Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования Ю
1.1. Направления и способы совершенствования существующей топливной аппаратуры 10
1.2. Аккумуляторные системы топливоподачи с гидромеханическим управлением 17
1.3. Электронное управление впрыскиванием 21
1.4.. Системы топливоподачи с электрогидравлическим управлением 28
1.5. Некоторые результаты электрогидравлического управления топливоподачей 35
1.6. Состояние вопроса в области теоретических исследований процесса топливоподачи 39
1.7. Постановка задач исследования 46
2. Расчетно-аналитическое исследование процесса впрыскивания 48
2.1. Расчетная схема, особенности процессов в каналах электрогидравлической форсунки 48
2.2. Разработка методики расчета и алгоритма процесса впрыскивания электрогидравлической форсункой с дроссельным управлением 48
2.3. Некоторые результаты расчета процесса подачи топлива электрогидравлической форсункой дизеля ЧН 26/26.. 61
3. Экспериментальные установки и методики проведения исследований 71
3.1. Электрогидравлическая система топливоподачи дизеля 8 ЧН 26/26 71
3.2. Экспериментальная установка и методика проведения безмоторных исследований 80
3.3. Порядок и методики испытаний дизеля 8 ЧН 26/26 с ЭГСТ 84
3.3.1. Порядок и методика проведения исследований пусковых свойств 84
3.3.2. Порядок и методика проведения исследований на режимах холостого хода 88
3.3.3. Порядок и методика проведения исследований на режимах нагрузочной характеристики 93
3.4. Погрешность измерений 93
4. Результаты экспериментального исследования на безмоторной установке 96
4.1. Выбор схемы включения электрогидравлической форсунки в магистраль высокого давления 96
4.2. Влияние конструктивных параметров управляющего клапана на работу электрогидравлической форсунки 101
4.3. Влияние проходных сечений дросселей на работу электрогидравлической форсунки 119
4.4. Влияние параметров распылителя на работу электрогидравлической форсунки 129
4.5. Влияние противодавления впрыскиванию на работу электрогидравлической форсунки 134
4.6. Возможности коррекции характеристик электрогидравлической форсунки 139
4.7. Характеристики впрыскивания электрогидравлической системы топливоподачи дизеля 8 ЧН 26/26 151
5. Результаты экспериментального исследования на полноразмерном дизель-генераторе 8 ЧН 26/26 155
5.1. Исследование пусковых свойств дизель-генератора. ..155
5.2. Исследование дизель-генератора на режимах холостого хода 165
5.3. Исследование дизель-генератора на режимах нагрузочной характеристики 175
5.4. Использование результатов исследования 187
Выводы 195
Список использованной литературы 197
Приложения 211
- Направления и способы совершенствования существующей топливной аппаратуры
- Расчетная схема, особенности процессов в каналах электрогидравлической форсунки
- Электрогидравлическая система топливоподачи дизеля 8 ЧН 26/26
- Выбор схемы включения электрогидравлической форсунки в магистраль высокого давления
- Исследование пусковых свойств дизель-генератора.
Введение к работе
В директивах ХХУ и ХХУІ съездов КПСС перед Советскими дизе-лестроителями поставлены задачи по дальнейшему повышению технико-экономических показателей дизелей.
В настоящее время ведутся интенсивные работы по совершенствованию существующих и созданию новых мощных и экономичных дизелей с высокими удельными параметрами. При этом все большее внимание уделяется повышению их эффективности и качества во всем диапазоне режимов и условий работы.
Распространенные системы топливоподачи, воздухоснабжение и управление дизелей, использующие, как правило, механические,гидравлические и гидромеханические устройства, обеспечивают высокие технико-экономические показатели практически только на номинальных режимах, в то время как требование потребителей и специфика эксплуатации заставляют непрерывно расширять диапазон рабочих режимов при сохранении эффективности в каждой рабочей точке.
Одним из наиболее эффективных средств повышения эксплуатационных технико-экономических показателей дизелей при работе в широких диапазонах изменения частоты вращения, нагрузки и параметров окружающей среды является оптимизация характеристик топливоподачи на каждом режиме, поэтому совершенствование и создание топ-ливоподающих систем, позволяющих осуществлять раздельное эффективное управление параметрами впрыскивания, - одна из актуальных задач на современном этапе.
Расширение возможностей управления впрыскиванием необходимо не только для оптимизации рабочего процесса, но и для обеспечения требуемой форсировки дизелей, при сохранении нижнего предела рабочих режимов, равномерного распределения нагрузки многоцилиндровых дизелей, шумности, токсичности, качества автоматического регулирования частоты вращения при обеспечении в переходных про-
9 цессах допустимых значений механических и термических напряжений, качества рабочего процесса в каждом цикле, а так ж возможности управления распределением нагрузки между параллельно работающими дизелями в переходных процессах.
Таким образом, решающее значение систем топливоподачи в организации рабочего процесса дизеля вызывает необходимость проведения теоретических и экспериментальных исследований по дальнейшему совершенствованию топливной аппаратуры.
Целью настоящей работы является исследование электрогидравлической системы топливоподачи полноразмерного дизеля 8 ЧН 26/26, определение влияния ряда конструктивных параметров и эксплуатационных факторов на стабильность, идентичность и закон подачи топлива, выбор параметров основных гидравлических элементов, а так же определение возможностей оптимизации рабочего процесса дизеля 8 ЧН 26/26 на различных режимах с помощью электрогидравлического управления топливоподачей.
Представленные результаты являются частью работ, выполненных по плану, утвержденному постановлением Совета Министров СССР № 763-234 от 15 октября 1971г.
Направления и способы совершенствования существующей топливной аппаратуры
В настоящее время на подавляющем большинстве дизелей используется топливная аппаратура непосредственного впрыскивания с механическим приводом плунжера. Основными преимуществами этой системы являются: простота конструкции, надежность, возможность обеспечения работы дизеля в широком диапазоне изменения цикловых подач, простота обслуживания и ремонта отдельных узлов, и компактность.
Вместе с тем системе присущи следующие недостатки.
1. Параметры рабочего процесса системы существенно зависят от скоростного и нагрузочного режимов работы дизеля.
2. Снижение давления впрыскивания, ухудшение качества распиливания и стабильности подач на малых частотах вращения холостого хода приводят к нестабильной работе дизеля и ограничивают величину минимально-устойчивой частоты вращения.
3. Многоплунжерные насосы этих систем не обеспечивают достаточную равномерность распределения топлива по отдельным цилиндрам при снижении частоты вращения.
4. Ограниченные возможности по управлению параметрами впрыскивания не позволяют оптимизировать рабочий процесс дизеля во всем диапазоне режимов.
Работы по совершенствованию указанной топливной аппаратуры ведутся в двух направлениях.
К первому условно можно отнести работы по расширению возможностей управления параметрами впрыскивания.
Ко второму - работы по расширению рабочего диапазона в сторону малых цикловых подач.
Анализ характерных работ первого направления [9, 22,25,28, 29,34,39,46,61,83,89,134-,139,150] показывает, что управление впрыскиванием заключается в изменении, главным образом, опережения, давления, скорости нарастания и падения давления, то есть, закона подачи.
Для регулирования угла опережения известны, следующие решения: регулирующие кромки плунжера, муфты опережения вала насоса, переменное давление открытия игл гидрозапорных и гидромеханических форсунок.
Для изменения давления впрыскивания применяют: установку аккумулятора ( гидравлического или пружинного ) в системе обычного топливного насоса, работу смещенных по фазе двух насосов на одну секцию.
Изменение закона подачи реализуется следующими способами.
1. Двухфазная подача за счёт изменения специального профиля кулачка и дополнительных кромок плунжера.
2. Уменьшение объёма центрального канала распылителя для сокращения продолжительности подачи и подвпрыскивания.
3. Увеличение скорости подъёма и посадки иглы с помощью гидрозапирания.
4. Введение в топливопроводах высокого давления форсунок распределителей - золотников, управляющих подачей.
5. Применение золотников в магистрали высокого давления форсунок в сочетании с переменным давлением в полости гидрозапирания форсунки.
Все перечисленные способы дают некоторый эффект, но, как правило, он достигается в неширокой зоне работы аппаратуры, связан со значительными конструктивными усложнениями системы и для оптимизации рабочего процесса во всем диапазоне работы использован быть не может.
Расчетная схема, особенности процессов в каналах электрогидравлической форсунки
Расчетная схема системы с электрогидравлической форсункой, имеющей дроссельное управление, представлена на рис. б. В схеме не учтены насос высокого давления и магистраль от насоса до аккумулятора. Целесообразность такого упрощения обусловлена особенностями процессов в каналах системы. На рис. 7 представлены совмещенные осциллограммы движения управляющего клапана, давления топлива на входе в форсунку ( сечение 1 = 0 рис. б ) и давления топлива в аккумуляторе, показывающие, что причиной нестационарного характера движения топлива на входе в форсунку является, главным образом, резкое изменение сечения управляющего клапана. Причем,открытие проходного сечения клапана вызывает отрицательный, а закрытие прямой положительный гидроудары. Давление топлива в аккумуляторе остается практически постоянным в связи с тем, что VQ»VI4 . Таким образом, даже при большом объёме аккумулятора движение топлива на входе в форсунку имеет нестационарный характер, что оказывает существенное влияние на процесс впрыскивания.
Электрогидравлическая система топливоподачи дизеля 8 ЧН 26/26
Электрогидравлическая система топливоподачи дизеля 8 ЧН 26/26 разработана совместно коллективами КТЗ и КФ ВЗПИ.
Электронная часть системы создана коллективом лаборатории автоматики и систем питания КФ ВЗПИ. Автор настоящей работы принимал непосредственное участие в создании, исследовании, доводке, испытаниях гидравлической части системы и проверке эффективности всей системы на дизеле.
ЭГСТ представляет собой топливоподающую систему аккумуляторного типа с аккумулятором большой ёмкости, в которой управление количеством впрыскиваемого топлива осуществляют ЭК, установленными на сливе из управляющих камер ЭГФ. Изменение длительности управляющего импульса ( ty ), подаваемого на ЭК, вызывает изменение фа . Изменение заданной величины Ра ведет к изменению Р& впрыскивания. Хотя величина Ом определяется и давлением и продолжительностью впрыскивания, автоматическое управление величиной подачи осуществляется автоматическим регулятором частоты вращения путем изменения длительности впрыскивания при pQ=COnst . При изменении заданной величины PQ необходимая длительность впрыскивания устанавливается автоматически. Управление фазой впрыскивания осуществляется изменением задержки электрического импульса от датчика, установленного с опережением относительно необходимого момента начала подачи.
Таким образом, установленная на дизель ЭГСТ позволяет варьировать в широком диапазоне такими основными параметрами процесса впрыскивания как ф ; р ; QQ И количество фаз впрыскивания.
Выбор схемы включения электрогидравлической форсунки в магистраль высокого давления
Результаты исследований ЭГСТ дизеля 8 ЧН 26/26 показывают, что такие основные характеристики впрыскивания, как межцикловая стабильность, быстродействие и P&med существенно зависят от места включения ЭГФ в МВД, При выборе наиболее целесообразной схемы включения в первую очередь исходили из требований по обеспечению наилучших показателей межцикловой стабильности и наиболее высоких давлений впрыскивания при адекватных значениях Рц .На рис. 29 представлены наиболее характерные из исследованных схем включения ЭГФ в МВД. Наиболее простым, с наименьшим количеством соединений, является включение, выполненное по схеме А. Достоинствами указанной схемы являются относительная простота и возможность управления законом подачи за счёт изменения длины соединительного трубопровода. Отсутствие дополнительных демпфирующих ёмкостей даёт возможность применять такое включение на двигателях малых габаритов ( например типа ЯМЗ или A-4-I ) или большой удельной мощности при плотной компановке ( например, размерностей 18/20 или 21/21 ). Недостатками схемы являются значительная зависимость закона подачи от длины подводящего топливопровода ТВД к ЭГФ и относительно невысокое среднее давление впрыскивания при увеличении ТВД. Кроме того, следует иметь ввиду, что при проведении безмоторных испытаний ЭГСТ необходима синхронизация частот подачи ТНВД и ЭГФ. В противном случае на всех режимах работы ЭГФ возникает межцикловая нестабильность по Pg, до 5%. На рис. 30 А представлены примеры осциллограмм впрыскивания при включении по схеме А.
Исследование пусковых свойств дизель-генератора
Исследования проводились с целью определения оптимальных параметров впрыскивания и систем регулирования, обеспечивающих минимальное время пуска из исходных состояний дизеля согласно ТУ.
В результате исследования пусковых свойств горячего дизеля установлено следующее.
Время до начала работы регулятора частоты вращения не зависит от параметров ЭГСТ рис. 63, 64. Оно определяется инерционностью движущихся частей дизеля и величиной механических потерь. Величина tny ( см. рис. 63 ) для прогретого дизеля составляет 0,45 с.
При варьировании to в выбранном диапазоне 5... 12 мс устойчивее воспламенение топлива в цилиндрах наблюдается при достижении Pamin = Ю МПа»
Экспериментально установлено, что увеличение PQ 10 МП а не сокращает tf и его составляющих. Это можно объяснить тем, что время за которое достигается Pa = 10 МПа определяется только инерцией движущихся частей и механическими потерями дизеля. Некоторое увеличение цикловых подач при Pa I0 МПа,обеспечиваемое большим PQ3 , очевидно, не обеспечивает более полного сгорания топлива в цилиндрах.
При варьировании QQ в выбранном диапазоне 10...32 град, величина PQmjn » при которой наблюдается начало устойчивого воспламенения, зависит от установленного угла опережения впрыскивания поэтому изменение величины Qo ведет к изменению.
