CC BY
42
Специальные машины и технологии
УДК 621.43 038 Ю. П. МАКУШЕВ
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
СПОСОБЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ВПРЫСКА ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЯХ
В статье рассмотрены способы интенсификации процесса впрыска топлива в дизелях путем изменения конструктивных и регулировочных параметров топливной аппаратуры. Оптимальный подбор диаметра иглы, давления начала впрыскивания, проходного сечения распылителя позволили получить прямоугольную характеристику впрыскивания топлива, обеспечивающую высокие скорости и давление.
Под интенсификацией процесса впрыскивания топлива понимается сокращение продолжительности впрыскивания за счет увеличения давления топлива. Для увеличения давления повышают скорость движения плунжера, уменьшают объем системы, повышают давление начала впрыскивания, увеличивают жесткость системы насос — топливопровод — форсунка, применяют насос-форсунки.
Интенсификация процесса впрыскивания необходима в том случае, если она повышает экономичность дизеля, снижает дымность отработавших газов. Процесс интенсификации не сложный. Достаточно, например, уменьшить объем системы и давление топлива существенно возрастает. Но при этом увеличивается и цикловая подача. Снижая ее до уровня требуемого значения, например, уменьшением хода плунжера, мы вновь возвращаемся к первоначальной интенсификации процесса топливоподачи.
Целью данной работы является поиск путей интенсификации процесса впрыскивания топлива и ее сохранения при корректировке цикловой подачи. Расчеты выполнялись с использованием ЭВМ, для топливной аппаратуры дизеля Д-440 (Алтайдизель) с номинальной цикловой подачей, равной 93 мм3 при п = 875мин"1, Расчеты показали, что исходный вариант с объемом штуцера 2,3 см3, объемом надплунжер-ного пространства 0,6 см3, при давлении начала впрыскивания Рфо= 19 МПа и эффективном проходном сечении распылителя ц5 = 0,27 мм2 имел продолжительность впрыскивания срв = 11,3; максимальное давление в полости форсунки Рфч = 32,5 МПа, среднее давление Рф(. = 19,3 МПа.
Интенсификацию процесса впрыскивания осуществляли путем уменьшения объема штуцера до 1 см3, и надплунжерного пространство до 0,2 см3. Подача топлива за цикл увеличилась с 93 мм3 до 110 мм3. Для обеспечения мощности дизеля Д-440, равной 66 кВт, топливная система должна подавать в камеру сгорания 93 мм3, а не 110 мм3 Подачутоплива удалось снизить
известным способом — за счет перемещения хода рейки (Ьр) и снижения активного хода плунжера (рис. 1).
44
МПа
40 ,
мм
36 по
32 100 |
Рс 28 «О Цц
10
9 Фш
2,5 2,75 3 3,25 3,5 мм
К--
Рис.1. Влияние хода рейки на параметры процесса впрыскивания.
Из анализа рис. 1 следует, что уменьшение цикловой подачи привело к снижению Рфм и Рфс и увеличению фв. Данный способ снижения цикловой подачи не сохраняет созданную ранее интенсивность процесса впрыскивания.
К числу основных конструктивных параметров форсунки, определяющих гидродинамику процесса впрыскивания, следует отнести давление начала впрыскивания Рфо, диаметр иглы с!и и эффективное проходное сечение распылителя массу подвижных частей форсунки (т110до) и жесткость пружины (5пр).
Оптимальное значение Р^ выбирается с учетом устойчивой работы форсунки, качественного распы-ливания топлива, долговечности запорного конуса иглы и распылителя, отсутствия прорыва газов в полость распылителя.
На рис. 2 показано влияние Рфо на изменение цикловой подачи. При увеличение Р снижается подача
топлива при некотором росте Рфм и Р((|с и уменьшении Фв. Данный способ снижения цикловой подачи путем увеличения Рф0 является благоприятным с точки зрения сохранения и повышения интенсивности впрыскивания. Но следует помнить, что при Рфо более 30 МПа снижается долговечность . запорного конуса иглы и корпуса распылителя.
Особый интерес представляет увеличение Рфо без $ изменения усилия на пружине и контактных | напряжений в запорном конусе распылителя. Для '' получения интенсивного впрыскивания топлива
Рис.2. Влияние давления начала впрыскивания на процесс впрыска топлива.
необходимо к моменту открытия иглы в камере распылителя максимально повысить давление. Давление начала впрыскивания зависит от выражения
- о
фо
f.-i.
где Яп — сила сжатия пружины;
(и — площадь поперечного сечения иглы;
Ск — площадь посадочного конуса иглы.
Из выражения (1) следует, что при неизменной величине Ип значение Рфо можно увеличить путем уменьшения Ги.
На рис. 3 показано влияние <1и и, соответственно, Ги на параметры процесса впрыскивания. При уменьшении с1и с 6 до 4,5 мм увеличилось Р(|ю с 19 до 59 МПа. При этом снизилась цикловая подача и повысилась интенсивность процесса впрыскивания. Значения усилия на пружине оставалось постоянным и соответствовало 340 Н.
Данный способ накопления энергии в полости форсунки является наиболее перспективным, особенно для двигателей форсированных по мощности. Снижение диаметра иглы не только интенсифицирует топливоподачу, но и увеличивает давление Рг, при котором игла садится на седло. При этом устраняется прорыв цилиндровых газов в полость распылителя и снижается закоксовывание сопловых отверстий.
град
Значительное влияние на процесс топливоподачи оказывает изменение эффективного проходного сече-ния распылителя |if. Так, при снижении (if с 0,3 до 0,2 мм2 среднее давление в каналах форсунки возрастает с 25 до 29 МПа, но увеличивается продолжительность впрыскивания с 9,5 до 10 град. При этом цикловая подача уменьшается со 110 до 90 мм3.
Для перспективных дизелей требуются достаточно высокие объемные скорости и средние давления впрыскивания, соответствующие максимальному давлению впрыскивания на номинальном режиме до 100 МПа и более. Для снижения нагрузок на детали и узлы топливной аппаратуры необходимо стремится к сближению максимального и среднего давления впрыскивания, приближая форму характеристики впрыскивания на номинальном и близких к нему режимах к П-образной форме[ 1 ].
На рис. 4 показаны расчетные зависимости параметров процесса впрыскивания дизеля 8V13/15 — (Ал-тайдизель). Насос высокого давления имел тангенциальный профиль кулачка с ходом и диаметром плунжера 10 мм при номинальной частоте вращения 1000 мин"' и цикловой подачей 150 мм3. Исследования проводилось с целью определения совместного влияния различных конструктивных параметров насоса высокого давления и форсунки на протекание процесса впрыскивания топлива и получения требуемой интенсификации и формы характеристики впрыскивания, которая представляет собой зависимость Q = f (ср). На рис. 4 представлены также зависимость хода иглы (hj, давление топлива перед сопловыми отверстиями (Р^) от угла поворота валика насоса (ср). Главной задачей было получение прямоугольной характеристики впрыскивания, как наиболее перспективной. Данная характеристика обеспечивает высокие объемные скорости и давления впрыскиваемого топлива. Посадка иглы осуществляется при высоком давлении, что препятствует прорыву газов в полость распылителя и закоксо-выванию сопловых отверстий [2].
Из анализа рис. 4 следует, что опытная система обеспечивает меньшую продолжительность впрыскивания,
МПа 50 I 40 Р ф 30
20
| 0,2 h,„ o.l
22
мм'/град
t"
Q
ю
/ t \
____ У \ V
1 . w J v
f- — ----- ---- -V V -v- - -4
\ \L \ if"
; J \ "P' s rtrn'
h„
i ! \ \
/У \ \ \
У \
\
\
Wo \ 1 v- \
/ / \ \ \
у рнПная пытная \ \
\ \
1 1 1 4
1 1 \
1 1
Рис.3. Влияние диаметра иглы на параметры процесса впрыска топлива.
33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 град
Ф —
Рис.4. Характеристики процесса впрыска серийной и опытной топливной аппаратуры.
Таблица 1
Параметры Рфо а. ГЧодв
МПа мм2 мм см3 Г Н/мм
Серийная 18 0,3 6 2,3 30 200
Опытная 38 0,4 5 1 15 300
более высокое максимальное и среднее давление перед сопловыми отверстиями и прямоугольную характеристику впрыскивания. В табл. I приведены конструктивные и регулировочные параметры серийной и опытной топливной аппаратуры.
По результатам выполненных расчетов можно сделать следующие выводы:
1. Интенсивность процесса впрыскивания топлива не сохраняется при снижении цикловой подачи путем уменьшения активного хода плунжера.
2. Интенсивность впрыскивания топлива возрастает с увеличением давления начала впрыскивания, уменьшением диаметра иглы и проходного сечения распылителя.
3. Комплексная интенсификация процесса вп] кивания позволяет повысить давление и получить Г разную характеристику впрыскивания.
Литература
1. Топливные системы и экономичность дизе Астахов И.В., Трусов В.И., Голубков Л.Н. и др. -Машиностроение, 1990-288 с.
2. Отчет о научно-исследовательской работе« четно-экспериментальные исследования топлив дающих систем дизеля типа 8У13/15 с целью опта р. ного сочетания конструктивных и регулировоч параметров топливной аппаратуры. Комаров ] Макушев Ю.П. и др. Павлодарский индустриаль институт., № гос. регистрации 01.86.0029319, Павле 1986 - 70 с.
МАКУШЕВ Юрий Петрович, кандидат техниче< наук, доцент кафедры теплотехники и тепловых де телей.
Книжная полка
Курс теоретической механики: Учеб. для вузов/ В.И. Дронг, В.В. Дубинин, М.М. Ильин и др.; Под ред. К.С. Колесникова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.- 736 е.: сил.
Изложена кинематика, статика, динамика точки, твердого тела и механической системы; аналитическая механика; теория колебаний; теория удара и др. Содержание учебника соответствует программе и курсу лекций, которые авторы читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Для студентов машиностроительных вузов и технических университетов, аспирантов и преподавателей, а также специалистов в области статики и динамики механических систем.
Рекомендовано Минобразованием РФ.
Попов Д.Н.
Механика гидро- и пневмоприводов: Учеб. для вузов/ Д.Н. Попов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002,- 320 е.: с ил.
Изложены основы механики гидро- и пневмоприводов. Рассмотрены виды приводов, применяемых в машиностроении. Содержание соответствует курсу лекций, читаемых автором в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Для студентов машиностроительных вузов; аспирантов и специалистов.
Рекомендовано Минобразованием РФ.
ПоповД.Н.
Гидромеханика: Учеб. для вузов / Д.Н. Попов, С.С. Панаиоти, М.В. Рябинин; Под ред. Д.Н. Попова.-М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 384 е.: с ил.
Изложены основы механики жидкости и газа, а также их приложения в расчетах технических устройств. Рассмотрены вопросы неустановившегося движения вязких жидкостей. Содержание учебника соответствует разделам дисциплин, преподаваемых авторами в МГТУ им. Н.Э. Баумана и его Калужском филиале,
Для студентов машиностроительных вузов, аспирантов и специалистов, решающих прикладные задачи гидромеханики.
Рекомендовано Минобразованием РФ.
