автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Улучшение показателей автомобильного дизеля с наддувом применением электроуправляемой насос-форсунки

г

МОСКОВСКИЙ ■

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АВТОМОБИЛЬНО - ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ЮДАНОВ Сергей Владимирович

УЛУЧШЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЬНОГО ДИЗЕЛЯ С НАДДУЕСМ ПРИМЕНЕНИИ. ЭЛЕКТРОУПРАВЛЯЕ'.ЮЙ ■ НАСОС-ФОРСУНЯИ (05.04.02 - Тепловые "двигателя)

Автореферат

ди л из со" стк° тгло утт2г1с,"'1 стэ^^^з тг2т1дид

технических наук

Ыс/о/ у

■'■СС.КГ

Работа внпсянгнв на кафедре "Автотракторные двигатели" в в Проблемной лаборатория транспортных двигателей Московского ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорояного института.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

профессор Хачиян A.C.

Официальные ошонентн - доктор технических наук,

ст.ваучн.сотр. Кутовой В.А.;

кандидат технических наук,

ст.научн.сотр.

Девянвн С.Н.

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт

Защита диссертации состоится " /У" иСйЛ^ ■ 1992 г. в 10 'часов на заседании.специализированного Совета KD53.30.09 ВАК СССР во специальности "Автомобильный транспорт" при Московском автоиобильно-дорожном институте по адресу: 125829, Москва, 1СП 47, Ленинградский проспект, 64, НАДО, ауд. й САI . Телефон для справок 155-03-28_.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан а^/ЛиК- 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

К053.30.09 кандидат технически наук,

доцент В.М.Власов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность. Возрастающие требования к снижению токсичности, шумности и улучшению экономичности автомобилей в условиях расширяющейся дизелизации автомобильного парка делают задачу улучшения показателей автомобильных дизелей весьма актуальной. Одним из самых существенных фа::тороЕ, определяющих токсичность, экономичность плотность дизеля, является совершенство его рабочего процесса. Непременным условием достижения еысокой эффективности рабочего процесса при малой токсичности и пумности является оптимизация параметров тсплкзспсдачи. Оптимальные значения параметров тсплизоподачи зависят от ряда факторов, характеризующих конструкцию, состояние дизеля и окружаащей среды. Автомобильные дизели работают при частой и резкой смене'рабочих режимов, з различных климатических условиях, что приводит к необходимости быстродейстзукщего регулирования параметров топлизопо-дачи в широких диапазонах и по сложным законам. Наиболее эффективным для решения зтой задачи является использование микропроцессорного управления. Оскоеной проблемой, стоящей на пути внедрения систем микропроцессорного управления топливоподачей, является создание исполнительных механизмов, осуществляющих подачу топлива в строгом соответствии с управляющими воздействиями микропроцессорной системы. Особенные трудности возникают при необходимости достижения еысоких дазлекий впрыскивания, например, в системах топливоподачи дизелей с наддувом. Настоящая ра. бота посвящена поиску путей решения этих проблем.

Цель работа. Улучпвкие показателей автомобильного дизеля путем разработки и применения электроуттравляемой топливной системы, позволяющей оптимизировать процесс впрыскивания топлива в дизель з 'яирском диапазоне режимов его работы.

Методы исследований. Исследования топливной системы выполнялись рзсчетко-теоветическим и экспериментальным путем и были направлены на выявление управляющих факторов и степени их влияния на показатели ТС. Экспериментальные исследования проводились на безмоторном стенде и на одноцилиндровом отсеке дизеля КамАЗ с имитацией газотурбинного наддува и промежуточного охлаждения наддувочного зоздуха.

Научная новизна. Впервые в нашей стране проведено экспериментальное исследование работы одноцилиндрового отсека дизеля с наддувом и аккумуляторной топливной системой (АТС) с электроуп-равляемой гидроприводной насос-форсункой (ЭГНФ), имеющей нормально открытый клапан гидравлического управления. Установлена возможность улучшеЕия индикаторной экономичности и снижения дымности ОГ дизеля КамАЗ с наддувом, а также предпочтительность уменьшения выбросов окислов азота запаздыванием начала впрыскивания при повышенна максимальных давлениях впрыскивания.

В результате расчетно-теоретического исследования особенностей работы АТС с ЭГНФ установлены факторы, оказывающие определяющее влияние на показатели ЭГНФ, и направления их изменения для улучшения показателей. Выявлены количественные взаимосвязи между некоторыми конструктивными и эксплуатационными параметрами ЭГНФ. Разработаш рекомендации по рациональному конструированию ЭГНФ.

Проведено расчетное прогнозирование межсекционной неравномерности цикловой подачи топлива Дц и угла опережения впрыскивания Д<|, разработанной ЭГНФ. Выявлены основные факторы, оказывающие влияние на А* и Д<р , и определена степень этого влияния. Выполнена расчетная оценка максимально возможных Дц и Д^ комплекта ЭГНФ.; --- — -. ■

Практическая ценность. Экспериментально доказана возможность улучшения показателей автомобильного дизеля с наддувом применением АТС с ЭГНФ. Обоснована необходимость увеличения максимальных давлений впрыскивания для уменьшения содержания в отработавших газах дама и окислов азота. Разработаш методика, математическая модель и программы расчета процессов впрыскивания АТС с ЭГНФ,. испожьзуеыые для исследования и совершенствования электрогидравлической схемы и конструкции ЭГНФ.

Разработаны рекомендации по рациональному конструированию ЭГНФ с целью достижения высокой энергетической эффективности топливоподачи, благоприятной формы- характеристики впрыскивания, сокращения межцикловой и межсекционной неравномерности подачи топлива, ослабления тенденции к увеличению межсекционной неравномерности подачи в процессе эксплуатации дизеля, уменьшения габаритов ЭГНФ. На основе этих рекомендаций разработана усовершенствованная электрогидравлическая схема ЭГНФ, защищенная

Авторским свидетельством СССР № 1671938.

Выведены расчетные формулы для определения максимальных проходных сечений гидроуправляемого и электромагнитного клапанов на этапе проектирования ЭГНФ.

Реализация работы. Методика и программа расчета процесса впрыскивания АТС с ЭГНФ, результаты расчетно-теоретического анализа особенностей работы ЭГНФ и разработанная злектрогидрав-лическая схема использованы при конструировании варианта насос-форсунки для дизеля городского автобуса, создаваемого в соответствие с Государственной научно-технической программой "Высокоскоростной экологически чистый транспорт", а также для дизеля легкового автомобиля АЗЛК, разрабатываемого в НАМИ.

Апробация работы. Диссертационная работа рассмотрена на заседании'кафедры "Автотракторные ДЕигатели" МАДИ. Основные ее разделы обсуждались на научно-технической конференции в г.Ярославле, ЯЗТА, в 1988 г, на Всесоюзной конференции "Научно-практические проблемы энергетики транспорта", проводившейся в МАДИ в 1989 г, на научно-технической конференции с международным участием в г.Варна, Болгария, в 1989 г, на 49-й научно-техни-ческой:конференции МАДИ в 1991 г.

Публикации..Результаты исследований изложены в трех статьях, трех научно-технических отчетах. Имеется одно Авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, шводов и списка литературы. Она содержит 141 страницу основного текста, 55 страниц иллюстраций, а также список литературы, содержащий 77 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена анализу и обобщению требований, предъявляемых к тогогивоподаче современных и перспективных дизелей в целях улучшения их показателей, анализу преимуществ и недостатков известных конструкций электроуправляемых топливных систем (ЭТС), обоснованию Еыбора объекта исследования и постановке задач исследования.

На основания имеющейся б литературе икфоомации сформулитэо-

ваны требования к топливным системам современных автомобильных дизелей:

- широкий диапазон реализуемых значений цикловой подачи, момента начала впрыскивания, давлений впрыскивания, возможность гибкого управления или для обеспечения точного соответствия оптимальным для каждого из режимов значениям;

- высокая скорость изменения параметров топливоподачи при переходных и неустановившихся режимах работы;

- минимальная неравномерность параметров топливоподачи по цилиндрам и в последовательных циклах;

- высокая энергетическая эффективность;

- достаточная надежность, экономически целесообразные первоначальная стоимость и стоимость эксплуатации;

- приспособляемость к работе в составе микропроцессорной системы управления дизелем и автомобилем.

Отмечается, что в полной мере удовлетворить этим требованиям могут электроуправляемые топливные системы.

Выделены два направления работ по созданию ЭТС. К одному из них относятся разработки ЭТС с электроуправлением теми параметрами, возможность управления которыми имеется в той или иной степени в традиционных ТС непосредственного действия с механическими регуляторами. Показано, что наиболее перспективны},! является второе направление работ, предусматривающее возможность управления также к характеристикой впрыскивания.

Рассмотрены особенности конструкций известных ЭТС. В ЭТС с механическим приводом плунжера возможности управления характеристикой впрыскивания невелики. Большими возможностями обладают аккумуляторные ТС, в которых процессы создания и реализации энергии впрыскивания разделены во времени и практически не оказывают друг на друга влияния.

Рассмотрена конструкция АТС с аккумуляторами малого объема, расположенным» в насос-форсунках. Имеющиеся недостатки системы, в частности, неблагоприятное соотношение давлений подъема и посадки иглы распылителя и невозможность раздельного управления давлениями впрыскивания и цикловой дозой топлива, заставляют предпочесть ей АТС с аккумулятором большого объема. При использовании в таких ТС насос-форсунок с мультипликатором давле- •

ния можно в несколько раз уменьшить давление в аккумуляторе г,. и тем самым преодолеть основные недостатки подобных- систем -большую массу и габариты, малуи надежность.

Работы по аккумуляторным ТС с электроуправляс-.лми ььсос-форсунками с мультипликатором давления, судя по публикациям, за рубежом и в нашей стране начаты сравнительно недавно. В литературе мало конкретных результатов разработок и испытаний. Тем не менее, следует отметить ряд публикаций, представляющих интерес. Это работы <5.И.Пинского, Б.Н.Файнлейба, а также специалистов фирм Мьрропс1епзо , DLesc¿ и др.

Все известные конструкции злектроуправляемых насос-форсунок с гидроприводным мультипликатором давления можно разделить на две группы - с нормально закрытым клапаном гидравлического управления (КГУ) (1-я группа) и с нормально открытым КГУ (2-я группа). Отмечается, что з ЭПЙ с нормально открытым КГУ продолжительность управляющего электрического импульса, необходи-иая для впрыскивания такой же дозы топлива, как и в ЭГНФ с нормально закрытым КГУ, может быть з несколько раз больше. Зто отличие предопределяет преимущество насос-форсунок 2-й группы, поскольку при одинаковой абсолютной межцикловой нестабильности продолжителъностей открытия электромагнитного клапана межцикло-зая неравномерность подачи топлива ЗГН5 2-й группы будет меньше, чем в ЭГНФ 1-й группы, зо столько раз, зо сколько различаются длительности ГСЦ электрически импульсов двух насос-форсунок при одинаковой цикловой подаче. С другой стороны, большая

в ЭГНФ с нормально открытым КГУ и то обстоятельство, что управляющий импульс предваряет сам процесс'впрыскивания, является причиной задержки выполнения команд электронной системы управления, по величине примерно равной 7Ц

Преимуществом ЭГНФ 2-й группы является возможность использования для четкого окончания впрыскивания отсечки подачи плунжером благодаря постоянству положения мультипликатора в конце процесса, независимо от цикловой подачи. Такая возможность отсутствует в ЭГШ 1-й группы.

Анализ информации, содержащейся з литературе, показывает, что применению АТС-с ЭГНФ препятствуют большая сложность и недостаточная надежность известных конструкций ЭГНФ, высокая стоимость их производства, малая энергетическая эффективность,

большие габариты. В то хе время, по принципиальным свойствам АТС. с ЭПЭ являются одним из самых перспективных типов ЭТС, поэтому их совершенствование является актуальной проблемой. В связи с этш сформулированы следующие задачи.

1. Исследование рабочего процесса АТС с ЭГНФ и определение способов его совершенствования.

2. Сравнительный анализ различных электрогидравлических схем ЭГНФ и разработка усовершенствованной схемы ЭГНФ.

3. Разработка конструкции ЗГНФ, имеющей усовершенствованную электрогидравлическую схему, и экспериментальное исследование АТС с разработанной ЗГНФ на безмоторной установке.

4. Исследование возможностей улучшения показателей автомобильного дизеля с наддувом при применении АТС с ЭГНФ.

Во второй главе приводятся методика и результаты теоретического исследования АТС с ЭГНФ. ЭГНФ представлена состоящей из двух основных систем - электромеханической и гидромеханической. При разработке электромеханической системы, включающей в себя электромагнитный ыапан, предпочтение отдано экспериментальным методам доводки конструкции. Исследование гидромеханической части ЭГНФ проводилось с. использованием расчетных методов. .

В методике расчета процесса впрыскивания АТС с ЭГНФ приняты следующие основные допущения.

1. Движение топлива в каналах системы одномерное.

2. Деформация полостей насос-форсунки отсутствует.

3. Давление в аккумуляторе АТС неизменно.

4. Температура тошшва в полостях насос-форсунки постоянна.

Расчетная схема АТС с ЭГНФ изображена на рис.1. Система уравнений математической модели приведена на стр.8. Использованы обозначения: Р и V - давления и объемы соответствуюцих полостей, ^ - площади-поперечных сечений элементов, д|" - эффективные проходные сечения, С и М - скорости движения и массы подвижных элементов, ^щркр и fy - площади поверхности дифференциальной площадки и уплотняющего пояска КГУ, Гпр - усилие пружины, Ст и !_т - скорость движения топлива и длина подводящего трубопровода, Ргр - коэффициент расчета силы трения в подвижном элементе, Н-с/м, 2 - расход топлива на утечки между соответствующими полостями, а. и р - скорость звука в топливе и плотность топлива. При расчете статическим методом, не учитывающим волновые

Рис. I. Расчетная схема АТС с ЭГНФ:

1-игла распылителя, 2-плунжер, З-поршень, 4-электроупраз-ляемый клапан, 5-нагнетательшй клапан, б-канал подвода топлива, 7-канал слива топлива, 8-клапан гидразлического управления, 9-рабочая камера, Ю-обраткД клапан, 11-пс-лость слкза, 12-комера нагнетания

?

^Ж ¿(^НЙ ^ИЩ -СЛ (1)

+Ст/я -ЩЬ(Рф-Рф=1, если дР>0; если дР<0

л*ж-//«УЖ - и (Ь -Ц; (2)

<

. ж» ^

с/Ь

Жг

; Ъ*1**)/? при

; о)

Ст=Сто^(РагРв + ^-^М)ек1:/аЬ (ю)

wít+1т/а)= -РЛ + - 1т/0.)е'^/а- ; (и)

= • - (12)

процессы в подводящем трубопроводе, используется уравнения 1-8 математической модели, а давление Рв приравнивается Рак •

Расчет давления Яр2 в полости слива мультипликатора осуществляется по формуле 2 математической модели при условии, что геометрический объем этой полости не больше объема топлива, находящегося в ней. В противном случае давление принималось равным давлению насыщенных паров топлива.

Коэффициент сжимаемости рассчитывается для каждого объема ЭГН5 с учетом давлений и температуры топлива. Температура топлива в полостях нагнетания и гидрозапирания принимается 80°С, в остальных полостях 50°С. Энергетическая эффективность топливо-подачи определяется как отношение гидравлической энергии впрыснутого топлива к гидравлической энергии топлива, поступившего в ЭГН2 из аккумулятора за цикл работы. Утечки топлива через "закрытый электромагнитный клапан, имеющий шариковый запирающий элемент, не учитывались, также как и утечки через закрытый КГУ с коническим запирающим элементом.

Зависимость эффективного проходного сечения распылителя от положения иглы определена экспериментально и задается в программе в табличном виде.

Разработка усовершенствованной элёктрогадравлическсй схемы ЭГН5 проводилась с использованием результатов сравнительных расчетов процессов впрыскизания насос-форсунок с различными схемами, выполнявшихся по разработанной методике и программам. При этом определены пути рационального конструирования ЭГНФ. I. Целесообразно выполнение ЭГН5 по схеме с нормально открытым КГУ. При этом обеспечиваются следукщие преимущества по сравнению с ЭГ'НФ с нормально закрытым КГУ:

- меньшая склонность к увеличению неравномерности подачи топлива по цилиндрам при изменении проходного сечения сопловых отверстий распылителя в процессе эксплуатации дизеля;

- меньший объем линии высокого давления на чзстичных подачах и, благодаря этому, более широкий диапазон циклоеых подач за счет уменьшения минимально возможной цикловой подачи;

- более благоприятные возможности формирования крутого заднего фронта характеристики Епрыскивания путем применения отсечки подачи плунжером;

- возможность существенного уменьшения проходного сечения кана-

. ла, связывающего полость слива мультипликатора со сливным каналом, за счет применения обратного клапана; - меньшая межцикловая неравномерность подачи топлива при одинаковой абсолютной нестабильности продолжительностей открытия электромагнитного клапана.

2. Для осуществления наполнительного хода мультипликатора предпочтительно использование энергии сжатого в аккумуляторе топлива, а не возвратной пружины.

3. ЭГНФ, имеющие отсечку плунжером в надыгольную полость, обеспечивают наиболее благоприятную форму заднего фронта характеристики впрыскивания, высокую энергетическую эффективность, ' полностью исключают возможность прорыва газов из цилиндра дизеля в распылитель к обеспечивают условия для достаточно высокой надежности последэего.

4. Использование в электрогидравлической схеме насос-форсунки клапанов с коническими запирающими поверхностями вместо золотниковых способствует повышению быстродействия системы управления и улучшению энергетической эффективности ЭГ®.

5. Для увеличения скорости нарастания давления впрыскивания в начале процесса тошшвоподачи целесообразно увеличивать скорость открытия проходного сечения в КГУ.

Отмечается также, что при использовании большинства рассматриваемых в работе электрогидравлических схем ЭГНФ необходимо предъявлять повышенные требования к герметичности распылителя.

Выполнено исследование особенностей работы АТС с ЭГ®. Установлен характер распределения затрат энергии при впрыскивании и намечены пути увеличения энергетической эффективности ЭГ®. Определено влияние величины максимального проходного сечения КГУ на показатели ЭГ®. Использование $зпш , меньшего

некоторой оптимальной величины, приводит к снижению развиваемых .насос-форсункой при выбранном Рак давлений впрыскивания, снижению энергетической эффективности, а увеличение уч/зтах по сравне--нию с оптимальным значением влечет за собой неоправданное увеличение габаритов ЭГНФ. Выведена формула, связывающая величину с ДРУ™® параметрами ЭГ®:

Мг- геометрический коэффициент мультипликации, - коэффициент, 10

учитывающий потери давления в распылителе и трение в прецизионных парах мультипликатора, Дрр - эффективное проходное сечение распылителя, п! - коэффициент, учитывающий потери давления в

КГУ,П.' = %,/Рак-

Установлено, что- величина диаметра плунжера при данных Мг и Рак мало влияет на давления впрыскивания при установившемся периоде впрыскивания, когда скорость мультипликатора постоянна. При уменьшении диаметра плунжера его скорость увеличивается до значения, при котором в камере нагнетания достигается давление

Р«р£М гр71.

Наибольшее влияние оказывает диаметр плунжера на протекание неустановившихся периодов - начала и окончания впрыскивания. Уменьшение ЛПЛ приводит, при прочих равных условиях, к возрастанию скорости движения мультипликатора и увеличению доли подводимой в ЭГНФ энергии, которая преобразуется в его кинетическую энергию, при соответственном сокращении доли энергии, используемой на повышение давления впрыскивания. Вследствие этого, т.к. скорость подвода энергии к ЭГНФ с изменением с/пд остается постоянной, для достижения заданного йр в случае меньшего с/м затрачивается больше времени, т.е. уменьшается крутизна переднего фронта характеристики впрыскивания. При большой величине кинетической энергии -мультипликатора усложняется задача его быстрой остановки, что необходимо для формирования крутого заднего фронта характеристики впрыскивания.

При исследованиях обнаружено, что АТС с ЭГНФ обладают свойством некоторой нечувствительности развиваемых максимальных давлений впрыскивания к проходному сечению распылителя и зазорам в прецизионной- направляющей плунжера. Это полезное свойство проявляется в тем большей степени, чем больше отношение максимального проходного сечения КГУ к Мг.

Исследованы возможности повышения Мг насос-форсунок. Установлено, что основными препятствиями на пути увеличения Мг являются быстрей рост габаритов насосного узла, требуемой мощности электрогидравлической системы управления ЭГНФ и габаритных размеров ее элементов.

Расчетная оценка влияния на топливсподачу АТС с ЭГНФ подводящего трубопровода показала, что с увеличением его длины уменьшается скорость нарастания давления впрыскивания, а про-

должительность подачи топлива увеличивается.

С использованием результатов сравнительных расчетов электрогидравлических схем ЭГНФ и исследования особенностей ее работы разработана оригинальная схема ЭГНФ. Проведено расчетное исследование возможной межсекционной неравномерности подачи топлива Дц и угла опережения впрыскивания Д<р насос-форсунками разработанной конструкции. Выявлены конструктивные факторы, оказывающие наибольшее влияние на величину цикловой подачи ЭГНФ при данной Тц . Ими являются, в порядке ослабления влияния:

- Мг или диаметры поршня и плунжера;

- эффективное проходное сечение дросселя слива ;

- максимальное эффективное проходное сечение электромагнитного клапана д/^ ;

- величина перемещения мультипликатора от нижнего упора до закрытия отсечного окна.

Расчетная оценка совокупного влияния этих и других факторов на возможную величину межсекционнбй неравномерности Дц цикловой подачи и угла опережения впрыскивания Д^> комплекта ЭГНФ показала, что при приемлемых допусках на изготовление деталей и неодинаковости максимальных проходных сечений электромагнитных клапанов, не превышающей возможно обеспечить Дц не более ЗЯ, а Д^ - не более 0,3°п.к.в. при Ц=2400 мин".

В третьей главе рассмотрены объект и результаты безмоторных исследований АТС с ЭГНФ. Описана конструкция разработанной ЭГНФ, АТС и электронной системы управления. При безмоторных испытаниях определялись:

- характеристики впрыскивания;

- диаграммы давлений в различных полостях насос-форсунки;

- энергетическая эффективность тоггашоподачи;

- стабильность цикловых доз топлива в' серии из 40 последова-. тельных циклов впрыскивания;

величина и стабильность задержки момента начала впрыскивания, ■ отсчитываемой от момента окончания электрического импульса, в серии из 40 последовательных циклов впрыскивания.

Давления в полостях измерялись пьезодатчиками, устанавливаемыми непосредственно в полостях с контролируемым давлением или, как в случае определения давлений впрыскивания, в приставку ЦНИТА. Запись и частичная обработка экспериментальных данных

осуществлялись с использованием АРМ Н5Р6100 производства австрийской фирмы АУЬ , а также осциллографов ОШМ и С1-П7/1.

Экспериментально установлено, что разработанная ЭГН5 обеспечивает благоприятные характеристики впрыскивания с крутыми задними фронтами, примерно соответствунцее Мг отношение максимального давления впрыскивания к давлению в аккумуляторе, имеет достаточно высокую энергетическую эффективность (до 50^), приемлемую нестабильность цикловой подачи (2,6?0 и задержки впрыс-' кивания (0,33 град, п.к.в. при Л =2200 мин").в последовательных циклах, широкий диапазон цикловых подач (от 7 до 300 мм3/ц). Величина цикловой подачи ЭГНФ при постоянном Ра1( практически линейно зависит от продолжительности управляющего электрического импульса.

Результаты экспериментальных исследований подтверждают данные, полученные,расчетно-теоретическим путем:

- величины ,/^др и являются основными факторами, определяющими цикловую дозу топлива при неизменной продолжительности

:. -управляющего электрического импульса;

- величина $звах в большой мере влияет на соотношение уровней развиваемого давления впрыскивания и давления в аккумуляторе, энергетическую эффективность и продолжительность впрыскивания заданной порции топлива;

- увеличение скорости открытия КГУ способствует увеличению крутизны переднего фронта характеристики впрыскивания;

- ЭГНФ обладает свойством нечувствительности давления впрыскивания к изменению зазора в прецизионной паре плунжера;

- увеличение длины подводящего трубопровода приводит к изменению формы характеристики, уменьшению давлений впрыскивания и возрастанию продолжительности подачи топлива.

В четвертой главе приведены описания экспериментальных установок, методика и результаты испытаний одноцилиндрового отсека дизеля КамАЗ с имитацией газотурбинного наддува и промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, оборудованного АТС с разработанной ЭШ5. Испытываемый дизель с З/Ъ =120/120 км имеет двухклапанную головку цилиндра, номинальную частоту вращения а =2200 мин", цилиндрическую'камеру сгорания в поршне с отношением максимального диаметра КС к диаметру цилиндра 0,5 и степенью сжатия '16.

Рассмотрен принцип действия электронной системы управления, специально разработанной для испытаний дизеля с ЭГНФ, имеющей в электрогидравлической схеме нормально открытый КГУ.

Исследования влияния давлений впрыскивания на показатели дизеля прозодились путем определения регулировочных характеристик по давлению s аккумуляторе при оптимальных для каждого Рак углах опережения впрыскивания. Привод топливного насоса среднего давления осуществлялся автономным электродвигателем. При оценке эффективных показателей двигателя с учетом затрат энер-г.т/ на впрыскивание мощность привода АТС рассчитывалась по определенным экспериментально на исследованных режимах работы энергетической эффективности и энергиям впрыскивания.

Б исследованном диапазоне PSK (от 8 до 18 Мпа) при всех частотах вращения и нагрузках сажесодержание ОГ с ростом Р0к уменьшается по зсгнутой кривой. Оптимум по Сс достигнут только при ц =1200 мин* и 75-процентной нагрузке. Удельный индикаторный расход топлива практически не зависит от Рак при 11=1200 мин, с увеличением 1Ь тенденция к снижению g-i при повышении Рак становится все более ярко выраженной. Оптимум не достигнут, т.к. по условию надежности электропривода топливного насоса АТС Рак -невозможно было увеличивать выше 18 Мпа. При ft=2200 мин" Cft. на полной нагрузке сильнее зависит от Рак , чем на частичной. Удельный эффективный расход топлива дг , определенный с учетом затрат мощности на привод АТС, также уменьшается с ростом Рак в диапазоне частот I600f2200 мин' при полной нагрузке, но в меньшей степени, чем g.i . При 67-процентной нагрузке и п. =2200 мин" Сг=^(рЙК) имеет оптимум при Рак =16 Мпа, а при /т, =1200 мин" и 75-процентной нагрузке g£ монотонно возрастает с ростом Рок .

Выполнено исследование возможностей уменьшения выбросов ¡Мх без существенного ухудшения Сс и gj, за счет повышения давлений впрыскивания. Установлено, в частности, что снижение концентрации N0* в 0F запаздыванием начала впрыскивания предпочти- , телько осуществлять при повышенных давлениях впрыскивания, т.к. при этом хотя уменьшение Сцох происходит в меньшей степени, чем при малых Pw , но менее интенсивно- снижается экономичность дизеля и повышается caste содержание отработавших газов.

Проведены сравнительные испытания дизеля со штатной топливной системой ТА332 и с АТС и ЗГНФ. Результаты испытаний в ви-

де внешней скоростной характеристики и нагрузочной характеристики при а =1200 мин"' приведены на рис.3 и 4. На рис.5 показаны характеристики впрыскивания, обеспечиваемые двумя топливными системами на некоторых режимах скоростной и нагрузочной характеристик. Давления в аккумуляторе при определении этих характеристик устанавливались оптимальными по индикаторной экономичности на основе предварительно определенных регулировочных характеристик по Рак . Из приведенных на рис. 3 и 4 характеристик следует, что возможности улучшения экономичности действительного цикла дизеля КамАЗ с наддуром за счет повышения давлений впрыскивания невелики, особенно в зоне малых частот вращения. Снижение дымности, достигнутое при использовании АТС с ЭГНФ, составило 22-36Я по внешней скоростной характеристике, что существенно.

Следует1 иметь ввиду, что сравнение выполнялось на дизеле, имеющем узкую КС и относительно большое вихревое отношение, вследствие чего достаточное совершенство смесеобразования обеспечивается при невысоких давлениях, впрыскивания с помощью стандартной разделенной ТС КамАЗ. Положительный эффект от применения АТС с ЭГНФ был бы больше-в случае использования более широкой КС и более высокой степени форсирования. Кроме того, как ясно из изложенного выше, преимущества новой топливной системы не исчерпываются улучшением показателей на установившихся режимах работы дизеля.

ВЫВОДЫ

1. Основные свойства всех известных ЭГНФ в большой мере • определяются тем, к какой из двух групп -. с нормально закрытым или с нормально открытым клапаном гидравлического управления -относится их электрогидравлическая система управления.

2. В результате сравнительного анализа определены достоинства и недостатки электрогидравлических систем управления ЭГНФ, принадлежащих к двум альтернативным группам, и установлено, что предпочтительно использование электрогидравлических систем с нормально открытым клапаном гидравлического управления.

3. Разработанные методика и программа расчета процесса

впрыскивания АТС с ЗГШ обеспечивают удовлетворительное совпадение расчетных данных с экспериментальными и могут использоваться при исследованиях к совершенствовании АТС с ЭГНФ.

4. По разработанным методике и программам выполнено сравнительное расчетное исследование электрогидравлических схем ЭГНФ. С использованием его результатов разработаны рекомендации по рациональному конструированию насос-форсунок и ЭГНФ оригинальной схемы, которая защищена Авт. св. СССР № 1671938.

5. При исследовании особенностей рабочего процесса ЭГНФ выявлены основные факторы, влияющие на показатели насос-форсунок, и пути их улучшения. Установлено, в частности, что высокие дазления впрыскивания могут быть достигнуты в ЭГНФ при использовании плунжеров относительно малых диаметров. Для достижения высоких давлений впрыскивания и энергетической эффективности системы при выбранных диаметре плунжера с/Я(1 , коэффициенте мультипликации Мг и давлении в аккумуляторе Рац необходимо обеспечивать достаточно большое значение максимального проходного сечения в клапане гидравлического управления, высокую скорость его открытия, а также малое трение в прецизионных парах мультипликатора. Обнаружена определенная нечувствительность развиваемых максимальных давлений впрыскивания к зазору в прецизионной паре плунжера и проходному сечению распылителя, проявляющаяся з тем большей степени, чем больше величина максимального проходного сечения КГУ по отношению к Мг .

6. Экспериментальными исследованиями изготовленной при выполнении работы ЭГКФ в составе АТС установлено, что разработанная ЗГН2 обеспечивает благоприятные для повышения эффективности рабочего процесса дизеля параметры топливоподачи и пригодна для моторных испытаний.

7. Экспериментальные исследования влияния уровня давлений впрыскиваемого топлива на показатели одноцилиндрового отсека дизеля КамАЗ с надцувом и промежуточны,! охлаждением наддувочного воздуха позволили установить, что:

- уменьшение выбросов окислов азота с ОГ дизеля за счет запаз- -дывания начала впрыскивания топлива предпочтительно проводить при более'высоких давлениях впрыскивания;

- увеличение максимальных давлений впрыскивания от 30 до 80т90

Мпа уменьшает саже содержание ОГ на всех частотах вращения и нагрузках. При частоте вращения 1600-2200 мин"* и 70тЮ0-процент-ных нагрузках уменьшается не только сажесодержание, но и удельный индикаторный расход топлива, причем снижение Сс и §£, в зависимости от Ррк происходит при конкретных условиях опытов более интенсивно при больших частотах вращения и нагрузках.

8. При использовании АТС с ЭГНФ за счет выбора оптимальных давлений впрыскивания и углов опережения впрыскивания возможно снижение дымности ОГ и дизеля КамАЗ с наддувом по внешней скоростной характеристике (снижение Сс до 3656 и д1 до 3,5*) и по нагрузочной характеристике при М =1200 мин"1 (снижение дымности на больших нагрузках до 31%). Проведенные исследования подтверждают сделанные ранее выводы о практическом отсутствии резервов улучшения топливной экономичности данного дизеля при

И =1200 мин и близкой к номиналу нагрузке за счет повышения давлений впрыскивания.

9. Расчетное прогнозирование максимальных межсекционных неравномерностей угла опережения впрыскивания А? и цикловой подачи Дц комплекта ЭГ® разработанной конструкции позволило выявить основные факторе, влияющие, на Д? и Дц , к показало, что при приемлемой величине допусков на изготовление насос-форсунок возможно обеспечение достаточно малых Д? (0,3° п.к.в. при И=2400 мин") и Дц, (менее 3%). В последнем случае неодинаковость максимальных- эффективных проходных сечений электромагнитных клапанов не должна превышать 2%.

т,,к

ооо 800 700 1,0

У

0,9 2 1,5

р;,нпл 1,45 1,35

1,гз 1,15

180 175 170 165

&> ■-V —

— — --1-, -------

—5

■ г

и ь

Л&.

\ об

- —-—

- - ----

} /

С. Ж

чЛ — — -

¡0

(И

и —___

> (

1200 1400

1800 2000 2200

д ,ыин

г„н,н11а

20

15

рг,мпл 14 12 10 .

0,4

0,2 О

£г,кг/| 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0

-I

Рис.3. Внешние скоростные характеристики! одноцилиндрового дизеля с различными топливными системами: ! --ТА332,------ АТС с ЭГНФ.

р„,мпа

Рис.4. Нагрузочные характеристики при • к=1200 мин.' одноцилиндрового дизеля с различными ТОППИВНЫМИ системами: -;--ТА332,-----АТС с ЭГНФ

80" Рф.МПА

604020,

80 Рф.МПА

60

40.

20-.

/V' / | 1 у 1 1

У 1 1 . \ V.

и .• 0,5 I 1,5 ±,иа 1-П=1200 мин , £,,=79,2 мг г-Рщ^Г? МПА, <2Ч=85 мг

0 0,5 I 1,5 -¿.мс

1-Л-=1200 мин ; £ч=44,3 мг

2-Рак=12 Ш1А, £ч=38,б мг

100

Рф.МПА

80

60

40

20

/ / 2

/ / к1 1 /

к /—* V / { /

I' I I I

/ ч

100 Рф.МПА

и 0,5. I 1,5 ,мс

1-П =1600 мин , $4=89,3 МГ

2-Рак=18 МПА, ^ч=83,5 мг

0,5 I 1,5 ,мс

1-Я =2200 мин , $-4=83,1 мг

2-Рак=18 МПА, <}ц=83,5 мг

Рис.5. Экспериментальные характеристики впрыскивания ■--ТА332,-----АТС с ЭГНФ

*

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. А.С.Хачкян, С.В.Десятун, С.З.Щаноз. Исследование процесса тошшвоподачи электроуправляемкх гидроприводкых насос-форсунок. // Повышение эффективности работы автомобильных к тракторных двигателей: Сб. науч. тр. / МАДИ. ,-М., 1988. - С.72-

-ei.-

2. А.С.Хачкян, С.В.Десятун, С,В.Кланов. Электронное управление подачей топлива в дизелях. // Совершенствование рабочих процессов к конструкций автомобильных к тракторных двигателей: Сб. науч. тр. / МАДК. -М., 1989. - С.54-66.

3. А.С.Хачкян, С.В.Десятун, C.B.Жданов, Электронное управление подачей топлива в дизелях. // Сборник докладов V Национальной конференция с международным участием. / Варна, Болгария г

_____1989. -С,595-603. ■

4. Разработка опытного образца комяаундной энергоустановки- с электроуправляемыми пэдюприв одними каоос-форсункала, системам наддува, утилизации теплоты ! счистки и нейтрализации отработавшие газов (проект ЭКО-ДВС). / Отчет о научно-исследовательской работе по теме ГБ550890; № гос. регистрации -• 01900030317. -М., 1290, 394 с.

5. Разработка работах процессов и макетного образца перспективного дизеля. / Отчет о научно-исследовательской работе (заключительный)' по теме Б550188, iS гос. регистрации 01880089211. -ГЛ., 1390, 73 с.

6. Башкпн A.B., Десятун C.B., Дутиков В.К., Дуканкн В.Н., Масляный Г.Д., Пинский Ф.И., Хачпяя A.C., Юцанов C.B. Топливо- • впрыскивающая система для двигателя внутреннего сгорания.' Авторское свидетельство СССР 'Л 1671938, 22.04.1991, МКй F

02 M 47/00. ., /