Возможности появления под-впрыскиваний топлива при неустановившихся режимах работы дизеля Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.436.038.001

ВОЗМОЖНОСТИ ПОЯВЛЕНИЯ ПОДВПРЫСКИВАНИЙ ТОПЛИВА ПРИ НЕУСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМАХ РАБОТЫ ДИЗЕЛЯ

Н. Н. Патрахальцев, Д. Е. Соловьёв', Карлос Мунарес Тапиа2

1) Кафедра комбинированных ДВС Российского университета дружбы народов Россия, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая 2) Национальный инженерный университет (UNI) г. Лима, Перу

Приводятся результаты экспериментального исследования топливной аппаратуры дизеля 64 15/18, подгвер-ждающие возможность появления подвпрыскиваний топлива при неусгановившихся режимах работы дизеля в области частот вращения и нагрузок, где подвпрыски отсутствуют при установившихся режимах.

Подвпрыскивание топлива, т.е. дополнительная подача небольшой порции топлива, происходящая после основного впрыскивания топлива в цилиндр, является вредным явлением, приводящим к снижению экономичности, повышению дымности отработавших газов (ОГ), дополнительным термическим нагрузкам, коксованию распылителя форсунки и т.д. [1]. Одним из наиболее распространённых видов топливной аппаратуры (ТА), применяемой на современных дизелях, является аппаратура разделённого типа, содержащая насос высокого давления с нагнетательным клапаном, трубопровод высокого давления и форсунку закрытого типа. Одним из параметров работы такой аппаратуры является остаточное давление (Рост_) или остаточный свободный объём (Vocm ) в линии высокого давления топлива

(ЛВД) [2]. Последний появляется при наличии в ЛВД остаточного разрежения. Указанные остаточные давления (или разрежения) определяют начальные давления или начальные свободные объёмы (разрежения) в ЛВД перед очередным циклом впрыскивания (Рнач ),

(Унач ). (В дальнейшем для удобства будем говорить об остаточном или начальном давлении, понимая под ним и разрежение). При работе дизеля остаточное давление предыдущего (z'-го) цикла равно начальному давлению последующего (z+1-го) цикла. Причём, на данном установившемся режиме работы дизеля (УР) эти параметры постоянны (с определённой нестабильностью 8Рнач ост , свойственной данной аппаратуре и дизелю), т.е. имеем:

~ ^нач. ~ Рocm.i - ^ост. = Const.

При неустановившемся режиме работы (НУР) справедливо соотношение:

^нач-1+\ ~ ^нач. ~ ^ост.\ - ^РОСт. ~ ^аг-

[3]. Это связано с тем, что каждому типу аппаратуры соответствует определённая характеристика изменения остаточного и начального давления в функции от частоты вращения вала (и) или положения рейки (Ар) топливного насоса высокого давления (ТНВД), т.е.

^нач.,ост. ~f(n^p)-

Следовательно, при НУР, когда происходит изменение п и/или Ар, происходит соответствующее изменение остаточного и начального давлений, т.е.

рНУР * РУР

Гост.,нач. ^ гост.,нач.

Величина начального давления определяет скорость распространения звука и сжимаемость топлива. Следовательно, отличия в величинах начального давления при УР и при НУР определят отличия в процессах топливоподачи, а следовательно, и отличия в протекании рабочих процессов в дизеле. Таким образом, НУР дизеля сопровождается переходными процессами (ПП) изменения остаточных и начальных давлений в ЛВД, которые приводят к изменению подач топлива (в сравнении со сходственными циклами УР), изменению начала,

конца и всей характеристики впрыскивания. ПП в ЛВД может приводить к появлению под-впрыскиваний топлива в области режимов, на которых при УР подвпрысков не наблюдалось. Появление подвпрыскиваний топлива в циклах НУР дизеля (сходственных с УР, т.е.

при одинаковых п и Ар) связано с появлением существенно больше или существенно

меньше, чем при УР, т.е. когда это отличие превышает величину 5Рнач ост_, свойственную

данной ТА при УР. Такое явление возможно, когда при работе на режиме, например, с низким остаточным давлением, резко переводят рейку ТНВД в новое положение, где в условиях УР Рнач намного превышает исходное. В ЛВД начинаются ПП изменения начального

(остаточного) давления и появляется возможность подвпрыскивания (рис.1, 2, где проведено сравнение двух сходственных циклов топливоподачи при УР и НУР).

ь

Ф

X

X

ф

с;

ш

(О

СГ

Угол поворота коленч. вала (град.). Рис. 1. Осциллограммы давления топлива в штуцере насоса (Р н) в сходственных циклах УР и НУР

Град, угла поворота коленч. вала.

Рис. 2. Осциллограммы хода иглы в сходственных циклах

УР и НУР

рнач. = 5,2Л/Яа, а Р^ч < 0, т.е. в ЛВД имеется разрежение.

Скорость нарастания давления в надплунжерной полости при НУР резко уменьшилась (с 3,4 МПа/град. ПКВ. до 1,9 МПа/град.). Подъём иглы форсунки начинается с запаздыванием в 3° ПКВ. и имеет колебательный характер, расход топлива через форсунку в начальной фазе снизился, отсечка подачи произошла при повышенном давлении в надплунжерной полости и привела к интенсивному волновому процессу в ЛВД. Игла форсунки садится на седло с запаздыванием, волновой процесс в ЛВД вызывает её повторный подъём - подвпрыск. В зависимости от величины подвпрыска, остаточное давление может быть как повышенным, так и пониженным, т.е. процесс подвпрыскивания может повториться. Величина начального давления при прочих равных условиях меняет составляющие баланса расхода топлива через форсунку в начальной и конечной стадиях. При низком начальном давлении уменьшается расход в начальной фазе, но возрастает в конечной. Топливо из ЛВД не успевает стравиться через форсунку, в ЛВД сохраняется повышенное давление, интенсифицируется волновой процесс после отсечки подачи, приводящий к подвпрыскиванию. При чрезмерно высоком начальном давлении в ЛВД интенсифицируется расход через форсунку в начальной фазе, что зависит не только от движения плунжера ТНВД, но и от количества топлива, аккумулированного в ЛВД. Чем больше отношение объёма ЛВД к величине цикловой подачи топлива, тем выше степень влияния начального давления на перераспределение расходов топлива по фазам топливоподачи и тем выше опасность появления подвпрысков. Протекание ПП изменения остаточного и начального давлений в ТА характеризуется критерием стабильно-

I

сти топливной аппаратуры (= дРост / дРнач ), который отражает устойчивость ТА в ПП

I

при наличии “большого” возмущения по Рнач ■ При | К\ | меньшем, большем или равном

единице ПП является сходящимся, расходящимся или колебательным с амплитудой 8Р^Ч .

Расходящийся ПП может многократно приводить к подвпрыскам.

Проведённый анализ позволяет объяснить повышенную интенсивность дымления прогретого дизеля без турбонаддува в процессе разгона.

ЛИТЕРАТУРА

1. Семёнов Б. Н., Павлов Е. П., Копцев В. П. Рабочий процесс высокооборотных дизелей л алой мощности. Ленинград, Машиностроение. Ленинградское отделение, 1990. - 240 с.: ил. С. 180-199.

2. Топливные системы и экономичность дизелей. !И В. Астахов, Л. Н. Голубков, В. И. "русое и др. -М.: Машиностроение, 1990,- 288с.: ил. - С.22 - 33.

3. Патрахальцев Н. Н., Царитов А. 3., Костиков А. В. Переходные процессы в топлив-юй аппаратуре дизеля и его динамические качества./УАвтомобильная промышленность, 001, № 1. - С. 11 - 13.

UDC 621.436.038.001

POSSIBILITY OF ADDITIONAL INJECTION OF FUEL DURING OF TRANSIENT REGIMES

N. Patrakhaltsev, D. E. Soloviyov1, Carlos Munares Tapia2

1) Department of Internal Combustion Engines Russian Peoples’ Friendship University Mikluho-Maklaya st., 6, 117198. Moscow, Russia

2) University National of Engineering Lima, Peru

There are presented results of experimental research of opportunities of additional injection of el in diesel engines during transient regimes.