CC BY
63
ВЕСТНИК ЮГОРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
2014 г. Выпуск 2 (33). С. 29-31
УДК 53.08
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ЦИФРОВОЙ КАМЕРЫ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ДИНАМИКИ ДЛИНЫ СТРУИ РАСПЫЛЕННОГО ТОПЛИВА
А. В. Еськов, И. И. Кирюшин Введение
Многие процессы, происходящие в природе, не доступны для непосредственного наблюдения человеком без использования высокоскоростной съемки. Высокотехнологичное производство уже невозможно представить без систем технического зрения, автоматизированных комплексов [1]. Внедрение высокоскоростной видео съемки при разработке технологических процессов позволяет легче решать многие задачи [2]. Высокоскоростная съемка нашла свое применение в научных лабораториях. Возможности камер позволяют использовать их для визуализации научных исследований и испытаний [3].
Повышение требований к современным двигателям внутреннего сгорания и развитие оптико-электронных измерительных технологий предопределяет разработку методов и средств диагностики параметров качества распыливания жидкого топлива [4-5].
Экспериментальный стенд скоростной видеосъемки струи распыленного топлива
В Алтайском государственном техническом университете им. И. И. Ползунова разработана аккумуляторная топливная система с электроуправлением типа Common-rail (CR), позволяющая достигать давления топлива в форсунке до 180 МПа. Система CR установлена на одноцилиндровый моторный стенд УК-2. Для исследования процесса распыливания дизельного топлива был разработан стенд скоростной видеосъемки струи распыленного топлива, схема которого изображена на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема стенда скоростной видеосъемки
Устройство управления работой лабораторной установкой УК-2 (1) подает импульс на блок управления (2), открывая клапан форсунки высокого давления (3). Импульс от клапана (2) поступает на блок синхронизации (4), Таким образом, осуществляется синхронизация запуска работы видеокамеры с моментом переднего фронта импульса, поступающего на клапан форсунки. По кабелю контроллер-камера от видеокамеры (5) информационный сигнал передается в персональный компьютер (6). Кроме того, на ЭВМ (6) подается сигнал момента экспозиции видеокамеры (5). Сигналы синхроимпульса от устройства синхронизации (4) и сигнал момента экспозиции видеокамеры (9) необходимы при определении времени записи заданного кадра в видеофильме, который регистрируется камерой (5) и записывается на персональный компьютер (6). Топливная струя (7), распыливаемая форсункой (3) движется параллельно поверхности экрана (8), с внутренней стороны которого располагается источник света (9) и его блок питания.
29
Приборы и методы контроля
Камера скоростной видеосъемки Видеоспринт находится на расстоянии 1,2 м от экрана в виде матового стекла, за которым установлен источник постоянного света с лампой накаливания 450 Вт [5].
Использование внешней синхронизации для камеры Видеоспринт имеет некоторую специфику, заключающуюся в том, что синхроимпульс, поступающий на камеру, запускает ее работу по съемке и передачи видеокадров в память контроллера в ЭВМ в течение не более 8 с.
Частота кадровых импульсов является постоянной и определяется настройкой камеры оператором. Таким образом, камера Видеоспринт запускается по первому импульсу открытия клапана топливной форсунки и непрерывно записывает в память контроллера изображения съемки, причем последующие импульсы с клапана топливной форсунки могут уже не совпадать по фронту с кадровым импульсом. В результате возникает неопределенность по времени съемки первого после срабатывания клапана форсунки кадра для всех последующих распыливаний, кроме первого [4].
Динамика изменения длины струи топлива
Экспериментальные исследования динамики развития топливного факела проводились по изменению яркостных зон струи распыленного дизельного топлива при традиционном впрыске на стенде, приведенном на Рисунок 1.
Результаты полученных исследований изменения длины топливной струи от давления впрыска топлива приводятся на Рисунок 2.
Длина топливной сфуи при раптичных даЕвлних, МПа
Длина, см
Рисунок 2. Экспериментальные значения длины топливной струи при различных давлениях впрыска
для дизельного топлива
Расчет длины топливной струи проводился по 14 кадрам для каждого давления впрыска. Каждая точка получена как среднее значение по длине струи для 5-6 распылов. Из рисунка видно увеличение длины струи при увеличении давления топлива в рампе. Некоторые линии, соединяющие экспериментальные точки, пересекаются и при учете доверительного интервала длины струи около 3 % могут попадать в один доверительный интервал. Однако отмечается общая тенденция к увеличению длины топливной струи с увеличением давления впры-
30
А. В. Еськов, И. И. Кирюшин. Использование высокоскоростной цифровой камеры для изучения динамики...
ска. Сравнение полученной длины струи с исследованиями, проводимыми другими экспериментаторами приводится в работе [6-12].
Заключение
Таким образом, при помощи высокоскоростной видеосъёмки были получены данные, детально показывающие процесс распыла топлива. Получены и обработаны экспериментальные данные зависимости длины струи от давления впрыска дизельного топлива.
Литература
1. Автомобильные двигатели. Системы управления и впрыска топлива: Руководство [Текст] / Пер. изд. J.H. Haynes and Co. Ltd. Helsinki, Finland, 1999. - СПб. : Наука РАН ; ЗАО «Альфамер Паблишинг», 2001. - 40 п. л.
2. Иващенко, Н. А. Дизельные топливные системы с электронным управлением : учеб.-практич. пособие [Текст] / Н. А. Иващенко, В. А. Вагнер, Л. В. Грехов. - Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2000. - 111 с. : ил.
3. Павлидис, Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений [Текст] / Т. Павлидис. - М. : Мир, 1981. - 84 с. : ил.
4. Еськов, А. В. Регистрация и изменение длины топливных струй для различных давлений [Текст] / А. В. Еськов, С. И. Гибельгауз, С. В. Яковлев // Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе : тезисы докл. научн.-техн. конф. «5-е Луканинские чтения». - М. : МАДИ, 2011. - С. 122.
5. Еськов, А. В. Экспериментальный стенд и пакет программ для оптического контроля качества распыливания топлива с использованием скоростной видеосъемки [Текст] / А. В. Еськов, А. В. Маецкий // Ползуновский вестник. - 2012. - № 3/1. - С. 75-79.
6. Матиевский, Д. Д. Влияние давления впрыска топлива на скорость переднего фронта и дальнобойность факела [Текст] / Д. Д. Матиевский, П. К. Сеначин // Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе: тезисы докл. научн. -техн. конф. «5-е Луканинские чтения». - М. : МАДИ, 2011.
7. Свистула, А. Е. Экспериментальное исследование характеристик топливных струй дизельных форсунок [Текст] / А. Е. Свистула, Д. Д. Матиевский, П. Ю. Гуляев, А. В. Еськов // Двигателестроение. - 1999. - № 1. - С. 29-31.
8. Атюцкая, Л. Ю. Оптическая диагностика дисперсионного состава топливно -воздушного факела [Текст] / Л. Ю. Атюцкая, А. Г. Бебия, М. П. Бороненко, А. Е. Серегин // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 8-6. - С. 1297-1302.
9. Осипенко, С. А. исследование процессов впрыска топлива с помощью методики обработки оптического изображения в программе IMAGEJ [Текст] / С. А. Осипенко, А. А. Иванов, И. Ю. Пермяков, М. П. Бороненко // Ползуновский альманах. - 2012. - № 2. - С. 89-91.
10. Экспериментальное исследование скоростных и расходных характеристик воздушно -топливных струй [Текст] / П. Ю. Гуляев, А. В. Еськов, М. В. Полторыхин // Ползуновский альманах. - 2000. - № 3. - С. 16-19.
11. Оптико-электронная система диагностики двухфазных потоков динамическим методом счета частиц [Текст] / П. Ю. Гуляев, В. И. Иордан, И. П. Гуляев [и др.] // Известия вузов. Физика. - 2008. - № 9-3. - С. 79-87.
12. Ошибка восстановления функции распределения частиц по размерам в методе малых углов [Текст] / П. Ю. Гуляев, В. И. Иордан, А. В. Еськов, И. Е. Карпов // Вестник Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова. - 1999. - № 2. - С. 55-58.
31
