CC BY
8чны
е разработки и исследования
m
Так, при соотношении компонентов Кт= 1 и увеличении угла 2р с 60° до 110° при постоянном числе парных каналов N=10 расходный комплекс увеличился с 1440 до 1570 м/с, а коэффициент камеры - с 0,88 до 0,96. Однако при угле взаимного пересечения каналов 2р=110° наблюдалось термическое разрушение форсунок вследствие уменьшения осевой составляющей скорости истечения и интенсивных обратных токов. Поэтому оптимальным с точки зрения безопасной работы и получения высоких удельных параметров признан угол взаимного пересечения каналов 2р=90°.
Однозначное влияние на качество рабочего процесса в камере сгорания двигателя оказывает и число парных каналов. Так, при увеличении числа каналов с 6 до 17 при постоянном угле 2р = 60° расходный комплекс возрос с 1440 до 1660 м/с, а коэффициент камеры - с 0,88 до 0,99. Это связано с улучшением равномерности распределения компонентов по сечению камеры сгорания. Поэтому при прочих равных условиях необходимо выбирать максимально возможное число парных каналов.
Результаты исследования двухкомпонентной центробежной форсунки показали, что при тех же начальных условиях коэффициент камеры не превышает 0,82.
Система комбинированной
топливоподачи
для дизельного двигателя
С.В. Черняк, изобретатель
Описана конструктивно простая система комбинированной топливоподачи. Она обеспечивает надежную подачу в форсунку смеси дизельного топлива и сжиженного газа. При этом не ухудшаются основные показатели работы двигателя и улучшаются экологические показатели.
Ключевые слова: дизельный двигатель, димети-лэфир, комбинированная топливоподача.
The combined system of fuel injection for diesel engine
S.V. Chernyak
Described constructively simple combined system of feed of fuel. It provides reliable supply in the fuel injector of mixture of diesel fuel and liquefied gas.
Keywords: diesel engine, dimethyl ether, combined system of fuel injection.
Таким образом, проведенные исследования двухкомпонентной форсунки внутреннего смешения с компланарными каналами показали целесообразность их применения в качестве высокоэффективных смесительных элементов тепловых двигателей и камер сгорания различного назначения.
Литература
1. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели.
- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 396 с.
2. Основы теории и расчета ЖРД: В 2 т./А.П. Васильев, В.М. Кудрявцев, В.А. Кузнецов и др.; Под ред. В.М. Кудрявцева. - М.: Высшая школа, 1993. - T. 1. - 368 с.
3. А.С. № 1153598 СССР. Пневматическая форсунка для огне-струйной горелки / А.М. Грушенко, С.В. Безуглый, В.В. Спесивцев, А.П. Фурсов // БИ. - 1983. - № 12. - С. 28.
4. Говард К.П. Характеристики теплопередачи и гидравлического сопротивления теплообменных поверхностей со скошенными каналами // Энергетические машины и установки.
- 1965. - № 1. - С. 85-101.
5. Орлин С.А., Поснов С.А., Пелевин Ф.В. Теплообмен и гидравлическое сопротивление в щелевых трактах с компланарными каналами // Изв. вузов. Машиностроение. - 1984. - № 2. - С. 78-84.
6. Хьюнт Дж., Холл-Тейлор Н. Кольцевые двухфазные течения. Пер. с англ. - М.: Энергия, 1974. - 408 с.
Известно, что диметиловый эфир можно использовать как топливо для дизельного двигателя. При его подаче в камеру сгорания дизельного двигателя вместе с дизельным топливом происходит разложение молекулы диметилового эфира и высвобождение кислорода, который участвует в реакции дополнительного окисления дизельного топлива, что способствует уменьшению количества вредных выбросов в атмосферу.
Рассмотрим систему комбинированной топливоподачи для дизельного двигателя, обеспечивающую надежную подачу смеси дизельного топлива и сжиженного газа в форсунку без ухудшения основных показателей работы двигателя. *
Эта цель была достигнута путем внесения ряда конструктивных усовершенствований в известную систему комбинированной топливоподачи для дизельного двигателя, в которой смешивание с дизельным топливом сжиженного газа (диметилового эфира, далее ДМЭ) реализуется путем подачи последнего в трубопровод высокого давления через клапан подачи сжиженного газа (клапан импульсной подпитки). Причем ДМЭ поступает к этому клапану из баллона через распределительное устройство, являющееся по существу распределительным коллектором с входом (подача эфира из баллона) и выходами (подача эфира к клапану подачи сжиженного газа). Сжиженный ДМЭ подается в трубопровод высокого давления через клапан подачи циклически, в периоды так называемой «разгрузки» трубопровода после завершения активного хода плунжера топливного насоса, когда давление дизельного топлива в этом трубопроводе резко падает.
* Патент на изобретение № 2319857. Дата публикации 20.03.2008 г.
щ
Научные разработки и исследова
При этом дизельное топливо из дренажных полостей форсунок вместе с просочившимся в эти полости ДМЭ выводится по объединяющему дренажные полости трубопроводу во впускной коллектор дизельного двигателя. В этом коллекторе дизельное топливо и ДМЭ смешиваются с воздухом и подаются в камеру сгорания дизеля в неподготовленном виде - в плохо распыленном состоянии, крупными каплями, а ДМЭ - в виде газа, смешанного с воздухом. Обе топливные составляющие в этом случае плохо реагируют с воздухом, что препятствует нормальному процессу смесеобразования. Вместе с воздухом сжимается и газообразный ДМЭ, в результате чего возникают детонационные стуки и возрастают нагрузки на кривошипный механизм двигателя, особенно при его работе на малых оборотах и в пусковом режиме, также имеют место неполное сгорание топлива в дизеле и как следствие - повышенный расход дизельного топлива и сжиженного ДМЭ.
Кроме того, в данной системе отсутствует какое-либо смешивание дизельного топлива со сжиженным ДМЭ до момента поступления последнего в трубопровод высокого давления, и в клапан подачи сжиженного газа поступает чистый сжиженный ДМЭ, не обладающий смазочными свойствами. В связи с этим элементы указанного клапана работают без смазки, что отрицательно сказывается на его надежности и долговечности.
В новой конструктивной разработке дренажная полость форсунки подключена к распределительному устройству между его входом и выходами, а распределительное устройство снабжено установленными на его входе и выходах соответственно входным и выходными обратными клапанами.
Подключение дренажной полости форсунки к распределительному устройству, во-первых, предотвращает отмеченное выше нежелательное попадание сжиженного газа во впускной коллектор двигателя, при этом сжиженный газ, просочившийся в дренажную полость форсунки, возвращается обратно в распределительное устройство и подается к форсунке. Во-вторых, оно приводит к тому, что в клапан подачи сжиженного газа и распределительное устройство с его обратными входным и выходными клапанами поступает некоторое количество дизельного топлива, обеспечивающего смазку элементов этих клапанов. При этом наличие обратных входного и выходных клапанов в распределительном устройстве обеспечивает поддержание в наполненном состоянии трубопровода подачи сжиженного газа из выхода распределительного устройства на вход клапана подачи сжиженного газа, то есть указанные обратные клапаны препятствуют истечению жидкости в обратном направлении, разрыву потока и образованию в нем пустот.
Кроме того, в предложенной системе в качестве нагнетательных клапанов топливного насоса использованы преимущественно клапаны с переменным
разгрузочным объемом, которые характеризуются наличием отверстия между запирающим конусом и разгрузочным пояском. Такие клапаны, применяющиеся, например, в топливных насосах высокого давления для автомобилей МАЗ и КАМАЗ, обеспечивают более резкое падение давления в трубопроводе высокого давления сразу после завершения активного хода плунжера и меньшую величину остаточного давления в этом трубопроводе в период его «разгрузки», что создает благоприятные условия для ввода сжиженного газа в трубопровод в течение этого периода. При установке в насосе нагнетательных клапанов обычного исполнения целесообразно заменить их на нагнетательные клапаны с переменным разгрузочным объемом. Остальные детали топливного насоса остаются практически без изменения.
В предложенной системе параметры и характеристики топливного насоса остаются практически неизменными в сравнении с серийным топливным насосом, а по отдельным показателям даже улучшаются - например, двигатель на минимальных оборотах холостого хода работает более устойчиво.
Кроме того, подключение дренажной полости форсунки к впускному коллектору двигателя через предохранительный клапан предотвращает повышение давления в системе сверх допустимой величины. Такое повышение давления может возникнуть, например, при длительной работе двигателя на низких или пусковых оборотах, когда остаточное давление в трубопроводе высокого давления в периоды его «разгрузки» сравнительно высоко. Давление срабатывания этого клапана преимущественно 2 МПа.
В системе используются пластинчатые клапан подачи газа и выходной обратный клапан, а входной обратный клапан - шариковый. Клапаны пластинчатого типа имеют небольшую массу, малый объем, в котором размещаются пружина, седло, сам клапан. Эти факторы положительно влияют на снижение инерционности элементов и быстродействие системы в целом. При этом необходимость в малой инерционности входного обратного клапана отсутствует, поэтому для простоты конструкции его целесообразно выполнять шариковым.
В конструкции предложенной системы предусмотрено использование деталей и узлов, выпускаемых заводами топливной аппаратуры. Эти готовые детали и узлы после незначительной доработки могут быть использованы в данной системе, что значительно уменьшает затраты на изготовление всех сборочных единиц и деталей системы.
Например, корпус распределительного устройства, выходные обратные клапаны и клапан подачи сжиженного газа можно изготовить из деталей секции высокого давления топливных насосов распределительного типа моделей НДМ-21 и НДМ-22 после небольшой доработки.
