Влияние износа деталей форсунки на топливную экономичность двигателя внутреннего сгорания

Влияние износа деталей форсунки на топливную экономичность двигателя внутреннего сгорания

Р.Р. Хайбуллин, к.т.н, Оренбургский ГАУ

Основным регулировочным параметром, влияющим на топливную экономичность двигателя, является давление начала впрыска топлива. Однако при длительной работе форсунок жёсткость пружин постепенно снижается. По данным многих исследований, жёсткость снижается на 0,5—0,8 Н/м после наработки трактором 2500— 3000 моточасов. В результате этого снижается давление впрыска и возрастает неравномерность подачи топлива [1, 3].

В результате работы форсунки на пониженном давлении впрыска мощность двигателя снижается в среднем на 10—15%, увеличивается расход топлива, образуется нагар и закоксовывает-ся распылитель [1]. Причиной этого служит не

только снижение жесткости пружины, но и износ поверхностей деталей форсунки.

Заусенцы и микронеровности, которые имеются на поверхности новых или мало работавших деталей, в процессе работы форсунки истираются, т.е. сопряженные детали взаимно прирабатываются. В результате, увеличивается зазор между иглой и стенкой направляющего отверстия корпуса распылителя — топливо просачивается вдоль иглы и, соответственно, быстро снижается давление начала впрыска.

В процессе эксплуатации форсунок сравнительно быстро снижается давление начала впрыска. Примерно через 150—200 моточасов работы двигателя давление начала впрыска топлива снижается на 3,5—4,5 МПа, после чего этот процесс замедляется [2].

Значительному износу форсунки подвергается запорный конус. Причины износа (как у корпуса запорного конуса, так и у иглы) — ударная нагрузка пружины форсунки и абразивное воздействие имеющихся в топливе твердых частиц.

Огромное количество ударов иглы с большой нагрузкой от пружины форсунки воспринимается небольшим притёртым пояском (шириной 0,2—0,25 мм) на игле и запорной фаской корпуса распылителя. Металл при такой большой нагрузке претерпевает наклеп, поверхность его уплотняется, появляются явления усталости металла. При этом микрообъёмы шелушатся, а проходящее с большой скоростью топливо вместе с твердыми абразивными частицами в момент впрыска смывает отслоившиеся частицы металла.

Глубина изношенной поверхности седла в среднем достигает 0,05—0,08 мм. В результате износа запорных поверхностей игла проседает, увеличивается высота её подъёма, ухудшается герметичность сопряжения. Суммарный износ седла распылителя и запорного конуса даёт проседание иглы в пределах 0,15—0,2 мм. Причём распыливающий конус смещается относительно кромки соплового отверстия, и игла не оказывает должного воздействия на струю топлива.

При этом качество распыления топлива ухудшается, а нарушение плотности сопряжения приводит к его подтеканию в распылителе. При работе двигателя этот дефект проявляется дымным выхлопом и увеличением расхода топлива.

В процессе эксплуатации, наряду с износом корпуса распылителя и уплотнительного конуса иглы распылителя, большому износу подвергается нижняя плоскость корпуса форсунки, в которую ударяется игла в момент подъёма.

Уплотнительный торец корпуса по кольцевой площадке сопрягается с корпусом распылителя — он выполнен точно и обработан притиркой. Причём плоскость его расположена строго под углом 90° по отношению к геометрической оси корпуса форсунки. При работе форсунки игла распылителя совершает большое количество подъёмов и опусканий. При этом за один ход плунжера совершается 12—14 колебаний.

Так как давление впрыска большое (у большинства штифтовых форсунок в пределах 125—130 кгс/см2, у многодырчатых — 150—170 кгс/см2), а нагрузка воспринимается небольшой кольцевой площадкой торца корпуса форсунки,

то эта поверхность быстро изнашивается. Глубина износа достигает 0,10—0,15 мм.

Если учесть тот факт, что торец иглы, ударяющийся в корпус, тоже изнашивается, то суммарный износ названных поверхностей может достигать 0,25 мм. С учетом износа запорных конусов иглы и корпуса распылителя величина хода иглы может достигнуть 0,6—0,7 мм (нормально 0,35—0,42 мм) [3].

Увеличение хода иглы распылителя приводит к ряду нарушений в нормальной работе форсунки — увеличивается величина эффективного проходного сечения распылителя, что приводит к увеличению проходной площади [1].

Таким образом, слишком большой подъём иглы, при котором дросселирование топлива в сечении незначительно, приводит к росту сил инерции подвижных масс форсунки, разбиванию седла и к уменьшению срока службы форсунки [2].

Увеличение подъёма иглы приводит к увеличению объёма топлива, освобождаемого иглой при её подъёме. Для заполнения этого объёма расходуется часть топлива, подаваемого насосом. При посадке иглы это топливо выталкивается, тем самым ухудшая экономические показатели дизеля [2].

Поскольку износы рассматриваемых поверхностей в комплекте форсунок многоцилиндрового двигателя будут различными, производительность изменяется неодинаково, следовательно, нарушается равномерность подачи топлива.

Высота подъёма иглы до 0,45—0,50 мм вызывает небольшое увеличение подачи топлива. При значительной высоте подъёма (0,60—0,70 мм) подача топлива на номинальных оборотах во впрыскиваемом цилиндре возрастает на 3,7% [3].

Таким образом, в процессе эксплуатации форсунок необходимо обратить внимание не только на нарушение регулировочных характеристик, но и на износ сопрягаемых деталей, который, как видно из вышеизложенного материала, влияет на повышенный расход дизельного топлива.

Литература

1. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: справочник. Л.: Машиностроение, 1981.

2. Кривенко П.М., Федосов И.М. Ремонт и техническое обслуживание системы питания автотракторных двигателей. М.: Колос, 1980. 288 с.

3. Загородских Б.П., Хатько В.В. Ремонт и регулирование топливной аппаратуры автотранспортных и комбайновых двигателей. М.: Россельиздат, 1986.