Содержание к диссертации
Введение
Глива I. Состояние вопроса и задачи исследования 12
1.1. Пути совершенствования экологических IT экономических показателей современных автотракторных дизелей І2
1.2- Влияние параметров подачи топлива на токсичность отработавших газов (ОГ) 19
1.3. Использование альтернатнвных тонлив в целях снижения токсичности ОГ и уровня шума дизелей 26
1.4. Анализ конструкций индивидуальных топливных насосов (ИТН) и нас ос-форсу но к 28
1.5. Сравнительный анализ конструкций аккумуляторных топливных систем (АС) с электрогидравлическими форсунками (ЭГФ) 37
1.6. Математическое моделирование гидродинамических процессов в линии высокого давления (ЛВД) современных топливных систем (ТС) 48
1.6.1. Методы расчета АС с ЭГФ 48
1.6.2. Методы расчета топливной аппаратуры (ТА) с ИТН 53
Глава 2. Разработка и развитие методов расчета дизельных ТС с клапанным управлением 56
2.1. Метод и программа гидродинамического расчета АС с ЭГФ типа Siemens (с пьезоприводом) 56
2.2. Дополнение метода и программы расчета АС с ЭГФ типа Bosch (сЭМК) 64
23. Разработка метода расчета линии низкого давления (ЛНД) АС с ЭГФ при работе на диліетиловом эфире (ДМЭ) 67
2.4. Метод и программа гидродинамического расчета ТА с ИТН-І (Bosch) без нагнетательного клапана 73
2.5. Метол и программа гидродинамического расчета ТА с ИТН-2 (НЗТА) 80
2.6. Метод и программа гидродинамического расчета ТА с ИТН-3 (Delphi) 82
2.7. Сопоставление результатов опыта и расчета 85
Глава 3. Расчетное исследование рабочих процессов ТС 90
3.1- Результаты расчета ЛНД АС с ЭГФ, работающей на ДМЭ 90
3.2. Результаты расчетного исследования АС с ЭГФ типа Siemens, работающей на ДМЭ и дизельном топливе (Д'Г) 92
3.3. Результаты расчетного исследования ТА с ИТН-Ї (Bosch) 98
3.4. Результаты расчетного исследования ТА с ИТН-2 (НЗТА) JQ7
3.5. Результаты расчетного исследования ТА с ИТН-3 (Delphi) j |^
3.6. Дополнение критериев оценки качества ЭГФ и их сравнительный количественный анализ 126
Глава 4 Разработка алгоритмов и электронных систем управления дизельной ТА с клапанным управлением при безмоторных испытаниях. Экспериментальное исследование АС 132
4.1. Система управления ЭГФ с электромагнитным клапаном (ЭМК) 132
4.2. Система управления ЭГФ с пьезоприводом 143
4.3. Установка для исследования АС с ЭГФ и объекты исследования 150
4.4. Влияние напряжения форсирующего импульса на процесс подачи топлива ЭГФ с ЭМК 153
4.5. Результаты определения характеристик подачи топлива ЭГФ конструкции Bosch с пьезойриводом 155
4.6. Определение стабильности и минимальных интервалов предварительных впрысков 157
4.7, Определение силы ЭМК 161
4.7.1. Установка для измерения силы ЭМК J#J
4.7.2. Результаты испытаний на установке для измерения силы ЭМК 163
Выводы 166
Литература 169
Приложения 182
- Влияние параметров подачи топлива на токсичность отработавших газов (ОГ)
- Дополнение метода и программы расчета АС с ЭГФ типа Bosch (сЭМК)
- Результаты расчетного исследования АС с ЭГФ типа Siemens, работающей на ДМЭ и дизельном топливе (Д'Г)
- Установка для исследования АС с ЭГФ и объекты исследования
Введение к работе
Актуальность работы. Постоянное ужесточение экологических нормативов заставляет исследователей и конструкторов искать пути решения проблемы снижения токсичности и шумности автомобильных дизелей. Для выполнения высоких экологических и экономических требований необходимо дальнейшее повышение давления впрыскивания до уровня более 200 МПа, многократный впрыск и гибкое управление процессом ТП во всем диапазоне рабочих режимов дизеля. Возможности управления процессами ТП значительно расширяются при применении электронных ТС с клапанным управлением, обеспечивающих высокие давления впрыскивания. К таким системам относятся: АС типа CR, ТС с насос-форсунками, ТС с ИТН, встроенными в блок цилиндров дизеля либо размещенными в отдельном корпусе, а также отдельные виды ТС с распределительными насосами. Изучение и совершенствование данных систем является актуальной задачей и практически невозможно без использования математических моделей рабочих процессов ТА, реализованных на ЭВМ. Учитывая, что в РФ разрабатываются и частично внедряются ТС типа CR, а также ТС с ИТН, актуальным направлением является исследование указанных двух типов ТС с клапанным управлением.
Таким образом, тема диссертационной работы, посвященной математическому моделированию ТС с электронным клапанным управлением, а также их экспериментальному исследованию является актуальной.
Цель работы. Разработка математических моделей, описывающих рабочие процессы в АС типа CR и в ЛВД ТА с ИТН, разработка алгоритмов и систем электронного управления для безмоторных испытаний ЭГФ и сравнитель-
ные расчетно-экспериментальные исследования перечисленных ТС с клапанным управлением. Для достижения указанной цели решаются следующие задачи.
-
Разработать методы и программы расчета: 1) АС с ЭГФ с пьезоприводом конструкции Siemens; 2) ТА с ИТН 3-х типов конструкции (Bosch, НЗТА, Delphi); 3) ЛНД АС с ЭГФ при работе на ДМЭ. Дополнить программу расчета АС с ЭГФ с ЭМК конструкции Bosch.
-
Провести сравнительные и параметрические расчетные исследования указанных ТС с клапанным управлением.
-
Разработать алгоритмы и системы электронного управления ЭГФ с электромагнитным приводом и с пьезоприводом; на безмоторной установке провести сравнительные экспериментальные исследования данных ЭГФ.
-
Разработать установку и провести измерение силы ЭМК ЭГФ с целью уточнения эмпирической формулы, использующейся для расчета АС с ЭГФ.
-
Дополнить критерии оценки качества ЭГФ с целью проведения более полного количественного их анализа и провести сравнительный анализ трех типов ЭГФ.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились по методам и программам, разработанным и дополненным автором. Экспериментальные исследования проводились на установке, созданной на базе безмоторного стенда для испытания ТС Проблемной лаборатории транспортных двигателей МАДИ.
Достоверность результатов экспериментальных исследований и результатов математического моделирования определяется достаточной точностью применявшегося оборудования и сходимостью с результатами, полученных автором и опубликованных экспериментальных исследований.
Научная новизна. Разработаны математические методы и программы расчета АС с ЭГФ с пьезоприводом, ЛНД АС, работающей на ДМЭ, а также ИТН 3-х типов конструкции: фирмы Bosch с коническим запором управляющего клапана и без нагнетательного клапана; опытной конструкции ЗАО «НЗТА» с коническим запором управляющего клапана и с нагнетательным клапаном; фирмы Delphi с цилиндрическим запором управляющего клапана и с нагнетательным клапаном, позволяющие анализировать гидродинамические процессы в ТС с целью их сравнительного анализа и оптимизации конструкций. Проведены расчетные параметрические исследования ИТН и их сравнительный анализ. Установлено, что для обеспечения впрыскивания топлива без нежелательных подвпрысков конструкции ИТН должны обеспечивать необходимые проходные сечения управляющего клапана, зависящие от степени форсировки ТС. Дополнены критерии оценки качества ЭГФ критерием минимального интервала между впрыскиваниями и критерием линейности расходной характеристики, что позволяет проводить более полный количественный анализ ЭГФ различных конструкций.
Разработаны алгоритмы и программы формирования управляющих импульсов ЭГФ, а также электронные блоки управления для безмоторных испытаний, позволяющие осуществлять многократный впрыск ЭГФ двух типов: с ЭМК и с пьезоприводом. Обоснована методика выбора рациональной величины
напряжения форсирующего импульса для ЭГФ второго поколения фирмы Bosch с ЭМК. С помощью экспериментального исследования силы ЭМК в ЭГФ фирмы Bosch при различных ходах управляющего клапана и продолжителыю-стях управляющих импульсов уточнены коэффициенты эмпирической формулы для расчета силы ЭМК.
Практическая ценность. Разработанный пакет программ на ЭВМ, реализующий математические модели процессов в АС с ЭГФ с пьезоприводом, в ТА с ИТН 3-х типов конструкции и в ЛНД АС, работающей на ДМЭ, позволяет быстро и качественно проводить инженерные расчеты с целями изучения взаимосвязей рабочих процессов и оптимизации ТС. На основании сравнительного расчетного исследования гидродинамических процессов, протекающих в АС с ЭГФ с пьезоприводом и в ТА с ИТН 3-х типов конструкций, было установлено влияние на процесс ТП основных конструктивных параметров. Полученные результаты расчетного исследования ИТН 3-х типов конструкций, АС с ЭГФ с пьезоприводом и сравнительный анализ трех вариантов конструкций ЭГФ по дополненным критериям оценки качества ЭГФ могут быть использованы при создании ТС для дизелей отечественного производства.
Разработанные макетные образцы систем управления для безмоторных испытаний ЭГФ с ЭМК (которые могут быть адаптированы для управления ИТН и других ТС с клапанным управлением), а также ЭГФ с пьезоприводом могут быть использованы в учебном процессе и в научно-исследовательских работах.
Разработанная установка для экспериментального исследования силы ЭМК ЭГФ может быть рекомендована для научно-исследовательских работ. С помощью устройства для регистрации параметров впрыскивания АС с ЭГФ получены количественные данные по сравнительному анализу межцикловой стабильности подачи малых предвпрысков и минимальных интервалов между ними для ЭГФ фирмы Bosch с ЭМК (второго поколения) и с пьезоприводом. До-полнеїшьіе критерии качества ЭГФ и результаты сравнительного анализа трех типов ЭГФ могут быть использованы при выборе или разработке АС дизелей.
Реализация работы. Метод и программа гидродинамического расчета АС с ЭГФ используются в НИР ФГУП «НАМИ». Методы и программы гидродинамического расчета ТС с ИТН, а также программа генерации (формирования) управляющих сигналов и схема электронного управления ЭМК ИТН используются в НИОКР ЗАО «НЗТА». Макетные образцы систем управления для безмоторных испытаний ЭГФ с ЭМК и с пьезоприводом, а также методики сравнительных исследований ЭГФ используются в учебном процессе и в работах Проблемной лаборатории транспортных двигателей МАДИ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях и семинарах: в НАМИ (международный автомобильный научный форум 2006 г.); в МГТУ им Н. Э. Баумана (международная конференция «Двигатель - 2007» и семинар по автоматическому регулированию им. проф. В. И. Крутова 2010 г.); в МАДИ (3-й и 4-е Лу-канинские чтения 2007,2009 г.); в МГИУ (международная научно-практическая конференция «Молодые ученые - промышленности, науке, технологиям и про-
фессиональному образованию: проблемы и новые решения» 2007 г.); на международной автомобильной конференции «Двигатели для российских автомобилей» МВЦ «Крокус-Экспо» 2009 г.
Публикации. Материалы исследований опубликованы в 6-й статьях, в том числе 2-е в изданиях, входящих в Перечень ВАК.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, содержит 117 страниц машинописного текста, 70 рисунков, 21 таблицу, 4 приложения. Библиография включает ПО наименований литературы.
Влияние параметров подачи топлива на токсичность отработавших газов (ОГ)
Процесс сгорания в дизеле и, как следствие, токсичность ОГ сильно зависят от того, как впрыскивается топливо в камеру сгорания. Важными параметрами являются момент начала и продолжительность впрыскивания, давление впрыскивания, форма характеристики впрыскивания, цикловая подача, топлива в зависимости от угла ГТКВ и нагрузки на двигатель-Существенное влияние на вредные выбросы и шум от рабочего процесса оказывает изменение угла опережения впрыскивания (УОВ), Это приводит к изменению времени задержки воспламенения т к доли топлива, впрыснутого за это время, что сказывается на продолжительности диффузионного сгорания [30],
Более раннее впрыскивание приводит к увеличению т, и резкому росту температуры и дарения заряда в цилиндре в начале сгорания за счет не только сжимающего действия поршня, но и за счет выделения теплоты от подготовленного к сгоранию топлива. Это способствует более интенсивному и полному выгоранию топлива, но одновременно возрастает уровень шума от рабочего процесса и при высокой концентрации свободного кислорода увеличиваются выбросы NOx [102, 37].
Более позднее впрыскивание, когда большая его часть подается на линии расширении, приводит к уменьшению т температуры цикла и скорости нарастания давления, выбросы NOx и уровень шума уменьшаются: В то же Бремя ухудшаются процессы перемешивания воздуха и топлива и, как следствие, снижается полнота сгорания топлива. Это приводит к увеличению выбросов сажи, что связано также с уменьшением периода времени, необходимого для процессов смесеобразования и сгорания [301,
Исходя из вышесказанного, требования к моменту начала подачи топлива противоречивы, поэтому для каждого режима работы дизеля необходимо индивидуально устанавливать момент начала подачи [28, 33,42.46,99,47,24].
На рис, 1,3. представлена «идеальная» характеристика впрыскивания для номинального режима, предлагаемая фирмой AVL [28, 85", Продолжительность перноЙ фазы t соответствует периоду задержки воспламенения, а количество топлива qul, поданного в течение этой фазы, составляет примерно 50% от цикловой подачи на холостом ходу. Скорость нарастания давления впрыскивания dp/d p в основной фазе Ь выбирается
такой, чтобы среднее давление Р основной фазы составляло 70% от величины максимального давления впрыскивания pMtt4. В данном случае обеспечивается минимальный выброс NO и твердых часі иц. II соответствии с этой харак і еристикои, часть топлива, подаваемого в первой фазе, впрыскивается с небольшими скоростями, что обеспечивает сравнительно медленное сгорание с низким образованием NOx и уровнем шума. Окончание первой фазы совпадает с воспламенением топлива в КС, после чего скорость впрыскивания уже практически пе влияет на показатели динамики сгорания, и скорость подачи во второй фазе увеличивается до q„ щ . Ъто позволяет подать основную часть топлива с максимальным давлением за короткий период времени, что обеспечивает требуемую продолжительность сгорания топлива [28].
При повышении давления впрыскивания сокращается продолжительность впрыскивания, увеличивается длина свободного перемещения струи топлива за период задержки воспламенения, возрастает угол раскрытия струи, распад струи начинается непосредственно у соггловых отверстий распылителя, что приводит к турбулизации потока и к улучшению мелкости распыливания топлива.
Улучшение распыливания топлива приводит к более равномерному распределению топлива по объему КС и, как следствие, к уменьшению числа переобогащшных зон, повышению температуры в КС. Все это увеличивает скорость окисления продуктов неполного сгорания [42, 46].
Тоадывная система Common Rail имеет возможность сийкпео управления несколькими впрысками за цикл. Данная возможность используется для снижения уровня шума от сгорания и снижения выбросов NOv Это достигается посредством предвлрыска - малой запальной дозы топлива (0,5-3,5 мм3), впрыскиваемой за оптимально подобранное время до основного впрыска [37, 106, 16], что приводит к повышению температуры заряда, снижению периода задержки воспламенения основного впрыска и количества топлива, подготовленного за этот период,
Параметры впрыскивания топлива определяются скоростью открытия и закрытия иглы. Управление иглой должно реали зо вы ват ь медленное открытие для осуществления впрыска матых порций топлива и быстрое закрытие для предотвращения коксо образовали я.
Дальнейшее снижение уровня выбросов токсичных компонентой возможно с внедрением систем впрыска топлива нового поколения, обеспечивающих при повышенном давлении впрыска увеличенное количество отдельных впрысков. Для выполнения граничных значений от ЕироЗ до Евроб по данным фирмы Bosch можно использовать систему CR до ІЙ0 МПа. Чем выше будет подниматься давление впрыскивания от 200 МПа (с учетом камеры сгорания, наддува и т.д.), тем сильнее будет улучшаться экономичность двигателя [38].
Системы Common Rail первого поколении имели рабочее давление Рию(—135 МПа, большое время между впрысками (интервалы) и поэтому количество впрысков за никл ограничивалось тремя: предвпрыск, основной впрыск и послевпрыск. Следующее поколение имело уже рабочее давление Рам;-160 МПа и ТНВД, который отличается регулированием производительности дросселированием на всасывании (обеспечивает более высокий КПД), повышенной работоспособностью приводов плунжеров. использованием автоматически управляемых шариковых впускных клапанов
Дополнение метода и программы расчета АС с ЭГФ типа Bosch (сЭМК)
Нарис. 2,3 приведена расчетная схема АС с ЭГФ типа Bosch-Для расчета силы электромагнита (ЭМ) Fr}M использовались следующие эмпирические зависимости: тде t - текущее ъреют; it - spreva этявднвдния ърг&гстатайтда ОМ.: hb - величина подъема клапана; а/ /- постоянные ЭМ. Л/ ,&y hf - были скорректированы по результатам опытов, приведенных в разделе 4.7.2 Задание предварительных впрысков Осуществляется алгоритмом, который был описан в разделе 2.1, аналогично формулам (2.15), но Fm -FXM Г В уравнения динамического равновесия клапана и иглы внесены дополнения по сравнению с исходным алгоритмом [55]: Предлагается дополнение программы расчета ЭГФ Bosch путем уточнения влтшния динамической составляющей силы йд, ,, действующей со стороны потока топлива на шариковый запор управляющего клапана (см, уравнение 2.21). Сила сопротивления давлению [4,78]: где Ц, — коэффициент лобоїюго сопротивления; ю — площадь миделевого сечения тела (для шара со=гсг2).
Коэффициент Сд зависит от формы тела, его ориентированности относительно потока и числа Рейнольдса Re, а для тела заданной формы и ориентированности - только от Re. Для шара Re лежит в пределах 1000.., 300 000, при этом коэффициент Сд равен 0,47. Если Re превышает 300 000, то в з гом случае Сд принимается равным 0,22. В нашем случае Re-7200 - 20 000, следовательно, С(, =0,47. Основная задача элементов линии низкого давления (ЛНД) при работе на ДМЭ заключается в необходимости обеспечить уровень давления ДМЭ и интенсивность прокачки топлива через топливопровод и приемную камеру шестеренчатого насоса ТНВД, обеспечивающих стабильную работу без газовых каверн, В работе [23] определены минимально необходимые сочетания избыточного давления перед ТНВД Др=р—рщ, (рщ, — давление насыщенных паров) и степени рециркуляции топлива і. В нашем случае і — отношение подачи ДМЭ, обеспечиваемой роликовым подкачивающим насосом (рис. 2.6), к расходу ДМЭ, подаваемому через ТНВД в аккумулятор и ЭГФ. Это достигается путем слива большей части топлива через автоматически регулируемый сливной дроссель 2 в баллон с ДМЭ 7, как показано нарис. 2.5. Как показал опыт эксплуатации опытной партии автомобилей ЗиЛ -5301 «Бычок» топливная система удовлетворительно работает на ДМЭ и переходит (например, перед длительной стоянкой) на дизельное топливо (ДТ) или наоборот [57]. Поэтому в качестве предлагаемой схемы ЛНД АС предлагается также двухтопливная система, которая существенно отличается от известных конструкций ЛНД АС [ 103] простотой конструкции. Из рис. 2.5 видно, что одновременное срабатывание трёх трёхходовых ЭМК 1 дает возможность переводить дизель, работающий на ДМЭ, на ДТ и наоборот. На рис. 2.5 пунктирными линиями обозначены топливопроводы, по которым в ЛБД подается ДТ, сплошными — в основном ДМЭ- Через приемную камеру 3, ТЬШД 4, аккумулятор 5, ЭГФ 6 при работе на ДТ подастся ДТ, пря работе на ДМЭ полается ДМЭ.
С помощью изменения сечения автоматически регулируемого сливного дросселя 2 можно изменять количество топлива, подаваемого через ТЫВД ъ аккумулятор, поддерживая необходимое избыточное давление Др над давлением насыщенных паров рші ДМЭ. Л Рис. 2.5. Схема АС с ЭГФ и линиями низкого давления, работающая на ДМЭ и на дизельном топливе: 1 — трехходовые электромагнитные клапаны; 2 — автоматически регулируемый сливной дроссель; 3 — приемная камера ТЫВД со встроенным фильтром; 4 — ТНВД с регулированием дросселированием на всасывании и встроенным шестеренным насосом; 5 — аккумулятор; 6 — ЭГФ; 7 - баллон с ДМЭ; Є - роликовые электрические подкачивающие насосы (РН): 9-баксДТ
Результаты расчетного исследования АС с ЭГФ типа Siemens, работающей на ДМЭ и дизельном топливе (Д'Г)
Результаты расчета АС с ЭГФ Siemens при работе на дизельном топливе (ДТ) приведены на рис. 3.4, 3.5. Исходные данные в приложении 2, Давление в топливном аккумуляторе pJKK=35 Jvtlla, цикловая подача V,,—56 мм . Перемещение мультипликатора (иглы распылителя совместно с поршнем) у„ и управляющего клапана h -, приведены на рис, ЗА На рис. 3.5,а приведены зависимости давлений в распылителе рф, в управляющей камере Рукв камере клапана рк (см. рис. 2.1) от времени t. На рис. 3.5,6 приведены дифференциальная и интегральная характеристики впрыскивания ДТ.
Анализ результатов работы на ДТ покрывает, что после открытия управляющего клапана (hP[l=hKJI Ші1х) давление в камере клапана рй резко падает до 2 МПа, за ним следует падение давления в управляющей камере ру до =20 МГТа, что приводит к постепенному подъему иглы, которая при L-Імс достигает упора и полностью открывает проходное сечение распылителя. Это приводит к еще большему падению давлений рк (до =1МПа) и р (до 11МПа) вплоть до t=2MC, когда начинает закрываться управляющий клапан. Минимум давления рф приходится на период 1„.і,25 мс, затем давление plt повышается. Закрытие клапана приводит к росту pt, за которым следует увеличение ру. Важно, что в период закрытия иглы (t=2,17...2,67мс) давление рф растет. Это приводит к резкому закрытию иглы и к вполне удовлетворительной характеристике впрыскивания (рис. 3.5,6): с падающими скоростями подается около 14% цикловой подави. Остальная подача топлива идет с возрастающими скоростями.
При расчете на ДМЭ были изменены следующие исходные данные: плотность топлива рт=650 кг/м3 (было 840 кг/м3), коэффициент кинематической вязкости vT=l,5-10" м7с (было ІД-ІО м /с), скорость звука а"980 м/с (было 1300 м/с), заданная цикловая подача VJ(-108 мм3 (было 56 мм ).
Сравнивая перемещение клапана и иглы форсунки при работе на Д Г (рис, 3.4) и на ДМЭ (рис, 3.6,а) видно, что при работе на ДМЭ продолжительность открытого положения управляющего клапана увеличилась в -1,7 раза, ход иглы и, следовательно, продолжительность впрыскивания (рис. 3.7,а) увеличились в —1.5 раза. Это объясняется в основном увеличением объемной цикловой подачи, связанной с меньшим рт и низшей теплотой сгорания Нц-27.6 кДж/кг (ДМЭ), а у ДТ Ни=42.5 кДж/кг.
Результаты расчетов при работе АС па ДМЭ приведены также на рис. 3,6,6 и 3.77а. Из рисунков видно, что при работе на ДМЭ давление в распылителе остается примерно на том же уровне, который обеспечивается в основном поддержанием давления в аккумуляторе p- -35 МГТа. Продолжительность впрыскивания при работе на ДМЭ также увеличивается, что говорит о необходимости увеличения максимального проходного сечения распылителя ЭГФ. Так при работе на ДМЭ при увеличении (ui)rrTl!l)L в 1,73 раза продолжительно с гь впрыскивания ДМЭ стала равна продолжительности впрыскивания при работе с ДТ (рис. 3-7,6). Необходимость существенного увеличения максимального проходного сечения распылителя форсунки при переходе с ДТ на ДМЭ подтверждается и экспериментальными работами [21] (на 75%), [23] (на 60%). Топливо (ДМЭ) также подастся в основном с возрастающими скоростями.
При проведении расчетных исследований анализировались особенности рабочего процесса ІТГН.-1 и: оценивались возможности форсирования ТА по давлению впрыскивания.
В приложении 3 приведены исходные данные ТА с ИТН-1 (Bosch) для расчета варианта В-0.
В таблице 3.2 и на рис. 3.8-3.10 приведены основные показатели данного раечекі В-0 на режиме пКв=1200 мин"1 и Уц=87 мм3, что соответствует режиму номинальной мощности дизеля 4ЧН1 і/12,5 (Д245.І2),
В табл. 3.2 и далее приняты следующие обозначения: V„ - цикловая подача; РфшахИ Рклв — максимальные давления в полостях форсунки и насоса соответственно; cpHlt)as - угол поворота кулачкового вала при рчтшх; Дф -продолжительность впрыскивания (подъема иглы); тт1 - продолжительность управляющего импульса.
Результаты расчета В-0 можно проанализировать по рис, 3.8-3.10. № рис. 3.8,а видно, что давление в полости форсунки на данном режиме достигает 108 МПа. Характеристики впрыскивания (интегральная и дифференциальная), приведенные на рис. 3.8,6, имеют удовлетворительный характер: плавное нарастание подачи и резкое окончание характеристик, С падающими скоростями подается всего 11% цикловой подачи. Объяснение этой особенности впрыскивания следует из рис. 3.9 и рис. 3.10,а.
Установка для исследования АС с ЭГФ и объекты исследования
Для исследования АС с ЭГФ использовалась экс гтер и ментальная установка (рис. 4.13), включающая в себя блок фильтров тонкой очистки 2, радиалыю-плунжерный ТНВД системы Common Rail 3-го поколения фирмы
Siemens (K1000 A2CAO003757) 4, топливопроводы высокого давления, аккумулятор топлива Bosch (0 445 224 042) 6 с максимальным рабочим давлением 160 МПа, предохранительный клапан 5, манометр 7, ЭГФ фирмы Bosch (с ЭМК (0445 110 07S) или с пьезоприводом (0С22011030)) 8, высокоточные электронные весы (ВМ153) 10. электронные системы управления и регистрации рабочих параметров ЭГФ.
Макетный образец смонтирован на универсальном стенде "Харгридж -1100ті. Основными узлами стенда являются: электродвигатель, вариатор, узел тахометра и счетчика циклов, блок мерных мензурок, бак для топлива и подкачивающий насос. Вал ТНВД приводится во вращение от стенда через муфту.
Давление, создаваемое ТНВД, регулируется с помощью блока питания результирующим значением напряжения (от управления клапанами Т1ШД посредством шнротно-импульспой .модуляции (ШИМ) отказались ввиду большей сложности в организации метода управления). С блока питания (источник питания постоянного тока Б5-47) напряжение подается па электромагнитный клапан дросселирования топлива на всасывании и на электромагнит регулятора давления топлива. При давлении в топливном аккумуляторе pqkK-l40 МПа рабочее напряжение и ток соответственно равны: U=4B, 1=1 ДА.
Для обработки получаемых данных использовалась программа Ladsk.exe, поставляемая вместе с платой АЦП ЛА-2МЗ производства ЗАО «Руднев &Ши л я е в».
Для исследования меж цикловой стабильности малых подач и минимальных интервалов между ними (см. раздел 4-7) использовалось устройство для регистрации параметров впрыска топлива [35,34], в котором учтены недостатки прибора конструкции ЦНИТА. Впрыскивание топлива производится в тэиемтчо камеру плотно закрытую клапанам-, nnrjja регистрации серии впрысков клапан открывается и топливо сливается из приемной камеры не в атмосферу, а в аккумулятор с избыточным давлением 1,5..2 МПа, что лрепятствует попаданию в камеру воздуха. Тем самым исключается негативное влияние воздуха на получаемые результаты [35]. сЭГФ 1-стенд "Хартридж - 1100"; 2-блок топливных фильтров; 3-блок питания; 4-ТНВД (Siemens); 5-предохрапительный клагіаїт: 6-аккумулятор; 7-маномстр; S-ЭГФ; 9-линяя слива топлива; 10-весы; 11-разъемы каналов; 12-разъем; 13-программа регистрации сигнала; 14-программа генерации импульсов; 15-разъсм; 16-гальваническая развязка; 17-6лок силовых ключей; 18-источник питания; 19-шунтирующий резистор
Цель, экспериментального исследования заключалась в определении. рациональной величины напряжения форсирующего импульса. Объект исследования АС состоял из ЭГФ фирмы Bosch второго поколения (0 445 110 078) с электромагнитным приводом управляющего клапана, аккумулятора фирмы Bosch (0 445 224 042)? радиально-плунжерного ТНВД Common Rail фирмы Siemens (К10. 00 А2СА0О03757).
На рис. 4.14, а показана расходная характеристика форсунки Bosch- Из рисунка видно, что форсунка Bosch обладает хорошей управляемостью в зоне малых цикловых подач. Напряжение питания ле влияет на форму кривой топливоподачи, а лишь смещает её.
Смещение кривых топливоподачи в сторону увеличения времени начала впрыскивания при уменьшении напряжения питания можно объяснить тем, что при снижении напряжения питания передний фронт тока становится более пологим, как видно из рис. 4.14. 6,
Исследование межцикловой нестабильности (см. раздел 4.7) показали, что данная ЭГФ может обеспечить цикловые подачи Уц менее 1 мм3, но достаточная межцикловая стабильность обеспечивается при Vu несколько больше 1 \т. Поэтому при нахождении задержек впрыскивания минимальная цикловая подача V„min была принята равной 1 мм1 (что видно из рис. 4.14, а).
На рис. 4.15 показана зависимость, задержки впрыскивания от напряжения питания при различных давлениях в аккумуляторе. Как видно из рисунка, с увеличением напряжения питания- свыше 50-60 В данная зависимость становится практически горизонтальной. Отсюда молено сделать вывод, что дальнейшее увеличение напряжения питания не даст заметного выигрыша в сокращении времени задержки впрыскивания. Таким образом, для ЭГФ Bosch второго поколения рациональное напряжение форсирующего импулт.са равно 50-60 В
Похожие диссертации на Разработка математических моделей и расчетно-экспериментальное исследование дизельных топливных систем с клапанным управлением
