Влияние различных факторов на величину и равномерность подачи топлива в цилиндры дизеля

УДК 621.436.12

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ И РАВНОМЕРНОСТЬ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ЦИЛИНДРЫ ДИЗЕЛЯ

М. М. Саенко, А. П. Жигадло, А. Л. Иванов

Аннотация. На основании проведенного комплекса экспериментальных исследований установлено влияние различных факторов: температуры топлива, давления топливоподкачивающего насоса, давления начала подачи топлива форсункой, эффективного проходного сечения распылителя форсунки и длинны топливопровода высокого давления на величину и равномерность подачи топлива в цилиндры дизеля. Ил. 6. Библ. 3.

Ключевые слова: топливная аппаратура дизеля, равномерность топливоподачи.

Введение

Особое значение для обеспечения стабильной работы дизелей имеет топливная аппаратура (ТА). В отличие от двигателей с внешним смесеобразованием основным недостатком дизелей является сложность конструкции ТА и трудоемкость в определении ее технического состояния. Состояние ТА оказывает решающее влияние на все показатели работы дизелей - их мощность, расход топлива, величину механических и тепловых нагрузок и, как следствие, на надежность и токсичность отработавших газов. По данным различных источников от 25 до 50 % отказов у дизелей происходит вследствие неудовлетворительной работы ТА. Ухудшение показателей топливоподачи, влияющих на работу дизеля, происходит по нескольким причинам: из-за износа и изменения состояния деталей, определяющих настраиваемые показатели (изменение жесткости пружин, регулировочных зазоров и др.), а также ввиду отклонения регулировочных показателей в процессе эксплуатации.

1. Анализ зависимости цикловой подачи от температуры топлива

Топливная аппаратура высокого давления представляет собой сложную систему, параметры конструкции и техническое состояние которой оказывает существенное влияние на протекание рабочего процесса дизеля, следовательно, на все эксплуатационные характеристики двигателя. Стабильность рабочего процесса в значительной степени зависят от ее работы. Отсюда возникает необходимость в своевременном обнаружении и устранении возникающих отклонений в работе ТА с целью восстановления ее регулировочных показателей.

Восстановления регулировочных показателей величины и равномерности значения

цикловой подачи добиваются при регулировании ТА. Для определения равномерной работы и регулировки отдельных элементов ТА подвергается испытаниям.

На характеристику величины и равномерности значения цикловой подачи значительное влияние оказывает техническое состояние приборов ТА, изменение их геометрических параметров в процессе естественного износа нарушения регулировок, способов комплектования. Степень влияния приборов ТА на результирующую характеристику ее работы разная.

Испытания приборов ТА дизелей проводят на специальном оборудовании с использованием стендовой аппаратуры в соответствии с требованиями ИСО, ГОСТ и ТУ.

Одним из параметров испытания ТА влияющих на равномерность подачи является не изотермический процесс изменения температуры топлива. Хорошо известно, что даже при безмоторных испытаниях топливо нагревается. Нагрев топлива приводит к изменению его параметров. При движении топлива к рас-пыливающим отверстиям форсунки топливо нагревается от 20 °С до 100 °С Повышение температуры топлива способствует повышению сжимаемости и уменьшению вязкости то-плив что приводит к снижению давления впрыскивания и влияет на изменение объема цикловой подачи [ 1 ].

Нагрев элементов конструкции и топлива в процессе эксплуатации значительно влияет на расходную характеристику подачи топлива форсункой в цилиндры двигателя. Так в проведенных нами исследованиях ТА установлена зависимость изменения цикловой подачи топлива от температуры для 12 секционного насоса НК-12М дизеля В-462-С1, представленная на рисунке 1.

4?^

значение температуры

Рис. 1. Зависимость изменения цикловой подачи топлива от температуры

Из рисунка следует, что при повышении температуры топлива цикловая подача топлива уменьшается, при этом видим, что отклонение равномерности подачи топлива при изменении его температуры от 20°С до 70 °С составило 10 %.

Таким образом можно считать, что изменение температуры на 5°С приводит к неравномерности цикловой подачи до 1 %, изменение температуры на 10°С приводит к отклонению цикловой подачи топлива на 2 % , изменение температуры топлива на 25°С приводит к изменению цикловой подачи до 5 %.

Анализируя график зависимости цикловой подачи топлива от температуры, удалось установить функцию, описывающую эту зависимость. График данной функции (1) является линейной функцией которая представлена в виде уравнения:

у = 0,0379 • х +176,53

терморегулятора позволит уменьшить время работы специалиста производить испытания без нагрева топлива, определять значения величины и равномерности цикловой подачи с помощью коэффициента корректирования при любом температурном режиме.

Поэтому приводя полученное значение температуры цикловой подачи топлива к заданному ГОСТом значению при 40°С получаем коэффициент корректирования К для температурного режима испытания вводя который в уравнение вида (1) получаем значение цикловой подачи топлива при температуре ее измерения. Уравнение будет выглядеть следующим образом:

Кх =-0,00219298 • х + 1, 08771

где у - значение цикловой подачи топлива; х -приведенное значение температуры. Согласно ГОСТ 10578-96г испытания насосов следует проводить на дизельном топливе по ГОСТ 305 или технологической жидкости вязкостью 2,45+2,75 мм /с при температуре топлива 40 °С. Вязкость топлива или технологической жидкости при температурных условиях испытаний - по техническим условиям или конструкторской документации на насосы конкретного типа.

В конструкцию стендов для испытания ТА вводят терморегуляторы для обеспечения требуемой температуры топлива для режимов проведения испытания. В связи с этим в целях упрощения методики испытания и конструкции стендов имеет смысл отказаться от терморегулирования, исключив нагревательный элемент, терморегулятор, который и без того усложняет конструкцию стенда.

Решить вышеизложенную проблему можно вводя поправочный коэффициент корректирования К для зависимости цикловой подачи, соответствующей заданной температуре регулирования при испытаниях. Исключение

где х - значение температуры;

К - коэффициент корректирования.

Подставляя в него значение искомой температуры t=24 получаем значение КА.

КА = 1,03507848

Полученное значение умножаем на значение цикловой подачи топлива при 40°С согласно техническим условиям на регулирование ТНВД конкретного типа.

Так, при t = 24°С значение цикловой подачи топлива в этой точке будет составлять 177,5 кгс/см2.

Изменяя конструкцию стенда и методику испытания ТА вводя коэффициент КА, можно избавиться от терморегулирования, которое усложняет конструкцию стенда для испытания ТА, уменьшить время затрачиваемое специалистом для прогрева для проведения регулирования дизельной ТА.

Таким образом, в результате экспериментальных исследований установлена функциональная зависимость между цикловой подачей топлива и температурой, рассчитан коэффициент корректирования для любого температурного режима испытания и предложена методика расчета зависимости цикловой подачи топлива от температуры.

2. Анализ зависимости цикловой подачи топлива от величины давления, создаваемого топливоподкачивающим насосом. Значение величины цикловой подачи топлива также зависят от величины давления создаваемого на входе в топливный насос высокого давления топливоподкачивающим насосом (ТПН).

Анализируя полученную в ходе эксперимента зависимость цикловой подачи топлива от давления создаваемого ТПН, удалось установить, что расход возрастает по мере возрастания давления, рисунок 2.

975 частота вращения 600

Рис. 2. Зависимость изменения цикловой подачи от частоты и давления подкачки топлива

Анализ позволяет сделать вывод, что с увеличением давления цикловая подача изменяется в сторону увеличения ее значения, чем давление выше, тем значение цикловой подачи больше. На номинальном режиме неравномерность ее составила 1,1 %, и на режиме максимального крутящего момента 2,5-3 %.

Из анализа влияния давления топлива на входе в ТНВД, полученной эмпирической зависимости можно сделать вывод, что давление создаваемое топливоподкачивающим насосом необходимое для преодоления сопротивления фильтров тонкой очистки, очистки топлива от механических примесей и воды, подавления газовой фазы создаваемой во впускной полости ТНВД и вымывания ее из выпускной полости, а также для его охлаждения не значительно влияет на изменение значения цикловой подачи его необходимо принимать постоянным для конкретного типа топливных насосов высокого давления и режима частоты вращения вала ТНВД [1].

Производительность топливоподкачиваю-щего насоса должна превышать расход в 2-7 раз и учитывать расход на охлаждение форсунок [2]. Значение возрастания или убывания давления зависит от частоты вращения кулачкового вала ТНВД для оценки равномерности цикловой подачи ТНВД его можно не учитывать.

Так как переход на частотный режим осуществляется с изменением давления на входе в ТПН без ступенчато.

3. Анализ зависимости величины цикловой подачи топлива от давления начала топливоподачи форсункой.

В ходе исследования топливной аппаратуры дизеля с помощью безмоторного стенда для испытаний ТА, проводились испытания с помощью которых были построены эмпирические зависимости, рисунок 3, влияния давления начала подачи топлива форсункой, на величину и равномерность цикловой подачи.

Рис. 3. Зависимость изменения цикловой подачи топлива от давления начала топливоподачи форсункой

При испытаниях на стенде и выявлении зависимости было установлено, что увеличение давления форсунки на 30 % со 175 кгс/см2 до 210 кгс/см2 приводит к изменению значения цикловой подачи в сторону уменьшения ее значения на номинальном режиме на 5 - 6 %, на режиме максимальной мощности на 3 - 4 %, на режиме холостого хода от 7- 10 %. Таким образом уменьшение давления форсунки в связи с потерей упругости пружин, поломкой зависанием иглы распылителя, потери герметичности запирающего конуса, неправильной регулировкой приводит к перерасходу топлива и неравномерности подачи на 5-6 % на номинальном режиме. При испытаниях было выявлено, что наиболее точно график описывает линейная функция, которая убывает по мере увеличения давления форсунки. Также было установлено, что значение равномерности цикловой подачи топлива зависит от режима работы, частоты вращения вала топливного насоса, сил пружины регулятора, а также температуры топлива и эффективного проходного сечения распылителей форсунок. От равномерности настроек всего комплекта форсунок устанавливаемых на двигатель, а также комплектования топливной аппаратуры в комплект на двигатель.

Подбор и настройка комплекта ТА обеспечивают устойчивую работу дизеля на номинальном режиме (при максимальной мощности), на режиме перегрузки, при холостом ходе (без нагрузки) и при запуске в пределах, предусмотренных техническими условиями, что обеспечивает ресурс и надежность работы двигателя в целом.

4. Анализ зависимости значений цикловой подачи топлива от эффективного проходного сечения распылителя форсунки.

В ходе исследования влияния давления форсунки на величину цикловой подачи топлива проводились испытания, с целью выявления зависимости влияния эффективного проходного сечения на пропускной способности распылителя. По результатам испытаний с помощью которых были построены эмпирические зависимости, рисунок 4, влияния давления на величину и равномерность цикловой подачи было установлено, что значение величины цикловой подачи топлива в значительной мере зависят от величины проходного сечения распыли-вающих отверстий распылителя форсунки.

Рис. 4. Зависимость изменения цикловой подачи топлива от проходного сечения распылителя форсунки

При испытании на двух режимах частоты вращения распылителей 0261и 26.01 со значениями эффективного проходного сечения 0.283±0,01 и 0,245±0,01 неравномерность цикловой подачи составила на номинальном режиме для форсунок отрегулированных на давление 190 кгс/см2 5,3 %; на режиме максималь-

ной мощности 4,9 %; при этом как следует из рисунка 5, при изменении давления форсунки от 160 кгс/см2 до 210 кгс/см2 неравномерность значении цикловой подачи составила на номинальном режиме 3,5-4 % и на режиме максимального крутящего момента 2-3,5 %

Рис. 5. Зависимость значений цикловой подачи топлива от величины давления форсунки и от пропускного сечения при различных режимах работы

Сравнивалось два распылителя с разными проходными сечениями и расходными характеристиками на двух частотных режимах работы.

Из графиков видно, что чем эффективное проходное сечение меньше, тем расход меньше, отсюда можно сделать вывод, что на характеристику равномерности цикловой подачи топлива особое влияние будет оказывать пропускная способность распылителя форсунки, а также сам процесс подбора в комплект на двигатель распылителей одной пропускной способности.

Суммарное эффективного проходного сечения распылителя (1 рассчитывается по зависимости [3]:

ц£ =

G

д/зРтл/рП "

где G - масса топлива, поданная за время; рт - плотность топлива, г/см3; рпр - давление проливки. Или подсчет эффективного проходного сечения (мм2) ведут по результатам проливки по формуле:

М£ =

G

10тл/2ЁРГАР '

где: G - расход топлива через проливаемые сопла, канал, щель за время опыта; т - время опыта, с;

ДР- перепад давления между средой перед проливаемыми соплами и средой, в которую выходит топливо из сопел, кгс/см;

g - ускорение силы тяжести равное 9,81

м/с .

Из данных формул можно вывести следующее преобразовав массу топлива через объём получим:

М = V•рт ,

где V - количество жидкости, собранной мерным устройством, мм3 (г);

Пропускную способность форсунки оценивают по значению цикловой подачи q в мм3/цикл (г/цикл), рассчитываемую по формуле:

V

q = —

i

где I - число циклов.

Преобразовав формулу эффективного проходного сечения для исправного распылителя получаем формулу вида

Q = (1

л/2Арф •т

У

где Q - суммарный расход топлива через распылитель,

- эффективное проходное сечение распылителя,

Арф - давление форсунки в за время т . Подставляя в формулу для определения эффективного проходного сечения значение получаем эмпирическую зависимость из которой видно что с увеличением значения эффективного проходного сечения расход топлива увеличивается.

5. Анализ зависимости величины цикловой подачи топлива от длинны топливопровода высокого давления

При определении степени влияния на процесс топливоподачи изменения длинны и формы топливопроводов высокого давления по характеристике величины подачи топлива были проведены испытания с использованием различных топливопроводов одного проходного сечения. Испытания проводились на безмоторном стенде на трех режимах частот вращения вала ТНВД.

В результате было установлено, что длина топливопровода высокого давления как фактор не значительно влияет на изменение значения цикловой подачи, и данное влияние прослеживается только в функции изменения частоты вращения кулачкового вала ТНВД, рисунок 6. Так с увеличением длинны топливопровода при пкв=600 мин-1 объем цикловой подачи топлива несколько увеличивается, а на режимах пкв=400 мин-1 и пкв = 1050 мин-1 объем цикловой подачи топлива с увеличением длинны топливопровода с 500 мм до 1000 мм уменьшается, но с увеличением до 1500 мм увеличивается.

частота

Рис. 6. Зависимость изменения цикловой подачи от длинны топливопроводов высокого давления

Следовательно значение цикловой подачи, которое в основном зависит от гидравлического сопротивления топливопровода его пропускной способности, от длины и формы трубопровода изменяется незначительно. Большее значение оказывают режим работы ТАВД, частота вращения вала топливного насоса, это связано с взаимодействием волн распространения колебаний в топливопроводе.

Установлено, что значение цикловой подачи топлива зависит от режима работы, частоты вращения вала топливного насоса, сил пружины регулятора, а также температуры топлива и эффективного проходного сечения распылителей форсунок. От равномерности настроек всего комплекта форсунок устанавливаемых на двигатель, а также комплектования ТА на двигателе.

Подбор, настройка и регулировка комплекта ТА в целом обеспечивают устойчивую работу дизеля на номинальном режиме (при максимальной мощности), на режиме перегрузки, при холостом ходе (без нагрузки) и при запуске в пределах, предусмотренных техническими условиями, что обеспечивает ресурс и надежность работы двигателя в целом.

Заключение

На отклонение цикловой подачи в процессе эксплуатации дизеля влияет множество факторов, к основным из которых относятся: жесткость пружины форсунки, длинна топливопроводов, температура топлива, величина эффективного проходного сечения топливопроводов и распылителя форсунки, режим

работы двигателя, при этом к факторам подверженным в процессе эксплуатации наибольшим изменениям и оказывающим наибольшее влияние на отклонения равномерности цикловой подачи относятся: давление начала топливоподачи форсункой и величина эффективного проходного сечения распылителя форсунки.

Анализ результатов проведенного теоретического исследования позволяет сделать вывод, что вероятное отклонение Aqmax в диапазонах допусков на регулировку составит для ТНВД 3 %, для топливопровода высокого давления 4 %, форсунки 4 % по пропускной способности и 1,7 % по давлению начала топли-воподачи. Анализ результатов экспериментального исследования подтверждает теоретические предположения о характере и степени влияния исследуемых факторов на величину цикловой подачи топлива, так при испытании форсунок со значениями эффективного проходного сечения 0.283±0,01 и 0,245±0,01 неравномерность цикловой подачи составила на номинальном режиме для форсунок отрегулированных на давление 180 кгс/см2 5,3 %, а на режиме максимальной мощности 4,9 %, кроме того увеличение давления форсунки на 30 % со 175 кгс/см2 до 210 кгс/см2 приводит к изменению значения цикловой подачи в сторону уменьшения ее значения на номинальном режиме на 5 - 6 %, на режиме максимальной мощности на 3 - 4 %, на режиме холостого хода от 7- 10 %.

Следовательно, применение существующих методик регулировок равномерности межцикловой подачи топлива оставляет теоретическую возможность возникновения неравномерности подачи топлива по цилиндрам дизеля до 12,7 %, это не обеспечивает равномерной работы дизеля и крайне негативно скажется на его энергетических, экономических показателях и в первую очередь на надежность работы цилиндропорш-невой группы (ЦПГ), что может привести к выходу двигателя из строя, следовательно, существующие методики не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям и имеется необходимость в разработке новых подходов к регулированию ТА.

Библиографический список

1. Бакир Г. Р. Разработка метода и устройства для безразборного раскоксовывания форсунок дизелей : дис. канд. техн. наук. - М., 1997. - С. 47 -52.

2. Грехов Л. В., Иващенко Н. А., Марков В. А. Топливная аппаратура и системы управления дизелей. Легион - М.: Автодата, 2005. С. 30-31.

3. Фомин Ю. Я., Никонов Г. В., Ивановский В. Г. Топливная аппаратура дизелей. - М.: Машиностроение, 1982. - С. 75-76.

INFLUENCE DIFFERENT FACTOR ON VALUE AND UNIFORMITY OF THE PRESENTING FUEL IN CYLINDERS OF THE DIESEL

M. M. Saenko, A. P. Zhigadlo, A. L. Ivanov

On the grounds of called on complex of the experimental studies is installed influence different factor: the temperature fuel, pressures топливоподкачивающего pump, pressures begin presenting fuel by injector, efficient communicating section of the sprayer of the injector and long fuel of the wire high pressure on value and uniformity of the presenting fuel in cylinders of the diesel. Illustr. 6. Libr. 3.

Keywords: diesel fuel injection equipment, uniform fuel.

Bibliographic list

1. Bakir G.R. The Development of the method and device for without sectional peelings injector diesels: thesis cand. of the techn. scien. - M., 1997. -Pages. 47 - 52.

2. Grehov L.V., Ivachenko N.A., Markov V.A. Fuel equipment and managerial system of the diesels. The Legion - M.: Avtodata, 2005. Pages. 30-31.

3. Fomin Yu.Ya., Nikonov G.V., Ivanovskiy V.G. The Fuel equipment diesels. - M.: Machine building, 1982. - Pages. 75-76.

Жигадло Александр Петрович, д-р. пед. наук, канд. техн. наук, профессор АВН, декан факультета «Автомобильный транспорт», заведующий кафедрой «Инженерной педагогики» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Имеет 17 опубликованных работ. Основное направление научных исследований - улучшение эксплуатационных показателей автомобильного транспорта.

Иванов Александр Леонидович, кан.техн. наук, доцент, зав. кафедрой "Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование" Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - исследование рабочих процессов поршневого двигателя. Имеет 24 опубликованные работы. Адрес электронной почты: alsibO 7@yandex. ru

Саенко Михаил Михайлович, генеральный директор ОАО НПО «Трансмашсервис», аспирант Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии, основное направление научных исследований методика испытаний топливной аппаратуры высокого давления дизеля, опубликованных статей не имеет. Адрес электронной почты: 348758@mail.ru

УДК 629.114

АКТИВНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АВТОПОЕЗДОВ ПРИ ДВИЖЕНИИ В ТРАНСПОРТНОМ ПОТОКЕ

А. А. Шинкаренко, В. В. Куюков

Аннотация. В статье излагаются результаты моделирования движения звеньев седельного автопоезда, при этом выяснилось, что практически каждая из осей трехосного полуприцепа катится по траекториям, не соответствующим радиусу поворота дороги, и возникающий при этом увод колес ухудшает параметры активной безопасности на скользких дорогах. Таким образом, конструктивное расположение поддерживающих осей полуприцепа играет важнейшую роль в активной безопасности автопоезда. Разработанное устройство для повышения сцепления колес с дорожным покрытием снижает вероятность попадания автопоезда в ДТП.

Ключевые слова: автопоезд, сцепные свойства дорожного покрытия, активная безопасность.