Формирование закона подачи топлива в дизеле путём управления нагнетательным клапаном

УДК 621. 436

ФОРМИРОВАНИЕ ЗАКОНА ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЕ ПУТЁМ УПРАВЛЕНИЯ НАГНЕТАТЕЛЬНЫМ КЛАПАНОМ

FORMATION OF THE LAW OF FUEL SUPPLY IN DIESEL BY THE CONTROL OF THE PERFORMANCE VALVE

В.М. Славуцкий, доктор технических наук, профессор Е.А. Салыкин, кандидат технических наук, доцент А.А. Карпов, магистрант А.С. Аксёнов, магистрант

V.M. Slavutskii, E.A. Salykin, A.A. Karpov, A.S. Aksyonov

Волгоградский государственный технический университет Volgograd State Technical University

При совершенствовании транспортных дизелей особая роль отводится организации процесса впрыскивания топлива. Совершенствование системы топливоподачи напрямую отражается на эффективных, экологических и экономических показателях современного дизельного двигателя. Требования, предъявляемые к системам топливоподачи, в основном связаны с интенсификацией процесса впрыскивания, гибким регулированием подачи топлива цикловой, характеристик, опережения впрыскивания на всех эксплуатационных режимах двигателя. Современные аккумуляторные системы, подающие топливо, полностью отвечают приведенным требованиям. Однако, в силу присущих аккумуляторным системам недостатков, и, в большей степени, благодаря имеющемуся огромному научному, конструкторскому и технологическому опыту, актуальной является модернизация традиционных разделенных систем топливоподачи непосредственного действия. В статье описан метод формирования закона подачи топлива на режимах перегрузки дизеля (корректорная ветвь внешней скоростной характеристики). В традиционной системе разделённого типа закон движения нагнетательного клапана, в том числе, в момент разобщения нагнетательной магистрали и надплунжерной полости, определяется соотношением сил давления топлива в надплунжерной полости и упругости пружины клапана. Предлагается оснастить нагнетательный клапан управляемым электромагнитным исполнительным механизмом. Управление движением нагнетательного клапана осуществляется в фазе его закрытия, после начала отсечки, когда давление в надплунжерной полости снижается [1-11].

With the improvement of transport diesel engines, a special role is assigned to the organization of the fuel injection process. Improving the fuel supply system directly affects the efficient, environmental and economic performance of a modern diesel engine. The requirements for fuel delivery systems are mainly related to the intensification of the injection process, flexible regulation of the cyclic fuel supply, characteristics, advance of injection in all operational modes of the engine. Modern battery systems supplying fuel, fully meet the requirements. However, due to the drawbacks inherent in battery systems, and, to a large extent, due to the huge scientific, engineering and technological experience available, actual modernization of traditional split fuel delivery systems of direct action is actual. The article describes the method of forming the fuel supply law for the diesel overload regimes (corrector branch of the external high-speed characteristic). In the traditional system of the separated type, the law of motion of the discharge valve, including at the moment of separation of the discharge line and the over-plunger cavity, is determined by the ratio of the fuel pressure forces in the over-plunger cavity and the elasticity of the valve spring. It is proposed to equip the pressure valve with a controlled electromagnetic executive mechanism. The control of the delivery valve movement is carried out in the phase of its closing, after the cutoff starts, when the pressure in the plunger dankness decreases [1-11].

Ключевые слова: нагнетательный клапан, формирование закона подачи топлива, корректорная ветвь, скоростное форсирование, цикловая подача, скоростная характеристика, отсечка подачи топлива, надплунжерная полость, нагнетательная магистраль.

Key words: discharge valve, formation of the fuel supply law, correction branch, highspeed boost, cyclic feed, high-speed characteristic, fuel cutoff, plunger cavity, discharge line.

Введение. Для улучшения тяговых свойств дизеля реализуют режим постоянной мощности. На корректорной ветви скоростной характеристики (режим перегрузки) для поддержания мощности постоянной, при каждом уменьшении угловой скорости вращения коленвала, связанным с повышением нагрузки, требуется подать в цилиндры дополнительно строго определённое количество топлива. Это далеко непростая задача. Штатный корректор топливной системы на это не рассчитан.

Исследование механизма топливоподачи при форсировании насоса топливного по скорости (удвоение скорости вращения вала) и предлагаемое управление нагнетательным клапаном позволят разработать методику формирования закона подачи топлива в двигателе постоянной мощности.

Материалы и методы. Математическое описание закона движения клапана -наиболее существенный момент математической модели топливоподающей системы с управляемым нагнетательным клапаном. В исходной модели движение клапана происходит под действием действующих на клапан результирующих сил. В случае управляемого движения клапана, его движение происходит по необходимому закону вне зависимости от значений результирующих сил.

При исследованиях использован произвольный закон подъема клапана (как в штатной системе) и линейный закон его опускания. Линейный закон посадки клапана должен обеспечить закрытие клапана (вход разгрузочного пояска в канал корпуса клапана) в заданный момент времени (угол поворота вала насоса фз).

Причем опускание клапана, в соответствии с принятой методикой, должно начинаться при его положении, соответствующем максимальному подъему. Такой закон движения клапана нагнетательного связан с рядом причин. Во-первых, в соответствии с методикой, был выбран вариант, когда закон движения клапана при подъеме и высота подъема - серийные. Это обеспечивает выделение только фактора, связанного с закрытием клапана. Во-вторых, при принудительном опускании клапана из положения максимального подъема значительно облегчается управление клапаном с помощью микропроцессора. Время срабатывания исполнительного механизма в данном случае соответствует максимальному сигналу датчика, регистрирующего подъем клапана. Линейный закон опускания клапана принят по той же причине. Данную закономерность движения, на наш взгляд, легче реализовать с помощью микропроцессора. Следовательно, другая причина связана с возможностями электронного блока управления.

Приняты следующие обозначения (рисунок 1):

1) угол начала опускания нагнетательного клапана фо; 2) положение клапана (подъем клапана h„) в момент начала опускания; 3) угол закрытия клапана фз;

4) угол посадки клапана фпк; 5) скорость посадки клапана ск.

В соответствии с принятой методикой, широко использовано задание положения начала опускания клапана ^ и угол его закрытия фв.

На рисунке 2 показан ход разгрузки нагнетательного клапана B - это расстояние, пройденное клапаном от момента входа разгружающего пояска в корпус до момента посадки клапана в гнездо. Угол закрытия фз отсчитывается по оси фв в точке пересечения кривой перемещения клапана с горизонталью, соответствующей ходу разгрузки.

***** ИЗВЕСТИЯ ***** № 1 (49) 2018

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Фвп2 ! Ф„к| Ф»

Ф,2 Фз]

Рисунок 1 - К расчету движения нагнетательного клапана

Результаты и обсуждение. На рисунках 2-4 приведен результат расчетов перемещений клапана нагнетательного ^ в функции угла поворота вала насоса фв. Следует заметить, что клапан с определенной скоростью принудительно опускается только достигнув максимальную высоту подъема. Угол закрытия клапана фз изменяется в сторону уменьшения и увеличения от базового его значения.

Ьк, мм 1

Рисунок 2 - Зависимость перемещения нагнетательного клапана ^ от угла поворота вала насоса фв при различных углах закрытия нагнетательного клапана фз:

—^—- 34,69 град.; щ - 35,69 град.; —ф— - 36,69 град.; —ф— - 37,69 град.;

± - 38,69 град.;-- 39,69 град, (базовый угол); —¿^-- 40,69 град.;

—О—- 41,69 град.; -О—- 42,69 град.; —Щ—- 43,69 град.; частота вращения вала насоса пв = 2000 мин-1. Ход разгруки нагнетательного клапана B = 1,85 мм

***** ИЗВЕСТИЯ ***** № 1 (49) 2018

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Например, при пв = 2000 мин-1 (рисунок 3) базовым является фз = 39,69 град. Диапазон изменения: от 34,69 до 43,69 град. При пв = 3000 мин-1 и 4000 мин-1 пределы изменения угла закрытия клапана принимались фз = 39,96.. .47,96 и фз = 36,32...50,32 соответственно (рисунки 3, 4). Такие широкие пределы фз позволили максимально выявить возможности предлагаемого метода изменения цикловой подачи топлива путем принудительного закрытия клапана.

Ь„, мм 5 4

3 2

1

0

38 42 46 50 54 ср„ град.

Рисунок 3 - Зависимость перемещения нагнетательного клапана ^ от угла поворота вала насоса фв: пределы изменения угла закрытия клапана фз = 39,96.47,96 град; ход разгрузки В = 1,85 мм. Частота вращения вала насоса пв = 3000 мин-1

йк, мм 5 4 3 2

1 0

34 38 42 46 50 54 58 <рв, град. Рисунок 4 - Зависимость перемещения нагнетательного клапана ^ от угла поворота вала насоса фв: пределы изменения угла закрытия клапана фз = 36,32.50,32 град; ход разгрузки В = 1,85 мм. Частота вращения вала насоса пв = 4000 мин-1

322

ИЗВЕСТИЯ'

№ 1 (49), 2018

Важным показателем является скорость нагнетательного клапана при его посадке. На рисунке 5 приведено изменение скорости в функции угла закрытия клапана для трех значений частоты вращения вала насоса пв. Используя эти результаты расчета, можно оценить нагруженность сопряжения нагнетательный клапан - корпус клапана, и выбрать диапазон изменения угла закрытия фз, в котором скорость движения клапана мало отличается от скорости при базовом значении фз.Так, при пв = 2000 мин-1 скорость движения клапана Ск не превышает 9 м/с, если угол закрытия клапана фз несколько больше 36 град (рисунок 5). Если пв = 4000 мин-1, то скорость клапана Ск, не превышает 10 м/с в диапазоне изменения фз от 44 до 55 град.

Рисунок 5 - Зависимость скорости посадки нагнетательного клапана от угла его закрытия фз при различных частотах вращения вала насоса пв: 1 - Пв = 2000 мин-1; 2 - щ = 3000 мин-1; 3 - Пв = 4000 мин-1

В результате расчетов установлено, что каждой частоте вращения вала насоса пв соответствует определенный диапазон изменения угла закрытия нагнетательного клапана, в котором заметно изменяется цикловая подача топлива. Этот диапазон расширяется и смещается в сторону увеличения угла закрытия клапана с повышением скорости вращения вала насоса.

Так, при пв = 1600 мин-1 изменение угла закрытия клапана фз от 32,4 до 36,4 град приводит к увеличению цикловой подачи топлива Qц от 32,8 до 68 мм3 (рисунок 6). Изменению фз от 34,8 до 38 град, соответствует увеличение цикловой подачи Qц от 46,2 до

3 -1 -1

64,3 мм , если частота вращения вала насоса пв = 2000 мин . При пв = 3000 мин цикловая подача Qц увеличивается от 52 до 61,8 мм3 , что соответствует изменению угла закрытия клапана фз от 40 до 47 град. При частотах вращения вала насоса 3600 и

-1 3

4000 мин цикловая подача топлива увеличивается от 34 до 55 мм . При этом угол закрытия клапана изменяется от 36,5 до 48 град.

ИЗВЕСТИЯ'

№ 1 (49) 2018

Рисунок 6 - Зависимость цикловой подачи топлива Qц от угла закрытия нагнетательного клапана фз при различных частотах вращения вала насоса пв:

- 1600 мин"1; —ф— - 1800 мин"1; —--2000 мин"1; —£--2200 мин"1;

- 2400 мин"1; —Л--2600 мин"1; - 3000 мин"1; —---3200 мин"1;

- 2600 мин"1; 3000 мин"1;

- 3600 мин"1; -Ж--4000 мин"1

Заключение. Анализ результатов проведенных исследований позволил разработать методику формирования закона подачи топлива при работе двигателя постоянной мощности на корректорной ветви скоростной характеристики.

Библиографический список

1. Возможности совершенствования топливоподающей системы автотракторных дизелей за счет оптимизации профиля кулачкового вала [Текст]/ А.М. Ларцев [и др.] // Справочник. Инженерный журнал. - 1999. - №12. - С. 28-29.

2. Двигатели внутреннего сгорания [Текст]/ Под ред. В.Н. Луканина. - М.: Высш. школа, 1995. - 368 с.

3. Интенсификация процесса подачи топлива в дизеле с использованием изменения закона движения плунжера [Текст]/ В.М. Славуцкий [и др.] // Справочник. Инженерный журнал. - 2001. - №12. - С. 16-18.

4. Ковальчук Л.Н. Формирование инвариантных обобщенных показателей качества функционирования топливной аппаратуры дизелей [Текст]/ Л.Н. Ковальчук, А.В. Толмачев // Двигателестроение. - 2000. - №2. - С. 19-21.

5. Кузнецов, Н.Г. Повышение эксплуатационных показателей МТА за счет применения двигателя постоянной мощности [Текст]/ Н.Г. Кузнецов [и др.] // Проблемы научного обеспечения и экономической эффективности орошаемого земледелия в рыночных условиях: материалы Международн. науч.-практич. конф. / Волгогр. гос. с.-х. акад. - Волгоград, 2001.

6. Кузнецов, Н.Г. Влияние регулятора топливного насоса на работу дизеля постоянной мощности в составе машинно-тракторного агрегата [Текст]/ Н.Г Кузнецов [и др.] // Повышение надежности и эффективности использования сельскохозяйственной техники: сб. науч. тр. -Волгоград: ВГСХА, 1992.

7. Способ подачи топлива в цилиндры дизеля [Текст] : пат. 2187688 РФ, МПК F 02 M, 63/04 / Славуцкий В.М., Славуцкий В.В., Салыкин Е.А. и др. - №2000128585/06; Заявлено 15.11.2000; Опубл. 20.08.2002, Бюл. №23.

8. Способ регулирования подачи топлива в цилиндры дизеля [Текст] : пат. 2330176 Российская Федерация, МПК7 F02M 63/04/ Славуцкий В.М., Белозубов Ю.В., Каныгин З.В., Хар-сов З.Х. ; заявитель и патентообладатель ВолгГТУ. - №2007101097/06 ; заявл. 09.01.07 ; опубл. 27.07.08. Бюл. № 21. - 8 с. : ил.

9.. Топливная система дизеля [Текст] : пат. 2330174 Российская Федерация, МПК7 F02M 47/00/ Славуцкий В.М., Черныш А.Г., Каныгин З.В., Белозубов Ю.В.; заявитель и патентообладатель ВолгГТУ. - №2007101103/06 ; заявл. 09.01.07 ; опубл. 27.07.08. Бюл. № 21. - 12 с.

10. Устройство управления топливоподачей дизеля [Текст] : пат. 2260145 Российская Федерация, МПК7 F02M 59/36. / Славуцкий В.М., Ларцев А.М., Салыкин Е.А. и др.; заявитель и патентообладатель ВолгГТУ. - №2004100643/06; заявл. 08.01.04; опубл. 10.09.05. Бюл. № 25.

11. Форсирование топливного насоса по скоростному режиму [Текст]/ В.М. Славуцкий [и др.] // Прогресс транспортных средств и систем - 2002: матер. Междунар. науч.-практич. конф., Волгоград, 8 - 11 октября 2002 г. / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2002. - Часть 2. - С. 204- 205.

Reference

1. Vozmozhnosti sovershenstvovaniya toplivopodayuschej sistemy avtotraktornyh dizelej za schet optimizacii profilya kulachkovogo vala [Tekst]/ A. M. Larcev [i dr.] // Spravochnik. Inzhenernyj zhurnal. - 1999. - №12. - S. 28-29.

2. Dvigateli vnutrennego sgoraniya [Tekst]/ Pod red. V. N. Lukanina. - M.: Vyssh. shkola, 1995. - 368 s.

3. Intensifikaciya processa podachi topliva v dizele s ispol'zovaniem izmeneniya zakona dvizheniya plunzhera [Tekst]/ V. M. Slavuckij [i dr.] // Spravochnik. Inzhenernyj zhurnal. - 2001. -№12. - S. 16-18.

4. Koval'chuk L. N. Formirovanie invariantnyh obobschennyh pokazatelej kachestva funkcionirovaniya toplivnoj apparatury dizelej [Tekst]/ L. N. Koval'chuk, A. V. Tolmachev // Dvigate-lestroenie. - 2000. - №2. - S. 19-21.

5. Kuznecov, N. G. Povyshenie jekspluatacionnyh pokazatelej MTA za schet primeneniya dvigatelya postoyannoj moschnosti [Tekst]/ N. G. Kuznecov [i dr.] // Problemy nauchnogo obespech-eniya i jekonomicheskoj jeffektivnosti oroshaemogo zemledeliya v rynochnyh usloviyah: materialy Mezhdunarodn. nauch. -- praktich. konf. / Volgogr. gos. s. -- h. akad. Volgograd, 2001. HH s.

6. Kuznecov, N. G. Vliyanie regulyatora toplivnogo nasosa na rabotu dizelya postoyannoj moschnosti v sostave mashinno-traktornogo agregata [Tekst]/ N. G Kuznecov [i dr.] // Povyshenie nadezhnosti i jeffektivnosti ispol'zovaniya sel'skohozyajstvennoj tehniki: sb. nauch. tr. - Volgograd: VGSXA, 1992. - S.

7. Sposob podachi topliva v cilindry dizelya [Tekst] : pat. 2187688 RF, MPK F 02 M, 63/04 / Slavuckij V. M., Slavuckij V. V., Salykin E. A. i dr. - №2000128585/06; Zayavleno 15.11.2000; Opubl. 20.08.2002, Byul. №23.

8. Sposob regulirovaniya podachi topliva v cilindry dizelya [Tekst] : pat. 2330176 Rossijskaya Federaciya, MPK7 F02M 63/04/ Slavuckij V. M., Belozubov Yu. V., Kanygin Z. V., Harsov Z. H. ; zayavitel' i patentoobladatel' VolgGTU. - №2007101097/06 ; zayavl. 09.01.07 ; opubl. 27.07.08. Byul. № 21. - 8 s. : il.

9.. Toplivnaya sistema dizelya [Tekst] : pat. 2330174 Rossijskaya Federaciya, MPK7 F02M 47/00/ Slavuckij V. M., Chernysh A. G., Kanygin Z. V., Belozubov Yu. V.; zayavitel' i patentoobladatel' VolgGTU. - №2007101103/06 ; zayavl. 09.01.07 ; opubl. 27.07.08. Byul. № 21. - 12 s.

10. Ustrojstvo upravleniya toplivopodachej dizelya [Tekst] : pat. 2260145 Rossijskaya Feder-aciya, MPK7 F02M 59/36. / Slavuckij V. M., Larcev A. M., Salykin E. A. i dr.; zayavitel' i paten-toobladatel' VolgGTU. - №2004100643/06; zayavl. 08.01.04; opubl. 10.09.05. Byul. № 25.

11. Forsirovanie toplivnogo nasosa po skorostnomu rezhimu [Tekst]/ V. M. Slavuckij [i dr.] // Progress transportnyh sredstv i sistem - 2002: mater. Mezhdunar. nauch. -- praktich. konf., Volgograd, 8 - 11 oktyabrya 2002 g. / VolgGTU i dr. - Volgograd, 2002. - Chast' 2. - S. 204- 205.

E-mail: viktorslav39@gmail.com

УДК 629.114.2

МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ТЯГОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В НАВЕСНОМ УСТРОЙСТВЕ ТРАКТОРА

METHOD OF INCREASING THE ACCURACY OF MEASUREMENT OF THE DRIVE RESISTANCE IN THE OUTBOARD ACCESSORIES

OF THE TRACTOR

Р.А. Косульников, кандидат технических наук, доцент А.А. Карсаков, кандидат технических наук, доцент С.Д. Фомин, кандидат технических наук, доцент Е.А. Назаров, кандидат технических наук, доцент

R.A. Kosul'nikov, A.A. Karsakov, S.D. Fomin, E.A. Nazarov

Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agrarian University

Для оценки достоверности разрабатываемых моделей процесса взаимодействия с почвой рабочих органов с.-х. машин, движителей различного рода транспортных средств необходимы точные значения экспериментальных данных по тяговым испытаниям, полученным в поле или почвенном канале. Тензометрирование широко используется в мире для оценки усилий и напряжений в силовых конструкциях. При проведении полевых тяговых испытаний важнейшим показателем является определение горизонтальной составляющей тягового усилия со стороны сельскохозяйственного орудия, однако на точность измерения этого показателя влияет множество факторов, один из которых угловые колебания остова трактора в продольно-вертикальной плоскости (галопирование). Для определения горизонтальной составляющей тягового усилия при использовании трехточечного крепления агрегата к трактору применяются, так называемые, тензопальцы, установленные в местах соединения МТА. Так как сумма напряжений не зависит от точки приложения силы по длине тензопальца, то тензодатчики должны лежать в одной горизонтальной плоскости. Разработанный метод с использованием предлагаемого варианта схемно-конструктивного решения позволит существенно повысить точность измерения горизонтальной составляющей тягового усилия. Устройство обеспечивает поворот тензопальцев в зависимости от галопирования трактора, которое происходит из-за деформации шин и почвы, упругих элементов мостов, вследствие неровностей поверхности качения. Это позволяет тензодатчикам находиться в неизменном горизонтальном положении, вследствие этого повышается точность измерений. Результаты такого рода исследований необходимы для проектирования, моделирования, прогнозирования, оценки эффективности и оптимизации различных видов с.-х. машин, внедорожных транспортных средств, землеройных машин, тракторов и с.-х. оборудования для обработки почвы, тяговых элементов, колесных мобильных роботов и автономных тяговых транспортных средств и др.

To assess the reliability of the developed models of the process of interaction with the soil of agricultural workers. machines, propulsors of various types of vehicles, exact values of the experimental data on traction tests obtained in the field or soil channel are needed. Strain gauging is widely used in the world to assess the forces and stresses in power structures. In the field of traction testing, the most important indicator is the determination of the horizontal component of the tractive effort on the part of the agricultural implement, but the accuracy of measuring this index is influenced by many