автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Разработка и исследование форсунки транспортного дизеля с двухступенчатой зависимостью проходного сечения сопловых отверстий от давления впрыска топлива

ХАРЬКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

р?

паи вчкояиеа

ШЬНОЗ Виктор Дмитриевич

к м..

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРСУНКИ ТРАНСПОРТНОГО ДИЗЕЛЯ С ДВУХСТУПЕНЧАТОМ ишсимостью ПРОХОДНОГО СЕЧЕНИЯ СОПЛОВЫХ ОТВЕРСТИИ ОТ ДАВ ЛЕНИ" ВПРЫСКА ТОПЛИВА

05 ,04 .02 - тепловые двигатели

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени ианяздата тех№ыесхих наук

Харьков - 1Э34

Диссертационная работа выполнена на кафедре " Теплотехника и тепловые двигатели " Харьковской государственной академии железнодорожного транспорта .

Научный руководитель - доктор технических наук .

профессор Г . Б . Розенблит

Научный консультант - кандидат технических наук

А . Л , Григорьев

Оф .шальные оппоненты - доктор технических наук .

профессор Н . Ш . Раз.немцев - кандидат технических наук , профессор М . Г . СанпомирскшЧ

Ведущее предприятий - П . О . " Завод им . В . А , Малышева ".

Защита диссещашш состоится ".^.3." 1994 г.

ауп. ..... а ч. на заседании специализированного

Совета К 114.04.01 по специальности 05.04.02 - " Тепловые двигатели " при Харьковской государственной академии железнодорожного тречспорта по адресу :

310050 . г. Харьков - 50, пл Фейербаха , 7 . ХГАЖТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

Автореферат разослан "...1^" уМ^^А...... 1994 г,

Ученый секретарь специализированного Совета . нанОи^ат технических и а у ¡с , е>оиешп

' ВМ.НелепеП-геино

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Акт2§льнооть_тешл • В условиях дефицита нефтепродуктов первоочередными становятся мероприятия,- направленные на значительное скикопкэ эксплуатационного расхода топлива транспортными ДИЗвЛЯМИ.

Известно, что дизели магистральных тепловозов более 50 % от общего времени эксплуатации " работают на режиме холостого хода, порядка 2 % - на режиме полной мощности и остальное время - на промежуточных режимах.

Значительное время эксплуатации ' дизеля ::а холостом ходу оказывает существенное -влияние на увеличение среднего эксплуатационного расхода топлива. Это обусловлено в первую очередь тем, что на этих режимах, характеризуемых низкой частотой вращения и малой величиной цикловой подачи топлива, давление впрыска топлива резко снижается. Имеет место "вялый" впрыск, и также пропуски вспышек по циклам. Все это приводит к ухудшению смесеобразования, повышению расхода топлива и разжижению маслч топливом.

Одам из путей снижения среднеэксплуатационного расхода топлива тепловозными дизелями является модернизация форсунок, обеспечиващая стабилизацию процесса топливоподачи и смесеобразования на регаме холостого х^да и малых нагрузок. Стабилизация процесса топливоподачи позволит произвести понижение частоты вращения коленчатого вала дизеля. Эффект от пониже^ля частоты вращения хорошо известен на железнодорожном транспорте. Учитывая, что на украинских железных дорогах и в других странах СНГ в эксплуатации находится несколько десятков, тысяч тепловозт/х дизелей типа 10Д100, становится очевидным актуальность теш работы.

Цель и задачи исследования. Целью является создание и исследование конструкции форсунки для транспортного дизеля, позволяющей повысить топливную экономичность на режимах холостого хода и малых нагрузок.. Создание конструкции предусматривает ьц сокую степень взаимозаменяемости и унификации деталей серийной форсунки, позволяющих проводить модернизацию в у слов! 'х локомотивных депо и тештовозоремонтных г водов.

Для достижения'поотавленнЬй цели решены следующие задачи: - I. Разработан проект модернизации форсунки тепл0Е03т"зг0

дизеля 10Д100, предусматривающий максимальную унификацию с серийной форсункой и патентную чистому решений (АС Ш5625Ю).

2. Разработана математическая модель, алгоритм и программа расчета на ЭВМ процесса топливоподачк в топливной системе, оснащенной форсунками новой конструкции.

3. Выполнено экспериментальное исследование опытных образ' цов модернизированной форсунки на специальном безмоторном

стенде.

4. Проведены исследования с целью изучения влияния опытных форсунок на основные параметры одноцилиндрового отсека и полноразвернутого дизеля 10Д100.

1. Способ подачи топлива форсункой с клапаном п подшгшой опорой пружины "динамическим вытеснителем" в колодце соплового наконечника, обеспечивающий двухступенчатую зависимость проходного сечения сопловых отверстий от давления впрыска топлива.

2. Математическая модель и программа расчота процесса топливоподачи новой топливной системой.

3. Результаты расчетно-эксперимеитального исследования топлжсподзчи модернизированной форсункой па безмоторном стенде, и на дизеле. ■ ■ .

П2^тетоск2о_цонлость составляет :

1.-- Разработанная и переданная Запороксксыу кэхзническому завету чортезно-техничэская документация и технология изготовления деталей, . обеспочвваяизсс модернизаций серийных форсунок дизеля ЮЛЮО.. .. '

2. Способ модернизации серийной форсунки дизеля ЮЛЮО, позволяадй в условиях ' • тешювозоромонтшх зааолоь и локомотивных депо за счет замени распылителя и соплового иакслючнико форсунки получить качественно нсву& топливную систему, обоспэчкваюцую снижение 'средне-эксплуатационного расхода топлива дизеля 10Д1СЮ примерно на 5-6 5.

3. Разработанные алгоритм и программа рисота процесса топдивоподачв форсункой о двухступенчатой завиоимостьк проход-■ного сьче.ш:.ч сопловых отверстий' от, давления в:;рш;ка л.г:лив;>,

расчетным путем уточнить конструктивные тюрьме? новых до-алой модернизированных форсунок.

<Шрсбацяя работа. Основна-? рег,;,-;".ьтя".ь' азс-годоваа.:."*. '..-лл:1.^ыг.;!лись и сгоужяаласъ па Всесо:оон;^ ьау%о-7игдяч».'с:;с!.

а

кскфзреиции "Создание' и тэхшчвскоз обслуживание локомотивов большой иозгностн"-,' ЕЖИ, Вороп&йзвград, 1Э85, а текхэ на

научно-технических конференциях-^ Ш]Та_1£ё&=1Э93-.гг.»__________

• МодорнизироЕашшэ форсунки приняты к "внедрению.- С этой 'целью Запорожский мэхчничёскиа завод готовит производство оригинальных деталей форсунки. . Изюмсгсий тепловозоремонтный завод ■ будет производить модернизацию этими деталями итотннх форсунок, поступивших' на"ремонт. ,

Пуб/сткодать По материалам диссертации опубликовано пять пзчатных работ, десять научно-технических, отчетов, получено вЕторское свидетельство. '

Диссертация состоит из введения, трех глав, обгик выводов, списка литературы, гриложения.

С0ДЕР2АНЯН РАБОТЫ ■

Во^велогпст кратко обоснована лзобходитлость проведения работа. Показало, что одним из путей повышения эксплуатационной топливной экономичности тепловозного дизеля 10Д100 является мо-дерякзагля сзркйних форсунок (с неизменяемым сечением соплових отверотйй),.рбоспэчивавдая двухступенчатую Зависимость проходного сэчепия сопловых отверстий от давлещ!я впрыска топлива.

Разработав модернизированной форсунки является дальнейшим совершенствованием серийных-форсунок широко распространенного тепловозного дизеля ЮД100.

приводится анализ с..ублиглванных экспериментальных исследовагай работы топливных систем тепловозннх дизелей .'на-рожнах' холостого хода и малых нагрузок. При этом отмечается,что потеря стабильности работы топливной аппаратуры на этих рзгсзлах.в.основном вызвана понижением частоты вращения и-объемной"подачи-топлива, что в срою очередь приводит к рез-кс?г/ сшисоькю давления впрыска топлива примерно в т^л раза.

Рассмотрены • результаты исследований лроцес. .а тошшеопо-дачи- на рагзшах холостого хода и малых нагрузок, выполненные в тт. ' ВНИОТ гаю РФ, П.0."Завод имени В.А.Малышева", Х.'ИТе, ХПИ, а также приведенные в работах И.В.Астахова, Б.П.Пугачева, А.С.Лыш-эвского, Ю.Я.Фомина, Н-.Ф.Разлейцева, ^. Г. Зйндо!..жскоп , Б.НЛайлдейбо, Т.Ф.Кузнецова и други*.

В результате анализа экспериментальных исследований бил

одолан вывод о том, что Требования к процессу топливоподачи форсированного'"дизеля противоречивы, а ююгда и несовместимы. Это обусловило необходимость рассмотрения .'.влияния на интенсивность и стабильность топливоподачи формы и объема проточной части распылителя и соплового наконечника.

При проведении анализа влияния отдельных конструктивны! алементов топливных систем на'характеристику■топливоподачи установлено, что'.для'получения рациональной характеристики впрыска топлива,.удовлетворяющей по основным показателям как ■ рекиму холостого хода, так и.номинальному ;резшму, наиболее приемлем способ, осуществляемая форсункой двухреш,зногс- впрыска топлива, впервые продяожэнний А.й.Голубовьга'(1Ю"Завод им. В-А .Малышева").

Анализ работ по модернизации форсунок показывает, что для тепловозного дизеля 10Д100 форсунка '-двухрежимкогс впрыска топлива (A.C. N1539368) позволила- улучшить параметры топливоподачи • и устранить разжижение масла топливом при понижении частоты вращения коленчатого вала дизеля 1ОД1Ш.

Детальное изучение особенностей конструкции форсунки выявило. что, обладая рядом достоинств, она содернмт и некоторые конструктивные недостатки, а именно:

но использована' полностью возмозмость уменьшения обтлмэ внутренней полости соплового наконечника, что повысило бы давление гарыска топлива;

■ канал подачп топлива через отверстие в стенке оошювого наконечника- нри работе на режиме холостого хода обладает вкачи'гвль'-агм - гадрявличгским сопротивлением, обусловлешшм его ьнэзапнам суаакиам из-за перехода от ф = 1,3 мм к ф = 0,45 мм, то есть соотношение плоаадэй сечений составляет 8,3 :

пругкна кла'пака, учитывая ее наше разшрц и непосредственный контакт'с'талом соплового наконечника, наружная поверхность которого 'воспринимает интенсивную теплоотдачу от газов в камер® сгорания дизеля ЮДЮО, перегревается;

укорочен щелевой фильтр и толкатель иглы. Введена дополнительная доставка ыовду корпусом распылителя и сопловым наконечником. Последнее вызывает увеличение .объема за посадочным конусом иглы в 1,5 раза.

Положительно оценивая в целом способ подачи топлива фор еункой двухреимюго впрыска, ставится задача устршгкгь прису-«и& ей аышепэречиглйшшо недостатки при реилвзпши1. .%vy\or:,•!;•••!'•

чатого изменения проходного сечения распиливающих отверстий от давления Енрыска топлива» При этом предусматривается проведение модернизации серийных форсунок парка тэшювозшис дизелей ЮДТГО с ьяшимальныма затратами' о"ус5овиях локомотивных депо и тепло-возоромонткых заводов.

Во второй ГЛГ.ВО приведена конструкция опытной. форсушш с двухступенчатой зависимостью проходного С9Ч«ыя сопловых отвер-стай от давления вприска топлива. Приведена разработанная методика комплексного тзасчетно-эксгориментвльного исследования форсунок на безмоторном стенда и дизеле 10Д100. Описаны экспериментальные стенда и установки для исследования тошывной аппаратуры.

В опытной форсунке с двухступенчатой зависимостью проходного сечения сопловых. отверстий от давления т^иска топлива (piic.lB) предусмотрено .автоматическое регулирование сечения сопловых отверстий. Оно осуществляется для режима холостого хода путем перекрытия клапаном и намическим вытеснителем" в колодце соплового наконечника проточной части под иглой распылителя. Топливо при этом поступав-.' в цилиндр дизеля через боковое конусообразное отверстие. Перекрытие проточной части распылителя происходит под воздействием разности давлений топлива за иглой форсуна и газа в цилиндре. На режиме средней и номинальной мощности при увеличении разности давлений клапан, пзремощаясь вниз, открывает проход топливу в колодец распылителя к двум соплопым отверстиям форсунки. Моменту перемещения клапана в колодце соплового наконочш-.а предшествует частичная подача топлива через боковое конусообразное распиливающее отверстие. Наличие подвижной опоры клапана пружины в колодце соплового наконечника уменьшает его объбм, что способствует повышению давления впрыска и сокращению продолжительности тои-ливоподачп опытной форсунки.

■ Для выполнения расчетного исследования были разработаны математическая модель, алгоритм « программа гидр динамического расчета на ЭВМ топливной' аппаратуры с форсункой не.вой конструкции. При этом за основу пршшта изв&сяная методика Г Я.Фо .ша, в рамках которой в линии высокого давления выд^ляли^ь четыре расчотшэ полости - две у форсунки {ньдигол1лая : гюдасльиг-1) и две у насоса (годплунжэрная и штуцерная). Скорости тошжвз в концевых и промежуточных сечениях ' нзгаб-г;.:ольяого

трубопровода определялись при решении телеграфного уравнения вдоль характеристик. При модернизации! базовой методики расчета были учтены конструктивные особенности проточной части серийных и опытной форсунок (рис.1а,16,1в), а также наличие двух дополнительных расчетных полостей в колодце распылителя опытной форсунки: полости В за клапаном форсунки и полости Д его пру кили. Учтопо наличие дополнительных подданных олеыонтов : клапана форсунки, его опоры и прукиш (см.рисЛв).

На основании уравнений потенциального течения вязкой несжимаемой едкости разработана методика расчета сил, действующих на плоский дифференциальный клапан в начала его нодьЗма и при посадке на седло. При использовании этой методики удалось показать, что при выполнении условия

3 Ра < Ve + ?пр.о •

где í - площадь поперечного сечения опоры клапана;

Х^-1 плоцадъ поперечного сечешя клапана в проточной части распылителя;

упр о ~ УСИЛИ9 предварительной озтяжкя прупкы клапана Детальные обозначения указаны на расчетной схеме рксЛв), я также при соблюдении определенных соотношений между параметрами клапана и ого пружины, оборачивающих выполнение дифф&реициаль-ного аффекта на всём промежутке впрыскивания, утечки тошшв» через зазор мевду_ клапаном и его седлом практически отсутствуют. Поэтому на этих роаимах процесс впрыска топлива через форсунку (в данной случае - только через одно сопловое отверстие) моделируется уравнениями базовой методики гидродинамического расчета.

Ka ретатх .повышенных частот вращения и нагрузок впрыск цикловой порции топлива осуществляется через вес сопловые отверстия форсунки.

Поэтому к началу очередного впрыска полости В к Д оказываются практически полностью заполненными топливом. Поскольку топливо ыалосааошамо, а диаметральные зазоры щшшдрич-зс-

№Я! сопрягаемыми поверхностями клапана, его опоры и колодца соплового наконечника форсунки достигают 0,05-0,1 мм, давление в обеих полостях близки к давлению газа в цилиндре. При этом пружина прижимает клапан к седлу, а опору клапана - к сферической опорной поверхности соплового-' наконечника.

Поел.? начала движения клапана равновесие давлений :;у

полости!»® ВиД нарушается: для полости Д клапан играет роль поршня, Еыташатазсщего тоготао чероэ емэвдиэся дополнительные

зазоры и одновременно гатааюэдШ—бго—в_этой—цаяодтз.__что

существенно снижает "скорость его шрзмэщзния и'влияет на давление и продолжительность впрыскивания в целом.

Поэтому для адекватного моделирования работа новой топливной аппаратуры на этих режимах■была разработана математическая модель форсувжн новой конструкция, Еклвчеицая следующие групш уравнений:

• I. Уравнение объемного баланса топлива вида

(3)

av -32- = sq,

dt

где а - коэффициент сжимаемости; 4 - время;

У,р - объЭм и давление топлива в полостях Ф.А.В.Д;

- объемная скорость топлива, штэсня.мого иглой, клапаном или его опорой, втекающего (вытекающего) иг соседим полостей или трубопровода.

В группу входит четыре уравнения. Соответствующее уравнение для полости В имеет вид

<32.

/

«VTT® = W - + " Ф +

dt

э v а в'

р

+ -Conf£ - <РВ - Рд> - Рд> - (3)

*rav "р- (рв - V "(Рв ~ V

где с?(дР) - функция перепада давления дР, , I 1, дР > 0 ,

сг(дР) = ¡ 0, д? = 0 ,

1-1, дР < 0 . 2. Уравнение движения иглы, клапана и его опс г, а совместного движения клапана и опоры имею- вид •

. dt2

= - Рпр

.•акже

14)

гдэ М, Л - масса и перемести элемэнта;

Р^. - сала давления топлива со стороны соотвегствуищих полостей;

Рпр - сила лрукинй, опирающейся на даичый элемент. В грушу входит четыре уравнения. Соответствующее уравнение для клапана форсунки шэет вид

Ы = '£а {Р - р > + (р - р ) - Р г (5)

к ^г _ к * а к 1 б пр " 1 '

для совместного движения клапана и опоры

! <Мк + = 4 (Ра"РЕ> »

: ■ (о

1 йоп = ^км ~ \ •

где 1 - максималыщй зазор между клапанам и его опорой. Расчет по этим уравнениям■производится после нарушения приро-денного вше условия герметичности дифференциального клапана.

3. Ураакеша динамической деформации пружины иглы и клапана форсунки, (в рамках известной модели эквивалентного • стержня) имеют решения вида

- Рпо + °п Тп-<0'5 + , ? р V* - ЗТп) *

• + 2 т„ <г -'и + 0.5) тп> , (7)

где ' Рп1 - сила пружины но одном из её опорных витков; Сп - коэффициент жесткости пружины: Т - период ее свободных колебаний; п^ - масса подвижных битков.

Для интегрирования дифференциальных уравнений, входящих в математическую' модель форсунки новой конструкции, бил использован разностный метод, опробованный в известных методиках И.В. Астахова и Ю.Я.Фомина.

' Переход от производных к корочим разностям побеждает пп каждом ваге расчета систему влг'ёСраглее:с:к уелл:гл'аоса-тольно четырех неизвестных: г>с-лич;та ¡¡""■■"г.ь с;:к:т 1:

трех перепадов давлений мезду полостями Ф и А, А и В, В и Д. Для решения этой системы организуется четыре влоаенных итерационных цикла (в базовой методике - два влоаенных цикла), внутри кстсрых в определенной последовательности используются методы секущих, биекций или последовательных приближения. В результате общая трудоемкость алгоритма увеличивается примерно на порядок, но с учетом быстродействия современных ЭВМ остается приемлемой.

Экспериментальное исследование процесса топлксоподачи опытных форсунок проводилось в широком диапазоне частоты вращения па специальном безмоторном стенде. Впрыск топлива опытных форсунок производился в "бомбу"', изготовленную из средней части гильзы цилиндра дизеля ЮДЮО, имеющую прозрачные окна для визуального наблюдения подачи топлива через окно и три распиливающих. отверстия, а такие распределения топлива по объЭму камеры сгорания двигателя'. Давление в "бомбе" устанавливалось в соответствии с параметрами конца сжатия в цилиндре дизеля на различных режимах его работы.

В процессе испытания определялись:.

геометрическое и действительное • начало подачи топлива (ГНЛ, ДНИ):

продолжительность впрыска топлива (<р гр.ШВ);

изменение давления топлива в топливопроводе высокого давления перед иглой и за иглой форсунки (Р^д, Рш, Рзи)>

Регистрация измвнеш1я давления топлива в различных элементах форсунки производилась с' помощью датчиков сопротивления, расположенных в выфрезерованных пазах корпуса форсунки. Тарировка датчиков' проводилась в "бомбе" при установке форсунок в штатные адаптеры с соблюдением требований монтзяз форсунок на дизеле ЮДЮО. Давление топлива в трубке высокого давления измерялось датчиком с упругим элементом - мембраной, на которую наклеивалол датчик с проволочным преобразователем. Компенсационные датчики наклеивались на недеформлруекых поверхностях. В качестве вторичного прибора использовалась многоканальная тбн-зометрическэя станция типа УТС 1-ВТ-13 с несущей частотой 35 кГц и выходным током до 120 мА. В качестве регистрирующего устройства применялся 12-ти канальный шлейфннй осциллограф Н-П5.

В роботе приводится анализ погрешностей измерения давления топлива б различных элементах топливной системы. Общая отиоои-то.1ьная погрешность составила примерна 3,5-5 %.

Снятие индикаторных диаграмм на одноцилиндровом дизеле ОДЮО производилось с помощью элэктропневматического индикатора стробоскопического типа МАИ-2А в комплекте с мембранным датчиком. Датчик устанавливался в цилиндр дизеля при длине индикаторного канала порядка 50 км. Уточнение верхней мертвой точки при обработке индикаторной диаграммы производилось с учетом зазоров в подшипниках коленчатого вала и верхней головке шатуна. Величина мощности механических сопротивлений принималась по результатам ранее проведенных исследований методом прокрутки двигателя от балансирной машины. Общая погрешность оценивалась порядка 3-4 %, что вполне допустимо, учитывая сравнительный характер исследования.

В_т2етьей_глеве приведены результаты расчетно-экспэримен-тьльных исследований процесса топлквоподачи опытной форсунки. Приведены результаты исследований параметров рабочего процесса, полученные на одноцилиндровом двигателе ОДЮО и полноразвернутом дизеле 10Д100 при комплектовке опытными и серийными форсунками.

Расчетное исследование процесса топливоподачч опытшх форсунок с использованием разработанной методики гидродинамического расчета процесса впрыска позволило определить:

силы, действующие на плоский дифференциальный клапан в начало его подъема и посадки па седло распылителя, обеспечивающие его герметичность на резкимах холостого хода и-малых нагрузок;

закон движения клапана на режимах средней и полной нагрузки дизеля, что невозможно определить экспериментально;

степень влияния зазоров между цилиндрическими направляющими поверхностями клапана, его опоры (дина.»".''.ческий вытеснитель) и стенками колодца соплового наконечника на скорость перемещения клапана, давление и продолжительность впрыска топлива на режимах средней и полной нагрузки.

Оценка уровня температуры пружины, заключенной между клапаном и опорой, показала, что наличие танкой плСнки гезогоплив-ной эмульсии или топлива, имеющей коэффициент тешг '.роводаюсти Г,С..-0,1 Вт/м К, между опорной поверхностью втудо! и внутренней сферической поверхностью соплового наконечника создает термическое сопротивление передачи теплоты от газов в цилиндре к •опорному витку прукшы. Это вызывает снижение температуры поверхности втулки, сопрягаемой с опорным в. гком пружины, прймер-

но на 50-75°С по сравнению о серийной форсункой варианта 16.

Эксдерменташюе исследование опытных образцов форсунок на специальном безмоторном стенде с двумя профилями кулачков -тангенциальным • и выпуклым, показало следукгдие результаты. Опытные форсунки, в отличие от их серийных вариантов, на всех исследуемых режимах работа безмоторной установки с тангенциальным профилем кулачка ллэют меньиую продолжительность топливопо-дачи. Так, продолжительность впрыска топлива у оштши форсунок по сравнению с форсунками варианта 1а сократилось при частотах вращения кулачкового вала: п=270 мин-1, п = 400 мин-1, п 600 мин-1, п = 890 шш"1 соответственно на 1,0 - 1,8 - 3,37 гр.Я.К.В. По сравнению с форсункам! варианта 16,-выполненными по АС N 1539353, сокращение при таких же частотах зракэпия соответственно составило 0,7 - 0,9 - 2,0 - 4',0 гр.П.К.В. Давление топлива во всех ксследускых элементах топливной системы с оштнсй форсункой выше по сравнению с указанными вариантами форсунок. Так, максимальное давление топлива псслэ ТНВД на всех режимах в среднем выие па 4,0 !Ша. Перед иглой форсунки в среднем вале на 3,5 МПа. Средняя величина давления топлива за иглой форсунки визе на 2,5 - 3,5 МПа.

Характер изменения основных параметров тошывоподачи на режиме холостого хода V давление топлива, продолжительность впрыска, подъбм иглы форсунки, геометрическое начала ггодачл топлива) у опытной форсунки по циклам постоянен. Колебания мак-скмзльгих и остаточных величин давления в рассматриваемых элементах форсунки на осциллограммах не зафиксированы. Неравномерности по циклам и пропуски впрыска топлива на режимах холостого хода и малых цикловых подач топлива при п = 270 мин-1 и п ^ 400 ккн-1 отсутствуют. УлучЕэнпо основных параметров топлп-воподачи па неноменальннх режимах объясняется подачей топлива через одно распиливающее отверстие, конусообразная проточная часть которого имеет низкое гидравлическое сопротивление. Снижение гидравлического сопротивления и уменыпенио свободного объема проточной части за иглой опытной форсунки по сравнении с аналогичным сечением форсунки варианта 16 позволило при одинаковом давлении топлива пород иглой распылителя подучить почти двукратное повшенке давления впрыска топлива: --= 11,0

'Лэ, рс.«{. = 6>а Ша>

Анализ осциллограмм процесса тогогавоподзчи форсунок вари-

анта Iö, снятых на режиме холостого хода, показал, что имеют место неравномерные максимальные и остаточные величины давления топлива по циклам.

Экспериментальное исследование Форсунок на безмоторном стенде, имеющем выпуклый профиль кулачка, показало, что максимальные давяанкя топлива в трубопроводе, перед форсункой, перед иглой распылителя форсунки и за иглой форсунки на всех исследуемых режимах тепловозной характеристики при установке опытных форсунок выше, чем у форсунок варианта 16. Особенно это проявляется на режиме п = 270 мшГ1. Продолжительность-подачи топлива на этом режиме снизилась на 25 %. Давление впрыска топлива возросло на 5,0 Ша.

Сопоставление результатов экспериментального и рассчетного исследований основшх параметров тошшвоподачи опытной форсунки (см.рис.2) подтвердило адекватность математической модели ошт-ным данным.

Исследование влияния опытных и серийных форсунок варианта 16 на параметры работы■ одаощшшдрового отсека, проводившиеся на ПО "Завод имени В.А.Малышева", показало, что на режимах холостого хода в- условиях тешюзова с учетом нагрузки на привод вспомогательных агрегатов, расход топлиео при частотах вращения коленчатого вала п = 400 шпГ1 и п - 270 кгн"1 снизился при установке опытных форсунок до 3 % (см.рис.З). Индикаторный КПД при этом повысился с 7]i = 0,306 до т). = 0,316.

Повышешю нндшеаторного КОД свидетельствует об улучегния процесса сгс^ания (рис.'') и вызвано более интенсивным выдэлэни-ем.теплоты на начальном участке сгорашш. Так, за период поворота коленчатого вала на 10° (от начала сгорании) коэффициент индикаторного выделения теплоты - 0,56, в то время, как при серийном варианте коэффициент индикаторного выделения теплоты составил 0,5• При установке опытных форсунок процесс сго-

рания заканчивается на 10 гр.пкв ргшьше.

На режимах полной мощности, соответствующей Р - 22D0 кВт и п - 850 мин-1, зависимости индикаторных показате. й рабочего . рс^есиа одинаковы в обоих вариантах опытной и серийной 1" форсунок.

Сравнительные исследования влияния форсунок о дьухступон •f'4'.'Ou зависимостью проходлого сечения сопловых отвороти.! д-л.-.-зимя впрыска топдиза и серийных фот. .унок ьарианча ¡ь

расход топлива и экономические показатели дизелей 10Д100, про-зеддшх заводской ремонт на Изшском тешшвозоремснгном заводе, зоказели, что при работе дизелей на режимах тепловозной характеристики расход топлива при п = 850 шш"1 и электрической мощности Ре = 2060 кВт практически одинаков.

На режиме п = 400 мин-1 и Ре = 95 кВт расход топлива сократился на 16-18 Г/кВт-ч.

При частоте вращения коленчатого вала п = 270 мин-1 и лощкости Р„ = 50 кВт снижение расхода топлива в среднем соста-зило 25-30 Г/нВт-ч.

Основше_вшо511

В настоящей диссертационной работе решена научно-техни-кзская задача, связанная с исследованием и разработкой форсунки з двухступенчатым изменением проходного сечения сопловых зтвероткй г. зависимости от давления впрыска топлива, что ытбнсифпцирует процесс топливоподачи на режимах холостого хода 1 малых нагрузок тепловозных дизелей и значительно сникает расход топлива на этих режимах. Основные результаты выполненной заботы сводятся к следующему:

1. Предложен способ глтенсификации процесса впрыска топди-за при малых подачах путем введения в колодец соплового 18конэчника форсунки. подвижной опоры пружины клапана, порэ-фыващэго определенну» часть сопловых отверст;® при малых по-1вчах топлива, и отдельного соплового канала конусообразной Еюрмы, подача топлива через который управляется только иглой заспылителя, что обеспэ'отвае? умовьоеязю объёма за иглсй заспылителя и гидравлического сопротивления при истечении топ-■лва через' сопловой канал (АО й 1562510).

2. Разработана математическая модель форсунки с даухступенчатым изменением проходного сечения сопловых отверстий в зависимости от давления впрыска топлива. Она базируется гз известных методах гидродинамического расчета топливных систем дизелей и представляет собой блок расчЗта конечного элэ-тан-та топливной системы - форсунки, кмехиой устройство, рэгули-зуюд'зэ величину сучения согаювше отверстий в зависимости от имения впрыска топлива. Наполненное расчетное исследование кзес-дкло определить рациональны? геометрические параметры ука-

занного устройства, обеспечивающие. существенноеповышение давления впрыска топлива к снижение продолжительности его подача па режимах холостого хода и малых нагрузок. . Результаты расчетного исследования адекватны экспериментальным данным, полученным при испытании на безмоторных стендах.

3. Проведенные экспериментальные исследования - форсунок тепловозного дизеля ЮДЮО показали, что реализация предложенного способа интенсификации процесса впрыска топлива обеспечивает по сравнению с серийными-форсунками варианта 1а на режимах холостого хода в условияхтепловоза. (с учетом небольших нагрузок но привод вспомогательных агрегатов) при частоте вращения 270 мин"1 и 400 мин-1 рост давления впрыска топлива' за иглой распылителя с 6,0 Ша до 11,0 МПа.- Продолжительность .подачи топлива сокращена на 1,6 гр.ПКВ, т.е. на 35 %. По сравнению'с форсунками варианта 16, которыми укомплектованы дизели ЮДЮШ (1М,2М), давление впрыска топлива зв иглой распылителя увеличивается на 4,0-5,0 Ша, т.е. на.30%, а продолжительность подачи топлива сокращена■на 25 %.'

4. Исследование влияния предлокенк го . способа интенсификации процэсса впрыска топлива на основные параметра рабочего процесса дизеля ЮДЮО, права денное на .одноцилиндровом отсеке дизеля ЮДЮО в ПО "Завод-имени В.А.Малышева",, показало', что по сравнеюта с форсунками 10Д100Ш7сб-1 :

на режимах 270 и 400 ка"1 расход'топлива снизился-на 3 % за счЗт роста индикаторного КОД с 0,306 до 0,316, что обусловлено повышении давлением. впрыска топлива и ' .сокращением продолжительности подачи топлива (см.н.З);

на остальнцх режимах тепловозной характеристики основные параметры работы практически идентичны.

5. Выполненные сравнительные исследования опытных форсунок и серийных варианта 1а па испытательном отекде Изшского тепло-возоремоатного завода при комплектовке дизеля ЮДЮО,. проведшего заводской ремонт, показали, что опытные форсунки обэспечийоют возможность снижения частоты вращения на режиме гхпстого хода до 270 ш"1 яри стабильней работе топливной аппаратура и -, как следствие, при стабильных параметрах рабочего процесса. При этом-расход топлива при 270 мшГ1 снижается на 1; кг/ч по 'сравнению с реглмом холостого хода при 400 ыш. 1 и :-.г(.'клектсвке дизеля форсунками варианта 1 . Снижение удельного

эффективного расхода топлива при установка опытных форсунок на »¡айнах тепловозной характеристика составляет 30 г/иЗт•ч при п = 270 мин"*. С ростом частоты вращения и нагрузки различаэ в юказБтэлпх двигателя с оштными и серийными форсунками уменьшается.

G. Проведенное исследование позволяет сделать заключение, гто предлоненлая модернизация форсунок варианта 1а благодаря агеокой степени .уЕпфмкадаи. мозют проводиться в условиях тепло-, зозоремонтннх заводов и локомотезегл депо.

7. Применение модернизированных форсунок пз тепловозе 2ТЭ10 позволяет сократить расход топлива йа 67 т в год на один тепловоз. Суммарный экономический эффект от внедрения модертти-зировпшмх форсунок на эксплуатируемом парсе тепловозов серил ЗТЭЮ ка территории Украины может составить (в ценах 1т дизель-иго топлива 5,0 млн.крб.) - 223,7 млрд.крб. в год.

Основные . положения диссертации опубликованы в • следувдих работах:

1. Зснов В.Л., Розенблят Г.Б., Ткачонгсо Е.А. Повышение гошшеной экономичности дизелей типа Д1С0 на, нономшхалышх режимах'. Деп. PS. ВИНИТИ "Яелвзнодорогэгй транспорт", 1939, К 10, роф.ЮБ25.

2. Зонов В.Д. Форсунка со ступенчатом впрыском топлива. Дэп. Ш ВИНИТИ "Железнодорожный транспорт", 1989, 11 10, реф. 10Б25.

3.'Зонов В.Д., Розэнбдпт Г.В., Ткаченко Е.А. Козлов A.ll.j, Григорьев O.A. Опыт пришнэния форсунок со ступанчэтам впрыском топлива при обкатке дизелей 10Д100 после заводского ремонта. ЕЯ ВИНИТИ "Депонированные научные работа", II I (231),. 1391, с.77.

4. Снижение расхода топлива и выбросов вредных веществ с отработавЕИмк газами дизелей ЮДЮО после заводского ремонта (Г.Б.Розенблит, Б.Д.Зонов) тез.докл. 53-Я научн.-техл.кснф. ХГОТТа - Харьков, 1991.

5. АС П 1562510 СССР. Форсунка для ступенчатого впрыска тон.шва. p:i?.tcÖH~A"70 , РозэкО-'зге Г.Б.-, Куриц A.A., Зонов В.Д.

tfmaifx/xmnSfwJ ¡еа&нкв£чты и ftscvt/f>nos CWta tpcmavxuá часпи сргре'чю-

о)алля!>1 ta vli>a. ¿âiX!?çii

Pua J

i]Upuù*ai HMfdûMikyt 1 b)dtmnB¿

Пв с. шЫвГ !fi.c.Ü6¡m

41 ¿ít

l/níHh

■чет/ íau/snuf, xcxKß.vys*/, tscvivwewx! А-й-мвии» яж» кfi'sy

. пяЬрзящ кмемхипоч 1ала âîi/3a/r?sf ьз¿fxribtiï'fâ'f*/?,Ps^fSutT

ба m "аз .о e¡¿ &v iQ гя & <

(■C:a.¿**$ рсрсуми fío 4!ßn. & ¿'P/a¡/t\ti cittZW)

Are. 4