Введение к работе
Актуальность исследования. Одним из перспективных способов повышения эффективности рабочего процесса всех типов дизелей, работающих в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов, является интенсификация процесса впрыскивания топлива, к которой проявляется интерес во всем мире из-ва необходимости улучшения экономических и экологических показателей ЛВС. При этом достигается комплексный эффект .'улучшается экономичность, снижается токсичность и дымносгь отработавших газов (ОГ) двигателей.
Дизель Д-160 (АО ЧТЗ) размерности А ЧІ1 14.Б/20.5 является энергетической установкой промышленного трактора класса 10 тс. который массово применяется в различных отраслях народного хозяйства , что предопределяет актуальность создания для него современных и перспективных систем топливоподающей аппаратуры (ТА).
Важным направлением улучшения параметров технического уровня дизелей является также повышение управляемости процессом сгорания, реализацией резервов ТА по совершенствованию характеристик впрыскивания топлива 8а счет изменения начального (Рнач) и остаточного (Рост) давлений, применения гидродогружения иглы распылителя (Рг.в.). Интерес к подобным системам объясняется тем, что раздельное управление Рнач. Рост. Рг.а. позволяет усовершенствовать ТА в случаях, когда ее модернизация становится нерентабельной,либо технически невозможной. Предложенные ранее усторойства для управления Рнач.Рост и Рг.а. часто улучшая характеристику впрыскивания на одном режиме, ухудшают ее на другом, имеют сложную конструкцию и высокую себестоимость. Существенным резервом снижения затрат топлива на выполнение полезной работы двигателем является использование энергии отсечкой волны. Ввиду новизны данного метода, отсутствуют рекомендации к его практической реализации. Поскольку сведения о подобных исследованиях в опубликованных материалах отсутствуют, поэтому потребовалась теоретическая и экспериментальная проверка эффективности использования давления отсечного топлива Рг.з. и повышенного Рнач в ТА с управляемым гидродогружением иглы форсунки. До настоящего времени не изучена природа явлений, происходящих в данной ТА.но существует программы её гидродинамического расчета с оценкой параметров процесса впрыскивания и их влиянием на показатели рабочего процесса дизеля. Это определяет актуальность проведения исследований в данном направлении.
Дель и задачи исследования. Целью данной работы является теоретическое обоснование, разработка конструкции, создание, исследование и практическая реализация ТА для тракторного дизеля, обеспечивающей повышение давления и сокращение продолжительности впрыскивания ( У впр) в широком диапазоне режимов работы за счет использования анергии отсечной волны топлива и достижения таким образом значительного улучшения экономических и экологических по-- казателей дизеля. В работе решались следующие научные и практические задачи: 1.Теоретическое обоснование возможности использования энергии отсечной волны топлива для интенсификации процесса впрыскивания. 2. Создание, математической модели, алгоритма, программы и проведение расчетно-теоретического анализа ТА, реализующей повышенные давления впрыскивания. 3. Исследование на безмоторном стенде экспериментальной ТА с целью подтверждения ее работоспособности, оптимизации конструкции и определения реальных параметров процесса впрыскивания. 4.Оценка влияния-процесса топ-ливоподачи экспериментальной ТА на показатели рабочего процесса, дымносгь и токсичность ОТ на одноцилиндровом отсеке тракторного дизеля. Б. Подтверждение улучшенных экономических и экологических показателей при использовании ТА с повышенным давлением впрыскивания на развернутом дизеле повышенной размерности на характерных режимах его работы.
Методы исследования. При выполнении работы применялись расчетные и экспериментальные методы исследования.Обзор и анализ состояния вопроса осуществлялся по научным публикациям, отечественным и зарубежным патентам. Методика исследования включала разработку математической модели, алгоритма и программы расчета экспериментальной ТА на ЭВМ. . Расчетно-теоретические исследования на ЭВМ по разработанной математической модели с целью анализа и оптимизации конструктивних параметров экспериментальной ТА. Экспериментальные исследования ТА с управляемыми Рнач и Рг.8. на безмоторном стенде. Экспериментальные исследования эффективности разработанной ТА на дизелях 1 ЧН 14.5/20.5-,4 ЧН 14.5/20,5-,4 ЧН 15/20,5. Анализ протекания рабочего процесса по динамике тепловыделения путем обработки индикаторных диаграмм на 8Ш; исследование состава ОГ с целью получения характеристик токсичности и дымности.
Научная новизна. Теоретически обоснована и практически' подтверждена возможность использования энергии отсечной волны для интенсификации процесса впрыскивания. Создана и реализована на SEM
2 .
математическая модель, алгоритм и программа гидродинамического расчета экспериментальной ТА для ее расчетно-теоретического анализа, учитывающая особенности использования давления отсечного топлива и повышенного Рнач. Созданная программа расчета качественно и количественно адекватно описывает происходящие процессы. Решены новые методические задачи,включая выполнение условий баланса топлива в разветвленной полузамкнутой системе,ликвидации и образова-^ ния разрывов сплошности в основных и дополнительных трубопроводах и полостях; совместного рассмотрения процессов в ветвях разветвленной системы; процесса расчета ТА с учетом сходимости по трем параметрам: qu, Рнач и давлению в надыгольной полости (Рн.п.). Впервые разработаны варианты конструкции и изготовлена ТА,использующая давление отсечного топлива,реализованная в ТА дизеля Д-160. Новизна конструктивных решений ТА подтверждена 5 патентами. Проведены расчетно-теоретические и экспериментальные исследования ТА и получены новые технические результаты, выявлены факторы, оказывающие наибольшее влияние на параметры процесса впрыскивания. ч
Практическая ценность. Разработана и исследована ТА, использующая энергию отсечной волны для интенсификации процесса впрыскивания и смесеобразования. Экспериментально подтверждено снижение удельного эффективного расхода топлива (ge),токсичности и дымнос-ти ОГ дизеля повышенной размерности использующего разработанную ТА, в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов.
Разработаны математическая модель, алгоритм и программа гидродинамического расчета ТА, использующей анергию отсечной волны, позволяющие на стадии проектирования оптимизировать конструктивные и регулировочные параметры ТА.
Экспериментально подтверждено, что в разработанной ТА устраняется подвпрыскивание топлива и зависание иглы форсунки, что повышает эксплуатационную надежность и эффективность тракторного дизеля.
Разработанная ТА обеспечивает различные значения давления (Рф) и продолжительности впрыскивания (%пр), Рнач, Рг.з., в зависимости от диаметра дросселирующего отверстия (сіотв) наполнительного клапана. Изготовлены опытные образцы ТА для одноцилиндрового и развернутых двигателей ОД-738, Д-160, Д-170 обеспечившие их работу с улучшенными экономическими и экологическими характеристиками.
Реализация работы. Результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований и разработок переданы и используются на
АО ЧТЗ при доводке и совершенствовании рабочего процесса диаелей 4 ЧН 14,5/20,5; 4 ЧН 15,0/20,5. Основные материалы исследований переданы заводам ВгМЭ, АМЗ, ХТЗ. ЧЗТА.
Апробация работы. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены на научно-технической конференции в МРТУ им.Н.Э. Баумана,1990 г.;48-й научно-исследовательской конференции в МАДИ, 1990г.;научно-техническом семинаре Ленинградского государственного аграрного университета, Пушкин, 1989-1991гг. -.научно-практическом семинаре в г.Шадимире, 1991г.;научно-технической конференции ЫИИСП. 91-92гг.; на секции НТС в Щ1ЙТА,г.С.-Петербург, 88-91гг.
Публикация. По теме диссертации опубликовано 12 работ. Предложенная система топливоподачи и ее элементы защищены б патентами.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,общих выводов и приложения. Она содержит 241 стр. основного текста, 79 рисунков и 30 страниц приложений,а также список литературы, включающий 168 наименований.