Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1: Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1. Влияние нормирования вредных выбросов с отработавшими газами дизельных двигателей на совершенствование g рабочего процесса двигателя и его систем
1.2. Аккумуляторные топливные системы высокого давления (CR) * -
1.3. Обзор конструктивных схем электрогидравлических форсунок 2Q
1.4. Характеристики впрыскивания аккумуляторных систем. 40
1.5. Методы математического моделирования процесса топ-ливоподачи д<у
1.6. Выводы по главе 1. Постановка задач исследования 56
ГЛАВА 2. Математическое моделирование рабочего процесса линии высокого давления аккумуляторных систем высокого давления с электрогидравлическими форсунками различного конструктивного исполнения
2.1. Анализ конструкции и принцип работы двух основных типов ЭГФ с электромагнитным приводом управляющего клапана
2.2. Математическое моделирование рабочего процесса аккумуляторных топливных систем с ЭГФ 2
2.2.1. Математическая модель рабочего процесса ЭГФ с управляющим клапаном, разгруженным от давления топли- ^ ва(ЭГФ-1)
2.2.2. Математическая модель линии высокого давления аккумуляторной системы с ЭГФ с неразгруженным управ- ~i ляющим клапаном и поршнем-мультипликатором (ЭГФ-2)..
2.3. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных
2.4. Критерии качества ЭГФ 81
2.5. Выводы по главе 2 84
ГЛАВА 3: Результаты расчетного анализа линии высокого давления аккумулятор ных систем с электрогидравлическими форсунками различного конструктивного исполнения 86
3.1. Задачи аналитического исследования аккумуляторных систем и исходные данные для расчета о^
3.2. Результаты расчетного анализа линии высокого давления с ЭГФ с разгруженным от давления топлива управляю- «^ щим клапаном (ЭГФ-1)
3.3. Результаты расчетного анализа линии высокого давления с ЭГФ с однозатворным неразгруженным управляющим | «^ клапаном и поршнем-мультипликатором (ЭГФ-2)
3.4. Взаимосвязь между основным и предварительным
впрыскиваниями у, Q
3.5. Выводы по главе 3 115
ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование электрогидравлических форсунок различного конструктивного исполнения
4.1. Объект испытаний, оборудование и методика испытаний ЭГФ, выполненных по различным конструктивным схемам
4.2. Результаты испытаний ЭГФ с неразгруженным управляющим клапаном и поршнем-мультипликатором
4.3. Сравнительный анализ рабочих параметров ЭГФ с разгруженным и неразгруженным управляющим клапаном ^д
4.4. Выводы по главе 4 138
Выводы 143
Литература
- Аккумуляторные топливные системы высокого давления (CR)
- Математическое моделирование рабочего процесса аккумуляторных топливных систем с ЭГФ
- Результаты расчетного анализа линии высокого давления с ЭГФ с разгруженным от давления топлива управляю- «^ щим клапаном (ЭГФ-1)
- Результаты испытаний ЭГФ с неразгруженным управляющим клапаном и поршнем-мультипликатором
Введение к работе
Актуальность работы. Ужесточение нормативов, ограничивающих вредное воздействие двигателей внутреннего сгорания (ДВС) на окружающую среду, в частности, введение в действие требований специального технического регламента РФ по выбросам вредных веществ на уровне норм Ев-ро-3, Евро-4 заставляет производителей двигателей искать пути решения проблемы снижения токсичности и шумности работы автомобильных дизелей. Для достижения высоких экологических и экономических показателей дизеля необходимо обеспечить высокую гибкость и высокое качество управления топливоподачей (ТП) во всем диапазоне рабочих режимов дизеля. Возможности управления процессами ТП значительно расширяются при применении электронных и микропроцессорных средств управления и контроля, а так же при применении топливных систем (ТС), обеспечивающих высокие давления впрыскивания и независимые от режима работы двигателя характеристики впрыскивания и распыливания топлива.
Наиболее перспективной в этом отношении является получившая широкое распространение аккумуляторная система топливоподачи типа Common Rail (CR), которая обеспечивает высокое и регулируемое давление впрыскивания, управление характеристикой впрыскивания в сочетании с компактностью и удобством компоновки на двигателе.
Серийно выпускаемые ведущими зарубежными фирмами аккумуляторные топливные системы типа CR при практически одинаковом характере управления ТП и с близкими по качеству параметрами ТП, различаются главным образом по конструктивному исполнению и принципам работы топливных насосов высокого давления и форсунок с электроприводными управляющими клапанами. Для ускорения разработки и постановки на производство отечественной аккумуляторной системы топливоподачи для автомобильных дизелей необходим тщательный анализ конструктивных особенно стей и рабочего процесса серийно выпускаемых зарубежных аккумуляторных систем типа CR различного конструктивного исполнения, который практически невозможен без использования математических моделей рабочих процессов топливной аппаратуры (ТА) и дизеля, реализованных на ЭВМ.
Цель работы. Сравнительный анализ серийно выпускаемых электрогидравлических форсунок (ЭГФ) для аккумуляторных топливных систем типа «Common Rail», методами теоретического и экспериментального исследований.
Методы исследования. Экспериментальные исследования проводились в ФГУП «НАМИ» и проблемной лаборатории топливной аппаратуры МАДИ (ГТУ) на аккумуляторных установках, созданных на базе стендов для контроля и регулировки ТНВД по методам и программам, разработанным с использованием современной вычислительной техники.
Экспериментальное исследования проводились на аккумуляторной установке, созданной на базе стенда для контроля и регулировки ТНВД. Аккумуляторная установка включала в себя ТНВД, топливный аккумулятор, блок управления ЭГФ и непосредственно ЭГФ различных конструктивных схем.
Научная новизна. Разработан и реализован в виде законченного программного продукта метод расчета процессов в аккумуляторных топливных системах дизелей с электрогидравлической форсункой с разгруженным от давления топлива управляющим клапаном с коническим затвором (ЭГФ-1). Метод позволяет рассчитывать движение топлива в топливопроводе, давления в пяти полостях ЭГФ, движение управляющего клапана и иглы распылителя, цикловую подачу топлива, характеристику впрыскивания (включая многофазный впрыск), давление впрыскивания, расход топлива на управление.
Уточнен метод гидродинамического расчета аккумуляторной системы с электрогидравлической форсункой с неразгруженным от давления топлива управляющим клапаном и поршнем-мультипликатором (ЭГФ-2) путем учета жиклера, расположенного перед управляющим клапаном. Разработана программа позволяющая рассчитывать движение топлива в топливопроводе, давление в полостях ЭГФ, движение управляющего клапана и поршня-мультипликатора, цикловую подачу топлива, давление впрыскивания, характеристику впрыскивания и расход топлива на управление, включая предварительное впрыскивание заданной порции топлива.
Результаты расчетно - экспериментальных исследований аккумуляторных топливных систем с ЭГФ показали с одной стороны преимущество использования разгруженных управляющих клапанов, с другой целесообразность использования мультипликатора и отрицательной обратной связи.
Установлено, что величина предварительного впрыскивания и интервал между предварительным и основным впрыскиваниями оказывает существенное влияние на величину основной дозы топлива, что необходимо учитывать при отработке алгоритма управления аккумуляторными топливными системами.
Практическая ценность. Результаты сравнительного анализа различных конструкций серийно выпускаемых и разрабатываемых аккумуляторных топливных систем и конструктивных схем ЭГФ могут быть использованы при разработке перспективных ЭГФ.
Разработанный пакет программ на ЭВМ, реализующий математические модели процессов топливной аппаратуры аккумуляторного типа для двух принципиально различающихся конструктивных типов ЭГФ, позволяет быстро и качественно проводить инженерные расчеты с целями изучения взаимосвязей рабочих процессов аккумуляторных топливных систем и оптимизации ЭГФ.
Выполненными расчетно-экспериментальными исследованиями аккумуляторной топливной системы с двумя наиболее распространенными ЭГФ различных конструктивных схем установлено влияние на процесс топ-ливоподачи значений основных конструктивных параметров и определены пределы их изменения.
Разработанные Критерии качества ЭГФ могут быть использованы при разработке аккумуляторных топливных систем для дизелей отечественного производства.
Реализация работы. Метод и программа гидродинамического расчета аккумуляторной топливной системы и рекомендации по конструктивным параметрам ЭГФ используются в расчетно-конструкторских работах ФГУП «НАМИ» и на ОАО «ЯЗДА» по созданию отечественной аккумуляторной топливной системы. Пакет программ расчета процессов топливоподачи в аккумуляторной топливной системе используется в учебном процессе МАДИ (ГТУ) и МГТУ «МАМИ».
Основные положения, выносимые на защиту
• Метод и программа гидродинамического расчета процессов в аккумуляторной системе с электрогидравлической форсункой с разгруженным от давления топлива управляющим клапаном с коническим затвором (ЭГФ-1), включая расчеты многофазного впрыскивания топлива.
• Уточнение метода гидродинамического расчета и разработка программы расчета аккумуляторной системы с электрогидравлической форсункой с неразгруженным от давления топлива управляющим клапаном и поршнем-мультипликатором (ЭГФ-2) путем учета жиклера, расположенного перед управляющим клапаном.
• Результаты расчетного анализа основных конструктивных параметров ЭГФ различных конструктивных типов (ЭГФ-1 и ЭГФ-2).
• Результаты безмоторных экспериментальных исследований аккумуляторной топливной системы с двумя типами конструкций ЭГФ с электромагнитным приводом управляющего клапана.
• Критерии качества и их использование для сравнительного анализа ЭГФ. Личный вклад автора
• Проведен анализ технической и патентной литературы по основным направлениям конструирования и совершенствования аккумуляторных топливных систем с ЭГФ различных отечественных и зарубежных разработчиков и фирм-производителей. Рассмотрены методы математического моделирования процессов, происходящих в ТС, а также работы по алгоритмам управления аккумуляторных топливных систем с ЭГФ. Выделены основные типовые конструкции ЭГФ с электромагнитным приводом управляющего клапана.
• Разработаны критерии качества ЭГФ.
• Разработан метод расчета процессов в аккумуляторной системе с электрогидравлической форсункой с разгруженным от давления топлива управляющим клапаном с коническим затвором (ЭГФ-1). Составлена программа расчета рабочего процесса в ЭГФ, обеспечивающая расчет многофазного впрыскивания.
• Уточнен метод гидродинамического расчета аккумуляторной системы с электрогидравлической форсункой с неразгруженным от давления топлива управляющим клапаном и поршнем-мультипликатором (ЭГФ-2), путем учета жиклера, расположенного перед управляющим клапаном и составлена программа расчета, обеспечивающая так же расчет предварительного впрыскивания.
• На основе проведенных расчетных и экспериментальных исследований аккумуляторной топливной системы с ЭГФ различных конструктивных схем и с использованием разработанных критериев качества ЭГФ получены результаты сравнительного анализа ЭГФ-1 и ЭГФ-2.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях и семинарах: в МГТУ им Н.
Э. Баумана (Семинары по автоматическому регулированию им. проф. В. И. Крутова 2002, 2007 и 2008 годов; международный симпозиум «Образование через науку» 2005 года ; международная конференция «Двигатель - 2007»); международные автомобильные научные форумы МАНФ 2004, 2006 и 2007 г во ФГУП «НАМИ»; международные автомобильные конференции «Двигатели для российских автомобилей» 2006 и 2007 годов в рамках московских автосалонов MIMS -2006 и MIMS - 2007; конференция «Двигатель -2008» ВВЦ- 2008 года.
Публикации. Материалы исследований опубликованы в 7-ми статьях ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в том числе 1 в издании, входящем в Перечень ВАК.
Объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, содержит 160 страниц, 51 рисунок, 19 таблиц. Библиография включает 92 наименования литературы.
Аккумуляторные топливные системы высокого давления (CR)
Аккумуляторные топливные системы дизелей с электронным управлением (АТС) разрабатывались в России, начиная с 1967 г. [1, 9, 57,90], но их серийное производство началось за рубежом в 1997 г., где они получили наименование Common Rail. Пионерами в применении новинок были фирмы Fiat, Mersedes-Benz, Peugeot [64, 65, 91,85].
Топливные системы типа Common Rail серийно выпускаются ведущими зарубежными фирмами - Robert Bosch и Siemens (Германия), японскими фирмами ZEXEL и Nippon Denso и фирмой Delphi Diesel Sistems, входящей в международный концерн Delphi. Системы Common Rail фирмы Bosch, производство которых превысило 15 миллионов комплектов, устанавливаются на дизельные двигатели нового поколения практически большинства фирм и производителей (в основном европейских и азиатских фирм). Фирма Siemens, являющаяся второй по времени после фирмы Bosch разработчиком и производителем систем Common Rail, выпуск которых достигает 2 миллиона, поставляет эти системы в основном для европейских дизелей и в 2004 г. производился более активный выход на рынок США и Канады. Фирма Delphi является поставщиком систем DCR (Delphi Common Rail) для дизелей фирм Renault/Nissan, PSA, Hyundai/Kia, Ford и др., и в 2007 г. выпустила около 2,5 миллионов комплектов этих систем [68, 69, 86, 87].
В настоящее время разработкой систем Common Rail занимаются все ведущие мировые фирмы в этом секторе рынка и совершенствование этих систем высокого давления является наиболее динамично развивающимся направлением в двигателестроении. Основные этапы развития аккумуляторных систем высокого давления «Common Rail» представлены на рисунке 1.2. Здесь видно, что при постоянном ужесточении нормирования вредных выбросов с ОГ дизелей ужесточаются требования к параметрам топливной аппаратуры, что находит свое отражение в ее модернизации.
Принципиальная схема аккумуляторной системы Common Rail: I - топливный бак; 2 - электрический топливоподкачиваюший насос; 3 - топливный фильтр тонкой очистки; 4 - топливный насос высокого давления; 5 -регулятор производительности насоса; 6 - топливный аккумулятор; 7 - электрогидравлические форсунки; 8 - датчик высокого давления топлива; 9 - клапан предельного давления; 10- электронный блок управления; 11 - датчики
В настоящее время принципиальная схема системы Common Rail и конструкции составляющих ее элементов в основном определились. Современная аккумуляторная система топливоподачи высокого давления состоит из следующих основных узлов (рис. 1.3): - топливного насоса высокого давления; - топливного аккумулятора; - комплекта электрогидравлических форсунок; - электронного блока управления (микроконтроллера); - системы датчиковой аппаратуры; - соединительных проводов и шины мультиплексного обмена; - системы очистки и фильтрации топлива. Принцип работы системы в целом заключается в следующем:
Топливо из топливного бака, пройдя систему очистки и фильтрации, посредством работы топливоподкачивающего насоса (ТІ Ш) поступает к ТНВД, из которого топливо нагнетается в аккумулятор под высоким давлением. Из аккумулятора, через аварийный ограничитель подачи топливо поступает к электрогидравлическим форсункам (ЭГФ), которые впрыскивают топливо в цилиндры двигателя в соответствии с управляющими сигналами микроконтроллера.
Давление топлива в аккумуляторе оптимизировано в соответствии с режимами работы двигателя. Его контроль производится с помощью датчика высокого давления и регулируется сливным клапаном и цикловой подачей топлива. Для предохранения аккумулятора от значительного повышения внутреннего давления применяется предохранительный клапан, который перепускает топливо на слив при возрастании давления свыше установленной безопасной нормы, тем самым предупреждая разрушение аккумулятора.
Исходя из принципа работы системы в целом, упрощается конструкция ТНВД: в частности возможно сокращения количества топливных секций - их количество ограничивается сочетанием размеров используемых плунжерных пар, необходимой динамики управления давлением в аккумуляторе топлива и нагрузок на детали привода секций. Также, для уменьшения взаимных напря жений в паре ролик толкателя - кулачок привода, возможна замена кулачка на простой эксцентрик. Эти конструктивные изменения упрощают производство и увеличивает срок службы ТНВД.
ТНВД создает в аккумуляторе топлива давление до 180 МПа (в аккумуляторных системах 3-го поколения) и регулирует величину давления в зависимости от режима работы двигателя. В качестве ТНВД применяются рядные многоплунжерные топливные насосы, звездообразные и роторные.
Радиально-плунжерные топливные насосы фирм Bosch и Siemens, устанавливаемые на малолитражных быстроходных дизелях, выполнены со звездообразным расположением трех насосных секций, приводимых от общего эксцентрикового вала (рис. 1.4 и рис 1.5).
В топливных насосах высокого давления первого поколения, выпускаемых фирмой Bosch с 1997 г., регулирование величины создаваемого давления производилось путем перепуска излишков топлива на слив после насоса, что создавало повышенные затраты мощности на привод. Для ограничения расхода топлива на режимах малых цикловых подач одна из насосных секций принуди тельно отключается. С 2000 г. фирма Bosch перешла на принцип регулирования дросселированием на впуске с помощью электроуправляемого клапана. Это снизило на 20С температуру топлива на выходе из насоса. В насосах высокого давления фирмы Siemens, серийный выпуск которых начат позже, принцип дросселирования на впуске был применен с начала их производства.
В зависимости от числа цилиндров и рабочего объема цилиндров двигателя, номинальной частоты вращения и необходимой величины подачи топлива привод насоса от коленчатого вала выполняется с передаточным отношением 1:2, 1:1,5 или 1:1 [19, 80, 88, 89]. Смазка и охлаждение деталей насоса производятся топливом, циркулирующем через насос.
Электроприводный топливоподкачивающий насос первой ступени входит в состав погружного модуля, устанавливаемого в топливном баке. В настоящее время фирмы Bosch и Siemens серийно выпускают топливные системы типа Common Rail, в которых основной топливоподкачивающий насос размещен в одном корпусе с насосом высокого давления.
Топливоподкачивающий насос в системе EDC16C3 фирмы Bosch расположен в задней части корпуса насоса высокого давления. Тип насоса - шестеренный, с внешним зацеплением шестерен. Давление топлива, подаваемого в насосную секцию ТНВД, составляет 0,45...0,6 МПа. Между топливным фильтром и входом в топливоподкачивающий насос размещен ручной прокачивающий насос. Топливоподкачивающий насос в системе SID 801 фирмы Siemens расположен в передней части корпуса ТНВД. Тип насоса - коловратный, пяти-лопастной.
Математическое моделирование рабочего процесса аккумуляторных топливных систем с ЭГФ
Расчетные модели линии высокого давления аккумуляторных систем с применением различных ЭГФ основаны на общепринятых допущениях: давление в аккумуляторе топлива постоянно; движение топлива в топливопроводе принимаем одномерным, коэффициент гидравлического трения - постоянным; процессы в топливной системе изотермические; плотность топлива р и скорость звука а в топливе имеют постоянные значения; деформации деталей под действием высокого давления пренебрежимо малы и ими можно пренебречь; силы трения в зазорах прецизионных кинематических пар не учитываются; соударения подвижных деталей с упорами являются абсолютно неупругими и деформации деталей вследствие соударений отсутствуют; давление в акустически коротких объемах в текущий момент времени одинаково во всех точках; пренебрегаем сжимаемостью объема между конусом иглы распылителя и распыливающими отверстиями;
Общим для методов расчета аккумуляторных систем с различным конструктивным исполнением ЭГФ является моделирование неустановившегося движения топлива из топливного аккумулятора к электрогидравлической форсунке с помощью следующих уравнений. Уравнения неустановившегося движения вязкой сжимаемой жидкости с учетом указанных выше допущений о постоянных значениях плотности топлива р и скорости звука в топливе а, а также пренебрежении конвективными членами уравнений
Первое уравнение системы (2.1) является уравнением движения, представляющим собой выражение закона сохранения импульсов для одномерного неустановившегося движения вязкой жидкости. Второе уравнение системы (2.1) является уравнением неразрывности, отражающим закон сохранения массы.
Уравнения решаются совместно с уравнениями граничных условий, описывающих процессы в топливном аккумуляторе и форсунке, а так же с учетом начальных условий: скорости в топливопроводе перед началом расчета С0 и остаточного давления р0, равного давлению в аккумуляторе ра. Уравнения граничных условий для каждой из рассматриваемых ЭГФ приведены ниже при описании особенностей расчетных моделей.
Неустановившееся движение топлива в топливопроводе моделируется путем расчета прямых и обратных волн давления, передвигающимися навстречу друг другу со скоростью, равной скорости звука. Величины прибывающей к форсунке прямой волны F(x-L/a) и обратной волны, W(x), прибывающей к топливному аккумулятору, умножаются на величину e"k(L/a), учитывающую потери на гидравлическое трение. Здесь L - длина топливопровода, к - фактор гидравлического сопротивления.
Фактор гидравлического сопротивления рассчитывается из условия тур ЛС булентного движения вязкой жидкости в гладких трубах: к = ——; Ad т где: dm- диаметр топливопровода; Сср - средняя скорость топлива; X — коэффициент гидравлического сопротивления: X = —г , Re - число Рейнольдса
Уравнение граничных условий во входном сечении топливопровода (при Ро = Ра) преобразуется в простое выражение:
Расход через выходные сечения распылителя форсунки Q$ и через управляющие жиклеры (2Ж рассчитывается по уравнению Бернулли: суммарное эффективное проходное сечение распылителя, Рц -давление в цилиндре; сг 0 = +1, если А — Pi и о = - 1 если Px Pi , эффективное проходное сечение жиклера; где Pi и Р2 давление перед жиклером и за ним соответственно. Общим для двух математических моделей ЭГФ является также расчет силы электромагнита F3M5 которая рассчитывается по эмпирическим зависимостям: здесь: т - текущее значение времени; Лт - время нарастания тягового усилия электромагнита; hKJ1; hmax — текущий и максимальный ход управляющего клапана; а и b — постоянные электромагнита.
Особенности расчетных моделей электрогидравлических форсунок связанные с различием конструктивного исполнения этих форсунок, и принципа их действия, рассмотрены ниже.
Результаты расчетного анализа линии высокого давления с ЭГФ с разгруженным от давления топлива управляю- «^ щим клапаном (ЭГФ-1)
На рис.3.1 показано изменение в течение одного рабочего цикла основных параметров рабочего процесса ЭГФ при многофазном впрыскивании - давлений в разных полостях форсунки, характеристик перемещений и скоростей движения иглы распылителя и управляющего клапана, дифференциальной и инте тральной характеристик впрыскивания. Расчет рабочего цикла производился для режима ра = 120 МПа и qu = 90 мм при базовых значениях калиброванных жиклеров ЭГФ.
Как видно из графика, впрыскивание малых предварительных порций топлива практически не меняет давление в распылителе форсунки из-за малой величины подъема иглы распылителя (менее 20 % от максимального хода иглы), но давление в управляющей камере из-за открытия управляющего клапана на перепуск топлива на слив снижается на «20 %, восстанавливаясь к началу основного впрыскивания. При открытии управляющего клапана на участке основного впрыскивания давление в распылителе снижается из-за отсасывающего действия иглы распылителя и восстанавливается после закрытия управляющего клапана и посадки иглы на седло.
При впрыскивании предварительных и последующей за основной порций топлива игла распылителя на участках своего подъема и посадки движется со скоростью, достигающей 1 м / с. С такими же скоростями игла движется на участке основного впрыскивания при максимальном своем подъеме. Управляющий клапан совершает свой полный ход 33 мкм только на участке основного впрыскивания, причем скорость его подъема не превышает 0,2 м/с, а скорость посадки на седло достигает 0,7 м / с.
Максимальная величина объемной скорости впрыскивания предваритель-ных и последующей порций топлива составляет Q «15 мм /мс, увеличиваясь до «35 мм /мс при впрыскивании основной порции топлива.
Основными конструктивными параметрами в ЭГФ с разгруженным от давления топлива управляющим клапаном, определяющими качество рабочего процесса аккумуляторной системы топливоподачи, являются 3 калиброванных жиклера (см. рис. 2.1): Pp, МПа q ММЗ -100- 80- 60- 40- 20
Расчетный анализ показал значительное, но не однозначное влияние данных управляющих жиклеров на производительность аккумуляторной системы, форму характеристики впрыскивания и на управление многофазным характером впрыскивания топлива.
Изменение эффективного проходного сечения жиклера 14 между камерой управления и управляющим клапаном при постоянных значениях управляюще-го импульса и давления в топливном аккумуляторе с {\xf)\ — 0,023 мм до (jif)i = 0,058 мм показало увеличение производительность топливной системы более чем на 30 % (рис.3.2).
При снижении (fxf)i менее 0,023 мм2 производительность системы резко снижается и при (ul)i 0,0155 мм подача топлива через форсунку полностью прекращается. Таким образом, устойчивая и стабильная работа аккумуляторной системы обеспечивается при проходном сечении данного жиклера в диапазоне
Подбором величины эффективного проходного сечения жиклера между камерой управления и управляющим клапаном можно воздействовать на форму характеристик впрыскивания топлива, влияя на интенсивность нарастания подачи топлива в начальной фазе впрыскивания основной порции топлива (рис.3.3).
Изменение (p.f)i с 0,036 мм до 0,056 мм увеличивает интенсивность начальной фазы основного впрыскивания в 2 раза - с 50 до 100 мм3/ мс2, таким образом процесс впрыскивания становится более резким в начальной фазе. При этом интенсивность снижения конечной фазы впрыскивания возрастает только на 10 % - с 40 до 45 мм3/ мс2.
Результаты испытаний ЭГФ с неразгруженным управляющим клапаном и поршнем-мультипликатором
Расчетный анализ рабочего процесса двух конструктивных схем ЭГФ показал, что при многофазном процессе топливоподачи впрыскивание предварительной порции топлива оказывает влияние на величину основной дозы топлива, что необходимо учитывать при отработке алгоритма управления аккумулятор ной системой. Степень этого влияния зависит главным образом от конструктивной схемы электрогидравлической форсунки, а также от величины предварительной порции топлива и интервала времени между предварительным и основным впрыскиваниями. Результаты расчета, проведенного при давлении в аккумуляторе ра = 120 МПа и величине основной порции qu.0. « 50 мм3 для диапазона изменения величины предварительной порции 1 qn 0. 5,1 мм3 и интервала времени между основным и предварительным впрыскиваниями 1 Атии 2,2 мс, приведены в таблице 3.6.
Как следует из табл.3.6, при увеличении предварительной порции впрыскиваемого топлива с 1 до 5,1 мм3 величина основной порции топлива меняется при работе с ЭГФ с разгруженным от давления управляющим клапаном от 0,58 до 1,1 мм3, т.е. в пределах 2,2 %, в то время как для ЭГФ с неразгруженным клапаном и поршнем-мультипликатором - с 1,45 до 3 мм , т.е. в пределах 6 %. При этом для ЭГФ с разгруженным клапаном величина основной порции топлива, усредненная для рассматриваемого диапазона изменения предварительных порций топлива для каждого интервала между впрыскиваниями Ат1ш, а затем усредненная для всех рассмотренных интервалов, меняется в значительно меньшей степени, чем при работе с ЭГФ с неразгруженным клапаном.
Проведенный анализ показывает, что ЭГФ с разгруженным управляющим клапаном в среднем в 2.6 раза менее чувствительна к влиянию предвпрыскива-ния по сравнению с ЭГФ с неразгруженным клапаном и обеспечивает более стабильный процесс топливоподачи. (рис.3.15).
1. При расчетном анализе аккумуляторной топливной системы с ЭГФ с однозатворным клапаном, разгруженным от осевых сил, и тремя управляющими жиклерами оценено влияние величины эффективных проходных сечений жик леров и определены допустимые границы их изменения, при которых обеспечи вается устойчивая работа топливной системы.
Наибольшее влияние на производительность аккумуляторной системы и на весь процесс топливоподачи оказывает величина эффективного проходного сечения жиклера на входе в камеру управления. Практическая потеря управляемости системы при уменьшении площади сечения жиклера в 3,6 раза от базово-го варианта, равного \&2 = 0,037 мм , проявляется в наложении отдельных фаз подачи топлива друг на друга, т.е. в полном искажении процесса топливоподачи. Управляемость всеми фазами многофазного процесса топливоподачи обеспечи-вается при увеличении площади сечения этого жиклера свыше uf2 = 0,025 мм , то есть уменьшение от базового варианта в 1,5 раза. Изменение площадей сечения жиклера между камерой управления и управляющим клапаном и жиклера между полостью форсунки и полостью распьшителя сказывается практически одинаково на начальной фазе характеристик впрыскивания основной дозы топлива, но их влияние на конечную фазу впрыскивания прямо противоположно.
2. В электрогидравлической форсунке с однозатворным неразгруженным управляющим клапаном и поршнем-мультипликатором основными конструк тивными параметрами, определяющими качество рабочего процесса акккумуля торной системы топливоподачи, являются эффективная проходная площадь жиклера JHFJKI на входе в управляющую камеру, оцениваемая по диаметру жик 115 лера db эффективное проходное сечение ЦклГщ.кл между управляющей камерой и каналом слива и диаметр выступа (диаметр затвора) на поршне dMn.
Анализ расчетных данных выявил слабое влияние диаметра жиклера на выходе из камеры управления d - При уменьшении данного жиклера от базового значения на 22% происходит уменьшение производительности системы на 13%. При увеличении на 30% происходит увеличение производительности на 12...15%
4. При сравнительном анализе электрогидравлических форсунок установ лено, что при практически одинаковом уровне производительности (q„ = 60 мм при продолжительности управляющего импульса 1,0 мс и давлении топлива в аккумуляторе 120 МПа) схема с поршнем - мультипликатором и однозатворным управляющим клапаном имеет более высокий гидравлический КПД благодаря уменьшенному расходу топлива на управление, обеспечиваемому введением отрицательной обратной связи по положению поршня-мультипликатора. Форсунка с однозатворным клапаном и управляющими жиклерами имеет стабильную управляемость топливоподачей при малых продолжительностях управляющего импульса.
5. Расчетный анализ рабочего процесса двух конструктивных схем ЭГФ показал, что при многофазном процессе топливоподачи впрыскивание предва рительной порции топлива оказывает влияние на величину основной дозы топ лива, что необходимо учитывать при отработке алгоритма управления аккуму ляторной системой. Степень этого влияния зависит главным образом от конст руктивной схемы электрогидравлической форсунки и в меньшей степени от ве личины предварительной порции топлива и интервала времени между предва рительным и основным впрыскиваниями.
Для ЭГФ с разгруженным от давления управляющим клапаном при уве-личении предварительной порции впрыскиваемого топлива с 1 до 5,1 мм вели 116 чина основной порции топлива меняется в пределах 2,2 %, в то время как для ЭГФ с неразгруженным клапаном и поршнем-мультипликатором - с в пределах 6 %. Отсюда следует, что форсунка с разгруженным управляющим клапаном в среднем в 2.6 раза менее чувствительна к влиянию предвпрыскивания по сравнению с форсункой с неразгруженным клапаном и поршнем-мультипликатором, обеспечивая тем самым более стабильное протекание процесса топливоподачи.
Похожие диссертации на Разработка математических моделей и расчетно-экспериментальное исследование дизельных аккумуляторных топливных систем с электрогидравлическими форсунками
