Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА ПЕРВАЯ. Анализ методов оценки качества распилива ния топлива форсунками и постановка задач исследования 14
1.1. Состояние вопроса анализа качества распиливания топлива форсунками 14
1.2. Классификация и анализ существующих методов экспериментального определения качества распиливания топлива форсунками 21
1^3. Механические метода оценки качества распилива
ния топлива дизельними форсунками 24
1.4. Оптические метода оценки качества распиливания топлива форсунками 31
1.5. Электрические метода оценки качества распиливания топлива форсунками 39
1.6. Вывода и постановка задач анализа качества распиливания топлива дизельними форсунками... 43
ГЛАВА ВТОРАЯ. Теоретические основы определения качества расшливания топлива дизельными форсунками 46
2.1. О распаде струи после сопла распнлителя 46
2.2. Ооновнне внутренние и внешние факторы, оказывающие влияние на распад струи 50
2.3. Влияние эксплуатационных факторов топливной аппаратурн на качество распиливания 52
2.4. Математическая модель качества распиливания топлива дизельными форсунками 56
2.5. Вывода по главе 64
Глава третья. Теоретический анализ влияния изменения эксплуатационных параметров топливной аппаратуры дизеля на качество распыливания топлива 66
3.1. Исходные данные для теоретического анализа влияния изменения геометрических и регулиро- вочннх параметров, изменяющихся в эксплуатации на характеристики впрнска и качество распили
3.2. Результаты теоретического исследования качества распиливания топлива в зависимости от зазоров в прецизионных парах 69
3.3. Влияние жесткости пружин нагнетательного клапана
и иглы форсунки на устойчивость и качество распили
вания топлива r?Q
3.4. Влияние неравномерности эффективного проходного сеченшгфаспылителя и давления начала открытия нагнетательного клапана и иглы распылителя на качество распыливания топлива 82
3.5. Выводы по главе 87
Глава четвертая. Экспершентальше методо опрецщшшя изменений параметров топливной аппаратуры камаз -740 89
4.1. Стенд постоянного напора для определения гидравлических характеристик распылителей форсунок топливной аппаратуры дизеля КамАЗ-740 и их анализ
4.2, Определение неравномерности давления начала подъема нагнетательного клапана и иглы распылителя форсунки топливной аппаратуры КамАЗ-740 и ее анализ , < gg
4.3, Анализ неравномерности топливоподачи по секциям топливной аппаратурой 2-й группы и ее анализ 99
4.4. Экспериментальная установка для экспресс-диагностики качества распыливания топлива лазерным анемометром.. JQQ
4.5. Выводы по главе J2g
Глава пятая. Экпресс-диагностика качества распыливания топ лива дизельными форсунками лазерным анемо метром 127
5.1. Критерии и параметры, определяющие качество
распыливания топлива дизельными форсунками 127
5.2, Лазерная анемометрия локальной скорости капли
в зависимости от частоты вращения кулачкового вала для определения критериев распыливания топлива 129
5.3. Определение качества распиливания топлива лазерным анемометром в зависимости от технического состояния прецизионных пар топливной аппаратуры -^зз
5.4. Достоверность экспериментальных измерений локальной скорости капли распиливаемого топлива лазерным анемометром 138
5.5. Таблица информации экспресс-диагностики качества распыливания топлива форсуками топливной аппаратуры дизеля КамАЗ-740 для лазерной анемометрии... 13д
5.6. Выводы по главе 141
Глава шестая. Экономичность дизеля камаз-740 в зависимости от уровня технического состояния топливной аппаратуры 143
6.1. Влияние суммарных утечек в прецизионных парах на характеристики дизеля КамАЗ-740 143
6.2. Влияние неравномерности давления начала подъема
иглы форсунки на расход топлива 146
6.3. Влияние неравномерности давления начала открытия нагнетательного клапана JCQ
6.4. Влияние критерия К$0 на мощностные и экономические показатели дизеля КамАЗ-740
6.5. Выводы по главе 154
Список использованных источников
- Состояние вопроса анализа качества распиливания топлива форсунками
- Ооновнне внутренние и внешние факторы, оказывающие влияние на распад струи
- Исходные данные для теоретического анализа влияния изменения геометрических и регулиро- вочннх параметров, изменяющихся в эксплуатации на характеристики впрнска и качество распили
- Стенд постоянного напора для определения гидравлических характеристик распылителей форсунок топливной аппаратуры дизеля КамАЗ-740 и их анализ
Введение к работе
Основными направлениями технического прогресса согласно решению XX7I съезда КПСС на XI пятилетку в области двигателестроения являются: повышение коэффициента полезного действия, улучшение топливной экономичности, снижение трудозатрат в сфере эксплуатации и улучшение экологической задачи по уменьшению токсичности отработанных газов и шумности. Все это предопределяет жесткие требования к автомобильным дизелям. Широкое применение дизелей приводит к снижению выброса в атмосферу токсичных веществ по сравнению с карбюраторными двигателями не менее чем в 3 раза, в перспективе 4-5 раз. Решения указанных задач зависят от совершенства процессов распыливания^смесеобразования и сгорания топлива.
Совершенствование дизелей в значительной мере определялось коррекцией характеристик топливной аппаратуры и качества распыли-вания топлива, которые определяют параметры рабочего процесса.Переход к системам смесеобразования с неразделенными камерами сгорания позволил повысить топливную экономичность, улучшить пусковые и другие эксплуатационные качества двигателя.
Дальнейший прогресс автомобильных дизелей в большей мере связан с оптимизацией параметров топливной аппаратуры, в частности распыливания топлива, которое определяет эффективность развития фаз рабочего процесса (смесеобразования и сгорания), а следовательно мощностные, экономические показатели двигателя, токсичность и дымность отработанных газов в широком диапазоне изменения скоростных и нагрузочных режимов работы.Анализ качества работы распылителей, обеспечивающих капельную структуру топливо-воздушных струй, наиболее близкую к оптимальной, требует создания объективных методов и средств её измерениям также оценки коли-
чественных критериев качества распиливания топлива аппаратурой, находящейся в эксплуатации.
Несмотря на многочисленные исследования процессов смесеобразования и сгорания, пока точно не установлены важнейшие функциональные связи между ними, что не позволяет создать достаточно точные теоретические методы расчетов, в особенности при изменении цикловых подач, из-за нарушения технического состояния и регулировок топливной аппаратуры.
Существующие традиционные способы измерения капельной структуры тошшвновоздушных струй (улавливание капель распыленного топлива на закопченные пластинки и др.) являются косвенными и не дают объективной оценки степени дисперсности распыленного топлива по сечению и длине струи. Запуск дизелей при низких температурах без увеличения цикловой подачи и при малых частотах вращения коленчатого вала и низких значениях степеней сжатия затруднителен, требует значительных энергетических затрат и расхода топлива,что экономически не оправдано.
Оценка качества распиливания топлива при малых частотах вращения коленчатого вала ( на пусковых режимах) и малых цикловых подачах позволит целенаправленно корректировать характеристики топливной аппаратуры.
Особенно важным при этом становится вопрос экспресс-диагностики качества распиливания топлива аппаратурой дизелей,находящихся в эксплуатации,в связи с изменением параметров прецизионных пар, их динамических,кинематических и статических характеристик, определяющих характеристики впрыска и параметры рабочего процесса. Поэтому разработка методов количественной оценки качества распиливания топлива,определяющих полноту сгорания,эффективные-показатели и токсичность является актуальной задачей,выдвинутой современными требованиями к разработке научных исследований.
Одним из наиболее перспективных методов оценки параметров дисперсных потоков - оптический допплеровский метод, основанный на использовании однозначной зависимости сдвига частоты оптического сигнала, рассеянного неоднородностями среды, от скорости движения этих неоднородностей.
Преимущества подобного метода измерений очевидны (Ї03,І25 , 151,156] . Излучение лазера при тех мощностях, которые необходимы для измерений,практически не вносит никаких возмущений в поток. Высокая когерентность лазерного светового пучка позволяет достичь хорошего пространственного разрешения. Частота доппле-ровского сигнала линейно связана с измеряемой скоростью, которая является определяющей функцией распада струи.
Метод измерения абсолютен в том смысле , что шишкой градуировки измерителя не требуется и скорость определяется через частоту допплеровского смещения, длину волны излучения лазера и геометрические параметры оптической схемы [63,3I,I52,I53J .
К настоящему времени разработаны различные оптические схемы, реализующие фотосмещение [зб,37,83] . Наиболее распространенными являются схемы с опорным пучком и дифференциальная. В нашей работе использовалась схема с ппорным пучком. Особенностью этой схемы является зависимость допплеровской частоты от геометрии зондирующего и рассеянного пучков [36,95] . Излучение, рассеянное неоднородностью, пересекающей измерительный локальный объем со скоростью потока частиц в выбранных координатах топливовоздушной струи, оказывается промоделированным по интенсивности с допплеровской частотой.
Определение локальной скорости потоков жидкости и газа по эффекту Допплера осуществляется путем зондирования исследуемой точки потока пучком когерентного света. Нестабильность частоты
лазеров приводит к тому ,что частота рассеянного света не может служить количественной характеристикой движения объекта, в особенности при малых скоростях, поэтому она сравнивается с мгно -венной частотой зондирующего пучка для определения их разности, по которой определяется значение искомой скорости [63,85.92, 95,122,124,142,143].
Информация о скорости движения объекта, содержащаяся в рассеянном им свете, получается по спектральному анализу ^86,93,99, ІГ7ДІ9] .
Обработка допплеровского сигнала,снимаемого с фотоприемника, производится анализатором спектра, в котором измерение средней частоты и регистрация спектра допплеровского сигнала осуществляется путем сканирования узкополостного фильтра по исследуемому спектру.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ диссертационной работы выражается в разработке производственных методов экспресс - диагностики качества распыливания топлива дизельными форсунками с помощью лазерного анемометра, что позволяет сформулировать рекомендации по рациональному обслуживанию топливной аппаратуры дизелей, находящихся в эксплуатации.
ЗАДАЧЕЙ ИССЛЕДОВАНИЯ в настоящей работе, с учетом анализа известных исследований, поставлена - разработать промышленную методику экспресс - диагностики качества распыливания топлива аппаратурой дизелей. Выполнен комплекс исследований,включающий математическое моделирование и расчетно - теоретический анализ качества распыливания топлива. Разработаны оптическая схема экспериментальной установки и стенд постоянного напора для определения гидравлических характеристик форсунок, проведено всестороннее исследование топливной системы дизелей КамАЗ в диапазоне эксплуата-
ционных,скоростных и нагрузочных режимов, по фактическому состоянию параметров,формирующих подачу и распиливание топлива.
Проведенное исследование работы топливной системы позволило разработать промышленный метод экспресс - диагностики качества распиливания топлива.
В ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ ОБОСНОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ
НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:
Установлены взаимосвязи качества распыливания топлива дизельными форсунками от изменения параметров прецизионных пар распылителя, неравномерности регулировок топливной аппаратуры.
Научно-обоснованы предельные значения износов прецизионных
пар и отклонений регулировок параметров топливной аппаратуры в
эксплуатации, превышение которых приводит к нарушению качества
распыливания топлива.и ухудшению экономичности.
НАУЧНУЮ НОВИЗНУ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ПРЕДСТАВЛЯЮТ
СЛЕДУЮЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ:
I.Разработана математическая модель, описывающая качество распыливания топлива, учитывающая техническое состояние прецизионных пар и неравномерности регулировок эксплуатационных параметров.
Теоретически и экспериментально показана возможность оценки технического состояния топливной аппаратуры, находящейся в эксплуатации, по качеству распыливания топлива.
Разработан промышленный метод экспресс -диагностики качества распыливания топлива методом лазерной анемометрии по эффекту Допплвра, позволяющий определять возможность дальнейшей эксплуатации топливной аппаратуры.
Настоящая работа выполнена согласно комплексной научно-технической программе"Создание новых типов и совершенствование
10.-
существующих двигателей внутреннего сгорания" ( Приказ МВССО УССР ІІ 322 от 06.06.80г.,задание 04 - поисковые исследования по повышению эффективности систем двигателей внутреннего сгорания, создание новых методов теоретических и экспериментальных исследований) .
ДИССЕРТАЦИОННАЯ РАБОТА ВЫПОЛНЕНА ПОД НАУЧНШ РУКОВОДСТВОМ д.т.н. проф. Барсукова С.И.и научном консультировании ст.н.с. к.т.н. Возненко О.П.
Основные условные обозначения
а - скорость распространения импульса по каналу связи;
- - площадь поперечного сечения плунжера;
L - площадь поперечного сечения иглы форсунки;
I. - площадь поперечного сечения нагнетательного
клапана по разгрузочному пояску; Dn - диаметральный зазор в плунжерной паре; Ок. - диаметральный зазор по разгрузочному пояску и
седлу нагнетательного клапана; %*_ диаметральный зазор игла -распылитель; Уртр- эффективное проходное сечение распылителя формунки; Q - ускорение силы тяжести; Ьп - перемещение плунжера; rite- перемещение нагнетательного клапана; riur- перемещению иглы форсунки; %т _ максимальное перемещение иглы форсунки; П11/С - масса нагнетательного клапана и движущихся с ним
частей деталей; ҐІц - частота вращения вала привода насоса; р(Ь~~о~)- текущее значение волны давления, идущей от насоса
к форсунке; (Ь- —V значение волны давления в выходном сечении трубопровода ; Fofcfr - усилие предварительной затяжки пружины клапана; Fofc3> - усилие предварительной затяжки пружины иглы
форсунки; Цй - давление топлива подкачивающего насоса;
Rcr - остаточное давление в системе;
О/ - давление начала подъема иглы форсунки;
rU - давление топлива в штуцере нагнетательного клапана;
Пі - давление начала подъема нагнетательного клапана; - - давление топлива в надплунжерной полости; гр - давление в полости распылителя форсунки;
-ffi: - секундный расход топлива; Qu, - цикловая подача топлива; % - объем надплунжерного пространства; К: - объем полости штуцера нагнетательного клапана; V$ - объем полости распылителя форсунки; (Г - удельный вес топлива; р - коэффициент сжимаемости топлива; О/с - жёсткость пружины нагнетательного клапана; JT'$~ ур&льиая. плотность,соответственно, топлива,воздуха; frifa - коэффициент вязкости, соответственно, топлива и воздуха; Ь$> - дальнобойность факела; t - время; д - волновое число; W - измерительный объем; д-Iq - допплеровский сдвиг частоты; J* - показатель преломления света в среде; Q - угол между падающим и рассеянным пучками света; ТЪ р - продолжительность впрыска;
Н - толщина сажи; ^%.- средняя скорость капель в / сечениях; фт - коэффициент кинема тиче соой вязкости топлива; иг - время торможения капли; *$/
vty _ критическая скорость движения капли; СІ/ср - диаметр капли;
JL - длина волны лазерного излучателя; Л»0- критерий,определяющий техническое состояние прецизионных пар топливной аппаратуры;
бт - коэффициент поверхностного натяжения топлива; с/,п - средний объемный диаметр капли;
Состояние вопроса анализа качества распиливания топлива форсунками
Распиливание топлива происходит под действием начальных возмущений, возникающих при движении топлива в каналах распылителя и сил аэродинамического сопротивления газовой среды в которую впрыскивается топливо. При больших скоростях истечения,процесс распада струи,который в этом случае называют распыливанием,протекает более интенсивно непосредственно у среза сопла с образованием большого числа мелких капель.
Дробление капель продолжается до тех пор,пока силы поверхностного натяжения не станут больше суммарных сил,вызывающих распад струи. При прочих равных условиях скорости прогрева и испарения капель зависят от общей поверхности топлива и массы (объема)каждой частицы, т.е. диаметра капель. Поэтому качество распиливания топлива характеризуется диаметром капель.При дроблении струи,образуются капли различных диаметров,что затрудняет оценку распиливания топлива по истинным размерам капель.
Измерение мелкости распиливания топлива( дисперсионный анализ) производится в основном для выяснения качества работы топливной аппаратуры различных типов или при установлении влияния различных параметров распылителей и физических свойств топлива(жидкости) на размеры капель и для определения влияния параметров газовой среды(скорость,плотность,вязкость и др.)на размеры капель [3,34,35,40,42,53].
Существующие методы определения качества распиливания топлива можно классифицировать в группы: I группа-сюда относятся методы,позволяющие измерять диа метр капель непосредственно или по величине их отпечатка: фото -гравирование и скоростное кинематографирование капель; метод за -морашшания капель в спирте и метод парафина; улавливание капель топлива в жидкости, нанесенной на стеклянную пластинку; метод отпечатков капель на закопченную поверхность.
II группа - сюда относятся косвенные методы,применение кото -рых основано на зависимости различных свойств аэрозолей, обра -зующихся при распиливании топлива, от величины и количества ка -пель, а именно: фотонетрирование капель; метод электролизации капель; метод радуги, а также седиментометрический метод, пред -ложенный впервые для оценки мелкости распыливания топлива про -фессором А.И.Толстовым.
Г.Д.Саламандра и Н.М.Набоко Гб7І произвели скоростную кино -съемку процесса соударения капли со слоем сажи. Оказалось, что капля в ряде случаев при соударении может дробиться. Показано, что метод улавливания может быть использован только в том слу -чае, если при исследовании под микроскопом все отпечатки окажутся одинарными, глубокими,с ровными краями. Только в этих условиях при достаточной толщине слоя сажи, диаметр отпечатка будет равен диаметру капли.
Пробивная способность капель, с диаметром менее 10 мкм, утрачивается, удара о слой не происходит и отпечаток не образу -ется. В результате какая то часть мелких капель не учитывается, кривая распределения капель по размерам получается не полной. Кроме указанных выше возможных ошибок измерения размеров капель, неточность метода улавливания капель не иммерсионные среды состоит также и в том, что капли для исследования отбираются не из всего факела. Далее, число исследуемых капель не мо -жет быть выбрано достаточно большим для получения объективных данных. Кроме того, источником неточностей являются ошибки измерения отпечатков капель на микрофотографиях. Сумма всех указанных ошибок с учетом ошибки " субъекта", может составлять примерно QOfo и более.
Распыленная струя жидкости состоит из очень большого коли -чества капе ль, размеры которых меняются в довольно широких пределах. При оценке дисперсности такой смеси капель приходится пользоваться средним размером, определяемым на основании обработки результатов экспериментальных исследований по формуле:
Однако постановка экспериментов требует затраты большого количества времени, точность их недостаточна. Различными исследователями применялись разные методы подсчета капель и определения их размеров: микрокинематографирование капель в движущемся факеле (Ю.Ф. Дитякин :, Н.Н.Струлевич [25] , И.В.Астахов[3 ] , Г.Д.Саламандра и Н.М.Набоко [69 J , Мансон, Венерджи,Эдди [44] и др.); электризация распыленного топлива с определением воспринятого количества электричества (Заутер [з] ; фотометрический метод В.А.Кутовой С34] , В.Я. Басевич [12] » Мелит [45] ; метод дифракционных колец или радуги М.С.Волынский [l5] , Н.В.Поддьяков 53 J и др.); впрыск расплавленного парафина с последующим замораживанием образовавшихся капель и просеиванием их через сита Дитяткин Ю.Ф. и др. [2б] , Лонгвелл [23]; седиментометрический метод В.А.Кутовой [34] , Консильо и Слшщевич [вэ] ; улавливание капель в глицерин, масло, в смесь масла с вазелином (Заее [29],Пигфорд и Паил [l35J, С.И.Барсуков и Б.С.Кичкина [II , I6J, Вельтен[29],Югаз,Цан и Швейтцер [45],улавливание на закопченную пластинку Ли Г45] , Кюн ,. Хейссель , .Шробль [29] , И. В. Астахов Сз] , Л.А.Витман, Б.Д.Кацнельсон, М.И. Эфрос [іб] и др. ).Более подробная характеристика этих методов описана в работе В.А. Кутового [ 34] .
Ооновнне внутренние и внешние факторы, оказывающие влияние на распад струи
Следовательно, анализ влияния указанных параметров на качество распиливания в условиях рядовой эксплуатации дизелей имеет большое практическое значение.
Процесс опускания и подъема иглы называется насосным действием иглы. Влияние насосного действия иглы зависит от скорости ее подъема и опускания, а также от объема ]/$ . При малом объеме создается дисбаланс.между поступлением и расходом топлива, при подъеме иглы, что может заметно уменьшить давление в распылителе щ . При большом объеме Уф указанный дисбаланс в значительной степени будет покрываться в результате расширяющегося топлива, что уменьшает влияние на процесс впрыска насосного действия иглы. Учитывая,что объем щ остается постоянным в эксплуатации при малом значении Уиг, (малые цикловые подачи)появляются дополнительные впрыски из-за неустойчивого состояния иглы распылителя, а при больших цикловых подачах при увеличенном подъеме иглы растягивается задний фронт впрыска, что приводит к усилению загорания распылителей, т.к. впрыск происходит при малых давлениях, скорость впрыска мала, качество распиливания ухудшается.
Изменение начальной затяжки пружины иглы форсунки увеличивает давление начала впрыска и давления впрыска гф ,что может несколько изменить распределение подачи топлива во времени, и мелкость распиливания.
Вследствие быстрой посадки иглы на седло разгрузка линии нагнетания уменьшается, что приводит к увеличению остаточного давления (ь .
В системах непосредственного действия давление и скорость впрыска топлива в значительной степени зависят от отношения ftt/ir. Чем больше это отношение, тем выше давление и скорость впрыска. Последние, в свою очередь, влияют на мелкость распиливания топлива и другие параметры процесса смесеобразования. Указанное отношение оказывает большое влияние на распределение топлива в объеме камеры сгорания, на производительность топливной системы, остаточное давление и другие параметры процесса впрыска. При увеличении площади сопла fc труднее обеспечить удовлетворительную работу двигателя на режимах малых подач и частотах вращения, так как скорости истечения могут быть очень малы, поэтому мелкость распыливания топлива будет недостаточной. С увеличением диаметра плунжера am сокращается продолжительность геометрической подачи и увеличивается давление впрыска Нпр. Как показано в работе Q74Q f объем топлива, не сгоревшего полностью в цилиндре двигателя, составляет, примерно,треть объема колодца. Следовательно, чем больше этот объем, тем сильнее проявляются все не желательные явления.
Уменьшением объема колодца в целом несколько увеличивается неравномерность распределения топлива по сопловым отверстиям на режиме полной подачи, но практически не сказывается на режиме холостого хода.
Изменение объема колодца практически не сказывается на форме гидравлической характеристики ftf= f fy) » но влияет на величину эффективного проходного сечения при всех подъемах иглы [_ 74] : тхус, где ATW? " максимальное эффективное проходное сечение распылителя. Уменьшеше /вызывает некоторое изменение фронтов дифференциальной характеристики подачи топлива и приводит к снижению цикловой подачи при высоких частотах вращения, что требует перерегулировки топливной аппаратуры. Шероховатость кромок сопловых отверстий распылителя сказывается на качество распыливания топлива. В работе 78] отмечается увеличение углеводородов в отработанных газах двигателя при увеличении объема распылителя }уьж наоборот, уменьшение" приводит к пропорциональному уменьшению СН на всех нагрузочных и скоростных режимах работы. Уменьшение объема колодца приводит также к некоторому снижению СО в отработанных газах и может быть объяснено уменьшением подтекания топлива после конца впрыска. Увеличение диаметра сопловых отверстий распылителя и неизменное их общее проходное сечение приводит к возрастанию дальнобойности топливовоздушной струи. Это объясняется увеличением массы топлива, вытекающего из сопловых отверстий и,следовательно, его кинетической энергии.
Таким образом, для решения вопросов оценки изменения ка чества распыливания топпшва в эксплуатации от изменения регулировочных параметров необходимо определить теоретически и экспериментально изменение этих параметров по наработке. Такими параметрами в эксплуатации следует считать: - изменение давления начала подъема нагнетательного клапана за счет потери жесткости пружин нагнетательного клапана; - изменение остаточного давления в трубопроводе высокого давления за счет изменения прецизионного сопряжения разгрузочный поясок - седло клапана; - изменение давления начала подъема иглы распылителя форсунки за счет потери жесткости пружины форсунки; - изменение эффективного проходного сечения сопла распылителя износ - закоксовывание); - изменение гидравлической плотности прецизионных пар за счет износа.
Исходные данные для теоретического анализа влияния изменения геометрических и регулиро- вочннх параметров, изменяющихся в эксплуатации на характеристики впрнска и качество распили
Программой расчета разработанной математической модели предусматривалось определение качества распиливания с учетом изменения параметров прецизионных пар ( зазоров), изменения регулировок и эффективного проходного сечения распылителей форсунок. Матрица расчета вариантов построена таким образом, чтобы можно было установить взаимосвязь указанных параметров на качество распиливания топлива аппаратурой КАМАЗ-740 (табл.3.I.).
Нине приведены расчетные пределы изменения исходных параметров топливной аппаратуры дизеля КаМАЗ-740 .
Краткая характеристика параметров исследуемой топливной аппаратуры: -насос модели - 33; -давление начала подъема иглы распылителя -18,0+0,5 МПа; — понижение давления начала подъема иглы распылителя - 17,0 + 0,5 МПа; — диаметр и количество раопыливающих отверстий -4x0,25мл; -начало подачи топлива по углу симметрии кулачка:-40+1; -максимальная допустимая частота вращения кулачкового вала -1506 ± 15 мин"1; т — минимальная частота вращения кулачкового вала-320 мин ( для устойчивой работы дизеля при износах по табл.3.1. 640 мин""1); — дизельное топливо по ГОСТ 4749-49; — диапазон цикловых подач через распылитель при максималь ных износах(29 - 90 мм3/ цикл,).
Все данные приведенных изменений параметров(табл.S.I) получены как усредненные значения 8 комплектов топливной аппаратуры, отработавшей примерно одинаковое количество часов в близких условиях эксплуатации.
Для полной реализации приведенных параметров по разработанной математической модели возникает задача-чисто экспериментально установить пределы изменения эффективного проходного сечения распылителя, неравномерность давления начала подъема нагнетательного клапана, иглы форсунки, неравномерность цикловой подачи. В связи с тем, что вся топливная аппаратура была разби -та на 4 группы по 8 комплектов в каждой, а среднее значение определялось как арифметическое, поэтому на графиках мы проводим одну точку. ( Эти вопросы будут изложены ниже в главе ІУ).
Влияние отдельно каждого аргумента (табл.3.I) на изменение качества распыливания представлено по результатам численного исследования на рис.3.1,3.2;3.3, а суммарное изменение утечек на усредненный арифметический средний объемный диаметр капли на рис.3.4.
Полученные значения величин утечек от аргументов, определяющих техническое состояние по разработанной математической модели не противоречат характеру их поведения по алгоритму приведенному в работе fs] .
Проведенные результаты выполнены таким образом, чтобы охватить основные диапазоны работы топливной аппаратуры по нагрузочному и скоростному режимам: Сл = 82,64,38,29 мм3/пикл, при
Цн = 950,800,500, 320 мин , в диапазонах заданных аргументов по табл. 1.3. Из результатов расчёта видно, что с увеличением частоты вращения кулачкового вала (т.е. линейной скорости перемещения плунжера, рис.3.1.) кривые 1-4 при ( и, = 82 мм3/цикл и изменении її н = 320-950 мшГ и постоянном зазоре в плунжерной паре величина утечек возрастает. Это объясняется тем, что "время сечения" щели уменьшается при прочих равных условиях: где - продолжительность активного хода плунжера. Средний объёмный диаметр капли резко возрастает (рис.3.1. кривые 8,9,10, II) и объясняется это тем, что утечки топлива изменяют в сторону уменьшения первичную волну давления, все это приводит к изменению давления в распылителе, т.е. скорости истечения топлива на срезе сопла.
В связи с тем, что техническое состояние плунжерных пар(увеличение зазоров) приводит к ухудшению качества распыливания,особо остановимся на влиянии скоростного режима работы топливной аппаратуры. Расчёты показали , что уже при зазорах- . и = 14 мкм и Qa = 82 мм /цикл, изо - ИЗ мкм, а при дп =17 мкм составляет Q[?0 =134 мкм при Ґін =320 мин .
'Стенд постоянного напора для определения гидравлических характеристик распылителей форсунок топливной аппаратуры дизеля КамАЗ-740 и их анализ
Таким образом уравнения (3.16) и (3.17) показывают;жесткости пружин и их предварительная затяжка определяют изменения давления в распылителе и во входном сечении трубопровода, а также давления начала подъема клапана и иглы. Изменения их в эксплуатации приводят к значительным изменениям фронтов(крутизны) дифференциальной характеристики впрыска, а следовательно, и качества распиливания топлива.
Под задним фронтом характеристики впрыска будем понимать часть процесса впрыска от момента,когда давление в распылителе становится равным давлению начала подъема иглы гу до полного прекращения подачи, который может быть охарактеризован величиной цикловой подачи 4 и продолжительностью впрыска этой дозы
Пределы принятого изменения жесткости пружин не выходят за пределы устойчивого состояния, однако изменение цикловой подачи по заднему фронту (рис.3.5) довольно ощутимо(кривая 3 и 4), что как бы противоречит изменению продолжительности заднего фронта (кривые I и 2). Однако это вполне объяснимо, тж.чем выше жесткость клапанаутем выше скорость посадки клапана на седло(скорость разгрузки) и иглы за время заднего фронта т.е. насосное прямое действие выше, что приводит к некоторому росту давления в распы лителе и скорости впрыска и уменьшению среднего объемного диаметра капли.
Накладывая требования на отклонение жесткости пружин по качеству распиливания находим, что при цикловых подачах порядка Qu, =86 мм3/цикл и гін = 950 І/мин для "зо = 50-60 мкм значения &ft/fic и & fc$/fu должны быть не ниже 0,6 МПа; 17,4 МПа, которые соответствуют давлению начала открытия клапана и подъема иглы в пределах устойчивого состояния во время впрыска.
3.4.Влияние неравномерности эффективного проходного сечения распылителя и давления начала открытия нагнетательного клапана и иглы распылителя на качество распиливания топлива. Особое значение при регулировках в эксплуатации топливной аппаратуры уделяется такому параметру как давление начала подъема иглы распылителя и практически не регулируется давление начала подъема нагнетательного клапана, а изменение эффективного проходного сечения распылителя контролируется только по расходной характеристике. При этом изменение качества распиливания от указанных аргументов не оценивается,хотя ряд из них влияет в сторону ухудшения весьма ощутимо. Проведем анализ их влияния на качество распиливания.
На рис.3.6. показано влияние эффективного проходного сече ния распылителя на качество распиливания топлива. В эксплуатации закоксовывание распылителя приводит к необходимости его замены в связи с уменьшением пропускной способности пояти в 2 раза. Рас четный ряд изменения ft-pfp принят таким, чтобы удовлетворить / предельные значения. Отношение, определяющее скорость впрыска J pfP cZt показывает, что с увеличением ее, качество распи ливания возрастает (кривые 3 и 4 ). Сравнивая значения с/зо при Jirfp = const можно констатировать такой факт, что изменение среднего объемного диаметра капли при Lp jp = 0,24 мм незначительное, поэтому для эксплуатации при этих значениях изо является предельным, т.к. давление впрыска l ot n.Qj: практически мало изменяется, в эксплуатации оно не измеряется в условиях предприятий, обслуживающих автомобили КАМАЗ.
На рис.3.7 приведены результаты расчета качества распиливания в зависимости от неравномерности давления начала подъема нагнетательного клапана ( кривые 3,4). При этом за основной динамический параметр мы приняли остаточное давление, определяющее крутизну переднего и заднего фронтов давления,формирующего впрыск топлива, которые и будут в данном случае являться определяющими качество распыливания.
