Автореферат (Анализ влияния конструкции и режима работы электрогидравлической форсунки на процесс топливоподачи автотракторного дизеля), страница 2

Так, современный уровень давления находитсяв диапазоне 180…250 МПа, а перспективный - 250…300 МПа.Значительный вклад в изучение и совершенствование процессовтопливоподачи внесли: И.В. Астахов, Л.Н. Голубков, Л.В. Грехов, С.Н. Девянин,В.И. Ерохов, Н.А. Иващенко, А.Г. Кузнецов, М.В. Мазинг, В.А. Марков, В.И.Мальчук, С.Е. Никитин, Н.Н. Патрахальцев, Ф.И. Пинский, Г.Г.

Тер–Мкртичьян,В.И. Трусов, Ю.Я. Фомин, А.С. Хачиян, Ю.С. Хрящёв и другие.На основании результатов поиска и анализа литературных источниковсформулированы цель и задачи работы.Во второй главе даны результаты исследования влияния конструкцииЭГФ и физических свойств подаваемых топлив на процесс топливоподачи.Эксперименты проведены на ЭГФ, схемы которых представлены на рис. 1,с применением рапсового (РМ) и подсолнечного (ПМ) масел, а также их смесей сДТ массовым содержанием масел 20 и 80%. Выбор РМ и ПМ объясняется ихбольшей кинематической вязкостью  (75 и 65,2 мм2/с соответственно) и меньшейнизшей теплотой сгорания Hu (37,3 и 37 МДж/кг) по сравнению с ДТ ( = 3,2 мм2/си Hu = 42,5 МДж/кг).ЭГФ №1 конструктивно отличается от ЭГФ №2 отсутствием встроенноготопливного аккумулятора в корпусе форсунки и применением управляющегоклапана, не разгруженного в закрытом состоянии от давления топлива.Во время испытаний ЭГФ №1 и №2 определялись их расходныехарактеристики (рис.

2 и 3) – зависимости массовой цикловой подачи Gц отпродолжительности управляющего импульса  при постоянном значениидавления в топливном аккумуляторе pак.7Рис. 1 – Схемы ЭГФ, участвующих висследованиях:а - электрогидравлическая форсунка CRI 2.2(ЭГФ №1);б - электрогидравлическая форсунка CRI 2.6(ЭГФ №2);1 – электромагнит; 2 – канал слива;3 – управляющий клапан; 4 – корпус;5 – управляющая камера; 6 – поршеньмультипликатора; 7 – внутренний объем;8 – игла распылителя; 9 – объем передраспыливающими отверстиями; 10 – пружинаиглы; 11 – распыливающие отверстия;12 – наполнительный жиклер; 13 – выпускнойжиклер; 14 – канал; 15 – пружинауправляющего клапана; 16 – жиклер на входе вобъем распылителяабРис.

2 – Массовые расходные характеристики ЭГФ №1 при давлениях в топливномаккумуляторе 50, 100, 150, 180 МПа:а – цикловая подача на ДТ; б – цикловая подача на РМабРис. 3 – Массовые расходные характеристики ЭГФ №2 при давлениях в топливномаккумуляторе 50, 100, 150, 200, 250, 300 МПа:а – цикловая подача на ДТ; б – цикловая подача на ПМ8Для анализа режима работы исследуемых ЭГФ введен коэффициент δ,оценивающий относительные гидравлические затраты на реализацию процессавпрыскивания, определяемый как отношение Gц к общему количеству топлива,поступившего в ЭГФ за цикл (Gц + Gу): δ = Gц / (Gц + Gу), где Gу – масса топливана управление (слив).При работе ЭГФ №1 на ДТ давление pак = 50 … 180 МПа оказываетнезначительное влияние на величину δ, которое пропорционально времениоткрытия форсунки и при  = 1,1 мс не превышает 0,8.

По мере увеличениясодержания РМ в смеси с ДТ значения δ повышаются, а влияние pак на нееусиливается: при  = 1,1 мс и рак = 150 МПа величина δ = 0,87.В случае подачи ПМ и его смеси с ДТ через ЭГФ №2 величина δ подверженабольшему влиянию давления pак, чем ЭГФ №1. При этом все особенности, присущиезависимостям δ для ЭГФ №1, справедливы и для ЭГФ №2.При подаче топлива с большей  и меньшей Hu рабочая зона ЭГФ №1смещается в сторону увеличивающихся значений δ, где: во-первых, δ зависит вменьшей степени от ; во-вторых, величина δ выше (ниже значения Gу).

Так,например, для достижения величины теплоты, подведенной с топливом,Qт=GцHu, полученной при впрыскивании 40 мг ДТ при pак = 150 МПа,необходимо подать на 10% больше чистого РМ, а именно теоретически 45,6 мг.Значение  увеличится на 20%, а δ – на 52%.При применении ЭГФ №2 и pак = 300 МПа, для получения величины Qтэквивалентной 40 мг ДТ, необходимо подать на 10% больше ПМ (45,6 мг).Величина  увеличится на 50%, а δ – на 20%.С другой стороны, для того чтобы получить такое же значение Qт сприменением РМ, как в случае 20 мг ДТ (ЭГФ №1, pак = 100 МПа) при неизменномдлительности управляющего импульса, например,  = 0,6 мс, необходимо увеличитьpак на 20% (pак = 120 МПа). При этом величина δ увеличится на 40%.Входе проведенных экспериментальных исследований, описанных вовторой главе, помимо влияния конструкции ЭГФ и физических свойств топлива,дана оценка зависимости процесса топливоподачи АТС от волновых явлений влинии высокого давления, возникающих при многократном впрыскивании.На рис.

4 представлены возможные варианты реализации многократноговпрыскивания (q=f() – дифференциальная характеристика впрыскивания). Длявыделения воздействия каждой его составляющей на последующеевпрыскивание было принято решение о проведении серии двойныхвпрыскиваний (на рис. 4 выбранные сочетания впрыскиваний обведеныпрямоугольниками): «мин-мин» – впрыскивание двух предварительных порцийтоплива в камеру сгорания дизеля; «мин-ср», «мин-мах» – впрыскиваниепредварительной и основной порций топлива; «мах-мах», «ср-ср» –дробноевпрыскивание основной порции топлива; «мах-мин», «ср-мин» – впрыскиваниеосновной и последующей порций топлива.9Рис. 4 – Варианты многократного впрыскиванияИсследования проведены на ЭГФ №1 при pак=180 МПа с переменнойзадержкой  между окончанием предварительного и началом последующеговпрыскиваний.

 изменялась от 1,5 до 6 мс. Были выбраны следующиезначения : в качестве минимального значения («мин» на рис. 4) – мин= 0,15 мс;в качестве среднего значения («ср» на рис. 4) – ср = 0,7 мс; в качествемаксимального значения («мах» на рис. 4) – мах= 1,2 мс.При однократном впрыскивании ЭГФ №1 с pак=180 МПа указанныедлительности  обеспечивали значения Gц 32, 75, и 167 мг соответственно. Этивеличины цикловых подач и соответствующие им дифференциальныехарактеристики впрыскивания были приняты за базовые.Выбор режимов двукратного впрыскивания дал возможность оценитьвлияние не только , но и величины предварительной порции топлива напоследующую.В зависимости от режимных факторов и конструктивных параметровЭГФ волновые явления могут существенно сказываться на процессетопливоподачи.

Помимо изменения массовой величины последующей подачи,величина Δτ оказывает влияние и на форму характеристики впрыскивания. Вкачестве оцененных параметров рассматривались продолжительностьвпрыскивания (τвп), максимальное значение скорости подачи (qmax) и время отмомента начала впрыскивания до достижения максимальной скорости подачи(qmax).На режимах, где предварительное впрыскивание было минимальным(мин), прослеживается тенденция к увеличению вп последующеговпрыскивания при уменьшении значения Δτ.

Так с уменьшением Δτ от 5 до 1,5мс при «мин -мах» и «мин -мин» продолжительность последующего впрыскиваниявп увеличилась на 0,4 мс, а в случае режима «мин - ср» – на 0,2 мс (рис. 5). Приэтом со снижением Δτ увеличивается qmax, а qmax уменьшается, за исключениемрежима «мин - мин», где оно увеличилось.На режимах «мин-мин», «ср-мин», «мах-мин» при Δτ=1,5 мс, задержкамежду предварительным и последующим впрыскиваниями настолько мала, чтоигла ЭГФ не успевает полностью сесть на седло, вновь поднимается вверх, инаблюдалось сращивание дифференциальных характеристик предварительногои последующего впрыскивания.10Рис. 5 – Влияние величины Δτ на впрыскивание топлива ЭГФ №1(режим работы: «мин -ср», рак = 180 МПа): 1 – Δτ=5 мс; 2 – Δτ=3 мс; 3 – Δτ=1,5 мсНа режиме «мин -мах» отмечено формирование ступенчатого переднегофронта характеристики впрыскивания, что является следствием обратной волны втрубопроводе, возникшей после предварительного впрыскивания.

Такжеступенчатый передний фронт получен и на других режимах из-за описанноговыше волнового эффекта. Это позволяет рассматривать волновые явления какфактор, оказывающий управляющее воздействие на передний фронтхарактеристики впрыскивания.В третьей главе для анализа совместного воздействия параметровэлектрогидравлической форсунки на процесс топливоподачи и формудифференциальной характеристики впрыскивания проведены расчетныеисследования ЭГФ №1 при pак=180 МПа.11Параметры, влияние которых в пределах технологических допусков напроцесс впрыскивания рассматривалось в данном исследовании: µfс – эффективноепроходное сечение сопловых отверстий распылителя, hи – высота подъема иглы,Fкло – сила затяжки пружины клапана форсунки, dих – характерный диаметриглы форсунки, dжн – диаметр жиклера на входе в камеру, dтп - диаметртрубопровода, dжв – диаметр жиклера на выходе из камеры, hкл – высота подъемаклапана, Ми – масса иглы, pфо – давление затяжки пружины иглы, L – длинатрубопровода, Мк – масса клапана, δи – жесткость пружины иглы, Δи – зазормежду иглой и корпусом, Δп – зазор между поршнем и корпусом, δкл – жесткостьпружины клапана.В качестве режимов работы топливной аппаратуры были выбраныноминальный режим с объемной цикловой подачей Qц = 80,4 мм3 и режим малойподачи с Qц = 4,9 мм3 (минимальная нагрузка).

Указанные значения цикловых подачиопределены при номинальных значениях исследуемых параметров ЭГФ №1.Результаты оценки значимости влияния изменения параметров ЭГФ впределах допусков на цикловую подачу для режима малой нагрузкипредставлены на рис. 6, где  - отличие Qц от значения, определенного приноминальных значениях параметров ЭГФ №1.Рис. 6 – Значимость влияния допусков параметров ЭГФ №1 на цикловую подачу:«+» – верхнее значение допуска; «-» – нижнее значение допуска12Анализ полученных результатов выявил отличия в значимости допусковна параметры ЭГФ для малых и номинальных подач (рис. 7). Значимое влияниена малой нагрузке приобретают µfс, hи, dих, hкл, тогда как на номинальномрежиме значимыми являются только µfс и hи.Рис. 7 – Совместное влияние допусков основной группы параметров ЭГФ №1на цикловую подачуПомимо влияния на цикловую подачу рассматривалось влияниепараметров ЭГФ на форму характеристики впрыскивания.

Оцениваемыепараметры представлены на рис. 8, а.Рис. 8 – Влияние допусков параметров ЭГФ №1 на дифференциальную характеристикувпрыскивания (номинальный режим):а – оцениваемые показатели характеристики впрыскивания; б – совместное влияниедопусков параметров ЭГФ №1 на показатели характеристики впрыскивания;в – условия проведения исследования; «+» – верхнее значение допуска;«-» – нижнее значение допуска; «0» – номинальное значение параметра13Указанное влияние на оцениваемые параметры (qmax, вп, qmax) может бытьусилено или ослаблено группировкой величин менее значимых параметров,влияющих на процесс впрыскивания (рис.

8, б, в). При этом, как видно из рис. 8, бдопуски по-разному воздействуют на исследуемые величины.Помимо однократного впрыскивания исследовано и двукратное. В случаес двукратным впрыскиванием, учитывая, что предварительное впрыскиваниеоказывает влияние на последующее, рассматривалось совместное влияниеволновых эффектов и изменения указанных параметров ЭГФ в пределахтехнологических допусков.При двукратном впрыскивании qmax увеличивается на 19% при сочетаниивеличины µfс с максимальным и hи с минимальными значениями допусков. Востальном характер воздействия параметров ЭГФ аналогичен воздействиюпараметров при однократном впрыскивании.В четвертой главе представлен анализ влияния многократноговпрыскивания на рабочий процесс дизеля.Исследования проведены для дизеля 1ЧН12/13 при частоте вращенияколенчатого вала n = 1400 мин-1, соответствующей его максимальному крутящемумоменту.