Содержание к диссертации
Введение
Глава I Анализ основных требований, предъявляемых к топливным системам тракторных дизелей 9
1.1 Аппаратура и регуляторы топливоподачи современных тракторных дизелей 9
1.2 Условия работы тракторных дизелей 34
1.3 Влияние условий работы на качество топливоподачи 37
1.4 Влияние условий работы на регулирование топливоподачи 40
1.5 Основные требования к системам топливоподачи тракторных дизелей 50
1.6 Возможные направления совершенствования систем топливоподачи 57
1.7 Повышение эффективных показателей тракторных дизелей электронным управлением топливоподачи 74
Глава II Теоретический анализ топливных систем с электронным управлением топливоподачи 111
2.1 Информационная модель тракторного дизеля с микропроцессорным управлением 111
2.2 Аккумулирующие свойства топливоподающих систем непосредственного действия 115
2.3 Разработка базовых характеристик для дизелей с регулированием режимов работы пропуском подачи 122
2.4 Разработка методики снижения степени нечувствительности электронного регулятора тогашвоподающей системы, работающего пропуском подачи топлива 128
2.5 Электронно- управляемые системы с насосами рядным и распределительного типа 134
2.6 Алгоритмы и программы для микропроцессорного непрерывного и дискретного управления топливоподачей 154
Глава III Разработка опытных вариантов электронно- управляемых топливопо дающих систем 160
3.1 Электронно- управляемая топливоподающая система с гидрозапорной форсункой 160
3.2 Электронно- управляемые топливоподающие системы с золотниковыми клапанами 170
Глава IV Экспериментальные исследования электронно- управляемых топливопо дающих систем 192
4.1 Экспериментальные установки, измерительная аппаратура и датчики для экспериментальных исследований 192
4.1.1. Общая методика исследований 192
4.1.2 Стенды для безмоторных исследований 193
4.1.3 Стенды для моторных испытаний 198
4.1.4 Измерительная аппаратура и датчики для экспериментальных исследований 203
4.1.5 Обработка экспериментальных данных, оценка погрешности измерений 215
4.2 Исследование электронно- управляемой системы с гидрозапорной форсункой 218
4.3 Исследование электронно- управляемых систем с золотниковыми клапанами прямого и непрямого
действий 226
Глава V Экономическая эффективность внедрения результатов исследований 256
Основные результаты и выводы 263
Библиографический список 268
Приложения 289
- Влияние условий работы на качество топливоподачи
- Аккумулирующие свойства топливоподающих систем непосредственного действия
- Электронно- управляемые топливоподающие системы с золотниковыми клапанами
- Измерительная аппаратура и датчики для экспериментальных исследований
Введение к работе
Актуальность темы. К тракторным дизелям, работающим в широких диапазонах частот вращения и нагрузок, причем неустановившихся нагрузок, предъявляется комплекс довольно жестких требований по их технико- экономическим показателям, важнейшими из которых являются эффективные, в частности мощностные и топливно – экономические, определяемые соответствующими индикаторными показателями и механическим к.п.д.
Эффективные показатели наиболее высокими оказываются при работе на относительно больших, причем постоянных нагрузках. С уменьшением нагрузки на двигатель, а также при переходе на неустановившиеся нагрузки они заметно ухудшаются.
Это во многом является результатом несовершенства ныне применяемых аппаратуры топливоподачи непосредственного действия (обусловленного жестким приводом плунжера их насоса высокого давления (НВД)) и механических регуляторов центробежного типа (инертностью их действия). Из-за этих недостатков при них трудно решаются вопросы обеспечения оптимальных для каждого режима работы параметров топливоподачи.
В этой связи применительно к тракторным дизелям особый интерес представляют появившиеся в последние годы топливоподающие системы с аккумуляторной аппаратурой топливоподачи и малоинерционными электронными регуляторами.
При них относительно просто регулируются почти все основные параметры топливоподачи и, как следствие, не только улучшаются эффективные показатели работы двигателя, но и сравнительно легко решаются и многие другие проблемы, в частности снижения жесткости процесса сгорания и токсичности выхлопных газов. Вместе с тем следует отметить, что разработанные за рубежом такие системы, в частности типа Commоn Rail оказались высокотребовательными к чистоте топлива и, в итоге, не всегда достаточно приспособленными к нашим условиям.
В последние годы электронные регуляторы стали применяться и в отечественных автомобильных дизелях ЯМЗ с топливоподающими системами непосредственного действия, хорошо отработанными конструктивно и технологически и оправдавшими себя в течение многолетней эксплуатации.
В этой связи большой практический интерес представляет дальнейшее совершенствование электронно- управляемых топливоподающих систем как аккумуляторного типа, так и непосредственного действия, особенно применительно к тракторным дизелям.
Все это обуславливает высокую актуальность темы диссертационной работы.
Работа выполнялась в соответствии с федеральной целевой программой «Повышение эксплуатационных показателей топливоподающих систем тракторных дизелей» (№ 281-3-3М МСХ и П РФ, 1995…97гг.), республиканской программой «Научные основы создания ресурсосберегающих конструкций, методов эксплуатации и ремонта сельскохозяйственной техники» (№ 164/АН РБ, 1993…2000гг., АН РБ) и государственной научно- технической программой «Повышение машинно- технологического и энергетического потенциалов сельского хозяйства» (№18/8 с.х., 2008г.), выполнявшихся на основе договорных работ с АН РБ, ОАО «Ногинский завод топливной аппаратуры», Уфимским тепловозоремонт-
ным заводом (ТРЗ) и рядом других предприятий и организаций.
Цель работы – повышение эффективных показателей тракторных дизелей
электронным управлением топливоподачи.
Для достижения поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:
– разработать целесообразные схемы электронно- управляемых топливоподающих систем, причем применимые для тракторных дизелей, находящихся как в производстве, так и в эксплуатации;
– создать математические модели процесса топливоподачи предложенных топливоподающих систем;
– теоретическими исследованиями с использованием разработанных моделей уточнить основные параметры важнейших элементов электронно- управляемых топливоподающих систем;
– разработать основы методики расчета и проектирования отдельных элементов и в целом электронно- управляемых топливоподающих систем;
– разработать алгоритмы и программы, обеспечивающие работу их электронных регуляторов;
– с использованием полученных данных уточнить разработанные схемы и создать опытные варианты электронно- управляемых топливоподающих систем;
– провести безмоторные и моторные исследования разработанных электронно- управляемых топливоподающих систем и на основе анализа их результатов дать рекомендации по применению их в тракторных дизелях.
Научную новизну основных положений, выносимых на защиту, представляют:
– математические модели процесса топливоподачи электронно- управляемых систем;
– методики расчета и проектирования основных узлов электронно- управляемых топливоподающих систем и разработки необходимых для обеспечения их работы базовых скоростных характеристик, а также корректирования степени нечувствительности электронного регулятора;
– алгоритмы и программы, обеспечивающие микропроцессорное управление топливоподачей в соответствии с условиями работы тракторных дизелей;
– способы повышения топливной экономичности дизелей, снабженных электронно- управляемыми топливоподающими системами;
– разработанные электронно- управляемые системы топливоподачи с гидрозапорными (патенты РФ № 2201523 и № 2201524) и обычными форсунками (патенты РФ № 2258823 и № 2301903) и устройство для оценки неравномерности подачи топлива (патент РФ № 2301910).
Практическая ценность заключается в полученных обширных теоретических и экспериментальных данных по оптимизации параметров топливоподачи систем с электронными регуляторами и в указанных выше предложениях, представляющих научную новизну.
Объект исследования – тракторные дизели.
Предмет исследования – влияние параметров топливоподачи на эффективные показатели тракторных дизелей с электронными регуляторами.
Методы исследований и достоверность результатов. В начале велся теоретический анализ. Затем его результаты проверялись экспериментами, проведен-
денными по обычным или многофакторным планам.
Безмоторные испытания проводились на стендах для регулировки дизельной
топливной аппаратуры КИ-22205-01УХЛ4.2-ГОСНИТИ и КИ-22210-УХЛ4-ГОСТ 15150-69, а моторные – на стендах КИ- 5527-ГОСНИТИ и DS- 926v и на станции
испытания дизелей Уфимского тепловозоремонтного завода.
Достоверность результатов исследований обеспечивалась использованием
при экспериментах кроме многоцилиндровых также и одно- и двухцилиндровых двигателей, исключающих влияние числа цилиндров на анализируемые показатели, высокоточных стандартных датчиков и сертифицированных средств испытаний и измерений с лицензионными программными обеспечениями. Регистрирующее оборудование было собрано на базе IBM PC Pentium IV и крейтовой системы LTC. Результаты испытаний обрабатывались при помощи специализированных и лицензионных программных пакетов научно-производственного предприятия «Мера» и ОАО «Автоматизированные системы» (г. Москва).
Апробация работы. Основные результаты работы обсуждены и одобрены на региональных, межрегиональных и международных научно- технических конференциях: «Достижения науки – агропромышленному производству» – Челябинск: ЧГАУ, 2001, 2002 г.г.; «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей тракторов и автомобилей» – СПб. – Пушкин: СПбГАУ, 2002 г.; «Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС в АПК СНГ» – Саратов: СГАУ, 2002г.; «Проблемы разработки и внедрения прогрессивной сельскохозяйственной техники и оборудования» – Уфа: БГАУ, 2002 – 2009 г.г.; «Улучшение энергетических и экологических показателей автотракторной техники» – Уфа: БГАУ, 2007 г.; «Современные проблемы транспорта» – Ульяновск: УГСХА, 2007 г.; «Механизация, техническое обслуживание и ремонт машин» – Чебоксары: ЧГСХА, 2007 г.; «Проблемы энергообеспечения предприятий АПК и сельских территорий» – СПб. – Пушкин: СПбГАУ, 2008 г.
Реализация результатов исследований. Они рекомендованы МСХ РБ с.х. ремонтным предприятиям для модернизации находящихся в эксплуатации тракторных дизелей и приняты Уфимским тепловозоремонтным заводом для модернизации тепловозных двигателей в процессе их ремонта, гарантийным представительством ОАО «Ногинский завод топливной аппаратуры» по Уральскому региону ООО «Башдизель» для использования при разработке перспективных топливных систем, а монография и учебное пособие, изданные с использованием результатов исследований, широко используются в учебном процессе Башкирского ГАУ и ряда других аграрных вузов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 47 работ, в том числе монография, учебное пособие для студентов вузов, 9 статей в центральных научных журналах, получены свидетельство на регистрацию программы для ЭВМ и 5 патентов Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из двух томов. Том 1 включает введение, 5 глав, общие выводы, библиографический список и приложения (основной текст – 284 стр., 187 рисунков, 18 таблиц, библиографический список из 213 наименований). Том 2 объемом 307 стр. состоит из шести приложений к диссертации и содержит программы для электронно- управляемых топливоподающих систем.
Влияние условий работы на качество топливоподачи
Экономичность дизелей возрастает по мере увеличения их загрузки (рисунок 1.23). Поэтому целесообразно обеспечивать их работу на режимах, по возможности близких к номинальным. Зависимость удельного эффективного расхода топлива от загрузки двигателя СМД- 62трактора Т-150К: 1 и5-внесение удобрений (14% времени); 2 и 6 — транспортные работы (55%); 3 и 7 — посев и посадка (4%); 4 и 8 - почвообработка (27%) Из этого рисунка следует, что при использовании пониженных частот вращения коленчатого вала двигателя на заданных нагрузках, эксплуатация трактора возможна с меньшим расходом топлива. Так, например, при поч-вообработке (которая составляет 27% доли годовой занятости) при работе на скоростном режиме 1700... 1800 мин"1 удельный эффективный расход топлива оказывается меньше на 22 г/(кВт-ч), чем на режиме 2200...2250 мин"1.
Следует отметить, что загрузки двигателя, указанные для различных видов работ, являются средними. В реальных условиях они могут отличаться как в большую, так и меньшую стороны. Это означает, что при отсутствии определенного запаса мощности (15.. .25%) двигатель может перейти на режимы перегрузки и существенно снизить частоту вращения коленчатого вала и, в итоге, уменьшить производительность и соответственно топливную экономичность агрегата.
Проверка выбросов токсичных компонентов с отработавшими газами за рубежом у тракторных дизелей производится при работе по 8-ступенчатому испытательному циклу (ISO 8178), а нормативы устанавливаются в зависимости от мощности двигателя (таблица 1.5) [29].
Сравнение их с данными по отечественным дизелям показывает, что по токсичности отработавших газов отечественные дизели заметно уступают требованиям зарубежных норм. Это следствие того, что токсичности отработавших газов у нас до последнего времени серьезное внимание не уделялось. Содержание токсичных компонентов в отработавших газах зависит как от скоростного режима работы, так и нагрузки дизеля [130, 131]. Скоростной и нагрузочный режимы работы дизеля влияет на токсичность отработавших газов весьма сложно из-за большого числа факторов, определяющих интенсивность образования вредных компонентов [6, 169] (рисунок 1.25, а).
С одной стороны, с увеличением частоты вращения уменьшается время, отводимое на процесс сгорания, в результате чего теплоотдача в стенки камеры сгорания уменьшается, что увеличивает максимальную температуру цикла и, как следствие, содержание в отработавших газах NOx- С другой стороны, при этом возрастают давление впрыска топлива и турбулизация воздушного заряда и, в итоге, улучшаются условия смесеобразования - топливо более равномерно распределяется по объему камеры сгорания, и уменьшаются локальные зоны с низкими коэффициентами избытка воздуха и высокими температурами сгорания.
Кратковременные нагрузки преодолеваются за счет кинетической энергии всех движущихся частей агрегата, а длительные - за счет динамических возможностей двигателя или перехода на низшую передачу. Зависимости крутящегошо-мента (Ме) и момента сопротивления-; (Жс) двигателя от частоты вращения его коленчатого вала (и) крутящего момента, изображенная: на» рисунке 1.27 в виде: кривых Mei или Ме2-. Выбор конкрет-нойгкривбй зависит от харак-, тера :: изменения, момента: со-противления; Так, если момент сопротивления на: двигатель меняется по кривой! -Mei. иг из-за изменения растительного-, пог кроватвлажности почвы и другихфакторов возрастает до МС2, то в этом случае двигатель устойчиво сможет работать при крутящем моменте, изменяю щемся по кривой Ме2; только при этой кривой по мере снижения частоты вращения момент сопротивления будет меньше крутящего момента двигателя.
В.Н. Болтинским определен и «желаемый» характер протекания крутящего момента тракторного дизеля (рисунок 1.28), при котором необходимый запас крутящего момента обеспечивается так, что в начале (начиная от Мен) он нарастает резко (до точки в) и затем сравнительно полого.
Эксперименты показывают, что амплитуда колебаний угловой скорости коленчатого вала двигателя возрастает с увеличением амплитуды колебаний момента сопротивления и коэффициента загрузки двигателя.
Так, для двигателя Д-50 на неустановившемся режиме амплитуда колебаний угловой скорости вращения коленчатого вала составила на регуляторнои ветви (при и=1630 мин"1) ± 3,14 с"1 (при неравномерности его нагрузки 8К- 0,4 и периоде его колебаний Т 2 с), в зоне перехода с регуляторнои на корректорную ± 5,23 с"1 ( =0,5 и Т=3с) и в корректорной зоне ± 11,51 с"1 ( .=0,3 и Т=2с). AM- разность момента сопротивления и крутящего момента двигателя; J - приведенный к маховику суммарный момент инерции подвижных деталей двигателя (в тракторных двигателях составляет 0,270 10" ...0,529-10"" кг-м-с ). Из выражения 1.25 следует, что амплитуда колебаний угловой скорости вращения коленчатого вала зависит от коэффициента усиления, разности момента сопротивления и крутящего момента двигателя и приведенного к маховику суммарного момента инерции системы. Существенное влияние на нее оказывает и регулятор топливоподачи. Объясняется это тем, что регулятор из-за инерционности действия реагирует на изменение частоты вращения с определенным запаздыванием. Даже при такой хорошей статической приспособленности двигателя для работы на переменных нагрузках экономические и мощностные показателей дизелей при переходе на переменные нагрузки существенно ухудшаются во многом из-за инерционности ныне применяемых регуляторов центробежного типа [65].
На рисунке 1.29 представлены для случая двигателя Д-75 осциллограммы момента сопротивления, частоты вращения коленчатого вала и положение рейки насоса высокого давления. Как видно, с изменением момента сопротивления меняются с некоторым запаздыванием частота вращения коленчатого вала и ход рейки топливного насоса, т.е. цикловая подача топлива, что в свою очередь усиливает колебания скорости вращения коленчатого вала.
Аккумулирующие свойства топливоподающих систем непосредственного действия
Эффективные показатели наиболее высокими оказываются при работе на относительно больших, причем постоянных нагрузках. С уменьшением нагрузки на двигатель, а также при переходе на неустановившиеся нагрузки они заметно ухудшаются.
Это во многом является результатом несовершенства ныне применяемых аппаратуры топливоподачи непосредственного действия (обусловленного жестким приводом плунжера их насоса высокого давления) и механических регуляторов центробежного типа (инертностью их действия) [5, 16, 58, 96, 157]. Из-за этих недостатков при них трудно решаются вопросы обеспечения оптимальных для каждого режима работы параметров топливоподачи [144, 164, 166].
В этой связи применительно к тракторным дизелям особый интерес представляют появившиеся в последние годы топливоподающие системы с аккумуляторной аппаратурой топливоподачи и малоинерционными электронными регуляторами.
При них относительно просто регулируются почти все основные параметры топливоподачи и, как следствие, не только улучшаются эффективные показатели работы двигателя, но и сравнительно легко решаются и многие другие проблемы, в частности снижения жесткости процесса сгорания и токсичности выхлопных газов. Вместе с тем следует отметить, что разработанные за рубежом такие системы, в частности типа Common Rail оказались высокотребовательными к чистоте топлива и, в итоге, не всегда достаточно приспособленными к нашим условиям. В последние годы электронные регуляторы стали применяться и в отечественных автомобильных дизелях ЯМЗ с топливоподающими системами непосредственного действия, хорошо отработанными конструктивно и технологически и оправдавшими себя в течение многолетней эксплуатации. В этой связи большой практический интерес представляет дальнейшее совершенствование электронно- управляемых топливоподающих систем как аккумуляторного типа, так и непосредственного действия, особенно применительно к тракторным дизелям. Все это обуславливает высокую актуальность темы диссертационной работы. Работа выполнялась в соответствии с федеральной целевой программой «Повышение эксплуатационных показателей топливоподающих систем тракторных дизелей» (№ 281-3-ЗМ МСХ и П РФ, 1995...97гг.), республиканской программой «Научные основы создания ресурсосберегающих конструкций, методов эксплуатации и ремонта сельскохозяйственной техники» (№ 164/АН РБ, 1993...2000гг., АН РБ) и государственной научно- технической программой «Повышение машинно- технологического и энергетического потенциалов сельского хозяйства» (№18/8 ex., 2008г.), выполнявшихся на основе договорных работ с АН РБ, ОАО «Ногинский завод топливной аппаратуры», Уфимским те-пловозоремонтным заводом (ТРЗ) и рядом других предприятий и организаций. Цель работы — повышение эффективных показателей тракторных дизелей электронным управлением топливоподачи. Научную новизну основных положений, выносимых на защиту, представляют: - зависимости для оценки аккумулирующих свойств топливных систем от их конструктивных размеров и параметров; - зависимости для оценки величины и числа подач топлива для случая работы тракторных дизелей пропуском подач; - математические модели процессов топливоподачи систем с электронно-управляемыми кольцевым и золотниковым клапанами; - алгоритмы и программы, обеспечивающие микропроцессорное управление топливоподачей в соответствии с условиями работы тракторных дизелей; - способы дальнейшего повышения топливной экономичности дизелей, снабженных электронно- управляемыми топливоподающими системами. Практическая ценность работы заключается в предложенных: - методиках расчета и проектирования основных узлов электронно-управляемых топливоподающих систем и разработки базовых скоростных характеристик и корректирования степени нечувствительности электронного регулятора для случая работы тракторного дизеля пропуском подачи топлива; - технических решениях для повышения управляемости электронных исполнительных механизмов топливоподающих систем; - рекомендациях по применению электронно- управляемых топливоподающих систем в тракторных дизелях; - электронно- управляемых системах топливоподачи с гидрозапорными (патенты РФ № 2201523 и № 2201524) и обычными форсунками (патенты РФ № 2258823 и № 2301903) и устройстве для оценки неравномерности подачи топлива (патент РФ № 2301910). Объект исследования — тракторные дизели. Предмет исследования - влияние параметров топливоподачи на эффективные показатели тракторных дизелей с электронными регуляторами. Методы исследований и достоверность результатов. В начале велся теоретический анализ. Затем его результаты проверялись экспериментами, про-веденденными по обычным или многофакторным планам.
Электронно- управляемые топливоподающие системы с золотниковыми клапанами
Безмоторные испытания проводились на стендах для регулировки дизельной топливной аппаратуры КИ-22205-01УХЛ4.2-ГОСНИТИ и КИ-22210-УХЛ4-ГОСТ 15150-69, а моторные - на стендах КИ- 5527-ГОСНИТИ и DS- 926v и на станции испытания дизелей Уфимского тепловозоремонтного завода. Достоверность результатов исследований обеспечивалась использованием при экспериментах кроме многоцилиндровых также и одно- и двухцилин дровых двигателей, исключающих влияние числа цилиндров на анализируемые показатели, высокоточных стандартных датчиков и сертифицированных средств испытаний и измерений с лицензионными программными обеспечениями. Регистрирующее оборудование было собрано на базе IBM PC Pentium IV и крейтовой системы LTC. Результаты испытаний обрабатывались при помощи специализированных и лицензионных программных пакетов научно-производственного предприятия «Мера» и ОАО «Автоматизированные системы» (г. Москва). Апробация работы. Основные результаты работы обсуждены и одобрены на региональных, межрегиональных и международных научно- технических конференциях: «Достижения науки - агропромышленному производству» — Челябинск: ЧГАУ, 2001, 2002 г.г.; «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей тракторов и автомобилей» - СПб. - Пушкин: СПбГАУ, 2002 г.; «Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС в АПК СНГ» - Саратов: СГАУ, 2002г.; «Проблемы разработки и внедрения прогрессивной сельскохозяйственной техники и оборудования» - Уфа: БГАУ, 2002 - 2009 г.г.; «Улучшение энергетических и экологических показателей автотракторной техники» -Уфа: БГАУ, 2007 г.; «Современные проблемы транспорта» - Ульяновск: УГС-ХА, 2007 г.; «Механизация, техническое обслуживание и ремонт машин» - Чебоксары: ЧГСХА, 2007 г.; «Проблемы энергообеспечения предприятий АПК и сельских территорий» - СПб. - Пушкин: СПбГАУ, 2008 г.
Реализация результатов исследований. Они рекомендованы МСХ РБ с.х. ремонтным предприятиям для модернизации находящихся в эксплуатации тракторных дизелей и приняты Уфимским тепловозоремонтным заводом для модернизации тепловозных двигателей в процессе их ремонта, гарантийным представительством ОАО «Ногинский завод топливной аппаратуры» по Уральскому региону ООО «Башдизель» для использования при разработке перспективных топливных систем, а монография и учебное пособие, изданные с использованием результатов исследований, широко используются в учебном процессе Башкирского ГАУ и ряда других аграрных вузов. Публикации. По теме диссертации опубликовано 47 работ, в том числе монография, учебное пособие для студентов вузов, 9 статей в центральных научных журналах, получены свидетельство на регистрацию программы для ЭВМ и 5 патентов Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из двух томов. Том 1 включает введение, 5 глав, общие выводы, библиографический список и приложения (основной текст - 288 стр., 187 рисунков, 18 таблиц, библиографический список из 213 наименований). Том 2 объемом 307 стр. состоит из шести приложений к диссертации и содержит программы для электронно- управляемых топливоподающих систем.
Основными элементами топливоподающих систем являются насос высокого давления с встроенным в него регулятором топливоподачи и форсунка с распылителем [84, 85, 86, 167]. В многоцилиндровых дизелях число секций насосов систем непосредственного действия может соответствовать числу цилиндров двигателя (рисунок 1.1, а) или, как в распределительных насосах, один (или несколько) плунжер (ов) может обслуживать все цилиндры двигателя (рисунок 1.1, б). Распределительные насосы высокого давления имеют ряд серьезных преимуществ: - простота конструкции; у насоса ОМН число деталей, например, в два раза меньше, чем у рядного насоса 4ТН8,5х10; - небольшие вес и габаритные размеры; распределительный насос ОМН легче рядного насоса 4ТН8,5х10 в три раза; - простота технического обслуживания. К общим недостаткам распределительных насосов относятся: - невозможность регулирования межсекционной равномерности топливоподачи; - конструктивная сложность привода плунжера, обусловленная необходимостью сообщения плунжеру дополнительного вращательного движения.
Измерительная аппаратура и датчики для экспериментальных исследований
Моторные испытания двигателя с регулированием режимов работы пропуском подач с использованием электронно- управляемых топливоподаю-щей системы и впускного клапана газораспределительного механизма (ГРМ) (рисунок 4.48) проводились с использованием разработанных базовых характеристик и программ (приложения III, IV и V тома II диссертации).
Как видно, при работе с пропуском подач, изменение удельного расхода топлива происходит, как и ожидалось, плавно.
При дополнительном регулировании фазы газораспределения электронно- управляемым впускным клапаном ГРМ (закрытием его в такте впуска на выключаемом цилиндре) удельный расход топлива снижается на 40 г/(кВгч). Такое регулирование положительный эффект дало и на больших частотах вращения (1800 мин"1) (рисунок 4.49, в). Дополнительное корректирование цикловой подачи на работающем цилиндре при работе с пропуском подач позволило повысить, как ожидалось, и равномерность вращения коленчатого вала
Зависимость степени неравномерности вращения коленчатого вала тракторного дизеля Д-21А1 от частоты вращения при регулированиях пропуском подач (1), дискретном регулировании цикловой подачи изменением длительности подводимого к обмотке соленоида тока (кривая 2) и пропуском подач и дополнительным корректированием цикловых подач на продолжающий работать цилиндр (3).
На основании результатов экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы: 1. Экспериментальные исследования электронно- управляемых топливопо-дающих систем подтвердили основные положения теоретических исследований. 2. Безмоторные исследования позволили дополнительно установить, что предложенная электронно- управляемая топливоподающая система с гидрозапорной форсункой обеспечивает требуемое раздельное управление цикловой подачей (в пределах от 16 до 150 мм3/цикл), изменением угла опережения впрыскивания (до 10 град.п.к.в.) и максимальным давлением впрыскивания (до 65МПа) в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов работы дизеля. Существенным ее преимуществом является то, что система отличается высокой межцикловой равномерностью подачи (на номинальном режиме неравномерность подачи 10%, на режиме холостого хода 25%, что меньше соответственно на 6% и 10%, чем у серийной топливоподающей системой с механическим регулятором). По затратам мощности на привод насоса высокого давления предложенная система почти не отличается от серийных. 3. Сравнительными моторными испытаниями на дизеле 1412,5/14 установлено, что при применении предложенной топливоподающей системы снижается удельный эффективный расход топлива на 2,48% (на 7,2 г/кВт ч) и уменьшаются минимально-устойчивые обороты холостого хода двигателя на 63 мин _1 (при штатной системе она равнялась 960 мин"1, а при опытной - 897 мин" ). 4. Доказано, что пропуск рабочих ходов поршней является одним из высокоэффективных методов повышения топливной экономичности тракторных и других типов (например, тепловозных) дизелей, значительную часть времени работающих на частичных нагрузках.
Показано, что отключение цилиндров может рассматриваться как частный случай пропуска рабочих ходов поршней. 5. Обосновано, что достоинством пропуска рабочих ходов поршней является достигаемое при нем плавное изменение удельного расхода топлива и режима работы двигателя и представляются широкие возможности для повышения равномерности вращения коленчатого вала дизеля, в частности корректированием цикловых подач в продолжающие работать цилиндры. Так, при работе тракторного дизеля Д-21А1 на скоростном режиме 1950 мин"1 на стенде DS-926v (без загрузки) этим методом удалось снизить степень неравномерности вращения коленчатого вала с 2,1% до 1,0%. 6. Наиболее просто уменьшению механических потерь энергии и тепло отводу в систему охлаждения, соответствующих отключенному цилиндру дви гателя достигается уменьшением фактической степени сжатия в цилиндре к моменту начала пропуска рабочего хода поршня, в частности использованием электронно- управляемых клапанов ГРМ. Это позволяет в дизеле, например, Д 21А1 на режиме 33% нагрузки (Ne=6 кВт и л=1800 мин"1) снизить удельный расход топлива на 27% (с 520 до 380 г/(кВт-ч)).
Проведенными в настоящей работе исследованиями установлено, что использование в топливной системе электронно- управляемого кольцевого дозирующего клапана и гидрозапорной форсунки позволяет снизить удельный расход топлива в широком диапазоне скоростных режимов. Так, на режиме 0,688-и,, удельный расход топлива снижается на 16,1 г/(кВт-ч); на режиме 1,000-ин - 9,1 и на режиме 1,125-и„ - 5,0, в процентах соответственно 4,3%; 3,1% и 1,7%.
