Содержание к диссертации
Введение
1. Организация процесса смесеобразования в транспортных дизелях 12
1.1. Требования, предъявляемые к дизелям в современных условиях 12
1.2. Совершенствование процесса смесеобразования в дизелях 15
1.3. Цель работы и задачи исследования 31
2. Математическая модель динамики развития струй распыливаемого топлива 33
2.1. Разработанные методы расчета процесса распыливания топлива в дизелях 33
2.2. Методика расчета процесса распыливания топлива 38
2.3. Расчет процесса распыливания топлива 59
Основные результаты и выводы по второй главе 68
3. Математическая модель расчета движения воздушного заряда в камере сгорания дизеля 69
3.1. Методика расчета движения воздушного заряда в камере сгорания дизеля 69
3.2. Результаты расчета движения воздушного заряда в камере сгорания дизеля 79
3.3. Особенности расчета движения воздушного заряда при использовании поршней со сложной формой КС 88
Основные результаты и выводы по третьей главе 107
4. Экспериментальные исследования быстроходного дизеля с камерами сгорания различной формы 109
4.1. Серийная и опытные камеры сгорания дизеля 109
4.2. Описание экспериментальной установки и методики экспериментальных исследований 112
4.3. Результаты исследований дизеля с камерами сгорания различной формы 115
Основные результаты и выводы по четвертой главе 127
Основные выводы и заключение 129
Список литературы
- Совершенствование процесса смесеобразования в дизелях
- Методика расчета процесса распыливания топлива
- Результаты расчета движения воздушного заряда в камере сгорания дизеля
- Описание экспериментальной установки и методики экспериментальных исследований
Введение к работе
В последние годы отмечается быстрый рост парка автомобилей, расширение сферы их применения, увеличение мощностей двигателей внутреннего сгорания, устанавливаемых на транспортные средства. При этом доля дизельных двигателей на транспорте неуклонно возрастает и достигла в настоящее время 25-30 %. Такими двигателями традиционно оснащаются большегрузные автомобили, городские автобусы, расширяется их применение на легковых автомобилях. В качестве силовых установок сельскохозяйственных машин также используются главным образом дизельные двигатели.
Дизельные двигатели, работающие с повышенными степенью сжатия и коэффициентом избытка воздуха, в большей степени, чем другие двигатели отвечают современным тенденциям развития транспортного и автотракторного двигателестроения - повышению агрегатной мощности, снижению удельного расхода топлива и токсичности отработавших газов (ОГ). Эти показатели в значительной степени зависят от характера протекания процессов топливоподачи, воздухоснабжения и смесеобразования.
При организации процессов подачи топлива и воздуха в цилиндры транспортных и автотракторных дизелях необходимо согласование параметров и характеристик этих процессов на каждом эксплуатационном режиме. Это вызвано тем, что на режимах с пониженной частотой вращения и неполной подачей топлива показатели впрыскивания и распыливания топлива, как правило, ухудшаются. В частности, отмечается уменьшение длины и ширины топливного факела, ухудшение качества распыливания топлива, увеличение неравномерности распределения капель топлива по объему камеры сгорания (КС). Для режимов с низкой частотой вращения характерно и уменьшение интенсивности вихревого движения воздуха в КС дизеля, приводящее к ухудшению качества процесса смесеобразования. Эти факторы приводят к снижению эффективности процесса сгорания топлива и ухудшению экономических и экологических показателей дизеля.
Таким образом, при разработке и совершенствовании систем топливо-подачи и воздухоснабжения возникает проблема выбора их характеристик и рациональной формы КС, обеспечивающей целенаправленное движение воздушного заряда, согласующееся с направлением струй распиливаемого топлива, оценки влияния конструктивных особенностей топливной аппаратуры и формы КС на показатели работы дизеля в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов.
Диссертационная работа посвящается совершенствованию рабочего процесса в дизелях с непосредственным впрыскиванием топлива. Предложены конструкции поршней, обеспечивающих направленное движение воздушного заряда в КС дизеля. Исследованы вопросы динамики топливной струи с учетом организации целенаправленного движения воздушного заряда. Предложены математические модели для расчета динамики топливных струй и движения воздушного заряда в КС. С использованием разработанных математических моделей проведена оценка параметров движения воздуха при использовании поршней предложенных конструкций и их влияния на динамику развития топливных струй. Проведены экспериментальные исследования поршней предложенных конструкций на одноцилиндровой установке двигателя семейства АМЗ (1 ЧН 13/14). Показано влияния формы КС на показатели топливной экономичности и токсичности ОГ. Подтверждена возможность заметного улучшения названных показателей при согласовании характеристик топливоподачи с формой КС и направлением движения воздушного заряда.
Актуальность диссертационной работы обусловлена необходимостью обеспечения требуемых экономических и экологических показателей дизелей. Сложность решения этой проблемы усугубляется многорежимностью транспортного дизеля и рассогласованием характеристик его различных систем при работе на режимах с пониженными частотой вращения и нагрузкой. Поэтому повышение качества рабочего процесса дизеля в широком диапазоне эксплуатационных режимов может быть достигнуто за счет согласования геометрических характеристик струй распыливаемого топлива с формой КС и движением воздушного заряда. Поэтому актуальной проблемой является комплексное совершенствование систем топливоподачи и воздухоснабжения транспортного дизеля. Такое совершенствование двигателя целесообразно проводить с использованием методов математического моделирования, позволяющих сократить временные и материальные затраты при проведении исследовательских работ. С помощью предлагаемых расчетных методов можно провести всесторонний анализ рабочего процесса и выдать рекомендации по изменению существующих конструкций поршней и систем топливоподачи с целью улучшения эффективных и экологических показателей транспортных дизелей. Результаты этих исследований могут быть использованы при определении целесообразной формы КС и создании топливоподающих систем, обеспечивающих перспективные требования к токсичности ОГ при достижении повышенных показателей дизелей по топливной экономичности.
Цель работы: улучшение эксплуатационных показателей транспортного дизеля путем использования камер сгорания с направленным движением воздушного заряда и разработка расчетно-экспериментального метода комплексного исследования процессов распыливания топлива и смесеобразования.
Методы исследований. Поставленная в работе цель достигается сочетанием теоретических и экспериментальных методов исследования. С помощью теоретических методов были исследованы характеристики динамики развития струй распыливаемого топлива и движения воздушного заряда в КС ди зеля. Экспериментальная часть работы заключалась в определении показателей дизеля, оснащенного поршнями с КС различной формы.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработана математическая модель расчета динамики развития струи рас-пыливаемого топлива, учитывающая влияние движения воздушного заряда в объёме КС дизеля на геометрические характеристики струи.
- разработана математическая модель расчета движения воздушного заряда в камере сгорания дизеля, позволяющая определить параметры этого движения при использовании поршней с различной формой КС в поршне.
- в сравнительных экспериментальных исследованиях выявлены достоинства и недостатки предложенных конструкций поршней с камерами сгорания, обеспечивающими направленное движение воздушного заряда в объеме КС.
Достоверность и обоснованность научных положений определяются:
- использованием фундаментальных законов и уравнений термодинамики, аэродинамики и гидравлики, современных численных и аналитических методов реализации математических моделей;
- совпадением результатов расчетных и экспериментальных исследований и применением при оценке адекватности математических моделей достоверных опытных данных, полученных при испытаниях на безмоторной установке и на одноцилиндровом двигателе.
Практическая ценность состоит в том, что:
- разработан алгоритм и программа расчета динамики развития струй распы- ливаемого топлива с учетом направленного движения воздушного заряда в КС дизеля, позволяющая с достаточной для практики точностью решать задачи проектирования систем топливоподачи для существующих и перспективных дизелей;
- разработан алгоритм и программа расчета движения воздушного заряда в КС дизеля, позволяющая с достаточной для практики точностью решать задачи проектирования поршней для существующих и перспективных дизелей;
- разработаны конструкции поршней, обеспечивающие значительное улучшение показателей топливной экономичности и токсичности ОГ дизелей транспортного и автотракторного назначения.
Реализация результатов работы. Работа проводилась в соответствии с планами госбюджетных и хоздоговорных работ лаборатории «Автоматика» НИИЭМ МГТУ им. Н.Э. Баумана и кафедры «Теплофизика» (Э-6) МГТУ им. Н.Э. Баумана. Результаты исследований внедрены в ФГУП «НАМИ» и ЗАО «Дизель-КАР» (г. Москва).
Апробация работы;
Диссертационная работа заслушана и одобрена на совместном заседании кафедр «Поршневые двигатели» и «Теплофизика» в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2007 г. По основным разделам диссертационной работы были сделаны доклады:
- на международном симпозиуме «Образование через науку», посвященном 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана, 17-19 мая 2005 г., Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана;
- на межотраслевой научно-технической конференции «Современные проблемы развития поршневых ДВС», посвященной 75-летию кафедры «Судовые ДВС и дизельные установки» СПбГМТУ, 14 октября 2005 г., Санкт-Петербург, Государственный морской технический университет;
- на Всероссийском научно техническом семинаре (ВНТС) им. проф. В.И. Кругова по автоматическому управлению и регулированию теплоэнергетических установок при кафедре «Теплофизика» (Э-6) МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2005 и 2006 г.г., Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 4 статьи, 5 материалов конференций, 1 заявка на изобретение [34, 40, 41, 56,78,79,80,81,82,111].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы 166 страниц, включая 146 страниц основного текста, содержащего 54 рисунка, 4 таблицы. Список литературы включает 143 наименования на 16 страницах. Приложение на 20 страницах включает листинги программ расчета динамики струй распыливаемого топлива и движения воздушного заряда в камере сгорания дизеля, а также документы о внедрении результатов работы.
Совершенствование процесса смесеобразования в дизелях
История дизелестроения неразрывно связана с развитием смесеобразования от появления первых систем топливоподачи с компрессорным распы-ливанием топлива, распыливанием при низком давлении топливоподачи и калильном воспламенении смеси до предкамерного и вихрекамерного смесеобразования, объемно-пленочного смесеобразования с интенсивным вихревым движением воздушного заряда, объемного смесеобразования при высоком давлении впрыскивания и управляемого смесеобразования. Переход от одного способа смесеобразования к другому обычно осуществлялся с целью обеспечения новых требований, предъявляемых к двигателям внутреннего сгорания, и позволял повысить энергетические, экономические и экологические показатели дизельных двигателей.
Реализуемый способ смесеобразования определяет тип камеры сгорания (КС), применяемой в дизельном двигателе (рис. 1.1) [31,42,97,103]. Выбор типа КС осуществляется с учетом тактности двигателя и его размерности, преимущественных режимов и условий эксплуатации, свойств применяемого топлива, требований к топливной экономичности дизелей, токсичности их ОГ, шумно-сти работы двигателя. В настоящее время в транспортных и автотракторных дизелях применяются разделенные (КС разделена на предкамеру или вихрека-меру и основную камеру), неразделенные и полуразделенные КС. Причем разделенные КС используются, в основном, в дизелях малой мощности (для легковых автомобилей и малотоннажных грузовиков), а неразделенные КС - в дизелях средней и большой мощности (для грузовых автомобилей, автобусов и т.д.).
Предкамерное смесеобразование применяется в дизелях с диаметром цилиндров от 9 до 20 см и осуществляется, главным образом, благодаря интенсивному движению воздуха (со скоростями до 230-320 м/с), поступающего на такте сжатия из цилиндра двигателя в предкамеру, в которую через форсунку и впрыскивается топливо. Последующий этап смесеобразования реализуется за счет кинетической энергии смеси, перетекающей из предкамеры в основную камеру (рис. 1.1,()). При этом предкамера, объем которой составляет 25-35 % от общего объема КС, соединена с основной КС одним или несколькими каналами, обеспечивающими сильное дросселирование потока топливовоздушной смеси. Такое дросселирование заряда, его последующее расширение и значи тельное вихреобразование, а также высокая температура поверхностей предкамеры, соединительного канала и днища поршня способствуют интенсификации процесса смесеобразования.
Вихрекамерное смесеобразование используется в дизелях с диаметром цилиндров 7-13 см. При этом, вихревая камера, имеющая объем 20-35% от общего объема КС, сообщается с основной КС через тангенциальный канал, обеспечивающий сильное вихревое движение заряда (рис. 1.1,ё). Топливо, впрыскиваемое в вихревую КС через распылитель форсунки, распределяется по объему камеры, в основном, потоком вращающегося воздуха, затем полученная топливовоздушная смесь поступает в основную камеру. В вихрека мерных двигателях температуры стенок КС несколько ниже, а дросселирование при перетекании газов из вспомогательной в основную КС несколько меньше, чем у предкамерных двигателей.
Организация интенсивного движения воздушного заряда, действие горячих поверхностей и истечение горячих газов из дополнительной в основную камеру при предкамерном и вихрекамерном смесеобразовании позволяют применять топливоподающую аппаратуру с небольшими давлениями впрыскивания, не превышающими 20-35 МПа (давление начала подъема иглы форсунки/7ф0=11-13 МПа). Особенно это важно для дизелей малой размерности, в которых небольшие цикловые подачи топлива не позволяют получить высокое качество процесса распыливания. При этом применяют форсунки со штифтовыми распылителями, образующими только один факел. Параметры струи распыливаемого топлива подбирают с учетом конструктивных размеров камеры и скоростей движущегося в ней воздуха. Двигатели с данными КС обеспечивают достаточно полное сгорание топлива при сравнительно низком коэффициенте избытка воздуха (а= 1,2-1,3). Отличительными особенностями разделенных КС являются возможность обеспечения в основной камере более мягкого сгорания топлива с небольшими скоростями нарастания давления при сгорании и низком максимальном давлении сгорания, меньшая шумность работы и несколько худшая топливная экономичность по сравнению с дизелями с непосредственным впрыскиванием. Недостатки разделенных КС: повышенные потери при перетекании заряда из основной камеры сгорания в дополнительную и обратно, а также значительная поверхность КС, граничащая с головкой цилиндра. Последнее увеличивает тепловые потери в процессе рабочего цикла.
Методика расчета процесса распыливания топлива
Струя, создаваемая форсункой, является нестационарной, гетерогенной и состоящей из неодинаковых по размеру капель мелко распыленного топлива и его паров, движущихся в воздушной среде и взаимодействующих между собой и окружающим воздухом. В результате взаимодействия происходит их взаимная диффузия и энергетический обмен. Топливо, вытекающее из распылителя в виде капель и пара, отдает свою энергию воздушной среде и тормозится, а воздух приобретает дополнительное возмущение в виде направленного движения со струей и вихревых движений вокруг нее. Начальная энергия топлива, вытекающего из распыливающего отверстия, со временем рассеивается в окружающей среде, обладающей вязкостью, и частично переходит в тепловую энергию, расходуемую на нагрев воздуха, поданного топлива и на испарение капель. Поэтому скорость струи по мере ее развития снижается.
Поиск решения задачи в виде движения отдельных капель с учетом их взаимодействия с окружающим воздухом, парами топлива, а также между собой представляет сложную задачу, трудно разрешимую из-за сложности задания начальных условий и невозможности учета огромного числа капель различного размера. Для упрощения решения задачи приняты следующие допущения:
1. Структура топливной струи рассматривается в виде двух зон - фронта и тела струи, отличающихся между собой характером взаимодействия как внутри струи, так и с окружающим воздухом;
2. Рассматривается не отдельная капля, а группа капель и пара топлива, образованных в результате распыливания порции топлива. Последняя представляет собой малую часть топлива, подаваемого через распыливающее отверстие за одно впрыскивание;
3. Порция поданного топлива движется в струе по своему закону, взаимодействуя с окружающей средой и не взаимодействуя с ранее поданными порциями;
4. При достижении порцией топлива фронта струи происходит обмен энергиями между ними на основе закона сохранения импульса;
5. Фронт струи взаимодействует с воздухом, в результате чего происходит обмен энергиями на основе закона сохранения импульса;
6. Рассматривается обмен количеством движения только в прямолинейном направлении движения струи топлива;
Обоснованность сделанных допущений можно пояснить следующими предпосылками.
Структура струи. Анализ скоростной киносъемки процесса развития струи при дробящем впрыскивании топлива, когда струя подается в виде отдельных порций, показывает, что при достижении фронта происходит резкое уменьшение скорости порции до скорости движения фронта струи. Аналогичные результаты получены в работе М.Н. Кухаревым и И.И. Гершманом при щелевой регистрации распространения струи [67]. Это отражено на рис. 2.2, где показаны законы перемещения отдельных порций (характеристики L,), движущихся внутри струи со скоростями выше скорости фронта (характеристика L). Таким образом, во фронте струи происходит основной энергообмен между отдельными порциями и фронтом, и топливо скапливается во фронте струи. Ее исследования голографическим методом и методами лазерных технологий [17,118,128] показывают, что структура струи неоднородна: в ее головной части происходит скопление топлива и его количество во фронте существенно больше, чем на любом другом участке.
Порционная модель. Структура струи представляет собой гетерогенную среду из жидкого топлива и газа. Порция топлива рассматривается как группа капель, имеющих одинаковые характеристики и подчиняющихся одинаковым законам. При этом силы, действующие на порцию, приложены к центру масс группы капель, образующих порцию. Такой подход позволяет существенно уменьшить количество уравнений, описывающих движение струи распыливаемого топлива.
Независимость движения порции топлива от других порций. Это допущение также упрощает решение задачи. Характер взаимодействия порций в струе пока экспериментально не определен, и модель такого взаимо действия отсутствует. Это взаимодействие может быть косвенно учтено через коэффициент взаимодействия порции с воздухом.
Потери энергии порции пропорциональны скорости ее движения. Эспериментальные исследования силового воздействия струи топлива показывают снижение суммарного импульса струи по мере отдаления от распиливающего отверстия [107,110]. Это явление объяснимо: движущиеся в струе порции взаимодействуют с окружающей средой и в результате возникающих сил аэро- и гидродинамического трения в граничных слоях происходит передача энергии воздуху. Кроме того, турбулентность внутри порции также способствуют диссипации ее энергии. С увеличением скорости движения потери энергии струи возрастают. Для упрощения получаемых зависимостей примем долю потерянной энергии, пропорциональной скорости движения струи. Данное допущение приемлемо, т.к. основное время движения струй происходит при числах Рейнольдса і?е 2500, при которых сопротивление движению струи в потоке воздуха связано со скоростью линейной зависимостью.
Использование закона сохранения импульса для порций топлива и фронта струи. Это положение вытекает из рассматриваемой модели, когда порция топлива, догоняющая фронт, тормозится до скорости его движения и, передавая импульс фронту, разгоняет его. Дальнейшее движение фронта происходит с новой скоростью и объединенной массой.
Обмен энергией между фронтом струи и окружающей средой. Фронт при своем продвижении сталкивается с воздухом, тормозится в нем за счет аэродинамического сопротивления и передает часть количества движения воздуху, разгоняя его. Количество воздуха, участвующего во взаимодействии с фронтом, зависит от его эффективной площади поверхности. Величина этой площади S может быть оценена по длине L и углу конуса (3 струи (рис. 2.3) в виде S=n- г2, где r=L- tg(J3/2).
Результаты расчета движения воздушного заряда в камере сгорания дизеля
На основании изложенной методики расчета движения воздушного заряда в камере сгорания дизеля создана программа расчета процесса вытеснения воздушного заряда при движении поршня из НМТ в ВМТ и проведены расчеты для цилиндра двигателя диаметром D=130 мм, ходом поршня S=140 мм и степенью сжатия є=16. При расчетах исследовалось влияние на кинематические и энергетические характеристики вытесняемого воздушного заряда следующих параметров: - относительного надпоршневого зазора д/DЛ00% в диапазоне от 0,08 до 2,3 %; - отношения диаметра камеры сгорания в поршне к его диаметру d/D в диапазоне от 0,23 до 0,85; - частоты вращения коленчатого вала двигателя п в диапазоне от 200 до 3000 мин"1.
Изменение основных параметров воздушного заряда в цилиндре двигателя при движении поршня в процессе сжатия зависит от режима работы, конструктивных параметров, ряда других факторов, но общие закономерности сохраняются.
Нарис. 3.3 показаны полученные при расчетных исследованиях законы изменения объемов полостей «В» над вытеснителем Ve и «КС» над камерой сгорания VKC, а также скоростей их изменения dVJdt и dVKC/dt в течение процесса сжатия от угла поворота кривошипа коленчатого вала исследуемого дизельного двигателя семейства АМЗ. Ув. мЗ Wc. M3 dVeMt, нЗ с dVncWt. мЗ/с
Как следует из рис. 3.3 объем полости «В» изменяется быстрее, чем объем полости «КС» и скорость изменения объемов повторяет закон изменения скорости поршня. Объем полости «В» в ВМТ ( р=360 поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки - п.к.в. до ВМТ) приближается к нулевому значению (зависит от зазора над поршнем в ВМТ), а объем полости «КС» в ВМТ равен объему камеры сгорания в поршне. Следовательно, степень сжатия полости «В» больше, чем полости «КС» и в ВМТ воздух перетекает в полость «КС».
На рис. 3.4 показаны характеристики изменения давлений в полостяхр„ и рне по углу поворота кривошипа коленчатого вала и площадь сечения между ними/,. При приближении поршня к ВМТ площадь сечения между полостями «В» и «КС» снижается, а давление в этих полостях растет.
На рис. 3.5 показаны характеристики изменения массы газа в полостях М„ и Мк и массового расхода газа между полостями dMJdt (скорость изменения массы в полости «В»). Как ранее отмечалось, из приведенного рисунка следует, что при движении поршня к ВМТ в процессе сжатия происходит перераспределение массы воздушного заряда между полостями. Набольшая интенсивность движения массы воздуха происходит за 10-20 п.к.в. до ВМТ.
Изменение плотности газа в полости «В» рв и скорости перетекания газа С из полости «В» в полость «КС» показано на рис. 3.6. При приближении поршня к ВМТ плотность воздуха увеличивается в соответствии с изменением давления, которое для приведенного примера расчета между полостями отличается не существенно (рис. 3.4). Скорость достигает своего максимального значения за2-10"п.к.в. до ВМТ.
Параметр dWJdt характеризует энергетику втекающего потока. Как следует из рис. 3.7, основное изменение параметров происходит в области подхода поршня к ВМТ, когда происходит процесс подачи топлива в цилиндр дизеля. На рис. 3.7,6 изменение параметров приведено в диапазоне угла поворота кривошипа 320-360 п.к.в., что позволяет более детально рассмотреть происходящие процессы в области ВМТ. Вначале максимума достигает расход вытесняемого воздуха dMJdt (за 10-20 п.к.в. до ВМТ), а затем скорость изменения его кинетической энергии dWJdt (за 5-10 п.к.в. до ВМТ). Максимум скорости движения вытесняемого воздуха совпадает с максимумом создаваемого перепада давления между полостями «В» и «КС» и находится примерно за 5П п.к.в. до ВМТ.
На рис. 3.8 вместе с ранее перечисленными параметрами вытесняемого потока изображено изменение кинетической энергии потока воздуха W„ вытесняемого по мере движения поршня. Эта энергия передается воздушному заряду, находящемуся в камере сгорания и обеспечивает процесс смесеобразования. Максимальное значение кинетическая энергия WK достигнет, когда процесс вытеснения закончится, т.е. в ВМТ.
Описание экспериментальной установки и методики экспериментальных исследований
Объектом исследования является опытный дизельный двигатель автотракторного назначения, разработанный на базе двигателя типа А-11ТА (6 ЧН 13/14) производства АМЗ с диаметром поршня Е =130 мм, его ходом S=140 мм и мощностью Ne=200 кВт при частоте вращения коленчатого вала п=1900 мин". Двигатели этого типа имеют систему газотурбинного наддува, обеспечивающую на номинальном режиме давление наддува рк=0,20 МПа (избыточное) и разделенную топливную систему непосредственного впрыскивания топлива.
Моторные исследования проведены в НПП «Агродизель» на одноцилиндровой установке этого двигателя (1 ЧН 13/14) с рабочим объемом Vh=l,86 дм3, оборудованной механизмами изменения фаз газораспределения и угла опережения впрыскивания топлива (УОВТ). При испытаниях были установлены следующие фазы газораспределения: открытие впускного клапана - 40 поворота коленчатого вала (п.к.в.) до верхней мертвой точки (ВМТ), его закрытие - 40 п.к.в. после ВМТ, открытие выпускного клапана -75 п.к.в. до нижней мертвой точки (НМТ), его закрытие - 25 п.к.в. после 113 НМТ. Механизм изменения УОВТ позволял варьировать момент начала впрыскивания в диапазоне 8=25-45 п.к.в. до ВМТ (статический УОВТ).
Установка имела автономную систему подачи воздуха, позволяющую изменять давление наддувочного воздуха рк от 0 до 0,25 МПа при его температуре Тк=50-80 С. При моторных исследованиях устанавливались следующие отношения давления воздуха после компрессора рк и отработавших газов перед турбиной рт: при давлениях наддувочного воздуха рк=0,14 и 0,18 МПа - рк/рт=1,05, а при давлениях наддувочного воздуха рк=0,20 и 0,25 МПа - рк/рт=1,1.
Система топливоподачи моторной установки содержала блочный топливный насос высокого давления (ТНВД) семейства ТН с плунжером диаметром с1пл=10 мм и полным ходом Ппл=10 мм. Изменение интенсивности впрыскивания топлива в процессе экспериментальных исследований достигалось за счет гидродогружения форсунки от дополнительного насоса, работающего на гидроаккумулятор и приводимого от коленчатого вала одноцилиндровой установки. Такая система топливоподачи позволяла изменять давление в гидроаккумуляторе рфГ от 0 до 36 МПа, что приводило к увеличению максимального давления топлива в линии высокого давления (максимального давления топлива в штуцере ТНВД -Ртн max) от 27 до 80 МПа (рис. 4.4). Впрыскивание топлива в КС дизеля осуществлялось через форсунку типа 6А1 производства АМЗ с распылителем, выполненным с четырьмя распыливающими отверстиями, расположенными равномерно по окружности носка распылителя и имеющими суммарное эффективное про-ходное сечение распылителя в сборе ipfp=0,31 мм .
В соответствии с давлением гидродогружения форсунки рфГ устанавливалось и целесообразное с точки зрения топливной экономичности двигателя значение угла опережения впрыскивания топлива 9 : при нулевом давлении РфГ и давлениях рфГ=9 и 18 МПа угол опережения впрыскивания топлива был равным 0=37-38 п.к.в. до ВМТ, при рфг=27 МПа - 9=36,5 п.к.в. до ВМТ, при рфг=36 МПа - 9=35 п.к.в. до ВМТ.
Моторный стенд был оборудован комплектом необходимой измерительной аппаратуры, позволяющей определять не только штатные параметры двигателя, но и показатели дымности и токсичности ОГ. Некоторые характеристики измерительной аппаратуры стенда приведены в табл. 3.
В процессе моторных исследований измерялись штатные параметры двигателя: частота вращения коленчатого вала двигателя п (кулачкового вала ТНВД птн), эффективная мощность двигателя Ne (крутящий момент Ме), часовой расход топлива GT, расход воздуха GB, давление рк и температура Тк наддувочного воздуха, давление рг и температура Тг ОГ, ряд других штатных параметров. Кроме того, с помощью измерительного комплекса фирмы AVL (Австрия) индицировалось давление нагнетания топлива в штуцере ТНВД (при испытаниях давление нагнетания топлива индицировалось у штуцера ТНВД, а не на входе в форсунку, что объясняется особенностями присоединения топливопровода к форсунке 6А1 и сложностью установки около нее датчика давления). Характеристики максимального давления в штуцере ТНВД ртн шах и остаточного давления рост (давление в линии нагнетания между впрыскиваниями) представлены на рис. 4.4. Дымность ОГ Кх при испытаниях измерялась дымомером фирмы R.Bosch (Германия), а объемное содержание в ОГ вредных веществ (NOx, СНХ, СО) - газоаналитической аппаратурой фирмы Backman (США), имеющей погрешность измерения указанных концентраций, равную 1 %.
При моторных испытаниях двигатель исследовался на режимах нагрузочной характеристики при номинальной частоте вращения коленчатого вала п=1900 мин"1, нагрузках, соответствующих эффективным мощностям Ne от О до 34 кВт (полная нагрузка), и давлениях гидродогружения форсунки рф г=0, 9,18,27и36МПа.
Проведенные исследования дизеля с серийной КС еще раз подтвердили, что показатели токсичности ОГ в значительной степени зависят от давления наддува рк. Увеличение коэффициента избытка воздуха а при повышении рк приводит к снижению максимальных температур сгорания и снижению содержания в ОГ одного из основных токсичных компонентов ОГ - оксидов азота NOx. В частности, увеличение давления наддува рк с 0,18 до 0,20 МПа сопровождается снижением максимальных концентраций оксидов азота CNOx на 100-200 ррт (на 0,01-0,02 %) (см. рис. 4.5).
