автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Интенсификация процесса подачи топлива в дизеле



#

На правах рукописи Зубченко Владимир Александрович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЕ

Специальность 05.04.02 - тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ВОЛГОГРАД -1998

Работа выполнена на кафедре "Автотракторные двигатели" Волгоградского государственного технического университета.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор СЛАВУЦКИИ в.м.•

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент ШЩВ А.М,

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор КРИВОВ В.Г. ■ •■-•-"■ • •

кандидат технических наук КАЛЫШ В.В.

Ведущее предприятие: АО "Волгоградский моторный завод"

Защита диссертации состоится " " и«>*з 1998 года в часов на заседании диссертационного совета К 063.76.02 в Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400066, г. Волгоград, проспект В.И. Ленина, 28.

С диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан " н»9 1998 года.

Ученый секретарь диссертационнго совета

Оюгив В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тс-;д. Показатели быстроходных трзнппорттх дизелей в значительной каре определяются совершенство?,! систеиз топлявоподачл. .

Традиционная топливоподащая аппаратура дизелей сйсэдает радом серьезных недостатков, которые в частности, затркзгяют ортгазовать качественный процесс смесеобразования при частичных нагрузках и на репгмэ максимального крутящего момента дизеля. Еря форсировании дизелей эти недостатки топливных с™стея усугубляются, особенно, если литровая мощность двигателя повжзается только за счёт увеличения цикловой подачи топлива Сзз повышения скоростного рекма. Трудности форсирования д-.гагэз„ кроме того, связаны с увеличением продолжительности впрыскиггшя топлива.

В настоящее время наметилась тенденция к повышении давлзппЗ в топливных системах до 100 и более !,Ша при одгювреггэппгм со1фбщвннп продолгательности впраскивания тотшва. Это говори? ой актуальности разработки и исследования методов, позволяем: интенсифицировать процесс топлпвоподачи в дизелях.

Цель работы. Исследование Еозг.гопгостей" использования метода интенсифжгцгга процесса топливоиодачи, основанного на удвоения скорости вращения вала топливного насоса.

Научная новизна. Разработан метод гидродинамического расчета процесса подачи топлива в система с удвоенной скоростью вращения вала насоса и перепуском часта топлива в полость низкого давления.

Получены расчетные зависимости влияния частоты вращения валз насоса на основные показатели процесса впрыскивания топлива. Лаз расчетный анализ методов форсирования систекы по цикловой подаче.

Методы исследования. Численный эксперимент на основе математических моделей и программного когяхлекса. Экспериментальные исследования на стендах для испытания топлееноЗ аппаратуры двигателей с использованием современного* измерительного оборудования.

Объект исслэдсввкия. Тошнвоподадаая система с насосом УТН-5_. Тракторный дизель Д-144. . 4

Практическая ценность. Создана топливоподакщая састема, позволяющая заметно повысить давление п сократить

продолжительность впрыскивания топлива и обеспечивающая улучазние мощностных и экономических, показателей дизеля.

Реализация работа. Разработанные математические модели- и программы реализовали на современной- вычислительно® технике л использ!/Ются в учебном процессе при изучении курсов: "Теория рабочих процессов в тепловых двигателях", "Системы порпщьвш: ДВС". Материалы диссертации включены в учебное пособие: "Интенсификация процесса подачи топлива в дизеле", 1997 г.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 5-м научно-практическом семинаре (Владимир, 1995- г.), на 32, 33, 34 и 35. ежегодных научных конференциях ВолгГТУ в 1955, 199В, 1997 и 19Э8 годах и на . научных семинарах кафедры ."Автотракторные двигатели". - ■

Публикации. По теме - диссертации опубликовано .весть пзчатшх работ, изданы учебное пособие и два католических указания.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения, четырех. глав, общих выводов и списка использозанной литературы. Содержит 200 страниц мащнописного текста, 62 писунка и 12 таблиц. Слисок использованной литературы, включает 90 наименований, в том числе 9 на иностранно:™"языке.

На заздгау выносятся следуквде о.сновные полоаенкя диссертации:

1) метод гидродинамического расчета топливной системы с перепуском части топлива в полость низкого давления;

2) преобладаете"фактора сжатия топлива б объемах системы, сбьяснящего уменьшение цикловой подачи при повышении скорости вращения вала насоса; . ,-.

3) повышенна давления и сокращение продолжительности впрыскивания топлива, -улучшение ыощностных и экономических показателей дизеля при удвоенной скорости вращения вала насоса;

4) исключение подБпрыскивания. топлива путем ч изменения конструктивных и регулировочных параметров системы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Бо введении обосновывается актуальность теш, приводится общая характеристика работы.

В первой главе анализируется г^эгоды интенсификации процесса

подачи топлива з дизеле-.

Тенденция к говшзшп» давления Епрнсгшваняя является • определяющей для ряда задаст* зарубегшпс .фарм, производящих топливную аппаратуру для среднеоборотных и быстроходных дизелей. По данпш этих фирм, вкпускаэкне ими насосы обеспечивают давление вщкскпзания 130...150 ?Ша.

Общеизвестным способом иктенс1ф*к8.ции процесса подачи топлива, то есть повышения давления и сокращения продолжительности впрыскивания является увеличение объемной скорости плунжера. Для этого увеличивают диаметр или скорость плушсора.

ЗГвзлкчвпие дяа?.»тра плуягерз является наиболее эффективным' и простим способом зштеяск^аззцан процесса подачи» однако при этом увелнчпваетск объем иадаупзеряого пространства, то ость объем, з кстсрг-м <ягзгг.втся тсгюто. Это при определенном диаметре плунжера зензтно угиньсеет г-55зкт говкввния давления впрыскивания. Кроме того, из-за укзныккгя активного хода плунжера при увеличении его дигаетра растет неравномерность подачи топлива, особенно на рекэгах частичка нагрузок. Поэтому, наиболее' рациональной считается пят&йск$зкзйия процесса тояжеоюдачи путем увеличения-скорости плузкгрэ. Этот способ позволяет достичь того :<:э аффекта при нвньпк нагрузках в механиз.«» пр:шода плунжера.

Особого ■гвжшх заслуживает сравнительный расчетный анализ способов поеьеюккя давлений впраскпваг-зш топлива, вшзшсйннкй проф. Л.Н. Годубкошя. Проведенный анализ показал, что наиболее эффективным методом ивтеяш$акации процесса подачи топлива в доеле является увеличение скорости плунжера, что достигается-удзсвнаем углорс-й скорости вращения кулачкового вала насоса. Гак, иог..гэние среднего давления впрыскивания составило 40%.

В МАЛИ совместно с ПО "Дтаельаппзратурз", КДУЛЗсм и 1Ш5! проведена работа по созданию топленой системы с насосом, дощвм - удвоенную скорость вращения вала, применительно к перспективным дизеле КАМАЗ.

Спыткоя система, будучи установленной на одношлиндрошй двигатель, обеспечила показатели его, полученные при оптимальных параметрах впрыскивания о управляв?«)» топливной системой. Этот факт убедительно доказывает эффективность метода удпоеняя

скорости вала насоса. Система предусматривает использование топливного нзсоса с количеством секций в 2 раза меньшим числа циликдроз, та есть каждая секция насоса обеспечивает подачу топлива в 2 цилиндра. Поэтому система дополнена золотниковым распределителем.

В нашем случае объектом исследований является топливоподащая система, созданная на базе нироко распространенного насоса высокого . давления УТН-5. Предусматривается использование 4-х плунжерного рядного насоса для 4-х цилиндрового дизеля. Это исключает необходимость применения распределительного устройства (золотника). При таком методе топливоподачи требуется создание системы, обеспечивающей перепуск топлива в линию низкого давления ео время дополнительного хода плунжера,' что искажает процесса в

системе и требует уточнения методики гидродинамических расчетов.

Предполагаемое использование опытной системы на быстроходных' дизелях, форсированных путем налдувз, саягако с изучением процессов впрыскивания при увеличенных цикловых подачах топлива. ■ таким образом, считаем' обоснованными следующие •-•снозние

п О ТГ^Т-Т/ ТТЛО Пй ТТГ\Г)С11ГГ»а ■

1.Создание тошшекой системы с удвоенной скоростью вращения вала насоса и перепуском, топлива б полость низкого давления.

2. Уточнение метода гидродинамического расчета процесса Т0ПЛ2В0П0Д2ЧК

3. Исследование особенностей процесса впрыскивания топлива при повышении скорости вращени вала топливного насоса.

4. Изучение процесса' впрыскивания, топлива при .удвоенной ( скорости вращения вала насоса.

5. Исследование возможностей форсирования тодливоподалцей систеш по цикловой подаче.

6. Экспериментальное исследование дизеля при удвоенной частоте вращения вала топливного насоса.

Вторая глава посвящена описанию метода гидродинамического расчета процесса впрыскивания топлива.

За основу был принят мзтод гидродинамического расчета процесса подачи топлива, разработанный проф. Астаховы?.! К.В. и развитый е работах л.Н. ГолубкоЕэ, A.C. Хачияна, Б.В. Павлова,

АЛ!. Исаева, Ю.Я. Фомина, Т.®. Кузнецова, В.И. Трусова и др.

Специфика конструкции традиционных сис.тем тсплиЕОГОдачи такова, что движение тошшва в нагнетательном трубопроводе можно описывать уравнениями теория -гидродинамического удара, предугаганнши Н.Е, Жуковским, из которых могет быть получено волновое уравнение. Эти уравнения в основном описывают характер движения топлива в нагнетательном трубопроводе. Количественное же значение импульса давления и характер его изменения определяются из уравнений граничных и начальных условий в различных сечениях топливопровода.

Для сдоппк граничных условий и единичного импульса, характерных для топлквоподающей системы при гидравлическом ударе, решение систегяг уравнений Н.Е. Чуковского или волнового уравнения в общем Еиде .представляет4 собой совокупность двух бесконечных рядов (форма Далзмбера)

?=?о+?1 (t - -g-) - ^t +

+ рг{г - -§-] - + ͧ-]+"': • <I}

c = co + — hí-■-§-) ^t* + +

+ (f'-i-j + Е7г(* + J¥\ + ■••]' '

где 7,—и Fíjjt + - функции, характеризующие двикение nprasz и обратных волн вдоль топливопровода высокого давления.

В диссертации приводятся уравнения граничных услоияй у нас*-. -л п у форсунки и метод их. совместного решения с еолноеыми уравнениями (I), (2).

Были разработаны алгоритм' и программа расчета, учтены особенности, связанные со спецификой решаемых задач.

. Третья глава посвящена исследованию влияния частоты вращения вала топливного. насоса на показатели процесса 'впрыскивания топлива. "" ""

Особенность исследуемой систем топливоподачи (рис. I) заключается в том, что вал топливного насоса вращается со скоростью коленчатого вала. Позт&му в течение рабочего цикла

Рис. 1. Принципиальная схема системы подпитки нагнетательного трубопровода.

1 - плунжерная пара; Z - нагнетательный трубопровод: 9 - форбунка; 4 - полость низкого давления насоса; 5 — тодроиккумулятор в, в я. Об — соотпетстиепно, блок управления, геаерагЬр прямоугольных импульсов, блок задержки; 7 - перепускаой клапан 8 - датчик .подъема иглы форсунки 9 - рлеятрсмапшт клйппяо; 10 - усилитель иоптпостк И - кран режима полости низкого давления; 12 - крап рпжима пщроаккумулятора

дизеля в каждой секции топливного насоса (I) реализуется два хода плунжера. При этом дополнительный ход используется только для, заполнения нагнетательного трубопровода (2) топливом. При заполнении трубопровода впрыскивание топлива форсункой (3) исключается из-за перепуска части топлива в полость низкого давления (4). Изменяя количество перепускаемого топлива, удается получать разные начальные давления в нагнетательном тракте перед очередным циклом.

Электронная система управления (6) обеспечивает срабатывание перепускного электромагнитного клапана (7) в определенный момент и поддерживает _его в открытом состоянии нужное время, определяющее количество перепускаемого топлива, а следовательно, и давление в нагнетательном трубопроводе (2).

В качестве перепускного клапана (7) использован распылитель штифтовой форсунки, игла которого перемещается электромагнитом.

На основе разработанной методики гидродинамического расчета произведено математическое моделирование предлагаемой система. .Моделировался перепуск топлива в полость низкого давления. Клапан открывается только после посадки иглы Форсунки, поэтому для расчета принята схема с изменяющимся диаметром нагнетательного трубопровода. 3 этом случае нарушается характер течения и изменяется значение амплитуд волн давления. В месте изменения диаметра трубопровода оправляется новая величина амплитуда волны, идущей от места изменения диаметра к Фонетике.

При постоянстве, давления по сечению стыка двух трубопроводов уравнение неразрывности потока в этом сечении запишется так

Индексы 1 и 2 означают принадлежность параметров к трубопроводам с разными сечениями.

Совместное рассмотрение уравнений (I), (2), и (3) позволяет получить волноше уравнения;

(3)

Здесь ?2(Г) - волна, идущая от стыка двух сечений к перепускному клапану;

- —| - волна, подошедшая к стыку двух сечений от '

нвсоса;

-1Г2и>- отраженная волна, годопэдоя к стыку' двух сечений от перепускного клапана;

+ ——| - отракенная волна, идущая от стыка двух сечний

к насосу.

Волновые уравнения (4), (5) дополнены уравнением неразрывности движения топлива с учетом его сжимаемости в полости корпуса клапана \

йРм (ЗУ /~2 / '

где 7К - освобождаемый объем при подъеме иглы клапана;

- эффективное проходное сечение под запорным конусом иглы; , . •

с' - скорость тсшшза на входе в клапан (в выходном сечении трубопровода); ■

Рс - давление среды, в которую перепускается топливо из нагнетельной магистрали. . ' .

" В уравнешши (6) кроме давления топлива в полости распылителя, неизвестным является и скорость движения топлива на входе в клапан'с'. Поэтому уравнение (6), к ¡¡к обычно, решается совместно с волновыми уравнениями.

Кроме того, в уравнение (6) входят объем, освобождаемый иглой уж и эквивалентное проходное сечение под запорным конусом иглы /3М3, значения которых зависят от подъема иглы (V - =

Если подвижная часть перепускного клапана Тиглы распылителя) управляется катушкой, электродинамической системы (на схеме названо электромагнитом) и катушка с иглой связаны через упругие элементы, то в модель вводятся два уравнения второго порядка:

дифференциальное уравнение перемещения подвижной катушки.

. Мк Л " & дифференциальное уравнение перемещения иглы

' И «- -1

где Ь'к и Яд - касса тодвиигой катушки и иглы с подвижными элементам;

коэффициент гидродинамического трения подвижной катушки, определяемый из выражения . •

Я - 0.7ftcwpr-я-т- , (9)

где Dt, D2, ct1 , а2 - конструктивные размеры; v - кинематическая вязкость-топлива; ср -.кесткость соединения.катушки с иглой распылителя. Подтверждено влияние сжимаемости топлива на процесс впрыскивания при ггоЕышенйи частоты вращения вала насоса от 1000 об/мин (штатная система) до 2000 об/мин (опытная система). В рассматриваемом диапазоне повышения частоты вращения вала насоса доказано преобладание фактора сжатия топлива в объемах системы над фактором дросселирования, чем и объясняется уменьшение цикловой подачи от 71 мм3 (штатная система, п = 1000 об/мин) до 64 мм3 (опытная система, п = 2000 об/мин).

восстанавливать цикловую подачу, то есть доводить ее. до значений в • штатной системе удается . путем уменьшения объема штуцера насоса до 1.5 см3 (штатный объем 2.7 см3) и уменьшения-высоты подъема нагнетательного • клапана за счет увеличения жесткости, его пружины до 200 Н/см. Поясним, что. при повышении скоростного решма высота подъема нагнетательного клапана увеличивается. Повышение жесткости пружины позволяет восстановить высоту подъема. •

Объемная скорость подачи - топлива dQc/üp уменьшается. Увеличивается производительность насоса, то есть объёмная скорость подачи по времени c!Qc/dt, этим и объясняется яоЕыиение давления топлива в системе (рис.. 2.з). Здесь, для удобства

сравнения частота вращения- вала насоса штатной системы приведена к частоте вращения коленчатого ваяз -двигателя.

На номинальном скоростном режиме при невосстановленной цикловой подаче - 50.15 Ша; в штатной системе на том же режиме -только - 26 №1а. На рекиме максимального крутящего момента (п = 1400 об/мин для Дизеля Д - 144) давление впрыскивания Р^1 в штатной и опытной системах,' соответственно, составляют 16 Ша, 34 МПа (цикловая подача не восстановлена), 42 Ша (цикловая подача восстановлена).

Действительная продолжительность процесса ■ впрыскивания топлива, измеренная в градусах угла поворота коленчатого -вала, в штатной системе увеличивается, практически линейно, от 13.5 до-15.5 град, в диапазоне изменения частоты врашеняя коленчатого вала п от .1000 до 2000 об/мин. В' опытной системе .при восстановленной цикловой подаче фегп также линейно увеличивается от 8.5 до 14.8 град. (рис. 2.6). Восстановление цикловой подачи топлива- почти не влияет на действительную продолжительность впрыскивания при изменений частоты врзденкя коленчатого вала от 800 до 1700 ^об/мин. При п = 1800 об/мин отмечено заметное уменьшение действительной продолжительности впрыскивания <р до 12 град., на этом же уровне ф сохраняется при повышении частоты вращения коленчатого вала до 2000 об/мин (рис. 26).

Задержка действительного начала впрыскивания относительно геометрического по углу поворота коленчатого вала уменьшается, что означает увеличение угла опережения впрыскивания топлива.. Это е сочетании с большим'количеством'топлива, подаваемым за период задержки воспламенения, приводит к "жесткой" работе дизеля, что и было основанием уменьшать угол опережения при экспериментальном иссдедг)£>2нки дизеля.

Отношение среднего давления впрыскивания к максимальному опытная система с невосстановленной цикловой подачей обеспечивает равным 0.63 при частоте врааения коленчатого вала п = 800 об/мин. Такое же значение отношения рор/р^31 получено в штатной системе при п. = 1400, 1500 и 1600 об/мин. По этому показателю штатная система выгодно отличается от опытной. В последней это отношение в том же диапазоне изменения п составляет ^д ^ м ~ 1 т^РИ М2 ЧйСТО71 £7 ВРЗЩ-КИЯ К1^ НЧ Г; ТО Г— ЕйЛЗ В

РГ ЫПа 60.0

40.0

20.0

3 "у •

1

■тгптгги •ТТТТТГТТЧ "ГТТТТТТТ7" ■п 1 ГТ 1 Г 1 г -гт1 тш

400

(?екь град 24.0

ВОО

1200 , 1600

а)

2000 2400 И, об/иин

20.0 16.0 12.0

3.0 4.0

|

1 1

| з/

Г ГТТТТТ"

400

800 1200-б)

1600

2000 2400 п, сб/мии

Рис. 2. Влияние частоты вракеюм коленчатого вала дизеля на максимальное дзЕленкв Еорнсютаник (а) и

продолжительность впрыскивания <р (б): I - штатная

система «3„ =. 71 км ,); : .подача не восстановлена <?„ (цикловая подача восстановлена, С)

_ _ т.^оттап" _ а^лгт

опытная система (циклова 1

52 мм'-1): 3 - опытная система

71

мм");

опытной системе Р^р/Р**3^ гораздо выше, чем в штатной.

В четвертой гдпва приводятся ■ результаты исследования опытной топливной системы. Рассмотрены скоростные характеристики подачи топлива ц методы их корректирования. Исследованы различные методы форсирования системы по цикловой подаче. Смоделировано влияние начальных условий в нагнетательной магистрали на процесс впрыскивания. Для уменьшения нагруженном® привода плунжера обосновано уменьшение диаметра последнего с 8.5 до 8.0 мм.

Скоростные характеристики опытной системы с невосстановленной цикловой подачей -имеют болызую положительною коррекцию. При восстановлении цикловой подачи,' что достигается уменьшением объема штуцера и высоты подъема нагнетательного клапана, происходит ' уменьшение' положительной коррекции характеристик.. . .

.Уменьшена диаметра впускного отверстия гильзы привело только к значительному увеличению циклоеой подачи топлива на номинальном режиме (я = 2000 об/мин) (особенно при нагрузке 1002 и 90%). Характер кртых при этом практически не изменился. При нагрузках 759» И.50Х скоростные характеристики приобрели „падащнй" характер.

Дросселирование топлива во впускном окне гильзы ■ обеспечивает, кроме того, создание предварительного давления в линии ■ ■ нагнетания,' что как подтверждается и другими .исследователями! приводит к дальнейшему повышению интенсивности впрыскивания. Уменьшается при этом и величина остаточных объемов в нагнетательной магистрали.

' Превышение в опытной системе цикловой подачи Qc •= 80.4 км3 вызывает подвпрыскивание топлива. Расширить пределы форсирования' системы удается путем увеличения разгрузочного ' • хода ■ нагнетательного клапана, повышения давления начала подъема иглы форсунки И увеличения проходного сечения распылителя форсунки.

При увеличении разгрузочного хода клапана до 2.5 мм (против 1.8 мм в штатном, варианте) подвпрыскивание начинается при Qc > 104 мм". Продолжительность впрыскивания при этом 20.3 град., что равно продолжительности впрыскивания в штатной системе (£}0 = 71 мм*5). В случае разгрузочного хода нагнетательного клапана -2.5 мм подвпрыскиЕание наблюдаются при остаточном давлении-

Р0 > 1.14 Ша.

очень мало изменяются максимальные давления над плутай ром Р^ л Епрыскигания Р^1" с увеличением разгрузочного хода нагнетательного клапана. Однако, очень заметно возрастают максимальнее давления, особенно по мере увеличения цикловой подачи. Причем, в нерабочей зоне цикловой подачи, где наблвдаются подвпрнскивания, характер изменения максимальных давлений сохраняется. Это объясняется тем, что значения максимальных давлений фиксируется при первом (основном) впрыскивании.

Значительно . расширяются пределы • форсирования системы по цикловой подаче за счет увеличения эффективного проходного сечения распылителя (Ц/)р- Если ф/-)р = " 0.27 и,!2, то подвпрысхивание наблюдается при цикловой подаче £?0 > 90.4 км3,' а при (ц/)^ = 0.33 к,г - при > 145.1 иг3. Во всем рассматриваемом диапазоне изменения цикловых подач не отмечены подвприсгЕвания в случае с = 0.35 мм2. Форсирование до Рс = 122.6 мм3 не приводит к повызешпо'продолжительности впрыскивания (Фвпр = 19.53 град.), в штатной системе (<рвпр = 20 град.)

'ШдЕпршсп-зния начинается при начальных давлениях 1.46, 2.43, 4.1 Шз, что соответствует эффективным проходным сечениям распылителя 0.27, 0.30, 0.33 мм2. При = 0.35 мм2 в

нагнетательной; магистрали самое низкие начальное давление Р , чем г объясняется отсутствие подЕпрыскивзний.

Снижаются максимальные давления в системе по мере увеличения эффективного проходного сечения, распылителя (11/К,, особенно ато

»гпхлртл/а ттх.тхл'пп ттав лахтгга тэгтп лтгтгоогттгаг ТТг\ тте>«*д гтгс

(¡1/)р = 0.33 км? и цикловой подаче 120 мм3 максимальное давление впрыскивания составляет 50 Ша.

Широкий диапазон' изменения цикловых- подач и давлений впрыскивания,-реализуекых в опытной системе, позволяет подобрать при наддуве дизеля оптшальпое сочетание плотности заряда и диаметра сопловых отверстий. Это обеспечивает необходимую -пробивную способность факела и улучшает условия смесеобразования.

Гораздо меньше расширяется диапазон цикловых подач при форсировании системы в случае повышения давления начала подъема иглы форсунки Р^. Повышение Рфэ до 24 Ша, против 17.75 .ЧПа при

пттопшпй" г.*г\*лтттсигфотттггг птгптактт 'оигэгт'о опт тгоа ттт.гттотгггл туотто тгх.ттпт«А

ЫД А 1-1 АЬи/лМ •лн'илк Л к-. 1 1,1; ,14 . \jjl\j Л у ЦЦиЦЦ X ¿р ими ии

давления Р0. Уже при цикловой подаче Яс = 70.6 мм3 начальное давление ?с « 4.24 МПа. Критическое значение цикловой подачи, при которой еще нет подвпрыскивания, составляет 88.4 мм3, начальное давление Р0 = 4.21 МПз, а продолжительность впрыскивания <РШ = 17.23 град. Дальнейшее повышение Р^ до 27 МПа вызывает повышение начального давления Р0 и умешйение пределов форсирования системы по цикловой подаче до 85 мм". Подвпрыскивание начинается при = 98 мм3 и начальном давлении Р0 = 5.22. МПа. Критическое значение цикловой подачи составляет 85.8 мм", начальное давление - 4.94 МПа, а продолжительность впрыскивания -.16.29 град. Значение давления начала впрыскивания Рф = 2.7 МПа, при котором уменьшается эффект расширения пределов форсирования системы по цикловой подаче, следует считать предельным, тем более, что регулировка форсунок на более высокие давления всегда связана с , сокращением ресурса деталей распылителя. .

Особо следует выделить случай форсирования опытной системы с нагнетательным клапаном без разгружающего пояска, нагруженного пружиной малой жесткости. Профессором Урусовым В.И. (МАДИ) доказано возникновение после отсечки поддерживающей силы, действующей на клапан, и направленной против потока топлива. Наличием поддерживающей силы можно объяснить тот факт, что клапан без разгрузочного пояска, нагруженный пружиной малой жесткости, после начала отсечки, не закрывается под действием обратного потока, топлива, обеспечивает разгрузку нагнетательной магистрали и не повышает опасности подвпрыскивания.

Установлено, что скорость посадки клапана без разгрузочного пояска составляет примерно I м/с, против 4 м/с серийного грибкового клапана. В результате опытный клапан садится на гнездо значительно позже серийного, поэтому у штуцера насоса практически не образуется отраженная волна давления. - Кроме того, не происходит переразгрузки нагнетательной магистрали после завершения процесса подачи топлива. Отсутствие переразгрузки линии нагнетания объясняется меньшей в 2.5 раза высотой его подъема в сравнении с обычным клапаном, что подтверждается и нашими исследованиями. Напомним, что после отсечки при малой высоте подъема клапана, меньше топлива перетекает из'

нагнетательной полости насоса е передускнув.

Приведем сравнительные результаты расчета трех вариантов оштной систеш: с невосстановленной и восстановленной цикловой подачей, с невосстановленной цикловой подачей и уменьшенным диаметром впускного .отверстия гильзы до 1.5 мм. При форсировании систеш до критического значения цикловой подачи Qc = 82 мм3 расчеты производились о оСьг-шшг грибковым клапаном. Бри £?с > 82 мм3 - с клапаном без разгрузочного пояска. Увеличение цикловой подачи до Ш. ьм3 во всех вариантах систеш не вывивает подвпрыснивания топлива.

Таким образом, наилучшим вариантом оштной систеш, позволяющим форсироЕать ее по цикловой подаче, является система, комплектованная нагнетательным клапаном без разгрузочного пояска и нагруженным прукиной малой нвсткости.

Эксперименты показал!, что в оштной системе на. многих скоростных- и нагрузочных рехимах в нагнетательной магистрали кмезт место свободные объемы.

Р»,г1тгд ш/ллпсип п птгаттл рчэтга типлл пат> тгагггжа Р tто гтлтгоаплчзте

процесса подачи топлива. Задержка подъема нагнетательного клапана Ф увеличивается по мере повышения начального давления Рн„ч-■Максимальная задержка составляет 4 град. Это должно приводить к более позднему впрыскиванию и уменьшать ' продолжительность последнего. В то se. Бремя, из-за некоторого повышения давления в трубопроводе игла форсунки начинает подниматься несколько ргньке, что согласуется с приведенными в диссертации результатам качественного анализа. Охкзтею уменьшение запаздывания начала подъема иглы то есть действительного начала впрыскивания топлива относительного геометрического, а это должно, наоборот, увеличить продолжительность впрыскивания Итак, задержка

открытия нагнетательного клапана гораздо больше, то есть фактор, определяющий возможное уменьшение продолжительности впрыскивания %пр' дайствует сильнее. И тем не менее, наблюдается тенденция к некоторого увеличению фЕГ1р, что мокно объяснить только дросселированием топлива в окнах гильзы, это увеличивает действительный рабочий . ход плункера и, соответственно, .продолжительность впрнсхнввния.

ттпгттлтгтта гл . _ nvn «л ttow ттг\отгтгг»г\о тти

Xi^jiU'w j ijwt'Ui ч^.у—^ Ukuwu rH-^Jл 9 huí»

максимальной цикловой подаче. Бри частичных подачах (Чс = 90% и <2с = 75«) повышение начального давления влияет мало. И совсем не изменяется продолжительность впрыскивания при £?с = 50%. ' Увеличение щжловой подачи топлива (2С с повышением начального давления Рнач отмечено при полной = 100%) и частичных нагрузках {<2С = 90% и Яс = 75%). При половинной нагрузке "цикловая подача не изменяется.

При форсировании опытной системы по цикловой подаче на 50-60% (127 мм3) контактные напряжения в приводе .плунжере составляют 1897 МПа, что выходит за пределы допускаемых (1400-1700 МПа). В результи-ге расчетных исследований доказана целесообразность уменьшения диаметра плунжера с 8.5 до 8.0 мм. Зто приводит к уменьшению контактных напряжений в сопряжении кулачок-толкатель на 140...150 МПа.

Исследуемый способ подачи топлива не мог быть реализован на развернутом двигателе. Это связано с отсутствием вала топливного насоса необходимой конструкции (расположение кулачков) и с ограниченными частотными возможностями электромагнитного клапана системы перепуска топлива. Исследования проводились при работе дизеля Д-144 на одном цилиндре. Снимались регулировочные характеристики по углу опережения впрыскивания. В диссертации описана методика определения мощности работающего цилиндра.

Показатели дизеля сравнивались при работе его со штатной и опытной системами. При каждом варианте топливной системы регулировочные характеристики снимались при двух значениях частоты вращения коленчатого вала (1100 и 1400'об/мин) и двух значениях цикловой подачи (53 и 63 мм").

При частоте вращения коленчатого вала п = 1100 об/мин

оптимальный угол опережения впрыскивания топлива евцр для опытной

системы на 5 .градусов меньше (рис. 3), ,чем для штатной."Это

соответствует результатам приведенного в диссертации расчетного

прогноза. При п = 1400 об/мин такое же изменение' оптимального

угла соответствует только цикловой подаче о = 63 мм3. Если и ^ с

<20 = 53 "мм", тс оптимальные углы отличаются только на 2 градуса (рйс. 3).

Увеличение мощности дизеля с опытной системой при п = 1400 об/ккн составило 0.81 кВт (цикловая подача 0„ = 53 мм3) и 0.9

гЭт ■

Рис. 3. Регулировочные характеристики по углу перепета впрыскивания топлива , дизеля Д - 144: (а)

ЕП^ л

п - 1100 об/мин, <Э„ = 53 , 63 (б) -л.= 1400 об/мин, дс = 53, 63 г.®!3;

______ _ опытная топливная система;

-:- - штатная топливная система.

нВт, если Qc = 63 мм3. При л = 1100 об/мая эффективная мощность

увеличилась на 0.5 и 0.2 кВт, что соответствовало цикловой подаче 53 и 63 мм3.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ЕЬШОДЦ

I. Предлагается квдквная система с удвоенной скоростью вращения вала насоса. Каждая секция насоса подает топливо б один определенный цилиндр дизеля. Дополнительный ход шгуккера при атом используется длй формирования начальных условий в системе путем перепуска части топлива из нагнетательной магистрали в полость низкого давления.

■ 2. Основное преимущество тошшеной системы ■ с удвоенной скоростью вращения вала насоса заключается е повышении давления и уменьшении продолжительности Епрнскивания топлива.

3. Установлено, что объемная -скорость подачи по углу поворота вала насоса не увеличивается, и дане уменьшается. Увеличивается производительность нас-оса, то есть ооьегяш; скорость подачи по времени, в результате чего и повышается давление в нагнетательной магистрали системы.

При восстановленной цикловой, подаче на номинальном режиме (п •= 2000 об/мин) максимальное давление впрыскивания топлива повышается на 57% е сравнении со штатной системой. На режиме максимального крутящего момента (п = 1400 об/мин) - на.60$.

4.- Из-за уменьшения объемной скорости подачи топлива (по углу поворота вала насоса) несколько увеличивается продолжительность впрыскивания, однако в номинальном режиме {п ~ 2000 ¿б/мин) ее значение на 5 - 6 градусов меньше, чем в штатной системе (п = 1000 об/ыт). ■

5. Доказано преобладание фактора сжатия топлива в объемах системы, объясняющего уменьшение цикловой подачи при повышении скоростного режима, над . фактором дросселирования в каналах, увеличивавшим действительный активный ход плунжера.

Цикловая подача топлива ib опытной системе составляет на i i номинальном .режиме 52. юг против 7i мм" в штатной системе.

6. Восстанавливать цикловую подачу, то есть доводить ее до значений в штатной системе следует путем уменьшения объема

тфтгпотю по Т Г. r-tc- п лтттг.^'этяэмахлл.т**' тгчдцх тосгпга*/ гиплтп ттл ттт.

аИ^Циуи J. • w l_r<>¿ w1 kj WJ'J'-' auuu n J Mi*"' - - *

нагнетательного клапана за счет увелятеёяя яесткостя пруазш до 200 Ii/см. Продоляирэльпость _вприскивашя при этом уменьшается.

7. Скоростная характеристика опытной система имеет. большую положительную коррекции, - т.е. значительное увеличение' цикловой, подучи при 'укеныгении скорости вра^ешя вала ■ насоса. Это исключает необходимость применять механически корректор на рекиме максякального крутяаего момента, однако на дизеле с наддувом необходим гнтикорректср. При восстановлении цикгювой подачи . значительно уменьшается положительная коррекция характеристик. Уменьшение впускного окна гильзы до 1,5 дм увеличивает нитслоеун подачу п нз частичных нагрузочных режимах характеристика приобретает' характер "издающей".

8. Применение нагнетательного '. клапана без • р8згругавйего пояска, нагрызшего слабой пруггпюявляется сг.:д:м ^фректпвннм ^ методом форскрозггш систем по шесдсвой подаче. При увеличения ¡ткяогсЗ подачи тсгохга до 140 тг«3 не отмечено подрпргсквпоЕйг. Тптгой зффзкт достигается. зслн узелгггить эффективное проходное сзчетае форсунок до 0,35 гт?.г. Если "сйектпьксе лрохсдзое сечеяке составляет 0,27 л-,г, то подгпрыскпваняе начинается при цикловой подаче бельке "SO км-'. Зги дошпге горозо соглазувтся- с результатами бксйертзента.

9. Но большинстве скорсстпнх и нагруоочшх регггмов опытная система работает с остаточкг^ объемаш в нггпгтггльгтой магистрали. Изучена . зогмэгсосгь згпэлкеняя паитетзтгльной кагастрале перед очередным шрнскизанхем топлпзг. Сгвдзлзровека сйстека перс-пуска части топлива в полость низкого давления пр:-: дополЕительЕок ходе плужерз.

10. Начальное давлонге в пггнэтзтельнсл jrarnevpaüs 3,0 -3,3 Шз является предельным, прзвнйпле его вазнвйет гюдвпрыскшзнЕе.

11. При форсировании огошю-t czct»:?! нагрузки с приводе плунжере превжшэт. допустктзе: контактное давление в сопргяекгя кулачок-толкатель более I8GG Ша.

Уменьшение доеизтра. плунжера с 8,5. до 3,0 ?,гл приводит к скашвш нагругкжяоетп .привода без' заметного ухудшения показателей процесса тешявэподзздг.

12. Ксследоввнде . спптпоЗ системы на .дизеле доказало ее

эффективность. Мощность двигателя Д-144, работающего на одном, цилиндре, повысилась на 9.83. Уменьшается на 2 - 5 градусов угол опережения впрыскивания топлива в сравнении со штатной системой.

Основные положения диссертации опубликованы в. следующих работах:

1. Система с изменяющимся законом подачи топлива в дизеле: Информ. листок Jt 453 / Сост.: Славуцкий В.М., Ларцев A.M., Славуцкий B.B., Зубченко В.А. - Волгоград: ЦНТИ, 1994. - 4 с.

2. Автоматическое изменение остаточного давления при подаче топлива в. дизеле: Информ. листок % 454 / Сост.: Славуцкий В.М., Ларцев A.M., Зубченко В.А. - Волгоград: ЦНТИ, 19Э4. - 4 с.

3. Об интенсификации процесса подачи топлива в дизеле / Славуцкий В.М., Ларцев A.M., Зубченко В.А, Курагшн A.B. // Совершенствование мощностных, экономических и экологических

' показателей Д8С: Тезису; докладов V научно-практического семинара.

- Владимир, 1995. - С. 192.

4. К интенсификации процесса подачи топлива в дизеле / Славуцкий В.М., Ларцев A.M., Зубченко В.А., Курапин A.B.;

. ВолгГТУ. - Волгоград, 1996. - 12 с. - Деп. в ВИНИТИ 09.04.96, JÉ 1144.

5. К методике исследования переходных процессов в топливоподапдей аппаратуре дизеля при интенсификации процесса впрыскивания топлива /' Славуцкий В.М., Ларцев. A.M.,

. Зубченко В.А., Курапин A.B.; ВолгГТУ. - Волгоград, 1996. - 30 с.

- Лея. В ВИНИТИ 08.04.96, * III4.

6. Исследование возможностей форсирования и интенсификации, процесса подачи топлива в дизелях / Славуцкий В.М., Ларцев A.M., Зубченко В.А. и др.; ВолгГТУ. - Волгоград, 1997. - 45с. - Деп. в ВИНИТИ 09.06.97, * ISI1-. ~ "