Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 12
1.1 Влияние активаторов на характер протекания рабочего процесса транспортных дизелей при различных способах подачи их в цилиндры 12
1.2 Устройства для подачи активаторов в дизель 36
1.3 Обоснование темы и задачи исследования 44
2 Расчетно-теоретическая оценка влияния углеводородных активаторов на характер протекания рабочего процесса в цилиндрах дизеля 46
2.1 Уточненная методика расчета показателей рабочего цикла дизелей при обогащении воздушного заряда углеводородным активатором 46
2.2 Результаты расчета и анализ показателей рабочего цикла тракторного дизеля при обогащении воздушного заряда углеводородным активатором 54
ВЫВОДЫ 66
3 Конструктивные схемы и варианты исполнения системы автоматического управления подачей углеводородного активатора во впускной трубопровод дизеля 58
3.1 Система автоматического управления подачей активатора для безмоторных исследований пропускной способности электромагнитной форсунки 61
3.2 Система автоматического управления с ручной настройкой подачи активатора для моторных исследований дизеля 61
3.3 Система автоматического управления подачей активатора для исследований трактора в производственных условиях 63
Выводы 67
4 Программа и методика экспериментальных исследований 69
4.1 Программа исследований 69
4.2 Методика безмоторных контрольных испытаний агрегатов дизельной топливной аппаратуры 69
4.3 Методика безмоторных исследований влияния хода рейки топливного насоса высокого давления на цикловую подачу топлива 72
4.3.1 Объект и аппаратура для исследований 72
4.3.2 Методика экспериментальной оценки влияния хода рейки топливного насоса высокого давления на цикловую подачу топлива 74
4.4 Методика экспериментальных исследований пропускной способности электромагнитной форсунки 74
4.4.1 Объект и аппаратура для исследований 74
4.4.2 Методика экспериментальной оценки длительности управляющих импульсов на пропускную способность электромагнитной форсунки 74
4.5 Методика экспериментального определения коэффициента избытка воздуха 76
4.6 Методика экспериментальных исследований показателей рабочего цикла тракторного дизеля при обогащении воздушного заряда углеводородным активатором 78
4.6.1 Объект и аппаратура для исследований 78
4.6.2 Методика экспериментальной оценки показателей рабочего цикла дизеля с подачей активаторов во впускной трубопровод 86
4.7 Методика сравнительных исследований трактора в производственных условиях, оснащенного штатной и комбинированной системами топливоподачи 90
4.7.1 Объект и аппаратура для исследований 90
4.7.2 Методика исследований трактора в производственных условиях, оснащенного штатной и комбинированной системами топливоподачи 92
4.8 Методика оценки погрешностей величин измерений 96
Выводы 98
5 Результаты экспериментальных исследований 100
5.1 Оценка длительности управляющих импульсов на пропускную способность электромагнитной форсунки 100
5.2 Оценка влияния хода рейки топливного насоса высокого давления на цикловую подачу топлива 102
5.3 Результаты сравнительных исследований показателей рабочего цикла дизеля 4411/12,5 (Д-240) со штатной и комбинированной системами топливоподачи 104
5.4 Результаты сравнительных исследований трактора МТЗ-82
в производственных условиях, оснащенного штатной и комбинированной системами топливоподачи 112
Выводы 114
6 Оценка экономической эффективности работы трактора, оснащенного комбинированной системой топливоподачи 116
Выводы 120
Общие выводы 121
Список использованной литературы
- Устройства для подачи активаторов в дизель
- Результаты расчета и анализ показателей рабочего цикла тракторного дизеля при обогащении воздушного заряда углеводородным активатором
- Система автоматического управления с ручной настройкой подачи активатора для моторных исследований дизеля
- Методика безмоторных исследований влияния хода рейки топливного насоса высокого давления на цикловую подачу топлива
Введение к работе
В связи с сокращением природных энергоносителей, одной из основных проблем, стоящих перед экономикой страны, является рациональное расходование нефтепродуктов и поиск альтернативных видов моторных топлив.
Основным потребителем моторных топлив является дизель, доля которого в общей численности мирового парка двигателей мобильной техники возрастает из года в год. Тракторные дизели достигли высокого уровня совершенства, однако опыт использования их в аграрном производстве показывает, что темпы научных исследований в вопросах улучшения их технико-эксплуатационных показателей в последние годы снизились.
Одним из способов улучшения технико-эксплуатационных и экологических показателей дизельных ДВС является совершенствование организации рабочего процесса путем подачи углеводородных активаторов (низко- и высокооктановых бензинов, спиртов, биотоплива, метилэфира, водотоплив-ных эмульсий и др.) в цилиндры.
Известны следующие способы подачи углеводородных активаторов в двигатель: подача в цилиндры в конце такта сжатия; подача в цилиндры в начале такта расширения; подача во впускной трубопровод на такте впуска.
Для подачи углеводородных активаторов в цилиндры двигателей в конце такта сжатия или в начале такта расширения применяются системы повышенного давления впрыска, содержащие дополнительно к штатной системе топливоподачи ТНВД и механические форсунки. Такая система дорогостоящая и требует дополнительных затрат мощности на привод второго ТНВД.
Для подачи углеводородных активаторов во впускной трубопровод двигателей используются различные эжекционные устройства, выполненные в виде подкачивающего насоса, а также устройства для изменения количест- ва подаваемого активатора, выполненные в виде дозатора или карбюратора с дополнительными дроссельной и воздушной заслонками.
Однако, как показывает практика, перечисленные системы не нашли широкого применения в сельскохозяйственном производстве, так как не обеспечивают поддержания заданного процентного соотношения основного дизельного топлива и углеводородного активатора в зависимости от нагрузочного, скоростного и теплового режимов работы двигателя.
Подача активаторов в дизель на такте впуска способствует более эффективной организации процесса смесеобразования, что в последующем уменьшает период задержки воспламенения, снижает тепловые потери и увеличивает индикаторный КПД.
Подача легкого топлива - бензина на впуске, в равном соотношении с дизельным топливом, способствует повышению максимального давления цикла на 3-8 %, что приводит к повышению мощности на 27,6 % [6]. Оптимальное количество подаваемого бензина (23 % от расхода дизельного топлива) снижает удельный эффективный расход топлива и жесткость работы дизеля на 8,5 - 14,5 %, создавая возможность форсирования дизеля по мощности. Интенсивное воздействие бензина на процесс сгорания оказывает влияние и на содержание токсичных компонентов в отработавших газах, особенно оксидов азота [6].
Положительные результаты дает также применение в качестве углеводородного активатора смеси бензина с этанолом. Исследования, проведенные Литовским техническим университетом на двигателе Д-21А [6], показали, что обогащение воздуха бензином АИ-95 и этанолом уменьшает температуру ОГ на 18 - 34 К, топливовоздушной смеси во впускном трубопроводе - на 5 - 7 К. В зависимости от дозы легкоиспаряющегося топлива и нагрузочного режима дымность отработавших газов уменьшается на 10 - 40 %.
Одним из перспективных углеводородных активаторов является метанол. Возможность использования метанола в автотракторных двигателях обусловливается в первую очередь тем, что его можно получать из любого газообразного топлива, а также из пищевых и с.-х. отходов. Октановое число метанола составляет 110-115 единиц по исследовательскому методу, то есть он обладает высокой детонационной стойкостью. Вязкость метанола почти в 4 раза меньше вязкости дизельного топлива, поэтому распыливание его происходит мельче и однороднее.
Для устойчивого воспламенения метанола, прежде всего, необходима организация первоначального очага пламени. Первоначальным очагом пламени в дизелях может служить факел дизельного топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания двигателя. Анализ экспериментальных исследований [5] показывает, что наилучшие результаты при использовании метанола достигаются на режиме номинальной мощности. Этому режиму соответствует и наибольший экологический эффект: дымность ОТ снижается в 10 раз, концентрация оксидов азота - в 4,5 раза, оксида серы — в 3,8 раза при увеличении концентрации углерода в 1,3 раза.
При использовании метанола в качестве углеводородного активатора следует ограничивать его количество до 30 % от расхода дизельного топлива. Дальнейшее увеличение дозы метанола резко увеличивает жесткость работы дизеля.
Применение биотоплива в качестве углеводородного активатора, наряду с экономией нефтяных топлив, позволяет улучшить экологические показатели двигателя. Экспериментальными исследованиями установлено [7], что работа дизеля Д-240 (4411/12,5) на биодите (75% рапсового масла и 25% дизельного топлива) приводит к снижению концентрации вредных веществ в отработавших газах: окиси углерода - на 55%, углеводородов - в 2-5 раз. При этом не отмечено снижения эффективной мощности и ухудшения топливной экономичности двигателя.
Применение воды в составе водотопливных эмульсий на высокооборотных дизелях увеличивает скорость сгорания топлива, снижает температуру в камере сгорания на 200-300К, улучшает экологические показатели дизеля и снижает удельный эффективный расход топлива на 5-8% [4].
Анализ научной литературы показал, что одним из эффективных способов улучшение технико-эксплуатационных показателей тракторных дизелей (повышения эксплуатационной мощности, снижения эксплуатационного расхода топлива и вредных веществ, содержащихся в ОГ тракторов) является обогащение воздушного заряда углеводородным активатором путем подачи последнего под избыточным давлением во впускной трубопровод дизеля дополнительной системой.
Работа выполнена по плану научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА».
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ - улучшение технико-эксплуатационных показателей тракторных дизелей применением комбинированной системы топливоподачи.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ - рабочий процесс дизеля 4411/12,5 (Д-240) с подачей углеводородных активаторов во впускной трубопровод дополнительной впрысковой системой.
НАУЧНУЮ НОВИЗНУ РАБОТЫ представляют: уточненная методика расчета показателей рабочего цикла с обогащением воздушного заряда углеводородным активатором; конструкция впрысковой системы - системы автоматического управления подачей углеводородного активатора во впускной трубопровод дизеля; результаты сравнительных теоретических и экспериментальных исследований тракторного дизеля, оснащенного штатной и комбинированной системами топливоподачи.
По заявке № 2004135609 получено пол. решение на выдачу патента РФ на изобретение «Система автоматического управления подачей активатора в дизель».
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Использование комбинированной системы топливоподачи на тракторе МТЗ-82 по сравнению со штатной системой на сходственных тепловом и нагрузочно-скоростном режимах позволяет при обогащении воздушного заряда высокооктановым бензином АИ-92 снизить погектарный расход топлива до 10 %, дымность отработавших газов - до 6 %, повысить эксплуатационную мощность до 10 %; при обогащении воздушного заряда низкооктановым бензином А-76 - до 7 %, 4 % и 7 % соответственно; при обогащении воздушного заряда 92 % раствором этилового спирта - до 2 %, 11 % и 3 % соответственно.
ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ подтверждается сравнительными моторными исследованиями дизеля 4411/12,5 и исследованиями трактора МТЗ-82 в производственных условиях, оснащенных штатной и комбинированной системами топливоподачи, а также высокой степенью сходимости результатов расчетов показателей рабочего цикла, индикаторных и эффективных показателей дизеля с результатами моторных исследований.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Комбинированная система топливоподачи прошла экспериментальную оценку в лаборатории испытаний автотракторных двигателей ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» и производственную проверку в ООО «Бековское РАО» Пензенской области.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации и результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях Пензенской ГСХА (2003 - 2005 гг.) и Самарской ГСХА (2003 - 2004 гг.), Санкт-Петербургском ГАУ (2004 г.), Саратовском ГАУ (2005 г.) региональных научно - практических конференциях вузов Поволжья и Предуралья Нижегородской ГСХА (2003 г.), Вятской ГСХА (2004 г.) и Пензенской ГСХА (2005 г.).
ПУБЛИКАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. По результатам исследований опубликовано 10 печатных работ, в т. ч. две без соавторов. Общий объем публикаций составляет 2,13 п.л., из них 1,3 п.л. принадлежит автору.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка использован-
11 ной литературы из 227 наименований и приложения на 43 с. Общий объем диссертации составляет 190 с, из них 37 рисунков и 44 таблицы.
НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ: уточненная методика расчета показателей рабочего цикла с обогащением воздушного заряда дизеля углеводородным активатором; конструкция впрысковой системы - системы автоматического управления подачей углеводородного активатора во впускной трубопровод дизеля для исследовательских и производственных целей, функциональные и электрические схемы; результаты сравнительных моторных исследований дизеля 4411/12,5 (Д-240) и исследований трактора МТЗ-82 в производственных условиях, оснащенных штатной и комбинированной системами топливоподачи.
Устройства для подачи активаторов в дизель
Известна [150] система автоматического управления подачей активатора в двигатель внутреннего сгорания (рис. 1.1), содержащая магистраль подачи дизельного топлива и активатора (воды) в цилиндры, первая из которых включает в себя основной ТНВД 2 для подачи дизельного топлива и комбинированную форсунку впрыска топлива, вторая - дополнительный ТНВД 1 для подачи дизельного топлива во вторую форсунку и третья - насос подачи активатора 5 во вторую форсунку. В корпусе каждой форсунки выполнены два канала разных диаметров: большего размера 3 - для подачи дизельного топлива, меньшего размера 4 - для подачи активатора. Каналы подачи дизельного топлива первой форсунки соединены с основным ТНВД, второй форсунки - дополнительным ТНВД, а каналы подачи активатора - с насосом подачи активатора.
Количество подаваемых в цилиндры двигателя дизельного топлива и активатора изменяется перемещением реек ТНВД.
Недостатком устройства является невозможность изменения количества подаваемого активатора в зависимости от скоростного, нагрузочного и теплового режимов работы двигателя.
Известна [3] система автоматического управления подачей активатора (водотопливной эмульсии) в двигатель внутреннего сгорания (рис. 1.2), содержащая магистрали подачи дизельного топлива, активатора и эмульгирующей присадки. В каждой магистрали установлены дозаторы дизельного топлива 2, активатора 3 и эмульгирующей присадки 4 с общим приводом от электродвигателя 1, соединенные с входными каналами общего диспергатора, который в свою очередь сообщается с ТНВД 6. Магистраль подачи дизельного топлива дополнительно содержит обводной контур, по которому дизельное топливо может подаваться в диспергатор минуя дозатор 7. Входные каналы диспергатора снабжены соплами для обеспечения кавитационного режима истечения компонентов.
Управляет работой устройства электронный блок 5 на основании сигналов, снимаемых с датчика давления эмульсии, устоновленного в диспергаторе и датчика положения рейки ТНВД. На малых нагрузках, когда подача активатора неээфективна, электронный блок отключает электродвигатель дозаторов и дизельное топливо в двигатель поступает по обводному контуру.
Недостатком устройства является невозможность регулирования процентного соотношения дизельного топлива и активатора в зависимости от скоростного и теплового режимов работы двигателя.
Известна [4] система автоматического управления подачей активатора в двигатель внутреннего сгорания (рис. 1.3), содержащая ТНВД 5, форсунку впрыска дизельного топлива цилиндры двигателя, подкачивающие насосы дизельного топлива 1 и активатора 2, механизм управления которых выполнен в виде сильфона-датчика 6, связанного через управляющий сильфон 4 с приводом подкачивающих насосов и диспергатор 3, соединенный топливопроводами с ТНВД и подкачивающими насосами.
При изменении режима работы дизеля рейка ТНВД изменяет деформацию сильфон-датчика, сигнал от которого передается управляющему сильфону. Изменяя свою форму управляющий сильфон меняет соотношение подач подкачивающих насосов, регулируя таким образом процентное соотношение дизельного топлива и активатора в зависимости от нагрузочного режима работы.
Недостатком устройства является невозможность регулирования процентного соотношения дизельного топлива и активатора в зависимости от скоростного и теплового режимов работы двигателя.
Известна [5] система автоматического управления подачей активатора в двигатель внутреннего сгорания (рис. 1.4), содержащая дозирующие насосы дизельного топлива 1 и активатора 2 диафрагменного типа, соединенные через дополнительный циркуляционный насос с диспергатором 3 эмульсии, гидроак кумулятором 4 и ТНВД 5. При работе дизеля компоненты топливной эмульсии с помощью дозирующих насосов подаются к циркуляционному насосу, а затем в диспергатор и ТНВД. Часть эмульсии, пройдя диспергатор, поступает через обратный клапан в гидроаккумулятор и по обводному топливопроводу - к циркуляционному насосу.
Количество подаваемого активатора регулируется автоматически изменением хода диафрагм дозирующих насосов в зависимости от нагрузочного режима работы двигателя.
Результаты расчета и анализ показателей рабочего цикла тракторного дизеля при обогащении воздушного заряда углеводородным активатором
Расчеты (см. табл. 2.1 и П. 1.1 - П. 1.21) и анализ показателей рабочего цикла выполнялись на режимах номинальной мощности, максимального крутящего момента, частичных нагрузок и холостого хода на товарном дизельном топливе без обогащения воздушного заряда (с оптимальным углом опережения впрыскивания топлива и штатной регулировкой ТНВД), на товарном дизельном топливе с подачей во впускной трубопровод активатора в количестве 10, 20, 30 % от часового расхода дизельного топлива при оптимальном угле опережения впрыска топлива и уменьшенном на 3 град, угла плев., а также при 100 % нормативной цикловой подаче дизельного топлива и уменьшенной на 10 и 20 и 30 %.
В качестве примера результаты расчетов показателей рабочего цикла по уточненной методике (см. подраздел 2.1) показывают, что наилучшие показатели достигаются на режиме номинальной мощности при подаче низко октанового бензина А-76, высокооктанового бензина АИ-92 и 92 % раствора этилового спирта в количестве 10 % от часового расхода товарного дизельного топлива.
Результаты расчета показателей рабочего цикла на данном режиме представлены в табл. 2.1.
При подаче высокооктанового бензина АИ-92 в количестве 10 % от часового расхода товарного дизельного топлива коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом уменьшается до 13 %, при подаче низкооктанового бензина А-76 в том же количестве - до 8 %, при подаче 92 % раствора этилового спирта - до 4 %, коэффициент избытка воздуха уменьшается до 12 %, до 8 %, до 2 % соответственно, так как теоретический расход воздуха, необходимый для сгорания комплексного топлива, уменьшается незначительно, а действительный - до 14 %, до 9 % и до 4 %, по сравнению с работой дизеля на товарном дизельном топливе. При этом коэффициент молекулярного изменения свежей смеси, коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси и максимальное давление сгорания увеличиваются незначительно, а температура сгорания комплексного топлива - до 7 %, до 4 %, до 1 % соответственно. Это приводит к повышению степени предварительного расширения до 6 %, до 3 %, до 1 % и уменьшению степени последующего расширения до 5 %, до 3 %, до 1 %. В результате чего увеличивается температура в конце расширения до 8 %, 5 %, до 3 %, давление в конце расширения - до 7 %, до 4 %, до 3 %, а следовательно, среднее индикаторное давление — до 10 %, до 6 %, до 2 % и индикаторная мощность - до 9 %, до 5 %, до 1 %.
Вследствие увеличения индикаторного давления и уменьшения теоретически необходимого количества воздуха происходит повышение индикаторного КПД - до 10 %, до 6 %, до 5 % и понижение удельного индикаторного расхода топлива до 10 %, до 7 %, до 2 % соответственно,
Изменение показателей рабочего цикла приводит к изменению эффективных показателей двигателя. Так среднее эффективное давление повышается до 11 %, до 6 %, до 3 %, эффективная мощность - до 10 %, до 7 %, до 3 %, эффективный КПД - до 8 %, 4 %, до 2 %, механический КПД - до 2 %, до 1 %, до 1%, удельный эффективный расход топлива уменьшается до 11 %, до 8 %, до 2 % соответственно.
ВЫВОДЫ
1. Уточнена методика расчета показателей рабочего цикла дизеля при обогащении воздушного заряда углеводородным активатором. Коэффициент избытка воздуха и коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом рассчитывались на основании уточненных значений теоретически необходимого количество воздуха для сгорания комплексного топлива (товарное дизельное топлива -Ь углеводородный активатор), действительного и теоретического расходов воздуха. В методике также уточнены формулы для расчетов количества отдельных компонентов продуктов сгорания и общее количество продуктов сгорания, теплоты сгорания рабочей смеси, индикаторного КПД, удельного индикаторного и эффективного расходов комплексного топлива.
2. Результаты расчета показателей по уточненной методике показывают, что доза углеводородного активатора, вводимого в поток движущегося воздуха по впускному трубопроводу, на такте впуска не должна превышать 30 % от номинального часового расхода товарного дизельного топлива. При превышении количества подаваемого активатора (свыше 30 %) резко возрастает скорость нарастания давления газов на каждый последующий угол плев., что увеличивает нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма дизеля.
Наиболее рациональной дозой, вводимой в свежий заряд на такте впуска под избыточным давлением и в мелкораспыленном состоянии, является 10 % от номинального часового расхода товарного дизельного топлива.
Для подачи углеводородного активатора во впускной трубопровод дизеля 4411/12,5 при проведении моторных исследований и исследований трактора МТЗ-82 в производственных условиях разработан, изготовлен и апробирован ряд конструктивных схем и вариантов системы автоматического управления.
При проведении безмоторных исследований пропускной способности электромагнитной форсунки использовалась САУ с ручной настройкой подачи углеводородного активатора. В состав САУ входит блок управления электрический насос, электромагнитная форсунка и фильтр (рис. 3.1). Электронасос и форсунка являются изделиями серийного исполнения (от двигателя ЗМЗ — 406). Электронный блок управления (ЭБУ) содержит генератор прямоугольных импульсов (ГПИ) (рис. 3.2) с регуляторами частоты (РЧ) и продолжительности (РП), коммутатор (К), включатель (ВС) системы и индикатор (И).
Генератор прямоугольных импульсов собран на интегральном таймере DD1 с раздельной регулировкой частоты (R1) и продолжительности (R2) выходных импульсов. Частота импульсов определяется также ёмкостью время-задающего конденсатора С1.
Система автоматического управления с ручной настройкой подачи активатора для моторных исследований дизеля
Для обогащения воздушного заряда углеводородным активатором непосредственно на тракторе в производственных условиях разработан конструктивный вариант САУ (рис. 3.6), в которой электронный блок формирует командный сигнал в зависимости от нагрузочного, скоростного и температурного режимов работы дизеля. Кроме того, подача активатора осуществляется строго в такте впуска и может быть прекращена при напряжении в бортовой сети ниже допустимого значения. При этом исходные сигналы в блок управления поступают с различных датчиков: частоты вращения коленчатого вала (ДЧВкв), перемещения рейки топливного насоса высокого давления (ДПРтнвд), температуры охлаждающей жидкости на выходе из двигателя (ДТОЖ), допустимого снижения напряжения бортовой сети трактора (ДДСН) и согласования фаз газораспределения (ДСФГ).
Общий вид системы автоматического управления подачей углеводородного активатора во впускной трубопровод дизеля для исследований трактора МТЗ-82 в производственных условиях представлен на рисунке 3.7.
Подключение ЭБУ и электрического насоса к источнику питания происходит автоматически по сигналам датчиков температуры охлаждающей жидкости и допустимого снижения напряжения соответственно при температуре 50 + 5 С и напряжении 9 - 14 В, а отключение - при температуре 95 + 5 С и напряжении ниже 9 В.
Для получения требуемого соотношения дизельного топлива и углеводородного активатора в состав САУ входит реохордный датчик R1 хода рейки ТНВД и датчик частоты вращения коленчатого вала, соединенные таким образом, что сигнал, пропорциональный частоте вращения, определяет величину напряжения питания реохордного датчика хода рейки ТНВД.
САУ подачей углеводородного активатора во впускной трубопровод дизеля работает следующим образом (см. рис. 3.8).
После пуска и прогрева дизеля до температуры 50 + 5 С при напряжении 9 - 14 В по сигналам датчиков температуры охлаждающей жидкости и допус тимого снижения напряжения происходит автоматическое подключение ЭБУ к источнику питания и включение электрического насоса, который подает активатор к форсунке.
Частотный сигнал с индуктивного датчика частоты вращения, установленного напротив зубчатого венца маховика, поступает на преобразователь «частота-напряжение», на выходе которого формируется аналоговый сигнал, пропорциональный частоте вращения. Через масштабирующий резистор R этот сигнал поступает на фотодиод обтрона HL1 и определяет яркость его свечения.
При увеличении частоты вращения яркость свечения фотодиода обтрона возрастает и, наоборот, при уменьшении частоты вращения яркость свечения фотодиода обтрона уменьшается. Фототранзистор обтрона уменьшает свое сопротивление пропорционально световому потоку фотодиода. При этом будет изменяться напряжение питания датчика хода рейки R2 и выходной сигнал системы.
Таким образом, выходной сигнал системы зависит от положения рейки ТНВД и частоты вращения коленчатого вала и при соответствующем подборе резисторов Rl, R2 и R3 будет пропорционален расходу топлива на данном режиме работы. Напряжение датчика R2 подается на генератор прямоугольных импульсов ГПИ, управляющий их длительностью. При увеличении расхода топлива увеличивается длительность импульсов управления электромагнитной форсунки и наоборот. Необходимое соотношение дизельного топлива и углеводородного активатора задается подбором резисторов делителя R4 и R5. Конденсатор С и резистор R6 определяют частоту следования импульсов генератора, которая, с целью повышения равномерности подачи активатора, выбирается близкой к максимальному значению для данной форсунки.
Методика безмоторных исследований влияния хода рейки топливного насоса высокого давления на цикловую подачу топлива
За объект исследований принят процесс изменения цикловой подачи топлива на различных скоростных режимах в зависимости от хода рейки ТНВД.
Предметом безмоторных исследований являлся ТНВД секционного типа УТН-5А, отрегулированный на параметры дизеля Д-240 трактора МТЗ-82, с комплектом рабочих форсунок ФД-22 и нагнетательных топливопроводов данного дизеля.
Экспериментальная безмоторная установка включала (рис. 4.1): стенд для испытания и регулировки дизельной топливной аппаратуры КИ-15711М-01-ГОСНИТИ, укомплектованный приборами для снятия необходимых параметров (частоты вращения кулачкового вала ТНВД, числа циклов, давления и температуры топлива на входе в наполнительную полость ТНВД, углов геометрического начала нагнетания и начала впрыскивания топлива, производительности насосных секций); топливный насос высокого давления УТН-5А; комплек ты форсунок ФД-22 и нагнетательных топливопроводов; блок питания; амперметр. Для замера хода рейки ТНВД использовалась индикаторная головка, закрепленная на кронштейне соосно с рейкой.
Исследования проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 8670-82 [25] при температуре дизельного топлива на входе в ТНВД, равной 30С. Требуемые параметры на каждом скоростном режиме снимались в трехкратной по-вторности и заносились в журнал испытаний.
В зависимости от переменной величины хода рейки подсчитывалась средняя цикловая подача топлива, записывались показания амперметра и строилась соответствующая графическая зависимость.
За объект исследований приняты закономерности изменения пропускной способности электромагнитной форсунки при различной периодичности и продолжительности управляющих импульсов, поступающих с электронного блока САУ.
Экспериментальная лабораторная установка включала в себя электромагнитную форсунку, топливный электрический насос, блок управления, мерную колбу, секундомер, источник питания, емкость для углеводородного активатора и штатив (рис. 4.3).
Перед исследованиями электромагнитная форсунка закреплялась в штатив над мерной колбой так, чтобы распыленный углеводородный активатор при от крытии иглы скапливался в мерной колбе за определенный промежуток времени. Нагнетательная полость электрического насоса сообщалась через гибкие топливопроводы с электромагнитной форсункой, а всасывающая - с фильтром очистки активатора и заправочной емкостью. С помощью штекерных разъемов электромагнитная форсунка и электрический насос соединялись с ЭБУ, который подключался к источнику питания напряжением 12 В.
При подаче нулевого импульсного сигнала с ЭБУ в цепь электромагнита форсунки обмотка ее обесточится, игла перекроет канал распылителя и подача активатора прекратится. При подаче единичного импульсного сигнала в обмотку электромагнита форсунки игла откроет канал распылителя и подача активатора возобновится. Параметры управляющих импульсов варьируются в следующих пределах: продолжительность импульса от 7 до 700 мс, а периодичность - от 25 до 325 мс. Путем изменения этих параметров регулировалось количество подаваемого активатора через форсунку.
Как известно, коэффициент избытка воздуха есть отношение действительного количества воздуха (GBA) к теоретически необходимому (GBT) для полного сгорания комплексного топлива (дизельное топливо + углеводородный активатор) a = G /G . вд вт
Для определения действительного количества воздуха использовался расходомер (рис. 4.4), состоящий из емкости объемом, равным 200 объемов одного цилиндра двигателя, сопла для определения скорости движения воздуха, дифференциального манометра для измерения перепада давления в сопле и термометр для замера температуры поступающего воздуха [190].
Действительный расход воздуха определится по соотношению GBfl=3600-c-f-cp-V2g-H-pB ,м3, где с - коэффициент согласования единиц измерения; f- площадь проходного сечения сопла, м ; р - коэффициент расхода воздуха через сопло; g - ускорение свободного падения, м/с ; Н - перепад давлений в сопле, Па; рв — плотность воздуха, кг/м .
За объект исследования приняты закономерности изменения параметров рабочего цикла, индикаторных и эффективных показателей дизеля при его работе на товарном дизельном топливе и на комплексном топливе - товарном дизельном топливе с подачей дозы соответствующего активатора во впускной трубопровод.
Предметом исследования являлся тракторный дизель Д-240 (4411/12,5) серийного исполнения в штатной комплектации, работавший на товарном дизельном летнем топливе марки Л-0,2-62 (ГОСТ 305-82) и свежем моторном масле SAE 30, API СС (М-10-Г2, ГОСТ 8581-78Е).
Все механизмы и системы двигателя были проверены и отрегулированы в соответствии с инструкцией по эксплуатации тракторов МТЗ-80/82 [38-40].
Экспериментальная моторная установка для исследования влияния активаторов на характер протекания рабочего процесса включала (рис. 4.5): тракторный дизель 4411/12,5, динамометрическую машину KS-56/4 со штатными контрольно-измерительными приборами и системой отвода ОГ, а также скомплектованный измерительно-регистрирующий комплекс (ИРК) и систему автоматического управления подачей активатора.
Система автоматического управления подачей активатора содержала электронный блок управления, электромагнитную форсунку, топливный электрический насос, источник питания, емкость и расходомер углеводородного активатора [202-203, 226].
Похожие диссертации на Улучшение технико-эксплуатационных показателей тракторных дизелей применением комбинированной системы топливоподачи
