CC BY
35
УДК 621.436.038.001
ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИНИЯХ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ ДИЗЕЛЯ
М. Н. Пономарёв, А. К. Синицын, Д. Е. Соловьёв
Кафедра комбинированных ДВС Российского университета дружбы народов Россия, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6.
Приводятся результаты расчётно-экспериментального исследования переходных процессов в топливной аппаратуре дизеля, объясняющие возможности появления повышенного дымления дизеля при неустановившихся режимах.
В условиях эксплуатации дизели автотракторного назначения работают преимущественно в условиях неустановившихся режимов (НУР), когда параметры и показатели их работы существенно отличаются от получаемых в условиях установившихся режимов (УР). Известно существенное возрастание дымности выбросов дизеля при его разгонах, причём даже прогретого дизеля и в том числе двигателя без газотурбинного наддува, т.е. в условиях достаточного воздухоснабжения. Во многих случаях этот недостаток связан с наличием переходных процессов (ПП) в топливной аппаратуре (ТА) дизеля. Большинство современных дизелей оборудовано системами топливоподачи разделённого типа, т.е. содержащими топливный насос высокого давления (ТНВД) с нагнетательным клапаном, нагнетательный трубопровод и форсунку закрытого типа. В линиях высокого давления (ЛВД) таких систем
при НУР происходят переходные процессы (ПП) изменения начального давления - Ртц (перед очередным циклом топливоподачи) и остаточного Рост (после впрыскивания) давлений. При этом, Рост данного i - го цикла является начальным давлением последующего i +1 - го цикла.
Существует понятие критерия стабильности ТА: = дРост / дРнач [1, 2]. При
/Cj =-1 в ТА происходит ПП колебаний Рост.^нач. с определённой нестабильностью
8РНач. (Рис- 1 > а). При этом, если эта нестабильность равна нестабильности, свойственной
данной ТА в нормальном техническом состоянии, то этот режим является установившимся. Поскольку каждому УР при данной частоте вращения (и) и положении рейки ТНВД {hp)
соответствует определённое значение РнаЧщ = Рост. > т0 ПРИ начале НУР, когда произошло изменение и или hp, происходит отклонение от этого равенства. Если в ТА произошло отклонение Рост от уровня, соответствующего УР, сходственного с НУР по и и hp, то в ТА
начинается ПП, который может быть сходящимся (| К\ |< 1, рис. 1, б) или сходящимся (| if] !> 1, рис. 1, в). Сходящийся ПП в отсутствие новых возмущений продолжается до состояния, когда он переходит в автоколебательный процесс, т. е. наступает УР со свойственной ему нестабильностью ^РНач.(ост.) ■ ^сли же из_за особенностей данной ТА процесс
является расходящимся, то в результате возможно появление нежелательных явлений, например, подвпрыскиваний топлива, а следовательно повышенной дымности выбросов, снижения экономичности, повышения тепловых нагрузок, появления коксования распылителей, т.е. снижения надёжности и долговечности работы ТА и т.д.
На рис. 2 показаны ПП в ЛВД ТА дизеля 44 11/12,5 (насос УТН-5, форсунка ФД-22), полученные путём математического моделирования, т.е. с использованием гидродинамического расчёта процесса топливоподачи с учётом неустановившегося течения вязкой сжимаемой жидкости (модель МАДИ [3]). Расчётный анализ показывает, что при работе ТА с
высокими и низкими Рнач_ ТА работает с подвпрыскиваниями. (Под низкими начальными давлениями подразумеваются режимы, на которых в ЛВД создаются остаточные разрежения, т.е. остаточные объёмы Уост_, заполненные парами топлива и выделившимся из топлива воздухом, являющиеся начальными - Унач для очередного цикла впрыскивания).
Рис. 1. Схемы переходных процессов в топливной аппаратуре: а - схема автоколебательного процесса в ТА; б - схема сходящегося переходного процесса; в - схема расходящегося переходного процесса в ТА
На рис. 2 показано, что если в данном ПП исходное состояние топлива в ЛВД характеризовалось остаточным объёмом У0Ст.исх > то в пеРВ0М цикле Унач ] = У0ст.исх ■ После
окончания впрыскивания в ЛВД образовался остаточный объём Уост ], который является
начальным для следующего цикла Унач2 = ^ост. 1 и т-д- ® конечном итоге остаточные разрежения в ЛВД компенсируются соответствующим количеством топлива, остающегося в ЛВД после впрыскивания, появляются остаточные давления, и режим переходит в установившийся.
Рис. 2. Переходные процессы в линиях высокого давления топливной системы при разных объёмах разгрузочных поясков нагнетательного клапана ТНВД
Появление чрезмерно высоких начальных давлений (т.е. в области подвпрыскиваний) возможно, когда начало НУР связано с мгновенным перемещением рейки из исходного положения, где режим ТА характеризовался низкими начальными давлениями или даже разрежениями, в положение, когда начальное давление превышает 5-6 МПа. Этот ПП начинается с циклов топливоподачи с подвпрыскиванием. То же можно сказать и о режимах НУР с низкими начальными давлениями. Кроме того, появление в ЛВД разрежений, т.е. больших остаточных объёмов, возможно, если ПП начинается при достаточно низких частотах вращения вала при малых нагрузках или холостом ходе, а также двигатель и топливо имеют пониженное тепловое состояние, а в результате мгновенного перевода рейки ТНВД в положение максимальной подачи происходит резкое увеличение расхода топлива на всасывании в ТНВД. В результате в линии низкого давления возможно появление разрежений, разрывов сплошности в топливе, парообразование, попадание паров топлива и воздуха в ТНВД, снижение производительности насоса и т.д., в том числе появление остаточных разрежений в ЛВД с последующим ПП в новый УР.
Для снижения вероятности появления повышенных остаточных давлений иногда идут на увеличение разгрузочного объёма нагнетательного клапана ТНВД. На рис. 2 показано, что, такое увеличение (с 52 мм3 до 72 и 92 мм3) позволяет снизить начальные давления в области рабочих УР, но не избавляет от вероятности появления подвпрыскиваний, а следовательно и повышенной дымности отработавших газов (ОГ) при НУР.
На рис. 3 показано, что ПП в ТА, вызванный отклонением начального давления на величину, существенно превышающую нестабильность работы ТА при УР, протекает в данном случае в течение 5 последовательных циклов. Причём, в каждом очередном цикле изменение начального давления может составлять 1-2 МПа. Если учесть, что для дизеля, напри-
мер, 6ЧН 15/18, изменение начального давления на 1 МПа приводит к изменению крутящего момента на величину порядка 4 - 5%, то очевидна существенность влияния ПП в ТА на динамические, экологические и другие качества двигателя.
Очевидно, что в реальных условиях эксплуатации в ТА дизеля протекают непрерывные ПП, т.е. одни отклонения в начальных давлениях не успевают «срабатываться» в очередных циклах, как появляются новые, суммирующиеся с исходными, и т.д.
Таким образом, в данной ТА при НУР дизеля протекают переходные процессы изменения состояния топлива в ЛВД, которые отражаются на показателях топливоподачи и показателях работы дизеля.
В данной ТА возможны как сходящиеся, так и расходящиеся ПП и возможны условия появления подвпрыскиваний топлива. А в результате этого происходит снижение экономических и энергетических показателей работы двигателя, повышение дымности его выхлопа. Поэтому при исследовании НУР дизелей необходимо оценить степень влияния изменения условий в ЛВД ТА на показатели работы дизеля, предвидеть возможные ПП и их
влияние на показатели работы двигателя, либо устранять возможности появления таких ПП.
4
2
0-
20
40
60 V нам
1 OCX Tl / рУР
хнач / А НЙ Ї
мпя тзн; ЧР ; V - ІУР
t г / -Цгст
/ У і J /рИ > щ ф ч
/ J6J6
f цик.
3
Рис. 3. Характеристики изменения начального и остаточного давлений в последовательности циклов НУР
ЛИТЕРАТУРА
1. Патрахальцев Н. Н., Ломонософф И. X. Переходные процессы в топливоподающей аппаратуре дизеля и совершенствование их воздействием на начальное давле-ние//Двигателестроение. 1985, № 1. - С. 26 - 28.
2. Патрахальцев Н. Н. Влияние остаточного давления на стабильность и устойчивость работы топливной аппаратуры дизеля//ДВС. - Межвед. науч. техн. сб. - Харьков. - Вища школа. - 1986. - Вып. 44. - С. 122 - 129.
3. Подача и распыливание топлива в дизелях/И. В. Астахов, Л. Н. Голубков, В. И. Трусов и др. М.: Машиностроение, 1972. - 357 с.
UDC 621.436.038.001
TRANSIENT REGIMES IN HIGH PREASSIIRE LINES OF FUEL SYSTEM OF DIESEL ENGINE M. N. Ponomaryov, A. K. Sinitsyn, D. E. Solovyov
Department of Internal Combustion Engines Russian People’s Friendship University Mikluho-Maklaya st., 6, 117198. Moscow, Russia
There are presented of results of experimental and theoretical research of especial features of functioning of fiiel system of diesel engines during transient regimes. There is dependence between the transient processes in fiiel system and the smoky exhaust of diesel.
