Введение к работе
Актуальность темы. Топливная система относится к ответственным агрегатам дизеля, определяющим в значительной степени его топливную экономичность, надежность, а также выбросы токсичных составляющих отработавших газов. В наиболее трудных условиях работает форсунка, распылитель которой является частью камеры сгорания дизеля.
Одной из самых распространенных причин отказов форсунок является закоксозывание распылителей. По данным ряда исследований заметное влияние закоксовывание распылителей на показатели автотракторного дизеля оказывает через 450 — 500 часов работы. Гарантийная наработка распылителей по данным заводов-изготовителей составляет не менее 2000 часов, следовательно, периодическая очистка распылителей от коксовых отложений необходима.
Методы раскоксовывания распылителей, используемые в эксплуатации, можно разделить на три группы. Механические методы трудоемки и могут привести к повреждению распылителей. Химические методы (с помощью моюще-диспергирующих присадок и смесей) редко применяются из-за сравнительно большой стоимости. Использование бодотопливных эмульсий для раскоксовывания распылителей сдерживается опасностью отслаивания воды в линии низкого давления (ЛНД) топливной системы (ТС) и возможностью замерзания воды при низкой температуре. Однако при подаче воды в линию высокого давления (ЛВД), а также в странах с высокой минимальной температурой, исключающей замерзание воды, например, в Сирии, эти препятствия устранимы.
Водотопливные эмульсии (ВТЭ) могут быть использованы, во-
первых, для периодической кратковременной (до 30 мин) работы на хо
лостом ходу для раскоксовывания распылителей форсунок дизелей и, во-
вторых, для периодической и долговременной работы дизеля на рабочих
режимах с целью предотвращения закоксовывания распылителей. Ис
пользование ВТЭ в дизелях позволяет также снизить выбросы сажи,
окислов азота, уменьшить тепловую напряженность деталей, а в ряде
случаев улучшить топливную экономичность. Таким образом, разработка
методов и.устройств для использования водотопливных. эмульсий для
раскоксовывания распылителей форсунок дизелей является актуальной за
дачей. . ' ^ {
Цель и задача исследования. Целью данной работы является разработка метода и устройств для безразборного раскоксовывания распыли-
телей форсунок путем подачи добавки (воды, водных растворов) е линнк высокого давления ТС. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи.
-
Провести экспериментальное исследование и сравнительный анализ устройств для приготовления ВТЭ в отдельных агрегатах с последующей подачей ее в линию низкого давления топливной системы дшеля.
-
Дополнить метод и программу гидродинамического расчета ТС с подачей добавки (воды, водных растворов) в линию'высокого давления для периодической кратковременной работы с целью раскоксовывания распылителей и провести его расчетно-теоретическое исследование.
-
Разработать метод и устройство для приготовления ВТЭ в линии высокого давления ТС с целью кратковременной периодической работы дизеля на ВТЭ для раскоксовывания распылителей форсунок. Провести его безмоторные исследования и моторные испытания.
-
Разработать схемы устройств для приготовления ВТЭ в линии высокого давления для работы на основных рабочих режимах с целью устранения возможности захоксовываиия и улучшения показателей рабочего процесса дизеля. Разработать математические модели этих устройств и провести их расчетно-тесретические исследования.
Методы исследования. Методологической основой работы послужили материалы исследований отечественных и зарубежных, специалистов по использованию ВТЭ для устранения коксовых отложений в распылителях форсунок и для улучшения показателей рабочего процесса дизеля. Расчетно-теоретические исследования проводились по методам и программам, разработанным с использованием современной вычислительной техники. Экспериментальные исследования проводились на универсальном стенде для исследования ТС Хартридж с использованием автомагической системы научных исследований на базе аппаратуры международного стандарта КАМАК Использовались также моторный стенд и установка для определения проходных сечений распылителей форсунок.
Научная новизна. Предложен метод безразборного раскоксовывания распылителей форсунок путем использования ВТЭ, отличающийся подачей добавки (воды или водных растворов) в линию высокого давления ТС дизеля. ''.'.'..'
Разработана математическая модель ТС с механическим управлением подачей добавки в ЛВД на рабочих режимах дизеля (ТС с ДШ-1) и проведен ее теоретический анализ.
Разработаны метод и программа гидродинамического расчета ТС с устройством для подачи добавки в ЛВД на режимах холостого хода (ТС с ДШ-3) и проведены расчетное и экспериментальное исследования с ДШ-3, позволившие выбрать рациональное сочетание параметров предложенного устройства.
Проведено расчетно-теоретическое исследование ТС с предложенным устройством с электронным управлением подачей добавки (ТС с ДШ-4) на рабочих режимах дизеля.
Практическая ценность. Метод и устройство (ДШ-3) для подачи добавки (воды или водных растворов) в ЛВД могут быть использованы для безразборного раскоксовывания распылителей форсунок дизелей путем периодической кратковременной работы на режимах холостого, хода. Устройство отличается простотой и удобством в эксплуатации.
Показано, что для работы дизеля на рабочих режимах на ВТЭ с целью предотвращения закоксовывания распылителей форсунок и улучшения экологических показателей дизеля следует рекомендовать устройство с электронным управлением подачи добавки (ТС с ДШ-4), которое обеспечивает гибкое и достаточно точное управление объемной долей добавки в ВТЭ.
Программы, реализующие методы гидродинамического расчета ТС с подачей добавки в ЛВД, позволяют с достаточной для практики точностью быстро и качественно решать задачи проектирования и доводки ТС такого типа.
Реализация работы. Результаты исследования топливных систем дизелей с подачей воды в ЛВД приняты во внимание при проведении работ по совершенствованию ТС дизелей в НАМИ. Метод и программы гидродинамического расчета ТС с подачей добавки через дозирующий штуцер в ЛВД используются в НАМИ, а также в учебной работе РУДН и МАДИ (ТУ).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались на 54-й научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ (январь 1996 г.), на международном конгрессе "Экологические проблемы больших городов" (май 1996 г.), на международной научно-технической конференции "Экология автотранспортного комплекса" (декабрь 1996 г.).
Публикации. Результаты работы изложены в трех статьях, одних тезисах доклада, одном патенте РФ и двух отчетах.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. Сна содержит 127 страниц основного текста, 44 рисунка и 25 таблиц. Список литературы включает 111 наименований, в том числе 20 иностранных.