автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Оценка влияния межцикловой наравномерности топливоподачи на технико-экономические показатели одноцилиндрового дизеля

На правах рукописи

НЕГОВОРА АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ МЕЖГЩШЮВОЙ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ТОПЛИВОПОДДЧИ НА ТЕХНИКОЭМОНОМИЧБСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОДНОЦИЛИНДРОВОГО ДИЗЕЛЯ

05 20 03 Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1997

Работа выполнена в Башкирском государственном аграрном университете, г.Уфа.

Научные руководители: Заслуженный деятель науки РФ и РБ, доктор технических наук, профессор БАШИРОВ Р. М. Кандидат технических наук, доцент ГАБИТОВ И. И. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор АЛЛИЛУЕВ В.А.

кандидат технических наук, доцент МАРТЫНОВ Б.Г.

Ведущая организация:

Ногинский завод топливной аппаратуры.

Защита состоится 09 декабря 1997 г. в |430 часов на заседании диссертационного совета К 120.37.05 Санкт-Петербургского государственного аграрного университета по адресу: 189620, Санкт-Петербург-Пушкин, Академический проспект, 23, ауд.719.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " ^ " ^-ЦА^ 1997 г.

Ученый секретарь (/ ,___

ртацнонного совета д.т.н., доцент ^¡/^{Ф'--^"Смирнов В.Т.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

А к ту а;1ь н осл е м Важнейшим направлением повышения эффекта» -ноши машино-тракторного агрегата является улучшение технико-экономических показателей его двигателя. <

Наиболее эффективно эта задача может решаться путем совершенствования конструкции, ремонта и технического обслуживания системы топ-ливоподачи. Объясняется это тем, что качество работы именно этих систем во многом определяет рабочим процесс дизеля и, как следствие, его технико-экономические показатели - мощность, расход топлива, токсичность и дымность отработавших газов и др.

Одним из основных показателен качества работы топливоподающих систем дизелей является неравномерность подачи топлива, представляющая собой сумму межсекциоИной (5с) и межцикловой неравномерностей (5):

,8£ = 8с +5. (1)

Величины 8с и § при этом оцениваются по одной и той же формуле:

М8) = 2- ^ . | оо%, (2)

где и - максимальное и минимальное значения средних цикловых подач секций насоса (в случае 8С) или максимальная и минимальная цикловые подачи топлива рассматриваемой секции насоса, определенные из 30 последовательных цикловых подач (в случае 8).

Допустимая величина межсекционной неравномерности регламентирована ГОСТ 10578-86 и поддастся регулировке.

Межцикловая неравномерность ¥опливоподачи вообще не оценивается и не регулируется как на заводах по производству топливной аппаратуры, гак и после ремонта и п процессе эксплуатации. Целый ряд связанных с ней вопросов пока еще не выяснен, в частости, в литературе отсутствуют данные о влиянии межцикловой неравномерности на техннко-экономнчес-к'йе показатели работы дизеля. Известна лшпь рекомендация по обеспечению ее величины не выше 5% на номинальном режиме.

Объясняется это, кроме всего прочего, отсутствием методик и устройств, позволяющих с необходимой достоверностью оценить значение межцикловой неравномерности трпливоподачи. К тому же серьезным недостатком определения значения 8 по формуле (2) является то, что ошибка в вычислении значений gma^ и gm¡n однозначно определяет и ошибку в величине межцикловой неравномерности топливоподачи.

В этой связи совершенствование метода и устройства контроля межцикловой неравномерности топливоподачи, а также разработка методики оценки ее влияния на технико-экономические показатели дизеля представляется весьма актуальным.

Актуальность работы подтверждается и тем, что она непосредственно связана с выполнением федеральной целевой программы "Повышение эксплуатационных показателей топливоподающих систем тракторных дизелей" (номер государственной регистрации 281-З-ЗМ) и республиканской научной программы "Исследование влияния неравномерности топливоподачи на технико-экономические показатели тракторных дизелей (номер регистрации 164/АН РБ). •

Цель работы - оценить влияние межцикловой неравномерности топливоподачи на технико-экономические показатели дизеля и обосновать ее допустимую величину для одноцилиндрового дизеля.

Объект исследований * процесс влияния межцикловой неравномерности топливоподачи на технико-экономические показатели дизеля.

Предмет исследований - дизель размерности 14 12.5x14, устройство и методики контроля межцикловой неравномерности топливоподачи.

Научная нршна:

- экспериментально-теоретическими исследованиями обоснованы до-пусковые значения межцикловой неравномерности топливоподачи одноцилиндрового дизеля в зависимости от режимов его работы; установлено, что на номинальном режиме работы дизеля 14 12.5x14 заметное влияние межцикловой неравномерности топливоподачи на технико-экономическне

показатели работы дизеля начинает проявляться при превышении ее

значения 20%;

= предложена методика контроля межцикловой неравномерности топливоподачи, основанная на элементах математической статистики и разработана методика оценки влияния межцикловой неравномерности топливоподачи на технико-экономические показатели работы дизеля;

- разработано устройство для измерения последовательных цикловых подач топлива (патент № 2059870), позволяющее производить контроль межцикловой неравномерности топливоподачи в процессе регулировки топливных насосов высокого давления.

Практическая ценность и реализация работы. Полученные результаты могут использоваться в процессе регулировок топливной аппаратуры (на ремонтных предприятиях и заводах топливной аппаратуры), а также при исследованиях, разработке и доводке новых модернизированных вариантов топливоподающнх систем.

Предложенные устройство и методики приняты к внедрению Ногинским заводом топливной аппаратуры и используются в научных исследованиях и учебном процессе кафедры "Тракторы и автомобили" БГАУ.

Лг1ро(5ация. Результаты исследований доложены и обсуждены на I республиканской конференции "Ресурсосберегающие технологии" в 1997 г., па научно-технических конференциях Башкирского ГАУ в 1994-1997 гг., конференции аспирантов и молодых ученых в Башкирском ГАУ в 19961997 гг. на XIII региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов в Оренбургском ГАУ в 1994 г.

■ Публикации. По материалам исследований опубликовано 9 работ и получен патент на изобретение.

Сщуктушу! о^см^нссертации. Диссертационная работа состоит из введения, тести глав, выводов, списка использованной литературы, приложения. Диссертация содержит 167 страниц, включает 48 иллюстраций и 4 габпицы. И списке использованной литературы приведено 106 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит краткое обоснование актуальности работы.

Первая глава посвящена анализу современного состояния вопроса и постановке задачи исследования.

Вопросам неравномерности топливоподачи посвящены работы Астахова И.В., Баширова P.M., Гаас В.Я., Габитова И.И., Зубиетова И.П., Кислова В.Г., Корнилова В.В., Файнлейба Б.И., Челпана Л.К. и др.

Установлено, что даже на неизменном режиме работы дизеля и закрепленной рейке насоса величина цикловой подачи является нестабильной и изменяется в пределах каких-то минимального gm,n и максимального gmax значений. Статистической обработкой множества значений последовательных цикловых подач доказано, что плотность их распределения подчиняется нормальному закону, причем с уменьшением скоростного и нагрузочного режимов разброс значений цикловых подач существенно возрастает.

Известные устройства и.методики (по "гребенкам" давления топлива у штуцера форсунки, по величине остаточного давления, минимально-устойчивой частоте вращения, и, т.д.) не позволяют с необходимой достоверностью оценить как саму межцикловую неравномерность топли-воподани, так н ее влияние на технико-экономические показатели работы дизеля. В этой связи на сегодня отсутствуют обоснованные цифровые данные по допустимым значениям межцикловой неравномерности топливоподачи в зависимости от режимов работы дизеля.

С учетом вышеизложенного, основные задачи настоящей работы были сформулированы следующим образом:

1. Исследовать влияние межцикловой неравномерности топливоподачи на технико-экономические показатели работы одноцилиндрового тракторного дизеля и обосновать ее допусковые величины.

2, Разработать методику оценки влияния межцикловой неравномерности топливоподачи на технико-экономические показатели работы дизеля.

3. Разработать установку допускового контроля параметров тонлнвоподачи на основе устройства для измерения последовательных цикловых подач, обеспечивающее высокую точность измерения и учитывающее противодавление впрыскиванию топлива.

4. Уточнить методику оценки и контроля величины межцикловой неравномерности топливоподачн.

5. Разработать устройство для проведения моторных исследований межцикловой неравномерности топливоподачн.

Во второй главе рассмотрены теоретические вопросы, связанные с разработкой более совершенных, методик контроля величины межцикловой неравномерности топливоподачн и влиянию ее на технико-экономические показатели работы дизеля, и дано описание предлагаемого устройства допускового контроля параметров топливоподачн.

Рассматривая текущую цикловую подачу gi как случайную величину с нормальным законом распределения и используя для расчетов формулу (2), более объективной представляется оценка значений gma* и gmm на основе статистической обработки величин цикловых подач:

¡>ах= Mg + Зет ; gmm=Me-3<r, (3)

где Мв - математическое ожидание значений цикловых подач, определяемое из анализа не менее 30 последовательных циклов;

ст - их среднеквадратическое отклонение от Mg.

I (одетагшв определенные таким образом значения ё'шп и jzтя% в формулу (2), получим выражение для определения межцикловой неравномерно сги:

5=— -100% (4)

Mg

Несомненным преимуществом такого подхода к определению 8

является повышение точности и достоверности результатов в связи с исключением ошибок, вызваных как погрешностями измерительных прнооров при экспериментальном измерении значений цикловых подач, так и вероятностью неточного определения их максимального или минимального значений.

С применением элементов теории вероятности разработана методика определения влияния межцикловой неравномерности топливоподачи на технико-экономические показатели работы дизеля, основанная на первоначальном определении основных параметров двигателя при впрыскивании цикловых подач, отличных от их математического ожидания, и последующим перерасчетом на основе теоретически установленных зависимостей.

Методика предполагает использование одноцилиндрового дизеля (с целью исключения влияния межсекционной неравномерности) и топливоподающей системы с высокой стабильностью цикловых подач

Анализ влияния межцикловой неравномерности топливоподачи на технико-экономические показатели работы дизеля проводится в три этапа (рис.1).

На стенде испытаний ТНВД дизель на стенде математический расчет

Рис.1. Модель процесса анализа влияния межцикловой неравномерности

топливоподачи на технико-экономические показатели дизеля.

Первый этап включает в себя определение зависимости текущих цикловых подач (gj), равно как и закона их распределения (т.е. неравномерности топливоподачи), от непосредственно на них влияющих факторов (n, hP, Рост, Рпода) с учетом относительно неизменных факторов Xi (t'Voryi, Рзат.иглы, цГ, 1труб) и проводится на стенде для испытаний топливной аппаратуры дизелей с использованием разработанного устройства для определения цикловых подач топлива.

На втором этапе определяется изменение технико-экономических показателей работы дизеля при отклонении текущих цикловых подач (ц)

от их математического ожиданий (Мг) на различных скоростных и нагрузочных режимах (у/). Исследования проводятся на тормозно-

оокаточном стенде с использованием стандартного оборудования.

На третьем этапе выявленные основные параметры двигателя при работе с различными текущими цикловыми подачами перерасчитываются на основе теоретически установленных зависимостей.

Исходя из нормального закона распределения цикловых подач можно утверждать, что плотность их распределения определяется функцией Лапласа:

М*±_3д_

Г(х) =-

I

2а'

(5)

Рис,2. Расчетная схема для определения вероятности попадания цикловой подачи д,. ¡Л в промежуток /¿¡].

о-Лл

Выразив среднее квадратическое отклонение через межцикловую неравномерность топливоподачи и среднюю цикловую подачу, по выражению (3), после соответствующих преобразований получим:

600 ~

(6)

Текущее значение цикловой подачи ц составит:

& = ё„.сг ± Д , (7)

где А - отклонение от значения математического ожидания Ме. Промежуток [р,п,п; ёт«»] (рис.2) разбивается на равные отрезки [ц, с величины которых определяются минимальной межцикловой неравномерностью экспериментальной топливоподающей системы.

Вероятность Г"(р,) работы топливоподающей системы с цикловой подачей попадающей на любой из отрезков [{м; , определится:

а значение средней цикловой лодачи будет:

gu*p= j gj-P(gj)dgj.

(9)

Таким образом, зная вероятность P(g) работы дизеля с цикловой подачей ц и исходя из того, что каждому такому значению gj соответствует определенное значение технико-экономического показателя работы дизеля F(g¡), можно получить выражение для определения значения конкретного показателя работы дизеля F(g4q>) (любого из Ne, ge, G», Tf, D* и др.) при работе его топливоподающей системы с различной 8. Для этого на всем интервале [gm¡n; gm»*] необходимо проинтегрировать полученные значения F(g¡) в соответствии с их вероятностью P(g¡) для каждого отрезка [g¡-i; gj:

В связи с тем, что параметры конкретного рабочего цикла, характеризующие режим работы дизеля, будут как отличаться от последующего, так и влиять на него, определение показателя Р(©) путем установки величины средней цикловой подачи gцcp=g¡, оправданным не представляется.

В этой связи определение технико-экономических показателей работы дизеля при работ? его топливоподающей системы целесообразно производить чередуя максимальные и минимальные подачи, отличающиеся от установленного значения средней цикловой подачи на заданные равные большие и меньшие значения. Полученные таким образом экспериментальные данные оказываются в какой-то мере усредненными и не исключают взаимовлияние параметров одного рабочего цикла на последующие.

Введем обозначение - середина отрезка ; &] (рис. 1):

(10)

ßi-i/l =

gl-. + Bi

(10)

Рели в каждом из таких отрезков функцию Р(а) заменить ее Значением в точке ¿¡-иг, то получим следующую формулу вычисления интеграла (9):

(И)

Для оценки погрешности выражения (11) выпишем формулу Тейлора для функций F(x) и f(x):

\1

(12)

F(x)=F(xM/?} + (x-xi_,2)/p(x1_1/j)+t:^irtcO:

<13»-

где ci e [xi-i; Xj J.

После ряда преобразований получим:

/F(gj)f(gj)dgj - lF(gi.,/,) /f(ßi)dgi = '(gi-i/>)

(gj -gj-i)3

12

F"(c,)

L AbiZJh^ + r-wiSlZhA

,2 W 160

(14)

Очевидно, что наибольшая погрешность вычисления будет при экстремумах всех функций. В этом случае отклонение полученных значении от истиных не превысит величины е:

h2 h2 h4

е < М, pM(r —+ M2,FM0 f — + M2,FM2/

(15)

где h - шаг интегрирования (h = gi-gM);

Mf f и Mi.p - максимумы i-тых производных, соответственно, функций ("(g,) и F(ft).

Числа Mif(i=0,l.2) вычисляются но формулам:

I .. I ' 1

Mo.f-

■yfflt '

Mi.f =

а1 fin с

о Ч2п

(ir.)

Числа Mi,f (1=0,1) определяются функцией F(gj), полученной экспериментально-расчетным путем.

При неизменной точности определения функции F(g¡) величина погрешности главным образом определяется шагом интегрирования h, зависящим от максимально возможной стабильности подачи топлива экспериментальной топливоподающей системой. В соответстствии с формулой (15) при уменьшении шага h погрешность определения влияния межцикловой неравномерности топливоподачи на технико-экономические показатели работы дизеля снижается, при увеличении - повышается.

Для исследований межцикловой неравномерности топливоподачи с использованием предложенной методики было разработано специальное устройство (патент №2059870) позволяющее определять значения заданного количества последовательных цикловых подач, причем с учетом среднего давления газов в цилиндре дизеля в период впрыскивания топлива.

Устройство (рис.3 а) работает следующим образом.

Впрыснутое в объем 1 форсункой 2 топливо перемещает плунжер 3. Штанга плунжера, перемещаясь в датчике 5, изменяет его индуктивное сопротивление, и как следствие, изменяется напряжение Ui на выходе усилителя 16, подаваемое на один вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 12. На другой вход АЦП рт датчика синхроимпульсов подается сигнал для начала измерения, причем только при полном затухании колебаний плунжера 3. После обработки полученное дискретное значение напряжения Ut засылается в память компьютера 13. Противодавление впрыскиванию создается за счет нагнетания топлива насосом 7 в заплунжерную полость 4, под давлением, определяемым положением регулировочного винта 11 регулятора давления.

Для управления работой АЦП в компьютер вводится специально разработаная программа.

Рис.3 Устройство для измерения величин последовательных цикловых полач топлива (а) и схема поясняющая принцип его работы (б). I- камера впрыскивания; 2- форсунка: 3- плунжер; 4- заплунжерная полость; 5- индуктивный датчик; б- клапан сливного канала; 7-нагнетающий насос; 8- перепускной клапан; 9- плунжер регулятора; 10-пружина; 11- регулировочный винт; 12- АЦП; 13- компьютер; 14-ТНВД; 15-датчик синхроимпульсов; [6-усилитель.

Для определения оптимальных конструктивных параметров датчика цикловой подачи были проведены специальные теоретические исследования. Они показали, что величине противодавления впрыскиванию в 6.5 МПп масса плунжера должна составлять 37.4 г, диаметр плунжера - 16 мм объем измерительной камеры датчика - 10 см-1. При таких параметрах да!чика обеспечивается возможность проведения замера единичной цикловой подачи в течении 0.035 с.

Предложенное устройство позволяет оценивать средние и текущие значения цикловых подач, их математическое ожидание, среднее квадра-шчгское 01кл0нснис. угол опережения впрыскивания, вычислять мржцик-локу о неравномерность тонливоподачн как по известной, так и но пред: ложеиной методикам. При этом исключается необходимость применения мензурок для контроля количества'впрыскиваемого топлива и создаются реальные предпосылки для автоматизации процесса регулировок топливной аппаратуры, причем как и ремонтных предприятие, так и на мводах но проитодону дизельной топливной аппаратура.

В третьей главе описаны экспериментальные установки и измерительная апаратура. Здесь же описаны методики исследований, принятые способы тарировки датчиков и обработки экспериментальных данных.

Безмоторные испытания проводились на стенде для регулировки дизельной топливной аппаратуры КИ-15711-01 ГОСНИТИ, моторные -на тормозно-обкаточном стенде КИ-5527-ГОСНИТИ с использованием одноцилиндрового дизеле 14 12.5* 14-

Основные показатели процесса топливоподачи и работы двигателя определялись по общепринятой методике с использованием электрических методов измерения (с помощью тензометрических и индуктивного датчиков).

Статистическая обработка экспериментальных данных проводилась на ПК ШМ 486 0X2 с использованием стандартных программ "БирегСаНс 4" и "БТАТОКАРШСЗ".

Погрешность измерений оценивалась общепринятыми методами.

В четвертой гщве представлены результаты безмоторных исследований предложенной методики, экспериментально обоснована необходимость изменения конструкции серийной топливоподающей системы дизеля 14 12.5*14.

Для сравнения точности оценки (погрешности) предложенной методики и наилучшего из известных методов, основанного на непосредственном измерении величины цикловой подачи, производился расчет межцикловой неравномерности топливоподачи по данным экспериментов.

Графики зависимостей относительной ошибки оценки межцикловой неравномерности топливоподачи е(8у) от вероятного значения относительной ошибки максимальной цикловой подачи, при различных методиках определения ее величины, приведены на рис.4.

Как видно, в случае определения величины максимальной цикловой подачи с возможной ошибкой 2.9% относительная ошибка предложенной

методики не превышает 1%, в то время как при использовании известной методики она существенно увеличивается и доходит до 11%.

Ф)

%

V'

/

/

Рис.4. Зависимость oitio сительной ошибки оценки межцикловой неравномер-н ти e(ô) от вероятной относительной ошибки при определении максимальной цикловой подачи по

. . , предложенного——) и иэ-0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 e(gnm),% весг„ой(-----) методикам.

На основе анализа факторов, влияющих на величину межцикловой неравномерности топливоподачи (гл.1) и с целью обеспечения максимально возможной стабильности последовательных подач топлива на всех режимах работы дизеля, проводились работы по доводке серийной топливоподающей системы дизеля 14 12.5x14.

Было выявлено, что снижению межцнкловой неравномерности топливоподачи способствует стабилизация остаточного давления в линии нагнетания и давления в наполнительной магистрали головки насоса.

С учетом этого обстоятельства в серийную тонлнвоподаюшую систему были внесены следующие конструктивные изменения:

- вместо грибкового нагнетательного клапана установлен клапан двойного действия типа НД с обеспечением открытия его обратного клапана при давлении 4.0 МПа;

- увеличен объем полости отсечки в головке топливного насоса (путем подключения дополнительного аккумулятора объемом У.Кк.= 0.3 дм1);

- повышено давление в линии наполнения до величины Рподк.= 0.2 МПа.

Анализ обобщенных данных но исследованию модернизированной (с указанными изменениями) и серийной топливоподающих систем пока зал, чю при цикловых подачах свыше gUcP=40 мм3/цикл у модернизированной топливоподающей системы замелю снизилась межцикловая неравномерность топливоподачи (до 11% против 27% у серийной при

8

работе с закрепленной рейкой). Особенно ощутимо это улучшение проявлялось на режимах малых цикловых подач и частот вращения.

Для проведения моторных исследований межцикловой неравномерности топливоподачи (согласно предложенной методике) было разработано специальное устройство, обеспечивающее возможность установки величины средней цикловой подачи соответственно выбранному режиму работы дизеля и имитацию работы топливоподающей системы с закрепленной рейкой и заданными равными отклонениями от значения средней цикловой подачи в большую и меньшую стороны.

Пятая глава содержит результаты моторных исследований межцнк-лоной неравномерности топливоподачи.

На рис.5 приведены технико-экономические показатели дизеля IЧ12.5x14 при работе с экспериментальной и серийной топливоподаюши-ми системами (при закрепленной рейке насоса). Их сравнение показывает, что снижение величины межцикловой неравномерности у экспериментальной топливоподающей системы способствовало улучшению технико-экономических показателей работы дизеля.

Рис.5 Скоростные характеристики Рис.6 Зависимости искателен

дизеля 1-4125x14 при работе с экспери- работы от величины отклонений Л лрш

ментальной (— х —) и серийной (- - о - -) &1ср=1()5 мм'/пикл (-----);

топлнвоподающими системами. &,«,,= 80 мм'/цикл (.....).

70 мм'/цпкл (----- - -1

При моторных испытаниях оценивались усредненные значения средней цикловой подачи топлива и соответствующие им значения эффективной мощности Ne, часовых расходов топлива Gr и воздуха С U, температуры Т, и дымности Dx отработавших газов.

Согласно методике, значения Ne,¡, gc.i, a¡, Gb.í, Tr,i, DXJ определялись при работе экспериментальной топливоподающей системы с отклонениями от установленного, значения средней цикловой подачи на одну и iy же величину как в сторону уменьшения, так в сторону увеличения Например, отклонение цикловых подач на величину Д=20% при gq.cp=105 ммя/цикл предполагает работу с чередованием средних цикловых подач gmin ср=84 мм3/цикл и gMaxcp= =126 мм3/цнкл.

На рис.6 показаны зависимости технико-экономических показателей работы дизеля 1Ч12.5х!4 от средней величины отклонений цикловых подач Л на различных нагрузочных и скоростных режимах.

Из графиков видно, что с увеличением А технико-экономические показатели дизеля ухудшаются, причем более резко на малых режимах. Гак, если отклонение цикловой подачи на 50% при guip- 105 мм3/иикл вызвало снижение текущих значений эффективной мощности на 41%, то при gucp= =70 мм '/цикл - уже на 76%.

В соответствии с изменением эффективной мощности меняется и удельный расход топлива. Так, на номинальном режиме работы ср = 105 мм3/цнкл. п=1600 мин1) увеличение отклонений до Д='50% повлекло повышение удельного расхода топлива на 40%, а при &1ср=70 мм3/цикл -па 173%. Так же изменялись и другие показатели работы дизеля.

В целом следуег отметить, что четко прослеживается ухудшение технико-экономических показателей работы дизеля по мере увеличения величины отклонений текущих цикловых подач от среднего значения Степень ухудшения возрастает по мере снижения нагрузки (цикловой подачи) и частоты вращения коленчатого вала двигателя (скорости подачи топлива плунжером)

Установленные зависимости показателей работы дизеля Р от величины отклонений Д, позволяют, согласно предложенной методике, расчетным путем оценить влияние межцикловой неравномерности топливо-подачи на технико-экономические показатели работы дизеля.

С использованием результатов расчетов были построены скоростные и нагрузочные характеристики дизеля при работе его топливоподаю-щей системы с различной величиной межцикловой неравномерности (рис.7).

Как видно, с уменьшением величины средней цикловой подачи и частоты вращения коленчатого вала дизеля влияние межцикловой неравномерности на показатели работы дизеля существенно возрастает.

На рис.8 представлены зависимости, полученные при пересчете 1\1г и & для различных значений межцикловой неравномерности и средней цикловой подачи.

Как видно, с уменьшением величины средней цикловой подачи влияние межцикловой неравномерности топливоподачи возрастает, особенно в случаях, когда величина 8 превышает 20%. Так, увеличение межцикловой неравномерности топливоподачи на номинальном режиме (№=13.9 кВт, п=1600 мин1, цц=105 мм3/цикл) от минимально-возможной (на данном режиме 6%) до 80% привело к снижению эффективной мощности на 4.5% (0.63 кВт) и к увеличению удельного расхода топлива на 5.2% (14 г/кВт-ч).

На частичных режимах (N<,= 10.5 кВт. п=1600 мин1, gЧcp=80 мм'/цикл и Мс=7.5 кВт, п=1б00 мин1, цЦ ср=70 мм3/цикл) идентичное увеличение 8 привело к более резкому снижению эффективной мощности, соответственно, на 5.9% и 7.8% и повышению удельного расхода топлива на 7.4% и 10.6%.

Полученные данные показывают, что увеличение 8 до 20% существенно не ухудшает технико-экономические показатели работы дизеля.

Межцикловая неравномерность топливоподающих систем современных дизелей с механическим регулятором на номинальном режиме не

1Че.

кВт 12

9

6

ёе,

кВт-ч 350

300

а)

■¿г

Ж 1

От

• V /

\ / ^ \

ч' \ К ! ■! Л'

1 1

Тг. °с

500 450

йт,

кг/ч 3.0

2.4 1.8

а

5.0 3.0

380 310

6)

91 !

\ А

\ ч\

г ¡г

ь. 500 400

вт,

кг/ч 4.0

1.0

1200 1300 1400 1500 п, мин1 0.15 0.30 0.45 0.60 Ре> МПа

Рнс.7. Скоростные характеристики дизеля 14 12.5x14 при работе его топливоподающей системы со средней

I

цикловой подачей дц.ср=105 мм3/цикл (а) и нагрузочные характеристики дизеля 14 12.5x14 при частоте вращения п= 1600 мин-' и межцикловой неравномерностью топливоподачи 5=8%(-); 5=50% (-----); 5=100% (-........).

aNj,

aN,„ %

100 97 94 91 88 85

ч

aN„ f\ ч\ \>

1

J /V /у

л.

&tf.

mmvu.

45

20 40 60 80 6,% Рис.9 Зависимость минимально-устойчивых оборотов холостого хода Пть и соответствующих им значений -средней цикловой подачи &1ср и часового расхода топлива в, от межцикловой неравномерности 8.

20 40 60 80 б, % Рис.8 Зависимости изменения мощности ANe и удельного расхода топлива Age от межцикловой неравномерности 6 при средних цикловых подачах:

gu ер= 105 мм3/цикл (--—);

gMtrr .80 мм'/цикл (.....-);

&ixp= 70 мм'/цикл (-.......-).

превышает 15% и вполне удовлетворяет допустимым пределам, но на режимах малых нагрузок и цикловых подач она достигает 60% и существенно снижает показатели их работы.

Дальнейшими исследованиями было выявлено, что межцикловая неравномерность топливоподачи оказывает существенное влияние и на минимально-устойчивую частоту вращения холостого хода п* * (рис.9).

С увеличением 8 с 20% до 100% минимально-устойчивая частота вращения возрастает на 10.7% (с 900 мин-' до 960 мин-1), а соответствующая ей минимально возможная средняя цикловая подача увеличивается на 23.5% (с. 34 мм'/цикл до 42 мм3/цикл).

В целом, можно утверждать, что снижение межцикловой неравномерности топливоподачи повышает экономичность работы дизеля и снижает минимально-устойчивую частоту вращения его холостого хода.

Вместе с тем следует отметить, что эти величины могут рекомендоваться в качестве допустимых только для одноцилиндровых дизелей. Для многоцилиндровых двигателей, в которых кроме межцикловой имеет

место межсекционная неравномерность топливоподачи, выявленные значения должны рассматриваться как фактическая неравномерность топливоподачи.

Дальнейшими экспериментами было также доказано, что величина погрешности предложенной методики действительно снижается с увеличением средней цикловой подачи и межцикловой неравномерности топли воподачи, для которой проводится расчет показателей работы дизеля.

Для каждого из техннко-экономических показателей ge, а, С8, г]у, Тг, Ох) погрешность вычисления различна, что связано с изменением функции зависимости этого показателя от отклонений цикловых подач.

В шестой главе рассмотрены вопросы технико-экономической эффективности применения предложенных методик и устройства для измерения цикловых подач топлива.

Предельная относительная погрешность полученных результатов, при неточном (в пределах ошибки измерения) определении величин максимальной или минимальной цикловых подач, с использованием предложенной методики не превышает 1%, в то время как при лучшей из известных ранее методик она доходит до 11%.

Немаловажно и то, что при использовании предложенного устройства топливо впрыскивается в среду, находящуюся под давлением, эквивалентном среднему давлению газов в цилиндре дизеля. Это приближает безмоторные испытания топливоподающих систем к реальным условиям эксплуатации.

Использование предложенных методики и устройства открывает широкие возможности для совершенствования топливоподающих систем в направлении снижения их неравномерности топливоподачи и на этой основе существенного повышения технико-экономических показателей работы тракторных дизелей в целом.

Ориентировочные расчеты показывают, что например, для трактора с дизелем 14 12.5x14 расчетный годовой экономический эффект от огра-

ничения межцикловой неравномерности топливоподачи допустимой величиной 20% составит 278 685 рублей.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

В объеме настоящей работы:

1. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований установлено, что:

- межцикловая неравномерность топливоподачи современных топливоподающих систем с механическим регулятором на номинальном режиме не превышает 15%, а на режимах малых нагрузок и цикловых подач достигает 60%;

- на номинальном режиме работы дизеля 14 12.5x14 (Nc=13.9 кВт, п=1600 мин-1, gu= 105 мм3/цикл) заметное влияние межцикловой неравномерности топливоподачи на технико-экономические показатели работы дизеля начинает проявляться при превышении ее значения 20%. Дальнейшее увеличение межцикловой неравномерности заметно ухудшает технико-экономические показатели. Так, увеличение 5 от минимально возможной (на данном режиме 6%) до 80% привело к снижению эффективной мощности на 4.5% (0.63 кВт) и к увеличению удельного расхода топлива на 5.2% (14 г/кВт ч). В то же время на эти значения нельзя ориентироваться в случае многоцилиндровых -двигателей; скорее всего таким значениям для них должна соответствовать общая (фактическая) неравномерность топливоподачи;

- с уменьшением частоты вращения и нагрузки дизеля влияние межцикловой неравномерности топливоподачи существенно возрастает; так, при снижении частоты вращения коленчатого вала дизеля до п=1300 мин-1 и средней цикловой подачи до gu.cP=70 мм3/цикя увеличение 8 с 11% до 80% привело к снижению мощности Nc уже иа 4.8% и удельного расхода топлива gc - на 6.4с/о;

- увеличение 6 с 20% до 100% приводит к повышаению минимально-устойчивой частоты вращения на 10.7% (с 900 мин-' до 960 мин1).

2. Допустимые значения межцикловой неравномерности топливопо-дачи для одноцилиндровых дизелей на номинальном режиме составляют не более 15% на малых подачах и частот вращения - 30%.

Выявленные высокие допустимые значения межцикловой неравномерности топливоподачи являются, вероятно, следствием черезмерно высокого значения заложенного коэффициента избытка воздуха дизеля 1 Ч 12.5x14.

3. Влияние межцикловой неравномерности топливоподачи на технн-ко-экопомические показатели работы дизеля объясняется тем, что при ее возрастании увеличивается относительное количество циклов с увеличенной и уменьшенной подачами. При увеличенных подачах оказываются уменьшенными текущие "цикловые" значения коэффициета избытка воздуха, а при уменьшенных - возрастает доля относительно грубо распыленного топлива, соответствующая началу и концу впрыскивания.

4. Снижению межцикловой неравномерности топливоподачи способствуют все конструктивные мероприятия, стабилизирующие остаточное давление на линии нагнетания и давления на линиях всасывания и отсечки, а также снижение инертности действия регулятора и др.

Так, частичная стабилизация остаточного давления на величине 4.0 МПа и снижение колебательных явлений в линии наполнения и отсечки у исследованой системы топливоподачи дизеля 14 12.5x14 позволила снизить межцикловую неравномерность (при средней цикловой подаче gu.cp=35 мм3/цикл) с 27% до 11%.

4. Разработана методика определения влияния межцикловой неравномерности топливоподачи на технико-экономические показатели работы дизеля, основанная на первоночальном определении основных параметров двигателя при работе с заданными отклонениями величин

последовательных цикловых подач и последующим их перерасчете на основе теоретически установленных зависимостей.

Для оценки Погрешности определения влияния межцикловой неравномерности топливоподачи на технико-экономические показатели работы дизеля предложено аналитическое выражение (формула 15).

5. Разработана методика оценки межцикловой неравномерности топливоподачи. Она основана на том, что ее величина рассматривается в виде отношения среднеквадратического отклонения значений цикловых подач а к их математическому ожиданию Mg. При этом значения о и Mg вычисляются по методу произведений исходя из анализа значений 30 последовательных цикловых подач.Относительная погрешность в оценке межцикловой неравномерности топливоподачи при неточном (в пределах ошибки измерения) определении величин максимальной и минимальной цикловых подач с использованием предложенной методики не превышает 1%, в то время как при лучшей из известных методик она может доходить до 11%.

6. Предложено устройство для измерения последовательных цикловых подач топлива (патент № 2059870), обеспечивающее высокую точность измерений и создающее реальные предпосылки для автоматизации оценки и контроля средних и текущих значений цикловых подач, опережения впрыскивания, а также межцикловой неравномерности топливоподичи.

Устройство может использоваться как в ремонтных предприятиях, так и на заводах по производству дизельной топливной аппаратуры.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Патент №2059870, F 02М 65/00, RU, CI. Устройство дня измерения цикловой подачи топлива,- Баширов P.M., Габитов И.И., Неговора А.В.- Уфа: БГАУ.- Заявлено 10.08.93, Опубликовано 10.05.96,- Пюл. № 13. 1996.

2. Габитов И.И., Неговора A.B. Оценка неравномерности подачи топливных систем тракторных дизелей,- Тез. докл. XIII региональной

__научно-практ. конференции молодых ученых и специалистов поев. 60-ти

летаю Оренбургской области.- Оренбург:, 1994 г.- с.15-17.

3. Баширов -P.M., Габитов И.И., Неговора A.B. Методика и устройство для моторных исследований межцикловой неравномерности топливоподачи.- В сб. научн. тр.: Совершенствование конструкций, методов эксплуатации и ремонта с.-х. техники. - Уфа: БГАУ.1995.- с.53-57.

4. Неговора A.B. Автоматизация процессов измерения цикловой подачи топлива и момента начала впрыскивания топливоподающих систем автотракторных дизелей.- Тез. докл. конференции молодых ученых и аспирантов БГАУ.- Уфа: БГАУ, 1996 г.- с.5-6.

5. Неговора A.B. Конструкция и расчет устройства для измерения последовательных цикловых подач топлива.- Сб. научн. тр. молодых ученых и аспирантов БГАУ,- Уфа: БГАУ, 1996,- с. 65-67.

6. Неговора A.B. Исследование влияния межцикловой неравномерности топливоподачи на технико-экономические показатели работы автотракторных дизелей.- Тез. докл. конференции посвященной 100-летию со дня рожд. проф. Ланге А.П.- Уфа: БГАУ, 1996,- с. 8-10.

7. Неговора A.B. Влияние неравномерности топливоподачи на технико-экономические показатели работы тракторных дизелей.- Сб. научн. тр. молодых ученых и аспирантов БГАУ.- Уфа: БГАУ, 1997,- с. 33-36.

8. Баширов P.M., Габитов И.И., Неговора A.B. Совершенствование методики определения межцикловон неравномерности топливоподачи в автотракторных дизелях. - Сельские узоры, 1997.- №3,- с.18-19.

9. Габитов И.И., Неговора A.B. Влияние неравномерности топливоподачи на технико-экономические показатели работы дизелей.- В сб. научн. тр.: "Ресурсо- и энергосбережение в республике Башкортостан: проблемы и задачи".- Уфа:БГУ, 1997,- с. 28-32.