автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Разработка и исследование на математической модели дизельной системы топливоподачи с регулированием начальной скорости топлива
Автореферат диссертации по теме "Разработка и исследование на математической модели дизельной системы топливоподачи с регулированием начальной скорости топлива"
и 3. 3 I
МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, о1дад1жТЯБРЮксЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ии. Н.Э.БАУМАНА
На правах рукописи УДК 621.436.038.5.
ДЖАЯКОДИ АРАЧЧИГЕ МАНИЛ ПРИЯНТА ДЖАЯКОДИ
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДИЗЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ТОПЛИВОПОДАЧИ С'РЕГУЛИРОВАНИЕМ НАЧАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ТОПЛИВА
05.04.02 - Тепловые двигатели
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва - 1992
Работа выполнена в Ордена университете дружбы народов.
Дружбы Народов Российском
Научный руководитель - доктор технических наук,
профессор Патрахальцев H.H.
Официальные оппоненты - доктор технических наук,
профессор Голубков Л.Н.;
кандидат технических наук, доцент Грехов Л.В.
Ведущая организация - Научно-технический центр
Ярославского производственного объединения Дизельаппаратура (ЯЗТА).
Защита диссертации состоится " 8 " июня 1992 г. I в 153<^асов на заседании специализированного совета К,053.1£.05пт ! МГТУ им. Н.Э.Баумана по. адресу : 107005, Москва, Лефортовская 'наб., д. I, корпус факультета "Энергомашиностроение".
и ■
' С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э.Баумана.
Ваш отзыв на автореферат в одной экземпляре, заверенный ¡печатью, просим направить по указанному адресу.
Автореферат разослан " " " _ 1992 г.
t Ученый секретарь Л Ефимов С.И.
специализированного совета, к.т.н., доцент
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Ускорение социально-экономического '■ югресса Шри-Ланка во многом зависит от эксплуатационной >фективности, экономичности и экологических качеств дизе-¡й, применяемых на машинах сельскохозяйственного назначе-[я, горнорудной промышленности, транспорта - автомобилях,' акторах, комбайнах и др.
Известно, что показатели эффективности и экономичности нотракторных Г'зелей в значительной степени зависят от ка-ютва работы топливоподающей аппара:уры (ТА). В условиях ¡звивающихся стран совершенствование процессов топливоподаяи ; ущестчимо лишь путем модернизации ТА, не требующей больших трат.
К подобным методам совершенствования процессов топливо-дачи могут быть отнесены, например, методы регулирования чального давления топлива, а также разрабатываемый в насто- ; ;ей работе метод создания начальной скорости топлива в линии юокого давления (ЛВД) ТА.
Существо метода заключается в формировании импульса дравлического удара и суммировании этого импульса с импуль-м, формируемым насосом высокого давления. Гидравлический ,ар формируется при мгновенной закрытии в заданный момент чала впрыска специального клапана слива, находящегося ^а рсункой.
Этот метод обеспечивает интенсификацию процессов впрыс-вания с учетом возможного увеличения производительности БД без повышения контактных наполнений в паре ролик толка-ля - кулачок, регулирование величины цикловой подачи топ-ва и др.
Ввиду новизны данного метода, отсутствуют рекомендации к о практической реализации.
Из-за сложности волновых про! "юсов и гидродинамических лений, происходящих в такой системе, трудоемкости их экспв-ыентального исследования, данный метод совершенствования оцессов топливоподачи воздействием на начальную скорость ач целее ^образно исследовать с применением математического делироваиия гидродинамических процессов.
В этой связи разработка сравнительно простых систем
топливоподачи с созданием начальной скорости и их исследование путем математического моделирования имеет важное народнохозяйственное значение для Шри-Лак"5 " является актуальной в современном дизелестроении.
Цель работы. Целью работы является изучение основных особенностей процессов топливоподачи при интенсификации впрыскивания методом суммирования импульсов волн давления, формируемых насосом высокого давления, и импульсов волн давления, представляющих собой отраженные волны давления при гидравлическом ударе, сформированном за форсункой.
(В работе система такого типа названа системой топливоподачи с регулируемой начальной скоростью топлива (РНС) ). На основе расчетно-теоретических и экспериментальных методов исследовать возможные пути повышения объемной скорости подачи топлива, давления впрыскивания топлива и пути решения возникающих при этом вопросов выбора рациональных конструктив ных соотношений в топливной системе.
Решить задачи комплексной модернизации традиционных топливных систем с целью повышения качества топливоподачи как на малых нагрузках и холостых ходах, так и в области широкого диапазона изменений скоростных и нагрузочных режимов.
Методы исследования. Экспериментальные исследования проводились в лаборатории рабочих процессов ДВС РУДН как на безмоторных стендах типа СДТА-1, так и на моторных стендах (уста новка ИДТ-69 с дизелем 148,5/11,5).
Для измерения и регистрации параметров и показателей рабочего процесса дизеля применялось стандартное оборудовани включая индикатор типа МАИ-2. Достоверность метода математического моделирования подтверждена хорошей сходимостью резуль татов расчета и эксперимента. Теоретическое исследование выполнено о использованием современной вычислительной техники.
Научная новизна. Разработаны теоретически и подтверждены экспериментально физические представления об особенностях гидродинамических процессов в топливных системах, использующих начальную скорость топлива (скорость слива топлива) для формирования гидравлического удара, и для использования волны отраженной от элемента, формирующего гидравлический удар, для
№
интенсификации процессов впрыскивания топлива. Особое внимание при этом было уделено отбору параметров топливной системы, с целью оптимизации получаемой характеристики (закон впрыскивания).
Показано, что на процесс топливоподачи существенное влитие оказывает длина сливного трубопровода (по отношению { штатному трубопроводу между насосом и форсункой), а также «шструктивные параметры обратного клапана слива, элементы электромагнитного управления обратным клапаном. В работе юлучена новая информация о возможности интенсификации прокосов впрыскивания с учетом возможного увеличения произво-1ительности ТНВД. Получены количественные данные о возмож-юсти регулирования величины цикловой подачи топлива путем :лива части- нагнетаемого топлива в ЛИД.
Практическая ценность работы. Программа, реализующая метод гидродинамического расчета процесса топливоподачи систе-юй с регулируемой начальной скоростью, позволяет с достаточ-юй для практики точностью быстро решать задачи проектирова-[ия,. доводки и модернизации : радиционных топливных систем ■ ! многосекционными топливными насосами различных конструк-1ий, а также с топливными насосами распределительного типа, [рограмма гидродинамического расчета топливных систем, основная на численном интегрировании общих уравнений неуста-ювившегося движения и уравнений массовых балансов, может быть, юпользована для более глубокого исследования особенностей оаимосвязи гидродинамических ьвлений топливной системы ди-1еля.
Разработанный с участием автора макетный образец системы юзволяет обеспечить увеличение интенсивности втысклвания ;ри существенно меньшей материалоемкости и сравнительно малых [иаМ'_тр-1Х плунжера, что уменьшает нагрузку на привод плунжера.)
Реализация работы. Метод и программа расчета автотрак-'орного дизеля применяются в учебном процессе РУДН, резуль-аты исследования и программа переданы для практического :спользования в НАМИ и НЗТА.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной |8боты были доложены на научно-технических конференциях инже-
2-350
'3
нерного факультета РУДН в 1989, 1990, 199I, 1992 гг. Основные результаты исследований доложены также на международном техническом семинаре "Решение проблем ДВС" (в Лиме, Перу), Национальный инженернчй университет, 1990 г.
Публикации. По результатам исследований, вошедших в диссертацию, сданы в печать 3 работы, из них одна - заявка на изобретение.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 409 наименований. Работа содержит 105 страниц основного те^с та, 27 рисунков, 11 таблиц и 22 страниц приложек .я.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении показана актуальность работы, изложена ее цель и приведены основные положения, выносимые на защит;
Первая глава посвящена анализу современного состояни! вопроса и постановке задач исследования.
Обзор и анализ работ, посвященных совершенствованию п] цесса топливоподачи автотракторных дизелей, позволяет закл) чить, что в числе методов совершенствования работы ТА, не требучцих существенных конструктивных изменений ТА, являют< методы воздействия на начальное давление (Рнач) и на нача) ную скорость топлива в ЛВД перед очередным циклом впрыска, а также метод отключения цилиндров и циклов ( и реализующа] его система (СОЦЦ).
С целью совершенствования процесса топливоподачи мето; регулирования начальной'скорости (РНС) топлива в ЛВД предл< жены системы топливоподачи, разработанные фирмами ricardo (Англия), robert в05н (ФРГ), ail corporation (США
ХИИТ (Украина , разработка А.Л.Григорьева) и др.
Основные недостатки известных систем с РНС:
1. Разветвление трубопроводов или изменения их проход) сечений у уела создания начальной скорости (приводящие к потере анергии волны давления гидравлического удара).
2. Закрытие клапана слива топлива (формирующего волну гидравлического удара) навстречу потоку топлива (необходи-
мость значительной энергии на приводе клапана).
3. Отсутствие элементов стабилизации начг ;ьных условий в ЛВД в последовательности циклов.
Недостаток системы отключения цилиндров применимость её лишь для режимов малых нагрузок и холостых ходов.
Изучению волновых явлений при движении жидкостей в трубах и их влиянию на процесс ТП посвящены работы Н.Е.Жуковского, К.Эйхельберга, Засса, Г.Г.Калита, И.В.Астахова, А.Пишингера, В.Я.Натанзона, Ю.Я.Фомина, И.П.Чарного, Т.Ф.Кузнецова, и.В.Павлова, Л.Н.Голубкова и др.
В указанных работах недостаточно изучено влияние началь-, ной скорости топлива на процесс впрыскивания при создании гидравлического удара.
Из анализа существующих методов расчета топливных систем следует, что в качестве базового для гидродинамического расчета системы с РНС автотракторных дизелей, применим метод, разработанный И.В.Астаховым, Л.Н.Голубковым, Д.С.Мурзи-яым и др.
На основании выполненного анализа сформированы следующие задачи исследования:
1. Дополнить и развить существующие схемы систем топливо-юдачи с созданием (регулированием) начальной скорости (РНС) топлива и выбрать рациональную схему системы.
2. Разработать математическую модель гидродинамического троцесса в..рыска топлива с помощью выбранной системы с РНС.
3. Провести исследования, „гочняющие влияние начальных скоростей топлива на процесс топливоподачи и рабочий процесс циэеля.
Исследовать на разработанной математической м' дели ¡озданную систему с РНС и выбрать её конструктивные параметры.,
вторая глава посвящена разработке математической модели гидродинамического расчета систем топливоподачи с РНС.
Расчетная схема системы топливоподачи с РНС показана на эис. I. Элементами РНС являются сливной трубопровод и сливной слапан, сообщенный с ЛНД дросселирующим проходным сечением Аежду обра.ным клапаном и седлом клапана.
Система работает следующим образом.
При подаче топлнул плунжером часть топлива сливается в ШД через сливной клапан. Когда топливо набирает определенную
5
с
ВС р-
тчальную скорость или npiT нёобходаш^ слив-"
¡ой клапан закрывается и на ней формируется волна давления зт гидравлического удара. В отраженном виде она поступает { форсунке и суммируется с основным импульсом, В результате i топливо вспрыскивается в цилиндр двигателя при повышенном давлении.
Новизна предложенной системы с РНС заключается в следующем :
- клапан слива при закрытии движется по направлению потока сливаемого топлива;
- сливной трубопровод и клапан олива размещены за форсункой (т.е. отсутствует разветвление трубопровода);
- за сливным клапаном размещен редукционный клапан;
- в качестве клапана слива применен элемент СОЦЦ.
Благодаря такому выполнению достигаются следующие
эффекты:
- уменьшается потребная мощность привода клапана;
- снижаются потери энергии волны давления от гидравлического удара;
стабилизируются начальные условия в ЛВД (Рцач) перед очередным циклом впрыска;
- расширены области применения системы отключения цилиндров.
В указанной выше базовой модели уравнения граничных условий у 'acoca не изменены, у форсунки дополнены уравнениями баланса расходов топлива "врез сливной трубопровод в полость сливного клапана, а у сливного клапана дополнены уравнениями процесса в данном узл^ предлагаемой топливной системы.
В связи с наличием процессов в сливном клапа..е приняты следующие дополнительные допущения.
1). В каждый момент времени давление топлива в любой точке полости сливного клапана oá.íhükobo.
2) Коэффициент расхода проходного сечения сливного клапана принимается постоянным.
Система уравнений, описывающих процесс в форсунке:
Г£ С "IV ;
т Т т з-Ь^и | ч
^(СУ]^ (о
р III
Б системе уравнений (I) I С характеризуется колит т _.«< чество топлива, вошедшее в сливной трубопровод, Ст - мгновенная объемная скорость топлива в проходном сечении Ш во входе сливного трубопровода.
Система уравнений, описывающих процесс в сливном клапане
К*+- •- -
+ ^к.вл ] (2)
Последнее уравнение действительно лишь после отключения электромагнитного действия привода клапана (идет процесс закрытия сливного клапана - от начала закрытия до полного закрытия).
Т < г (ц + иг) /о. Условие, необходимое для
реализации гидравличеоког удара.
^ал.иаг ^ (Рк сд^-^нлч) +
ч
+ 5}1к.сл„
]
Это уравнение характеризует электромагнитное условие, гкное для поддержки обратного клапана в положении "открыто".
В системах уравнений (I) и (2) приняты следующие обоз-тения:
1 , Ск сд - скорости движения иглы форсунки и обратного
, клапана в сливном клапане;
£ - площади поперечного сечения иглы по внешнему
Ч ' "г
и внутреннему диаметру посадочного конуса , иглы форсунки;
- площадь поперечного сечелия по перьям и под пояском ооратного клапана в слив-
¡..¿п » 'ц
к.сл
ном клапане
^^ - ход обратного клапана;
- давления топлива в объеме сливного клапана
<..<!Л0 > %
в момент страгивания обратного клапана и в распылителе в момент страгивания иглы форсунки;
и, - давление в цилиндре дизеля;
нач - начальное давление топлива в ЛВД, поддерживаемое с
помощью редукционного клапана, находящегося за сливным клапаном; - время;
"кел* " СВ0<5°Дние объемы в полостях сливного клапана
и форсунки; .
I - хог иглы;
расходы топлива через зпоры между иглой и корпусом распылителя, между обратным клапаном и седлом этого клапана;
> <*кгл - коэффициенты сжимаемости топлива в объеме форсунки и сливного клапана; (л • "^п* ед ~ коэффициенты податливости полостей распылителя и сливного клапана; ^ - суммарные проходные сечения распылителя и
сливного клапана; / / г
'зу^л • ^ » <гк йл , сг5 _ ступенчатые функции, учитывающие различные условия в процессах форсунки и сливного клапана. Остальные обозначения приведены на рисунке. В системе уравнений (2) = I и =0 при \/п ^ = О
и Рк.сл > °г ч = О и ^ = I при РК1СЛ = о I,
ч.сл > ****** = + I при Р > Рнач и — I при Рк#сл < Рнач
Как и в базовом методе ргсчета, для численного интегрирования дифференциальных уравнений граничных условий у форсунки и сливного клапана применен общий метод конечных разностей.
При вычислении начального давления в ЛВД используется средний коэффициент сжимаемости во всей системе в целом (включая сливной трубопровод и сливной клапан).
Начальное давление или начальный свободный объем в ЛВД вычисляются по формулам:
14 + с*&т У0
Где Я/ . 1 . Ч - количество топлива, вошедшего за цикл в
'к ' *ч
нагнетательную магистраль через клапан 1 вышедшего из нагнетательной магистрали через распылитель и сливной клапан; - средний коэффициент сжимаемости;
Уй - объем нагнетательной магистрали вместе < узлами РНС. Здесь I и I+1 означаю1 соответственно текущий и последующий циклы.
С учетом изменений в граничных условиях, обусловленных размещением узлов РНС, изменены и дополнены разработанные в МАДИ алгоритм и программа расчета, которые (ранее написанные на алгоритмическом языке "ФОРТРАН - 1У") переделаны на язык "ФОРТРАН - 7?".
Программа расчета реализована на персональной ЭВМ.
В третьей главе даны описания работы сливного клапан! объектов исследования, экспериментальных установок, методов , проведения экспериментов, изложены методы обработки г>кспери-! ментальных данных и даны оценки погрешностей измерения.
Перед очередным циклом впрыскивания сливной клапан нахо-
дится в положении "ОТКРЫТО".
При подаче напряжения на катушку привода клапана возникающее магнитное поле притягивает якорь к корпусу славного клапа-,а (см. рис. 2), в результате чего шток воздействует на обратный клапан, перемещая его, и топливо через зазор "клапан-седло, радиальное и осевое отверстия штока, осевое отверстие якоря и штуцер" перепускается в ЛНД. При этом открытие клапана происходит за 2 миллисекунды, а время закрытия зависит от объема Л БД .» определяется конструкцией электромагнитного привода, индуктивностью обмотки, массой подвижных частей (штока, якоря), максимальным ходом клапана, яесткостью возвратной пружины и в значительной степени зависит от протекания электромагнитных процессов в магнито-проводе.
При отсутствии напряжения на катушке происходит закрытие обратного клапана под воздействием усилия прукины и потока топлива.
Уме"ьшение-хода клапана при оптимизированной магнитной цепи с 1,0 мм до 0,7 мм сокращает время закрытия на 30$.
Такыл обрезом, путем подбора необходимой жесткости об-рртной пружины, рационального хода клапана (0,5 мм) и технологического усовершенствования конструкции было получено время закрытия клапана, равное 3 миллисекундам.
Благодаря гидродинамическим волновым явлениям в ЛВД электромагнитный привод сливного клапана требует весьма малых затрат энергии (ток порядка 0,2...О,4 А при напряжении не более 24 В), что позволяет успешно применять для отключа-телей цилиндров и циклов электронные блоки управления.
При исследовании на у тановке ИДТ-69 влияния С,шч на процесс дизеля скорость топлива различного уровня создавалась в ЛВД путем изменения угловой фазы закрытия сливного клапана с помощью электронного блока управления.
Экспериментальное исследование системы топливоподачи с РИС с насосом УТН-5 и форсункой ФД-22 выполнено на безмоторном стенде СДТА-1.
Влияние системы с РНС на рабочий процесс дизеля исследовано на установке ИДТ-69 (148,5/11,5).
Для измерения давления топлива и перемещения иглы использовались соответственно тензодатчик и индуктивный датчик,■
го
Топливо от ТКВД
'.лиз
топливе в -"НД, где ^едуяцион-кы\! клапаном поддерживается
Р
-нач •
I. Штуцер форсунки. 2. Переходник. 3. Наконечник нагн. трубопровода. 4. Накидная гайка.
Нагн. трубопровод от насоса. 6. Сухарики. ?. Скно. 8. Канал сливного трубопровода. '). Наконечник сливного трубопровода. 1С. Корпус сливного клапана. II. Сгшничитель-хода обратного клапана. 12. Возвратная пружина. 13. Обратный клапан. 14. Седло обратного клапана. 15. Корпус соленоида. 16. Кошка. 17. Магнитная пластина. 18. Катушка злектоо-магнита. 19. Немагнитный шток. 20 Прокладки.
Рис. 2. Конструктивная схема узла РНС с сливным клапаном
сигналы от которых регистрировались на светолучевом осциллографе K-II5, а индикаторные диаграммы регистрировались электропневматическим индикатором МАИ-2. :
Содержание сажи определялось сажемером типа БОШ.
Четвертая глава посвящена расчетному и экспериментальному исследованиям системы с РНС.
Сценка точности математического моделирования процесса впрыскивания системой с РНС проводилась путем сравнения расчетных и экспериментальных кривых' =f(f) и У =f(<£?) , ■ расхождение которых составляет ышло что свидетельствует ; о пригодности разработанной математической модели для исследования.
¿ведение сливного трубопровода и сливного клапана в штатную систему приводит к снижению динамики впрыскивания в начальной фазе процесса впрыскивания и увеличению угла запаздьтани!. начала впрыска по отношению к геометрическому, что обусловлено добавлением дополнительных объемов' к топливной системе. Однако, это негативное явление можно устранить.
Размещение сливного клапана далеко от форсунки отрицательно влияет на процесс подачи топлива. Желательное расстояние размещения сливного клапана от ф-рсунки ~ 5 см .
Для этой системы характерны повышения давления впрыскивания при повышенной интенсивности подачи топлива.
Уменьшение объема сливного клапана и проходного сечения дросселирующего отверстия приводит к увеличению интенсивности впрыскивания. Однако лишь за сч-ет изменения v^.cj, и ( )ийл не удается достичь интенсивности впрыскивания, имевшейся у штатной систем; . Важное место занимает влияние времени закрытия сливного клапана и угловой фазы закрытия сливного клапана, характеризующей необходимое начало впрыскивания (по углу п.к.в.). Последняя тесно связана с начальной скоростью топлива, имеющейся в данный момент закрытия слив- ; ного клапана.
Наиболее рациональны следующие параметры системы: VK(u = 1,75 сц3; (Н)к.ел = 0,27 х КГ* cu2 ; = 5с«; х g^j, С,0012 сек.
Применение данной системы с РНС эффективно и в качестве отключателя цилиндров и циклов. Однако, в этом случае
!эффект от гидравлического удара не используется. Результаты ¡испытаний СОЦЦ подтвердили работоспособность, быстродействие, а также возможность снижения расхода топлива на пониженной частоте вращения холостого хода при стабилизации минимально-устойчивой частоты вращения.
В пятой главе приведены результаты расчетного исследова-[ ния процесса подачи топлива и экспериментального исследования характера протекания рабочего процесса дизеля при изменении Чза^р . Путем изменений создавались разные
Снач в ЛВД'
! Расчетное исследование проведено на базовой математической модели применительно к ТА с насосом УТН-5 и форсункой ¡ФД-22 автотракторного дизеля 4411,5/12 (Д-242) на персональной ЭВМ типа ХТ.
I Результаты исследования при номинальной частоте вращения ¡кулачкового вала = 1100 мин~* и полной подаче показы-
вают, что повышение Скач до конструктивно возможного максг-¡мального значения не приводит к увеличению контактного напряжения ^кон в паре ролик толкателя - кулачок выше допустимого = 1700 МПа.
| Увеличение Снач выше ЗЗ««« 34 м/с. ограничивается {ухудшением характеристик впрыска (исследование проведено ¡после оптимизации конструктивных параметров сливного клапана I ч, =5 см; VъЛЛ = 1,75 см3; (Юк-йп =0,27х10~2 см2; I хзлкр = 0,12 х Ю-2 сек. и при Рнач = 2 МПа; где х^р -¡время (продолжительность) закрытия сливного клапана, для ¡остальных см. рис. I).
| Ухудшение впрысков связано с тем, что для данной неизменной конструкции ТА достижение высокой Снач сопровождается ¡уменьшением активного хода плунжера. Повышение Снач до выше- , ¡указанного значения приводит к возрастанию скорости нарастания ¡давлений в объеме сливного .клапана, форсунки и перед сопловыми ¡отверстиями распылителя,! Расчетное исследование проведено при постоянстве следующих параметров: ¿п , сх. , Кп > "к » Ч>Гип I , Рнач, Т>эщ , | С^Ок.ел , VR.cn » И других конструктивных парамет-
рах топлгзной аппаратуры.
При изменении , хотя и создаются различные ве-
Л1'ч,:ны Г„с,ч, но изменяется текущий активный ход ( Ьр )
плунжера, т.е. Снач является одновременно функцией от
^закр и .
Такое состояние исключает возможность выявить чисаое влияние Cj ач или на процесс топливоподачи (без
изменения конструктивных параметров модернизируемой ТА).
Со значительным повышением Xg^j, повышение Снач топлива не дает нарастания давления Рф , Рф , Рк сл и т.д. в связи с отсутствием гидравлического удара в топливной системе.
В целом повышение Снач ..риводит как к увеличению средней ининсивности впрыскивания 0?cf , так и увеличена интенсивности впрыскивания Q<j ^ за период задержки воспламенения, принятый равным 7 град, поворота вала кулачка.
Увеличения , Q<?er и при повышении Сна„
от 0 до 30 м/с составляют соответственно 9,4; 16,7 и 16,8$.
Средне^ давление Рф . увеличивается на 8,5$, а макси» ст
I мальное давление перед сопловыми отверстиями распылителя | на 8,7% (что характеризует повышение качества рас-
пиливания топлива). Повышение Сдач до 30 м/с приводит к увеличению : зксимр.льных давлений Рф , pf. и
1 МАХ п
рк.слМЛ1( соответственно на 9,0; 0,35 и 4,8$ и к увеличение максимальной интенсивности впрыскивания Q <j на 3,.8%.
При эанр более 0,0012 сек. сильно снижается и
уменьшается интенсивность впрыскивания. По сравнению с
Хээцр = 0 (мгновенное закрытие клапана) при Хзакр =0,0012 сек. , Qicf и Ос?^^ уменьшаются соответственно на ¡40,8; 16,0 и 15,97$, а давления Р K.CJ1 ^ , Рф ^ ,
шлх 11 cj уменьшаются соответственно на 6,95; 19,8; 2С,I и 25,9%.
При уменьшении пк и при снижении hp скоростные характеристики не имеют хорошей степени коррекции. Однако, нагрузочные характеристики сохраняют свои качественные стороны и с использованием эффекта создания начальной скорости топлива в ЛВД.
При постоянстве цикловой подачи ( = 70 ми3) средний темп уменьшения продолжительности впрыска ДФ6пр. при повышении Снач до 30 м/с составляет на 1,29$ град /Ша, средние ¡увеличения интенсивности Q<jCT , Q<jTcr и млх составляют соответственно 0,085; 0,126 и 0,103% мм3/град (Ша.
Максимальные давления Р <? ^ , Р 9 тах и РЛ.йма, ¡увеличиваются на 3,2; 3,4 и 5,16$, а среднее давление впрыскивания РдС7 - на 19,8/6, при этом снижаются Р н пах и | ^ом мах (соответственно на 4,98 и 2,6%). Относительное коли-| чество топлива, поданного в конце впрыска с падающим!, ско- ! ¡ростями ( ^пзд / Яи, ) уменьшается на 16,2$. | Относительное количество топлива, поданного за заданный Iх (Кд^ повышается на 2,81$, что свидетельствует о более ¡.интенсивной подаче топлива в конечной фазе впрыскивания, чем ¡в начальной фазе. При использовании эффекта от создания начальной скорости топлива по существу интенсификация происходит ¡в обеих фазах впрыскивания.
I Экспериментальное исследование на дизеле показало, что !данный метод интенсификации обеспечивает следующие эффекты: ! I) уменьшение выбросов СН на 10%, СО на 15% и дымность |отработавших газов на 7%, что объясняется повышением интенсивности впрыскивания;
1 2) относительное снижение расхода топлива составляет 5
.ОСНОВНЫЕ выводи
I. Разработана математическая модель гидродинамического процесса впрыскивания топлива для топливной системы с созданием начальной скорости топлива (Снач). Регулирование величины' (С ч проведено путем изменения момента закрытия клапана ели- 1 'ва. Модель применима для топливной аппаратуры с топливным ¡насосом УТН-5 и ¿оранкой ФД-22.
| 2. С помощью математической модели гидродинамического !процесса впрыска, описывающей неустановившееся движение ¡•"язкой сжимаемой жидкости, проведено исследование характера |протекания процесса подачи топлива при изменении момента ¡закрытия клапана слива (т.е. с созданием начальной скорсти |топлива),
! Изучена особенность гидродинамического процесса топливо-;подачи с гидравлическим , шрог на клапане слива. При этом ■установлен положительный характер влияния повышенной начальной скорости на ''ооцесс впрыскивания и отрицательное влияние 'похищенной продолжительности закрытия электромагнитного клапана ич процесс подачи топлива.
Показано, что при частичных скоростных режимах имеет место некоторое ухудшение характеристик топливоподачи (что связано с неизменностью конструктивных признаков модернизируемой аппаратуры).
3. Показана возможность'повышения на данной аппаратуре начальной скорости до 33«*-34 м/с без появления негативных явлений (например, контактные напряжения в паре ролик -кулачок не превышают допустимых значений). Однако, чрезмерное увеличение начальной скорости не дает ожидаемого эффекта на данной неизменной конструкции ТА.
4. Использование сливного трубопровода с небольшой длиной способствует интенсификации процесса впрыскивания в большей степени, чем при больших длинах сливного трубопровода.
Суммирование волн показывает, что оптимальным является расстояние -дивного клапана от форсунки, равное 5 см.
5. Расчетное исследование на математической модели процесса создания начальной скорости Снач в конечном сечении показало следующее: увеличение Снач от О до 30 м/с приводит к увеличьнию Гд тм на 9%, Рф на 8,77», Р'ф на 8,5$
и на 9,^. СТ
6. Экспериментальное исследование нч дизеле, оснащенном, экспериментальной системой создания Снач, показало возмож- ! ность снижения расхода топлива до 5$.
7. Разработанная математическая модель гидродинамического расчета обеспечивает возможность варьирования угла закрытия сливного клапана при постоянных Снач и варьирования момента и продолжительности закрытия сливного клапана.
8. При медленном закр тии сливного клапана эффект от гидравлического удара пропадает.
9. В связи с тем, что метод интенсификации впрыска путем, создания начальной скорости топлива и метод отключения ци- 1 линдров и циклов хорошо согласуются друг с другом и друг друга дополняют, то целесообразно использовать в качестве сливного клапана клапан СОЦЦ.
По теме диссертации сданы в печать следующие работы:
I. Джаякоди А.М.П.Д., Патрахальцев H.H. Математическая модель гидродинамического процесса впрыскивания топлива
дизельной системой топливоподачи с регулируемой начальной скоростью / Труды РУДН (в печати).
2. Дкаякоди А.М.П.Д., Патрахальцев H.H. Анализ работы топливной системы с интенсификацией впрыска созданием начальной скорости топлива // Труды РУДН (в печати).
3. Система топ;.л-.оподачи дизеля. Джаякоди А.М.П.Д., Патрахальцев H.F- Пттрппв « п. Заявка на изобретение.
-
Похожие работы
- Повышение эффективности функционирования системы топливоподачи дизельного двигателя на установившихся и переходных режимах
- Улучшение параметров топливоподачи дизеля при работе на смесевом рапсово-минеральном топливе
- Разработка и выбор основных параметров топливного насоса высокого давления двигателя легкового автомобиля
- Система топливоподачи дизеля с регулируемым начальным давлением в нагнетательной магистрали
- Бессливный процесс топливоподачи для эффективного использования в дизелях различных углеводородных топлив
-
- Котлы, парогенераторы и камеры сгорания
- Тепловые двигатели
- Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения
- Машины и агрегаты металлургического производства
- Технология и машины сварочного производства
- Вакуумная, компрессорная техника и пневмосистемы
- Машины и агрегаты нефтяной и газовой промышленности
- Машины и агрегаты нефтеперерабатывающих и химических производств
- Атомное реакторостроение, машины, агрегаты и технология материалов атомной промышленности
- Турбомашины и комбинированные турбоустановки
- Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты
- Плазменные энергетические и технологические установки