Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задачи исследования 14
1.1. Использование альтернативных топлив в дизелях 14
1.2. Аппаратура для подачи альтернативных топлив в камеру сгорания дизеля 27
1.3. Методы расчета топливных систем дизелей 37
1.4. Выводы по главе 1, постановка цели и задач исследования 51
Глава 2. Система совместной подачи двух топлив в камеру сгорания дизеля через одну форсунку 54
2.1.. Конструкция и рабочий процесс системы совместной подачи двух топлив 54
2.2. Математическая модель системы совместной подачи двух топлив 60
2.3. Решение уравнений граничных условий и алгоритм расчета рабочего процесса системы совместной подачи двух топлив по заданным характеристикам впрыскивания 68
2.4. Проверка адекватности модели системы совместной подачи двух топлив и расчет ее базовой комплектации 85
2.5. Выводы по главе 2 106
Глава 3. Расчетные исследования влияния параметров системы совместной подачи двух топлив на ее рабочий процесс при заданных характеристиках впрыскивания и состава смеси 107
3.1. Задача и методика расчетных исследований 107
3.2. Результаты расчетных исследований 108
3.3. Выводы по главе 3 140
Глава 4. Экспериментальные исследования системы совместной подачи двух топлив 143
4.1. Исследование возможностей системы с позиции коррекции характеристик впрыскивания и состава смеси 143
4.1.1. Методика и оборудование для исследования возможностей системы совместной подачи двух топлив 143
4.1.2. Результаты исследования возможностей системы совместной подачи двух топлив 149
4.2. Исследования дизеля 24 10,5/12, укомплектованного системой совместной подачи двух топлив 160
4.2.1. Методика и оборудование для исследования дизеля, укомплектованного системой совместной подачи двух топлив 160
4.2.2. Результаты исследования дизеля 24 10,5/12,
укомплектованного системой совместной подачи двух топлив 167
4.3. Выводы по главе 4 175
Основные выводы и рекомендации 177
Литература
- Аппаратура для подачи альтернативных топлив в камеру сгорания дизеля
- Конструкция и рабочий процесс системы совместной подачи двух топлив
- Решение уравнений граничных условий и алгоритм расчета рабочего процесса системы совместной подачи двух топлив по заданным характеристикам впрыскивания
- Исследование возможностей системы с позиции коррекции характеристик впрыскивания и состава смеси
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время одним из способов улучшения экологических показателей дизелей и сокращения потребления ими нефтяного топлива, запасы которого исчерпаемы, является подача в камеру сгорания (КС) смеси дизельного и альтернативного топлив. Рациональное сочетание компонентов в таких смесях дает возможность эффективно использовать каждое из топлив для питания дизелей.
Актуальность работы заключается в совершенствовании системы совместной подачи двух альтернативных друг другу топлив (СПАТ) в виде смеси в КС дизеля через одну форсунку. Данная СПАТ позволяет влиять на рабочие процессы дизеля через направленную коррекцию состава смеси во время ее впрыскивания в КС и этим улучшить его экологические характеристики при сохранении мощностных показателей и снижении расхода дизельного топлива.
Цель работы. Совершенствование системы совместной подачи двух топлив через одну форсунку с целью создания СПАТ, которая позволит осуществлять направленную коррекцию состава смеси топлив в процессе впрыскивания. В данной СПАТ для подачи дизельного топлива используется традиционная топливная аппаратура (ТА) разделенного типа, а для подачи альтернативного топлива - аккумуляторная ТА.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
разработать элементы конструкции и макетный образец СПАТ;
разработать математическую модель СПАТ, алгоритм и пакет программ для расчета рабочего процесса СПАТ и обоснования ее конструктивно-регулировочных параметров по заданным характеристикам впрыскивания и состава смеси топлив;
провести расчетное исследование влияния параметров СПАТ и
дать рекомендации по комплектации данной топливной системы (ТС) для обеспечения ею заданных характеристик впрыскивания и состава смеси топлив; расчетное обоснование СПАТ для совместной подачи дизельного топлива и этилового спирта;
провести экспериментальные исследования СПАТ с использованием механического стробоскопа щелевого типа, чтобы оценить влияния конструктивных, регулировочных и режимных параметров данной ТС на характеристики впрыскивания и состава смеси топлив, уточнить комплектацию СПАТ для проведения исследований на двигателе Д-120 (2410,5/12) при совместной подачи дизельного топлива и этилового спирта;
провести стендовые исследования двигателя Д-120 (24 10,5/12), оборудованного СПАТ, с целью оценки возможности улучшения экологических характеристик дизеля при сохранении его мощностных показателей и снижении расхода дизельного топлива путем частичной его замены этиловым спиртом.
Методы исследования. Расчетное исследование проводилось с использованием разработанной математической модели рабочего процесса СПАТ, которая базируется на теории неустановившегося течения сжимаемой жидкости в топливопроводе. Экспериментальные исследования проводились в Проблемной лаборатории транспортных двигателей МАДИ (ГТУ) на стробоскопической установке щелевого типа и моторном стенде, оборудованных в соответствии с требованиями государственных стандартов.
Достоверность результатов обеспечена следующим: модель рабочего процесса СПАТ базируется на общепринятых уравнениях гидродинамики, применением оборудования и приборов с соблюдением государственных стандартов, адекватностью результатов расчетных и экспериментальных исследований.
Научная новизна. В результате проведенных исследований были получены следующие новые научные результаты: макетный образец СПАТ, позволяющий осуществлять направленную коррекцию состава смеси топлив, подаваемой в КС дизеля (на конструкцию СПАТ получен патент РФ №2204048); математическая модель и алгоритм расчета рабочего процесса СПАТ по заданным характеристикам впрыскивания и состава смеси топлив, учитывающие неравномерное распределение компонентов смеси топлив по каналам форсунки; установлено значимое влияние неравномерного распределения состава смеси по каналам форсунки на рабочий процесс СПАТ; экспериментально показана возможность улучшения экологических характеристик дизеля при сохранении его мощностных показателей и снижении расхода дизельного топлива за счет осуществления направленной коррекции состава смеси дизельного топлива и этилового спирта в процессе впрыскивания.
Практическая ценность. Конструкция СПАТ дает возможность модернизации существующих дизелей для питания жидкими альтернативными топливами путем совместной их подачи с дизельным топливом. Разработан пакет программ для расчета рабочего процесса СПАТ по заданным характеристикам впрыскивания и состава смеси топлив. Обоснована и испытана комплектация СПАТ для совместной подачи этилового спирта и дизельного топлива в КС дизеля Д-120 (24 10,5/12). Экспериментально на двигателе Д-120 (24 10,5/12) подтверждена работоспособность СПАТ и возможность улучшения с ее помощью экологических характеристик дизеля.
Реализация работы. Конструкция СПАТ включена отделом главного конструктора Ногинского завода топливной аппаратуры (НЗТА) в планы проектных работ. Пакет программ расчета рабочего процесса СПАТ используется в учебном процессе кафедры "Теплотехника и
автотракторные двигатели" МАДИ (ГТУ) при чтении дисциплины "Топливоподающая аппаратура автомобильных и тракторных двигателей". Основные положения, выносимые на защиту:
конструкция разработанной СПАТ и принципы ее работы (на разработку получен патент РФ №2204048);
математическая модель, алгоритм и пакет программ для расчета рабочего процесса СПАТ по заданным характеристикам впрыскивания и состава смеси топлив с учетом неравномерности распределения состава смеси по каналам форсунки;
результаты расчетного исследования влияния параметров СПАТ на ее рабочий процесс при заданных характеристиках впрыскивания и состава смеси топлив, а также рекомендации по подбору комплектации СПАТ;
комплектация СПАТ, предназначенная для совместной подачи этилового спирта и дизельного топлива в КС дизеля Д-120 (24 10,5/12);
методика и результаты экспериментального исследования возможностей СПАТ по коррекции характеристик впрыскивания и состава смеси топлив, проведенного на механическом стробоскопе щелевого типа;
методика и результаты стендовых испытаний дизеля Д-120 (24 10,5/12), оборудованного СПАТ, которые показали возможность улучшения экологических характеристик дизеля при сохранении его мощностных показателей и снижении расхода дизельного топлива путем частичной его замены этиловым спиртом.
Личный вклад автора:
проведен анализ применения различных альтернативных топлив в дизелях, а также конструкций ТС для подачи смесей топлив в КС дизеля;
разработаны элементы конструкции СПАТ и ее макетный образец по патенту РФ №2204048;
разработан и отлажен пакет программ для расчета рабочего
процесса СПАТ и выбора основных элементов ее конструкции по заданным характеристикам впрыскивания и состава смеси топлив;
проведены расчетные исследования влияния параметров форсунки, предназначенной для совместной подачи двух топлив, на рабочий процесс СПАТ при заданных характеристиках впрыскивания и состава смеси топлив; сформулированы рекомендации по комплектации СПАТ для обеспечения ею заданных характеристик впрыскивания и состава смеси топлив;
согласно поставленным задачам экспериментальных исследований СПАТ подготовлены стробоскопическая установка щелевого типа и моторный стенд, отлажены методики исследований, проведены эксперименты, обработаны и проанализированы полученные результаты.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научно-технических конференциях МАДИ (ГТУ): "Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса" (2003 г.), "2-е Луканинские чтения. Пути решения энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе" (2005 г.). Результаты работы также докладывалась в МГТУ имени Н.Э. Баумана: на Всероссийском научно-техническом семинаре по автоматическому управлению и регулированию теплотехнических установок имени профессора В.И. Кругова (2004 г.) и в рамках международного симпозиума "Образование через науку" на секции "Энергомашиностроение" (2005 г.).
Публикации. Материалы работы опубликованы в двух статьях, двух тезисах докладов и одном патенте Российской Федерации.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка, патента и двух актов внедрения, содержит 196 страниц машинописного текста, в том числе 45 рисунков, 3 таблицы. Библиография содержит 140 наименований.
Аппаратура для подачи альтернативных топлив в камеру сгорания дизеля
Существуют различные способы подачи альтернативных топлив в КС дизеля. Исходя из [51, 100] их можно разделить на следующие основные группы: - 1-я группа включает способы, когда задействуется только одна ТС, которая и осуществляет подачу альтернативного топлива в качестве единственного топлива, питающего дизель; - 2-я группа включает способы подачи топлив, при которых каждое из топлив подается своей топливной системой (т.е. на двигатель установлены, как правило, две ТС и каждая служит для подачи какого-то одного топлива); - 3-я группа, в нее входят ТС, приготавливающие смесь топлив непосредственно перед ее подачей в КС двигателя.
К 1-й группе можно отнести ТС, предназначенные для подачи ДМЭ, а также заранее приготовленных (вне транспортного средства) смесей и эмульсий, которые имеют большую склонность к самовоспламенению.
Преимущество этих ТС состоит в их большой степени унификации с системами, подающими дизельное топливо, а также в отсутствии необходимости установки дополнительной ТА, для подачи второго топлива, как в случае 2-й и 3-й группы способов подачи.
Главным недостатком таких систем является невозможность изменения состава смеси в зависимости от режима работы двигателя.
Одним из примеров подобной ТС может служить система подачи ДМЭ, разработанная в МАДИ (ГТУ), которая была создана на основе серийно выпускаемой системы непосредственного действия разделенного типа [22]. Основные изменения в данной ТС коснулись линии низкого давления, в частности было увеличено давление подкачки до 1,5 МПа во избежание возникновения паровых пробок и предусмотрено аварийное отключение баллона с ДМЭ. Для обеспечения очистки линии высокого давления ТС от ДМЭ перед длительной стоянкой был предусмотрен кратковременный переход на подачу дизельного топлива.
Другими представителями данной группы может считаться ряд традиционных дизельных ТС, оборудованных устройствами изменения положения упора максимальной подачи в зависимости от физических свойств заправляемого топлива (плотности и вязкости) [30, 60].
К 1-й группе можно также отнести ТС, предназначенные для подачи в дизель топлив с низким ЦЧ, при этом подача может осуществляться как во впускной трубопровод двигателя (внешнее смесеобразование), так и непосредственно в КС (внутреннее смесеобразование). Воспламенение этих топлив происходит либо за счет искрового разряда, либо при контакте со свечой накаливания. Недостатком таких ТС является необходимость создания надежной системы зажигания и, как правило, проведения ряда мероприятий по изменению конструкции базового двигателя (снижение степени сжатия, установка дроссельной заслонки при внешнем смесеобразовании), снижающих его КПД.
В качестве примера такой системы, используемой при внешнем смесеобразовании, можно привести ТС, разработанную в МАДИ (ГТУ), для питания двигателей городских автобусов сжатым природным газом [51]. В данной ТС для получения газо-воздушной смеси применяется специальный смеситель, а для изменения мощности двигателя в него была установлена дроссельная заслонка. На этих двигателях применяется 24-вольтовая бесконтактная система зажигания.
В качестве примера двигателя с внутренним смесеобразованием и с искровым зажиганием можно привести двигатель, разработанный на базе серийно выпускаемого дизеля VALMET 311 CS в Хельсинском технологическом университете и питаемый этиловым спиртом [139]. Подача этилового спирта осуществлялась штатной ТС дизеля. При этом в сам этиловый спирт добавлялся 1 % касторового масла. Для воспламенения, образующейся в КС смеси была использована система зажигания с увеличенной мощностью разряда. Степень сжатия двигателя осталась на прежнем уровне и была равна 16.
Способы подачи топлив, отнесенные к 2-й группе, можно разделить на две характерные подгруппы: первая - когда одно топливо подается во впускной трубопровод двигателя, а второе топливо впрыскивается непосредственно в КС; вторая - когда оба топлива разными ТС подаются непосредственно в КС дизеля. Все эти способы подачи связаны с воспламенением альтернативных топлив с низким ЦЧ при помощи запальной дозы топлива, обладающего хорошими свойствами самовоспламенения (дизельное топливо).
Конструкция и рабочий процесс системы совместной подачи двух топлив
Разработанные ранее в МАДИ (ГТУ) системы подачи альтернативных топлив (СПАТ) [2, 72] предусматривали наличие двух ТНВД [47], предназначенных для подачи, соответственно, дизельного и альтернативного топлив. Оба топлива подавались в КС дизеля в виде смеси через общую форсунку (по одной форсунке на каждый цилиндр).
Такие ТС имеют большие возможности с позиции рационального использования топлив и осуществления физико-химического воздействия на рабочий процесс дизеля. Однако размещение двух насосов в серийно выпускаемом дизеле, спроектированном из условия установки только одного ТНВД требует внесения изменений в конструкцию привода двигателя, а также значительной модернизации самой ТА. Кроме этого, ряд альтернативных топлив требуют специальной аппаратуры.
Решением указанных проблем может стать система подачи альтернативного топлива аккумуляторного типа, которая дополняет традиционную ТА, служащую для подачи дизельного топлива, и при совместной с ней работе решает задачу направленной коррекции состава смеси топлив, подаваемой в КС дизеля через одну форсунку. Стоит отметить, что использование аккумуляторных систем для подпитки линии высокого давления вторым топливом хорошо известно [103].
Схема такой ТС конструкции МАДИ (ГТУ) [73] представлена на рис. 2.1, рассмотрим устройство данной СПАТ.
Серийный рядный ТНВД 19 совместно с топливоподкачивающим насосом 20, используя обычные топливопроводы, обеспечивает подачу дизельного топлива из бака 21 к форсунке 8 (на рис. 2.1 цифрой I обозначен топливопровод от ТНВД 19 до форсунки 8).
Система подачи к форсунке 8 альтернативного топлива включает: баллон 3 для хранения альтернативного топлива, баллон 1, содержащий газ для подпора альтернативного топлива, аккумулятор 4, топливопроводы, обратный клапан 7, установленный у форсунки 8 (на рис. 2.1 цифрой II обозначен топливопровод от обратного клапана 7 до форсунки 8). Объем V a - это объем в штуцере обратного клапана 7.
Газ, содержащийся в баллоне 1, обеспечивает заданное давление ра в баллоне 3 и аккумуляторе 4. Давление ра регулируется редуктором 2 и регистрируется манометром 5, Клапан 7 исключает обратный ток в систему подачи альтернативного топлива, а также ограничивает длину и объем линии подачи альтернативного топлива (топливопровод II, каналы 10, 12, 16). Благодаря такой конструкции СПАТ, можно обеспечить подачу только одного топлива (дизельного топлива) с полным отключением подачи другого топлива (альтернативного топлива). Для этого перед клапаном 7 установлен кран 6.
Важным элементом СПАТ является форсунка 8, через которую происходит подача двух топлив (в виде смеси) в КС дизеля. Ее особенность - наличие двух каналов для подвода дизельного 11 и альтернативного 10 топлив к распылителю 9, который также имеет каналы для подвода дизельного 13, 15, 22 и альтернативного 12, 16 топлив. Осевой канала 15 (на рис. 2.1 показан пунктиром) иглы 14 распылителя 9 сообщен с полостью Уф см через радиальные отверстия 17, расположенные чуть выше основания запирающего конуса иглы 14. Радиальный канал 22 и проточка, выполненная на его уровне в игле 14, образуют полость.
Смешение топлив осуществляется в полости Уф см, расположенной у основания запирающего конуса иглы. При этом, геометрические параметры кольцевого канала 16 исключают попадание дизельного топлива из полости Уф см в полость Уф п- Т.е. полости смешения ограничиваются объемом Уф см и объемом канала 16 - это принципиальная особенность конструкции распылителя форсунки СПАТ, которая имеет большое значение, как для повышения надежности распылителя, так и для направленного воздействия на состав смеси в процессе каждого впрыскивания [72].
Подача дизельного топлива через осевой канал 15 в игле 14 распылителя также имеет принципиальное значение, т.к. оно неминуемо попадает в зазор между иглой и корпусом и тем самым способствует смазке данной прецизионной пары. При таком способе подвода из колпака форсунки на слив поступает только дизельное топливо. Поэтому организации дополнительного слива для смеси топлив не требуется.
В рабочем процессе данной СПАТ можно выделить пять этапов. При этом принципы работы ТНВД 19 и форсунки 8 - общеизвестны [90].
В период между впрыскиваниями в КС смеси топлив через распыливающие отверстия 18, когда давление ра в аккумуляторе 4 становится больше суммы давления рф в форсунке 8 и давления р о, обратный клапан 7 открывается. Альтернативное топливо по топливопроводу II и каналам 10, 12 и 16 поступает в полость УфСМ- Этот этап работы системы условно принимается за первый. Во время этого этапа в полости Уф см образуется смесь двух топлив. Одновременно с этим из полости Уф см смесь топлив перетекает через отверстия 17 в канал 15 иглы 14. В процессе подачи альтернативного топлива, в полости Уф см его концентрация в смеси будет увеличиваться и достигнет максимальных значений к моменту закрытия обратного клапана 7.
Решение уравнений граничных условий и алгоритм расчета рабочего процесса системы совместной подачи двух топлив по заданным характеристикам впрыскивания
В соответствии с поставленной выше задачей рассмотрим особенности и алгоритм расчета рабочего процесса СПАТ, которая должна обеспечить заданные параметры впрыскивания: характеристику впрыскивания q , =f((pK); характеристику состава смеси Ксм =f((pK); максимальное давление впрыскивания рф тах.
В работе [53] отмечалось, что при решении обратной задачи заданные параметры впрыскивания могут быть получены различными, но не произвольными, сочетаниями конструктивных параметров ТС. При этом выбор параметров отдельных элементов системы может быть приоритетным [53]. Вместе с тем, как показал анализ работы ТС, в некоторых случаях заданные параметры впрыскивания не возможно получить без изменения рабочего процесса как отдельных элементов системы (ТНВД, форсунки, обратного клапана) так и ее в целом. Поэтому при проведении обратного расчета принципиально важно блочное решение поставленной задачи комплектации ТС по заданным параметрам впрыскивания, в соответствии с которым на каждом этапе расчета по соответствующему блоку, уточняются и обосновываются определенные конструктивные параметры элементов системы. Ниже излагается такой блочный метод решения обратной задачи. Характерно, что в рамках даже одного блока возможны различные решения, т.е. алгоритм решения имеет варианты, что определяется заданными параметрами впрыскивания, возможными конструктивными решениями и принятым методом расчета.
Далее будет рассмотрен лишь расчет рабочих процессов форсунки и системы подачи присадки. Расчет рабочего процесса ТНВД осуществлялся по методике МАДИ (ГТУ) [54, 81] - методике комплектации насоса по заданным параметрам впрыскивания.
Блок расчета рабочего процесса форсунки и выбор ее конструктивных параметров состоит из следующих частей: расчет характеристик топливной смеси, подаваемой в КС дизеля; расчет кинематики иглы распылителя и давлений впрыскивания; расчет объемного и массового балансов в форсунке. При этом отмеченные части включают в себя пять этапов расчета, которые были оговорены выше.
При расчете характеристик смеси топлив исходными данными являются дифференциальная характеристика впрыскивания q =f((pK), характеристика состава смеси Ксм =f((pK), а также плотности рт, рп. Расчет параметров за каждый градус поворота кулачкового вала насоса (рем, qT, qn) и за цикл (qTU, qnu, Ксм ц) осуществляется с учетом соотношений (2.4), (2.5) из которых имеем: Рем =(РТ Рп)/(Рп +Ксм Рт "Кем -Рп); qn =ксм -Чф -Рсм/рп; Чт=Чф-чп; п п Чпц — Zj4n і Ятц — ,2_іЧт І і=1 і=1 Ксм ц = (Чпц -Рп)/(Чпц Рп + Чтц -Рт)"
Для расчета кинематики иглы и давлений впрыскивания предусматривается, что, помимо q =f((pK) и Ксм = f((pK), определены максимальное давление впрыскивания рф тах и основные конструктивные параметры распылителя: dc, dx, d , d„, ри, pc, ymax. Система уравнений (2.12) имеет четыре неизвестных (у, рф, рф, ркф). При этом значения уь рф1, рф1? ркф1 в начале интервала времени At определены, а гидравлические характеристики распылителя находятся по выражениям (2.8) и (2.9). При решении системы (2.12) имеется в виду, что Скр =(3ф/(єкрїкр)- После определения значений у, Рф» Рф Ркф из системы (2.12), определяем Си из (2.11).
Значения Рф рассчитываются за время процесса впрыскивания топлива, т.е. за время подачи топлива в КС дизеля. Для периода от начала подхода прямой волны FlT(t-LlT/aT) со стороны ТНВД до момента начала движения иглы, характер изменения рф = f((pK) задается на основании анализа процесса впрыскивания системы прототипа [90].
Расчет объемного и массового балансов в форсунке состоит из анализа процессов в полостях Уф см и Уф п. Исходными уравнениями для анализа процессов в полости Уф см являются уравнение два системы (2.3) и уравнение (2.6), которые, используя разностный метод решения дифференциальных уравнений первого порядка, можно представить как 13)
Система уравнений (2.13) имеет два неизвестных - С1т и С4т. При этом значения этих параметров в начале расчетного интервала времени At определены на предыдущем шаге расчета. Известны так же значения параметров р4т и ріт, которые являются начальными условиями гидродинамического расчета СПАТ.
Расчет объемного и массового балансов в форсунке, как и весь ее рабочий процесс, можно разбить на пять этапов, оговоренных ранее.
Первый этап объемного и массового балансов в форсунке - подача присадки из аккумулятора Va в полость Уф см и далее в топливопровод с площадью поперечного сечения fiT. Задача этого этапа - расчет изменения рсм в полости Уф см и определение распределения рсм по длине канала площадью fjT. Характерно, что это распределение практически не зависит от конструктивных параметров линии подачи присадки и целиком определяется конструктивными параметрами Уф см и fiT. Поэтому, принимается, что в этот период происходит подача присадки (рп) в полость Уф см и канал площадью f iT из аккумулятора большой емкости.
Исследование возможностей системы с позиции коррекции характеристик впрыскивания и состава смеси
На данном этапе исследования ставилась задача проверки работоспособности СПАТ, устройство и принцип работы которой были описаны в п. 2.1. Исследуемая система должна была показать способность подавать два топлива через одну форсунку и возможность коррекции состава подаваемой смеси за время рабочего цикла. Полученные при этом характеристики впрыскивания q, = f((pK) и состава смеси Ксм = f((pK) были нужны для проверки адекватности модели и уточнения комплектации СПАТ для проведения моторных исследований.
Кроме этого, необходимо было установить влияния конструктивных, регулировочных и режимных параметров данной ТС на указанные характеристики. В качестве конструктивных параметров рассматривались длина L2T И площадь f2T проходного сечения канала подачи присадки между объемом У кла (рис. 2.1) и полостью Уф п- В качестве регулировочного параметра рассматривалось давлении рф0 начала движения иглы распылителя. Частота вращения пк кулачкового вала насоса и давление ра в аккумуляторе 4 (рис. 2.1) были выбраны в качестве режимных параметров. При этом положение рейки ТНВД должно было оставаться неизменным и соответствовать положению максимальной подачи для двигателя Д-120 (24 10,5/12), на котором проводились моторные испытания, о которых будет сказано ниже.
При проведении эксперимента в качестве основного топлива использовалось дизельное топливо, а в роли присадки - вода. Выбор воды, как одного из компонентов смеси, был обусловлен ее доступностью по сравнению с этиловым спиртом и большим (чем у этилового спирта) отличием значения ее плотности от значения для дизельного топлива, что должно было положительно сказаться на точности эксперимента.
Подпор воды осуществлялся азотом, хранившемся в баллоне 1 (рис. 2.1). Выбор азота в качестве газа для подпора альтернативного топлива обусловлен его плохой растворяемостью.
Подача дизельного топлива осуществлялась ТНВД 19 модели 2УТНМ-1111025 (диаметр и ход плунжера, соответственно, 9 и 8 мм) производства НЗТА, причем работала одна секция насоса, а вторая секция была отключена.
В конструкцию корпуса 8 и распылителя 9 стандартной форсунки (форсунка модели 16 производства НЗТА) были внесены необходимые изменения, о которых сказано выше.
Для исследования возможностей СПАТ использовалась установка, схема которой показана на рис. 4.1. Установка состоит из электромотора 7 постоянного тока фирмы VEM модели GM 120/2, который через коробку передач 8 и муфту 9 приводит в движение кулачковый вал ТНВД 10, предназначенного для нагнетания дизельного топлива по топливопроводу 43 высокого давления к форсунке 37. Насос 10, коробка передач 8 и электромотор 7 жестко укреплены на раме 16.
Управление частотой вращения вала электромотора осуществляется с пульта управления (на рис. 4.1 не показан) реостатным устройством, а частота вращения регистрируется тахометром 2 (рис. 4.1), связанным с тахогенератором 6 модели ТМГ-ЗОП. Погрешность измерения частоты вращения составляет 1 %.
Дизельное топливо хранилось в баке 15, откуда его подача к ТНВД 10 осуществляется по топливопроводу 13 подкачивающим насосом 11. Насос 11 приводится от кулачкового вала ТНВД и прокачивает топливо через фильтр тонкой очистки 12. Часть основного топлива из ТНВД 10 возвращается обратно в бак по топливопроводу 14.
Управление цикловой подачей ТНВД 10 осуществляется с помощью приспособления 42, предназначенного для перемещения и фиксации рейки ТНВД.
Для подачи присадки, на установке был смонтирован аккумулятор 33 (рис. 4.1) с фильтром тонкой очистки топлива (на рис. 4.1 не показан), а к форсунке 37 был присоединен обратный клапан 36 и кран 35. Емкость для хранения присадки 32 и баллон 30 с азотом были установлены отдельно на специальной станине 29. Давление в системе подачи присадки (ра) определялось стрелочным манометром 34 модели МЗМ с диапазоном измерения от 0 до 25 МПа, с погрешностью измерения 0,4 %. Управление давлением ра велось с помощью редуктора 31, установленного на баллоне с азотом.
Форсунка 37 закреплялась в корпусе 38 механического стробоскопа щелевого типа, предназначенного для определения характеристик впрыскивания. Стробоскоп был установлен на раму 16 таким образом, что кулачковый вал 44 ТНВД 10 соединялся с диском 40 через муфту 41. Диски 39 и 40 сжимаются гайкой 25. Диск 26 стробоскопа жестко соединен с диском 39 и вращается в корпусе 38.
