CC BY
72
УДК 621.436.038
ПОВЫШЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ВПРЫСКИВАНИЯ В ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЕ ВЫСОКООБОРОТНОГО АВТОМОБИЛЬНОГО ДИЗЕЛЯ ПРИ ПОМОЩИ МИД
А.Н. Врублевский, доцент, к.т.н., А.В. Денисов, аспирант, ХНАДУ, А.Л. Григорьев, профессор, д.т.н., НТУ «ХПИ», А.В. Грицюк, зам. ген. конструктора, к.т.н., Г.А. Щербаков,
инженер, ХКБД
Аннотация. На основании проведенного анализа работы топливной системы (ТС) автомобильного дизеля 4ДТНА предложен метод модернизации штатной топливной системы, который позволит повысить значение максимального давления впрыскивания на 60 - 85 %. Полученный уровень давления, а также продолжительность впрыскивания позволяют рассматривать данную модернизацию как шаг к созданию экономичного отечественного автомобильного дизеля, отвечающего современным требованиям экологии.
Ключевые слова: автомобильный дизель, топливная система, гидродинамический расчет, модулятор импульсов давления.
Введение
Уровень совершенства автомобильного дизеля в современных условиях определяется
соответствием его экологических и экономических пока зателей требованиям эмиссионных законодательств и
конкурентоспособностью на перенасыщенном предложениями мировом рынке. Зачастую эффективные по уровню снижения расхода топлива и вредных выбросов предложения технически и технологически трудно реализовать в рамках современной конструкции двигателя, и они остаются по своей сути концептуальными.
Анализ публикаций
Проведенные за рубежом исследования [1, 2, 3] показывают, что повышение максимального давления впрыскивания до 250 МПа и выше является эффективным решением, которое позволит оптимизировать процессы
смесеобразования и сгорания топлива в цилиндре дизеля с непосредственным впрыскиванием. Однако уровень давлений впрыскивания в серийно выпускаемых топливных системах (ТС) дизелей составляет: для насос-форсунок - до 200 МПа; для ТС аккумулирующего типа - до 180
МПа; а для ТС непосредственного действия (с кулачковым приводом топливного насоса высокого давления) достигает 160 МПа. Эти значения получены на лучших зарубежных образцах дизельной топливной аппаратуры. При этом стоимость ТС с высокими параметрами впрыскивания составляет до 30 % стоимости двигателя - это предельная по экономическим соображениям величина.
В отечественных ТС для автотракторных дизелей уровень максимальных давлений впрыскивания в 1,8-3 раза ниже приведенных значений.
Цель и постановка задачи
Цель данной работы - предложить технические решения, направленные на улучшение показателей работы топливной системы непосредственного действия автомобильного дизеля, а именно на увеличение максимальных и средних давлений, сокращение
продолжительности впрыскивания топлива.
Анализ эффективности работы штатной ТС дизеля 4ДТНА
Лучшей отечественной, на наш взгляд, является ТС непосредственного действия, разработанная в КП «ХКБД» для автомобильного дизеля 4ДТНА. Проведенный анализ показывает, что по ряду конструктивных параметров и реализованных решений данная ТС не уступает, а в чем-то даже превосходит зарубежные аналоги. Так топливный насос высокого давления (ТНВД) обеспечивает регулировку цикловой подачи и геометрического начала подачи топлива. Также ТНВД укомплектован нагнетательным клапаном двойного действия, что устраняет вероятность появления подвпрыскиваний топлива. Для перемещения плунжера ТНВД применен диаксиальный привод, т. е. ось кулачкового вала смещена относительно оси плунжера. Это конструктивное решение позволило повысить скорость перемещения плунжера на участке активного хода. ТС укомплектована форсунками закрытого типа с гидродинамическим способом управления иглой. Диаметр иглы распылителя составляет 3,5 мм (лучшие мировые образцы ТС - BOSCH, SIEMENS, DELPHI оснащаются распылителями с иглой 4 мм).
Несмотря на приведенные конструктивные решения, экспериментальные данные (см. табл. 1) показывают, что на номинальном режиме максимальное давление впрыскивания в данной ТС не превышает 70 МПа. Следовательно применить такую ТС для дизеля с непосредственным впрыскиванием топлива невозможно.
Для определения путей форсирования ТС по давлению впрыскивания нами в среде математического пакета MathCAD 11 была разработана математическая модель
гидродинамического расчета ТС
высокооборотного автомобильного дизеля. Основой для разработки математической модели являются методы, предложенные проф. А.Л. Григорьевым [4].
Апробация данной модели проведена путем сравнения результатов расчета с результатами безмоторных испытаний ТС (см. табл. 1, 2). Данные табл. 1, 2 свидетельствуют о достаточной точности (в пределах 10 %) моделирования процесса топливоподачи.
Частота
вращения вала -1 ТНВД, мин 400 1000 1500 2100
Цикловая
подача топлива, мм /цикл 7,5 56 53 45
Давление
впрыскивания, МПа 11,5 46,0 59,0 66,5
Продолжительность впрыскивания
- град. кул. вала 0,96 10,0 13,0 13,2
- мс 0,4 1,6 1,44 1,047
Финальные расчетные осциллограммы изменения давлений в различных полостях ТС, а также хода иглы представлены на рис. 1. На рис. 1 также представлена расчетная схема ТС.
Таблица 2 Результаты гидродинамического расчета штатной ТС дизеля 4 ДТНА
Параметр Номер режима
1 2 3 4
Частота
вращения вала -1 ТНВД, мин 400 1000 1500 2100
Цикловая подача топлива, мм /цикл 7,5 56 53 45
Давление впрыскивания, МПа 14,0 47,5 64,0 72,0
Продолжительность впрыскивания
- град. кул. вала 1,3 7,8 9,03 12,2
- мс 0,567 1,296 1,003 0,97
Таблица 1 Результаты безмоторных испытаний штатной ТС дизеля 4ДТНА
Параметр Номер режима
1 2 3 4
впрыскивания на
60-85% на всех рабочих режимах автомобильного дизеля. При этом уровень максимальных давлений в надплунжерной и штуцерной полостях ТНВД остается на уровне значений, характерных для штатной топливной системы.
Реализация предлагаемой гидравлической схемы позволяет не только повысить максимальное давление впрыскивания, но и изменить закон топливоподачи в ТС непосредственного действия. Так, в ТС с МИД возможно организовать предварительное впрыскивание топлива на определенных режимах работы автомобильного дизеля.
Литература
1. Системы управления дизельными двигателями.
Перевод с немецкого. С40 Первое русское издание. - М.: ЗАО «КЖИ «За рулем», 2004. - 480 с.
2. Грехов Л.В., Иващенко Н.А., Марков В.А.
Топливная аппаратура и системы управления дизелей: Учебник для вузов. -М.: Легион - Автодата, 2004. - 344 с.
3. Пинский Ф.И., Давтян Р.И., Черняк Б.Я.
Микропроцессорные системы управления автомобильными двигателями внутреннего сгорания: Учебное пособие. - М.: «Легион-
Автодата», 2001. - 136 с.
4. Григор'ев О.Л. Розробка ушверсальних методiв
пдродинашчного розрахунку, динамiчного аналiзу та ошгашзацшного синтезу основних елеменпв паливно! апаратури дизелiв: Автореф. дис... д-ра техн. наук. -Харшв. - 2004. - 36 с.
5. Пат.22446А Украина, МКИ F02M63/06.
Пристрш для упорскування палива в дизель i газодизель / Розенблгг Г.Б., Григор'ев О.Л., Куриц О.А., Врублевський О.М.; ХарДАЗТ -Заявл. 14.11.95; Опубл. 03.03.98. Бюл. №3.
6. Klingmann VR., Bruggemann H. Der neue
Vierzylinder-Dieselmotor OM611 mit Common-Rail-Einspritzung. Teil1: Motorkonstruktion und mechanischer Aufcau // MTZ: Motortechnische Zeitschrift. - 1997. - 58. -№ 11. - Р. 652-659.
7. Klingmann V.R., Bruggemann H. Der neue
Vierzylinder-Dieselmotor OM611 mit Common-Rail-Einspritzung. Teil2:
Verbrennung und Motormanagement // MTZ: Motortechnische Zeitschrift. - 1997. - 58. -№ 12. - Р. 760-767.
Рецензент: А.Н. Пойда, профессор, д.т.н., ХНАДУ Статья поступила в редакцию 15 марта 2006 г.
