CC BY
46
in the operational process] Tez. dokl. 23-ej na-uch.-metod. konf. Rjaz. vyssh. voen. avt. inzh. uch-shha, Rjazan' 1993. pp. 98 - 101.
8. Shapran V. N., Patrin A. N. Kriterii ocenki sistem top-livopodachi [Criteria of assessing fuel supply systems]. Tez. dokl. 25-oj nauch.-metod. konf. Voen. avt. in-ta, Rjazan', 1995. pp. 88 - 92.
Лепёшкин Дмитрий Игоревич (Россия, г. Омск) - зам. генерального директора ОАО НПО «Трансмаш - Сервис», аспирант ФГБОУ ВПО «СибАДИ» (644105, Омск, ул. 20 Партсъезда, 97 e-mail: [email protected])
Lepyoshkin Dmitriy Igorevich (Russian Federation, Omsk) - deputy director of OAO NPO "Transmash - Service", graduate student of The Siberian automobile and highway academy (SIBADI) (644105, Omsk, 20 Partsiezda st., 97, e-mail: [email protected])
УДК 621.436.12
ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПРИБОРОВ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ ДИЗЕЛЯ НА ВЕЛИЧИНУ ТОПЛИВОПОДАЧИ
М. М. Саенко ОАО НПО «Трансмаш-Сервис», Россия, г. Омск
Аннотация. Статья посвящена пристальному анализу влияния различных факторов: температуры топлива, давления начала подачи топлива форсункой, эффективного проходного сечения распылителя форсунки и длинны топливопровода высокого давления на величину и равномерность подачи топлива в цилиндры дизеля. Статья подводит некоторые итоги изучения результатов ранее проведенного математического моделирования процесса топливоподачи дизеля. На сегодняшний день данная проблема мало изучена и требует дальнейших исследований.
Ключевые слова: топливная аппаратура дизеля, форсунка, топливоподача, исследование, равномерность.
Введение
Для проверки теоретических положений о характере и степени влияния допустимых значений регулировочных параметров приборов ТА на характер изменения цикловой подачи ранее было выполнено моделирование процесса топливоподачи исследуемого дизеля, на основе результатов которого установлено влияние различных факторов на величину и равномерность подачи топлива в цилиндры дизеля.
Расчет параметров топливоподачи
На основании анализа технической литературы имеется возможность сделать вывод о том, что на отклонения цикловой подачи в процессе эксплуатации дизеля влияет множество факторов: давление и производительность ТПН, степень засоренности топливных каналов и фильтров, степень износа кулачкового вала ТНВД, степень износа прецизионных пар, а, следовательно, величина утечек топлива, жесткость пружин нагнетательного клапана и форсунки, длинна и форма топливопроводов, температура топлива, величина эффективного проходного сечения топливопроводов и распылителя форсунки, режим работы двигателя и ряд других. При этом к факторам подверженным в процессе эксплуатации наибольшим изменениям и при
этом оказывающим наибольшее влияние на отклонения равномерности цикловой подачи относятся: давление начала топливоподачи форсункой и величина эффективного проходного сечения распылителя форсунки.
Согласно [1,6] зависимость перепада давления топлива Рт в полости, прилегающей к сопловым отверстиям, и давления в цилиндре двигателя Рц:
P _P = QPm P P " 2(м/Р ) 1
(1)
где: Q - секундный расход топлива, м3/с; рт - плотность топлива; - эффективное проходное сечение распылителя форсунки.
Из данной зависимости имеется возможность получить значение цикловой подачи топлива за время впрыскивания т, которая примет вид:
Чц = *(Mfp).
2 P _ Рц)
Рп
(2)
Кроме того, используя зависимость давления начала топливоподачи:
p
S
- d
A V 1
_Р -L
ц 4
(3)
)
d
где £ - сила предварительной затяжки иглы форсунки; dи - диаметр направляющей части иглы; dх - средний диаметр посадочного конуса иглы.
Выразив произведение п/4 на разность квадратов диаметров dx и dи через коэффициент R, и преобразовав данную зависимость, подставим значение Рц в выражение (2). Полученная зависимость примет вид:
Чц =т(м/р У
2 Р -
А-1 т
8
Р- £ ц Я
(4)
Из анализа зависимостей (2) и (4) имеется возможность сделать вывод о характере и степени влияния таких факторов как давление начала топливоподачи форсункой и величина эффективного проходного сечения распылителя форсунки на величину цикловой подачи топлива. Так зависимость цикловой подачи топлива от эффективного проходного сечения распылителя форсунки носит линейный характер, причем с увеличением / значения цикловой подачи топлива возрастают. Зависимость давления начала топливопода-чи на величину цикловой подачи топлива носит более сложный характер, однако имеется возможность сделать заключение о характере данной зависимости - с увеличением Рф величина чц будет понижаться.
При проведении моделирования значения давления начала топливоподачи принимались в границах допуска на регулировку 180 -187 кг с/см2, а значения эффективного проходного сечения распылителя форсунки принимались 0,245 - 0,268, согласно требований ГОСТ и ТУ по подбору распылителей форсунки в группы гидравлического единообразия.
Важную информацию несет закон подачи топлива и его распределение по времени. Для анализа процесса топливоподачи наиболее подходит интегральный закон подачи топлива, выражающий зависимость расхода топлива gт через распылитель от угла поворота коленчатого вала двигателя р [4, 6, 7]
Рвп р
1 Г
Ят = С ] 0 т 5Р
0 , (5)
где с - угловая скорость кулачкового вала ТНВД; рвпр - угол окончания впрыскивания топлива.
Упрощенно рассматривая процесс топли-воподачи, можно полагать что, расходы через насос и форсунку равны, т.е. Qн=Qф, тогда
1 р вп р
8 т = - [ РтЯ ф дР = Рт/
с „
И
тл п л п л
, (6)
где /пл - площадь поперечного сечения плунжера; И пл. - перемещение плунжера от начала активного хода.
Ввиду того, что площадь плунжера постоянна, а изменением плотности топлива в данном случае можно пренебречь, закон топливоподачи должен определяться при данном режиме работы только профилем кулачка. Однако действительная подача топлива зависит от большого числа конструктивных и режимных факторов и отличается от вычисленной по соотношениям так называемой геометрической подачи топлива.
На рисунках 1 и 2 приведены сравнительные результаты расчета параметров процесса топливоподачи на номинальном режиме работы дизеля ЯМЗ-238 при изменении факторов в границах отклонений допустимых значений регулировочных величин.
Сопоставление результатов расчетов и их анализ позволяют сформулировать следующие выводы:
- при использовании распылителя форсунки с большим значением эффективного проходного сечения происходит снижение скорости нарастания давления топлива после открытия иглы форсунки, при этом наблюдается увеличение расхода топлива через распылитель, закрытие иглы происходит раньше (примерно на 2 градуса п.к.в.), но увеличение пропускной способности распылителя форсунки приводит к общему увеличению объема цикловой подачи топлива примерно на 3,7%, что прослеживается по интегральной характеристики;
- при использовании форсунок с большим давлением начала топливоподачи открытие иглы форсунки происходит позже примерно на 1 градус по углу п.к.в., при этом максимальное и среднее давление топливоподачи несколько выше, а окончание процесса топ-ливоподачи происходит раньше, следовательно, уменьшается период времени, при котором происходит впрыскивание топлива, этим и обусловлено снижение объема топли-воподачи по сравнению с форсункой отрегулированной на меньшее давление начала топливоподачи на 1,7 %.
X
БПР
800 кгс/см" 600 500 400 300 200 100 0
12
1 >2
1 ч
/
/ '
/
Д \ А1
у . \ 1 л у \1 * /Л
' т
1 у / I Ь ¡! ■ р А \ V /'
1 Д 1 и В | п V
) /| у 1 /: И 1 ¡г \| 1 ¡1 Ъ / V
1
1
120
нм
■80
■ 60
40
I- Я
ц и
■ 20
140 150
160 170 град п.к.в 190
Ф-~
иГ- от
-//-0Д68.
- давление топлива в штуцере ТНВД; 2 - давление топлива в распылителе форсунки
Рис. 1. Давление топлива в штуцере ТНВД и распылителе форсунки, интегральные и дифференциальные характеристики впрыскивания топлива при различных
распылителя форсунки
Таким образом, исходя из представленного анализа, а, также основываясь на положениях, изложенных в работах [2, 3, 5, 8], можно утверждать, что изменение ^ распылителя форсунки, а также давления начала топливоподачи даже в границах допусков на регулировку окажет существенное влияние на параметры процесса топливоподачи. Так изменение ^ распылителя форсунки с 0,245 до 0,268 приводит к увеличению объема подаваемого топлива примерно на 3,7 %, а увеличение давления начала топливоподачи со 180 кгс/см2 до 187 кгс/см2 приводит к уменьшению объема подаваемого топлива примерно на 1,7 %.
Влияние приборов топливной системы дизеля на величину топливоподачи
Расчет влияния элементов приборов топливной системы дизеля на величину топли-воподачи в пределах регулировочных параметров производился для режима работы топливной аппаратуры, соответствующему номинальному режиму работы дизеля, результаты расчетов влияния факторов, выбранных основными на величину цикловой подачи топлива, представлены в виде графических зависимостей на рисунках 2 - 5.
800 кгс/см*
еоо
500 400 300 200 1 00 0 1В
г Ч 1 \
1—/ 1
1 \
п \
1 и 1 1 1 \
ь \ А
/г ! V V ' \\ V
У 1 "И
г
|1 л ч /* 11 л А
лА к Дм
и 1 ^ \\ \
и {{ Д
и* 1 1
"120
■ 40
'ц Ы
140 150 160 170 град п.к.в 1Э0
(В--
■ Рио - 187 кгс/см^
-- Р„гп - 180 кгс/см'
■ давление топлива в штуцере ТНВД; 2 - давление топлива в распылителе форсунки Рис. 2. Давление топлива в штуцере ТНВД и распылителе форсунки, интегральные и дифференциальные характеристики впрыскивания топлива при различных давлениях начала подъема иглы форсунки
112
102-|-,--,--,--,--,-
0,24 0,25 0,26 0,27 0,28 0,29 --
р
Рис. 3. Зависимость значения цикловой подачи от эффективного проходного сечения распылителя форсунки
96 -|-,--,--,--,---
20 30 ^ 40 50 60 "С 70
ТОГ
Рис. 4. Зависимость цикловой подачи от его температуры
В8 -I--,--,--,--,--,--,--
10 17 1Б 19 20 МП а 22
Р _.
епр
Рис. 5. Зависимость цикловой подачи топлива от давления начала подъема иглы форсунки
Анализ данных графических зависимостей позволяет сделать вывод о значительном влиянии данных факторов на величину цикловой подачи, кроме того, явно прослеживается характер и степень этого влияния. Так учитывая влияние давления начала подачи топлива форсункой на величину цикловой подачи, представленную на рисунке 5 в диапазоне допуска на регулировку давления начала подъема иглы объем цикловой подачи изменяется от 104,4 мм3 до 106,2 мм3, что составляет 1,7 %, данная графическая зависимость представлена на рисунке 5.
108
Кроме того, принимая во внимание зависимость значения цикловой подачи от эффективного проходного сечения распылителя форсунки, представленную на рисунке 3 имеется возможность оценить изменение цикловой подачи топлива в диапазоне отклонений одной группы форсунок. Данная зависимость, представленная на рисунке 6, подтверждает, что установка форсунок одной группы на двигатель оставляет возможность отклонения цикловой подачи до 4%.
мм
106
105
104
103
.........Ш
/
Г м
У У
/...
0,245 0,250 0,255 0,260 0,2 65
0, --
Р
Рис. 6. Зависимость изменения цикловой подачи топлива от изменения эффективного проходного сечения распылителя форсунки одной группы
Заключение
Проведя итоговый анализ результатов моделирования, имеется возможность сделать вывод, что вероятное отклонение Aqmax по каждому из приборов, рассмотренное в данной главе исследования, составит для ТНВД 3%, для топливопровода высокого давления 4%, форсунки 4% по пропускной способности и 1,7% по давлению начала топли-воподачи. Следовательно, возможное суммарное отклонение, учитывая все отклонения приборов по неравномерности, может достигать до 12,7%, что не обеспечивает равномерной работы дизеля и крайне негативно скажется на его энергетических, экономических показателях и в первую очередь на надежность работы цилиндропоршневой группы (ЦПГ), что может привести к выходу двигателя из строя.
Библиографический список
1. Белов, П. М. Двигатели армейских машин: Часть 1 / П. М. Белов, В. Р. Бурячко, Е. И. Акатов -М.: Воениздат, 1972. - 512 с.
2. Горбаневский В. Е. Оборудование для испытания ТА дизелей / В. Е. Горбаневский, Р. Н. Горбач. - М.: Машиностроение, 1969. - 195 с.
3. ГОСТ 10579 - 1988. Форсунки дизелей. Общие технические условия. Методы стендовых испытаний.- М.: Издательство стандартов, 1988. - 23 с.
4. Портнов, Д. А. Быстроходные турбопоршне-вые двигатели с самовоспламенением от сжатия / М.: Машгиз, 1963. - 638 с.
5. Федосов, И. М. Руководство по испытанию и регулировки топливной аппаратуры автотракторных дизеле / И. М. Федосов, А. Л. Машкин. - Малоярославец: 2004. - 76 с.
6. Грехов, Л. В. Топливная аппаратура и системы управления дизелей: учебник для вузов \ Л. В. Грехов, Н. А. Иващенко, В. А. Марков - 2-е изд. - М.: Легион-Автодата, 2005 - 344с.
7. Murayma T., Tsukahara M. A Study ou the reduction of Nox in diesel engine by use of lighter fuel. Bull. JSME, 1977, Vol. 20, no 150.
8. Szekelly G. A., Alkidas A. C. A Two-Stage Heat-release Model for Diesel Engines. SAE Paper, 1986. - № 861272.
EFFECT OF EQUIPMENTS' CONSTRUCTION OF DIESEL'S FUEL SYSTEM ON A VALUE OF FUEL SUPPLY
M. M. Saenko
Abstract. The article is devoted to the complex study of the influence of different factors: fuel tem-
perature, pressure of starting fuel supply with an injector, effective flow section of the injector's sprayer and length of fuel supply line of high pressure by the value and uniformity of fuel supply in diesel's cylinders. Materials of the article are based on the earlier conducted mathematical modeling of diesel's fuel supply process. Currently the problem is poorly understood and should be further studied.
Keywords: fuel equipment of a diesel, injector, fuel supply, study, uniformity.
References
1. Belov P. M., Buryachko V .R., Akatov E. I. Dvigateli armejskih mashin: Chast' 1 [Engines of the army machines, part 1. Moscow, Voenizdat, 1972. 512 p.
2. Gorbanevskiy V. E., Gorbach R. N. Oborudovanie dlja ispy-tanija TA dizelej [Equipment for testing TA diesels]. Moscow, Mashinostroenie, 1969. 195 p.
3. GOST 10579 - 1988. Forsunki dizelej. Ob-shhie tehnicheskie uslovija. Metody stendovyh ispy-tanij [Standard 10579-1988. Injectors of the diesels. The General technical specifications. Methods for development testing]. Moscow, Izdatel'stvo standartov, 1988. 23p.
4. Portnov D. A. Bystrohodnye turboporshne-vye dvigateli s samovosplameneniem ot szhatija [The high-speed turbo piston engines with self-ignition from compression]. Moscow, Malojaro-slavec, 1963, 638 p.
5. Fedosov I. M., Mashkin A. L. Rukovodstvo po ispytaniju i regulirovki toplivnoj apparatury avtotraktornyh dizele [Manual for testing and adjusting fuel equipment of automotive diesel engines]. 2004. 76 p.
6. Grehov L. V., Ivaschenko N. A., Markov V. A. Toplivnaja apparatura i sis-temy upravlenija dizelej: uchebnik dlja vuzov [Fuel equipment and diesels' management systems: textbook for universities]. Moscow, Legion-Avtodata, 2005. 344 p.
7. Murayma T., Tsukahara M. A study ou the reduction of Nox in diesel engine by use of lighter fuel. Bull. JSME, 1977, Vol. 20, no 150.
8.Szekelly G. A., Alkidas A. C. A Two-Stage Heat-release Model for Diesel Engines. SAE Paper, 1986. № 861272.
Саенко Михаил Михайлович (Россия, г. Омск) -главный инженер ОАО НПО «Трансмашсервис», аспирант ФГБОУ ВПО «<СибАДИ» (644105, Омск, ул. 20 Партсъезда, 97 e-mail:[email protected])
Saenko Mikhail Mikhailovich (Russian Federation, Omsk) - chief engineer of OAO NPO "Transmashservice", the graduate student of The Siberian automobile and highway academy (SIBADI) (644105, Omsk, 20 Partysezda st., 97, e-mails: [email protected])
