Содержание к диссертации
Введение
1.Состояние вопроса, цель и задачи исследования 8
1.1 .Причины разности параметров топливоподачи топливных насосов высокого давления 8
1.2. Анализ влияния параметров дизельного топлива (испытательной жидкости) контрольно-регулировочного стенда на регулировочные параметры топливных насосов высокого давления 11
1.3.Анализ влияния технического состояния стендовых топливопроводов
высокого давления на регулировочные параметры ТНВД 15
1.4.Анализ влияния технического состояния стендовых форсунок на
регулировочные параметры топливных насосов высокого давления 19
1.5.Влияние давления во всасывающей полости топливного насоса высокого давления и противодавления впрыскивания на параметры топливоподачи 23
І.б.Цель и задачи исследования 25
Выводы 26
2. Теоретические предпосылки оптимизации регулировочных параметров топливоподачи ТНВД 27
2.1 . Расчетно-теоретическое исследование влияния технического состояния стендовых элементов и температурного режима на регулировочные параметры топливоподачи 27
2.2.Результаты исследований регулировочных параметров процесса топливоподачи на ЭВМ 36
2.3. Многофакторные математическііе модели зависимости показателей ра боты дизеля от регулировочных параметров ТНВД и стендовой форсунки...42
2.4. Оптимизация регулировочных параметров топливной аппаратуры по мощностным, экономическим показателям и дымности отработавших газов 44
Выводы 50
З.Программа и методика экспериментальных исследований 51
3.1.Программа экспериментальных исследований 51
3.2. Методика проведения экспериментальных исследований параметров контрольно-регулировочного стенда 51
З.З.Методика исследований влияния регулировочных параметров топливной аппаратуры на мощностные, экономические и экологические показатели работы дизеля 58
ЗАМетодика обработки результатов испытаний топливного насоса и дизеля 62
3.5.Методика оптимизации регулировочных параметров топливной аппаратуры по мощностным, экономическим и экологическим показателям работы дизеля 66
3.6.Оборудование, приборы и измерительная аппаратура для экспериментальных исследований 68
3.7..Оценка погрешности измерения результатов опытов 76
4.Резулбтаты экспериментальных исследований 82
4.1.Критерий оценки режима регулировки ТНВД 82
4.2. Результаты исследования на контрольно-регулировочном стенде топливной аппаратуры . 85
4.2.1.Влияние температурного режима на регулировочные показатели топливной аппаратуры 85
4.2.2. Влияние технического состояния элементов топливного насоса высокого давления на параметры процесса топливоподачи 87
4.2.3. Влияние технического состояния стендового топливопровода высокого давления на параметры топливоподачи 91
4.2.4. Влияние технического состояния стендовой форсунки на параметры топливоподачи 98
4.2.5.Влияние давления топлива в головке насоса на регулировочные параметры топливной аппаратуры 112
4.2.6.Обоснование режима испытаний и регулировки отремонтированных топливных насосов 114
4.3.Результаты стендовых моторных исследований 117
4.3.1.Влияние основных регулировочных параметров топливной аппаратуры на мощностные, экономические и экологические показатели на установившихся режимах дизеля 117
4.3.2.Результаты исследования показателей работы дизеля при реализации рекомендуемой технологии 122
Выводы 125
5. Оценка экономической эффективности и внедрения разработок совершенствования режимов испытания и регулировки топливных насосов высокого давления ...126
5.1. Экономическая эффективность разработанных мероприятий 126
Общие выводы 132
Литература 134
Приложение 145
- Анализ влияния параметров дизельного топлива (испытательной жидкости) контрольно-регулировочного стенда на регулировочные параметры топливных насосов высокого давления
- Расчетно-теоретическое исследование влияния технического состояния стендовых элементов и температурного режима на регулировочные параметры топливоподачи
- Методика проведения экспериментальных исследований параметров контрольно-регулировочного стенда
- Результаты исследования на контрольно-регулировочном стенде топливной аппаратуры
Введение к работе
Мощностные, экономические и экологические показатели, а также надёжность работы дизелей в значительной степени определяются техническим состоянием и качеством настройки топливной аппаратуры (ТА).
Значительная часть тракторных дизелей, находящихся в эксплуатации, не развивает установленной мощности и имеет повышенный расход топлива. Часто не только после определённого периода эксплуатации, но и сразу после ремонта двигатели имеют пониженные мощностные и экономические показатели. Часть двигателей направляется в ремонт из-за снижения мощности и увеличенного расхода топлива, тогда как восстановить показатели работы двигателей можно настройкой топливной аппаратуры.
Обследование тракторных дизелей, находящихся в условиях реальной эксплуатации, проведенное ГОСНИТИ, С.-ПГАУ, ЦНИТА и другими организациями, показали, что значительная часть (80...85%) дизелей не развивает установленной мощности и имеет повышенный расход топлива. Из 92-х контрольных испытаний тракторных дизелей, проведенных в хозяйствах Кубани, только в трех случаях они развивали мощность, гарантированную заводом-изготовителем. У 78-ми дизелей она была ниже номинальной на 15%, а у 11-выше на 16...25%. Удельный расход топлива, соответствующий паспортным данным, имели лишь четыре дизеля.
Проверка также показала, что подача топлива топливными насосами высокого давления (ТНВД) при номинальной частоте вращения колеблется в пределах 12,5...84,5 см3/мин. Неравномерность подачи топлива секциями ТНВД при номинальной частоте вращения находится в пределах установленных техническими условиями у 40% насосов, а при максимальной частоте вращения на холостом ходу только у 8%. У 58% насосов подача топлива отключалась при достижении максимальной частоты холостого хода. Средние отклонения этих параметров от номинальных значений существенно превышают допустимые величины.
Стендовая проверка двигателей 8413/14, после длительной эксплуатации, показала, что мощность и топливная экономичность понижаются, а дымность ОТ - увеличивается. При установке на двигателе контрольных комплектов ТА \ максимальное снижение мощности (по сравнению с новым) составляет 5%, а увеличение удельного расхода топлива - не более 4% [32]. После того, как ТА двигателя была приведена в порядок и отрегулирована, мощностные показатели, как правило, были не хуже, чем при работе с контрольной ТА. Даже у двигателей с большим износом деталей ЦПГ не отмечается падение мощностных и топливных показателей более чем на 5% при нормальном состоянии ТА[55].
В результате проверки [53] состояние регулировок топливной аппаратуры дизелей 4411/12.5 в условиях рядовой эксплуатации тракторов МТЗ-80 установлено, что такие показатели, как угол опережения начала подачи топлива, цикловая подача топлива, давление начала подъема иглы форсунки, колеблются в весьма широких пределах, существенно превышающих допустимые значения. Математическая обработка [53] полученных данных показала, что законы распределения регулировочных параметров топливной аппаратуры близки к нормальным.
Около 30% обследованных двигателей имели угол опережения начала подачи топлива до 4 позже предусмотренного техническими условиями и 24% - до 3 раньше.
Значения цикловой подачи по 100 обследованным цилиндрам находились в пределах 0,0425...0,0635 г/цикл, что составляет + 20% от предусмотренных техническими условиями. Примерно 40% цилиндров имели цикловую подачу в пределах предусмотренных допусков (+ 5%), 30% цилиндров имели заниженную цикловую подачу и столько же завышенную на 5...20%.
Имеющее место отклонение параметров топливоподачи на двигателе, во многом объясняется отличием существующих режимов испытания и регулировки ТНВД на безмоторном стенде от режимов работы их на двигателе. На безмоторном стенде испытание и регулировка ТНВД осуществляется со стендовыми форсунками и топливопроводами высокого давления одного технического состояния, а на двигателе они работают с рабочими форсунками и топливопроводами другого технического состояния. Температурный режим при испытании и регулировке равен 20...25С, а при работе на двигателе температура топлива, поступающего в ТНВД, составляет в среднем 60С. Влияние указанных факторов усугубляется тем, что на ремонтных предприятиях и пунктах технического обслуживания испытывают и регулируют ТНВД, укомплектованные деталями, имеющими широкий диапазон технического состояния.
При значительном количестве работ, посвященных исследованию параметров топливоподачи, в настоящее время очень мало работ выполненных по исследованию влияния методов и средств, заложенных в конструкциях контрольно - регулировочных стендов (КРС) для измерения регулировочных параметров топливоподачи.
Применение в ремонтно-обслуживающем производстве, разработанной КБГСХА совместно с ГОСНИТИ, системы эталонирования повышает точность измерения регулировочных параметров топливоподачи и снижает неравномерность топливоподачи по секциям ТНВД. В полном объеме ее целесообразно применять в специализированных ремонтно-обслуживающих предприятиях со значительной программой.
Однако не все составляющие так называемой «скрытой» погрешности, вносимые методами и средствами измерения КРС в определение регулировочных параметров топливоподачи, до настоящего времени исследованы не полностью.
Приведенный анализ показывает, что в современных условиях совершенствование режимов испытания и регулировки ТНВД на КРС, обеспечивающие улучшение показателей работы дизелей сельскохозяйственного (с/х) назначения является актуальной и имеет важное народнохозяйственное значение.
Цель работы. Улучшение показателей работы тракторных дизелей путем совершенствования режимов настройки ТНВД при выполнении ремонтно-обслуживающих работ.
Объекты исследований, В качестве объектов исследований приняты контрольно-регулировочные стенды отечествешюго производства КИ-2220ІА, а также стенды зарубежных фирм: Хартридж, Мерлин (Англия), Фрвдман-Майер (Австрия), Моторпал (Чехия), Миркез-Дизель (Венгрия), а также топливная аппаратура дизеля 4411/12,5 (Д-240).
Исследования проводились в лабораториях ГОСНИТИ и КБГСХА. При этом проводились стендовые безмоторные и моторные исследования. Исследования проводились в соответствии с требованиями действующих ГОСТов и нормативно-технической документации. Научную новизну работы составляют: - многофакторные математические модели зависимости показателей рабо ты тракторных дизелей (эффективной мощности, удельного и часового расхо дов топлива, дымности отработавших газов) от регулировочных параметров топливной аппаратуры (угла опережения впрыскивания, цикловой подачи топлива и давления затяжки пружины форсунки); -научно-обоснованный уточненный режим настройки ТНВД на КРС при выполнении ремонтно-обслуживающих работ; - результаты сравнительных теоретических и экспериментальных исследований режима настройки ТНВД на КРС.
Практическую значимость работы составляют научно-обоснованные рекомендации обеспечивающие оптимальные значения регулировочных параметров топливоподачи при настройке ТНВД на КРС на ремонтно-обслуживающих предприятиях: - уточненный режим настройки ТНВД на КРС; -конструкция стенда постоянного давления для определения эффективного проходного сечения форсунок и топливопроводов высокого давления; -логические и технические рекомендации, обеспечивающие оптимальные значения регулировочных параметров ТНВД при выполнении ремонтно-обслуживающих работ.
Апробация работы. Основное содержание диссертационной работы докладывалось на международной научно-технической конференции «Улучшение эксплуатационных показателей работы двигателей, тракторов и автомобилей» СПГАУ, Санкт-Петербург, 1998г.; на научно-техническом семинаре «Механика» КБГСХА, Нальчик, 1999-2005гг.; на юбилейной научной конференции «Механика» посвященной 20-летию КБГСХА, Нальчик, 2002г.; на международной научно-технической конференции «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей» СПГАУ, Санкт-Петербург, 2003г.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в ООО «Эльбрусская сельхозтехника» Кабардино-Балкарской республики, используются в учебном процессе КБГСХА.
Публикация. Основные теоретические и практические результаты исследований опубликованы в 6 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка литературы из 107 наименований и приложения на 10-ти страницах. Работа изложена на 144 страницах машинописного текста, включающих 50 рисунков и 5 таблиц.
Анализ влияния параметров дизельного топлива (испытательной жидкости) контрольно-регулировочного стенда на регулировочные параметры топливных насосов высокого давления
Топливные насосы высокого давления (ТНВД) отрегулированные на безмоторном стенде на ремонти о-обслуживающих предприятиях, при установке на дизель должны обеспечивать оптимальные его показатели (мощности и расход топлива) без дополнительной подрегулировки.
Однако, это условие, в настоящее время, не выполняется. В работе [10] считают одной из причин разности топливоподачи топливной аппаратуры (ТА) является то, что на безмоторном стенде ТНВД испытывается и регулируется в условиях отличающихся от тех, в которых они работают на дизеле.
Во-первых, при испытании и регулировке ТНВД на безмоторном стенде впрыскивание топлива производится в пеногаситель с атмосферным давлением, в то время, как при работе на дизеле - в среду сжатого газа. Проведенный [4] расчет для ТА УТН-5 на режиме работы двигателя Д-37М показал, что уменьшение часовой подачи топлива должно составить до 18%. Фактическое снижение часовой подачи составило 2...3%. Это объясняется тем, что с изменением противодавления изменяется давление топлива в топливопроводе. С увеличением давления в топливопроводе увеличивается остаточное давление. Это уменьшает изменение перепада давлений топлива между предсопловым пространством распылителя и средой, в которую производится впрыскивание. Уменьшение цикловой подачи топлива (ЦПТ) с увеличением противодавления может происходить за счет проникновения газов в полость распылителя, что возможно при уменьшении давления топлива в этой полости, ниже среды впрыскивания, в промежуток времени, когда игла еще не села на седло распылителя. Это подтверждают результаты [4,75] измерения часовой подачи топлива при впрыскивании в бомбу с воздухом и в бомбу с топливом. Так, при впрыскивании в бомбу с воздухом, при одном и том же противодавлении, часовая подача уменьшается в большей степени (до 6%), чем при впрыскивании в бомбу с топливом.
Во-вторых, температура топлива на входе на ТНВД и его корпуса, при работе его на стенде, обычно не на много превышает температуру окружающей среды, а при работе на двигателе, температура топлива и корпуса ТНВД может достигать 60...70 С. исследования, выполненные нами, ЦНИТА и ГОСНИТИ [2,6,7,33] показали, что увеличение утечек топлива через прецизионные элементы не является превалирующим (доминирующим) фактором.
Так, например, у ТА дизеля 4411/12.5 с уровнем давлений впрыскивания 18...20 МПа разность часовой отдачи примерно в 2 раза больше, чем у ТА дизеля 4410.5/12 суровнем давления впрыскивания 33...38 МПа.
Причиной изменения производительности ТНВД при повышении температуры является [29,32,33] уменьшение периодов дросселирования топлива (одновременного истечения топлива через впускные и отсечные отверстия втулки плунжера и линии нагнетания (ЛН) при ходе нагнетания плунжера) в связи с уменьшением его вязкости. В данном случае, большая разность подачи топлива была у ТА Д-50, которая по сравнению с ТА Д-37М имела большую величину fUpfp (0,35-0,45 мм у Д-50 и 0,14-0,165 мм уД-37М).
Следовательно, при испытании и регулировке ТНВД на безмоторных стендах, необходимо учесть температурный перепад между стендом и двигателем. Это позволит повысить идентичность и стабильность параметров ТА при работе последнего на дизеле.
В третьих, параметры стендовых форсунок и топливопроводов, с которыми испытываются и регулируются рабочие ТНВД, оказывают существенное влияние на идентичность и стабильность параметров топливопо-дачи. Это объясняется тем, что они участвуют в формировании характеристики впрыскивания топлива ТНВД. Поэтому, замена их рабочими форсунками и топливопроводами с другими гидравлическими характеристиками ведет к неравномерности подачи топлива по секциям ТНВД до 20% [1,8,10,13,82]. Решение данного вопроса ряд исследователей видят в настройке ТНВД на безмоторных стендах с рабочими форсунками и топливопроводами, с которыми они работают на двигателе [11,15,17]. Этот путь неприемлем, так как тогда мы будем иметь не только, так называемую, «скрытую» погрешность по величине ЦПТ, но значительную не идентичность характеристик впрыскивания топлива. Все это свидетельствует о том, что необходимо провести исследование и обосновать параметры стендовых форсунок и топливопроводов с учетом изменения гидравлических характеристик рабочих форсунок и топливопроводов в эксплуатации.
В четвертых, методы и средства измерения испытательных стендов тоже ухудшают идентичность стабильность параметров топливоподачи. В отечественных и большинстве зарубежных стендах, измерение средней ЦПТ производится объемным способом, со всеми присущими ему недостатками.
Погрешности, при этом, складываются из погрешности, вносимой мерными мензурками, образующей пеной топлива, определении мениска, количеством топлива остающимся на стенках мензурок, а также температурным режимом испытания, вследствие изменения плотности топлива.
Из приведенного анализа следует, что идентичность параметров топливоподачи зависят от технического состояния стендовых элементов, от методов и средств их контроля на испытательных стендах в ремонта о-обслуживающих предприятиях, от комплектов рабочих топливопроводов и форсунок, от условий испытания и настройки ТА.
Исследованию причин неидентичности параметров топливоподачи посвящено значительное количество работ, где исследованы различные стороны этого вопроса: влияние температурного режима работы дизеля; нарушения регулировок и износа деталей ТА, условий испытания и регулировки ТНВД и др. Однако они выполнены в различных условиях для различных типов ТА, порой противоречивы и не дают возможности оценить комплексно причины нестабильности параметров топливоподачи в условиях реальной эксплуатации, что вызывает необходимость проведения комплексных исследовании с учетом технического состояния прецизионных деталей ТНВД.
Расчетно-теоретическое исследование влияния технического состояния стендовых элементов и температурного режима на регулировочные параметры топливоподачи
Основными стендовыми элементами, вносящими значительную погрешность в значения регулировочных параметров, являются стендовые топливопроводы высокого давления, форсунка и температурный режим, так как они участвуют в формировании цикловой подачи и определяемом им начала (опережения) впрыскивания топлива.
Расчетно-теоретическое исследование процесса топливоподачи проведено с использованием программы, разработанной профессором Л. Н. Голубковым на кафедре автотракторных двигателей МАДИ, на основе уравнений гидродинамического расчета, предложенных профессором И. В. Астаховым. С учетом поставленных задач выбран вариант программы расчета ТА с рядным ТНВД и с учетом утечек топлива через прецизионные элементы ТСВД.
В данном случае расчет процесса топливоподачи производился по следующим системам уравнений, описывающих граничные условия у топливного насоса высокого давления (2.1) и у форсунки (2.2). где Рн Р „ Рг Рф Р3 Рко Рц - давления в полости нагнетания плунжерной пары, полости штуцера, в головке насоса, давления впрыскивания, затяжки пружины форсунки, открытия нагнетательного клапана, в цилиндре двигателя; fn, fK, fT, f0, ї и) fm fm площади поперечного сечения плунжера, нагнетательного клапана, канала топливопровода, окон втулки плунжера, иглы распылителя, штифта иглы распылителя, площадь, определяемая по диаметру запорной кромки иглы; VH, V H, УФ, У , У пф - объем в полости нагнетания плунжерной пары, штуцера насоса, каналов форсунки, свободные объемы в полостях насоса, форсунки; Спк, СПф - жесткость пружин нагнетательного клапана и форсунки; С т, С"т — скорость движения топлива во входном и выходном сечениях топливопровода; Сш Ск, Си — скорости движения плунжера, нагнетательного клапана и иглы распылителя; t, а — время и скорость распространения волны давления; Uofo, Цк fK (ipfp- эффективные проходные сечения окон втулки, щели между нагнетательным клапаном и седлом, распылителя форсунки; ее, р - коэффициенты сжимаемости и плотности топлива; hK, hu - подъемы нагнетательного клапана, иглы распылителя; Мк, Ми - массы движущихся частей нагнетательного клапана, иглы распылителя; Zb Z2, Z3 - расходы топлива через зазоры в золотниковой и поршневой частях плунжера, между иглой и корпусом распылителя.
Перед отдельными членами уравнений и в целом перед правыми частями отдельных уравнений введены ступенчатые функции о (1;2;3;4), которые, принимая значения равные нулю или единице в зависимости от наложенных на них условий, определяют вид и количество уравнений для каждого этапа расчета. Выражение, имеющее сомножитель с; перед вычислением анализируется и, если Gj равна нулю, то данное выражение не вычисляется.
Гидравлические характеристики элементов ТСВД для расчета были определены экспериментально и задавались в виде таблиц jipfp = цЪи), uofo = f( p) (2.3) Интегрирование дифференциальных уравнений производилось по методу Эйлера с дроблением шага расчета в три раза после выхода разгрузочного пояска из седла нагнетательного клапана, что обеспечивает при шаге интегрирования 0,02... достаточную точность расчета. Результаты расчета выдавались через каждые 0,5... поворота кулачкового вала насоса (к.в.н.) (табл.2Л).
Параметры технического состояния исследуемых элементов ТСВД были определены по результатам обследования ремонтного фонда предприятий «Сельхозтехника» и вводились в программу расчета в следующих пределах: зазор в плунжерной паре an = 2,.10 мкм, зазор по разгружающему пояску нагнетательного клапана стк = 4... 16 мкм, эффективное проходное сечение топливопро-вода высокого давления (т.в.д.) ц = 0,8...1,10 мм , эффективное проходное сечение распылителя форсунки при положении иглы на упоре u.pfp =0,3...0,6 мм2.
Для установления количественных значений влияния параметров технического состояния элементов ТСВД на основные параметры топливоподачи (цикловая подача gu, угол запаздывания впрыскивания р3, давление Рв и продолжительность впрыскивания срп), а также чтобы имелась возможность использования результатов расчета в многофакторной математической модели, составлены варианты комплектации секции ТНВД элементами ТСВД, а также матрица плана расчетов, уровни параметров исследуемых факторов и варианты комплектования элементами ТСВД.
Результаты расчетов параметров топливоподачи, с использованием разработанной математической модели, обработаны с помощью математического пакета прикладных программ для ЭВМ «STATISTICAL.О».
Увеличение эффективного проходного сечения распылителя приводит к увеличению цикловой подачи топлива только до определенной величины эффективного проходного сечения, так называемой критической величины. Дальнейшее увеличение эффективного проходного сечения не оказывает влияния на величину цикловой подачи топлива, что объясняется влиянием на процесс топливоподачи двух факторов оказывающих противоположное влияние. С увеличением эффективного проходного сечения уменьшается гидравлическое сопротивление, оказываемое истечению топлива из сопла распылителя, что приводит к снижению давления впрыскивания топлива. Это уменьшает влияние сжимаемости на величину цикловой подачи, что подтверждается гидродинамическим расчетом, выполненным на ЭВМ. Так, с увеличением эффективного проходного сечения распылителя с 0,30 до 0,45 мм2 давление топлива в линии ТСВД уменьшилось на 6,0 МПа, а дальнейшее увеличение эффективного проходного сечения до 0,55 мм2 привело к уменьшению всего на 1,0 МПа..
Методика проведения экспериментальных исследований параметров контрольно-регулировочного стенда
Исходя из задачи исследований были проведены следующие экспериментальные работы: 1. Определение гидравлических характеристик прецизионных элементов ТНВД и стендовых форсунок. 2. Определение изменения физических параметров дизельного топлива и технологической жидкости, рекомендуемой фирмой «Хатридж», в зависимости от температуры (лаборатории НПО ЦНИТА и НЗТА). 3. Исследование влияния температурного режима топлива на основные регулировочные параметры топливного насоса высокого давления. 4. Исследование влияния технического состояния прецизионных деталей ТНВД и стендовых форсунок на основные регулировочные параметры топливоподачи. 5. Исследование влияния скоростного режима ТНВД на основные регулировочные параметры топливоподачи при различных технических состояниях прецизионных деталей и температуре топлива. 6. Сравнительные исследования стендовых форсунок, применяемых на отечественных и зарубежных стендах КРС. 7. Моторные исследования влияния регулировочных параметров топливоподачи на показатели работы дизеля. 8. Исследование измерения равномерности топливоподачи на безмоторном стенде и на двигателе.
1. Экспериментальные исследования на безмоторном стенде состояли из следующих этапов: этап — Исследование влияния температурного режима на основные параметры топливоподачи. 2 этап - Исследование влияния технического состояния прецизионных деталей ТНВД и стендовых форсунок на основные параметры процесса топливоподачи. 3 этап - Сравнительные исследования стендовых форсунок, применяемых на отечественных и зарубежных стендах. 1 этап. Исследование влияния температурного режима на основные регулировочные параметры топливного насоса высокого давления.
Для проведения экспериментов принято дизельное топливо летнее по ГОСТ 305-62. Изменения физических параметров (кинематической вязкости, плотности) топлива определились в интервале температур от 20С до 80С в лаборатории ГОСНИТИ.
В этом же интервале температур в лаборатории ВНИИНП определена кинематическая вязкость технологической жидкости, рекомендуемой фирмой Хартридж (Англия) для испытания и регулировки топливных насосов дизелей.
Исследования проводились на стенде КИ-921М (рис.3.5) с топливным насосом (с закрепленной рейкой) УТН-5 двигателя 4411/12,5 и эталонными топливопроводами высокого давления и форсунками. Зависимость цикловой подачи топлива, угла начала впрыскивания от физических параметров топлива (на стенде поддерживалась температура топлива в головке ТНВД с учетом температурного режима работы ТНВД на двигателе) определялась в интервале от 20С до 70С.
Для исследования влияния технического состояния прецизионных деталей ТНВД и стендовой форсунки и физических параметров топлива на основные детали топливного насоса были подобраны прецизионные пары и произведены измерения их рабочих поверхностей на НЗТА и в лабораториях метрологии ЦНИТА. Плунжерные пары и нагнетательные клапана устанавливались в первую секцию топливного насоса (остальные являлись контрольными) в сочетаниях, приведенных в табл. №3.1.
После каждой замены прецизионных пар топливный насос высокого давления регулировался на номинальную цикловую подачу (75 мм3/цикл). Затем определялся геометрический активный ход плунжера. Для каждого сочетания прецизионных элементов, указанных в табл. № 3.1, снимались характеристики насоса при температуре топлива в головке насоса: 20С, 30С, 40С, 50С, 60С, 70С и частоте вращения кулачкового вала насоса в мин."1: 100, 300, 500, 850, 900. Температурный режим задавался подогревателем стенда с автоматическим терморегулятором и контролировался стрелочным термометром с ценой шкалы 2С.
Результаты исследования на контрольно-регулировочном стенде топливной аппаратуры
С изменением температурного режима работы топливной аппаратуры соответственно изменяется и температура топлива. Изменение температуры топлива обуславливает изменение его физических параметров. Изменение таких физических параметров, как кинематическая вязкость, коэффициент сжимаемости и удельный вес происходит комплексно. Одним из наиболее важных параметров является кинематическая вязкость, которая изменяется в значительных пределах при изменении температуры топлива на безмоторном стенде и работе топливной аппаратуры на двигателе.
Изменение кинематической вязкости дизельного топлива и испытательного топлива, рекомендуемого фирмой Хартридж, приведено на рис. 4.2. Как видно на рис, 4.2, наиболее интенсивное уменьшение кинематической вязкости происходит с увеличением температуры до 40С. Для дизельного топлива и испытательного топлива вязкость уменьшается в 2 раза по сравнению с кинематической вязкостью, которую имело топливо при 20С. Дальнейшее увеличение температуры вызывает уменьшение вязкости примерно на 1,5 ест для испытательного топлива и на 0,5 ест для дизельного топлива. На этом же графике приведено изменение температуры топлива в баке во время работы стенда СДТА-2 при температуре окружающей среды 19С. Температура топлива увеличивается интенсивно на первые 3,5 часа работы стенда, и затем удерживается более стабильно. Общее изменение составляет около 15С (от 19С до 34С).
При отклонении температурного режима работы топливного насоса от режима регулировки топливной аппаратуры наблюдается увеличение неравномерности топливоподачи между секциями насоса. При этом наибольшая разница по величине цикловой подачи наблюдается между секциями с одинаковыми зазорами в плунжерной паре и различным зазором по разгружающему пояску в нагнетательных клапанах, кривые 1 и 2 (рис. 4.3).
При температуре топлива 40С равенство цикловых подач достигалась регулировкой геометрического активного хода. В первом случае (кривая 1) при меньшем зазоре нагнетательного клапана линия нагнетания разгружается на большую величину и, следовательно, активный ход в этом случае для восстановления цикловой подачи потребовался больше, чем во втором случае, где нагнетательный клапан имел больший зазор (5К = 20,0 мк).
Угол запаздывания впрыска при увеличении температуры топлива увеличивается. Изменение угла запаздывания впрыска при этом зависит от сочетания зазоров плунжерной пары и по разгружающему пояску нагнетательного клапана. В исследованных пределах изменения технического состояния прецизионных элементов насоса угол запаздывания впрыска увеличился на 1 по углу поворота кулачкового вала насоса (рис. 4.3.).
Изменение основных параметров впрыска (Рф, ф3, фп,Лн) в зависимости от 8П приведено на рис. 4.4. Увеличение зазора от 1 до 10 мк уменьшает давление впрыска примерно на 4,0 МПа, что составляет для данной топливной аппаратуры изменение относительно среднего давления впрыска 18,1%. Уменьшение давления впрыска сопровождается увеличением времени нарастания давления у форсунки и угла запаздывания впрыска топлива. В значительной степени уменьшается коэффициент подачи.
Уменьшение коэффициента подачи объясняется тем, что одинаковая цикловая подача при увеличении зазоров достигалась увеличением геометрического активного хода плунжера. С увеличением зазора в плунжерной паре увеличиваются утечки топлива в золотниковой части плунжера, во впускное и отсечное окна гильзы. Это вызывает более позднее нарастание давления открытия нагнетательного клапана и, следовательно, более позднее формирование волны давления в штуцере насоса. В конечном итоге запаздывание впрыска увеличивается на 1 угла поворота кулачкового вала насоса с изменением зазора в плунжерной паре от 1 мк до 10 мк.
Из сказанного можно сделать вывод, что насос плунжерных пар до 5„ = 10 мк не является выбраковочным. При соответствующем подборе их идентичности по величине износа топливная аппаратура обеспечит качественное распиливание топлива, т. к. давление впрыска (порядка 20,0 МПа) находится в допустимых пределах для данной топливной аппаратуры.
