Направление совершенствования и перспективы развития ТПА (топливо- подающей аппаратуры).

СИСТЕМЫ АТД

ЛЕКЦИЯ 1

17.09.14.

ПРОГРАММА КУРСА.

Часов всего аудиторных: 54, из них:

Лекции: 36 час

Carpe diem- наслаждайся моментом

Лабораторные занятия: 18 часов (допуск к экзамену).

Практические (семинарские) занятия: не предусмотрены

Самостоятельная работа - 34 час

Курсовая работа: 20 часов (7 семестр)

Зачет: не предусмотрен. Экзамен: 7 семестр.

Цели и задачи изучения дисциплины.

Дисциплина входит в профилирующий цикл подготовки.

Целью преподавания дисциплины является изучение основ проектирования топливной аппаратуры и систем пуска, физических основ протекающих в ней процессов и методов их расчета, способов обеспечения предъявляемых к ней требований, условий производства, испытаний и эксплуатации.

Для изучения данной дисциплины студенты должны знать основы дисциплин «Физика», «Теоретическая механика», «Термодинамика и массообмен», «Механика жидкости и газа», «Теория рабочих процессов и моделирование процессов в ДВС», «Конструирование ДВС».

1.2. Требования к уровню освоения дисциплины

В результате изучения дисциплины «Системы двигателей» студенты должны получить практические навыки применения теории при расчете агрегатов ТА и систем пуска двигателей. С этой целью студенты выполняют курсовую работу.

В результате изучения дисциплины студент должен:

- знать устройство агрегатов топливных систем и систем пуска ДВС, современные способы организации топливоподачи двигателей различных типов, особенности конструкции традиционных и альтернативных топливных систем, природу протекающих в них процессов, имеющихся методах расчета, методы испытания ТА, построение характеристик, способы регулирования агрегатов ТА и их влияние на характеристики ДВС;

- уметь применять на практике положения теории и решать вопросы увязывания способов организации смесеобразования и сгорания с организацией топливоподачи, и таким образом целенаправленно решать задачи повышения экономических, мощностных и экологических показателей двигателей.

Список литературы

Основная.

1. Двигатели внутреннего сгорания. Системы поршневых и комбинированных двигателей. С.И.Ефимов, Н.А.Иващенко и др. под общ. ред. А.С.Орлина, М.Г.Круглова, М.: Машиностроение, 1985- 465 с.

2. Системы управления дизельными двигателями. -М.: ЗАО «КЖИ» «За рулем», 2004- 480с.

3. Системы управления бензиновыми двигателями. -М.: ЗАО «КЖИ» «За рулем», 2005- 432с.

4. Л.В.Грехов, Н.А.Иващенко, В.А.Марков. Топливная аппаратура и системы управления дизелей: - М.: «Легион-Автодата», 2005.-344с.

Дополнительная.

5. А.С.Лышевский. Системы питания дизелей. М.: Машиностроение, 1981- 216с.

6.В.И.Крутов, В.Е.Горбаневский, В.Г.Кислов. Топливная аппаратура автотракторных двигателей. М.: Машиностроение, 1985 - 207 с.

7. Е.А.Егошин, Тиунов С.В., Гомон В.И. Стенд для испытания топливной аппаратуры дизелей и характеристики испытываемых топливных насосов высокого давления. Мет. указ, к лаб. раб. г. Н.Челны, КамПИ, 2004 - 30 с.

8. Е.А.Егошин, Тиунов С.В., Гомон В.И. Характеристики топливного насоса высокого давления и равномерность подачи топлива по цилиндрам. Мет. указ, к лаб. раб. г. Н.Челны, КамПИ, 2004 - 16 с.

9. Е.А.Егошин, Тиунов С.В., Гомон В.И. Проверка и регулирование форсунок и топливного насоса высокого давления. Мет. указ, к лаб. раб. г. Н.Челны, КамПИ, 2004 –

16 с.

10. Е.А.Егошин, С.В.Тиунов, Р.Т.Шабанов. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Системы топливопитания автотракторных ДВС», г. Н.Челны, КамПИ, 2004 - 17 с.

11. Е.А.Егошин, Тиунов С.В.. Расчет и проектирование карбюраторов. Мет. указ, к курс, работе. - Н.Челны, КамПИ, 2004 - 36 с.

12. Е.А.Егошин, Тиунов С.В. Методы оценки основных параметров процесса

впрыскивания и топливной аппаратуры быстроходного дизеля. Мет. указ, к курс, работе. - Н.Челны, КамПИ, 2004 - 42 с.

13.Е.А.Егошин, Тиунов С.В. Некоторые расчетные зависимости и

статистические данные по подбору топливной аппаратуры. Учебное пособие, г. Н.Челны, КамПИ, 2004 - 104с.

14.ГОСТ 15888 - 90. Аппаратура дизелей топливная. Термины и определения.

Введение.

Классификация АТД с учётом цикла, по которому работает двигатель, ТА и сорта применяемого топлива.

Thank you!

 

 

В дизелях применяют непосредственный впрыск топлива в цилиндр. Нагрузка регулируется качественно, т.е. за счёт изменения α (за счёт изменения ЦПТ). α=G_в/ l₀× G_t;

Функции ТС состоят, в основном, в следующем:

- хранение запаса топлива;

- подготовка топлива (очистка от воды, мех. примесей, подогрев или охлаждение);

- дозирование топлива в соответствии с режимом работы ДВС;

- подача ЦПТ в цилиндры в соответствии с порядком их работы;

- подача топлива в цилиндр на определённом участке рабочего цикла по заданному закону;

- распределение топлива по КС в соответствии с принятым способом смесеобразования.

ЛЕКЦИЯ 2

25.09.14.

 

Требования к ТС, конкретизирующие и дополняющие перечисленные функции, формируются из необходимости обеспечения экологических норм, планируемых технико- экономических показателей дизелей, характера протекания рабочих процессов, достигнутого уровня показателей различных ТС, обеспечения необходимых условий эксплуатации.

Основные требования:

1) минимальная стоимость и масса, высокая технологичность (в структуре стоимости автомобильного дизеля ТПА составляет от 25 до 40%);

2) стабильность показателей подачи топлива в течение срока эксплуатации (регулировка и обслуживание автомобильной форсунки должны производиться не чаще, чем через 1000 ч., ТНВД- 3000ч.);

3) удобство обслуживания, ремонта, регулировки (например, неудобная конструкция, требующая для выемки форсунки снятия крышки ГБЦ);

4) обеспечения максимального ресурса в пределах ресурса дизеля (ресурс ТПА высокооборотных дизелей 5…12 тыс. ч.);

5) обеспечение заданного давления и характеристики впрыскивания, их управление в соответствии с режимом работы;

6) управление ЦПТ и УОВТ в зависимости от n _е , % N _е ,p _к , p _о ,T _о , T _дв. и др.(точность выдерживания УОВТ составляет ± 0,5 град.угла пов. кол. вала. Другой пример управления- обеспечение пусковой подачи топлива q_{цп /} q_цном. =1,2…2,0);

7) недопустимость подвпрыскиваний и подтеканий;

8) минимальная неравномерность подачи топлива по цилиндрам (на номинальном режиме k_нр.< 3…4% или, напротив, управляемая неравномерная подача индивидуально по каждому цилиндру);

9) минимальный собственный уровень шума (менее 80 д Б на расстоянии 1 м) и уменьшение уровня шума двигателя;

10) обеспечение устойчивых минимальных подач топлива на режимах малых нагрузок, х.х., при многофазном впрыске (q_{цmin /} q_цmax < 0, 1… 0, 02);

11) возможность прокачки системы для удаления воздушных пробок;

12) формирование скоростной характеристики ТПА (корректорами, оптимизацией ТПА, электронным регулированием);

13) обеспечение необходимых динамических качеств двигателя на переходных режимах работы; ускорение переходных процессов в самой ТПА(управление остаточным давлением, создание ТПА с остаточным давлением, не зависящим от режимов);

14) виброустойчивость и герметичность для предупреждения потерь топлива и попадания в топливо пыли, воды и воздуха;

15) работоспособность в широком диапазоне температур воздуха.

Классификацию ТПА ведут на основе конструктивных отличий, обусловленных способами подачи и распыливания топлива. Существенность тех или иных требований, предъявляемых к ТС, предопределила многообразие их конструкций (рис.1).

Рис.1

 

 

До начала 21 века основными были системы непосредственного действия, процесс впрыскивания в которых обуславливался вытесняющим движением плунжера.

Лекция 3.

Введение (продолж.).

01.10.14.

15.10.14.

 

ТОПЛИВНЫЕ НАСОСЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ПОЗ.4.

 

ТНВД предназначен для подачи топлива к форсункам по строго определенной программе, в зависимости от режима работы двигателя и управляющих действий водителя. По своей сути современный всережимный ТНВД совмещает в себе функции сложной системы автоматического управления двигателем и главного исполнительного механизма, отрабатывающего команды шофера. Нажимая педаль «газа», водитель не увеличивает непосредственно подачу топлива, а лишь меняет программу работы регуляторов, которые уже сами изменяют подачу по строго определенным зависимостям от числа оборотов, давления наддува, положения рычага регулятора и т.п. На современных дизелях обычно применяются ТНВД двух типов: рядные многоплунжерные и распределительного типа.

ТНВД Bosch VE с электронным управлением (Land Rover 2.5TD с двигателем BMW).

 

ТНВД семейства «Компакт 32» - это ТНВД с рядным расположением плунжерных пар и межосевым расстоянием между ними 32 мм в 4-х и 6-и секционном исполнении. Семейство «Компакт 32» включает в себя следующие модели насосов 772, 773, 774, 776, 363, 364, 366, которые могут комплектоваться механическими регуляторами частоты вращения во всережимном, двухрежимном и однорежимном исполнении. Формирование внешней скоростной характеристики обеспечивается прямым и обратным корректором

(обратный корректор может быть двухступенчатым), а также корректором по давлению наддува.

Рис.6.

 

1-Н.К.,2-втулка плунжера; 3-плунжер; 4-рейка; 5-поворотная втулка; 6-пружина плунжера; 7-регулировочный болт; 8-роликовый толкатель; 9-кулачковый вал; 10-зубчатая втулка; 11-регулировочный люк.

 

 

 

Рис.7.Принцип золотникового регулирования ЦПТ: а – нулевая подача; б – промежуточная; в – наибольшая.

 

Рис.8.

1- пружина НК; 2- НК; 3- седло НК; 4- втулка(гильза) плунжера; 5- плунжер; 6- пружина плунжера; 7- рейка; 8- сектор; 9- кулачковый вал.

 

Основные параметры ТНВД дизелей в соответствии с ГОСТ 10578- 96 – ХОД ПЛУНЖЕРА

(устанавливают из ряда: 7; 8; 9; 10; 12; 16; 20 мм) и ДИАМЕТР ПЛУНЖЕРА (5; 5,5; 6; 6,5; 7; 7,5; 8; 8,5; 9; 10; 11; 12 мм и т.д.). Габаритные и присоединительные размеры ТНВД регламентирует ГОСТ 15060- 95.

Лекция 5.

1.1.Компоновка ТА.(продолж.).

04.03.14.

 

ФИЛЬТРЫ ПОЗ. 10.

Топливный фильтр, несмотря на его простоту, является важнейшим элементом топливной системы дизельного мотора. Его параметры, такие, как тонкость фильтрации, пропускная способность, должны строго соответствовать определенному типу двигателя. Одной из его функций является отделение и удаление воды, для чего обычно служит нижняя сливная пробка. Иногда устанавливается система электроподогрева топливного фильтра, позволяющая несколько облегчить запуск двигателя, предотвращая забивание фильтра парафинами, образующимися при кристаллизации дизтоплива в зимних условиях.

ФТО топлива поз.6 размещают, как правило, в верхней части двигателя для удаления паров топлива и воздуха с частью топлива обратно в бак через жиклёр из самой верхней точки фильтра.

 

Подогреватели, монтируемые в водоотделители и топливные фильтры "Сепар 2000", не имеющие электроподогрева монтируются внутри колбы с токоподводом через корпус спускного крана. Подключаются к бортовой сети 12-24В.

 

Рис.9.

 

 

Рис.9а.

 

 

ФОРСУНКИ ПОЗ. 8.

Другим важным элементом топливной системы является форсунка. Она вместе с ТНВД обеспечивает подачу строго дозированного количества топлива в камеру сгорания. Регулировка давления открытия форсунки определяет рабочее давление в топливной системе, а тип распылителя определяет форму факела топлива, которая имеет важное значение для процесса самовоспламенения и сгорания. Применяются обычно форсунки двух типов: со штифтовым или многодырчатым распылителем. Форсунки со штифтовым распылителем применяются в дизелях с разделенной камерой сгорания, а с многодырчатым - в дизелях с непосредственным впрыском. Форсунка на двигателе работает в очень тяжелых условиях: игла распылителя совершает возвратно-поступательные движения с частотой в половину меньшей, чем обороты двигателя, и при этом распылитель непосредственно контактирует с камерой сгорания. Поэтому распылитель форсунки изготавливается из жаропрочных материалов с особой точностью и является прецизионным элементом.

а). б). в).

Рис.10.

 

За);

в-«карандашная».

 

ТВД поз.9 (ГОСТ 8519-93).

 

ТВД, соединяющие ТНВД и форсунку, изготавливают из толстостенных трубок. Размеры соединений регламентированы ГОСТ 8519- 93.

Узлы соединений с корпусом форсунки и штуцером ТНВД должны гарантировать надёжную герметичность при давлениях, достигающих 100(200) МПа, и иметь достаточные прочность и вибростойкость. Основными параметрами ТВД, влияющими на процесс топливоподачи, являются его длина L_т и внутренний диаметр d_т . Длина L_т определяется компоновкой и зависит от расположения ТНВД на дизеле. Например, у дизелей ЯМЗ- 236, 238, 240 L_т≈ 400 мм. У большинства зарубежных дизелей L_т≈ 350… 750 мм. При установке ТВД на дизель необходимо обеспечить равенство их длин в одном комплекте для снижения влияния ТВД на характеристику впрыска. По ГОСТ 8519- 93 отклонения по пропускной способности и по внутреннему объёму ТВД в комплекте на дизель не должны превышать 5%.

Лекция 4. 22.10.14.

 

 

1.2.Способы дозирования ЦПТ.

 

По способу дозирования ЦПТ ТНВД классифицируют:

 

1) с переменным ходом плунжера;

2) с дросселированием на перепуске;

3) с дросселированием на всасывании;

4) с клапанным регулированием;

5) с золотниковым регулированием различают:

 

- многоплунжерные (рядные,V- образные и др. схем)- каждая плунжерная пара обслуживает один цилиндр. Плунжер выполняет одновременно функции впрыска, дозирования и регулирования фаз.

Рис.11. Плунжерная пара.

А- наполнительное отверстие; 1- регулирующая кромка; 2- осевое сверление; 3- спиральные пазы; 4- заплечики плунжера; 5- хвостовик плунжера.

 

- моноплунжерные (распределительного типа) - 1…2 плунжера на несколько цилиндров. Наряду с нагнетательным элементом оборудованы вращающимся распределителем, который поочерёдно в соответствии с порядком работы цилиндров распределяет топливо в отдельные нагнетательные тракты.

 

Рис.11а. Схема рабочих процессов ТНВД распределительного типа.

1- втулка плунжера; 2- наполнительное отверстие; 3- плунжер; 4- полость над плунжером; 5- осевое отверстие плунжера; 6- радиальное отверстие плунжера; 7- канавка плунжера; 8- нагнетательное отверстие; 9- дозатор; 10- отсечное отверстие.

 

Процессы: а) – наполнения; б) – нагнетания; в) – отсечки.

Положения дозатора: г) – при больших ЦПТ; д) – при малых ЦПТ.

 

Достоинства многоплунжерных:

1) простота конструкции;

2) высокий ресурс работы (более 10000 моточасов);

3) просты в эксплуатации, надёжны в работе;

4) Относительно высокие «давления впрыскивания».

Недостатки многоплунжерных:

1) сложная конструкция плунжера;

2) неблагоприятная скоростная характеристика подачи топлива;

3) высокая неравномерность подачи топлива по цилиндрам;

4) большие габариты и масса.

 

Достоинства моноплунжерных:

1) в 1,5…2,5 раза меньше габариты и в 2…3 раза меньше масса, чем у многоплунжерных;

2) высокая равномерность подачи топлива по цилиндрам;

3) до min снижено число дорогостоящих прецизионных пар.

Недостатки моноплунжерных:

1) повышенные требования к точности изготовления узлов и деталей;

2) меньше надёжность и ресурс работы в результате повышенной частоты возвратно- поступательного и вращательного движения

плунжера;

3) интенсивные колебательные движения отсечной и наполнительной магистралей системы из-за высокой цикличности работы насоса нарушают нормальное протекание рабочего процесса (в частности, эти колебания ухудшают наполнение рабочей полости насоса);

4) значительное гидравлическое сопротивление движению топлива в результате наличия распределителя топлива и большого числа распределительных каналов в корпусе насоса приводит к снижению давления впрыскивания на 2…5 МПа и более.

Лекция 7.

12.03.12.

 

1.3 Основное соотношение, связывающее ЦПТ и размеры плунжерной пары.

 

1. q_ц =(π×d_п²/4)×h_га×η_н ; 2. h_п = h_к+ h_га + h_отс.;

Рис.12.

 

1.4 Процессы в насосе (секции ТНВД).

 

Когда ролик толкателя начинает обегать профиль кулачка, плунжер с возрастающей скоростью движется вверх и постепенно перекрывает всасывающее окно.

В начальный момент движения плунжера топливо вытесняется в отсечную и всасывающую магистрали, поэтому давление топлива в полости плунжера повышается незначительно. Только на последних 3…5 град. пов. кул. вала до полного закрытия окна, его проходное сечение уменьшается настолько, что сопротивление истечению топлива резко повышается, и это приводит к росту давления топлива в полости плунжера. Оно быстро возрастает до величины, при которой НК (нагнетательный клапан) приходит в движение.

С этого момента расход топлива через всасывающее окно резко снижается, т.к. часть его заполняет объём полости плунжера, который высвобождается при подъёме НК.

Лекция 5. 29.10.14.

 

φ_к

 

Рис 13. Зависимость между расходами топлива.

1- начало движения НК;

2- момент полного закрытия всасывающего окна;

3- выход разгружающего пояска из канала седла.

Q_o –расход топлива через окна;

Q_{п –} производительность плунжера(объём, описываемый плунжером в единицу времени);

Q_к - объём, вытесняемый НК в единицу времени.

В этот период профилированием кромки всасывающего окна можно добиться регулирования скорости движения НК.

С началом движения НК возрастает давление в полости штуцера, а затем и во входном сечении ТВД. При этом начинает формироваться прямая волна давления топлива в ТВД.

Рис. НК.

Величина волны до выхода разгружающего пояска из канала седла зависит в основном от С_к –скорости движения НК. С_к после полного закрытия всасывающего окна определяется:

-С_п – скоростью движения плунжера;

-f_п/f_рп (соотношением площадей поперечного сечения плунжера и разгружающего пояска НК);

- β – с жимаемостью топлива.

После выхода разгружающего пояска из канала седла полости штуцера и плунжера сообщаются между собой, давление в этих полостях примерно одинаковое.

Поэтому max высота, на которую поднимается НК, определяется:

1) С_к в момент выхода разгружающего пояска из канала седла (следовательно, С_п в этот момент);

2) массой подвижных частей НК;

3) усилием пружины НК.

 

Лекция 8. (продолж. 1.4 Процессы в насосе.)

19.03.12.

Достигнув max высоты подъёма и израсходовав к этому моменту весь запас кинетической энергии, НК под воздействием пружины начинает двигаться вниз. Разгружающий поясок НК входит в седло, разобщает полости штуцера и плунжера, при этом в результате движения плунжера по- прежнему вверх, а НК вниз давление топлива в полости плунжера резко повышается и передаётся в виде ударной нагрузки на кулачок и подшипник и кулачкового вала насоса, ухудшая условия их работы. В это же время давление топлива в полости штуцера уменьшается, т.к. часть топлива из неё перетекает в ТВД, а объём увеличивается из-за опускания НК.

Резкий перепад давлений сообщит импульс НК, который вновь начинает двигаться вверх. Такой колебательный процесс до тех пор, пока не откроется отсечное окно.

φ_к

Рис. 14. Зависимость между давлениями.

1-начало движения НК.

3-выход разгружающего пояска из канала седла.

4- вход разгружающего пояска в канал седла.

5- начало открытия отсечного окна.

P_н - давление топлива в полости плунжера насоса;

P^I н - давление топлива в полости штуцера насоса;

h_к- перемещение НК.

Дальнейшая скорость посадки НК на седло определяется расходом топлива через отсечное окно. Поэтому наиболее эффективно ускорить движение НК можно за счёт увеличения времени-сечения отсечного окна.

Длину кромки окна выбирают max возможной, исходя из условия прочности втулки плунжера. Форма остальной части окна почти не имеет значения, т.к. основное количество топлива перетекает через это окно за φ_к=2…6 град. пов. кул. вала после начала отсечки.

При движении вниз, после разобщения полостей разгружающим пояском, НК увеличивает объём полости штуцера и снижает давление в системе, т.е. разгружает ТВД от остаточного давления в конце впрыскивания.

При этом исключается вредное действие гидродинамических колебаний топлива в ТВД, приводящее к дополнительному подъёму иглы форсунки, и из-за резкой посадки иглы форсунки на седло относительно сокращается период некачественного распыливания топлива в конце фазы процесса впрыска (при этом снижается вероятность закоксовывания сопловых отверстий распылителя форсунки и создаются условия для улучшения экономических показателей работы дизеля.

Снижение давления в системе в данный момент зависит от площади поперечного сечения разгружающего пояска и хода разгрузки (т.е. разгрузочного объёма).

Эффективная величина разгрузочного объёма НК устанавливается экспериментальным путём в зависимости от конструкции ТА и конкретных условий её работы(как правило, так, чтобы в ТВД ОСТАВАЛОСЬ ОПРЕДЕЛЁННОЕ ДАВЛЕНИЕ p_ОСТ. =3…8 МПа полную разгрузку не делают, чтобы не было разрывов сплошности столба топлива).

Разгрузочный объём V_разгр.= πхd²_р.п. х h_р./ 4;

После полного перекрытия отсечного окна кромкой плунжера, его полость оказывается отделённой от всех остальных полостей и магистралей. Давление в ней падает до давления парообразования топлива при данной температуре. В полости образуется паровая пробка, которая устраняется после поступления топлива из всасывающей магистрали, когда торец плунжера откроет всасывающее окно.

Лекция 7. 12.11.14.

 

 

1.5.Функции НК.

НК предназначен для разобщения полости плунжера от полости штуцера и ТВД с целью поддержания необходимой величины p_о, а также эффективного воздействия на скоростную характеристику ЦПТ за счёт изменения формы и размеров.

Рис.15.

 

а- закрытое положение; а- без дополнительной лыски на разгр. пояске НК;

б- положение нагнетания. б- с доп. лыской на разгр. пояске НК.

1- корпус НК 1- седло НК;

2- пружина НК; 2- разгрузочный поясок НК;

3- запирающий конус НК; 3- кольцевая канавка;

4- седло конуса; 4-ПРОДОЛЬНЫЙ ПАЗ;

5- направляющая втулка НК. 5- направляющая НК;

6- дополнительная лыска.

Рис.15а.

 

При посадке нагнетательного клапана разгрузочный поясок сначала разъединяет топливопровод с надплунжерным пространством, а затем, при дальнейшем опускании, увеличивает объем внутренних полостей линии высокого давления. В результате резко заканчивается впрыскивание топлива в камеру сгорания и уменьшается возможность его подтекания через распыливающее устройство. При посадке нагнетательного клапана разгрузочный поясок сначала разъединяет топливопровод с надплунжерным пространством, а затем, при дальнейшем опускании, увеличивает объем внутренних полостей линии высокого давления. В результате резко заканчивается впрыскивание топлива в камеру сгорания и уменьшается возможность его подтекания через распыливающее устройство.

 

Рис.15 б.

 

Вывод. За счёт НК можно:

1. формировать волну подачи;

2. получать ступенчатый закон подачи топлива;

3. ликвидировать подвпрыск;

4. воздействовать на обратную(отражённую) волну давления;

5. повысить стабильность работы ТПА;

6. УМЕНЬШИТЬ ВЕРОЯТНОСТЬ ПРОПУСКА ПОДАЧ НА МАЛЫХ ОБОРОТАХ;

7. изменять угол опережения впрыска;

8. улучшать экономические показатели дизеля;

9. в некоторых случаях (специальная конструкция, рис. 15в) корректировать ЦПТ для формирования потребной скоростной характеристики.

 

Скорректировать скоростную характеристику ЦПТ можно либо за счёт некоторого увеличения количества подаваемого топлива на малых оборотах (Рис.15г, кривая 1), либо за счёт уменьшения подаваемого топлива на больших оборотах (Рис.15г, кривая 2).

 

 

Рис.15 в.

Рис.15г. Скоростная характеристика ЦПТ.

 

 

Рис. 16.

Рис. 17.

 

1.6.Форсунки дизелей.

1.6.1. Гидродинамические характеристики форсунок.

вий её работы.

1.6.1.1.Открытая форсунка.

топлива.

Графически – это парабола, искажённая зависимостью µ_ф =f(Re).

няют.

Рис. 18.

 

Лекция 10. (продолж. 1.6.1. Гидродинамические

характеристики форсунок).

26.03.12.

 

1.6.1.2. Закрытая форсунка с запорной иглой.

Нормальные закрытые форсунки (форсунки с запирающей иглой) наиболее широко применяются. Характер изменения зависимости р _ф = f(Q_Ф) обусловливается наличием двух дросселирующих сечений: «к» (при малых Q_Ф и х_и) и «с» (при больших Q_Ф) (рис. 10б) и кривая изменения р _ф асимптотически приближается к кривой изменения р _в.

При подъёме иглы форсунки до упора (х_иmax) площади дросселирующих сечений не зависят от режима её работы, т.е. от давления – характеристика закрытой форсунки эквивалентна характеристике открытой форсунки. Упор иглы обычно устанавливают в зоне III характеристик и, где отличие ветвей р _ф и р^! _ф незначительно(Рис.21).

Несмотря на то, что впрыскивание при малых Q_Ф возможно только при высоких давлениях р _ф топлива в кармане распылителя, давление р _в в предсопловом канале, определяющее скорость истечения из распыливающих отверстий и качество распыливания, ненамного выше р _ц (недостаток открытой форсунки). В связи с этим характеристики нормальной форсунки подбирают т.о., чтобы свести к min время её работы на участках I,II.

Вид гидравлической характеристики определяется рядом конструктивных и регулировочных параметров форсунки. При изменении затяжки пружины меняется давление начала впрыскивания и участок характеристики, соответствующий малым Q_Ф. Увел ичение жёсткости пружины приводит к необходимости повысить давление р _ф для подъёма иглы на ту же величину и обеспечения того же Q_Ф (рис.20 а,б).

В определённой мере аналогично влияние отношения d₁ / d₀ (Рис.19), т.к. Рис.19

Площадь дифференциальной площадки иглы

С уменьшением площади сечения распылителя увеличивается дросселирование топлива, сокращаются зоны I и II гидравлической характеристики (Рис.21, Рис.20,в). Особенность характеристики закрытой форсунки с запорной иглой: давление конца впрыска меньше давления начала, т.к. под конусом иглы давления топлива равны соответственно р _в и р _ц (р _в > р _ц ). Для более точного описания работы форсунки используют гидродинамическую модель течения между запирающими конусами, а также динамическую гидравлическую характеристику форсунки или проводят динамический расчёт всей ТС. Уточнённый расчёт течения у конусов показывает, что вид гидравлической характеристики существенно зависит также от разности углов Δα конусов

иглы и седла распылителя (Рис.20,г).

Новые форсунки имеют обычно Δα= 0,5…1,5°, что обеспечивает быструю посадку иглы без сильного удара о седло и надёжное уплотнение.

В форсунках с запирающей иглой возможны неустойчивые режимы работы. Например, режим работы, соответствующий точке А на характеристике нормальной форсунки (Рис.21). Допустим, что в результате случайного

 

 

характеристики (Рис.21) работа форсунки происходит следующим образом: игла, поднявшись до значения А¹, не останавливается, а из- за нахождения на неустойчивой ветви характеристики поднимается дальше. Подача топлива достигает Q_Ф.кр. , но врезультате инерционности иглы рабочая точка продолжает смещаться вправо по зоне III характеристики. Но длительная работа здесь невозможна из- за недостаточности топлива, и игла опускается, быстро проходит зону II и из- за инерционности - зону I, впрыскивание прекращается. Через некоторое время ТНВД ликвидирует недостаток топлива, давление его увеличивается выше р_фо, и цикл повторяется. Такое впрыскивание называют дробящим. При этом колебательное движение иглы не обязательно должно сопровождаться её посадкой на конус. Наличие дробящего впрыскивания является интегральным показателем исправности форсунок.

Д робящее впрыскивание возможно при работе дизеля на низких скоростных режимах, однако способность к нему у форсунок изменяется в зависимости от конструктивных и регулировочных параметров, в частности, она снижается у БУ форсунок в результате изнашивания запирающих конусов и уменьшения Δα (см. рис. 20,г).

Лекция 8. 19.11.14

 

Неустойчивые режимы работы наблюдаются также у штифтовых форсунок (Рис.25).

Аналитическая запись гидродинамической характеристики закрытой форсунки с запорной иглой:

 

Рис.20.

Рис.20 Влияние на гидродинамическую характеристику закрытой форсунки с запорной иглой изменения её конструктивных и регулировочных параметров:

Рис.21 Гидродинамическая характеристика закрытой форсунки с запорной иглой.

 

1.6.1.3. Штифтовая форсунка.

В штифтовых форсунках впрыскивание топлива происходит через сопловой канал 2, в котором с малым зазором двигается фасонный штифт иглы 1 (Рис.22). Обычно используют распылители с цилиндрическими и двухконусными штифтами, у которых

2α =4…60° (Рис.22,б).

Рис.22,а, б, в. Распылители штифтовых форсунок:

а б в

Рис.22ⁱ. Схема работы штифтового распылителя.

Наличие и положение штифта определяет геометрию распыленной струи топлива и гидравлические свойства распылителя. Используя систему уравнений по сечениям фасонной части штифта, получим аналитическое выражение характеристики штифтовой форсунки:

 

где эквивалентное эффективное сечение распылителя

 

Т.о., эквивалентное сечение определяется наименьшим из трёх последовательно расположенных сечений: на средних и больших подъёмах иглы - результирующим сечением штифта μ_шf_ш (Рис.23).

Рис.23. Схема для определения результирующего сечения штифта μ_шf_ш при подъёме иглы.

Изменение μ_шf_ш по мере подъёма иглы происходит по сложному закону (Рис.24.) в зависимости от величины и соотношения μ₂f₂ и

μ ₃f₃. В соответствии с положениями I…V штифта изменяется характер гидравлической характеристики штифтовой форсунки (Рис.25).

 

Рис.24. Изменение μ_шf_ш при подъёме иглы.

 

Изменением углов верхнего и нижнего конусов штифта и расположением конуса в теле распылителя выше штифтового канала можно влиять на вид характеристики форсунки, приспосабливая её к работе дизеля. Введение упора иглы, как и в случае закрытой форсунки с запорной иглой, приводит к переходу на характеристику открытой форсунки.

 

Рис.25. Гидродинамическая характеристика штифтовой форсунки

(x_и = x_иmax – упор иглы).

 

Рис.4,в) имеется боковое отверстие 3, которое обеспечивает более тонкое распыливание топлива.

 

1.6.2. Тепловая защита форсунок.

 

мальный диаметр d₁ (рис.26,а) распылителей доведён сейчас до 9,5 мм. Используют запрессованные в тело ГБЦ защитные колпачки- экраны. Они снижают t_р на 25…40°С, а их эффективность возрастает при установке вблизи его носка теплоизолирующей прокладки, препятствующей циркуляции горячих г