Научная статья на тему 'Теоретическая и экспериментальная оценка влияния подогрева дизельного смесевого топлива на цикловую подачу и давление топлива в надплунжерном пространстве ТНВД'

Теоретическая и экспериментальная оценка влияния подогрева дизельного смесевого топлива на цикловую подачу и давление топлива в надплунжерном пространстве ТНВД Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
255
52
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДИЗЕЛЬНАЯ ТОПЛИВНАЯ АППАРАТУРА / ТОПЛИВНЫЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ / СМЕСЕВОЕ ТОПЛИВО / ПОДОГРЕВ / ВЯЗКОСТЬ / ЦИКЛОВАЯ ПОДАЧА / DIESEL FUEL INJECTION EQUIPMENT / HIGH-PRESSURE FUEL PUMP / MIXED FUEL / HEATED / VISCOSITY / INJECTION RATE

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Аверьянов Александр Сергеевич, Уханов Александр Петрович

Горение топлива в цилиндрах дизеля происходит в течение очень короткого периода, а полнота его сгорания зависит от степени использования воздуха в камере сгорания. Последнее обеспечивается глубиной проникновения топливной струи и степенью распыливания топлива по всему объёму камеры сгорания. Эти параметры напрямую зависят от давления топлива в надплунжерном пространстве топливного насоса высокого давления (ТНВД) и от цикловой подачи топлива [1]. Опыты показывают, что в зависимости от вязкости давление топлива над плунжером и цикловая подача ТНВД значительно изменяются. Очевидно, что слишком вязкое топливо будет поступать в камеру сгорания в недостаточном количестве. С другой стороны, слишком низкая вязкость топлива может привести к недостаточной герметичности плунжерной пары [2].

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Аверьянов Александр Сергеевич, Уханов Александр Петрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THEORETICAL AND EXPERIMENTAL EVALUATION OF THE IMPACT OF HEATING OF THE DIESEL DROP-FUEL ON THE INJECTION RATE AND FUEL PRESSURE IN THE LIFTING CHAMBER LGFET

The results of a theoretical and experimental research, the aim of which was to assess the influence of heating of the diesel drop of fuel on the injection rate and fuel pressure in the lifting chamber of fuel pump of high pressure (LGFET) are given. The motorless installation was used for carrying out the experimental researches and specialized software complex for calculation of parameters of fuel equipment was applied for the theoretical ones. As a result of research was received the information that has been processed and presented in the form of graphs. The results of the analysis have shown, that with increase in the concentration of biodiesel in the diesel mixed fuel and frequency of rotation of the camshaft of the pump at a temperature of 30 degrees there is a sharp drop injection of fuel, with the decrease is more smooth character when heated. The same trend is observed with the change of the fuel pressure in the lifting chamber pumps. These two factors allow, without significant changes in the design of fuel equipment of diesel engines, to use diesel mixed fuel with the concentration up to 33 % of rapeseed oil (RO) at a temperature of 30 degrees and a concentration of up to 67 % of the RO under heating from 30 degrees to 80 degrees.

Текст научной работы на тему «Теоретическая и экспериментальная оценка влияния подогрева дизельного смесевого топлива на цикловую подачу и давление топлива в надплунжерном пространстве ТНВД»

УДК 621.43.03.001.4

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПОДОГРЕВА ДИЗЕЛЬНОГО СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА НА ЦИКЛОВУЮ ПОДАЧУ И ДАВЛЕНИЕ ТОПЛИВА В НАДПЛУНЖЕРНОМ ПРОСТРАНСТВЕ ТНВД

Аверьянов Александр Сергеевич, аспирант кафедры «Эксплуатация мобильных машин и технологического оборудования», Технологический институт - филиал ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина»

тел. 89021288304, 433502, Ульяновская обл., Россия, г. Димитровград, ул. Осипенко, д. 19а, кв. 58, E-mail: avervanovs.as@mail.ru.

Уханов Александр Петрович, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Тракторы, автомобили и теплоэнергетика» ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», тел. (8412) 62-85-17, 440014, Россия, г. Пенза, ул. Конструкторская, д. 2, кв. 94, E-mail: ukhanov.penza@ mail.ru.

Ключевые слова: дизельная топливная аппаратура, топливный насос высокого давления, смесевое топливо, подогрев, вязкость, цикловая подача.

Горение топлива в цилиндрах дизеля происходит в течение очень короткого периода, а полнота его сгорания зависит от степени использования воздуха в камере сгорания. Последнее обеспечивается глубиной проникновения топливной струи и степенью распы-ливания топлива по всему объёму камеры сгорания. Эти параметры напрямую зависят от давления топлива в надплунжерном пространстве топливного насоса высокого давления (ТНВД) и от цикловой подачи топлива [1]. Опыты показывают, что в зависимости от вязкости давление топлива над плунжером и цикловая подача ТНВД значительно изменяются. Очевидно, что слишком вязкое топливо будет поступать в камеру сгорания в недостаточном количестве. С другой стороны, слишком низкая вязкость топлива может привести к недостаточной герметичности плунжерной пары [2].

Вязкость дизельного топлива не может быть уменьшена ниже допустимых пределов также потому, что у дизелей топливо одновременно играет роль смазки сопряжений (плунжер - втулка, игла распылителя

- корпус, нагнетательный клапан - седло). Сопряжения и прецизионные пары ТНВД быстрее изнашиваются на топливе с малой смазочной способностью [3, 4, 5].

В настоящее время в дизелях автотракторной техники широко применяют в качестве моторного топлива дизельное

смесевое топливо (ДСТ) [6], представляющее собой смесь минерального топлива и растительного масла, например, рапсового. При повышении вязкости ДСТ увеличивается также нагрузка на элементы ТНВД. Так как вязкость ДСТ напрямую зависит от концентрации в нём рапсового масла (РМ), то нами проведены экспериментальные и теоретические исследования, направленные на изучение влияния процентного состава ДСТ на цикловую подачу и давление топлива в надплунжерном пространстве ТНВД. Экс-

периментальные исследования проводили на безмоторной установке, в состав которой входили:

- стенд для испытаний и регулировки дизельной топливной аппаратуры КИ -921М;

- модернизированный топливный насос высокого давления 4УТНМ, обеспечивающий попарную работу насосных секций одновременно на двух видах топлива (минеральном дизельном топливе (ДТ) и ДСТ);

- датчики давления топлива KV2BDE-Bosch для снятия осциллограмм давления топлива на выходе из штуцера ТНВД и на входе в форсунку;

- термостат ТЖ-ТС-01 для поддержания постоянной температуры испытуемого топлива с погрешностью ±1°С;

- аналого-цифровой преобразователь 1-А 1,5 РСІ, совместимый с персональным компьютером и электрически соединённый с датчиками давления топлива и начала впрыска.

Исследования проводили при закреплённой рейке ТНВД на различных оборотах кулачкового вала ТНВД, начиная с пусковых (200 мин-1) и заканчивая номинальными оборотами (1100 мин-1) с шагом 100 мин-1. Работа ТНВД происходила на минеральном ДТ марки Л-0,2-40 и ДСТ следующего состава: 10 % РМ + 90 % ДТ; 25 % РМ + 75 % ДТ; 37 % РМ + 63 % ДТ; 50 % РМ + 50 % ДТ; 63 % РМ + 37 % ДТ; 75 % РМ + 25 % ДТ; 90 % РМ + 10 % ДТ и 100 % РМ. Перед началом исследований ТНВД был отрегулирован на цикловую подачу (72±1,5 мм3/цикл), соответствующую работе дизеля Д-243 на минеральном ДТ [7].

Параметры топливоподачи рассчитывали с использованием программного комплекса «ВПРЫСК» четвертого поколения, разработанного в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Этот программный комплекс описывает процесс подачи жидких топлив в напорных топливных системах и является инструментом исследования, проектирования и оптимизации топливных систем.

Теоретические и экспериментальные исследования проводили при постоянной температуре топлива 30 °С, а также в при нагревании ДСТ от 30 °С до 80 °С. Топливо

подогревали таким образом, чтобы вязкость нагреваемого ДСТ соответствовала вязкости минерального ДТ при температуре 30 °С. В результате проведённых исследований были получены данные, которые были обработаны и приведены в виде графиков (рис. 1 - 4).

Рис. 1 - Скоростная характеристика ТНВД при различной концентрации рапсового масла в ДСТ (температура топлива 30

gu.,p' mmVumkji

72

70

68

66

64

62

60

58

2 —-

— - - - 4 ... ~ ~ ~ _

5 .

8L

Г

200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

I - 100в/оДТ 30вС; 2 - 10%РМ 30°С; 3- 25°/.РМ 50вС; 4 - 37%РМ 60®С;

5 - 50%РМ 70°С; 6 - 63°/*РМ 80°С; 7 - 75%РМ 80СС; 8 - 90°/оРМ 80°С;

9- 100%РМ 80°С

Рис. 2 - Скоростная характеристика ТНВД при различной концентрации рапсового масла в ДСТ (при нагреве топлива от

30 °С до 80 °С):

-----эксперимент,-------------—расчёт

Из анализа рисунка 1 следует, что с повышением концентрации рапсового масла в ДСТ и частоты вращения кулачкового вала ТНВД при температуре 3O°C происходит резкое снижение цикловой подачи топлива. Такое снижение цикловой подачи негативно сказывается на пуске двигателя и на его ра-

боте в целом, т. к. при этом снижается мощность и ухудшаются другие технико-экономические показатели.

Из анализа рис. 2 следует, что при нагревании дизельных смесевых топлив до температуры, при которой их вязкость соответствует вязкости ДТ при температуре 30°С, с повышением концентрации рапсового масла в ДСТ и частоты вращения кулачкового вала ТНВД также происходит снижение цикловой подачи топлива, но не так резко, как при температуре 30°С. Такая тенденция наблюдается во всём диапазоне частот вращения кулачкового вала ТНВД, вплоть до применения ДСТ с содержанием 67% РМ, нагретого до температуры 80°С. Дальнейшее повышение концентрации в ДСТ до 75% РМ, 90% РМ и 100% РМ и их подогрев до температуры 80°С не приводят к существенному увеличению цикловой подачи топлива по сравнению с подачей топлива при температуре 30°С.

Рис. 3 - Зависимость давления топлива в надплунжерном пространстве (Рнп) ТНВД от частоты вращения кулачкового вала ТНВД (пкв) и от процентного состава ДСТ (температура 30°С):

65 62 59 56 53 50 47 44 41 3 8 35 32 29 26 23

/1

/ и * и

і

X у

у

ЙГ//

//

г і

\1

*

200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

1 - 100%ДТ 30*4’; 2 - 10°/оРМ 311*4 ; 3- 25°/оРМ 50°С; 4 - 37в/оРМ 64!°С;

5 50° «РМ 7о°с : и - 63° о РМ 80°с : 7 - 75МРМ «ГС;

8 - 90°/оРМ 80°С; 9 - 100°/ЬРМ 80°С'.

Рис. 4 - Зависимость давления топлива в надплунжерном пространстве (Рнп) ТНВД от частоты вращения кулачкового вала ТНВД (пкв) и от процентного состава ДСТ (нагрев от 30°С до 80°С):

-----эксперимент,----------—расчёт

Анализ рис. 3 показал, что с повышением концентрации рапсового масла в ДСТ и частоты вращения кулачкового вала ТНВД при температуре 30°С происходит значительное увеличение давления топлива в надплунжерном пространстве насосных секций. Такое повышение давления топлива над плунжером приводит к повышению нагрузки на детали и сопряжения топливной аппаратуры и сбоям в её работе [8].

Из анализа рис. 4 следует, что при нагревании ДСТ до температуры, при которой их вязкость соответствует вязкости ДТ при температуре 30°С, с повышением концентрации рапсового масла в ДСТ и ростом частоты вращения кулачкового вала ТНВД давление топлива в надплунжерном пространстве повышается, но не значительно. Такая тенденция наблюдается вплоть до применения ДСТ с содержанием 75% РМ, нагретого до температуры 80°С. Дальнейшее повышение концентрации в ДСТ до 90% РМ и 100% РМ и их подогрев до 80°С не приводят к снижению давления топлива в надплунжерном пространстве ТНВД по сравнению с давлением топлива при температуре 30°С.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы.

1. Снижение цикловой подачи и повышение давления топлива в надплунжерном пространстве ТНВД при температуре 30°С обусловлены значительным ростом вязкости топлива с увеличением концентрации РМ в ДСТ. Применение ДСТ с концентрацией выше 33% РМ при температуре 30°С не представляется возможным без значительной модернизации топливной системы.

2. Замедленное снижение цикловой подачи и незначительное изменение давления топлива в надплунжерном пространстве ТНВД при нагревании ДСТ (от 30°С до 80°С) обусловлены поддержанием вязкости различных его концентраций на одном уровне. При таких условиях появляется возможность применять в дизелях ДСТ с концентрацией до 67% РМ при температуре 80°С. Для использования ДСТ с более высоким содержанием РМ необходимо обеспечить его нагрев до температуры 100°С и выше, что в полевых условиях невозможно вследствие больших теплопотерь и сопряжено с повышенным риском выхода из строя узлов и агрегатов топливной аппаратуры дизеля.

Библиографический список

1. Свиридов, Ю.Б. Топливо и топливо-подача автотракторных дизелей / Ю.Б. Свиридов, Л.В. Малявинский, М.М. Вихерт. - Л.: Машиностроение, 1979. - 248 с.

2. Грехов, Л.В. Топливная аппаратура и системы управления дизелей/ Л.В. Грехов, Н.А. Иващенко, В.А. Марков. - М.: Легион -Автодата, 2004. - 344 с.

3. Основные направления исследований и результаты использования топлив из возобновляемых ресурсов / С.П. Кулмана-ков, Д.Д. Матиевский, А.В. Шашев, В.А. Ме-

щеряков // Ползуновский вестник. - 2009.

- № 2. - С. 7-16.

4. Уханов, А.П. Исследование изменения физических свойств смесевого рапсово-минерального топлива при различных температурах / А.П. Уханов, А.С. Аверьянов // Достижения и перспективы развития биотехнологии: сборник материалов Всероссийской НПК. - Пенза: РИО ПГСХА, 2010. - С. 9-13.

5. Уханов, А.П. Исследование влияния дизельных смесевых топлив различной композиции на параметры топливоподачи дизеля / А.П. Уханов, А.С. Аверьянов // Вклад молодых учёных в инновационное развитие АПК России: сборник материалов Всероссийской НПК. - Пенза: РИО ПГСХА, 2010. - С. 135-136.

6. Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Термины и определения: ГОСТ Р 52808-2007. - Введ. 2007-12-27. - М.: Изд-во стандартов, 2007. - 25 с.

7. Губейдуллин, Х.Х. Сравнительный анализ использования фильтровальных перегородок плоских и трубчатых текстильных фильтров / Х.Х. Губейдуллин, И.И. Шигапов // Вестник УГСХА № 1. - Ульяновск, 2011, С. 123 - 126.

8. Насосы топливные дизелей. Общие технические условия [Текст]: ГОСТ 10578-95.

- Взамен ГОСТ 10578-86; Введ. 1997-07-01. -М.: Изд-во стандартов, 2000. - 19 с.

9. Уханов, А.П. Зависимость работы дизельной топливной аппаратуры от процентного состава смесевого топлива [Текст] / А.П. Уханов, А.С. Аверьянов // Вклад молодых учёных в инновационное развитие АПК России: сборник материалов Всероссийской НПК. - Пенза: РИО ПГСХА, 2009. - С. 29-30.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.