Анализ методов раскоксовывания распылителей форсунок дизельных двигателей

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 621.4

АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСКОКСОВЫВАНИЯ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ ФОРСУНОК ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Братков Алексей Сергеевич, магистрант; ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева, Москва, РФ

В статье приведен анализ раскоксованияраспылителей форсунок дизельных двигателей. Нага-роотложения на деталях цилиндропоршневой группы, а так же закоксовывание распылителей форсунок оказывает значительное отрицательное влияние на эффективность и надежность работы дизелей.

Ключевые слова: распылитель; присадка; закоксование форсунок; двигатель; форсунка.

ANALYSIS OF METHODS OF REMOVAL OF CARBON FROM PISTON ON NOZZLES OF DIESEL ENGINES INJECTORS

Bratkov Alexey Sergeevich, graduate student, Timiryazev State Agrarian University, Moscow, Russia

The article presents an analysis of the removal of carbon from piston on nozzles of diesel engines injectors. Carbon deposits on the parts of the cylinder piston group, as well as the coking nozzles of injectors has a significant negative impact on the efficiency and reliability of diesel engines. Keywords: nozzle; additive; coking of the injectors; engine; injector

Для цитирования: Братков А.С. Анализ методов раскоксовывания распылителей форсунок дизельных двигателей // Наука без границ. 2019. № 7(35). С. 33-37.

Методы раскоксовывания распылителей можно разделить на три группы: механические, химические и путем использования водотопливных эмульсий, причем вода может быть использована с растворенными в ней добавками.

Механические методы предполагают чистку распылителей путем использования различных механических инструментов, требуют больших затрат времени и могут привести к повреждению распылителей [1].

Более широко применяются химические методы. Так, например, можно сказать о первой отечественной моще-диспергиру-ющей присадке АМГ-1, не уступающей лучшим зарубежным аналогам (Лубризол 8220, Праймен 81Р, GBX). Из зарубежных присадок в первую очередь нужно назвать фирму Injector Clean Systems. Предлагается устройство Smoke Buster для очистки распылителей за 15-23 минут работы дизельного двигателя на холостом ходу. Чистящая присадка смешивается с топливом, и дизель работает на этой смеси.

В исследованиях ученых говорится о том, что фирма Chevroll Research Go (США) разработала беззольную мою-ще-диспергирующую присадку к топливу, уменьшающую в два раза отложения нагара на распылителях высокооборотных малолитражных дизелей. Удельный вес присадки при температуре 15°С равен 890 кг/м3, температура вспышки - 43°С. При этом степень очистки распылителей изменялась в пределах от 30 до 70% (при среднем значении 51%). После добавления присадки степень очистки распылителей улучшилась [2].

Известно, что некоторые неорганические присадки, как, например, соединения бария, снижают концентрацию сажи в отработавших газах и уменьшают образование отложений.

Фирма Parker Automobile Corporation (США) разработала и производит установки Carbon Clean, предназначенные для диагностики двигателей, промывки и очистки всех элементов топливной аппаратуры, как дизелей, так и инжекторных двигателей от нагара и пленки, образующихся в результате окисления и полимеризации топлива и масла. Очистка производится с помощью химического растворителя углеродистых частиц. Устройство содержит рабочий бак для смеси и вспомогательный - для дизельного топлива, топливный насос подает топливо из вспомогательного 34

в рабочий бак, где топливо смешивается с химическим растворителем. Сюда же сливается смесь после прохождения моечного цикла [3, 4].

Установка IDT дает возможность устранять смолу, пленку, нагар и другие вещества с деталей топливных систем дизельных двигателей любых типов. Установка имеет топливный насос, перекачивающий топливо (18 л/час), датчик загрязнения водой, индикатор засорения фильтра установки, резервуар для смеси топлива с химическим растворителем, отделитель воды от топлива, прозрачный резервуар для продуктов химической реакции (осадка), съемный резервуар для дизельного топлива, индикаторы уровня жидкости в топливном и других резервуарах, сигнальное устройство с блоком управления данных для оповещения механика об окончании моечного цикла, тахометр с цифровым дисплеем на жидких кристаллах, зонд тахометра.

При проведении технического обслуживания установка IDT временно подсоединяется к двигателю таким образом, что заменяет систему подачи топлива. При работе двигателя на холостом ходу смесь топлива и растворителя циркулирует под давлением в топливной системе, очищая загрязненные детали. Водяная эмульсия отделяется от раствора и направляется через фильтр в резервуар установки. Очистка длится приблизительно один час. После завершения моечного цикла установка автоматически выключает дизельный двигатель [5].

Данная установка является портативной и передвижной. Ее использование позволяет улучшить прозрачность отработавших газов в среднем на 25%, сократить расход топлива на 15%, увеличить мощность на 18%, дает возможность сократить объем дорогостоящих ремонтных работ и увеличить срок службы двигателя.

Известна присадка CEEV, специально

разработанная для снижения закоксовы-вания штифтовых распылителей, и ее отечественный аналог АМГ-3. Проведенная оценка влияния присадки АМГ-3 на закоксовывание распылителей форсунок дизельного двигателя показала, что добавление АМГ-3 в топливо в концентрации 0,05% способствует снижению степени закоксовывания распылителей на 32%. Таким образом, интерес к новым мою-ще-диспергирующим присадкам не ослабевает, и исследователи продолжают разрабатывать новые присадки, обладающие высокой эффективностью, на основе доступных источников сырья. Недостатком присадок является их высокая стоимость.

В ГОСНИТИ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) разработан способ безразборной очистки распылителей форсунок дизелей путем периодической работы двигателя на водо-топливных эмульсиях (ВТЭ), приготовляемых механическим способом или с помощью ультразвуковой установки УЗУ-01 (частота ультразвука 18 кГц). ВТЭ приготавливается вне системы питания дизеля и подается из отдельной емкости в линию низкого давления [6].

В процессе работы двигателя на ВТЭ происходит разрушение коксовых отложений в распылителе форсунки в результате пароструйной эрозии, возникающей при испарении капель воды (размер капель до 6-12 мкм), равномерно распределенных в объеме.

Исследования показали, что серийные распылители, закоксованные ускоренным методом и раскоксованные при работе двигателя на ВТЭ, обеспечивают последующую наработку на отказ, равную 75-80% от наработки распылителей, не подвергшихся очистке. Рекомендовано проводить профилактическую безразборную очистку распылителей через 480 часов при втором ТО-2 [7].

В ГОСНИТИ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) была разработана методика и установка

по удалению коксовых отложений в рас-пыливающих отверстиях распылителей и попутно - нагара в цилиндропоршневой группе (ЦПГ) на работающем двигателе. Стенд состоит из каркаса, бака-смесителя с расположенными на нем форсунками и трубкой, контролирующей уровень топлива, электрошкафа, пульта управления. В состав стенда входят ТНВД УТН-5, муфта привода, электродвигатель привода ТНВД, кран-распределитель для переключения потока топлива и эмульсии, воронка для введения в бак-смеситель топлива и компонентов эмульсии, кран для сообщения и разобщения трубопровода подачи топлива и бака-смесителя [4, 8].

Работа стенда происходит следующим образом: после ввода всех компонентов эмульсии (топлива, воды и эмульгатора) включается ТНВД. При этом кран-распределитель устанавливается в положение «смесь к ТНВД», а тумблер на пульте управления в положение «приготовление эмульсии». Смесь начинает циркулировать по контуру бак-смеситель-ТНВД-бак-сме-ситель. Впрыск смеси при циркуляции осуществляется через форсунки, установленные на баке-смесителе. Время приготовления смеси на стенде 0Р-15720 составляет 25 минут и устанавливается по реле времени. По истечении времени приготовления эмульсии реле времени срабатывает и останавливает электродвигатель привода ТНВД. Стенд включается в режим «эмульсия к двигателю», тумблер на пульте управления - в положение «раскок-совывание», запускается двигатель и выводят его на максимальную частоту холостого хода. В течение 30 минут двигатель работает на этом режиме. Далее двигатель нужно остановить, отсоединяются топливопроводы стенда и присоединяются топливопроводы низкого давления ТНВД, открывается кран на топливном баке машины, и дают поработать двигателю не менее 5 мин на чистом топливе для удале-

ния остатков ВТЭ из топливной системы во избежание коррозии и заклинивания элементов топливной аппаратуры. Замечено, что кратковременная работа на ВТЭ приводит также к заметному удалению нагара на деталях ЦПГ. Механизм очистки распыливающих отверстий распылителя от кокса можно представить следующим образом [9].

Исследованиями доказывается, что при истечении топлива через распыливающее отверстие происходит сужение потока. В полостях у внутренней поверхности соплового отверстия на всех режимах создается разрежение, ограничиваемое выделяющимся из топлива воздухом. В этой полости при впрыскивании топлива или

ВТЭ создается абсолютное давление р = 0,3-0,4 бар. При этом температура жидкости равна / = 70-90оС. Из диаграммы водяного пара видно, что данная область (р = 0,3 - 0,4 бар и г-= 70-90оС) соответствует области перегретого водяного пара. Следовательно, вода испаряется гораздо раньше, чем топливо, и ее пары с большой скоростью выбрасываются через распыли-вающее отверстие, разрушая с помощью пароструйной коррозии коксовые отложения. Аналогичная ситуация возникает и в сечении под конусом иглы [10].

Важно отметить, что использование ВТЭ в дизелях обеспечивает не только раскоксовывание распылителей, но и обеспечивает ряд других преимуществ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кравченко И.Н. Ресурсосберегающие технологии ремонта сельскохозяйственной техники: учебное пособие / И.Н. Кравченко, В.М. Корнеев, Д.И. Петровский, Ю.В. Катаев. - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2018. - 184 с.

2. Корнеев В.М., Катаев Ю.В. Влияние нагароотложений на работу двигателя // Сельский механизатор. 2011. № 1. С. 36-37.

3. Дорохов А.С. Безразборная очистка камеры сгорания двигателя / А.С. Дорохов, В.М. Корнеев, Ю.В. Катаев, К.А. Краснящих // Сельский механизатор. 2014. № 4. С. 36-37.

4. Катаев Ю.В. Безразборная очистка двигателя от нагара // Сельский механизатор. 2011. № 9. С. 34-35.

5. Катаев Ю.В., Корнеев В.М. Актуальность очистки деталей двигателя от нагароотложений // Международный технико-экономический журнал. 2010. № 1. С. 63-65.

6. Кравченко И.Н. Методика обоснования структурных элементов обслуживания мобильного парка сельскохозяйственных машин / И.Н. Кравченко, В.М. Корнеев, Ю.В. Катаев, М.С. Овчинникова // Труды ГОСНИТИ. 2017. Том 127. С. 41-46.

7. Катаев Ю.В., Вялых Д.Г. Исследование механизма образования нагароотложений в двигателе // Сельский механизатор. 2015. № 1. С. 38-40.

8. Катаев Ю.В., Малыха Е.Ф., Вялых Д.Г. Организация технического сервиса машинно-тракторного парка на региональном уровне // Наука без границ. 2017. № 11(16). С. 60-64.

9. Дорохов А.С., Катаев Ю.В. Кавитационное воздействие воды на нагароотложения в двигателях // Ремонт, восстановление, модернизация. 2014. № 9. С. 29-33.

10. Катаев Ю.В. Теоретические предпосылки безразборного способа очистки двигателя от на-гароотложений // Инновации молодых ученых агропромышленному комплексу: сб. научн. трудов. - М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2011. - С. 60-63.

REFERENCES

1. Kravchenko I.N., Korneev V.M., Petrovskij D.I., Kataev Yu.V. Resursosberegayushchie tekhnologii remonta sel'skohozyajstvennoj tekhniki: uchebnoe posobi [Resource-saving technologies of agricultural machinery repair]. Moscow, FGBNU «Rosinformagrotekh», 2018, 184 p.

2. Korneev V.M., Kataev Yu.V. Vliyanie nagarootlozhenij na rabotu dvigatelya [Influence of carbon deposits on engine operation]. Sel'skij mekhanizator, 2011, no. 1, pp. 36-37.

3. Dorohov A.S., Korneev V.M., Kataev Yu.V., Krasnyashchih K.A. Bezrazbornaya ochistka kamery sgoraniya dvigatelya [Cleaning of the combustion chamber of the engine]. Sel'skij mekhanizator,

2014, no. 4, pp. 36-37.

4. Kataev Yu.V. Bezrazbornaya ochistka dvigatelya ot nagara [Cinder-free cleaning of the engine]. Sel'skij mekhanizator, 2011, no. 9, pp. 34-35.

5. Kataev Yu.V., Korneev V.M. Aktual'nost' ochistki detalej dvigatelya ot nagarootlozhenij [The relevance of cleaning the engine parts from navarathiri]. Mezhdunarodnyj tekhniko-ekonomicheskij zhurnal, 2010, no. 1, pp. 63-65.

6. Kravchenko I.N., Korneev V.M., Kataev Yu.V., Ovchinnikova M.S. Metodika obosnovaniya strukturnyh elementov obsluzhivaniya mobil'nogo parka sel'skohozyajstvennyh mashin [Methods of substantiation of structural elements of maintenance of mobile fleet of agricultural machines]. Trudy GOSNITI, 2017, vol. 127, pp. 41-46.

7. Kataev Yu.V., Vyalyh D.G. Issledovanie mekhanizma obrazovaniya nagarootlozhenij v dvigatele [Study of the mechanism of formation of carbon deposits in the engine]. Sel'skij mekhanizator,

2015, no. 1, pp. 38-40.

8. Kataev Yu.V., Malyha E.F., Vyalyh D.G. Organizaciya tekhnicheskogo servisa mashinno-traktornogo parka na regional'nom urovne [Organization of technical service of the tractor fleet at the regional level]. Nauka bez granic, 2017, no. 11(16), pp. 60-64.

9. Dorohov A.S., Kataev Yu.V. Kavitacionnoe vozdejstvie vody na nagarootlozheniya v dvigatelyah [Cavitation effect of water on carbon deposition in engines]. Remont, vosstanovlenie, modernizaciya, 2014, no. 9, pp. 29-33.

10. Kataev Yu.V. Teoreticheskie predposylki bezrazbornogo sposoba ochistki dvigatelya ot nagarootlozhenij [Theoretical background of a non-selective method of cleaning the engine from carbon deposits]. Innovacii molodyh uchenyh agropromyshlennomu kompleksu: sb. nauchn. Trudov, Moscow, FGOU VPO MGAU, 2011, pp. 60-63.

Материал поступил в редакцию 16.07.2019

© Братков А.С., 2019