводка рабочего процесса на режиме номинальной мощности
велась также исходя из необходимости ограничения тепловой и механической
напряженности.
На экспериментальной индикаторной диаграмме рабочего процесса дизеля
1Д49 (рис. 108) показаны также зависимости температуры газов в цилиндре,
коэффициента тепловыделения и скорости
тепловыделения от угла поворота коленчатого вала. Из рисунка видно, что
обеспечена относительно низкая скорость нарастания давления.
Максимальная температура газов в цилиндре не превосходит 1630 °С, а
давление сгорания 12,75 МПа. Такой характер рабочего процесса был
получен проведением ряда мероприятий, главным из которых явилась
установка двухступенчатого наддува с охлаждением воздуха после каждой
ступени. Основное преимущество такой системы — высокий коэффициент
полезного действия, который достигается благодаря снижению окружных
скоростей колеса компрессора (снижение гидравлических потерь в колесе
при уменьшении чисел Маха) и приближению процесса сжатия к
изотермическому при установке холодильника воздуха между ступенями.
В результате доводочных испытаний к. п. д. системы воздухо-снабжения
дизеля 1Д49, подсчитанный по параметрам воздуха в ресивере, составлял
61—62 %. Это позволило получить соотношение давлений в ресивере и
коллекторе на уровне 1,27 в широком диапазоне нагрузок, что создало
хорошие условия для продувки цилиндров (см. рис. 105). Высокий к. п. д.
системы возду-хоснабжения позволил относительно снизить теплоотводы в
холодный контур охлаждения и давление наддувочного воздуха, необходимое
для ведения рабочего процесса. Таким образом, обеспечение продувки
цилиндров и относительное снижение давления наддува позволили получить
хорошие показатели по тепловой и механической напряженности дизеля 1Д49.
Одновременно с доводкой процесса велись работы по снижению дымности
выпуска. На рис. 109 показано изменение дымности выпуска дизелем 1А-5Д49
при работе его по эксплуатационной характеристике с двумя вариантами
поршней. Как видно из рисунка, дымность выпуска при измененной камере
сгорания и соответствующих регулировках на установившихся режимах
снизилась в 3—3,5 раза.