автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Совершенствование технического обслуживания и ремонта форсунок топливных систем Common Rail автотракторных и комбайновых дизелей

На правах рукописи

ВАХИТОВ Рустам Альбертович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ФОРСУНОК ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ COMMON RAIL АВТОТРАКТОРНЫХ И КОМБАЙНОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Специальность 05.20.03 - технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

2 8 НОЯ 2013

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2013

005541392

Работа выполнена на кафедре тракторов и автомобилей Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Габитов Ильдар Исмагилович,

Официальные оппоненты: Иншаков Александр Павлович, доктор технических наук, профессор, кафедра мобильных энергетических средств института механики и энергетики ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет имени Н.П.Огарева», заведующий кафедрой

Динисламов Марат Гилемханович, кандидат технических наук, доцент, кафедра теплотехники и энергообеспечения предприятий ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ, заведующий кафедрой

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московский государственный агроин-женерный университет им. М.П. Горячкина»

Защита диссертации состоится 18 декабря 2013 г. в 16ю ч. на заседании диссертационного совета ДМ 220.003.04 при ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ по адресу: 450001, г. Уфа, ул. 50 лет Октября, д. 34, ауд. 257/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ.

Автореферат разослан 18 ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

С.Г. Мударисов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. С конца 90-х годов в дизелях автотракторной и сельскохозяйственной техники наибольшее применение получают аккумуляторные топливоподающие системы (ТПС) типа Common Rail (CR), где одним из важнейших элементов является электрогидроуправляемая форсунка (ЭГФ). Конструкции форсунок динамично совершенствуются, в частности, эволюция конструкций форсунок систем CR фирмы Bosch за последние десять лет уже насчитывает четыре поколения.

В процессе эксплуатации параметры топливоподачи ЭГФ меняются, что в свою очередь влияет на качество работы двигателя. В настоящее время заявленный ресурс работы ЭГФ дизельного двигателя составляет около 100 ООО км пробега или 2500 моточасов. Малый опыт эксплуатации ТПС типа CR, постоянное совершенствование их конструкций объясняет наличие сравнительно небольшой информации об их работоспособности в эксплуатации и пока еще затрудняет достаточно достоверную оценку их эксплуатационных показателей. В связи с небольшим сроком производства таких систем фирмами - изготовителями не полностью отработаны достаточно рациональные технологии и средства для ремонта подобных систем в условиях рассредоточен-ности специализированных ремонтных предприятий и относительно дорогих запасных частей. Следует отметить, что большие территориальные пространства России обуславливают сложность контроля соблюдеши нормативных требований к качеству топлива на различных заправках всевозможных автозаправочных компаний в сельской местности. Исследованиями установлено, что даже при единичных случаях использования некачественного топлива вероятность отказов топливных систем CR в сравнении с традиционными системами значительно выше.

Степень разработанности. Согласно заводской технологии ремонта, восстановление отказавших узлов ЭГФ не предусмотрено, и эти узлы подлежат замене. Во многом этим объясняется, на наш взгляд, неоправданно высокая себестоимость ремонта ЭГФ. Технологии технического обслуживания ЭГФ предусматривают оценку и настройку единых для всех ЭГФ контрольных параметров. Практически не используются возможности электронного управления топливоподачей при регулировке. Не отработаны вопросы электронной корректировки базовых характеристик управления топливоподачей отремонтированной ЭГФ с выделением индивидуальных особенностей каждой форсунки.

В этой связи научные исследования, направленные на совершенствование технического обслуживания и ремонта электрогидравлическнх форсунок, в том числе на основе изменения базовых характеристик управления топливоподачей (БХУТ) дизельных двигателей представляются актуальными и практически значимыми.

Цель работы. Совершенствование технического обслуживания и ремонта элек-трогвдравлических форсунок улучшением технологии ремонта клапанного узла и корректировкой базовых характеристик управления топливоподачей.

Объект исследований. Электрогидроуправляемая форсунка аккумуляторных топливоподающих систем автотракторных и комбайновых дизелей.

Предмет исследования. Технологии технического обслуживания и ремонта электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливных систем автотрактор-

ных и комбайновых дизелей.

Научная новизна работы:

- информационная модель обеспечения работоспособности ЭГФ типа CR, поясняющая основы индивидуальной электронной корректировки параметров топли-воподачи, что обеспечивает увеличение периодичности ремонтно-технических воздействий;

- математическая модель процесса работы электрогидравлической форсунки, устанавливающая зависимость продолжительности управляющего импульса от конструктивно-регулировочных параметров ЭГФ и позволяющая определить допустимые отклонения регулируемых параметров при различных режимах работы;

- усовершенствованная технология ремонта электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливных систем, обеспечивающая восстановление ресурса до 100% при снижении себестоимости ремонта в 1,5 раза;

- методика регулировки ЭГФ путем корректировки базовых характеристик управления топливоподачей, обеспечивающая расширение допусков к контрольным и сборочным параметрам ЭГФ.

Теоретическая и практическая значимость.

- технология восстановления клапанного узла ЭГФ типа CR;

- данные по эксплуатационным показателям современных топливопо-дающих систем типа CR автотракторных и комбайновых дизелей.

Методология и методы исследований. Основой исследования явились методы компьютерного математического моделирования и физической обработки экспериментальных данных. Экспериментальные исследования проведены с использованием современных средств и оборудования в области испытаний топливоподающих систем типа CR.

Положения выносимые на защиту:

- информационная и математическая модели, определяющие влияние различных факторов и параметров на показатели работы ЭГФ типа CR;

- технологии технического обслуживания и ремонта электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливных систем с использованием индивидуальной электронной корректировки базовых характеристик управления топливоподачей;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Внедрение результатов исследования. Результаты исследований внедрены

в ГУСП «Башсельхозтехника» г. Уфа. Дистанционный индикатор для измерения малых перемещений для ремонта и регулировки ТА внедрен в аккредитованный фирмой Bosch специализированное предприятие по ремонту топливной аппаратуры НПФ ООО «Башдизель» (г. Уфа, Россия), а также используются в учебном и научно-исследовательском процессах Башкирского ГАУ.

Степень достоверности и апробация результатов.

Достоверность и обоснованность научных положений и результатов работы подтверждаются использованием стандартных пакетов прикладных программ анализа данных, совпадением расчетных данных с экспериментами.

Основные положения исследования обсуждались на международных научно-практических конференциях и семинарах Башкирском ГАУ (2010...2013гг.), Московском ГАУ (2010...2012гг.), ГНУ ГОСНИТИ (2010...

2012 гг.), в 2011 г. «Научно-технические проблемы современного двигателе-строения» (УГАТУ, г. Уфа «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» (г. Уфа, 2011 г.), ), «Проблемы энергообеспечения предприятий АПК и сельских территорий» (СПбГАУ, г. С-Петербург) в 2011 г. и 2013 г.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований использованы при разработке стенда для испытаний и регулировок ЭГФ топливных систем типа С11 Башдизель ВТС 201.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 135 наименований, из них 12 на иностранном языке, изложена на 150 страницах, включая 50 рисунков, 28 таблиц и 6 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены научная новизна и практическая ценность работы, приведены основные положения и результаты исследования, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ состояния вопроса и постановка задач исследования» обобщены исследования в области совершенствования конструкции и оценки показателей качества работы форсунок дизелей, проведен комплексный анализ влияющих на топливоподачу факторов, рассмотрены известные технологии и оборудование для технического обслуживание ремонта и регулировки электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливоподающих систем автотракторных дизелей.

Над разработкой методов и средств оценки показателей качества работы, технологий регулировки и ремонта элементов топливоподающих систем успешно работали В.А.Аллилуев, К.А.Ачкасов, Р.М.Баширов, Д.Д.Багиров, А.Р.Валиев,

B.Е.Горбаневский, Л.В.Грехов, И.И.Габитов, Р.Р.Галиуллин, Ф.З.Габдрафиков'

C.Н.Девянин, Н.Г.Динисламов, И.П.Зубиетов, Б.П.Загородских, А.П.Иншаков^ В.А.Ильин, П.М.Кривенко, В.Г.Кислов, А.А.Козеев, В.А.Марков, А.В.Неговора,' А.В.Николаенко, Ш.Ф.Нигматуллин, Ф.И.Пинский, Ю.М.Хаширов, И.М.Федосов и др.

Краткий обзор и анализ состояния проблемы показал, что к настоящему времени созданы научная и техническая основы обеспечения надежности и оценки качества работы топливной аппаратуры в процессе эксплуатации. Вместе с тем, существующие технологии и методы ремонта, контроля и оценки технического состояния электроуправляемых элементов современных топливоподающих систем не учитывают в полной мере особенностей их функционирования.

Технологии регулировки отремонтированной ЭГФ предусматривают оценку и настройку единых для всех ЭГФ контрольных параметров. Достаточно актуальными являются вопросы, разработки устройств определения регулировочных размеров при сборке отремонтированной форсунки. Практически не отработаны вопросы электронной корректировки базовых характеристик управления топливоподачей отремонтированной ЭГФ с выделением индивидуальных особенностей каждой форсунки. Электронная кодировка базовых характеристик управления топливоподачей

ЭГФ предусмотрена только отдельными фирмами для новых изделий.

На основании изученного материала сформулированы задачи исследования:

- провести сравнительные эксплуатационные исследования ЭГФ аккумуляторных топливных систем СЯ автотракторных и комбайновых дизелей;

- разработать информационную модель обеспечения работоспособности ЭГФ с учетом индивидуальной электронной коррекции базовой характеристики управления топливоподачей;

- разработать математическую модель процесса работы электрогидравлической форсунки для определения продолжительности управляющего импульса от конструктивно-регулировочных параметров ЭГФ;

- усовершенствовать технологию технического обслуживания и ремонта ЭГФ аккумуляторных топливных систем;

- разработать индикатор измерения малых перемещений для использования в процессах технического обслуживания и ремонта ЭГФ;

- провести теоретические и экспериментальные исследования и дать экономическое обоснование внедрения предложенных мероприятий.

Во второй главе «Расчетно-теоретические исследования по совершенствованию технического обслуживание и ремонта ЭГФ» на основе математически описанных зависимостей численно исследовано влияние возникающих в процессе эксплуатации изменений структурных параметров форсунки на показатели его работы, определены и обоснованы их допусковые значения.

Систему обеспечения работоспособности ЭГФ можно представить в виде информационной модели (рисунок 1).

Рисунок 1 - Информационная модель обеспечения работоспособности ЭГФ

В такой системе вход А (а¡, а2, ..., а„) определяется эксплуатационными факторами. Составляющими вектора А являются: природно-климатические условия.

сезонные и суточные колебания температур, влажность воздуха, качество топлива и др. Составляющие вектора В фь /ь,..., Ь,„) определяются конструктивными факторами и изменяются в процессе работы: гидроплотность прецизионных деталей, усилие пружины и ход якоря и т.п.

Управляющими факторами в модели выступают составляющие вектора С (с,, С], ..., ск). К ним можно отнести ремонт с последующими регулировками, где следует выделить два типа регулировки: механическую и электронную. При этом в результате электронной регулировки должен формироваться измененный 1МА код, который корректирует базовую характеристику управления топливоподачей с учетом послеремонтных характеристик ЭГФ. Другим управляющим фактором в модели можно определить вектор I) ((1Ь ..., с1х) к его составляющими можно отнести продолжительность и частоту управляющих импульсов электронного блока и др. т.е. параметры, которые заложены в конструкцию топливной системы в виде базовых характеристик управления топливоподачей.

Значение выходного вектора 0 определенным образом зависит от состояния входов:

0 = (1) где Т7 - оператор преобразования четырех векторных аргументов, определяющий обобщенный показатель качества системы или критерий ее оптимальности, заданный в аналитической форме.

Если фактическая обобщенная оценка работоспособности состояния форсунки и совокупность его оценочных показателей (/'', меньше или равна его до-пусковым значениям (¿доп и <гу, д0„, то можно считать, что он функционирует в соответствии с установленными требованиями. Критерии нормального функционирования системы могут быть определены как:

<7*,-</"?/*»■/. б* </"0*«/ (2)

На рисунке 2 графически представлена схема механизма электронной корректировки.

Для коррекции цикловой подачи отремонтированной форсунки и доведения ее до уровня тестового значения g2 стандартной форсунки, необходимо увеличить длительность управляющего импульса на А/. Это просто может обеспечиваться электронной коррекцией БХУТ.

Для определения допус-ковых параметров по длительности управляющего импульса А/ была разработана математическая модель. На

---характеристика эталонной форсунки,

- характеристика послеремонтной форсунки.

Рисунок 2 - Схема механизма определения периода А/ для коррекции цикловой подачи gl отремонтированной форсунки и доведения ее до уровня тестового значения g2 стандартной форсунки.

основе известных законов движения механики упругих тел и электромагнетизма была выведена формула для определения длительности управляющего импульса.

Р.

МПа

а \i\iA

Л Л

На рисунке 3 представлена расчетная схема длительности управляющего импульса применительно ЭГФ фирмы Bosch.

Ьпрс

tc

h

t

6Пр.

^сраб.эл. ^ под.якоря ^ под.игл.'

u=t

+ t +t

рази.эл. on. якоря оп.игл.

где !с - длительность управляющего импульса, мкс; 1епр - длительность впрыскивания, мкс; ¡срав.эл. — время срабатывания электромагнита, мкс; („од.якоря - время поднятия якоря, мкс; ^под.игл. ~ время поднятия иглы распылителя,

мкс; /„,

Рисунок 3 - Расчетная схема длительности управляющего импульса ЭГФ фирмы Bosch: 4 - длительность управляющего импульса, микс; te,v - длительность впрыскивания, микс.

- время размагничивания электро-

магнита, мкс; I„„.якоря - время опускания якоря, мкс; ¿от„.,«7 - время опускания иглы распылителя, мкс

Для определения длительности перемещений якоря и иглы распылителя воспользуемся формулой:

(4,

где М - масса подвижного элемента (якорь, игла распылителя), кг; £ N - сумма сил действующих на подвижной элемент, Н.

На основе известных законов движения, механики тел и электромагнетизма получена формула (5):

г \

?!=Р<1п

1-А

2 xli уМ

_Vm \-п

2х/!„хЛ4.

Л1И M/L 1W I 1С tt.1. lt. L

\RxS +RxS, +F, +C xJi V PxS, +RxS, +F„ +C xh

J 1 Л 2 \2 > lfd. Uli IfJXUL K17L | 1 2 z. Iftd.-nn ip.lCl. 1С,

(5)

h tpanui+

2x4, хЛ4

Г7 IC7 1СП

37 П ^ip.pVhn.

р2Х$ I

где сила тока срабатывания электромагнита,, А; ,]уст - сила тока на установившемся режиме работы, А; г - постоянная времени катушки, с; ЬК1 - ход клапана, м; /?„,,- ход иглы распылителя, м; Л'" - площадь поперечного сечения канала клапана, м'; S'2' - площадь якоря, м2; /?ч'е"-шт - сила предварительной затяжки пружины электромагнита, Н; /•2"/""'- сила предварительной затяжки пружины рас-

пылителя, Н; Кмаг - максимальная сила развиваемая электромагнитом, Н;

С„.

- жесткость пружины электромагнитного клапана, Н/м ; С,

- же-

нруж.клст

сткость пружины распылителя, Н/м2.

Рисунок 4 - Зона регулирования длительности управляющего сигнала t на gnnicl для ЭГФ Bosch 0445110190

woi»'"""......-

900 :-----

пру.Ж-расп.

Полученная математическая модель позволила получить допусковые параметры по длительности управляющего сигнала в зависимости от режимов работы для послеремонтной ЭГФ фирмы Bosch (рисунок 4). Проверка адекватности модели по критерию Фишера показала положительную сходимость при уровне значимости 95% (рисунок 5).

В третьей главе «Методика проведения экспериментов» описаны методика исследований, экспериментальные установки и измерительная аппаратура, принятые способы тарировки датчиков и обработки экспериментальных данных.

В качестве программного обеспечения для теоретических исследований использовался дополненный полученными зависимостями программный комплекс «Впрыск», разработанный в МГТУ им. Баумана.

Безмоторные экспериментальные исследования были проведены по ГОСТ 8670-82 и ISO 9002 на стенде EPS 200 фирмы Bosch с безмензурочной электронной измерительной системой КМА 802. Данный стенд предназначен для проверки форсунок типа CR Bosch и Denso, и позволяет измерить цикловую подачу и расход на управление в соответствии с тест-планами фирмы изготовителя на режимах: полная нагрузка, холостой ход, пуск.

Для повышения достоверности испытаний и исключения случайных ошибок все безмоторные исследования, связанные с проверкой цикловой подачи и расхода на управление дублировались на стенде CRI-PC фирмы Hartridge с безмензурочной системой измерения. Данный стенд предназначен для проверки форсунок систем CR фирм Bosch, Delphi и Denso, и позволяет измерять расход на управление и цикловую подачу согласно тест-планам фирмы Hartridge на следующих режимах: полная нагрузка, средняя нагрузка, холостой ход и пуск.

Исследования, связанные с определением характеристики впрыскивания проводились с использованием экспериментальной установки №1 (рисунок 6). За основную часть установки был взят стенд Башдизель ВТС 201 для проверки фор-

—Экспериментальные Теоретические

Рисунок 5 - Оценка адекватности математической модели по критерию Фишера

сунок типа CR разработанный в Башкирском ГАУ.

а) б) Рисунок 6 - Функциональная схема (а) и общий вид (б) экспериментальной установки №1: 1 - электродвигатель; 2 - ТНВД; 3 - бак с рабочей жидкостью; 4 - штуцер; 5 - ЭГФ; 6 - гидроаккумулятор; 8 - редукционный клапан; ЭБУ - электронный блок управления; ИК - измерительный комплекс; ПК - персональный

компьютер.

Для экспериментов по ускоренному износу форсунок типа CR фирмы Bosch была разработана установка №2 (рисунок 7). За основу установки был взят стенд ГОСНИТИ КИ-354 для проверки и регулировки ТА автотракторных дизелей, который был доукомплектован дополнительным оборудованием ВТС 115-КД 1 для проверки форсунок типа CR, разработанным в ООО «Вуз-ТехСервис». Комплект доос-нащения ВТС 115-КД 1 состоит из следующих элементов: ТНВД системы CR, корпус, гидроаккумулятор с встроенными датчиком и регулятором давления, электронного блока управления (ЭБУ), трубки высокого и низкого давления. ЭБУ позволяет отслеживать и регулировать давление в гидроаккумуляторе и подавать управляющие сигналы на форсунки типа CR различных фирм производителей (Bosch, Denso, Delphi, Siemens).

Для восстановления поверхности конуса запорного клапана была разработана специальная оснастка.

Для наблюдения объемных объектов с сохранением стереоэффекта (контроль качества сборки) и определения размеров износов клапанов был использован микроскоп МБС-9.

Важным этапом оценки твердости восстановленных покрытий, являлось измерение распределения микротвердости по глубине образца. Измерение произво-

Рисунок 7 - Экспериментальная установка № 2: 1 - имитатор сигналов; 2 - электродвигатель; 3 -топливная рампа; 4-датчик давления; 5-регилятор давления; 6-корпус устройства; 7-форсунка; 8-ТНВД.

дилось вдавливанием алмазного наконечника по ГОСТ 9450 - 76 на микротвердомере ПМТ - 3.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» приведены данные экспериментов.

На первом этапе в соответствии с задачами работы в период с 2010 по 2011 гг. были проведены исследования отказов и неисправностей ТПС типа CR в специализированных предприятиях по ремонту топливной аппаратуры ООО «Башди-зель» (официальный представитель БошДизельСервиса в г. Уфа, Россия) и «Car-wood motors units limited» (г. Бирмингем, Великобритания). В качестве сравнения приведены данные ремонтного завода Бош Дизель Центра (г. Хомбург, Германия). Исследования проводились на указанных предприятиях по ремонту ТА в период проведения технического обслуживания автомобилей и тракторов. Анализировалась работоспособность ЭГФ. Установлены причины увеличения расхода топлива на управление в результате следующих неисправностей ЭГФ: нарушение гидроплотности запорного клапана, износ штока, прорыв уплотнения фторопластовой шайбы, повреждение корпуса и торцевой поверхности распылителя.

В связи с тем, что клапанная пара является одним из самых сложных в изготовлении и дорогим по стоимости элементом ЭГФ, нами было предложено ввести в стандартную технологию фирмы Bosch три дополнительные операции по восстановлению работоспособности запорного клапана в условиях специализированного предприятия: притирка, промывка и оценка качества поверхности запорного конуса. Следует отметить, что эта технология может применяться для восстановления работоспособности ЭГФ, на запорном клапане которых наблюдаются изно-сы глубиной не более 0,05 мм. Как показали наши дальнейшие исследования в 90% случаев у восстанавливаемых клапанов глубина рисок не превышает 0,03мм.

На базе BoschDieselService «Башдизель» были проведены совместные с к.т.н. А.Р.Валиевым экспериментальные исследования по выбору рациональных режимов восстановления запорного конуса клапана, разработке и отладке специальной оснастки. Проведенные на стенде EPS 200 Bosch исследования показали, что отремонтированные форсунки типа CR фирмы Bosch по усовершенствованной нами технологии полностью соответствуют допускам по тест-планов фирмы изготовителя.

С целью завершающего исследования по качеству восстановления ЭГФ типа CR, в усовершенствованной нами технологии ремонта, проводился металлографический анализ восстановленных поверхностей запорного клапана.

Для этого были изготовлены разрезы седла клапана. При этом для избегания краевого износа разрезы заливались эпоксидным клеем и, после высыхания, образцы были отшлифованы и отполированы. Один образец был протравлен 5% раствором азотной кислоты и этилового спирта для более рельефного представления структуры.

Поверхность первого образца потемнела полностью и однородна. При увеличении под микроскопом граничный слой так же не был обнаружен. У второго образца была определена микротвердость поверхностного слоя и сердцевины с помощью прибора ПМТ-3. На рисунке 8 (а, б, в) показан разрез клапана ЭГФ залитый в эпоксидный клей после шлифовки при различных увеличениях.

Определение микротвердости осуществлялось на приборе ПМТ-3 путем вдавливания правильной четырехгранной алмазной пирамиды с утлом при вершине 136°С под нагрузкой от 0,05 до 2 Н в плоскую поверхность образца.

а г д

Рисунок 8 - Результаты металлографического анализа восстановленных поверхностей запорного клапана: а) разрез залитого в эпоксидный клей клапана ЭГФ после шлифовки - натуральная величина, б) зона Б при 30 кратном увеличение; в) зона Б

при 300 кратном увеличение; г) следы от алмазной пирамиды при определении микротвердости на приборе ПМТ-3 при 30 кратном увеличение зоны А; д) зона А

при 300 кратном увеличение.

По измерению диагоналей нанесенных алмазной пирамидой отпечатков, установлено, что размеры отпечатков одинаковы на всей поверхности разреза клапана (рисунок 8 д, е). Так же была определена твердость по Виккерсу, которая составила 650 единиц, для удобства сравнения полученные значения переводились на значения твердости по Роквеллу с использованием переводных таблиц, по табличным значениям она составила 58 HRC.

Данные исследования подтверждают, что седло клапана ЭГФ является объемно закаленной деталью и имеет одинаковую твердость на всей глубине. Притирка поверхности седла клапана не ослабляет твердость в зоне контакта и, следовательно, не может вызывать снижение послеремонтного ресурса.

В дальнейших производственных испытаниях опытные форсунки при установке на двигатель после ремонта исправно работали с обеспечением 100% ресурса до 100 тыс. км.

В автотракторных и комбайновых дизелях применяются так же топливные системы типа CR и других производителей, в частности фирмы Denso. В этой связи были проведены исследования по определению эксплуатационных показателей

ЭГФ этой фирмы. Основные параметры работоспособной форсунки определяли в соответствии с тест - планами фирмы изготовителя ЭГФ Denso. Испытуемые ЭГФ были протестированы на стенде CRI-PC фирмы Hartridge. Проверка проводилась на следующих режимах: холостой ход, режим пуска, полная нагрузка (таблица 1).

Таблица 1 - Влияние усилия пружины распылителя ЭГФ фирмы Denso модели 6С1Q-9K546-AC на цикловую подачу и расход на управление на различных режимах работы______

Толщина шайбы Ьпруж.2) мм. Режим работы

Холостой ход, Р=25МПа Пуск, Р=50МПа Полная нагрузка Р=70МПа

Расход на управление, (gynp.)> мм3/цикл Цикловая подача, (&.-)> мм3/цикл Расход на управление, (gynp.)> мм3/цикл Цикловая подача, (g»), мм3/никл Расход на управление, (gynp), мм7цикл Цикловая подача, (g*). мм3/цикл

1,3 12,7 7,7 17,33 23,7 23 33,7

1,25 13,7 7,7 19,3 20,7 26,3 35,7

1,2 13,7 8 16,7 26 24,3 37

1,15 12,3 10,3 18,3 27,7 26,3 38,7

1,1 13,3 11,7 18,3 29,3 27,3 39,3

1.05 14,0 12,7 19,3 30,3 28,0 40,7

1 14,3 13,7 20,3 31,0 30,3 42,3

0,95 15,7 15,0 21,7 32,3 31,3 43,3

Из таблицы 1 видно, что при увеличении усилия пружины на распылителе с помощью регулировочных шайб, расход топлива на управление и цикловая подача увеличивается, но это увеличение происходит неодинаково на различных режимах. Наиболее ощутимо проявляется влияние на цикловую подачу на режиме холостого хода: увеличение с 7,7 до 15,0 мм3/цикл (на 87%), менее значимо на режиме полной нагрузки: с 33,7 до 43,3 мм3/цикл (на 28%). Расход на управление имеет обратную зависимость 24% и 36%. Таким образом, исследования показали, что базовые характеристики топливоподачи имеют нелинейный вид. В этой связи наиболее эффективное регулирование характеристик топлива можно проводить за счет электронной корректировки.

Из вышеприведенных исследований видно, что возможности электронного регулирования весьма велики: электронной коррекцией можно решить задачи механической регулировки параметров ЭГФ. В частности, при проведении ТО ЭГФ можно не разбирать форсунку для установки ремонтного размера регулировочной шайбы, а компенсировать изменение характеристики ЭГФ за счет изменения продолжительности управляющего импульса.

Предложенная нами технология восстановления клапанного узла ЭГФ с помощью притирки существенно изменяет допусковые величины контрольных размерно-гидравлических параметров. В связи с этим, на следующем этапе были проведены исследования по определению послеремонтных параметров ЭГФ типа CR фирмы Bosch. Для этого были протестированы ЭГФ на испытательном стенде EPS 708 фирмы Bosch с безмензурочной электронной измерительной системой КМА 802 с программным обеспечением EPS945 CD-TestData в автоматическом режиме в соответствие с тест - планом фирмы Bosch.

П0СЛеремО1Ш1ЫС характеристики; Максимально допустимые параметры,

Минимально допустимые параметры: Характерн новой форсункнстикн.

Режимы работы ЭГФ тина CR: VI. - максимальная нагрузка; ЕМ - средняя нагрузка: LL. - холостой ход: VE • предварительный впрыск.

\г="|60МПа. ЕМ ~ бОМПа, LL S00 реек.

3CfS.lIIa, vt = ÜUM1 la. VE » 120МПа 630 реек. 670 реек, 670 реек 2-10 реек. Режнмы работы ЭГФ типа CK

Рисунок 9 - Характеристики ЭГФ по цикловой подаче при тестовых испытаниях на различных режимах и длительности управляющего импульса

Применение корректировки параметров позволяет нам расширить возможности данной технологии. Все это обусловливает изменение и уход от общих оценочных показателей ТПА в направлении еще большей «персонали-зации», т.е. каждый элемент топливной аппаратуры должен иметь индивидуальную регулировку и настройку в соответствии со своими размерно-гидравлическими параметрами.

Отличительной особенностью данного этапа являлось то, что кроме оценки и настройки, общих для всех контрольных параметров, выделяются индивидуальные особенности каждой форсунки, формируемые, прежде всего ее индивидуальными гидравлическими характеристиками. В частности, на рисунке 9 приведены характеристики ЭГФ типа CR фирмы Bosch модели 0445110273 по цикловой подаче при тестовых испытаниях на различных режимах и длительности управляющего импульса.

После этого полученные характеристики сравниваются с эталонной и, при их отклонении в определенных допустимых пределах, программа проверки формирует для электронного блока управления работой двигателя специальный индивидуальный код, согласованный с производителями техники.

В результате чего были найдены допуски на отклонения по цикловой подаче в зависимости от режимов работы и длительности управляющего импульса для ремонтной форсунки (рисунок 10).

Полученные таким образом скорректированные параметры электронного управления могут шифроваться в

Режимы работы ЭГФ типа CR: VL • максимальная нагрузка: ЕМ - средняя нагрузка; LL - холостой ход: VE - предварительный впрыск.

Максимально допустимые параметры;

Минимально допустимые параметры:

Логарифмическая (Максимально допустимые параметры:)

--Логарифмическая

(М нннмал ьно допустим ые параметры:)

Режимы работы ЭГФ типа СИ

Рисунок 10 - Поле допусков на отклонения по цикловой подаче при различных режимах работы ЭГФ и длительности управляющего импульса

виде индивидуального кода форсунки. Так как обозначение кода форсунки регламентируется фирмой-изготовителем форсунки или двигателя, то полученные данные будут весьма полезны также для специализированных предприятий по ремонту ТА и изготовителей диагностического оборудования и стендов.

В пятой главе «Оценка экономической эффективности» рассмотрены вопросы технико-экономической эффективности внедрения предложенных мероприятий.

Экономическая эффективность результатов исследований связанно с увеличением срока восстановленного после ремонтного ресурса до 100%.

Экономия для потребителя вычислялась по следующей формуле:

Э= (Сба/Кг Сусов/К2)*п , (6)

где Э - экономия для потребителя при ремонте одного комплекта форсунок по новой усовершенствованной технологии по сравнению с базовой технологией, руб.; С6аз и Сусос - стоимость ремонта 1 форсунки для потребителя по базовой и усовершенствованной технологии соответственно, руб.; К2 и К2- коэффициент учитывающий срок службы отремонтированной форсунки по базовой и усовершенствованной технологии соответственно; п- количество форсунок в одном комплекте, штук.

Приняв среднее количество форсунок в одном комплекте = 4, получим: Э=(8000/1-4550/1)*4=13800 руб.

Исходя из этого, мы получаем, что при ремонте ЭГФ стандартного 4-х цилиндрового дизельного двигателя по усовершенствованной технологии потребитель будет экономить 13800 руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Перспективным направлением совершенствования технического обслуживания и ремонта электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливных систем автотракторных и комбайновых дизелей является использование в процессах ТО и Р возможности электронного корректирования базовых характеристик управления топливоподачей.

2. Разработана информационная модель обеспечения работоспособности ЭГФ типа CR, поясняющая основы индивидуальной электронной корректировки параметров топливоподачи и обеспечивающая за счет этого увеличение периодичности ремонтно-технических воздействий.

3. Разработана математическая модель процесса работы электрогидравлической форсунки, устанавливающая зависимость продолжительности управляющего импульса от конструктивно-регулировочных параметров ЭГФ. Проверка адекватности модели по критерию Фишера показала положительную сходимость при уровне значимости 95%.

С использованием математической модели для отремонтированной по предложенной технологии ремонта ЭГФ фирмы Bosch (модель 0445110273) определены допусковые отклонения продолжительности управляющего импульса при различных режимах работы.

4. Усовершенствована технология ремонта электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливных систем, обеспечивающая 100% восстановленный

?

>

ресурс при снижении себестоимости ремонта в 1,5 раза.

5. Разработана методика регулировки отремонтированной ЭГФ изменением базовых характеристик управления топливоподачей, обеспечивающая расширение допусков к контрольным и сборочным параметрам форсунки. В частности для ЭГФ фирмы Bosch теоретически определены и экспериментально подтверждены допуски по цикловой подаче на режиме VL по цикловой подаче составляет AgraiK3 = ±4 мм3/цикл, AtBnp = ±180 микс; на режиме EM Agunlo = ±2,2 мм3/цикл, AtBnp = ±100 микс; на режиме LL Agm¡K1¡ = ±1,65 мм3/цикл, AtBnp = ±75 микс; на режиме VE Aginil(JI = ±0,7 мм3/цикл, AtBnp = ±32 микс.

Основное содержание диссертации опубликованы в следующих работах: публикации в изданиях ВАК

1. Вахитов P.A. Оценка экономической эффективности технологии ремонта электрогидравлической форсунки типа Common Rail фирмы Bosch [Текст]/ Вахитов Р.А, Валиев А.Р. Давлетов А.Ф // «Вестник Башкирского государственного аграрного университета» - 2011. - Вып. №3 стр. 45-48.

2. Вахитов P.A. Анализ неисправностей электрогидравлических форсунок типа Common Rail [Текст]/Габитов И.И., Валиев А.Р., Вахитов P.A.// Тракторы и сельхозмашины - 2011. - Вып.№11 - стр. 41-43.

3. Вахитов P.A., Оценка эффективности ремонта электрогидравлических форсунок автотракторных и комбайновых дизелей [Текст]/Габитов И.И., Вахитов P.A. Валиев А.Р.// «Вестник Башкирского государственного аграрного университета» - 2012 Вып. №3

публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций

4. Вахитов P.A. Оценка ремонтопригодности клапанных узлов электрогидравлических форсунок автотракторных и комбайновых дизелей [Текст]/Габитов И.И., Вахитов P.A.// Международной научно-практической конференции «Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей, тракторов и двигателей», г. Санкт - Петербург, 2013. - вып. №16 - стр.61 -65.

5. Вахитов P.A. Ремонт и восстановления форсунок топливных систем CR автотракторных дизелей. Международная научно-практическая конференция в рамках 23 международной специализированной выставки «Агрокомплекс -2013»

6. Вахитов P.A. Диагностический стенд для испытания аккумуляторных то-пливоподающих систем [Текст]/ Вахитов P.A. // Инновационный промышленный салон. Материалы 3 Всероссийской научно-практической конференции «Ремонт. Восстановление. Реновация», г. Уфа 2012, стр. 178-181

7. Вахитов P.A. The analysis of common rail injectors failures of autotractor diesel engines. [Текст]/ Габитов И.И., Валиев A.P., Вахитов P.A.// Сборник международной научной конференции студентов и молодых ученых «Молодежь и наука». Уфа 2012.

Подписано в печать 18.11.2013. Формат бумаги 60*84'/16. Усл. печ. л. 0,95 Бумага офсетная. Печать трафаретная. Гарнитура «Тайме». Заказ 572. Тираж юо зйз.

РИО ФГБОУ ВПО БГАУ, 450001, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34

ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

На правах рукариси

04201452028

ВАХИТОВ Рустам Альбертович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ФОРСУНОК ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ COMMON RAIL АВТОТРАКТОРНЫХ И КОМБАЙНОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Специальность: 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в

сельском хозяйстве

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Габитов Ильдар Исмагилович

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ 9

1.1 Влияние параметров топливоподачи на технико-экономические и экологические показатели дизеля

1.2 Анализ изменения параметров топливоподачи форсунок типа Сош-

24

mon Rail в процессе эксплуатации испытания

1.3 Анализ способов и технологии ремонта и испытания форсунок типа

28

Common Rail

1.3.1 Анализ измерительных устройств, применяемых при ремонте

33

форсунок типа Common Rail

1.4 Перспективы регулирования и настройки форсунок современных ^ топливоподающих систем

1.5 Цель и задачи исследования 44

2 РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СОВЕРШЕН-

46

СТВОВАНИЮ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТА ЭГФ

2.1 Информационная модель обеспечения работоспособности ЭГФ 46

2.2 Методика индивидуальной корректировки базовых характеристик управления топливоподачей ЭГФ при техническом обслуживании 48

2.3 Математическая модель для определения длительности управляющего импульса ЭГФ типа Common Rail 51

2.4 Расчетные исследования по определению допусковых отклонений продолжительности управляющего импульса при различных режимах работы ЭГФ типа Common Rail фирмы Bosch 62

2.5 Расчетные исследования по определению эксплуатационных показателей ЭГФ типа Common Rail фирмы Denso 65

2.6 Разработка дистанционного индикатора для измерения малых перемещений при ремонте и регулировке топливной аппаратуры дизелей 67

2.7 Выводы по 2 главе 69

3 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 71

3.1 Общая методика эксперимента 71

3.2 Оборудование и аппаратура исследований 71

3.3 Экспериментальные установки и датчики 80

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 87

4.1 Совершенствование технологии ремонта ЭГФ типа Common Rail 87

4.1.1 Экспериментальные исследования отремонтированной ЭГФ типа Common Rail фирмы Bosch по усовершенствованной технологии ремонта 87

4.1.2 Оценка качества восстановленной поверхности запорного клапана ЭГФ типа Common Rail фирмы Bosch по усовершенствованной технологии ремонта 92

4.2 Исследование эксплуатационных показателей ЭГФ типа Common Rail для использования в предложенной методике электронной коррекции базовых характеристик управления топливоподачей 95

4.2.1 Исследования по определению эксплуатационных показателей ЭГФ типа Common Rail фирмы Denso 95

4.2.2 Определения допусковых параметров отремонтированной ЭГФ типа Common Rail фирмы Bosch 100

4.3 Выводы по 4 главе 104

5 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ 106 ВЫВОДЫ 110 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 111 ПРИЛОЖЕНИЯ 123

Принятые условные обозначения и сокращения

АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

АОВТ - автомат опережения впрыска топлива;

БХУТ - базовые характеристики управления топливоподачи;

КС - камера сгорания;

ЛНД и ЛВД - линии низкого и высокого давления соответственно; МТС - машинно-технологические станции; PJIP - ролико-лопастной расходомер; ОГ - отработавшие газы; ТА - топливная аппаратура;

ТННД и ТНВД - топливные насосы низкого и высокого давления соответственно;

ТО - техническое обслуживание;

ТПН - топливоподкачивающий насос;

ТПС - топливоподающая система;

ТПА - топливоподающая аппаратура;

ТЭП - технико-экономические показатели;

gu - объемная цикловая подача топлива, мм3/цикл;

QynpB - расход топлива на управление, мм3/цикл;

Рвпр или Рф тах - давление впрыскивания, МПа;

0 или УОВТ - угол опережения впрыска топлива, град;

(j,f или ЭПС - эффективное проходное сечение форсунки (распылителя), мм ;

АПК - агропромышленный комплекс;

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. С конца 90-х годов в дизелях автотракторной и сельскохозяйственной техники наибольшее применение получают аккумуляторные топливоподающие системы (ТПС) типа Common Rail (CR), где одним из важнейших элементов является электрогидравлическая форсунка (ЭГФ). Конструкции форсунок динамично совершенствуются, в частности, эволюция конструкций ЭГФТПС типа CR фирмы Bosch за последние десять лет уже насчитывает четыре поколения.

В процессе эксплуатации параметры топливоподачи ЭГФ меняются, что в свою очередь влияет на качество работы двигателя. В настоящее время заявленный ресурс работы ЭГФ дизельного двигателя составляет около 100 ООО км пробега или 2500 моточасов. Малый опыт эксплуатации ТПС типа CR, постоянное совершенствование их конструкций объясняет наличие сравнительно небольшой информации об их работоспособности в эксплуатации и пока еще затрудняет достаточно достоверную оценку их эксплуатационных показателей. В связи с небольшим сроком производства таких систем фирмами - изготовителями не полностью отработаны достаточно рациональные технологии и средства для ремонта подобных систем в условиях рассредоточенности специализированных ремонтных предприятий и относительно дорогих запасных частей. Следует отметить, что большие территориальные пространства России обуславливают сложность контроля соблюдения нормативных требований к качеству топлива на различных заправках всевозможных автозаправочных компаний в сельской местности. Исследованиями установлено, что даже при единичных случаях использования некачественного топлива вероятность отказов топливных систем CR в сравнении с традиционными системами значительно выше.

Степень разработанности. Согласно заводской технологии ремонта, восстановление отказавших узлов ЭГФ не предусмотрено, и эти узлы подлежат замене. Во многом этим объясняется, на наш взгляд, неоправданно высокая себестоимость ремонта ЭГФ. Технологии технического обслуживания ЭГФ предусматривают оценку

и настройку единых для всех ЭГФ контрольных параметров. Практически не ис-

5

пользуются возможности электронного управления топливоподачей при регулировке. Не отработаны вопросы электронной корректировки базовых характеристик управления топливоподачей отремонтированной ЭГФ с выделением индивидуальных особенностей каждой форсунки.

В этой связи научные исследования, направленные на совершенствование технического обслуживания и ремонта электрогидравлических форсунок, в том числе на основе изменения базовых характеристик управления топливоподачей (БХУТ) дизельных двигателей представляются актуальными и практически значимыми.

Цель работы. Совершенствование технического обслуживания и ремонта электрогидравлических форсунок улучшением технологии ремонта клапанного узла и корректировкой базовых характеристик управления топливоподачей.

Объект исследований. Электрогидравлическая форсунка аккумуляторных топливоподающих систем автотракторных и комбайновых дизелей.

Предмет исследования. Технологии технического обслуживания и ремонта электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливных систем автотракторных и комбайновых дизелей.

Научная новизна работы:

- информационная модель обеспечения работоспособности ЭГФ типа СЯ, поясняющая основы индивидуальной электронной корректировки параметров топли-воподачи, что обеспечивает увеличение периодичности ремонтно-технических воздействий;

- математическая модель процесса работы электрогидравлической форсунки, устанавливающая зависимость продолжительности управляющего импульса от конструктивно-регулировочных параметров ЭГФ и позволяющая определить допустимые отклонения регулируемых параметров при различных режимах работы;

- усовершенствованная технология ремонта электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливных систем, обеспечивающая восстановление ресурса до 100% при снижении себестоимости ремонта в 1,5 раза;

- методика регулировки ЭГФ путем корректировки базовых характеристик управления топливоподачей, обеспечивающая расширение допусков к контрольным и сборочным параметрам ЭГФ.

Теоретическая и практическая значимость.

- технология восстановления клапанного узла ЭГФ типа СЫ;

- данные по эксплуатационным показателям современных топливопода-ющих систем типа СЯ автотракторных и комбайновых дизелей.

Методология и методы исследований. Основой исследования явились методы компьютерного математического моделирования и физической обработки экспериментальных данных. Экспериментальные исследования проведены с использованием современных средств и оборудования в области испытаний ТПС типа СЫ.

Положения выносимые на защиту:

- информационная и математическая модели, определяющие влияние различных факторов и параметров на показатели работы ЭГФ типа СЯ;

- технологии технического обслуживания и ремонта электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливных систем с использованием индивидуальной электронной корректировки базовых характеристик управления топливоподачей;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Апробация работы.

Основные положения исследования обсуждались на международных научно-практических конференциях и семинарах Башкирском ГАУ (2010...2013гг.), Московском ГАУ (2010...2012гг.), ГНУ ГОСНИТИ (2010... 2012 гг.), в 2011 г. «Научно-технические проблемы современного двигателестро-ения» (УГАТУ, г. Уфа «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» (г. Уфа, 2011 г.), ), «Проблемы энергообеспечения предприятий АПК и сельских территорий» (СПбГАУ, г. С-Петербург) в 2011 г. и 2013 г.

Автор благодарит сотрудников специализированного предприятия по ремонту топливной аппаратуры ООО «Башдизель» (официальный представитель

БошДизельСервиса в г. Уфа, Россия), сотрудников кафедры «Тракторы и автомо-

7

били» ФГБОУ ВПО Башкирского ГАУ без которых эта работа не была бы возможна. Особую благодарность автор выражает к.т.н. Валиеву А.Р. совместно с кем были проведены некоторые теоретические и экспериментальные исследования.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

1.1 Влияние параметров тоиливоподачи на технико-экономические и экологические показатели дизеля

На сегодняшний день ДВС являются основной энергетической установкой автотракторных и комбайновых дизелей. По отечественным и зарубежным прогнозам, в силу своих особых положительных качеств это положение сохранится в обозримом будущем, однако показатели дизелей будут изменяться [4, 5, 18, 21, 22, 23].

Важнейшими показателями работы автотракторных и комбайновых дизелей во многом определяется качеством работы топливоподающей системы (ТПС), к которой предъявляют ряд достаточно жестких требований, среди них выделяют технико-экономические и экологические показатели дизеля. Необходимость экономного расхода топлива обуславливается истощением мировых запасов нефти, повышением цен на нефтепродукты и выбросов в атмосферу С02 [8, 17, 18, 29, 30, 38,41,48, 57].

Одним из параметров ТПС влияющий на технико-экономические и экологические показатели дизеля, является цикловая подача, которая характеризуется коэффициентом избытка воздуха:

« = с5гу <и>

где Сд-расход воздуха через двигатель; - расход топлива; ¿0=14,3 кг/кг -в кг теоретически необходимое количества воздуха для сгорания 1 кг топлива.

При уменьшение коэффициента избытка воздуха экономические и экологические показатели дизеля ухудшаются, особенно при приближении к пределу дымления (а = 1,2.. 1,3) [1, 2, 3, 6].

В соответствии с ГОСТЮ578-96 отклонение часовой или средней цикловой подачи на номинальной частоте вращения его вала или частоте вращения, соответствующей максимальному крутящему моменту при регулировании на стенде, для автотракторных дизелей не должно выходить за пределы ±1,5%.

Общепринятым показателями топливной экономичности дизелей являются удельный эффективный расход топлива на режимах внешней скоростной характеристики - на режимах номинальной мощности и максимально крутящего момента [8]. Минимальный расход топлива составляет £е=190-192г/(кВт*ч) для зарубежных дизелей, а для отечественных составляет gc=210-230 г/(кВт*ч) [9,10].

Другим важнейшим параметром топливоподачи является угол опережения впрыскивания топлива, который определяет продолжительность и расположение участка сгорания относительно ВМТ поршня и, как следствие, величину удельного эффективного расхода топлива, динамические показатели процесса сгорания. Оптимальная величина 0 (в град, п.к.в.) зависит, кроме конструктивных особенностей двигателя, и от режима его работы. Т.е. каждому режиму работы соответствует свое оптимальное с точки зрения топливной экономичности значение 0.

Согласно данным Долганева К.Е. и Головчука А.Ф. уменьшение 0 на 10° п.к.в на номинальном режиме в дизелях с неразделенной камерой сгорания приводит к снижению 1МОх в ОГ на 60% при одновременном ухудшении топливной экономичности на 10% и увеличение выброса сажи на 100% [29, 53, 54].

Основными параметрами топливоподачи наряду с цикловой подачей и углом опережения впрыскивания являются характеристика впрыскивания (закон подачи) и характеристика давления впрыскивания.

Закон подачи топлива существенно влияет на характер протекания процесса сгорания. Взаимосвязь периода задержки воспламенения и первоначальной фазы закона подачи топлива определяет динамику процесса сгорания.

При традиционных топливоподающих системах непосредственного действия по мере снижения нагрузок и частоты вращения двигателя снижается среднее давление впрыска и, в результате, ухудшается закон топливоподачи и, как следствие, снижается экономичность работы двигателя. В аккумуляторных ТПС давление и характеристика впрыскивания управляется электронным блоком управления.

Таким образом, технико-экономические и экологические показатели двигателя в значительной мере определяются параметрами топливоподачи, которые в

10

процессе эксплуатации изменяются, что в последствие приводят к ухудшению качественных показателей работы дизеля.

Вторым по значимости показателем работы двигателя является токсичность отработавших газов (ОГ), т.е. количество выбрасываемых двигателем вредных веществ [53,54]. На сегодняшний день к снижению ОГ дизелей придают большую значимость в связи с расширением сферы их применения и увеличением общего количество автомобилей, автобусов и других машин с дизельными силовыми установками. В частности, ОГ автотракторных и комбайновых дизелях сокращают урожайность до 25% и снижают качество сельскохозяйственных культур [53]. Поэтому вводятся ограничения на их выбросы с ОГ.

Нормы на токсичность ОГ, принятые во многих странах, устанавливают максимально допустимые удельные массовые выбросы токсичных веществ (NOx, СО, СНХ, ТЧ). В России кроме ранее действующих норм - ОСТ37.001.234-81, ОСТ 37.001.054-86 вводятся общеевропейские нормы на токсичность ОГ транспортных дизелей:

— Евро 1 (с 1 июля 1992 г. год введения в Европе);

— Евро 2 (с 1 января 1996 г.);

—Евро 3 (с 1 января 2000 г.);

—Евро 4 (с 1 января 2005 г.);

— Евро 5 (с 1 января 2009 г.).

Согласно исследованиям проведенным фирмой Бош [1], выполнение норм выбросов веществ с ОГ автотракторных и комбайновых дизелей Euro 2, Euro 3 в целом обеспечивалось десятью основными мероприятиями, из которых шесть относиться к топливоподающей аппаратуре (ТПА). То есть 60% мероприятий выбросов ОГ автотракторных и комбайновых дизелей зависят от ТПА.

Нормы токсичности Euro-4 введенные в Европе в 2005 году по сравнению с нормами Euro-З уменьшили РМ - в 1,67 раза, СО - в 1,28 раза, НС + NOx - в 1,87 раза [8, 53, 54].

Также следует отметить, что жесткие требования к токсичности ОГ привели к изменению стандартов и разработке определенных требований к дизельному топливу, в частности, по плотности, вязкости и содержанию серы [19, 20, 30].

В этой связи можно выделить ряд основных направлений совершенствований ТПА современных дизелей в области повышения экономичности и снижения токсичности ОГ являются мероприятия по модернизации системы топливоподачи (ТП) и оптимизация рабочего процесса, повышения давления впрыскивания, электронное управления ТП, управления характеристикой впрыскивания, разработка аккумуляторных систем (в частности СЯ), использования альтернативных топлив, обеспечение функционирования ТПА в реальных условиях эксплуатации, обеспечения стабильности впрыскивания и малых цикловых подач. [6, 8, 12].

Среди них необходимо выделить электронное управление, которое по сравнению с ТПА традиционного типа дает больше возможностей [3, 4, 6, 8, 12]:

1. Гибкое регулирование цикловой подачи, обеспечения заданной внешней скоростной характеристики;

2. Оптимальное регулирование угла опережения впрыскиваемого топлива (УОВТ) в соответствии с режимом работы:

3. Минимальное не равномерность подачи по цилиндрам;

4. Отключение цилиндров и циклов работающих цилин�