автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Повышение ресурса распылителей топлива в дизелях снижением нагруженности прецизионных сопряжений

На правах рукописи

Лазарев Владислав Евгеньевич

7

□□3452891

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА РАСПЫЛИТЕЛЕЙ ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЯХ СНИЖЕНИЕМ НАГРУЖЕННОСТИ ПРЕЦИЗИОННЫХ СОПРЯЖЕНИЙ

05.04.02 - «Тепловые двигатели»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Барнаул-2008

003452891

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшег профессионального образования «Южно-Уральский государственный универси

тет».

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Рождественский Юрий Владимирович.

доктор технических наук, доцент Мироненко Игорь Геннадьевич,

доктор технических наук, профессор, заслуженный работник высшей школы РФ Патрахальцев Николай Николаевич,

доктор технических наук, профессор Попович Валерий Степанович.

Ведущая организация:

ООО «ГСКБ «Трансдизель».

Защита состоится «/??» декабря 2008 г. ч/У часов на заседании диссертационного совета Д 212.004.03 при Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова по адресу: 656038, г. Барнаул, пр. им. В.И. Ленина, 46, ауд. 426 гл. корп.

E-mail: D21200403@mail.ru, тел/факс (3852)260516

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью Вашего учреждения, просим направлять в двух экземплярах по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан « ^ » ноября 2008 г. Ученый секретарь диссертационного совета

Свистула А.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Форсирование дизелей по среднему эффективному давлению и частоте вращения коленчатого вала с одновременным снижением выбросов вредных веществ отработавшими газами требует повышения давления впрыскивания топлива и сопровождается ростом температуры распылителя. Следствием высоких тепловых, гидродинамических и механических нагрузок, изнашивающих контактный слой прецизионных сопряжений, плохой фильтрации и коксования топлива в распыливающих отверстиях является пониженный ресурс распылителя, сдерживающий форсирование дизелей.

Повышение ресурса распылителей топливных форсунок является одним из условий обеспечения высокого технического уровня дизелей. Ресурс распылителей отечественных тракторных и комбайновых дизелей по ГОСТ 10579-88 (с изменениями от 1995-07-01) должен составлять не менее 50% ресурса форсунки, автомобильных дизелей - не менее 3500 ч. Ресурс распылителей фирмы Bosch составляет более 4500 моточасов. Фактический ресурс отечественных распылителей, например, в дизелях 124 15/18, 64 15/18 и 4ЧН 15/20,5 часто не превышает 1200... 1300, а в дизеле 8ЧН 13/14 - 1500 моточасов. Опыт эксплуатации отечественных дизелей свидетельствует, что до 75% вышедших из строя распылителей имеют потерю гидравлической плотности вследствие преждевременного достижения предельного износа прецизионных сопряжений.

Способы повышения ресурса и топливной экономичности дизелей совершенствованием конструкции, технологии изготовления и снижением нагруженности прецизионных сопряжений распылителей рассмотрены в трудах Астахова И.В., Баширова P.M., Голубкова JI.H., Горбаневского В.Е., Грехова JI.B., Кухаренка Г.М., Лышевского A.C., Маркова В.А., Морозовой B.C., Николаенко A.B., Пат-рахальцева H.H., Роганова С.Г., Русинова Р.В., Трусова В.И., Фомина Ю.Я., Файнлейба Б.Н. и др. Повышение давления впрыскивания топлива, особенно с применением систем впрыскивания типа Common Rail, и ресурса прецизионных сопряжений распылителя требует дальнейшего совершенствования этих способов развитием известных и применением новых технических решений.

Внедрение новых конструкций для улучшения работы прецизионных сопряжений распылителя сдерживается неполной оценкой их эффективности, в частности ресурса. Известные методы оценки ресурса прецизионных сопряжений распылителя, не учитывающие зависимость радиальной силы, действующей на иглу, от давления топлива и размеров направляющей от температуры, специфику тепломеханического нагружения контактного слоя поверхностей, реальный микрорельеф шероховатости, изменение теплофизических и механических свойств материалов, нуждаются в развитии й повышении достоверности.

Повышение ресурса распылителей топлива в дизелях снижением нагруженности, а также совершенствование методов оценки эффективности технических решений по улучшению работы прецизионных сопряжений, является актуальной научной проблемой. При решении проблемы реализован комплексный подход, включающий разработку технических решений по совершенствованию кон-

струкции распылителей и создание метода оценки ресурса прецизионных сопряжений с использованием энергетической модели трения и изнашивания для определения их эффективности.

Цель работы. Повышение ресурса прецизионных сопряжений распылителей топлива при форсировании дизелей.

Для достижения поставленной цели предусматривается решение следующих задач:

1. Систематизировать факторы, определяющие ресурс распылителя топлива, и определить пути повышения ресурса при форсировании дизелей;

2. Оценить параметры теплового, гидродинамического и механического на-гружения прецизионных сопряжений распылителя при изменении режима работы дизеля;

3. Определить фактические контактные параметры рабочих поверхностей при взаимодействии элементов прецизионных сопряжений распылителя с использованием математического моделирования шероховатости;

4. Разработать математические модели и метод оценки ресурса прецизионных сопряжений распылителя, учитывающий режим работы дизеля, фактические параметры шероховатости и триботехнические характеристики поверхностей;

5. Установить влияние уровня нагружения и частоты вращения коленчатого вала дизеля на ресурс прецизионных сопряжений распылителя;

6. Оценить эффективность и рекомендовать к использованию при форсировании дизеля известные и новые технические решения по повышению ресурса распылителя снижением нагруженности прецизионных сопряжений и распыли-вающих отверстий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлена взаимосвязь процессов теплового, гидродинамического и механического нагружения прецизионных сопряжений с конструктивными и эксплуатационными факторами, определяющая ресурс распылителя топлива;

2. Разработан метод оценки ресурса прецизионных сопряжений, учитывающий режим работы дизеля, параметры шероховатости, связь критического числа циклов нагружения с коэффициентом аккумуляции энергии микродеформирования, действительным и предельным напряженным состоянием контактного слоя. Предложена модель зависимости ресурса от толщины и интенсивности изнашивания контактного слоя, частоты вращения коленчатого вала и хода иглы распылителя;

3. Учтено влияние температуры на геометрические параметры элементов и давление топлива в гидравлическом тракте распылителя топлива при уточненной оценке контактных параметров, напряженного состояния поверхностного слоя и ресурса прецизионных сопряжений;

4. Предложена зависимость, устанавливающая связь массы продуктов износа и скорости изнашивания с характером и продолжительностью приработки прецизионных сопряжений распылителя на основе распределения Вейбулла;

5. Развиты методы (спектрального анализа, фрактального подхода и ортогональных преобразований) математического моделирования микрорельефа шеро-

ховатости для создания конечно-элементных моделей поверхности контактного слоя прецизионных сопряжений распылителя.

Методы исследования. Математическое моделирование внутрицилиндровых процессов теплообмена, теплопередачи и контактного взаимодействия прецизионных элементов распылителя топлива в дизеле с использованием методов математической статистики и конечных элементов. Экспериментальные исследования дизеля и его деталей с использованием стандартных и оригинальных измерительной аппаратуры и методов испытаний.

Объект и предмет исследования. Процессы теплового, гидродинамического и механического нагружения и их влияние на ресурс прецизионных сопряжений распылителя топлива в дизеле.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Предложен и обоснован способ повышения ресурса направляющего и запирающего прецизионных сопряжений и снижения закоксованности распыли-вающих отверстий применением тепловой защиты распылителя при сохранении мощности дизеля;

2. Рекомендованы и обоснованы технические решения (уменьшение хода, диаметра и длины направляющей иглы, экранирование корпуса распылителя) для сохранения ресурса прецизионных сопряжений при форсировании дизеля по среднему эффективному давлению и частоте вращения коленчатого вала;

3. На основе разработанного метода выполнена сравнительная оценка эффективности и даны рекомендации по выбору технических решений (число топливных каналов в корпусе и кольцевых проточек на игле, теплопроводность иглы и тепловая защита) для снижения температуры прецизионных сопряжений распылителя;

4. Разработана методика определения граничных условий теплового, гидродинамического и механического нагружения для оценки температурного и напряженно-деформированного состояния распылителей различных конструкций;

5. Предложена методика определения интенсивности изнашивания, позволяющая оценить ресурс прецизионных сопряжений распылителя с использованием энергетической модели трения и изнашивания;

6. Систематизированы методы моделирования микрорельефа шероховатости контактного слоя для создания конечно-элементных моделей контактирующих поверхностей с заданными геометрическими характеристиками.

Реализация результатов. Результаты работы использованы ОАО «Челябинский тракторный завод» и ООО «ЧТЗ-Уралтрак» для разработки распылителя топлива с тепловой защитой в многотопливной модификации тракторного дизеля Д-180 и газодизельной модификации дизель-генераторной установки. Рекомендации по очистке прецизионных сопряжений и распыливающих отверстий распылителя использованы в Южно-Уральском филиале ОАО «РЖД» для дизелей Д6 и Д12. Рекомендации по оценке ресурса распылителей использованы ООО «Уральский дизель-моторный завод». Разработанный метод оценки ресурса сопряжений использован Австрийским центром компетентности в трибологии (АС2Т research GmbH, Wr. Neustadt, Austria) при выполнении исследовательских

работ по оценке ресурса направляющих скольжения с комбинированным смазочным материалом. Методика определения граничных условий теплового, гидродинамического и механического нагружения прецизионных сопряжений распылителя используется в учебном процессе кафедр «Двигатели внутреннего сгорания» Южно-Уральского государственного университета и Челябинского высшего военного автомобильного командного инженерного училища. Результаты диссертационной работы использованы в ОАО «Научно-исследовательский институт автотракторной техники» при проведении работ по оценке эффективности тепловой защиты распылителей тракторных дизелей.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждены и одобрены на региональных, межрегиональных и международных научно-технических конференциях: Челябинск: ЧГТУ, 1995-1998 гг.; «Двигатель-97» -Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997 г.; «Технические ВУЗы - Республике» -Минск: БГПА, 1997 г.; Челябинск: ЧГАУ, 1997-2008 гг.; Челябинск: ЮУрГУ, 1999-2008 гг.; отчетной конференции-выставки подпрограммы 205 «Транспорт» НТП Минобразования России «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» - Москва: МГАИ (ТУ) - Звенигород, 2002 г.; «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, боевая эффективность, наука и образование» - Броня-2002 - Омск: ОТИИ, 2002 г.; «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателе-строения» - Челябинск: ЮУрГУ, 2003, 2006 гг.; World Tribology Congress III Washington, USA - Washington Hilton & Towers, 2005; Symposium «Tribosysteme in der Fahrzeugtechnik» - Graz, Austria - ÖTG, 2005; «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей» - СПб.- Пушкин: СПбГАУ, 2003, 2005-2008 гг.; «Современные транспорт и транспортные средства: проблемы, решения, перспективы» - Минск: БНТУ, 2006 г.

Диссертационная работа одобрена на научных семинарах кафедр «Двигатели внутреннего сгорания» Южно-Уральского государственного университета, Алтайского государственного технического университета и кафедры «Тракторы и автомобили» Челябинского государственного агроинженерного университета.

Публикации. Основные научные и практические результаты диссертационной работы изложены в 46 работах, в том числе 10 - в изданиях, рекомендованных ВАК, 13 - в трудах и материалах международных, всероссийских и региональных конференций, 22 - в региональных изданиях, в патенте на изобретение.

Личный вклад автора. Основные научные результаты теоретических и экспериментальных исследований получены лично автором при выполнении научно-исследовательских работ с ОАО «ЧТЗ» и ООО «ЧТЗ-Уралтрак» (1996-2003), с ОЗПМ ЮУЖД (1999-2004), научно-технической программы: «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (2001-2002), гранта международного фонда INTAS (2004-2006) в кооперации с АС2Т research GmbH (Wr. Neustadt, Austria), гранта DAAD по программе «Михаил Ломоносов» Министерства образования и науки РФ и Германской службы академических обменов (2007) в кооперации с Институтом механики Берлинско-

го технического университета (TU Berlin), гранта международного фонда TEMPUS (2007) в кооперации с АС2Т research GmbH (Wr. Neustadt, Austria).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, библиографического списка (150 источников) и приложения. Диссертация содержит 340 страниц, 15 таблиц, 126 иллюстраций.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечается необходимость повышения ресурса трибосопряже-ний как одна из основных проблем двигателестроения. Особенно актуальна эта проблема для прецизионных сопряжений распылителя, нагруженность которых растет с увеличением давления впрыскивания топлива, среднего эффективного давления и частоты вращения коленчатого вала дизеля. Обосновывается необходимость совершенствования теории оценки ресурса распылителей. Рассматриваются направления по ограничению тепловой и механической нагруженности для снижения интенсивности изнашивания и повышения ресурса прецизионных сопряжений распылителя при увеличении давления впрыскивания топлива.

В первой главе приведен краткий обзор работ по теме диссертации, обоснованы цель и сформулированы задачи исследования.

Требования к распылителям топлива в дизелях включают обеспечение равномерного распределения по камере сгорания, тонкости, равномерности распиливания, своевременности и закономерности впрыскивания топлива, а также герметизации магистрали высокого давления. Реализация этих требований особенно затруднена в распылителях типа DLA, ресурс прецизионных сопряжений которых еще недостаточно высок. Ресурс направляющего и запирающего прецизионных сопряжений «игла - корпус» зависит от уровня, характера нагруженности и интенсивности изнашивания контактных поверхностей, определяющих гидравлическую плотность и герметичность, от закоксовывания распыливающих отверстий, определяющих их суммарное проходное сечение д/р. Исследования ЦНИДИ свидетельствуют, что часто фактический ресурс распылителей не превышает 200.. .500 моточасов.

Потеря работоспособности распылителя оказывает влияние на параметры и характеристики процессов топливоподачи (давление рвпр, продолжительность д>впр, своевременность вт, закономерность а впрыскивания) и сгорания топлива, а также показатели рабочего цикла дизеля. Снижение гидравлической плотности и герметичности прецизионных сопряжений на 40%, проходного сечения распыливающих отверстий на 18% и подвижности иглы в корпусе, сопровождается уменьшением давления на 12% и повышением продолжительности впрыскивания на 7%. При этом тепловые потери и продолжительность сгорания топлива увеличиваются соответственно на 2% и 12%. Ухудшение параметров впрыскивания и сгорания топлива снижает, в частности, в дизелях повышенной размерности с турбонаддувом, мощность (на 14%) и топливную экономичность (на 6%), повышает механическую (на 4%) и тепловую (на 10%) нагруженность, дымность (на 13%) и выбросы вредных веществ (СО на 9%, NOx на 1,5% и СН на 2%) отработавшими газами.

Результаты исследований и эксплуатации топливных форсунок дизелей свидетельствуют, что ресурс распылителей зависит от характера трения и уровня износа прецизионных сопряжений, а также от механических и физико-химических свойств материалов и топлива. Контактное взаимодействие элементов прецизионных сопряжений, обуславливающее их износ и ресурс распылителя топлива в дизеле, является наименее изученным явлением. Расчетная оценка ресурса прецизионных сопряжений, необходимая для установления эффективности технических решений, затруднена определением нагруженности и интенсивности изнашивания контактного слоя.

Во второй главе рассматриваются факторы, определяющие ресурс распылителя, включающие параметры газовой среды в цилиндре, физико-химические и теплофизические свойства топлива, механические свойства материалов и состояние гидравлического тракта. Особое внимание уделено тепломеханической нагруженности и контактным параметрам прецизионных сопряжений.

Причинами снижения ресурса распылителя являются: повышенный износ в результате контактного взаимодействия элементов сопряжений; потеря герметичности по запирающему конусу и гидравлической плотности направляющего сопряжения (рисунок 1,а); снижение подвижности и зависание иглы; отсутствие тепловой защиты; коксование топлива в распыливающих отверстиях и невысокое качество фильтрации топлива. Важное значение имеют соблюдение технологии изготовления и условий приработки сопряжений, а также условий монтажа распылителя в форсунке и форсунки в головке цилиндров.

Улучшение функционирования прецизионного трибосопряжения достигается интенсификацией охлаждения иглы и корпуса распылителя, тепловой защитой его элементов, профилированием направляющей и запирающей поверхностей, а также оптимизацией величины и характера изменения зазора с учетом деформирования деталей, физико-химических и теплофизических свойств топлива.

Зазор Д в сопряжении, мкм

а) б)

Рисунок 1 - Характеристика гидравлической плотности направляющего сопряжения распылителя (а) и нагрузочная характеристика дизеля (б)

Пропускная способность гидравлического тракта распылителя оказывает влияние на параметры и характеристики впрыскивания топлива. Важной составляющей потери работоспособности являются загрязнения внутренних полостей и сопряжений нагаро- и смолоотложениями. Закоксовывание распиливающих отверстий способствуют уменьшению пропускной способности гидравлического тракта с изменением параметров и характеристик впрыскивания топлива.

Одним из эффективных способов снижения интенсивности коксования топлива в распиливающих отверстиях является тепловая защита распылителя. Установлено, что за равное время работы дизеля уменьшение проходного сечения распыливающих отверстий штатных распылителей составило 6,85...7,44%, а распылителей с тепловой защитой - 2,09...2,63%. Для восстановления пропускной способности эффективна профилактическая очистка гидравлического тракта распылителя моющими техническими жидкостями.

Нагруженность распылителей топлива в дизелях различается видом и условиями. Вид нагруженности определяется физической природой, а условия - характером и интенсивностью. Гидродинамическое и тепловое нагружение распылителя, например в дизеле 4ЧН 15/20,5, при повышении нагрузки от холостого хода до максимальной мощности характеризуются изменением среднего давления впрыскивания топлива Рвпр от 28 до 39 МПа и температуры /р корпуса распылителя от 118 до 242 °С, (рисунок 1,6).

Для распылителя топливной форсунки характерны следующие виды нагру-жения: гидродинамическое, тепловое, механическое и кинематическое. Различаются условия работы всех четырех прецизионных сопряжений распылителя: цилиндрического (направляющего) и конического (запирающего) - «игла - корпус распылителя», плоскостного (уплотняющего) - «корпус распылителя - корпус форсунки» и сферического - «игла распылителя - штанга форсунки».

Элементы прецизионного цилиндрического сопряжения «игла - корпус» находятся в состоянии нестационарного контакта с относительным перемещением поверхностей. Это один из сложных видов нагружения как по характеру взаимодействия контактных поверхностей, так и со средой в зоне контакта. Анализ опытных данных свидетельствует, что наибольшие износы отверстия корпуса (до 3...5 мкм) и иглы (до 1...3 мкм) наблюдаются со стороны подыгольной полости. Для прецизионного направляющего трибосопряжения распылителя "характерны виды нагружения: гидродинамическое, тепловое и контактное. Прецизионное коническое сопряжение иглы с седлом корпуса испытывает механическое нагружение ударного характера пружиной форсунки в момент окончания впрыскивания и некоторое гидродинамическое «догружение» топливом.

Анализ факторов, определяющих ресурс прецизионных сопряжений распылителя, свидетельствует о многообразии видов их нагружений и необходимости привлечения теории процессов различной физической природы для оценки ресурса. Отдельные положения множества существующих теорий трения и изнашивания (молекулярно-механическая, энергетическая, статистическая и комбинированная) целесообразно использовать комплексно в едином методе оценки ресурса сопряжения, например, на стадии проектирования. Разработанный авто-

ром комплексный метод (рисунок 2) позволяет определять эффективность технических решений по совершенствованию конструкции и условий работы прецизионных сопряжений распылителя на основе расчетной оценки ресурса.

Л

Рисунок 2 - Комплексный метод оценки ресурса сопряжений

В третьей главе представлен метод определения граничных условий нагру-жения и теплообмена при конечно-элементном анализе температурного и напряженно-деформированного состояния распылителя. Основными являются гидродинамическое нагружение прецизионных сопряжений давлением топлива, механическое нагружение пружиной форсунки и монтажными усилиями, а также тепловое нагружение корпуса рабочими газами в цилиндре.

Следствием гидродинамического нагружения направляющего прецизионного сопряжения является нарушение соосности иглы и отверстия в корпусе, т.е. появление отклонения еи ее оси в пределах радиального зазора, обусловленного неравномерным распределением давления топлива. Появляющаяся при этом неуравновешенная радиальная сила /V, действующая на иглу, соизмерима, по данным В.И. Трусова, с усилием затяжки пружины форсунки. В зависимости от отклонения оси иглы происходит изменение характера и интенсивности трения в сопряжении. Радиальная сила N зависит от давления Ар топлива в зазоре а, следовательно от нагрузки дизеля, и от геометрических параметров (конусности к, радиуса г и длины /0) элементов направляющего сопряжения, например иглы (рисунок 3,а). Она определяется по уравнению Т.М. Башты:

^ л1огккр 2 ей

1 гБн+к

((25и +к)г -4&1г)°5 10

При этом в настоящей работе дополнительно учитывалось изменение геометрических параметров элементов сопряжения в зависимости от температуры вследствие теплового расширения. Изменение зазора и разрывы топливного слоя приводят к полужидкостному, а затем и к граничному трению. Это сопровождается дальнейшим увеличением радиальной силы, в результате чего игла при движении контактирует с поверхностью отверстия в корпусе распылителя.

Тепловое нагружение распылителя характеризуется теплоотдачей от газов к носку и боковой поверхности корпуса, к топливу в полостях и теплопередачей при контакте с форсункой.

Рисунок 3 - Формирование радиальной силы N в направляющем сопряжении (а) и изменение ее в зависимости от среднего эффективного давления Ре (б) -= 6,0 мм, /0 = 18 мм, ----й?вх = 4,5 мм, /0 = 12 мм

Квазистационарный теплообмен газов с поверхностью распылителя в цилиндре характеризуется граничными условиями третьего рода. Используя текущие значения коэффициента теплоотдачи а и температуры Т газов по углу поворота коленчатого вала, определяются эквивалентные значения а, и Тэ. Определение Т выполнено термодинамическим анализом индикаторной диаграммы давления Р, а для оценки а использована зависимость Г. Вошни (рисунок 4,а)

a = Cq- Р0,г ■ Г"0,53 • £>~°'2 • W°-% • (2)

Распределение коэффициента теплоотдачи по поверхности головки блока на диаметре цилиндра D учитывалось, используя рекомендации А.К. Костина и P.M. Петриченко. Теплообмен в зазоре между распылителем и отверстием в головке оценивался по данным A.B. Николаенко, предполагающим постоянство Г, и изменение аэ в зазоре по линейному закону.

Снижение теплоотдачи достигается, например, экранированием с созданием под экраном закрытых полостей для ограничения теплоотдачи от газов в боковую поверхность, а открытой полости - в носок распылителя.

Закрытые воздушные полости под экраном распылителя с тепловой защитой характеризуются свободно-конвективным теплообменом, который по рекомендации М.А. Михеева рассматривается как явление теплопроводности. Открытые

воздушные полости на носке характеризуются вынужденно-конвективным теплообменом со скоростью движения газа Для оценки а (рисунок 4,6) автором использовался критерий Ыи с учетом его зависимости от критериев Яе и Рг.

На протяжении рабочего цикла между распылителем и топливом имеет место вынужденно-конвективный теплообмен разной интенсивности, который рассматривался автором состоящим из двух периодов: при отсутствии и при наличии впрыскивания топлива. Во втором периоде движение топлива в полостях характеризуется высокой скоростью, а в первом периоде наблюдаются лишь колебательные его движения. Текущий коэффициент теплоотдачи в топливо в первом периоде в трех полостях: кольцевой, дифференциальной площадки и под иглой распылителя определится:

\0,25

= 1,4

Ке^, /

•Рг

0,33

т '

Рг7 Р1Ь

(3)

О 60 120 100 ¿40 .400 ЗЬО 420 480 «НО 600.

т- 14

—

м-

V«

г. к

1Ь00 1100 /00 300 VV

0,30 0,20 0.1 ь 0,10 0,05

Рисунок 4 - Изменение текущих параметров теплообмена в цилиндре дизеля (а)

и в открытой полости (б) распылителя с тепловой защитой Во втором периоде текущий коэффициент теплоотдачи в топливо в кольцевой полости и подыгольном колодце составит (4), а в полости дифференциальной площадки иглы, с учетом исследований В.Н. Долинина, определится (5):

\0,25

а'3 =0,021-Яе0'8-

Рг,0''

Рг,

Ргг;

ту

А, (4)

«1 = 0,023 ■ Яе0,6®- Ргг'4

л

• (5)

Контактный теплообмен с форсункой характеризуется температурой Тк деталей в контакте и коэффициентом контактного теплообмена ак, который для горизонтальных поверхностей определяется по рекомендациям Г.Б. Розенблита:

а*

2 А(-А[ +/г2

+ 2,1

р-к

Зегн

■104

(6)

а для вертикальных - по закономерностям для условного контактного слоя или зазора ак = Ас / 5К. Термическое сопротивление контакта зависит от идентичности формы, чистоты исполнения, контактного усилия Р, толщины контактного слоя или зазора <5К и теплопроводности среды Лс в зазоре.

В четвертой главе выполнена расчетно-экспериментальная оценка тепловой нагруженности распылителя как фактора, влияющего на его работоспособность. Значительный вклад в приложение метода конечных элементов для анализа температурного и напряженно-деформированного состояния деталей и узлов двига-

телей внутреннего сгорания внесли Заренбин В.Г., Иващенко H.A., Костин А.К., Мизернюк Г.Н., Орлин A.C., Чайнов Н.Д., Ширяев В.М. и др.

Повышение ресурса прецизионных сопряжений и распылителя в целом диктует необходимость изменения его конструкции (число наклонных топливных каналов в корпусе, выполнение кольцевых проточек на игле), введение тепловой защиты (особенно при работе на альтернативных видах топлива), использование материалов иглы с повышенной теплопроводностью, применение распылителей с модифицированными иглой и гидротрактом корпуса и т.п. (рисунок 5).

Учет влияния тепловой и механической нагруженности на температурное и напряженно-деформированное состояние элементов для повышения ресурса распылителя нуждается в количественной оценке при определении интенсивности изнашивания прецизионных сопряжений.

Решению пространственных задач теплопроводности при определении температурного состояния распылителей: штатного, с тепловой защитой и модифицированными иглой и гидравлическим трактом корпуса (разработанными автором) предшествовало создание твердотельных моделей для образования их конечно-элементных аналогов. Пространственное температурное состояние распылителей (рисунок 6) определялось с учетом предварительного решения двумерных задач. На поверхности корпуса выделяется протяженная зона с температурой в среднем 223 °С.

Распылитель с модифицированными Распылитель с кольцевыми проточками на игле иглой и гидротрактом корпуса и множеством топливных каналов в корпусе

Удаленная направляющая иглы и Топливные каналы в корпусе Кольцевые проточки на игле

развитая полость охлаждения гидротракта

Распылитель с тепловой защитой прецизионных сопряжений и распыливающих отверстий

Тепловой экран Закрытые и открытая полости под тепловым экраном распылителя

Рисунок 5 - Технические решения для снижения нагруженности распылителя

В прецизионном цилиндрическом сопряжении максимальная температура составляет 207 °С. Характер распределения теплового потока обусловлен размерами и расположением сопряжения, числом наклонных топливоподводящих каналов в корпусе и кольцевых проточек на игле. Уменьшение диаметра до 4,5 мм и длины до 12 мм направляющей иглы, развитие охлаждающей полости в корпусе, увеличение числа наклонных топливных каналов до 9, проточек на игле до 4 и

теплопроводности материала иглы в 2 раза приводит к снижению температуры цилиндрического прецизионного сопряжения распылителя в среднем на 40 С. Температура поверхности конического прецизионного сопряжения иглы и корпуса распылителя при этом изменяется несущественно.

Наибольшая температура поверхности цилиндрического прецизионного сопряжения иглы распылителя наблюдается на расстоянии от входа в зазор, равном ее диаметру, а максимальная температура - на поверхности конического сопряжения (запирающего конуса) (рисунок 7,а).

Вследствие монтажных деформаций при сборке распылителя с форсункой в районе заплечиков зазор увеличивается более чем в 2 раза. При работе дизеля с повышением температуры наблюдается уменьшение зазора в направляющем сопряжении. Изменение геометрических параметров иглы, корпуса и зазора вследствие теплового расширения при повышении температуры сопряжения сопровождается дополнительным увеличением радиальной силы (рисунок 7,6).

Рисунок 6 - Твердотельные модели и температурное состояние распылителей:

штатного (а), с тепловой защитой (б) и с модифицированными иглой и гидравлическим трактом корпуса (в) в дизеле (Ре = 0,90 МПа, п = 1250 мин"')

При оценке температуры распылителя с тепловой защитой термопара устанавливалась в контрольной точке 1, расположенной на расстоянии от носка, соответствующем точке 1 в штатном распылителе (рисунок 8). Измерение температуры распылителей осуществлялось при работе одноцилиндрового дизеля по нагрузочным характеристикам.

Рисунок 7 - Температура игл распылителей в дизеле при Ре = 0,80 МПа, п = 1250 мин (- штатный,------ с тепловой защитой,......модифицированный) - (а); зависимость радиальной силы от температуры в сопряжении при р =const и с учетом функции р = /(t) (хх - холостой ход) - (б)

Сопоставление температур штатного распылителя и распылителя с тепловой защитой показывает снижение температуры ti последнего в среднем по нагрузочной характеристике на 60...63 °С. При среднем эффективном давлении Ре = 0,9 МПа температура t, распылителя с тепловой защитой составляет 147 °С, что на 76 °С ниже, чем штатного распылителя в аналогичной точке. Математическое моделирование температурного поля распылителей (при совпадении расчетной и измеренной температур в реперной точке 1) позволяет оценить температуры в области прецизионных сопряжений и распыливающих отверстий.

Рисунок 8 - Область установки термопар (т.1) и нагрузочные характеристики

дизеля;--штатный распылитель,-------распылитель с тепловой защитой

(а) - п = 1250 мин (б) - п = 950 мин

Увеличение температуры распылителя с тепловой защитой в исследуемом диапазоне нагрузок составляет в среднем 2,5...3,0 °С на единицу среднего эффективного давления. Зависимость температуры распылителя с тепловой защитой от нагрузки свидетельствует о резерве повышения мощности дизеля.

Температура прецизионных сопряжений распылителя при работе на альтернативных видах топлива (бензинах и газожидкостных топливах) увеличивается на 30...35 °С. Снижение температуры распылителя у распыливающих отверстий и прецизионных сопряжений обеспечивает уменьшение коксования топлива, износа сопряжений и вероятности зависания иглы.

В пятой главе рассмотрены, полученные оптическим профилометрировани-ем, микрорельефы шероховатости поверхностей игл распылителей топлива, которые произведены различными предприятиями-изготовителями и имеют близкую продолжительность работы на дизелях (~ 1250... 1350 моточасов) в различных условиях эксплуатации. При этом установлена общность характера интенсивности изменения высот микронеровностей в зависимости от частоты шероховатости поверхностей игл. Это объясняется подобием технологических процессов и требований к качеству поверхностей прецизионных сопряжений распылителей при производстве последних различными предприятиями-изготовителями. В этой связи анализ контактного взаимодействия в поверхностном слое для оценки интенсивности изнашивания и ресурса прецизионных сопряжений с учетом микрорельефа шероховатости, частотой а, 1/м, поверхностей выполнялся на примере распылителя 5x0,4x120 ЧТЗ.

Соотношение между номинальной и фактической площадью контактирования определено с учетом геометрических и триботехнических параметров сопряжения (особенностей микрорельефа шероховатости поверхностей, вида контакта, номинальных, контурных и фактических давлений контакта, относительного сближения поверхностей, коэффициента трения и т.п.).

Среди основных методов, позволяющих генерировать профиль поверхности в виде случайного дискретного его отображения (рисунок 9,а,б) с заданными геометрическими характеристиками, рассмотрены: матрично-спектралъный метод, фрактальный подход и метод ортогональных преобразований. В дальнейшем при использовании матрично-спектрального метода (дискретное преобразование Фурье), как наиболее полно отражающего реальный профиль, поверхность представлена сеткой с числом N хМ одинаковых прямоугольных ячеек.

Матрица амплитуд случайного профиля в узлах:

N М

А{соп т) = | [¿{п, т) ■ • е^^сМт • (7)

о о

Функция спектральной плотности профиля и ее суммарное значение:

/>К„) = Ик„)|2' <8> = (9)

Полученному профилю ставится в соответствие суммарное значение функции спектральной плотности, как алгебраическая сумма спектральных плотностей в каждом узле поверхностной матрицы.

Для отдельных случайных профилей различных поверхностей игл исследуемых распылителей определены основные геометрические параметры с целью оценки степени подобия микрорельефа шероховатости (рисунок 10).

5

К О2ч

О'

-0.4 •-< 150

Рисунок 9 - Матрично-спектральная модель (а) и случайный профиль (б) для анализа опорной кривой поверхности иглы распылителя 5 х 0,4 х 120 ЧТЗ

Указанные параметры представлены величиной отклонения профиля от его средней линии Яа, мкм и характеристикой спектральной плотности высот микронеровностей шероховатости /Уй>Л мкм2 в функции распределения последних (частоты шероховатости со) на исследуемой поверхности.

0.14 0.12 0.1

"а

| 0.08

3. а.ов

а.

0.04 0.02

°0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

ш, 1/мкм

Рисунок 10 - Спектральные плотности высот случайных профилей исследуемых поверхностей игл различных распылителей Момент условной стабилизации амплитуд шероховатости характеризуется диапазоном частот 0,1 ... 0,15 мкм"1, что свидетельствует о преобладании равновеликих амплитуд, начиная с указанных частот шероховатости.

Некоторое различие амплитудных характеристик в области низких частот (ниже 0,1 мкм"1) объясняется разными режимами нагружения исследуемых распылителей в условиях эксплуатации.

ПЬЬА 1522Р 967 ВОБСН (Яа 0,067); 5 х 0,4 х 120 ЧТЗ (Яа 0,062); 5 х 0,4 ЦНИТА (Яа 0,062);

4 х 0,32 АЗ ПИ (Яа 0,064); 0,35 03 -82 ЧТА (Яа 0,065);

5 х 0,35 06 -78 ЯЗТА (11а 0,048); 33-12 06-05 ЯЗТА (Яа 0,041)

Оценка соотношения между номинальной и фактической площадями контакта выполнена с помощью анализа опорной кривой случайного профиля матрич-но-спектральной модели контактной поверхности (рисунок 9, б).

С использованием рекомендаций И.В. Крагельского выявлен упругий характер контактирования в прецизионном сопряжении:

ду/ш5, (ю)

Д2 £4 с Д2 Е

где: Рс - контурное давление, Па; ц - коэффициент Пуассона; НВ - твердость по Бринеллю, Па; Л - комплекс шероховатости; Е - модуль упругости, Па и определены контурное давление Рс, относительное сближение е поверхностей и фактическое давление Рх на пятне контакта при упругом деформировании:

\ (12) Рг = 0,28 • Е1 Г—и^Т р], (13)

Рс = 1,87

2 ± Р,

(П)

у Д 2Е

где: Рл - номинальное давление, Па; аю, ¿0) и /?тах - высота, шаг волны и показатель шероховатости, мкм; /? - радиус микронеровности, мкм.

Соотношение между номинальной и фактической площадями контакта при известной нормальной нагрузке (радиальной силе) определится:

М = РаАа = РсАс = РгАг, (14)

где: Аа, Ас и Ат - соответственно номинальная, контурная и фактическая площади контакта, м2.

Для контроля достоверности аналитически определенных соотношений номинальной и фактической площади решена контактная задача для сопряжения «игла - корпус» распылителя с использованием конечно-элементного анализа (рисунок 11).

Игла

Корпус л

Рисунок 11 - Модель контактного сопряжения (а), отношение А^АГ в функции радиальной силы уУ, действующей на иглу, и распределение пятен контакта (б) (Ы - радиальная сила, Н; Тт - сила давления топлива, Н; Тщ> - усилие пружины, Н)

18

Распределение пятен фактического контакта оценено по топографической модели номинальной площадью 80 х 80 мкм и глубиной ~ 8 мкм. Сходимость результатов аналитического и численного решений свидетельствует об адекватности модели оригинальной топографии и исследуемой поверхности иглы. При выявлении отношения номинальной и фактической площади контакта оценивалось тепловое расширение деталей распылителя при рабочих температурах и коэффициентах линейного расширения материалов (рисунок 12).

При определении радиальной силы N по выражению (1) использованы зависимости давления топлива р\ от площади проходного сечения зазора и характер' ных диаметров элементов сопряжения от температуры. Зависимость силы N и отношения А^Аг в функции от среднего эффективного давления Ре дизеля откорректированы для штатного распылителя и распылителя с тепловой защитой.

В шестой главе рассмотрен анализ температур, напряжений и деформаций в контактном слое сопряжения «игла - корпус» распылителя. Для оценки теплового состояния контактного слоя сопряжения рассмотрены тепловой баланс и распределение тепловых потоков (рисунок 13). Коэффициент распределения теплоты г в элементы распылителя при граничном трении определен по модифицированному уравнению Ф. Шаррона, учитывающего теплофизические свойства материалов, а для оценки плотности теплового потока ¿/ТР в контактирующие элементы сопряжения и дизельное топливо использовано основное уравнение тепловыделения при трении:

Чтр = Г/рЛГ' (15)

Аг

где:/- коэффициент трения; V- скорость скольжения, м/с.

т, °с т, с

Рисунок 12 - Изменение геометрических параметров сопряжения в функции температуры; 1, 2, 3 - диаметры иглы: ¿4>;, 4там <4ы*; 4, 5,6 - диаметры отверстия в корпусе: £>вх, Дт, £>вьк; 7, 8, 9 - зазоры в сопряжении (0-фт, (0-фПтх и (0-с1)яъа, (вх, вых. - вход, выход из зазора, пшх - сечение максимальной температуры)

I

I

8

3 о

Для определения температуры контактной поверхности иглы распылителя использован расчетно-экспериментальный подход с оценкой объемной температуры на контрольной глубине 1 мм от поверхности методом математического моделирования. Коэффициент теплоотдачи а = Л / квазиконвективного теплообмена представлен коэффициентом пропорциональности между теплопроводностью Л и глубиной £ измерения температуры при совместном решении уравнений теплопроводности и конвективного теплообмена.

Приложение граничных условий контактного теплообмена трибосопряжения «игла - корпус» распылителя топливной форсунки (рисунок 13,6) представлено применительно к тепловой модели размером 80 х 80 мкм и глубиной около 50 мкм. Изменение температуры АТ корпуса и иглы распылителя от поверхности контакта до днища модели, определено методом последовательных приближений с использованием значений разности температур соответствующим линейной зависимости на первом шаге приближения.

Нормальная шла

V

Направлен!«

скольжения Результирующая сила

Игла распыпихеи

Области контакта ... поверхностей

Тепловой поток через пятня / фактического контаыа

ТепловоП поток в топливную эмульсию

СI•

о^. \ ГОШ

Дизельное топливо

/. /.

Корпус распылителя

////////

а)

б)

V

^ Граничные условия • конвективного теплообмена

Рисунок 13 - Тепловой баланс сопряжения «игла - корпус» распылителя (а)

и распределение тепловых потоков в контактной зоне (6) Распределение температур иглы и корпуса распылителя характеризуется изменением максимальной, средней поверхностной и объемной температур, а также изменением градиента температуры по нормали к поверхности трения, Форма контактной поверхности и условия теплообмена оказывают влияние на распределение температур в зоне контакта, например иглы (рисунок 14).

а)

^204.653 ¡204.889 |205.124

I

¡205.355 205.595 ¡205.83 ¡206.065 ¡206.301 ¡206.536

Область максимальной температуры

Область максимальной температуры

ЧИ1В

Рисунок 14 - Распределение температур (1, С) в контактном слое иглы направляющего сопряжения распылителей: штатного (а), с тепловой защитой (б)

20

Распределение тепловых потоков можно представить как процесс прогрева элементов сопряжения распылителя от рабочих газов в цилиндре с одновременной генерацией теплоты на поверхности контакта вследствие трения. Абсолютные значения температур в направлении от корпуса к игле распылителя понижаются и принимают равные значения только на пятнах фактического контакта.

Максимальные температуры иглы наблюдаются на пятнах контакта. При этом распределение температур определено как многоочаговое и нерегулярное, что объясняется топографическими особенностями шероховатой поверхности. Максимальные температуры корпуса распылителя имеют место на днище модели, что объясняется направлением теплового потока от газов к игле через корпус распылителя с интенсивным прогревом последнего.

Изменение температур в объеме в направлении от поверхности контакта к днищу модели под пятнами фактического контакта в поверхностном слое толщиной до 20 мкм характеризуется резким снижением их градиентов после прохождения теплового потока через контактную поверхность (рисунок 15).

....... Ре = 0; ------- Ре = 0,2 МПа; -— Ре = 0,5 МПа; - Ре = 0,85 МПа

Рисунок 15 - Распределение градиентов температур по глубине контактного I слоя иглы и корпуса распылителей: штатного (а) и с тепловой защитой (б)

Градиент температуры на линии узлов модели между пятнами контакта принимает минимальное значение ввиду изменения характера теплообмена между иглой и корпусом распылителя. Изменение температуры в контактном слое глубиной до 50 мкм имеет нелинейный характер под пятном фактического контакта I и близкий к линейному между пятнами контакта при всех режимах нагружения дизеля. Доля теплоты трения на номинальном режиме работы не превышает 10% от суммарного количества теплоты. Увеличение градиентов температур между пятнами фактического контакта поверхностей объясняется особенностями под-I вода внешней теплоты, теплоты трения и характера теплопроводности на пятнах I контакта поверхностей.

Для оценки уровня напряжений и деформации в контактном слое сопряжений использована уточненная модель контакта с оригинальной топологией поверхностей корпуса и иглы размером 4x4 мкм и глубиной 1,5 мкм (рисунок 16).

Распределение фактических давлений контакта Рт, Па (рисунок 17) характеризуется максимальными значениями вблизи условного центра пятна. Распределение нормальных напряжений (ау, Па) в сопряжении «игла - корпус» распылителя имеет «очаговый» характер с увеличением абсолютных значений напряжений в области контакта. I

Формирование «сжатого» подслоя сферической формы происходит внутри областей растяжения, что подтверждает сложный характер распределения на- | пряжений для случая контакта твердых тел. Изменение средних значений нормальных напряжений в функции среднего эффективного давления имеет характер, адекватный характеру изменения нормальной силы. Это свидетельствует об упругом характере контакта. Максимальные нормальные напряжения не превышают пределов текучести для материалов иглы и корпуса.

Анализ распределения нормальных и эквивалентных напряжений, относительных деформаций в контактной зоне сопряжения по глубине свидетельствует об их снижении для распылителя с тепловой защитой в сравнении со штатным распылителем на всех режимах работы дизеля.

Нормальные напряжения имеют максимальные значения непосредственно в области контакта, что объясняется снижением площади контактирования в направлении условного центра пятна контакта. Изменение градиента нормальных напряжений по глубине контактного слоя характеризует интенсивность механического нагружения и позволяет выделить деформируемую область.

Результатом анализа контактных параметров в сопряжении «игла — корпус» распылителя при механическом нагружении является оценка глубины и объема материала, воспринимающего механическую нагрузку, как трудноопределяемых показателей энергетической теории трения и изнашивания. Глубина и объем материала, воспринимающего механическую нагрузку при трении, используется в дальнейшем с учетом критического числа циклов нагружения при определении геометрических характеристик (глубины и объема) слоя изношенного металла.

Рисунок 16 - Конечно-элементная микромодель и схема нагружения прецизионного сопряжения «игла - корпус» распылителя

Направляющее (цилиндрическое) сопряжение распылителя

Рг, Па °у>

о ..

.836Е+08 .167Е+09 .251Е+09 .334Е+09 . 418Е+09 ■501Е+09 . 585Е+09 . 669Е+09 .752Е+09

-.696Е+09 -.609Е+09 |-. 522Е+09 -.435Е+09 -. 348Е+09 -.261Е+09 •173Е+09 -. 863Е+08 915883 .381Е+08

а) х'О б) сту, [Па] х 108

Рисунок 17 - Распределение контактных давлений Р, на поверхности (а) и нормальных напряжений <ту по глубине (б) контактного слоя (п = 1250 мин"1)

.......Ре = 0; .......Ре = 0,2 МПа; -— Ре = 0,5 МПа; -Ре = 0,85 МПа

(х - координата расчетной точки, мкм; О - диаметр пятна контакта, мкм)

23

Запирающее (коническое) сопряжение распылителя

Рг, Па

о

.144Е+09 ■289Е+09 ■433Е+09 .578Е+09 .722Е+09 ■866Е+09 .101Е+10

.116Е+10 га С

ау, [Па] хю3

сгу, Па

-.127Е+10 -.1101+10 -.921Е+09 -.745Е+09 -.569Е+09 -.393Е+09 | -.2172+09 -.408Е+08 .135Е+09 | .311Е+09

В седьмой главе рассматривается интенсивность изнашивания и оценка ресурса прецизионного сопряжения с позиций энергетической теории трения и изнашивания. Характеристикой нагруженности контактного слоя является плотность энергии <0dR, определяемая как отношение энергии трения IVR к объему KR материала, воспринимающего тепловую и механическую нагрузку. Характерным геометрическим параметром, позволяющим оценить объем поверхностного слоя, является его глубина h. Различают глубины (объемы) теплонагруженного hR (V$) и деформированного Ил (V^ контактного слоя.

Изменение градиента температуры вблизи контактной поверхности характеризует интенсивность рассеивания тепловой энергии в контактном слое. Положение точки стабилизации градиента температуры характеризует глубину и объем материала воспринимающего тепловую нагрузку при трении (рисунок 16).

Изменение градиента нормальных напряжений характеризуется снижением его интенсивности по мере удаления от поверхности трения, а затем наступлением стабилизационного периода (dojdh -- const Ф 0). Глубина и, следовательно, объем интенсивно деформируемого слоя представлена как расстояние от поверхности трения до границы стабилизационного периода в изменении градиента нормальных напряжений. Соотношение между глубинами (объемами) теплонагруженного и деформируемого материала при контактном взаимодействии достаточно велико.

Интервал изменения теплонагруженных глубин слоя составляет десятки микрометров, а деформируемых - сотни нанометров, что свидетельствует о рассеивании доминирующей части энергии трения в виде тепловой и преобразования незначительной части в виде энергии микродеформирования.

Наиболее интенсивно скорость изнашивания сопряжения изменяется в периоде приработки, где удовлетворительное описание массо-временной характеристики дает распределение Вейбулла (16). При t = tB массовая скорость изнашивания vm = M-di/dt и условие повышения ресурса (17):

где: / - текущее время, с; /в - условная продолжительность приработки, с; М -масса частиц изношенного материала, кг; тв - масса частиц, выносимых из зоны трения, кг; параметр характера изнашивания.

Скорость изнашивания сопряжения, достигнутая в конце приработки, сохраняется практически неизменной в основном периоде изнашивания, который характеризуется наибольшей продолжительностью и определяет в целом его ресурс. Для оценки изнашивания поверхностей использована линейная интегральная интенсивность изнашивания 4, взаимосвязь которой с удельной силой трения т (отношение силы трения ^ к номинальной площади контакта Аа) и критической плотностью энергии а>*ш представляет собой энергетическое уравнение изнашивания (18). Интенсивность изнашивания по Г. Фляйшеру (19):

М =-=> min

(17)

0,046 • (С + 1)

^ = ^ = = (18) ^¿^/«^-'К (19)

4, ДV АУ * 0)от пкр

где: £Уо!ш ~ плотность энергии разрушения при трении (аналог предела прочности (твр), Па; Хк - коэффициент превышения действительной энергии разрушения над средним значением, равный 103... 104; V - коэффициент износа.

Учитывая, что баланс преобразуемой части механической энергии IVм представляется суммой аккумулируемой 1У$р и диссипируемой составляющими:

\Ул=\¥и=1\\р + \У^ (20)

энергия разрушения контактного слоя в энергетическом балансе составит:

< = и'к + пкр-1Ухр. (21)

Критическое число циклов нагружения пкр определится с учетом действительного нормального а контактного напряжения, предела прочности <твр материала и коэффициента аккумуляции энергии

IV, -IV, Г^Т-1

-= (22)

ри • 1Уя ря

Объем изношенного материала контактного слоя по И.В. Крагельскому:

(23)

Изменение интенсивности изнашивания элементов сопряжения в зависимости от среднего эффективного давления дизеля (рисунок 18) определено для штатного распылителя и распылителя с тепловой защитой по зависимости (18).

Следует учесть, что механические свойства материалов иглы и корпуса распылителя различны, следовательно, степень износа иглы и корпуса неодинакова. Для оценки распределения глубин изношенных слоев каждого элемента трибо-сопряжения использовано критическое число циклов нагружения, определяемое коэффициентом аккумуляции энергии, механическими свойствами материалов тел трения и величиной действующих в сопряжении нормальных напряжений.

Предельный суммарный зазор, определяющий нижний предел допустимой гидравлической плотности, для направляющих сопряжений «игла - корпус» распылителей автотракторных дизелей находится в пределах 4...6 мкм. Для сравнительной оценки ресурса элементов целесообразно использовать среднее значение предельного суммарного зазора, исключая технологический зазор сопряжения. Предельная суммарная глубина Н износа элементов сопряжения и соотношение между глубинами изношенных слоев и критическими числами циклов нагружения:

Н = }1и+Ик, (24) ^ = (25)

к. п„

где: Л„, Лк - глубина износа иглы и корпуса распылителя, мкм; п№ пк - критические числа циклов нагружения иглы и корпуса.

При известных глубинах изношенного контактного слоя иглы и корпуса распылителя определяется путь трения 5. Время изнашивания / элементов сопряжения до предельно допустимого зазора, определяющее ресурс, прямо пропорционально пути трения и обратно пропорционально скорости скольжения иглы при равномерном ее движении. При оценке ресурса сопряжения в моточасах учитывается дискретность пути трения, т.е. доля времени трения в рабочем цикле.

Ресурс распылителя в моточасах работы дизеля в зависимости от частоты вращения коленвала п, интенсивности изнашивания 4 и подъема И, иглы на различных режимах работы устанавливается по выражению:

А

1=-

(26)

где: И - глубина изношенного слоя элементов распылителя, м.

При заданном предельном износе элементов сопряжения, характеризуемым глубиной И, ресурс снижается с увеличением частоты вращения коленчатого вала п и среднего эффективного давления дизеля, сопровождающегося ростом интенсивности изнашивания /ь Для компенсации снижения ресурса сопряжения целесообразно уменьшение хода иглы А,.

При сравнительной оценке моторесурса распылителей использовались данные Б Л. Магарилло и Б.М. Позина по загрузке дизеля промышленных тракторов в режиме бульдозирования. При этом около 10% времени дизель работал на режиме холостого хода, 33,3% занимал режим номинальной мощности, а остальное время - режим средних и малых нагрузок. Для распылителей автомобильных дизелей использованы результаты исследований И.В. Парсаданова, свидетельствующие о 5% загрузке дизеля на режиме холостого хода, 45% занимал режим номинальной мощности, а остальное время - режим средних и малых нагрузок.

Использование тепловой защиты увеличивает условный моторесурс распылителя, например, в дизеле 4ЧН 15/20,5 в среднем на 70%. При этом линейная и массовая скорости изнашивания иглы и корпуса штатного распылителя, соответственно равны 0,47-10-3, 4,07-Ю 3 мкм/мч и 1,26-10~\ 10,92-Ю"3 мг/мч, распылителя с тепловой защитой - 0,26-10~3,2,19-Ю"3 мкм/мч и 0,7Ы0"3, 5,8810 3 мг/мч.

Использование распылителя с уменьшенными диаметром до 4,5 мм и длиной до 12 мм направляющей иглы и развитой полостью охлаждения при повышенном среднем давлении впрыскивания до 75 МПа (максимальное давление впрыскивания при этом составляет 130 МПа) обеспечивает сохранение ресурса прецизионных сопряжений. Снижение хода иглы при этом в 1,5 раза пропорционально увеличивает ресурс распылителя при сохранении мощности дизеля.

Температура элементов конического сопряжения в зависимости от нагрузки дизеля изменяется в интервале 140...208 °С. Уровень механического нагружения и изнашивания конического сопряжения определяется массой движущихся частей форсунки и изменением скорости ее движения. Глубина изношенного слоя (с учетом изменения механических свойств материала в функции температуры)

иглы и корпуса в коническом прецизионном сопряжении штатного распылителя больше вследствие повышенной тепловой нагруженности, чем в распылителе с тепловой защитой (рисунок 19).

Ув Х10»,

м3

1.7

1.4 1.1

1„*10'°, М/М 2,5 1.5 0,5

, х105. М

0.2

0,4

0,6

0.8 Ре. МПа

Ре, МПа

Рисунок 18 - Глубина и объем теплонагруженного и деформированного контактных слоев, интенсивности изнашивания иглы и корпуса, время изнашивания и ресурс направляющего сопряжения распылителей в зависимости от нагрузки дизеля (п = 1250 мин"');-штатный,----- с тепловой защитой

Для проверки адекватности полученных результатов по оценке ресурса прецизионных сопряжений выполнен экспериментальный анализ изношенности игл распылителей (таблица 1). С этой целью выбраны распылители топливных форсунок некоторых тракторных и автомобильных дизелей, отработавшие 1250 ... 1350 моточасов в различных условиях эксплуатации.

18

16

14

12

| 10 г

■с" 8

6 4 2

У

.у

у

:

____о-

л"

________

5 20 £

-С 15

..................г.уТ.......

.X.....

/

У

у - *.......

200 300 400 600 600 700 800 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

и, мн и, мч

а) б)

Рисунок 19 - Глубина изношенного слоя в сопряжениях распылителей в зависимости от времени работы дизеля; (а) - штатный, (б) - с тепловой защитой; о-направляющее, V-запирающее; -игла,----- корпус

Таблица 1 - Расчетно-экспериментальная оценка износа игл распылителей

Марка распылителя 0LLA1522P Bosch 5*0.4 чтз 5x0,4 ЦНИТА 4 х0,32 АЗПИ 33-12 06-05 ЯЗТА 5x0,35 ЯЗТА 0,35 03-82 ЧТА

Масса иглы до начала эксплуатации , мг

Среднее значение 3125,877 6531,92« 8398,420 8192,117 8968,310 8971,489 8983.056

Масса иглы после эксплуатации ,мг

Среднее значение 3125,277 6529,873 8996,026 8189^23 «963,710 8967,293 8979.057

Потеря массы иглы (факт), иг 1Б0 2,05 2,39 2ß9 4ДЗ 420 400

Потеря массы иглы (расчет), иг 172 232 2,54 2,72 5.06 4р1 4.27

% погрешности оценки потери массы 6,98 7,55 5.75 БДО 9.45 857 6.33

Экспериментально установленная потеря массы иглы вследствие износа сопоставлялась с аналогичной массой, определенной расчетом с использованием разработанного метода оценки ресурса. Анализ результатов свидетельствует о приемлемой степени сходимости расчетных и экспериментальных данных.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Топливная экономичность, мощность и выбросы вредных веществ отработавшими газами дизеля в значительной степени определяются работоспособностью распылителя топлива. Ресурс распылителя ограничен износом и, как следствие, снижением гидравлической плотности направляющего и герметичности запирающего прецизионных сопряжений, нагруженных, соответственно, радиальной и осевой силами. Причиной преждевременного достижения предельных износов при форсировании дизеля является увеличение этих сил вследствие роста температуры распылителя (свыше 210 °С), давления топлива в зазоре направляющего и интенсивности ударного нагружения запирающего сопряжений иглы, а также ухудшение механических свойств материалов.

Проблему повышения ресурса распылителя снижением нагруженности прецизионных сопряжений при форсировании дизелей следует решать совершенствованием теплообмена, тепловой защиты (защищена патентом РФ) и локального охлаждения элементов сопряжений, уменьшением хода, диаметра и длины направляющей иглы, массы и ускорения перемещения иглы и подвижных частей форсунки. Для определения эффективности предложенных технических решений наряду с конечно-элементным анализом температурного и напряженно-деформированного состояния элементов сопряжений выполнена сравнительная оценка их нагруженности и ресурса.

2. Установлена зависимость теплового, гидродинамического и механического нагружения прецизионных сопряжений от уровня форсирования дизеля по среднему эффективному давлению и частоте вращения коленчатого вала. Повышение среднего эффективного давления дизеля на 40...45% увеличивает тепловой по-

ток в элементы сопряжения распылителя на 20...25%, среднее давление топлива в зазоре на 5... 10% и контактное давление в сопряжении на 5...7%.

Выявлена взаимосвязь теплового, гидродинамического и механического на-гружения. Повышение температуры элементов распылителя приводит к уменьшению зазора и утечек в направляющем сопряжении. При этом увеличиваются давление впрыскивания топлива и геометрическая площадь его воздействия вследствие теплового расширения материала. В результате повышается радиальная сила, действующая на иглу. При неизменной нагрузке дизеля повышение температуры сопряжения на 60% дополнительно приводит к увеличению радиальной силы на 16%.

3. Разработан комплексный метод оценки ресурса распылителя, учитывающий вид и уровень нагружения, фактические параметры шероховатости и трибо-технические характеристики прецизионных сопряжений и предусматривающий конечно-элементный анализ теплового и напряженно-деформированного состояния сопряжений с различными способами моделирования микрорельефа шероховатости. Для оценки интенсивности изнашивания прецизионных сопряжений при изменении нагрузки дизеля в предложенном методе использована оригинальная зависимость критического числа циклов нагружения от коэффициента аккумуляции энергии микродеформирования, действительного и предельного напряженного состояния контактного слоя. При экспериментальной проверке предложенного метода относительная погрешность оценки ресурса, определенная через потерю массы иглы при износе, составила 6...9 %.

4. Предложена оригинальная зависимость, связывающая ресурс с глубиной и интенсивностью изнашивания прецизионных сопряжений, частотой вращения коленчатого вала дизеля и ходом иглы распылителя. Она использована для обоснования параметров распылителя при форсировании дизелей.

Теоретически обосновано, что форсирование дизеля по среднему эффективному давлению на 40...45% и по частоте вращения коленчатого вала на 20...25% приводит к снижению ресурса, соответственно, на 45...50% и 20...25%.

5. Установлено, что уменьшение диаметра с 6 до 4,5 мм и длины с 18 до 12 мм направляющей части иглы распылителя позволяет сохранить ресурс сопряжения при повышении среднего давления впрыскивания топлива в 2 раза вследствие снижения радиальной силы. Модифицирование распылителя (разработанное автором) с изменением размеров направляющей иглы и развитием охлаждающей полости в корпусе позволяет на 25% снизить максимальную температуру направляющего сопряжения. Для сохранения ресурса прецизионных сопряжений в условиях форсирования дизеля целесообразны пропорциональное уменьшение хода иглы распылителя и тепловая защита.

6. Снижение температуры направляющего сопряжения распылителя на 22%, например, на режиме номинальной мощности дизеля 4ЧН 15/20,5, достигается повышением эффективности локального охлаждения: увеличением числа наклонных топливных каналов в корпусе до 7...9 с введением до 3...4 кольцевых проточек на поверхности направляющей части иглы. При увеличении теплопро-

водности материала иглы в 2,5 раза температура сопряжения снижается на 5... 7%.

7. Повышение ресурса сопряжений распылителя на 65...70% или сохранение его при форсировании дизеля по среднему эффективному давлению на 25...30% достигается тепловой защитой экранированием, которое позволяет снизить температуру распиливающих отверстий на 85 °С, направляющего прецизионного сопряжения на 22 °С и запирающего - на 47 °С. При этом температура распыли-вающих отверстий не превышает 150 °С, направляющего прецизионного сопряжения 165...170 °С и запирающего- 141... 143 °С.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

Ведущие рецензируемые научные журналы и издания

1. Лазарев, В.Е. Параметры и характеристики распылителя, используемые при оценке причин снижения работоспособности топливной форсунки дизеля [Текст] / В.Е.Лазарев // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение».- 2003-Вып.З.-№ 1(17).— С.ЗЗ—36.

2. Лазарев, Е.А. Проблемы совершенствования рабочего цикла при повышении технического уровня дизелей промышленных тракторов [Текст] /

E.А.Лазарев, А.Н.Лаврик, Г.П.Мицын, В.Е.Лазарев // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение».- 2003 - Вып.З - № 1(17).- С.13-19.

3. Franek, F. Моделирование структуры шероховатых поверхностей для конечно-элементного анализа контактных сопряжений [Текст] / F.Franek, A.Pauschitz, G.Vorlaufer, RJisa, В.Е.Лазарев и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение»,- 2004 - Вып. 5 - № 5 (34).- С. 42-49.

4. Арав, Б.Л. Показатели рабочего цикла и тепловой нагруженности дизеля воздушного охлаждения с объёмно - плёночным смесеобразованием при форсировании [Текст] / Б.Л.Арав, В.ЕЛазарев // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение».- 2004,- Вып. 5 - № 5 (34).- С. 33-37.

5. Лазарев, В.Е. Математическая модель шероховатой поверхности контактного трибосопряжения [Текст] / В.ЕЛазарев, А.Н.Лаврик, М.И.Грамм,

F.Franek, A.Pauschitz, RJisa, G.Vorlaufer // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение».- 2006,- Вып. 8,- № 11(66).- С. 54-59.

6. Лазарев, В.Е. Метод оценки интенсивности изнашивания и ресурса прецизионного сопряжения распылителя топлива в дизеле [Текст] / В.ЕЛазарев, А.А.Малоземов, В.Н.Бондарь // Двигателестроение - 2007- № 3 - С. 26-29.

7. Лазарев, В.Е. Влияние температуры на радиальную силу в направляющем прецизионном сопряжении распылителя [Текст] / В.ЕЛазарев // Ползуновский вестник - 2007 - № 4 - С. 230-233.

8. Лазарев, Е.А. Особенности микрорельефа шероховатости поверхности иглы распылителя топлива в дизеле [Текст] / Е.АЛазарев, В.ЕЛазарев, М.И.Грамм, // Транспорт Урала.- 2008,- № 1(16).- С. 79-81.

9. Лазарев, В.Е. Расчетно-экспериментальная оценка изношенности игл распылителя топлива в дизеле [Текст] / В.Е.Лазарев, В.Н.Бондарь, A.A. Малозе-мов // Двигателестроение. - 2008. - № 1. - С, 17-19.

Ю.Лазарев, В.Е. Тепловой баланс направляющего прецизионного сопряжения распылителя топлива [Текст] / В.Е.Лазарев // Двигателестроение. - 2008. - № 2. - С. 34-38.

Патенты

11.Пат. № 2105186 РФ, МПК7 6 F 02 V 53/04. Распылитель топливоподаю-щей форсунки дизеля [Текст] / В.Е.Лазарев, А.Н.Лаврик, Е.А.Лазарев, Г.П.Мицын, В.И.Кавьяров // Открытия. Изобретения - 1998.- Бюл. № 5.

Материалы международных, всероссийских и региональных конференций

12. Лазарев, В.Е. Распылитель топливоподающей форсунки с тепловой защитой для дизеля, использующего альтернативные топлива [Текст] / В.Е.Лазарев,

A.Н.Лаврик, В.Н.Бондарь и др. // Матер, междунар. науч.-техн. конф. «Двига-тель-97»,- М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997.- С. 97-98.

13. Лазарев, В.Е. Снижение температуры распылителя топливоподающей форсунки дизеля образованием воздушных полостей под заградительным экраном [Текст] / В.Е.Лазарев, А.Н.Лаврик // Матер, междунар. науч.-техн. конф. «Технические ВУЗы - Республике».- Минск: БГПА, 1997 - С. 52-53.

14. Лазарев, В.Е. Тепловая защита распылителей топливоподающих форсунок транспортных дизелей при использовании альтернативных топлив [Текст] /

B.Е.Лазарев, А.Н.Лаврик, Г.П.Мицын // Матер, конференции-выставки по подпрограмме 205 «Транспорт» НТП Минобразования России 11-13 февраля 2002. Москва-Звенигород,- М.: МАИ, 2001С. 268-270.

15. Лазарев, В.Е. Сравнительный анализ температуры распылителей различной конструкции в топливной форсунке тракторного дизеля с наддувом [Текст] / В.Е.Лазарев // Актуальные проблемы теории и практики современного двигате-лестроения: тр. междунар. науч.-практ. конф- Челябинск:ЮУрГУ, 2003- С. 101-104.

16. Лазарев, Е.А. Влияние состава смеси и качества процесса сгорания топлива на рабочий цикл в условиях форсирования дизеля наддувом [Текст] /

E.А.Лазарев, В.Е. Л аза рев // Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения: тр. междунар. науч.-практ. конф - Челябинск: ЮУрГУ, 2003.-С. 104-108.

17. Лазарев, В.Е. Эффективность частичного экранирования распылителя топливной форсунки тракторного дизеля [Текст] / В.Е.Лазарев // Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей: сб. науч. тр. междунар. науч.-техн. конф. - Пушкин: СПбГАУ, 2003-С. 330-333.

18. Franek, F. Complex Micromodel Analysis of Wearing Contact Interfaces /

F.Franek, A.Pauschitz, V.E.Lazarev, RJisa, G.Vorlaufer// World Tribology Congress III, September 12-16, 2005 - Washington Hilton & Towers, Washington, DC, USA. WTC 2005-63540.

19. Lazarev, V.E. Thermal simulation of rough tribocontacts / V.E.Lazarev, E.A.Lazarev, RJisa, G.Vorlaufer // Tribosysteme in der Fahrzeugtechnik: Vortragsunterlagen. Symposium 2005 der ÖTG Graz. 10. November 2005.- S. 273-280.

20. Лазарев, E.A. Изменение параметров процесса сгорания при различном опережении воспламенения топлива для повышения достоверности математического моделирования рабочего цикла дизеля [Текст] / Е.А.Лазарев, В.ЕЛазарев // Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения: тр. междунар. науч.-техн. конф. -Челябинск: ЮУрГУ, 2006.-С. 141-146.

21. Лазарев, Е.А. Определение параметров процесса сгорания топлива по результатам анализа индикаторной диаграммы давления газов в цилиндре дизеля [Текст] / Е.А.Лазарев, В.Е.Лазарев // Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения: тр. междунар. науч.-техн. конф - Челябинск: ЮУрГУ, 2006.-С. 146-150.

22. Лазарев, В.Е. Анализ температурного состояния комплексного трибосоп-ряжения [Текст] / В.Е.Лазарев, А.Н.Лаврик, М.И.Грамм, F.Franek, A.Pauschitz, RJisa, G.Vorlaufer // Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения: тр. междунар. науч.-техн. конф,-Челябинск: ЮУрГУ, 2006-С. 151-157.

23. Лазарев, В.Е. Определение толщины нагруженного поверхностного слоя при подвижном трибоконтакте твердых тел [Текст] / В.ЕЛазарев // Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей: сб. науч. тр. междунар. науч.-техн. конф,- Пушкин: СПбГАУ, 2006 - С. 420-425.

24. Лазарев, В.Е. Оценка трибологических параметров направляющего прецизионного сопряжения в распылителе топливной форсунки дизеля [Текст] / В.ЕЛазарев, Е.А.Лазарев // Современные транспорт и транспортные средства: проблемы, решения, перспективы: матер, междунар. науч.-техн. конф - Минск: БИТУ, 2007.- С. 93-100.

25.Лазарев, Е.А. Определение доли изношенного материала в процессе приработки контактных сопряжений [Текст] / Е.АЛазарев, В.ЕЛазарев // Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей, тракторов и двигателей: сб. науч. тр. междунар. науч.-техн. конф.- Пушкин: СПбГАУ, 2007- С. 321-326.

Региональные издания

26. Лазарев, В.Е. Тепловое и напряженно-деформированное состояние распылителя топливоподающей форсунки дизеля [Текст] / В.Е.Лазарев // Техническая эксплуатация, надежность и совершенствование автомобилей: сб. науч. тр. -Челябинск: Изд-во ЧГТУ, 1995,-С. 104-106.

27. Лазарев, В.Е. Эффективность некоторых способов снижения тепловой нагруженности распылителя топливоподающей форсунки дизеля [Текст] / В.Е.Лазарев, А.НЛаврик // Автомобильная техника: сб. науч. тр. Вып. 6. - Челябинск: Изд-во ЧВВАИУ, 1996. - С. 44-51.

28.Лаврик, А.Н. Экспериментальное исследование тепловой нагруженности поршня и распылителя форсунки газодизельной модификации двигателя Д -160

[Текст] / А.Н.Лаврик, Е.А.Лазарев, А.А.Малоземов, В.Е.Лазарев // Вестник ЧГАУ — 1991.- Т. 22,- С. 27-31.

29.Лаврик, А.Н. Улучшение теплового состояния распылителя топливопо-дающей форсунки дизеля использованием заградительного экранирования [Текст] / А.Н.Лаврик, В.Е.Лазарев, И.Я.Редько // Вестник Академии транспорта. Уральское межрегион, отд.-Курган, 1998-С. 67-72.

30. Лазарев, В.Е. Оценка граничных условий теплообмена экранированного распылителя форсунки дизеля [Текст] / В.ЕЛазарев // Автомобильная техника: сб. науч. тр. Вып. 7.- Челябинск: Изд-во ЧВВАИУ, 1998 - С. 48-53.

31. Лазарев, В.Е. Результаты экспериментального определения температуры экранированных распылителей топливоподающей форсунки дизеля /

B.Е.Лазарев, Ю.Н.Тихонов, А.Н.Лаврик // Автомобильная техника: сб. науч. тр. - Вып. 7. - Челябинск: Изд-во ЧВВАИУ, 1998. - С. 43-47.

32.Лаврик, А.Н. Основные способы тепловой защиты распылителя топливоподающей форсунки дизеля [Текст] / А.Н.Лаврик, В.Е.Лазарев // Вестник Академии транспорта. Уральское межрегион, отд.- Курган, 1999 - № 2. - С. 89-94.

33. Лазарев, В.Е. Тепловая защита удлиненного распылителя топливоподающей форсунки дизеля [Текст] / В.Е.Лазарев, А.Н.Лаврик, Г.П.Мицын и др. // Вестник Академии транспорта. Уральское межрегион, отд.— Курган, 1999.- № 2 —

C. 94-96.

34. Лазарев, Е.А. Температуры поршня и головки цилиндра дизеля при изменении скорости сгорания топлива [Текст] / Е.А.Лазарев, В.Е.Лазарев // Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин: научный вестник. Вып.9-Челябинск: Изд-во ЧВАИ, 2000 -С. 50-55.

35.Лаврик, А.Н. Анализ факторов, влияющих на закоксовывание сопловых отверстий распылителей топливных форсунок дизелей [Текст] / А.НЛаврик, А.С.Теребов, В.Е.Лазарев // Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин: научный вестник. Вып. 12 — Челябинск: Изд-во ЧВАИ, 2001,-С. 31-37.

36. Гитис, М.С. Температуры поршня и распылителя при изменении пассивного объема пространства сжатия и доли объемного смесеобразования в камере сгорания дизеля [Текст] / М.С.Гитис, В.ЕЛазарев // Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин: научный вестник. Вып. 12-Челябинск: Изд-во ЧВАИ, 2001.-С. 45-55.

37. Лаврик, А.Н. Очистка топливных форсунок от смолисто-коксовых отложений при техническом обслуживании и ремонте [Текст] / А.НЛаврик, А.С.Теребов, В.Е.Лазарев, В.Е.Григорьев // Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог: сб. науч. тр. УФ МАДИ (ГТУ).-М.: Изд-во МАДИ (ГТУ), 2001С. 135-138.

38. Лазарев, В.Е. Вредные выбросы с отработавшими газами при изменении скорости сгорания топлива в дизеле [Текст] / В.Е.Лазарев, А.НЛаврик, Е.А.Лазарев // Вестник Академии транспорта. Уральское межрегион, отд.- Курган, 2001 —№ 3-4- С. 126-131.

39. Лазарев, В.Е. Показатели механической нагруженности, топливной экономичности и эффективности рабочего цикла дизеля при изменении скорости сгорания топлива [Текст] / В.ЕЛазарев, Е.АЛазарев // Вестник Академии транспорта. Уральское межрегион, отд. - Курган, 2001- № 3-4 - С. 169-172.

40. Лазарев, В.Е. Особенности температурного и деформированного состояния поршня при конвертировании дизеля в газодизель [Текст] / В.Е.Лазарев, А.Н.Лаврик, Е.А.Лазарев // Вестник Академии транспорта. Уральское межрегион. отд.-Курган, 2001.-№ 3-4,-С. 173-175.

41. Лазарев, В.Е. Особенности работы прецизионного трибосопряжения в распылителе топливной форсунки дизеля [Текст] / В.ЕЛазарев // Конструирование и эксплуатация наземных транспортных машин: сб. тр. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002,- С. 60-61.

42. Лаврик, А.Н. Влияние коксования топлива в сопловых отверстиях распылителя топливоподающей форсунки на параметры процесса сгорания и показатели рабочего цикла дизеля [Текст] / А.Н.Лаврик, А.С.Теребов, В.Е.Лазарев // Конструирование и эксплуатация наземных транспортных машин: сб. тр.- Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002.-С. 67-70.

43. Лазарев, В.Е. Рабочий цикл дизеля с наддувом при нарушениях в работе распылителя топливной форсунки [Текст] / В.ЕЛазарев // Энергетические установки и термодинамика: межвузовский сб. науч. тр. - Нижний Новгород: Изд-во НГТУ, 2002.-С. 29-34.

44. Лазарев, В.Е. Особенности гидродинамики системы «игла-топливо» цилиндрического прецизионного трибосопряжения распылителя топливной форсунки дизеля [Текст] / В.ЕЛазарев // Вестник БНТУ.- 2004,- № 3.- С. 21-25.

45. Лазарев, В.Е. Определение граничных условий теплообмена для конечно - элементного анализа контактного трибосопряжения [Текст] / В.ЕЛазарев, А.Н.Лаврик, М.И.Грамм // Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин: научный вестник. Вып. 17- Челябинск: Изд-во ЧВАИКУ, 2004.- С. 49-58.

46. Кухаренок, Г.М. Управление процессом сгорания в дизеле распределенным впрыскиванием топлива [Текст] / Г.М.Кухаренок, БЛ.Арав, В.Е.Лазарев и др. II Вестник БГСХА,— 2005.- № 4,- С. 95-99.

Лазарев Владислав Евгеньевич

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА РАСПЫЛИТЕЛЯ ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЯХ СНИЖЕНИЕМ НАГРУЖЕННОСТИ ПРЕЦИЗИОННЫХ СОПРЯЖЕНИЙ

Специальность 05.04.02 - «Тепловые двигатели»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано в печать 03.10.2008. Формат 60x84 1/16. Объем 2,0 уч. изд. л. Тираж 100 экз. Заказ 286. УОП ЧГАУ

Введение

1. Распылители топлива и их работоспособность в дизелях

1.1. Требования к распылителям топлива и критерии их работоспособности

1.2. Свойства, параметры и характеристики впрыскивания топлива

1.3. Показатели дизеля при пониженной работоспособности распылителя.

1.4. Причины снижения работоспособности распылителей.

1.5. Научная проблема, цель и задачи исследования.

2. Факторы, определяющие ресурс распылителей топлива.

2.1. Систематизация и классификация составляющих работоспособности.

2.2. Функциональные особенности прецизионных сопряжений распылителя.

2.3. Свойства материала элементов распылителя, топлива и рабочих газов.

2.4 Особенности гидравлического тракта распылителя топлива.

2.5. Нагруженность, повышение и оценка ресурса распылителей топлива.

3. Условия нагружения и теплообмена элементов распылителя в дизеле

3.1. Расчетно-функциональная модель нагружения распылителя.

3.2. Особенности гидродинамического нагружения элементов распылителя.

3.3. Тепловое нагружение распылителя рабочими газами.

3.4. Теплообмен топлива в гидравлическом тракте распылителя.

3.5. Контактный теплообмен элементов распылителя с форсункой.

3.6. Условия теплообмена при тепловой защите распылителя

4. Распределение температур, деформаций и напряжений в распылителе.

4.1. Оценка тепловой и механической нагруженности распылителя

4.2. Влияние конструкции на температурное состояние распылителя.

4.3. Влияние теплофизических свойств материала и тепловой защиты на температурное состояние распылителя

4.4. Тепловая нагруженность распылителя на различных видах топлива

4.5. Тепловое состояние при закоксовывании распыливающих отверстий.

4.6. Напряженно-деформированное состояние корпуса распылителя при монтаже в форсунку.

5. Анализ взаимодействия контактных слоев трибосопряжений.

5.1. Функциональная модель контактного взаимодействия

5.2. Моделирование микрорельефа шероховатости контактного слоя

5.3. Фактический контакт и триботехнические параметры сопряжения.

6. Температуры, напряжения и деформации в контактном слое сопряжения

6.1. Анализ распределения температур в контактном слое сопряжения.

6.2. Микромеханический анализ цилиндрического контактного сопряжения

6.3. Микромеханический анализ конического контактного сопряжения.

7. Тепломеханическая нагруженность, интенсивность изнашивания и ресурс прецизионных сопряжений распылителя.

7.1. Определение объемов материалов, воспринимающих тепловую и механическую нагрузку в процессе трения.

7.2. Оценка массовой доли изношенного материала в процессе приработки.

7.3. Интенсивность изнашивания в энергетической теории трения и износа.

7.4. Оценка ресурса прецизионных сопряжений распылителя

Отечественное и зарубежное двигателестроение развивается по пути повышения удельной мощности, улучшения топливной экономичности и эксплуатационных свойств дизелей. Важными направлениями улучшения эксплуатационных свойств дизелей являются повышение ресурса узлов и агрегатов основных систем, снижение выбросов вредных веществ отработавшими газами, уровня шума и вибрации, совершенствование многотопливных качеств. Эксплуатационные свойства дизелей в значительной степени зависят от работоспособности топливоподающей системы, в частности топливной форсунки и основного ее элемента - распылителя топлива. Работоспособность распылителей определяется особенностями нагружения и функционирования элементов прецизионных трибосопряжений и состоянием распыливающих отверстий.

Форсирование дизелей по среднему эффективному давлению и частоте вращения коленчатого вала с одновременным снижением выбросов вредных веществ отработавшими газами требует повышения давления впрыскивания топлива и сопровождается ростом температуры распылителя. Следствием высоких тепловых, гидродинамических и механических нагрузок, изнашивающих контактный слой прецизионных сопряжений, плохой фильтрации и коксования топлива в распыливающих отверстиях является пониженный ресурс распылителя, сдерживающий форсирование дизелей.

Влияние неравномерного распределения давления топлива в зазоре и изменения механических свойств материалов сказывается не только на распределении повышенных деформаций и напряжений, но и на изменении характера трения и интенсивности изнашивания поверхностного слоя в направляющем прецизионном сопряжении распылителя. Для обоснования методов совершенствования конструкции и повышения ресурса распылителя в связи со сложностью происходящих процессов необходимо использование современных технологий в исследовании контактирования и изнашивания с учетом особенностей микрорельефа шероховатости поверхностей прецизионных сопряжений.

Высокий уровень температур направляющего и запирающего прецизионных сопряжений, а также распыливающих отверстий приводит к температурным деформациям, изменению зазоров в сопряжениях, интенсивному нагарообразованию, снижению пропускной способности гидравлического тракта, герметичности запорного конуса и скорости перемещения иглы. Высокие давления впрыскивания топлива и, как следствие, гидродинамические нагрузки, вызывая повышенные деформации элементов направляющего трибосопряжения, способствуют увеличению несоосности, гидродинамическому защемлению иглы, появлению граничного трения и зависанию иглы.

Основной причиной снижения ресурса распылителя является высокие гидродинамическая и тепловая нагруженность его элементов. Ресурс распылителя является не только одним из важнейших показателей качества, но и самостоятельной категорией, определяющей потребительские свойства топливоподающей системы дизеля в целом. Повышение ресурса распылителей является одним из условий высокого технического уровня дизелей. Ресурс распылителей отечественных тракторных и комбайновых дизелей по ГОСТ 10579-88 (с изменениями от 1995-07-01) должен составлять не менее 50% ресурса форсунки, автомобильных дизелей - не менее 3500 ч. Ресурс распылителей фирмы Bosch составляет более 4500 моточасов. Фактический ресурс отечественных распылителей, например, в дизелях 4ЧН 15/20,5, 124 15/18 часто не превышает 1200.1300, а в дизеле 8ЧН 13/14 - 1500 моточасов. Опыт эксплуатации дизелей 64 15/18 и 124 15/18 свидетельствует, что до 75% вышедших из строя распылителей причиной имеют потерю гидравлической плотности вследствие преждевременного достижения предельного износа прецизионных сопряжений.

Достоверная оценка ресурса распылителя является важнейшей общетехнической задачей, которая решается на этапе его проектирования, изготовления и эксплуатации. Метод оценки ресурса должен базироваться на анализе, обобщении и углублении представлений о назначении, конструктивных и функциональных особенностях, физико-химических и теплофизических свойств материалов и рабочих сред, условий нагружения, температурного и напряженно-деформированного состояния, интенсивности изнашивания, уровней предельного состояния и т.п. элементов распылителя, основными из которых являются прецизионные трибосопряжения «игла - корпус» и распиливающие отверстия.

При известных действительном и предельном состояниях элементов прецизионных сопряжений распылителя в процессе износа поверхностей под действием упругого оттеснения или ударного нагружения для оценки ресурса необходимо определение интенсивности изнашивания на конкретных режимах работы дизеля. В связи с различной физической природой нагружения прецизионных сопряжений определение интенсивности изнашивания нуждается в повышении достоверности с привлечением современных методов исследований.

Повышение ресурса распылителей топлива в дизелях снижением нагруженности, а также совершенствование методов оценки эффективности технических решений по улучшению работы прецизионных сопряжений, является актуальной научной проблемой, требующей своего решения.

При решении проблемы реализован комплексный подход, включающий разработку технических решений по совершенствованию конструкции распылителей и создание метода оценки ресурса прецизионных сопряжений с использованием энергетической модели трения и изнашивания для определения их эффективности.

Цель настоящего исследования заключается в повышении ресурса прецизионных сопряжений распылителей топлива при форсировании дизелей.

Объект и предмет исследования. Процессы теплового, гидродинамического и механического нагружения и их влияние на ресурс прецизионных сопряжений распылителя топлива в дизеле.

Научная новизна результатов диссертации заключается в следующем:

1. Установлена взаимосвязь процессов теплового, гидродинамического и механического нагружения прецизионных сопряжений с конструктивными и эксплуатационными факторами, определяющая ресурс распылителя топлива;

2. Разработан метод оценки ресурса прецизионных сопряжений, учитывающий режим работы дизеля, параметры шероховатости, связь критического числа циклов нагружения с коэффициентом аккумуляции энергии микродеформирования, действительным и предельным напряженным состоянием контактного слоя. Предложена модель зависимости ресурса от толщины и интенсивности изнашивания контактного слоя, частоты вращения коленчатого вала и хода иглы распылителя;

3. Учтено влияние температуры на геометрические параметры элементов и давление топлива в гидравлическом тракте распылителя топлива при уточненной оценке контактных параметров, напряженного состояния поверхностного слоя и ресурса прецизионных сопряжений;

4. Предложена зависимость, устанавливающая связь массы продуктов износа и скорости изнашивания с характером и продолжительностью приработки прецизионных сопряжений распылителя на основе распределения Вейбулла;

5. Развиты методы (спектрального анализа, фрактального подхода и ортогональных преобразований) математического моделирования микрорельефа шероховатости для создания конечно-элементных моделей поверхности контактного слоя прецизионных сопряжений распылителя.

Практическая ценность.

1. Предложен и обоснован способ повышения ресурса направляющего и запирающего прецизионных сопряжений и снижения закоксованности распыливающих отверстий применением тепловой защиты распылителя при сохранении мощности дизеля;

2. Рекомендованы и обоснованы технические решения (уменьшение хода, диаметра и длины направляющей иглы, экранирование корпуса распылителя) для сохранения ресурса прецизионных сопряжений при форсировании дизеля по среднему эффективному давлению и частоте вращения коленчатого вала;

3. На основе разработанного метода выполнена сравнительная оценка эффективности и даны рекомендации по выбору технических решений (число топливных каналов в корпусе и кольцевых проточек на игле, теплопроводность иглы и тепловая защита) для снижения температуры прецизионных сопряжений распылителя;

4. Разработана методика определения граничных условий теплового, гидродинамического и механического нагружения для оценки температурного и напряженно-деформированного состояния распылителей различных конструкций;

5. Предложена методика определения интенсивности изнашивания, позволяющая оценить ресурс прецизионных сопряжений распылителя с использованием энергетической модели трения и изнашивания;

6. Систематизированы методы моделирования микрорельефа шероховатости контактного слоя для создания конечно-элементных моделей контактирующих поверхностей с заданными геометрическими характеристиками.

Результаты работы использованы ОАО «Челябинский тракторный завод» и ООО «ЧТЗ-Уралтрак» для разработки распылителя топлива с тепловой защитой в многотопливной модификации тракторного дизеля Д-180 и газодизельной модификации дизель-генераторной установки. Рекомендации по очистке прецизионных сопряжений и распыливающих отверстий распылителя использованы в ЮжноУральском филиале ОАО «РЖД» для дизелей Д6 и Д12. Рекомендации по оценке ресурса распылителей использованы ООО «Уральский дизель-моторный завод». Разработанный метод оценки ресурса сопряжений использован Австрийским центром компетентности в трибологии (AC Т research GmbH, Wr. Neustadt, Austria) при выполнении исследовательских работ по оценке ресурса направляющих скольжения с комбинированным смазочным материалом. Методика определения граничных условий теплового, гидродинамического и механического нагружения прецизионных сопряжений распылителя используется в учебном процессе кафедр «Двигатели внутреннего сгорания» Южно-Уральского государственного университета и Челябинского высшего военного автомобильного командного инженерного училища. Результаты диссертационной работы использованы в ОАО «Научно-исследовательский институт автотракторной техники» при проведении работ по оценке эффективности тепловой защиты распылителей тракторных дизелей. Акты использования результатов работы приведены в приложении Б.

На защиту выносятся перечисленные выше основные результаты, имеющие научную новизну и практическую ценность.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЧГТУ (Челябинск, 1995-1998 г.г.); международной научно-технической конференции

Двигатель-97» (Москва - МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997 г.); международной научно-технической конференции «Технические ВУЗы — Республике» (Минск - БГПА, 1997 г.); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЧГАУ (Челябинск, 1997-1998 г.г.); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЮУрГУ (Челябинск, 1999-2007 г.г.); отчетной конференции-выставке подпрограммы 205 «Транспорт» НТП Минобразования России «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (Москва - МГАИ (ТУ) - Звенигород, 2002 г.); межрегиональной научно-технической конференции «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, боевая эффективность, наука и образование» (Броня-2002, Омск - ОТИИ, 2002 г.); международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения» (Челябинск

- ЮУрГУ, 2003, 2006 г.г.); World Tribology Congress III (Washington-Washington Hilton & Towers, 2005, USA); Symposium «Tribosysteme in der Fahrzeugtechnik» (Graz

- ÖTG, 2005, Austria); международных научно-технических конференциях «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей» (С.Петербург - СПбГАУ, 2003, 2005, 2006 г.г.); международной научно-технической конференции «Современные транспорт и транспортные средства: проблемы, решения, перспективы» (Минск - БНТУ, 2006 г.).

Основные научные результаты получены лично автором или при непосредственном его участии в течение 1995-2007 г.г. в процессе выполнения:

1. Научно-исследовательских работ с ОАО «ЧТЗ» и ООО «ЧТЗ-Уралтрак» (19962003 г.г.) по повышению технического уровня дизелей 4ЧН 15/20,5 (для промышленных тракторов Т-10, Т-170), с ОЗПМ ЮУЖД (1999-2004 г.г.) по дизелям 6ЧН 15/18, 12ЧН 15/18 (для путевых машин);

2. Научно-технической программы: «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (подпрограмма 205-Транспорт: 2001-2002 г.г.) по теме: «Тепловая защита распылителей топливоподающих форсунок транспортных дизелей при использовании альтернативных топлив».- per. № НИР: 05.01.003; № гос. per. НИР: 01.200111977;

3. Гранта международного фонда INTAS (INTAS Fellowship Grant for Young Scientists. Ref. Nr. 03-55-2135, 2004-2006 г.г.) «Моделирование энергии трения и ее распределения в трибоконтактах с твердым смазочным материалом», в кооперации с Австрийским центром компетентности в трибологии - АС2Т research GmbH (Wr. Neustadt, Austria);

4. Гранта Германской службы академических обменов DAAD по программе сотрудничества «Михаил Ломоносов» (Michail-Lomonosov-Programm Referat: 325, Kennziffer: А/06/16777), совместно с Министерством образования и науки РФ в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)» - проект РНП.2.2.2.3.10146 «Моделирование трибологического поведения прецизионного трибоконтакта типа «сталь-сталь» в условиях граничного трения для оценки срока службы на основе анализа энергии трения», в кооперации с институтом механики Берлинского технического университета - Institut für Mechanik Technische Universität Berlin (Berlin, Deutschland);

5. Гранта международного фонда TEMPUS (Ref. Nr. RF 06-3001, 2007-2008 г.г.) «Координация российских и европейских учебных программ по дисциплине «Основы триботехники» в разделе методов описания микрорельефа шероховатых поверхностей для использования в энергетической модели трения и изнашивания» в кооперации с Австрийским центром компетентности в трибологии — АС2Т Research GmbH (Wr. Neustadt, Austria).

Содержание диссертации. Диссертационная работа, рассматривающая проблему повышения ресурса распылителей топливных форсунок дизелей, состоит из введения, семи глав, заключения, библиографического списка и приложений.

Заключение

Улучшение эксплуатационных свойств дизелей при форсировании по среднему эффективному давлению и частоте вращения коленчатого вала является одним из важнейших направлений развития отечественного и зарубежного двигателестрое-ния. Особое внимание уделяется повышению ресурса топливоподающей аппаратуры, в частности форсунки и основного ее элемента — распылителя, определяющего качество процессов смесеобразования и сгорания топлива. Ресурс распылителя определяется ресурсом прецизионных сопряжений.

Температурные деформации, изменение зазоров в сопряжениях, интенсивное на-гарообразование, снижение пропускной способности распыливающих отверстий и гидравлического тракта, герметичности запирающих конусов иглы и корпуса и скорости перемещения иглы являются следствием высоких температур поверхностей прецизионных трибосопряжений «игла-корпус» и зоны распыливающих отверстий распылителя. Потеря работоспособности распылителя, вследствие снижения гидравлической плотности и герметичности прецизионных сопряжений иглы, обуславливается износом и высокими давлениями впрыскивания топлива. Определяющими причинами снижения ресурса распылителя являются два основных фактора: высокие тепловая и гидродинамическая нагруженность его элементов.

Опыт эксплуатации дизелей в нашей стране и за рубежом позволил определить предельные значения температур элементов распылителя, превышение которых сопровождается потерей работоспособности. При повышении мощности дизелей или использовании нетрадиционных видов моторного топлива реальная температура распылителей превышает ее предельные значения, что приводит к преждевременному износу и необходимости профилактической очистки распыливающих отверстий и прецизионных сопряжений от нагарообразований или замены распылителя. Тепловое состояние распылителя при работе дизеля должно характеризоваться определенным «запасом» по температуре.

На тепловое состояние распылителя оказывает влияние множество факторов, среди которых можно выделить интенсивность теплообмена с рабочими газами, конструктивные особенности, тип охлаждения и способы тепловой защиты.

Снижение температуры прецизионных сопряжений достигается интенсификацией локального охлаждения изменением конструкции корпуса распылителя увеличением числа наклонных топливных каналов, иглы - введением кольцевых проточек на образующей. На уровень температур сопряжений влияет теплопроводность материала иглы, которая должна быть как можно выше.

Одним из наиболее эффективных способов тепловой защиты является заградительное экранирование с образованием под экраном воздушных разделенных закрытых и открытых полостей. Эффективность такого способа тепловой защиты оценена теоретически с использованием современных методов математического моделирования (метода конечных элементов) и проверена экспериментально при работе дизеля.

Оценка эффективности конструкции и тепловой защиты распылителя математическим моделированием достоверна при учете граничных условий теплообмена, которые включают особенности теплообмена в цилиндре дизеля, в воздушных полостях под экраном, с топливом в топливных каналах и полостях, с элементами форсунки в местах контакта и поверхностях контакта элементов трибосопряжений. В теории теплопередачи накоплен достаточный опыт определения особенностей теплообмена газов и жидкостей с твердым телом, который адаптирован к условиям теплообмена в распылителе.

Для подтверждения достоверности математического моделирования целесообразно использование информации о температурах в, так называемых, реперных или контрольных точках, где температура измерена в процессе эксперимента с помощью установленных термопар. В дальнейшем эти термопары использованы в экспериментальном сравнительном исследовании теплового состояния штатного распылителя и распылителя с тепловой защитой при изменении режима работы дизеля. Экспериментальные моторные исследования включали измерение температуры распылителей, параметров и показателей одноцилиндрового и развернутого дизелей при работе по нагрузочным характеристикам на частотах вращения коленчатого вала, соответствующих режимам номинальной мощности и максимального вращающего момента.

Работоспособность прецизионного сопряжения распылителя обуславливается характером трения, определяемым нагрузкой, взаимоположением, формой и качеством поверхностей элементов, радиальным зазором, свойствами среды и степенью подвижности иглы. Игла совершает в корпусе распылителя принудительное возвратно-поступательное движение с возможным произвольным поворотом вокруг своей оси.

Монтажные, а также рабочие механические и температурные, деформации вызывают повышенный износ поверхностей иглы и отверстия в корпусе распылителя с отделением разрушенных частиц при контактировании. Износ поверхностей отверстия корпуса и иглы распылителя вызван также попаданием абразивных частиц в зазор между ними, эрозией и коррозией. На интенсивность изнашивания оказывает существенное влияние характер трения при контактировании и взаимном перемещении поверхностей элементов в сопряжении.

Наличие топливного слоя в радиальном зазоре между направляющей частью иглы и корпусом распылителя при взаимном перемещении обуславливает явление жидкостного трения. При деформации корпуса и уменьшении радиального зазора появляется периодический контакт между иглой и корпусом, в результате чего возникает полужидкостное трение. При дальнейшем уменьшении зазора и разрушении топливного слоя трение становится граничным. В прецизионном сопряжении при граничном трении появляются различные фрикционные взаимодействия, результатом которых являются прогрессирующий износ, снижение подвижности и «зависание» иглы в корпусе распылителя.

Переменное по длине и в поперечной плоскости сечение радиального зазора и неравномерное распределение давления в топливном слое направляющего сопряжения приводят к неустойчивому положению иглы в отверстии корпуса распылителя и появлению неуравновешенной радиальной силы давления топлива на иглу, которая часто соизмерима с усилием затяжки пружины форсунки.

Для снижения радиальной силы, в условиях наблюдающейся тенденции сокращения выбросов вредных веществ отработавшими газами повышением давления впрыскивания топлива, необходимо уменьшение температуры сопряжения, диаметра и длины направляющей части иглы распылителей с удлиненным и укороченным корпусом.

Постепенное и последовательное изменение характера трения, от жидкостного к полужидкостному, а затем к граничному, вызывает повышенные напряжения и интенсивность изнашивания контактного слоя прецизионного сопряжения. Современные технологии в моделировании процесса контактирования и механизма износа с учетом микрорельефа шероховатости контактного слоя прецизионных сопряжений способствуют более достоверному определению интенсивности изнашивания элементов прецизионного сопряжения при учете различной физической природы их на-гружения.

Углубление представлений о функциональных особенностях, физико-химических и теплофизических свойствах материалов и рабочих сред, видах и условиях нагружения, температурном и напряженно-деформированном состоянии, интенсивности изнашивания, уровнях предельного износа прецизионных трибосопря-жений «игла - корпус» и распыливающих отверстий являются базой для оценки ресурса распылителя на стадии проектирования.

Это особенно важно для дизелей, работающих на различных видах топлива в широком диапазоне эксплуатационных режимов. Повышение ресурса прецизионных сопряжений при форсировании дизелей по частоте вращения коленчатого вала целесообразно снижением хода иглы распылителя, массы и ускорения движения подвижных частей форсунки.

Использование модифицированного распылителя с уменьшенными диаметром до 4,5 мм и длиной до 12 мм направляющей иглы и развитой полостью охлаждения при повышенном среднем давлении впрыскивания до 75 МПа (максимальное давление впрыскивания при этом составляет 130 МПа) обеспечивает сохранение ресурса прецизионных сопряжений. Снижение хода иглы при этом в 1,5 раза пропорционально увеличивает ресурс распылителя при сохранении мощности дизеля.

Для совершенствования методов оценки эффективности известных и новых технических решений по улучшению работы прецизионных сопряжений распылителей топлива в дизелях эффективен подход, основой которого является комплексное использование конечно-элементного анализа температурного и напряженно-деформированного состояния и энергетической модели трения и износа с учетом реального микрорельефа шероховатости поверхности контактного слоя.

На основании выполненных исследований разработаны комплекс технических предложений по совершенствованию конструкции и теоретико-экспериментальных положений по оценке износа элементов, совокупность которых можно квалифицировать как решение крупной научной проблемы — повышение ресурса распылителей топлива в дизелях снижением нагруженности прецизионных сопряжений.

В результате выполненного диссертационного исследования можно предложить следующие выводы и рекомендации:

1. Топливная экономичность, мощность и выбросы вредных веществ отработавшими газами дизеля в значительной степени определяются работоспособностью распылителя топлива. Ресурс распылителя ограничен износом и, как .следствие, снижением гидравлической плотности направляющего и герметичности запирающего прецизионных сопряжений, нагруженных, соответственно, радиальной и осевой силами. Причиной преждевременного достижения предельных износов при форсировании дизеля является увеличение этих сил вследствие роста температуры распылителя (свыше 210 °С), давления топлива в зазоре направляющего и интенсивности ударного нагружения запирающего сопряжений иглы, а также ухудшение механических свойств материалов.

Проблему повышения ресурса распылителя снижением нагруженности прецизионных сопряжений при форсировании дизелей следует решать совершенствованием теплообмена, тепловой защиты (защищена патентом РФ) и локального охлаждения элементов сопряжений, уменьшением хода, диаметра и длины направляющей иглы, массы и ускорения перемещения иглы и подвижных частей форсунки. Для определения эффективности предложенных технических решений наряду с конечно-элементным анализом температурного и напряженно-деформированного состояния элементов прецизионных сопряжений выполнена сравнительная оценка их нагруженности и ресурса.

2. Установлена зависимость теплового, гидродинамического и механического нагружения прецизионных сопряжений от уровня форсирования дизеля по среднему эффективному давлению и частоте вращения коленчатого вала. Повышение среднего эффективного давления дизеля на 40.45% увеличивает тепловой поток в элементы сопряжения распылителя на 20.25%, среднее давление топлива в зазоре на 5. 10% и контактное давление в сопряжении на 5. 7%.

Выявлена взаимосвязь теплового, гидродинамического и механического нагружения. Повышение температуры элементов распылителя приводит к уменьшению зазора и утечек в направляющем сопряжении. При этом увеличиваются давление впрыскивания топлива и геометрическая площадь его воздействия вследствие теплового расширения материала. В результате повышается радиальная сила, действующая на иглу. При неизменной нагрузке дизеля повышение температуры сопряжения на 60% дополнительно приводит к увеличению радиальной силы на 16%.

3. Разработан комплексный метод оценки ресурса распылителя, учитывающий вид и уровень нагружения, фактические параметры шероховатости и триботехниче-ские характеристики прецизионных сопряжений и предусматривающий конечно-элементный анализ теплового и напряженно-деформированного состояния сопряжений с различными способами моделирования микрорельефа шероховатости. Для оценки интенсивности изнашивания прецизионных сопряжений при изменении нагрузки дизеля в предложенном методе использована оригинальная зависимость критического числа циклов нагружения от коэффициента аккумуляции энергии микродеформирования, действительного и предельного напряженного состояния контактного слоя. При экспериментальной проверке предложенного метода относительная погрешность оценки ресурса, определенная через потерю массы иглы при износе, составила 6.9 %.

4. Предложена оригинальная зависимость, связывающая ресурс с глубиной и интенсивностью изнашивания прецизионных сопряжений, частотой вращения коленчатого вала дизеля и ходом иглы распылителя. Она использована для обоснования параметров распылителя при форсировании дизелей.

Теоретически обосновано, что форсирование дизеля по среднему эффективному давлению на 40.45% и по частоте вращения коленчатого вала на 20. .25% приводит к снижению ресурса, соответственно, на 45.50% и 20.25%.

5. Установлено, что уменьшение диаметра с б до 4,5 мм и длины с 18 до 12 мм направляющей части иглы распылителя позволяет сохранить ресурс сопряжения при повышении среднего давления впрыскивания топлива в 2 раза вследствие снижения радиальной силы. Модифицирование распылителя (разработанное автором) с изменением размеров направляющей иглы и развитием охлаждающей полости в корпусе позволяет на 25% снизить максимальную температуру направляющего сопряжения. Для сохранения ресурса прецизионных сопряжений в условиях форсирования дизеля целесообразны пропорциональное уменьшение хода иглы распылителя и тепловая защита.

6. Снижение температуры направляющего сопряжения распылителя на 22%, например, на режиме номинальной мощности дизеля 4ЧН 15/20,5, достигается повышением эффективности локального охлаждения: увеличением числа наклонных топливных каналов в корпусе до 7.9 с введением до 3.4 кольцевых проточек на поверхности направляющей части иглы. При увеличении теплопроводности материала иглы в 2,5 раза температура сопряжения снижается на 5. .7%.

7. Повышение ресурса сопряжений распылителя на 65.70% или сохранение его при форсировании дизеля по среднему эффективному давлению на 25.30% достигается тепловой защитой экранированием, которое позволяет снизить температуру распыливающих отверстий на 85 °С, направляющего прецизионного сопряжения на 22 °С и запирающего - на 47 °С. При этом температура распыливающих отверстий не превышает 150 °С, направляющего прецизионного сопряжения 165. 170 °С и запирающего— 141. 143 °С.

1. Агеев, Б.С. Особенности конструкции и параметров топливовпрыскивающей аппаратуры современных среднеоборотных дизелей Текст. / Б.С. Агеев // Дви-гателестроение. 1988. -№ 10. - С. 48 - 51.

2. Агеев, Б.С. Тепловое состояние охлаждаемого распылителя форсунки ФД-45 дизеля 6ЧН26/34 Текст. / Б.С. Агеев, С.Н. Литвин, А.Г. Петренко // Двигате-лестроение. 1989. - № 12. - С. 16 - 20.

3. Антипин, В.П. Износ двигателя на установившихся нагрузочном, скоростном и смазочном режимах Текст. / В.П. Антипин, М.Я. Дурманов, Г.В. Каршев, В.И. Михасенко // Двигателестроение. 2006. - № 1. - С. 7 - 9.

4. Астахов, И.В. Топливные системы и экономичность дизелей Текст. / И.В. Астахов, Л.Н.Голубков, В.И.Трусов. М.: Машиностроение, 1990. - 288 с.

5. Астахов, И.В. Подача и распыливание топлива в дизелях Текст. / И.В. Астахов, В.И. Трусов, A.C. Хачиян. М.: Машиностроение, 1971. - 359 с.

6. Башта, Т.М. Машиностроительная гидравлика Текст. / Т.М. Башта. М.: Машиностроение, 1971 - 672 с.

7. Барышев, В.И. Надежность и диагностика гидропривода Текст. / В.И. Бары-шев. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2003. - 154 с.

8. Бендат, Д. Прикладной анализ случайных данных Текст. / Д. Бендат, А. Пир-сол. М.: Мир, 1989. - 540 с.

9. Березин, И.Я. Сопротивление материалов. Усталостное разрушение металлов и расчеты на прочность и долговечность при переменных напряжениях Текст. : учебное пособие / И.Я. Березин, О.Ф. Чернявский. Челябинск: Изд - во ЮУрГУ, 2005.-76 с.

10. Биргер, И.А. Конструкционная прочность материалов и деталей газотурбинных двигателей Текст. / И.А. Биргер, Б.Ф. Балашов, P.A. Дульнев. — М.: Машиностроение, 1981.-222 с.

11. Большаков, Г.Ф. Физико-химические основы применения моторных, реактивных и ракетных топлив Текст. /Г.Ф. Большаков, Е.И. Гулин, H.H. Торичнев. -Л.: Химия, 1965. 272 с.

12. Большаков, В.Ф. Эксплуатация судовых среднеоборотных дизелей Текст. / В.Ф.Большаков, Ю.Я.Фомин, В.И.Павленко. Л.-.Транспорт, 1983. - 160 с.

13. Браун, Е.Д. Моделирование процессов трения и износа Текст. / Е.Д. Браун,

14. B.А.Евдокимов, А.В.Чичинадзе. М.: Машиностроение, 1982. - 190 с.

15. Брозе, Д.Д. Сгорание в поршневых двигателях Текст. / Д.Д. Брозе. М.: Машиностроение, 1969. -248 с.

16. Bhushan, В. Principles and applications of tribology / В. Bhushan. A Wiley-Interscience Publication, 1999. - 1020 p.

17. Вейнблат, M.X. Взаимосвязь между гидравлическими характеристиками и конструкцией проточной части распылителей дизельных форсунок Текст. / М.Х. Вейнблат, М.В. Мазинг, В.И. Трусов // Двигателестроение, 1985. № 5.1. C.38-42.

18. Вейнблат, М.Х. Особенности процесса впрыскивания топлива бесштифтовыми распылителями с различной конструкцией проточной части Текст. / М.Х. Вейнблат // Двигателестроение. 1986. - № 3. - С.20 - 25.

19. Vibe, LI. Brennverlauf und Kreisprozeß von Verbrennungsmotoren / I.I. Vibe. -Berlin: VEB Verlag Technik, 1970. 286 s.

20. Володин, B.M. К вопросу о воздушных потоках, возникающих в камерах сгорания дизелей при движении поршня Текст. / В.М. Володин, Б.Н. Давыдков //

21. Исследование рабочего процесса многотопливных тракторных двигателей.— М.: ОНТИНАТИ, 1964. -Вып. 173. С. 182-193.

22. Гаврилов, Б.Г. Химизм предпламенных процессов в двигателях Текст. / Б.Г. Гаврилов. Л.: Изд-во ЛГУ, 1970. - 182 с.

23. Голев, В.И. Экспериментальное исследование температурных условий работы форсунки дизеля 8ЧН16,5/15,5 фирмы MTU Текст. / В.И. Голев, Н.П. Попов, С.А. Глумин // Двигателестроение. 1987. - № 4. - С. 58 - 61.

24. Грамм, М.И. Практические методы численных расчетов в пакетах Mathematica 2.0, MathCad 2.54, TurboBasic 3.0, Reduce 3.2 для электротехники и электрофизики Текст. : учебное пособие. 4.1 / М.И. Грамм. Челябинск: Изд-во ЧГТУ, 1993.-162 с.

25. Грехов, Л.В. Топливная аппаратура и системы управления дизелей Текст. / Л.В. Грехов, Н.А.Иващенко, В.А.Марков. М.: Легион-Автодата, 2004. - 176'с.

26. Григорьев, М.А. Очистка топлива в двигателях внутреннего сгорания Текст. / М.А. Григорьев. М.: Машиностроение, 1991. - 208 с.

27. Грин, A.A. Особенности теплообмена охлаждаемой форсунки дизеля Текст. / A.A. Грин // Двигателестроение. 1989. - № 8. - С. 15-17.

28. Голев, В.И. Изнашивание запирающих конусов и прогнозирование ресурсов работы распылителя автотракторных дизелей / В.И. Голев, A.C. Русаков, P.M. Мохов // Двигателестроение. 1989. - № 12. - С. 20 - 23.

29. Голубков, Л.Н. Методы расчета топливных систем дизелей Текст. / Л.Н. Голубков, Л.Н. Музыка, В.И. Трусов. М.: Изд-во МАДИ, 1986. - 79 с.

30. Gordon, J.E. Structures, or why things don't fall down / J.E. Gordon. Harmonds-worth: Penguin Books, 1978.

31. Громаковский, Д.Г. Концептуальный подход в задачах обеспечения высокой износостойкости поверхностей узлов трения Текст. / Д.Г. Громаковский. -сборник трудов МНТК «Актуальные проблемы трибологии». Том 1. — М.: Машиностроение, 2007. С. 155 - 167.

32. Даджион, Д. Цифровая обработка многомерных сигналов Текст. / Д. Даджион, Р. Мерсеро. М.: Мир, 1988. - 488 с.

33. Diesel — Einspritztechnik / Bosch. Chefred.: Ulrich Adler. 1. Ausgabe. -Dusseldorf: VDI - Verlag, 1993.-201 s.

34. Diesel — Speichereinspritzsystem Common Rail. Technische Unterrichtung. / Bosch. Chefred.: Horst Bauer. Ausgabe 98/99. - Stuttgart, 1998. - 49 s.

35. Дизель 8ДВТ 330 Текст. / под ред. Г.Г. Меныненина. - М.: Машиностроение, 1986.-144 с.

36. Дизельная топливная аппаратура. Оптимизация процесса впрыскивания, долговечность деталей и пар трения Текст. / В.Е. Горбаневский, В.Г. Кислов, P.M. Баширов, В.А. Марков. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996. - 140 с.

37. Долинин, В.Н. Определение коэффициента теплоотдачи от стенки корпуса распылителя к топливу Текст. / В.Н. Долинин // Исследование теплопередачи в-дизелях: сб. науч. тр. № 69. Л.: ЦНИДИ, 1975. - С. 54 - 61.

38. Дубовкин, Н.Ф. Справочник по теплофизическим свойствам углеводородных топлив и их продуктов сгорания Текст. / Н.Ф. Дубовкин. М - Л.: Госэнерго-издат, 1962.-288 с.

39. Ждановский, Н.С. Надежность и долговечность автотракторных двигателей Текст. / Н.С.Ждановский, А.В.Николаенко. Л.: Колос, 1981. - 259 с.

40. Жоховский, М.К. Теория и расчет приборов с неуплотненным поршнем Текст. / М.К. Жоховский. М.: Изд - во стандартов, 1980. - 312 с.

41. Johnson, K.L. Contact mechanics / K.L. Johnson. Cambridge University press, 1992.-452 p.

42. Зеленихин, А.И. Исследование процесса коксования сопловых отверстий распылителей при работе дизеля на бензодизельной смеси Текст. : сб. науч. тр. / А.И. Зеленихин. Л.: ОНТИ ЦНИТА, 1966. - Вып.29. - С. 6 - 12.

43. Зеленихин, А.И. Исследование влияния разгрузочного объема нагнетательного клапана и хода иглы на коксование сопловых отверстий форсунок ФД-22

44. Текст. : сб. науч. тр. / А.И. Зеленихин. Л.: ОНТИ ЦНИТА, 1986. - Вып.ЗО. -С. 43 - 50.

45. Зайцев, Л.К. Исследование рабочего цикла при форсировании тракторного дизеля с использованием математического моделирования Текст. : дис. .канд. техн. наук: 05.04.02 / Зайцев Леонид Константинович. — Челябинск,1978.-190 с.

46. Заслонов, В.Г. Исследование рабочего цикла дизеля, форсированного наддувом, при повышенном начальном давлении в нагнетательном топливопроводе Текст. : дис. . канд. техн. наук : 05.04.02 / Заслонов Валерий Григорьевич. -Челябинск, 1977.-210 с.

47. Иванченко, H.H. Рабочий процесс дизелей с камерой в поршне Текст. / H.H. Иванченко, Б.Н. Семенов, B.C. Соколов. Л.: Машиностроение, 1972.-232 с.

48. Исупов, М.Г. Влияние регулярного микрорельефа на повышение долговечности прецизионных пар трения Текст. / М.Г. Исупов // Физика и химия обработки материалов. 2005. - № 4. - С. 86. .87.

49. Исупов, М.Г. Разработка и исследование технологии струйно-абразивной финишной обработки Текст. : дис. . докт. техн. наук : 05.02.08 / Исупов Максим Георгиевич. Ижевск, 2006. - 360 с.

50. Костецкий, Б.И. Трение, смазка и износ в машинах Текст. / Б.И. Костецкий. -Киев: Техника, 1970. 396 с.

51. Костецкий, Б.И. Фундаментальные закономерности трения и износа Текст. / Б.И. Костецкий. Киев: Знание, 1981. - 30 с.

52. Костецкий, Б.И. Повышение безотказности и срока службы плунжерных пар топливных насосов дизелей Текст. / Б.И. Костецкий, А.К. Караулов, В.Е. Гор-баневский // Двигателестроение. 1980. - № 12. - С. 54 - 57.

53. Костин, A.K. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания Текст. / А.К. Костин, В.В. Ларионов, Л.И. Михайлов. Л.: Машиностроение, 1979. — 222 с.

54. Костин, А.К. Работа дизелей в условиях эксплуатации Текст. / А.К. Костин, Б.П. Пугачев, Ю.Ю. Кочинев. Л.: Машиностроение. — 1989. - 282 с.

55. Крагельский, И.В. Трение и износ Текст. / И.В. Крагельский. М.: Машиностроение, 1968. -480 с.

56. Крагельский, И.В. Основы расчетов на трение и износ Текст. / И.В. Крагельский, М.Н.Добычин, В.С.Комбалов.-М. ¡Машиностроение, 1977.-525 с.

57. Крагельский, И.В. Узлы трения машин Текст. : справочник / И.В. Крагельский, Н.М. Михин. М.: Машиностроение, 1984. - 280 с.

58. Кухаренок, Г.М. Рабочий процесс высокооборотных дизелей. Методы и средства совершенствования Текст. / Г.М. Кухаренок. Минск: БГПА, 1999.-180 с.

59. Кутовой, В.И. Распыливание топлива дизельными форсунками: тр. № 8 Текст. / В.И. Кутовой. М.: НИИ, 1959. - 123 с.

60. Лаврик, А.Н. Многотопливные двигатели Текст. : обзор / А.Н. Лаврик, Е.А. Лазарев, А.П. Ставров // НИИНАВТОПРОМ. IV «Автомобильные двигатели и топливная аппаратура».- М.: НИИНАВТОПРОМ, 1972. 68 с.

61. Лаврик, А.Н. Расчет и анализ рабочего цикла ДВС на различных топливах Текст. / А.Н. Лаврик. — Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1985. 104 с.

62. Лазарев, A.A. Двигатели Д-130 и Д-160 Текст. / A.A. Лазарев, М.А. Ефимов. -М: Машиностроение, 1974. 280 с.

63. Лазарев, Е.А. Основные принципы, методы и эффективность средств совершенствования процесса сгорания топлива для повышения технического уровня тракторных дизелей Текст. : учебное пособие / Е.А. Лазарев. Челябинск: Изд-во ЧГТУ, 1995.-360 с.

64. Лазарев, В.Е. Улучшение теплового состояния распылителя топливоподающей форсунки тракторного дизеля использованием заградительного экранирования Текст. : дис. . канд. техн. наук : 05.04.02 / Лазарев Владислав Евгеньевич. — Челябинск, 1998.-225 с.

65. Лазарев, В.Е. Особенности работы прецизионного трибосопряжения в распылителе топливной форсунки дизеля Текст. / В.Е. Лазарев // Конструирование и эксплуатация наземных транспортных машин: сб. тр. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002. С. 60 - 61.

66. Лазарев, В.Е. Тепловая защита распылителей топливоподающих форсунок транспортных дизелей при использовании альтернативных топлив Текст. / В.Е. Лазарев, А.Н. Лаврик, Г.П. Мицын. М. - Звенигород: Изд-во МАИ-ТУ, 2002.-С. 268-270.

67. Лазарев, В.Е. Рабочий цикл дизеля с наддувом при нарушениях в работе распылителя топливной форсунки Текст. / В.Е. Лазарев // Энергетические установки и термодинамика: межвуз. сб. науч. тр. Нижний Новгород: Изд-во НГТУ, 2002.-С. 29-34.

68. Лазарев, В.Е. Параметры и характеристики распылителя, используемые при оценке причин снижения работоспособности топливной форсунки дизеля Текст. / В.Е. Лазарев // Челябинск: Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». -2003. -Вып.З. -№ 1 (17). -С. 33-36.

69. Лазарев, В.Е. Особенности гидродинамики системы «игла-топливо» цилиндрического прецизионного трибосопряжения распылителя топливной форсунки дизеля Текст. / В.Е. Лазарев // Минск: Вестник БИТА. 2004. - № 3. - С. 21 -25.

70. Lazarev, V.E. Thermal simulation of rough tribocontacts. Tribosysteme in der Fahrzeugtechnik / V.E. Lazarev, E.A. Lazarev, R. Jisa, G. Vorlaufer // Vortragsunterlagen Symposium 2005 der ÖTG Wien. 10. November 2005.- S. 273280. ISBN 3-901657-19-3

71. Лазарев, В.Е. Математическая модель шероховатой поверхности контактного трибосопряжения Текст. / В.Е. Лазарев, М.И. Грамм, Е.А. Лазарев и др. // Челябинск: Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2006. - Вып.8. - № 11 (66). - С. 54-59.

72. Лазарев, В.Е. Метод оценки интенсивности изнашивания и ресурса прецизионного сопряжения распылителя топлива в дизеле Текст. / В.Е. Лазарев, A.A. Малоземов, В.Н. Бондарь // Двигателестроение. 2007. - № 3. - С. 26-29.

73. Лышевский, A.C. Системы питания дизелей Текст. / A.C. Лышевский. М.: Машиностроение, 1981. - 216 е.

74. Льотко, В. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания Текст. / В. Льотко, В.Н. Луканин, A.C. Хачиян. М.: МАДИ (ТУ), 2000. -311 с.

75. Марков, В.А. Конструкция форсунки и показатели транспортного дизеля Текст. / В.А. Марков, С.И. Девянин, В.И. Мальчук // Двигателестроение. — 2005.-№ 1.-С. 26-30.

76. Магарилло, Б.Л. Рациональные пути реализации мощности промышленных гусеничных тракторов Текст. / Б.Л. Магарилло, Б.М. Позин // Вопросы конструирования и исследования тракторов и тракторных двигателей. Челябинск: Юж.-Урал. кн. изд-во, 1971. - С.3-9.

77. Макарчук, A.A. Результаты сравнительных ускоренных испытаний влияния сорта топлива на закоксовывание распылителей и деталей камеры сгорания высокооборотного дизеля Текст. / A.A. Макарчук, A.B. Николаенко // Двигателестроение. 1991. - № 7. - С. 52 - 54.

78. Микулин, Ю.В. Комплексное решение вопроса увеличения ресурса и повышения надежности топливной аппаратуры дизелей Текст. / Ю.В. Микулин // Двигателестроение. 1986. -№ 10. - С. 58 - 60.

79. Михеев, М.А. Основы теплопередачи Текст. / М.А. Михеев, И.М. Михеева. — М.: Энергия, 1977. 344 с.

80. Мичкин, И.А. О некоторых причинах закоксовывания сопловых отверстий многодырчатых распылителей Текст. / И.А. Мичкин, К.К. Молчанов // Исследование рабочего процесса многотопливных тракторных двигателей. М.: ОНТИ НАТИ, 1964. - Вып. 173. - С. 123 - 140.

81. Николаенко, A.B. Повышение надежности распылителей форсунок дизелей виброобкатыванием цилиндрической направляющей поверхности иглы Текст. / A.B. Николаенко, В.В. Беляков, В.Г. Аляпышев и др. // Двигателестроение. -1979.-№4.-С. 31-33.

82. Николаенко, A.B. Снижение тепловой напряженности и коксования распылителей форсунок дизеля 6ЧН 13/14 Текст. / A.B. Николаенко, A.A. Непомнящих, А.Т. Максимов // Двигателестроение. 1987. - № 11. - С. 42 - 46.

83. Неговора, A.B. Исследование золотникового запорного клапана форсунки для аккумуляторной системы топливоподачи типа Common Rail Текст. / A.B. Неговора // Двигателестроение. 2004. - № 3. - С. 35 - 37.

84. Николаенко, А. В. Снижение тепловой напряженности распылителей форсунок дизелей за счет применения специальных покрытий Текст. / A.B. Николаенко, А.Т.Максимов, П.Е.Куницын // Двигателестроение. 1983. - № 2.-С.З- 6.

85. Основы трибологии Текст. : учебник для ВУЗов / под ред. A.B. Чичинадзе. -М.: Наука и техника, 1995. 778 с.

86. Прокопов, Н.В. Влияние конструктивных и регулировочных параметров форсунки ФД-22 на закоксовывание сопел распылителя Текст. / Н.В. Прокопов, В.Д. Бурдыкин, Н.И. Самусь // Двигателестроение. 1980. - № 2. - С.41- 43.

87. Прокопьев, В.Н. Основы триботехники Текст. : текст лекций / В.Н. Прокопьев, H.A. Усольцев, Е.А. Задорожная. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2001. - 130 с.

88. Пресняков, А.В. О компенсации температурных удлинений в узле крепления форсунки двигателя воздушного охлаждения Текст. / А.В. Пресняков, Е.А. Николаев, Л.Я. Подольный // Двигателестроение. — 1980. — № 5. С.21- 23.

89. Перлов, М.Л. Оценка погрешности измерений температуры поршня тракторного дизеля прерывистым токосъемником Текст. / М.Л. Перлов, А.В. Соснин, Е.И. Шевцова и др. // Тракторы и сельхозмашины. 1977. - № 9. - С. 14-16.

90. Патрахальцев, Н.Н. Методы и средства безразборного раскоксовывания распылителей форсунок автобусных дизелей (в условиях Лимы, Перу) Текст. / Н.Н. Патрахальцев, Л.А. Ластра, К.М. Тапиа // Автомобильная промышленность. — 2005. -№3.- С. 24-29.

91. Петриченко, P.M. Рабочие процессы поршневых машин Текст. / P.M. Петриченко, В.В. Оносовский. — Л.: Машиностроение, 1972. 168 с.

92. Петриченко, P.M. Конвективный теплообмен в поршневых машинах Текст. -/ P.M. Петриченко, М.Р. Петриченко. Л.: Машиностроение, 1979. - 232 с.

93. Петриченко, P.M. Физические основы внутрицилиндровых процессов в двига-. телях внутреннего сгорания Текст. / P.M. Петриченко. — Л.: Изд-во ЛГУ, 1983. 244 с.

94. Пожаров, М.А. Экспериментальное определение деформаций и напряжений в деталях форсунки ФД-22 Текст. / М.А. Пожаров // Тракторы и сельхозмашины.-1970.- № 11.-С. 8-11.

95. Польцер, Г. Основы трения и изнашивания Текст. Пер. с нем. О.Н. Озерского, В.Н. Пальянова. / Г.Польцер, Ф.Майсснер. -М.: Машиностроение, 1984. -264 с.

96. Popov, V.L. Quasi-fluid nano-layers at the interface between rubbing bodies / V.L. Popov, S.G. Psakhie, A. Dmitriev // Simulation by movable cellular automata. — Wear. 2003. - № 254 (9). - p. 901 - 906.

97. Rabinowicz, E. Friction and Wear of Materials. Second Edition / E. Rabinowicz. -New York: John Wiley & Sons, 1995.

98. Пономарев, А.В. Прогнозирование ресурса цилиндропоршневой группы дизелей с учетом контактной гидродинамики Текст. : дис. . канд. техн. наук : 05.04.02 / Пономарев Артем Вячеславович. — Самара, 2006. 125 с.

99. Пат. 2105186 Российская Федерация, МПК7 6 F 02 V 53/04. Распылитель топли-воподающей форсунки дизеля Текст. / В.Е. Лазарев, А.Н. Лаврик, Е.А. Лазарев, Г.П. Мицын, В.И. Кавьяров. № 96116671/06; заявл. 13.08.96; опубл. 20.02.98, Бюл. №5.-4 с.

100. Роганов, С.Г. Исследование топливных систем дизелей Текст. : сб. тр. № 351 / С.Г. Роганов, А.А. Дамер, Ю.П. Макушев. М.: Изд-во МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1981.-С. 14-31.

101. Розенблит, Г.Б. Теплопередача в дизелях Текст. / Г.Б. Розенблит. М.: Машиностроение, 1977. - 216 с.

102. Русинов, Р.В. Конструкция и расчет дизельной топливной аппаратуры Текст. / Р.В. Русинов. — М.-Л.: Машиностроение, 1965. 148 с.

103. Русинов, Р.В. О надежности работы распылителей Текст. / Р.В. Русинов, И.М. Герасимов, А.Г. Семенов // Двигателестроение. 2000. - № 3. - С. 16-17.

104. Самусь, Н.И. Повышение технического уровня распылителей форсунок ФД-22 Текст. / Н.И. Самусь, М.Г. Сандомирский // Двигателестроение. 1987. - № 2. -С. 43-45.

105. Corrosion résistance for injector nozzles // Gas and Oil Power. 1975. - 71. - № 787. - p. 157- 158.

106. Свешников, A.A. Теория вероятностей и случайных функций. Случайные величины Текст. / А.А. Свешников. Л.: Изд-во ЛПИ, 1980. - 72 с.

107. Свиридов, Ю.Б. Топливо и топливоподача автотракторных дизелей Текст. / Ю.Б. Свиридов, JI.B. Малявинский, М.М. Вихерт. Л.: Машиностроение, 1979.- 248 с.

108. Семенов, Б.Н. Рабочий процесс высокооборотных дизелей малой мощности Текст. / Б.Н. Семенов, Е.П. Павлов, В.П. Копцев. — Л.: Машиностроение, 1990.- 240 с.

109. Сомов, В.А. Судовые многотопливные двигатели Текст. / В.А. Сомов, Ю.Г. Ищук. Л.: Судостроение, 1984. - 240 с.

110. Суркин, В.И. Смазка пар трения дизелей: монография Текст. / В.И. Суркин, Б .В. Курчатов. Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 1999. - 224 с.

111. Сутин, Л.Н. О влиянии некоторых факторов на надежность работы распылителей Текст. / Л.Н. Сутин, В.Н. Долинин // Исследование топливной аппаратуры.- М.: НИИНФОРМТЯЖМАШ, 1966. Вып.54. - С. 13-19.

112. Толшин, В.И. Работа форсунок транспортных дизелей на режиме пуска Текст. / В.И. Толшин, В.И. Трусов, С.Н. Девянин // Двигателестроение. 1984. - № 10. -С. 50-52.

113. Топливная аппаратура автотракторных двигателей Текст. / В.И. Крутов, В.Е. Горбаневский, В.Г. Кислов. М.: Машиностроение, 1985. - 208 с.

114. Топливные системы и экономичность дизелей Текст. / И.В. Астахов, Л.Н. Голубков, В.И. Трусов и др. М.: Машиностроение, 1990. - 288 с.

115. Топливные форсунки и распылители современных автотракторных дизелей. РЖ 1990 г. Текст. / 2.39.307. Les porte-injecteurs et injeteurs // Rev. techn. Diesel, 1989. № 158.-С. 11 13, 15-17, 19-20,22,24-25.

116. Трусов, В.И. Повышение надежности форсунок автотракторных дизелей Текст. / В.И. Трусов, В.П. Дмитренко, Г.Д. Масляный. М.: НИИАВТОПРОМ, 1968.-45 с.

117. Трусов, В.И. Форсунки автотракторных дизелей Текст. / В.И. Трусов, В.П. Дмитренко, Г.Д. Масляный. -М.: Машиностроение, 1977. 167 с.

118. A.c. 1534201 СССР, МКИ 6 F 02 M 53/04. Устройство для охлаждения распылителя топливной форсунки. РЖ. — 1990.

119. Файнлейб, Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей Текст. : справочник. 2 изд. / Б.Н. Файнлейб. Л.: Машиностроение, 1990. - 362 с.

120. Федотов, Г.Б. К вопросу о деформациях корпусов распылителей форсунок тепловозных дизелей Текст. / Г.Б. Федотов, В.П. Шевлягин // Двигателестрое-ние. 1980. - № 3. - С. 48 - 50.

121. Федотов, Г.Б. Топливные системы тепловозных дизелей Текст. / Г.Б. Федотов, Г.И. Левин. М.: Транспорт, 1983.-192 с.

122. Федер, Дж. Фракталы. Пер. с англ. Текст. / Дж. Федер. -М.: Мир, 1991.- 254 с.

123. Fleischer, G. Energetische methode der Bestimmung des Verschleihes / G. Fleischer // Schmierungstechnik. 1973. - Band 4. - S. 9 - 12.

124. Fleischer, G. Verschleiß und Zuverläßigkeit / G. Fleischer, H. Brader, H. Thum. -Berlin: VEB, 1980. 224 s.

125. Физические эффекты в машиностроении: справочник Текст. / В.А.-Лукьянец, З.И. Алмазова, Н.П. Бурмистрова и др.; под. ред. В.А. Лукьянца. М.: Машиностроение, 1993. - 224 с.

126. Фомин, Ю.Я. Влияние степени износа распылителя форсунки на пусковые качества и экономичность дизелей Текст. / Ю.Я. Фомин, В.Г. Ивановский, В.И. Черемисин // ДВС. Харьков: Изд-во ХГУ, 1975. - Вып. 21. - С. 80 - 86.

127. Фомин, Ю.Я. Влияние диаметрального зазора в распылителе форсунки среднеоборотных дизелей на впрыск топлива Текст. / Ю.Я. Фомин, П.П. Петров, В.Г. Ивановский, В.Н. Долинин // Рабочие процессы дизелей. Л.: Изд-во ЦНИДИ, 1975. - Вып. 67. - С. 85 - 96.

128. Franek, F. Ansätze zur Berechnung von Lebensdauer bzw. Verschleißhöhe. Kurzbericht / F. Franek, A. Pauschitz, R. Jisa // ÖTG, 2003.

129. Friedhelm, H. Untersuchung der Einspritzdusenverkokung an einem Personen-wagen Dieselmotor / H. Friedhelm // MTZ. 1986. - № 7 - 8. - S. 291 - 292, S. 295 - 298.

130. Хачиян, A.C. Доводка рабочего процесса автомобильных дизелей Текст. / A.C.' Хачиян, В.Р. Гальговский, С.Е.Никитин.- М.Машиностроение, 1976.-104 с.

131. Чернышев, Г.Д. Рабочий процесс и теплонапряженность деталейг двигателей .' Текст. / Г.Д. Чернышев, A.C. Хачиян, В.И. Пикус. — М.: Машиностроение, 1986.-216 с.

132. Чайнов, Н.Д. Тепломеханическая напряженность деталей двигателей Текст. / Н.Д. Чайнов, В.Г.Заренбин, H.A. Иващенко М.: Машиностроение, 1977,- 152 с.

133. Charron, F. Partage de la chaleur entre deux frottants / F. Charron // Pupl. scient. et. techn. Ministere air, 1943.

134. Юдаев, Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача Текст. / Б.Н. Юдаев. М.: Высшая школа, 1988. - 479 с.

135. Шкаликова, В.П. Применение нетрадиционных топлив в дизелях Текст. : монография / В.П. Шкаликова, H.H. Патрахальцев. М.: РУДН, 1993. - 64 с.

136. Varadi, К. Evaluation of the real contact areas, pressure distributions and contact temperatures during sliding contact between real metal surfaces / K. Varadi, Z. Neder, K. Friedrich // Wear. 200 (1996). - p. 55 - 62.

137. Чайнов, Н.Д. Моделирование напряженно-деформированного состояния и выбор элементов конструкции топливных форсунок форсированных транспортных дизелей Текст. / Н.Д. Чайнов, В.А. Рыжов, JI.JI. Мягков // Двигателе-строение. 2004. - № 2. - С. 18 - 19.

138. Яманин, А.И. Расчет на прочность корпуса распылителя форсунки при переменных напряжениях Текст. / А.И. Яманин, В.В. Курманов, Д.А. Веселов // Двигателестроение. — 2003. № 1. — С. 29 — 31.