Диссертация (1024783), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Уравнения граничных условий унасоса применительно к разделенной топливной системе, представленной наРис. 2.16, записываются следующим образом. Уравнение мгновенногобаланса топлива в надплунжерной полости 5 ТНВД имеет следующий вид:106 тVн (dpн / dt )  f п cп   o  o f o (2 /  т ) pн  pвс   к  щ f щ (2 /  т ) pн  pн'  f к cк(2.22)где рн и Vн – давление и объем топлива, сосредоточенного в надплунжернойполости 5 (Рис. 2.16); pвс и pн' – давления в наполнительной полости 3 иполости 9 штуцера 12; сп и ск – скорости плунжера 2 и нагнетательногоклапана 6; fп и fо – площади поперечного сечения плунжера 2 и отверстий 4втулки плунжера; fк и fщ – площади поперечного сечения по пояску 7нагнетательного клапана и сечения в щели между клапаном 6 и седлом 8; ои щ –коэффициенты расходов дросселирующих сечений fо и fщ , о и к –ступенчатые функции, указывающие направление движения топлива (о= 1при рн  рвс и о=-1 при рн < рвс; к=1 при рн  рн' и к= -1 при рн < рн').

Праваячасть уравнения (2.22) определяет количество топлива, остающегося вобъеме Vн в сжатом состоянии, первое слагаемое правой части характеризуетобъемную скорость выталкивания топлива плунжером, второе слагаемое –объемнуюскоростьперетеканиятопливачерезпроходноесечениенаполнительных (отсечных) отверстий 4 втулки, третье слагаемое –объемную скорость перетекания топлива через щель между клапаном 6 иседлом 8, четвертое слагаемое – скорость заполнения топливом (иливытеснения топлива) объема, освобождаемого клапаном при его поднятии(или опускании).Уравнение мгновенного баланса топлива в полости 9 (Рис.

2.16) штуцера12 ТНВД записывается в виде тVн' (dpн' / dt )   к  щ f щ (2 /  т ) pн  pн'  f к' cк  f т c т ,(2.23)107где pн' и Vн' – давление и объем топлива, сосредоточенного в полости 9 (Рис.2.16); ст и fт – корость движения топлива на входе в топливопровод 14 иплощадь поперечного сечения топливопровода; fк' – площадь поперечногосечения по перьям нагнетательного клапана 6. Правая часть уравнения (2.23)характеризует количество топлива, остающегося в объеме Vн’, первоеслагаемое правой части определяет количество топлива, поступающего вобъем Vн‘ через проходное сечение под разгружающим пояском 7нагнетательного клапана 6, второе слагаемое показывает, какое количествотоплива вытесняют в объем Vн’ перья клапана, третье слагаемоехарактеризуетколичествотоплива,поступающеговнагнетательныйтопливопровод 14 через его входное сечение fт.

Уравнение (2.23)одновременно является и уравнением баланса топлива для входного сечения13 топливопровода 14.Уравнения (2.22) и (2.23) граничных условий у насоса дополненоуравнением динамического равновесия сил, действующих на нагнетательныйклапан 6 (Рис. 2.16) насосной секции ТНВД:mк (d 2 hк / dt 2 )   hк  f к' рко  f к' ( рн  рн' ) ,(2.24)где mк – масса нагнетательного клапана, hк – его перемещение; pко – давлениев насосе в момент начала движения клапана;  – жесткость пружинынагнетательного клапана. Первое слагаемое уравнения (2.24), описывающеедвижение нагнетательного клапана, характеризует силу инерции массыклапана и движущихся с ним частей. Второе слагаемое учитывает действиена клапан силы упругости пружины 10 (Рис.

2.16). Третье слагаемоеописываетсилуначальнойдеформациипружины.Указанныесилыуравновешиваются силой, определяемой разностью давлений pн-pн' истремящейся оторвать нагнетательный клапан 6 от седла.108Уравнения граничных условий у форсунки включают уравнениябалансов расхода топлива в полостях 19 и 21 (Рис. 2.16) форсунки.Уравнение мгновенного баланса топлива в полости 9 распылителя вышезапорного конуса 20 иглы 17 форсунки имеет вид: тVф (dрф / dt )  f т c т'   и f и' (2 /  т ) pф  pф'  ( f и  f и' ) cи(2.25)где pф и Vф – давление и объем топлива, сосредоточенного в полости 19форсунки (Рис.

2.16); ст‘– скорость движения топлива на выходе изтопливопровода 14 (в сечении 18); pф' – давление в полости 21 распылителя;fи и fи' – площади иглы по направляющей и в сечении, на которое действуетдавление pф'; и – коэффициент расхода дросселирующего сечения fи‘ ; си –скорость движения иглы.

Правая часть уравнения (2.25) характеризуетколичество топлива, остающегося в объеме Vф в сжатом состоянии, первоеслагаемое правой части определяет количество топлива, поступающего изнагнетательного топливопровода 14 через его выходное сечение fт, второеслагаемое – объемную скорость перетекания топлива через щель междузапорным конусом 20 иглы 17 и седлом, третье слагаемое - скоростьзаполнения топливом (или вытеснения топлива) объема, освобождаемогоиглой при ее движении.Уравнение мгновенного баланса топлива в полости 21 распылителямеждузапорнымконусом20(Рис.2.16)иглы17форсункиираспыливающими отверстиями 22 использовано в виде тVф' (dpф' / dt )   и f и' (2 /  т ) pф  pф'   р f р (2 /  т ) pф'  pц  f и' cи ,(2.26)где Vф‘ – объем топлива, сосредоточенного в полости 21 форсунки; fр и р –площадь сечения распыливающих отверстий 22 форсунки и их коэффициент109расхода; pц – давление в цилиндре двигателя.

Правая часть уравнения (2.26)характеризует количество топлива, остающегося в объеме Vф’, первоеслагаемое правой части определяет количество топлива, поступающего вобъем Vф‘ через дросселирующее сечение между запорным конусом 20 иглы17иседлом,второеслагаемоехарактеризуетобъемнуюскоростьвпрыскивания топлива в цилиндр двигателя через распыливающие отверстия22, третье слагаемое определяет объемную скорость заполнения топливомобъема, освобождаемого при подъеме иглы форсунки.Уравнения (2.25) и (2.26) граничных условий у форсунки дополненоуравнением динамического равновесия сил, действующих на иглу 17 (Рис.2.16) форсунки:mи (d 2 hи / dt 2 )   ' hи  ( f и  f и' )( рф  рфо )  f и' pф' ,(2.27)где mи – масса иглы, hи – ее перемещение; pфо – давление начала движенияиглы форсунки; ‘ – жесткость пружины иглы форсунки. Первое слагаемоеуравнения (2.27), описывающее движение иглы, характеризует силу инерциимассы иглы и движущихся с ней деталей.

Второе слагаемое учитывает силуупругости пружины 16. Третье слагаемое описывает силу от давлений рф ирфо. Четвертое слагаемое определяет действие на иглу давления рф‘.Для проведения расчетов процесса впрыскивания необходимо накаждом шаге расчета определять значение давления в цилиндре двигателя pц ,входящее в выражение (2.26). При этом следует отметить, что приопределении величин pц не требуется достижение высокой точности расчета,поскольку основное влияние на перепад давлений pф'-рц на распыливающемотверстии оказывает величина давления pф' в полости 21 (Рис.

2.16)форсунки. Поэтому в рассматриваемой модели используется упрощеннаяметодика расчета величины рц.110Расчет значений рц обычно проводится для двух периодов впрыскивания– для периода задержки воспламенения i и для периода, следующего завоспламенением топлива.

Период задержки воспламенения i определяетсяпо параметрам воздуха на момент начала подачи топлива в цилиндр дизеля,например, с использованием зависимости [44]: i  5 10 4  0,427 E RT /( pc ) 0,7  48 105 E RT /( pc )1,8 ,где E RT  e E АК /( RTc ) – коэффициент; рс=ра tn1(2.28)– давление в цилиндре намомент впрыскивания [Па]; Тc=Та t (n1-1) – температура в цилиндре на моментвпрыскивания [К]; ра и Tа – давление и температура воздуха в цилиндре вначале такта сжатия; t – степень сжатия воздуха в цилиндре в моментвпрыскивания; EАК – энергия активации топлива, рассчитанная по методикеА.И. Толстова [175]; n1 – показатель политропы сжатия; R = 8,314Дж/(мольК) – универсальная газовая постоянная.Давление воздуха в цилиндре рц в период задержки воспламенения (при<i) приближенно можно определить с использованием известноговыражения для политропного сжатия [40]:pц  pa  tn1(2.29)Изменение давления рабочего тела в цилиндре рц в период послезадержки воспламенения (при >i) можно определить с использованиемвыражения, приведенного в работе [218]:dpц / d  pц {[( g ц Qн ) /( M cV T )] d / d  (k d ln V ) / d  [1 /( M cV T )] dQ / d} ,(2.30)111где dpц/d – интенсивность нарастания давления в КС по углу  поворотаколенчатого вала; pц – текущее давление в цилиндре; χ – тепловыделение; gцQн dχ – количество теплоты, выделившееся при сгорании элементарнойотносительной массы топлива gц dχ; dχ/d – скорость выделения теплотыпри сгорании топлива; Qн – его низшая теплотворная способность; M cV T –текущий запас внутренней энергии рабочего тела; M и сV – его масса итеплоемкость при постоянном объеме; k – показатель адиабаты расширениярабочего тела в цилиндре; d ln V/d – скорость изменения объема КС прирасширении; dQ/d – скорость теплоотвода от рабочего тела; Q – теплота,отведенная от рабочего тела вследствие конвективного теплообмена.Текущая температура рабочего тела в цилиндре может быть найдена изуравнения состояния (pV=M RТ).Первое слагаемое уравнения (2.30) характеризует увеличение давлениярц в КС в результате сгорания элементарной массы топлива, второе –изменение рц вследствие изменения объема КС, третье – изменение рцвследствие теплоотвода от рабочего тела.

Следует учитывать, чтовпрыскивание топлива происходит в период нахождения поршня двигателявблизи ВМТ, в течение которого объем V камеры сгорания изменяется слабо.Кроме того, большая часть цикловой подачи топлива gц впрыскивается впериод i , а продолжительность впрыскивания после воспламенения (при>i) очень невелика. С учетом этих факторов вторым и третьим слагаемым вуравнении (2.30) можно пренебречь. Таким образом, для расчета рц в периодвпрыскивания при >i уравнение (2.30) можно использовать в видеdpц / d  pц [( g ц Qн ) /( M cV T )] d / d .(2.31)Уравнения (2.29) и (2.31) позволяют определить величину рц в течение всейпродолжительности впрыскивания.112Представленная на Рис. 2.16 схема использована для расчета параметроввпрыскивания штатной системы топливоподачи тепловозного дизеля типаД50. На Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации