автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.18, диссертация на тему:Проектирование и исследование кулачковых механизмов с управляемыми фазами движения четырехтактных дизелей

. ОА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н. Э. БАУМАНА

На правах рукописи

Леонов Дмитрий Игоревич

УДК 621.01

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ КУЛАЧКОВЫХ МЕХАНИЗМОВ С УПРАВЛЯЕМЫМИ ФАЗАМИ ДВИЖЕНИЯ ЧЕТЫРЕХТАКТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ.

Специальность 0Е.02.18 - теория механизмов и машин и 05.04.02 - тепловые двигатели.

Автореферат диссертации на соискание учено.! степени кандидата техническое наук

Ьиучный руководитель - академик Фролов К.В.

Москва, 1936 г.

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете имени Н.Э.Баумана

Научный руководитель - академик РАН Фролов К.В. Официальные ояпонег-ы - доктор технических наук, профессор

на заседании специализированного совета К.053.15.II в Московском государственном техническом университете им. Н.Э.Баумана по адресу: 107005 Москва, 2-я Бауманская ул., д.5.

Ваш отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по адресу: 107005 Москва, 2-я Бауманская ул., д.5, МГТУ им. Н.Э.Баумана, ученому секретарю диссертационного Совета К.053.15.II.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГГУ им. Н.Э.Баумана.

Автореферат разослан " " 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат технических наук, доцент J Попов П.К.

Воробьев Е.И.

доктор технических наук, профессор

Иващенко Н.А

Ведущая организация • КЭП АМО ОаЛ

Защита состоится

Тип. МГТУ

Тираж 100 экз. Объем I п.л. Зак. 22 Подписано в печать 31.01.96г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. В связи с растущим топливно-энергетическим кризисом и значительным ухудшением экологической обстановки к выпускающимся транспортным двигателям предъявляются асе более жесткие экономические и экологические требования, ^альнейпее развитие Российской промышленности треоует глубокой жэдерниаации используемых в ДВС механизмов для создания конку-' эенткоспособных высокоэкономичных экологически чистых машин.

Таким высоким требованиям наиболее полно удовлетворяют трехтактные дизели с турбонаддувом, в-кртогчк гаэг 1ая тур-5ина использует энергию отработавших газов (ОГ) для предварительного сжатия в центробежном компрессоре подав;-емого в ци-шндры воздуха. Однако, на.пути их применения в транспортных 1ашинах встречаются значительные трудности, связанные с рабо-'ой. двигателя на оснозны:-: эксплуатационных режимах - неустановившихся и частичной мощности. Например, -уменьшение давления лрыскивания топлива на низких скоростных.режимах приводит -к ■худшенлю его рзопыливания и сгорания. Это повышает содержание . ачи в ОГ, что препятствует применен;.» нейтрализаторов, улав-иванщих остальные токсические продукты.

- Проведенные экспериментальные исследования показывают, то значительные резервы улучшения топливной экономичности и кологических характеристик рабс.ы дизеля на частичных ре,-имах аходятся на пути организации регулирования производимой в ци-индро-поршневой части энергии импульсами, согласованными по азе и амплитуде с потребностями рабочего процесса в каждом икле дизеля, а уменьшение содержания сажи обеспечивается ста-илизацией давления впрыскивания топлива в цилиндр.

В последние годы значительное внимание уделяется совер-гнствовангао кулачковых механизмов, предназначенных' для согла-звания работы элементов дизеля - иистемы газораспределения и эпливного насоса высокого давления (ТНВД). К сожалению, еог-зс целесообразности управления дизелем воздействием на изме-;'ние фаз движения этих кулачковых механизмов еще недостаточно -юработан." поэтому и ставится задача теоретической и экспери-¡нтальной -оценки эффективное:и таких воздействий. Влияние на ¡отекание рабочего процесса в цилиндре двигателя эначительно-

1

го числа факторов делает перспективным управление системой кулачковых механизмов газораспределения и ТНВД от микропроцессор ра, чтобы превратить ДЕС в многопараметрический объект 'оптимального управления. Для этого необходимо провести структурный синтез и опытное проектирование кулачковых механизмов с управляемыми фазами дь.ьненин (КМУФД), . обладающих незначительными усилиями по управлению и возможностью регулирования процессами воздухоснабченил и топливоподачи в каждом рабочем цикле.

Проблема профилирования кулачков с учетом требований процессов -газообмена, кинематики и динамики привода, прочности деталей достаточно хирошо изучена, однако, необходимо разработать методику расчета новых КМУФД. В целях принятия оптимальных решений на ранних стадиях проектирования механизмов выполненная диссертационная работа направлена на решение методами ТММ описанной выше актуальной задачи двигателестроенпи, предусматривающей выполнение большого объема теоретических, расчетных и экспериментальных исследований. Цели диссертационной работы:

1. Анализ существующих направлений регулирования воздухос-нзбления дизеля и предложение новых способов.

2. Классификация кулачковых механизмов дизелей и выявление перспективного направления их структурного синтеза.

3. Структурный синтез КМУФД топливных насосов, обеспечивающих автономность дозирования и фазирования топливоподачи.

4. Структурный синтез КМУФД газораспределения с возможностью импульсного регулирования воздухоцодачи.

5. Разработка теоретических основ расчета кулачков КМУФД' топливных, насосов со стабилизацией давления впрыскивания.

6. Разработка методики расчета КМУФД газораспределения.

?. Создание рабочих программ параметрического синтеза КМУФД.

8. Проектирование КМУФД и экспериментальное исследование оснащенного КМУФД дизеля.

Научная новизна заключается в представлении в работе:

1. Нового способа импульсного регулирования воздухоснабженпя ■ дизеля с турСонаддувом со стабилизацией дат ения наддува.

2. Новых структурных схем КМУФД газораспределения и ТНВД, приспособленных к управлению от микропроцессора.

■ 3. Теоретических основ метод.ч стабилизации давления впрыски-2 -

вания топлива и обеспечения автономности фазирования и дозирования топливоподачй с помощью нового КМУФД ТНВД.

4. Созданного методического, алгоритмического и программного обеспечения рационального профилирования кулау-ов новых КМУФД.

Практическая ценность и внедрение результатов работы:.

1. Основной объем, научных работвнедрение методики и программ расчета КМУФД было выполнено в рамках хоздоговорных- тем в НИИЭМ МГТУ им. Н.Э. Баумана и ЭКО НАМИ, алгоритмы программ опубликованы в учебных пособиях Cl] и С2].

2. ' В рамках проекта МГТУ - ЭКО НАШ по разработке малотоксичного двигателя для большегрузного автомобп л заво;;а КАМАЗ, было выполнено опытное проектирование и изготовление нового КМУФД гидравлического привода впускного клапана, проект занял 3-е место на Всероссийском конкурсе, объявленным НАМИ.'

3., В рамках НИОКР в ЭКО НАМИ и МГТУ im. Баумана по заказа" (пинского тракторного завода и Ногинского завода топливной аппаратуры, разработан и испытан макет КМУФД ТНБД с автономным фазированием и дозированием тйШшвсподачи vi стабилизацией давления впрыскивания.

Апробация работы. >Основные результаты работы были доложены, обсуждены и одобрены на научно-методических семинарах кафедр МГТУ "Автоматизация тепловых двигателей и энергет; ;еских установок". "Теплоны- двигатели", "Теория механизмов и машин" и научно-технической конференции, посвященной 1о5-летию МГТУ им. Н.Э. ъаумана.

Публикации• По теме диссертации опубликовано 2 ' печатные работы, получено 5 а.с. и патентов Росгчйской Федерации.

Объем работы. Диссестация состоит из введения, 4-х глав, заключения, изложенных на 155 машинописных лист^<, из них 46 графическо-иллюстративных, списка использованных источников из lui наименования, одного приложения.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы и сформулировала общая постановка задач и выполняемые в диссертационной работе этапы и-пути решения сложной научно-технической проблемы.

В первой главе проведен анализ существующих способов улучшения показателей ДВС воздействием на кулачковые механизмы управления воздухе- и топливоподачей и предложен новый способ.

3

Согласование характеристик турбинной и поршневой частей, дизеля'о турбокаддувом'производится для номинального режима и обеспечивает оптимальное воздушно-топливное соотношение сЬ и давление наддува Р^ . При этом на частичных режимах происходит рассогласование, выражающееся в ухудшении экономических, экологических и динамических характеристик дизеля. Наиболее эффективно поддерживать на оптимальном уровне воздействуя

на фазу закрытия впускного клапана: более раннее закрытие вызывает расширение_заряда с уменьшением его температуры и давления, более позднее - вытеснение части заряда во впускной патрубок. Это пзволяет изменять действительную степень сжатия при неизменной геометрической и дозировать заряд импульсами, согласованными по ' фазе и амплитуде с потребностями оайочего процесса. Проведенное в МГТУ им. Баумана, совершенствование этих циклов позволило стабилизировать перераспределением

реализуемой мощности между поршневой и турбинной частями путем увеличения энергии ОГ за счет более раннего открытия выпускного клапана. Обобщены экспериментальные исследований модернизируемого дизеля и разработаны рациональные законы изменения фаз газораспределения в функции режимных параметров.

Рассмотрены процесс впрыскивания топлива и возможность . регулирования дизеля воздействием на угол опережения впрыскивания топлива Реп выработан рациональный закон регулирования по скорости дизеля , и нагрузке, определяемой положением рейки топливоподачи »?р . Исследование влияния кинематических параметров кулачкового механизма на протекание процесса впрыскивания и их ранжирование позволило сделать обобще-ни_ зависимости давления впрыскивания топлива Р& в виде

Р — Л Г -4- Р

дРа в ~ШУг Ът > ■ (1)

где ~ частная производная по скорости кг плунжера

ТНВД, являющегося толкателем кулачкового механизма, Рост остаточное давление в топливопроводе. Т.е. поддержанием постоянного . значения Ут при изменении СО возможно стабилизировать и уменьшить дымность ОТ.

Рассмотрение рабочих процессов дизеля ,позволило -делать вывод о необходимости ■ одновременного воздействия на гюдачи топлива и воздуха при изменении режима работы. Интерес к этому 4 '

шоявляют многочисленные зарубежные фирмы ФРГ ('Бош') и Японии ['Дизель-Кики'), .причем их исследовательские проекты весьма >лизки. Например, ТНВД конструкции "01езе1-К1к1" обеспечивает травление ЪРоп и стабилизацию , изменение воздухоподзчи в »том проекте осуществляется с помощью регулирования положения юпаток турбокомпрессора. В России к созданию подобного дизеля фиступили в 1987 г. на базе дизеля автомобиля "КАМАЗ". Предс-'авленный МГТУ им. Баумана проект и стал победителем конкурса 1АМИ на создание экономичного и малотоксичного автомобильного [вигателя. В отличие от проекта фирмы "01езе1-К1к1", в проекте (ГхУ-НАМИ был применен предложенный импульсныг способ регули-ювания воздухоснабжения.

Во второй главе проведен анализ отечественных и зарубежных работ по совершенствованию кулачковых механизмов, система-■иэация технических ■ решений и требований к механизмам, что юзволило выявить перспективные направления проведения струк-'урного синтеза КМУФД. Классификация механизмов по возможным (вижениям органов управления Фазами движения дозирующего эвена «явила 4 альтернативные структурные схемы (рис. 1:). Толкатель ! совершает возвратно-поступательное движение ввиду вращения :улачка 5, а управление Фазами подачи рабочего тела осуществляется в схемах "а" и "б" поворотом плунжера, "в" - винтовым ;вижением втулки относительно плунжера, "г" - винтовым движе-¡ием плунжера, причем конструкции "а"_, "в", "г" были разрабо-'аны в МГТУ, "б" - в Японии. Разработка а.с. на изобретения МУФД топливо- и воэдухоподачи имела целью обеспечение авто-юмности, управления по различным параметрам и снижение сил 'рения в кинематических парах, определяющих зону нечувстви-■ельности, значение управляющих усилий и точность воспроиэве-;ения закона управления. Проведенный анализ и согласования с аказчиком показали, что предпочтительными вариантами движений вля'ются вращательные /$вр и структурная схема "а" КМУФД бы-:а принята оптимальной как для гидропривода клапанов, так л Н8Д дизеля, как обеспечивающая разделение моментов настройки . работы, т.е. регулирование при пониженных нагрузках на при-од на фазе ближнего стояния кулачкового механизма в паузах ежду открытиями клапанов или впрыскивани-~ч топлива.

о<«

а'

Ы?

I 5от о»

з ш •

№

$др

/2

>о<»

Рис. 1. Структурные схемы КМУФД

е

Разработанный КМУФД ТНВД (рис. 2) работает следующим образом. Вращение кулачка 5 вызывает периодические подъём и опускание толкателя-плунжера 3. При движении плунжера 3 на величину Нв вверх кромка перекрывает отверстие б, давление топлива в полости повышается,, клапан открываемся, топливо подается в топливопровод и впрыскивается цилиндр. При перемещении рейки 1 плунжер 3 поворачивается вокруг ос.., наклонная кромка занимает новое положение1относительно отверстия 6, в результате чего изменяется Не, и, соответственно, 1 фазовый угол начала впрыскивания Уоп . При дальнейшем движении плунжера 3 на величину Нд вверх кромка 1 втулки .4 открывает отверстие 5, топливо получает возможность вытесняться через 7, давление в полости^падает, клапан закрывается и рпрыскивание топлива прекращается. перемещении рейки 2 втулка 4 поворачивается вокруг оси, наклонная кромка занимает новое положение относительно отверстия 7, в результате чегс изменяется //р , и, соответственно, момент прекращения впрыскивания. При равных углах наклона ^уЗ винтовых линий кромок при повороте плунжера 3 вокруг оси приращения М& и Нд равны, т.е.

Не - Ну = соп& (2)

и изменение момента начала "прыскивания *гол не вызывает изменения . величины топливоподачи, что подтверждает автономность контуров регулирования топливоподачи и У^оп и позволяет упростить алгоритм управления и повысить надежность регуляторов.

Аналогичную структуру имеют КМУФД газораспределения, при их совершенствовании были испол:зовачы основные преимущества традиционного привода - простота и надежность управления с помощью кулачкового вала. Перспективные модели были созданы путем наделения новыми свойствами конструкции широко распространенных гидрокомпенсаторов температурных зазоров в кинематической цепи привода. НоЕые свойства механизмов заключались 1 в расширении диапазона перемещений ведущих эвеньег, при1 меньшем не-•обходимом диапазоне движения ведомых, в результате чего появилась возможность легко менять начало, и конец движения последних, т.е. изменять фазы закрытия и открытия и максимальное перемещение гзлаланбв. Применение управляемого гидропривода позволило увеличить "время-сечение"- открытия клапанов за счет повышения скорости их движения при ограниченных динамических

7

Рио. 8

2. Кинематическая схема кулачкового мехзниэма ТНВД.

нагрузках на пригод и уменьшить коррозию деталей цилинд-ро-поршневой группы ввиду к„оляц;.й полостей рабоФте цилиндров от выпускной системы на неработающем двигателе.

В третьей г..аве производится обзор современных методов профилирования кулачков механизмов газораспределения и ТНВД, систематизируется и анализируется комплекс требований к закону,! движения толкателей новых КМУФД с учетом особенностей рабочих процессов ДВС, характеров нагружения механизмов, и различных ограничений, накладываемых на их работу; излагаются методики, математич-ские• модели и алгоритмы профилирования кулачков новы:' КМУФД. Разработка новых подходов к профилированию' была необходима ввиду того, что существующие'методики не предполагали изменения фаз движения рабочих органов.

До сих пор окончательно не решен вопрос о профиле кулачка ТНВД, обеспечивающем стабилизацию давления впрыскивания топлива 'по скорости и) ,ли повышения /д до 100 МПа при ограничениях по напряжениям в высшей кинематической паре. Проведенное иммитационное моделирование работы КМУФД ТНВД методом заменяющих плоских рычажных механизмов позволило теоретически исследовать напряженное состояние и разделить- влияние закона движения толкателя нр динамические нагрузки и на геометр^ес-кий приведенный радиус кривизны контактирующих поверхностей.

Рассмотрены теоретические основы предложенного в МГТУ им. Баумана метода стабилизации давления впрыскивания топлива /д , осуществимом на разработанном КМУФД ТНВД с автономным дозированием и фазированием топливо'подачи и заключающегося в поддержании постоянной скорости толкателя "У^-. Т.к. 1

)Роп = Тоя и Окм (3)

. тг айт ,;

• ^ * ¿Г"^, - ^ «>

где ^оп - временная задержка впрыскивания топлива; -

перемещение толкателя; Оку* , угловая скорость и угол

поворота кулачкового вала, отчитываемого от ВМТ. Т.к. угол опережения впрыскивания топлива отсчитывают по углу по-

ворота коленчатого вала от ВМТ в противоположную от сто-

рону, 'с учетом передаточного отношения между кулачковым и коленчатым валами Давле ш впрыскивания топлива /2

9

было представлено в зависимости от геометрических параметров профиля кулачка в функции угловой координаты контактной точки р с/Sr , b^A-y^f

/а dUr' of' ' (5)

• Благодаря способности разработанных ТНВД при изменении . CJ реализовать 'переход на новый участок профиля, была по" лучена возможность обеспечения постоянного значения скорости толкателя VV в начале активного участка и, соответственно, стабилизировать Pß на "ровне номинального {q^o/i путем задания аналога скорости толкателя cCST выражением

C/Sr ■ _ Рано* Топ (6)

С(%у. ~ Ж* У**' dVr.

•Последнее выражение могло быть проинтегрировано численными методами, однако,ввиду недостатка экспериментальных зависимостей ^рг и Ъп реального двигателя по & и другим режимным параметрам ( % , оС , hp и т. д.) моделирование' было

I ЛРл Рвном проведено при допущении, что ten » const, 2LB. а . -- , где гтг 1 ■ ÖVt . t vrj

[Vr/ - максимально допустимая скорость толкателя. Т.о.

СУт] ^ [Уг] _ .¿lVr] (?)

¿/S^ ~ Улгу^ ~ ¿¿«У«' ~

Искомый закон движения толкателя представляет о^щее решение интеграла от выражения (7)

SM - - €« - (В)

где 7 о - начальный радиус кулачка. Моделирование'показало, что' использование такай зависимости справедливо только для пренебрежительно малых значений угловой продолжительности впрыскивания топлива ■ Учет конечной .¿^j , .определяемой требованиями процесса сгорания, привел бы к недопустимому увеличению Vt в конце активного участ^ на номинальном скоростном режиме а 3.5 раза, на режиме максимального крутящего момента в 7 раз. Этих недостатков удалось избежать введением

ограничения , const на активном участке профиля вблизи

— ™ „ - сИгшч , „,

ВМТ. Дальнейшее исследование (рис. 3) показало, что это or-a--ничение не сказалось на скорости толкателя Vr в начале активного участка .. что наибольшее среднее на активном участке значение "Vrcp при изменении ¿J совпадает с режимом 'максимального крутящего момента, т.е. наиболее тяжелый режим работы 10 ' '

о

магические параметры КМУФД ТНВД

il,

дизеля происходит при улучшенных условиях макрообрйзования горючей смеси. Т.о. давление топлива б начале геометрического впрыскивания не зависит от скоростного режима работы дизеля, что положительно сказывается на снижении дымности ОГ и служит подтверждением правильности полученной методики. Из традиционных кулачков, применяемых в ТНВД, с погрешностью 87. разработанному кулачку удовлетворяет тангенциальный.

Анализ методик профилирования кулачков механизмов газораспределения показал, ч.о наиболее распространенными являются методы Д. Курца, 'Полидайн', 'Гисдайн',■ а их совершенствование происходит в направлении увеличения наполнения цилиндров на номинальных режимах работы при ограничениях по механическим нагрузкам на привод. Анализ универсальной методики расчета кулачковых -механизмов, разработанной в Институте Машиноведения РАН, показал, что ее использование-в новых КМУФД было бы нерациональным по следующим причинам. Во-первых, необходимость учета изменения фаз ;вижения при выборе профиля кулачка заставляет отказаться от выдвижения на первое место требование обеспечение максимального "времени-сечения" открытия клапанов, т.к. в процессе регулирования требуется его уменьшение. Во-вторых, в рассматриваемом КМУФД газораспределения изменение фаз движения клапана с^ тзано с управлением геометрическими параметрами гидравлической полости, обеспечиваем™ местной под-е.скностыо толкателя, что заставляет уделить особое внимание расчету давления жидкости в этой полости, т.к., оно .является внешней нагрузкой для высшей кинематической пары. Поэтому при проектировании КМУФД газораспределения оказалась целесообразной декомпозиция гидромеханической системы в -целях разделения рационального профилирования кулачга кулачкового .механизма от расчета параметров гидравлической части.

Уменьшение наполнения цилиндра при работе на частичных режимах мелет быть достигнуто различными комбинациями диапазона изменения фаз и закона движения. При решении этого вопроса на первое место был выдвинут критерий, характеризующий нагрузку в высшей к^гаемзтической паре и определяемый геометрией контактирующих звеньев и внешней нагрузкой, а основные ограничения накладывались на следующие параметры: [))] - допустимый угол давления; - гидродинамически эффективная скорость,

• 9

определяющая несупсто способность масляного клина; Ок - контактные напряжения в высшей паре, ¡Р - давление жидкости в надплунжерной" полости. Разработанный алгоритм базировался на дискретном описании закона движения, согласно которойу рабочий угол разбивался по равноотстоящей сетке и для каждого узла проводилось итерационное формирование профиля при условии выполнения ограничений, в противном случае система логического поиска путей коррекции обеспечивала возврат на требуемый узел.

Рассмотрены математические модели реальных процессов в КМУФД газораспределения: кинематическая - рассчитывающая перемещение клапана при пренебрежении вязкостью и сжимаемостью жидкости; газодинамическая - наполнение цилиндра зарядом; ки-нетостатическая - силы, действующие на звенья механизма. Динамическая модель представляет систему уравнений, определяющих связь перемещений толкателя КМУФД и клапана гЗн при работ^ на различных скоростью режимах, влияние управляющих воздействий на изменение фаз движения клапана, расчет промежуточных параметров гидромеханической системы, таких как давление рабочей жидкости Р . При этом численно, с учетом -озможности соударений движущихся деталей и образования кавитационных полостей, решалась система п.-охо обусловленных нелинейных неоднородных дифференциальных уравнений - непрерывности потока жидкости з гидравлической полости

<8)

и уравнения двоения клапана

где ^ у — текущее абтми гидравлической по-

лости; ^) - торцевые площади плунжеров; ¡~ - мс ^уль

упругости жидкости; ¿Я* , /г)/ , - коэффициент расхода и

плененные проходные сечения отсечных окон; 14« - передаточная функция коромыслового механизма; ,/> - плотность жэдкос-ти; й , йп ~ давление жидкости в гидравлической полости и давление питания; ГПк - масса клапана и движущихся с ним деталей; £тй - внешние силы трения; Сл/>,$ко - приведенный коэффициент жесткости к начальная деформация клапанных пружин.

13

Анализ результатов моделирования показал, что изменение угла открытия клапана )раг/!, по сравнению с номинальным усиливает динамическое воздействие на звенья привода, это вызвана появлением дополнительного динамического усилия на клапан при возникновении гидравлического удара в момент закрытия отсечно-. го отверстия кромкой ведущего плунжера.- Т.о. в момент начала движения клапана имеет начальное значение аналога скорости . Аналитическое исследование позволило выработать рекомендации по выбору закона -вижения из условия минимизации динамических нагрузок, заключающиеся в выполнении на участке регулирования, фаз ограничения' <( ^т = с, чтобы значение анзло-Ы5т- *

га скорости -- было постояньоМ и при .изменении фазы и}

открытия г0г/< в сторону опаздывания не происходило увеличения динамических нагрузок.

Разработанное методическое и программное обеспечение от-. вечает требованиям к проектирующим подсистемам САПР ДБС и позволило достаточно просто, ■ надежно и точно описать реальные процессы, происходящие в новых КМУФД и рассчитать профили кулачков, и тем самым, сократить затраты"на проектирование и дорогостоящую экспериментальную доводку опытных образцов КМУФД газораспределения и ТНВД и реализовать лучшие, по сравнению с традиционными механизмамиэксплуатационные показатели.

В четвертой главе анализируются результаты экспериментальных исследований дизели с турбонаддувом, оснащенного КМУФД газораспределения и ТНВД-. Целью исследований было подтверждение основных -теоретических расчетов и выводов о возможности -использования КМУФД в двигателестроении с целью повышения топливной экономичности и снижения токсичности и дымности ОГ.

Испытания проводились на одноцилиндровых отсека;-: размерности "КАМАЗ" (ЧН12/12) и подхве^дили перспективность регулирования аоздухоснзбжения с помощью КМУФД, пршенение которых позволило снизить токсичность ОГ на 15-25%. повысить экономичность до 10?. а зависимости от режима работы. По проведенной комплексной оценке двух различных методов регулирования воз^у-хоснабжения рутем изменения фаз движения впускного, клапана более предпочтительными для модернизируемого дизеля сказалось более раннее закрытие, чем более позднее, т.к. при равных -экономических показателях токсичность ОГ была значительно меньше.

14

N

Исследования опытного ТНВД о кулачковым валом, спроектированных по разработанной м чэдик^ (рис. 2, 3), подтвердили целесообразность применения как КМУФД (по сравнению с муфтой

, г/

опережения;, так и выбранного закона —утр11 возможность автономного дозирования и фазирования толливоподачи, стабилизации давления впрыскивания и снижения дымности ОГ на 20 7..

Сравнение способов регулирования фаз газораспределения и топлизоподачи показало, ч"-о при практически равной степени влияния на токсические и экономические показатели, последний дополнительно уменьяает дымность ОГ и позволяет более эффективно осуществить управление, ог микропроцессора, т.к. механизмы изменения ЬРоп и /{р находятся в ТНВД и могут управляться от одного регулятора. Предпочтительным, ввиду большей простоты и надежности, меньших затрат на проектирование и производство является применение КМУФД ТНВД о регулируемыми фазами впрыскивания топлива.

Результаты работы.

1. Разработаны теоретические основы метода стабилизации давления впрыскивания топлива в цилиндр, произведен структурный и параметрический синтез КМУФД ТНВД, обеспечивающего управление от микропроцессора и автономность дозирования и фазирования топливоподачи, осуществлено его проектирование. Результат^ испытаний дизеля 1ЧН 12x12 показали надежность предложенного метода и КМУФД возможность снижения дымности ОГ на 20%.

2. Разработаны комплексная методика, алгоритмы и соответствующие рабочие программы рационального расчетз проф1-!ля кулачка КМУФД газораспределения. Осуществлении '-ггаектироваш э и экспериментальное исследование дизеля 1ЧН 12x12, оснащенного КМУФД газораспределения и реализующего новый способ регулирования воздухоподачи, что позволило повысить топливную экономичность на' 107. и снизить токсичность ОГ на 15-25%.

Выводы.

1. Предпочтительной для использования в дизелях являются КМУФД с двумя вращательными кинематическими парами, что обеспечивает минимизацию зоны нечувствительности механизма управления и регулирование при пониженных нагрузках на привод на фазе ближнего стояния.

2. Наибольший экономический аффект обеспечивает применение КМУФД„в топливных насосах, т.к. конструкция дизеля не меняется и уменьшается дымность отработавших газов при практически равной степени влияния на токсические и экономические показатели.

3. Наиболее полно предъявляемым требованиям при регулировании угла опережения впрыскивания топлива отвечает профиль, выполненный по логарифмической спирали с ограничением по максимальной скорости в контактной точке вблизи ВМТ.

4. Автономность Д0зир.зва"ия топли^оподачи и регулирования угла опережения впрыскивания обеспечивается при условии экви-дестантности спиралей отсечных кромок на толкателе кулачкового механизма и дополнительной втулке.

Основные положения диссертации отражены работах:

1. Теоретическая механика: Учебное пособие для втузов / Д.И. Леонов, В.И. Борисов, B.C. Васильков и др.

- М.: БЗИСИ, 1989. - 28 с.

2. Методические у звания по использованию программ ЕС ЭВМ студенческого вычислительного центра / A.A. Головин, Д.И. Леонов, М.Н. Чернышева и др.; - М.: МГТУ, 1988. - С. 34-36.

3. A.c. Российской Федерации N 1772385, МКИ4 F01F9/02. Регулятор давления дизеля / И.В. Леонов и Д.И. Леонов.

- N 4869777;'// Открытая, изобретения. - 1992. - N 20. - С. 34.

4. A.c. Российской Федерации N 1778336, МКИ4_~01Р9/02.

I егулятор дизеля с турбонаддувом / Д.И.Леонов, И.В. Леонов. 4869778/06; // Открытия, изобретения. -1992, - N 23. "-С. 27.

5. A.c. Российской Федерации N 1809136, „¡Кй4 F01F9/02. Способ работы дизеля с турбонаддувом / Д.И. Леонов,

И.В. Леонов, В.А. Марков и др. - N 4899440/06; // Открытия, изобретения. - 1993. - N 14. - С. 8.,

6. A.c. Российской Федерации N 1813901, МКИ4 F01F9/02. Регулятор дизеля / Д.И. Леонов, И.В. Леонов, Л.Л. ыихальский и др.

- N 49122^7/06; // Открытия, изобретения. - 1993, -М 1?. -С. 7.

7. Леонов Д.И. Новые методы проектирования кулачков . топливных наоосов // Тез. докл. НТК, посвященной 165-летию' МГТУ им. Н.Э. Баумана - М., 1995, - С. 129.

16