Диссертация (Анализ влияния конструкции и режима работы электрогидравлической форсунки на процесс топливоподачи автотракторного дизеля), страница 3

1.1) лежаттехнические решения аналогичные форсунке, принадлежащей фирме Bosch [76].абРисунок 1.1 - ЭГФ фирмы L’Orange для однотопливного дизеля MTU(а) и двухтопливного судового дизеля (б): 1- электромагнитный привод;2 -пилотный клапан; 3 - управляющий дополнительный золотник;4 - промежуточный клапан; 5- мультипликатор запирания12Промежуточный клапан необходим для того, чтобы уменьшить расход,затрачиваемый на управление, увеличение скорости иглы [76, 107, 108].Значительно интереснее работы фирмы Элоранж по созданию ТНВД [108].На рисунке 1.2 представлен разрез ТНВД. Управление производительностьюТНВДосуществлялосьдросселированиемнавсасывании.Повышеннаяпроизводительность обеспечивалась применением в ТНВД восьми секций (арасход 10 л/мин обеспечивался ТНВД с 4 секциями) [107, 108].Рисунок 1.2 – Сечение ТНВД CR L’Orange для дизеляMTU/DDC 20V 4000 LH с диаметром цилиндра 320 мм с двумя каналаминезависимой подачи двух видов топлив (авторская реставрация разреза ТНВД)1 – эксцентриковый вал; 2 – поворотная втулка; 3- плунжер; 4 – клапанрегулирования производительности; 5 – электромагнит клапана регулирования;6 – аккумулятор; 7 – впускной клапан; 8- выпускной клапанВ конструкцию ТНВД было заложено несколько удачных техническихрешений (рис.

1.2) [107].Промежуточная плавающая втулка 2 эксцентрика совершает плоскоедвижение, одновременно незначительно вращающееся. В этом случае, в отличие отпопулярных ТНВД автомобильных двигателей, втулка обеспечивает обкатываниеплоского толкателя, а не скольжение по нему. Это позволяет значительноувеличить нагрузку в приводе плунжера [107, 108].13Эксцентрикобладаетбольшейработоспособностьюпоконтактнымдавлениям в отличие от кулачка. Смазка в эксцентрикованном вале увеличиваетнесущую способность подшипников скольжения [108].Представляют определенный интерес исследования АТС типа CR cэлектрогидравлическими форсунками (ЭГФ) фирмы Bosch CRI2.2 и CRI2.6 [21, 24,25, 33, 55].Основными конструктивными особенностями ЭГФ CRI2.2 являются:электромагнитный привод управляющего клапана, мультипликатор давления, атакже возможность дросселирования жиклера верхним торцом поршня приподъеме иглы.

При этом отличительная особенность ЭГФ CRI2.6 заключается вЭГФ аккумуляторе, встроенном в корпус, в отсутствии бокового канала подводатоплива к распылителю, силы от давления на закрытый клапан топлива [21, 33].Следует отметить перспективы многотопливных АТС [3, 24]. На данныймомент есть несколько типов ЭГФ, способных смешивать и подавать смесевоетопливо в камеру сгорания (КС). Такие АТС характеризуются наличием двухтопливных баков для хранения дизельного топлива (ДТ) и альтернативноготоплива соответственно двух топливоподкачивающих насосов, двух ТНВД, двухтопливных аккумуляторов с давлением до 300 МПа, а также топливопроводоввысокого давления (запатентованная авторская разработка) [1, 23, 56, 113].Также существуют запатентованные авторские разработки перспективныхраспылителей, обеспечивающих повышение технологичности ЭГФ из-за сниженияколичества деталей, обеспечивающих посадку иглы распылителя на ее седло сзаданной скоростью [46, 57].Повышение давления впрыскиванияДинамика увеличения максимального давления впрыскивания топлива вдизельных АТС, выпускаемых серийно, по причине поэтапного ужесточениятребований, ограничивающих токсичность отработавших газов (ОГ) дизелей,отображена диаграммой на рис.

1.3 [21, 22, 24, 27].В РФ вопрос целесообразности серийного производства дизельных АТС сповышеннымдавлениемвпрыскиванияужедлительноевремяостается14актуальным. Его отсутствие является причиной отставания в данном направленииот ведущих иностранных производителей дизелей [24].Рисунок 1.3 - Максимальный уровень давления впрыскивания топливав дизелях, разработанных по международным стандартам,ограничивающих нормы токсичности ОГ [22]К числу относительно новых требований к АТС можно отнестинеобходимость формирования оптимальной характеристики впрыскивания.

Еслиранееподчеркиваласьважностьэтойзадачи,тотеперьобсуждаютсяколичественные характеристики вопроса, включая параметры двукратного имногократного впрыскивания. Изменение отношения к этому вызвано какужесточением требований по соображениям экологии, так и появлением реальныхвозможностей формирования характеристик впрыскивания [24, 33, 55, 80, 82, 83,100].Функция дизельных АТС традиционных типов - определение необходимогообъема топлива для подачи в цикл. Однако для перспективных уменьшающихтоксичность ОГ дизельных АТС на основании требований, которые присущи более15строгим стандартам, вопросы, связанные со способом подачи данного топлива,остаются открытыми [55, 80, 81, 86, 100].Давно делались попытки организации двукратной подачи. Многие серийныесовременные дизельные АТС обладают такой возможностью (рис.

1.4). Внастоящее время серийно выпускаются АТС с многократным впрыскиванием [22,45, 66].От параметров предварительного впрыскивания зависит весь рабочийпроцесс дизеля. Действующие факторы: объём предварительной подачи,продолжительность интервала между ней и последующей (основной) подачейтоплива [80, 81, 86].Рисунок 1.4 - Двукратная характеристика впрыскивания топливаРабочий процесс зависит от предварительного впрыскивания минимальногообъёма топлива по той причине, что в цилиндре, перед тем как произойдет подача(основной) последующей порции топлива, происходят различные предпламенныехимические реакции (в том числе если отсутствует видимое сгорание). Ихрезультат заключается в формировании нестабильных продуктов частичногоокисления топлива (альдегиды, гидроперекиси и пр.), расположенные в центре КСоколо носка распылителя. Если основная часть топлива попадет в эту химическиактивную среду, то скорость ее воспламенения будет значительно выше, чем впроцессе, где отсутствует предварительное впрыскивание [18, 24, 50, 54, 60, 80, 81].16Отличия рабочих процессов без предварительного впрыскивания и с ним:скорость реакции видимого сгорания в цилиндре в условиях отсутствияпредварительной подачи ниже [50, 80, 81, 86].

Существенная часть цикловойподачи топлива распределяется по объёму КС, воспламеняется сразу в несколькихместах. В этом случае продолжительность реакции начальной фазы рабочегопроцесса (т.е. «быстрое» сгорание) практически не зависит от характеристикивпрыскивания. В основном она характеризуется высокой скоростью [2, 5, 13, 24,26, 32, 49].По результатам работ отечественных и иностранных исследователейстановится очевидным, что если на каждом режиме подобрать оптимальныепараметры предварительного впрыскивания, сокращается уровень содержаниятоксичных веществ (в основном NOх и незначительно СхHy) в отработавших газах,удельный эффективный расход топлива ge (рис.

1.5) и уровень шума дизеля приэтом своих свойств не теряет [66, 80, 81, 86, 97, 100].Рисунок 1.5 - Влияние временной задержки между предварительной ипоследующей подачами топлива на экологические показатели дизеля17От времени, затрачиваемого на воспламенение с учетом предварительноговпрыскивания, зависит равномерность поступления в цилиндр топлива в ходевыделения тепла в фазе «быстрого» сгорания [80, 81, 86].Временной фактор – отрезок времени, начиная с предварительной подачи изаканчиваяосновной(очередной).Онопределяетуровеньокисленияпредварительно поданного топлива, т.е. уровень химической активности среды [66,81, 86].Ступенчатое впрыскивание топлива (рис. 1.6) по своему влиянию на рабочийпроцесс дизеля схоже с двукратным [22, 45, 66].Рисунок 1.6 - Ступенчатая форма характеристики впрыскивания топливаВ результате впрыскивания топлива в начальной стадии процесса подачи сосверхмалой интенсивностью, скорее всего, не начнется процесс видимогосгорания, однако задержка воспламенения последующей (основной) порциитоплива Q2 (рис.

1.6) уменьшится, снизятся выбросы NOx дизеля (при условииоптимальных регулировок) без ухудшения иных его показателей [45, 66, 86].Если говорить о последующем повышении эффективности управления припомощи формы характеристики впрыскивания, то потенциал этого направленияполностью ещё не исчерпан [66]. Для примера можно привести сложные формыхарактеристики впрыскивания. Возможный вариант таких характеристик указан нарисунке 1.7 [22, 66].18Рисунок 1.7 - Многоразовое впрыскивание и его функциональность:а – предварительное впрыскивание сверхмалых объёмов топлива с цельюснижения длительности задержки воспламенения основной подачи(1-шумность, 2-окислы азота);б – плавное увеличение скорости впрыскивания основного объёма топлива сцелью снижения выбросов NOx (ограничение Рz);в – короткое интенсивное последующее впрыскивание при завершении рабочегопроизводства в окислительном нейтрализаторе, при котором увеличиваетсяинтенсивность окисления продуктов неполного сгорания топлива; г – позднеевпрыскивание (на такте выпуска) для нейтрализатора DeNOx в периодическомвосстановлении оксидов азотаКонструктивная реализация АТС, которая позволяет стабильно (от цикла кциклу)формироватьсложныехарактеристикивпрыскивания,подобныепредставленным на рисунке 1.7, в настоящее время представляет известныетрудности.

Тем не менее, в поле рабочих режимов стремятся управлятьхарактеристикой впрыскивания [22, 66, 80, 81]. Наибольших успехов еще 10 летназад в этом отношении добились в автомобильной технике. Обычно такой процессв зарубежной литературе называют “стратегией управления” впрыскиванием [8,28]. На рисунке 1.8 приведены такие примеры.19Рисунок 1.8 - Стратегия управления характеристиками впрыскиваниявысокооборотных дизелей [25].Внастоящеевремяэкологическиетребованиявынуждаютначатьорганизовывать подобные стратегии управления и в среднеоборотных дизелях.Если для средних нагрузок запальная порция снижает содержание в ОГ окисловазота, то на высоких нагрузках для такого двухфазного процесса нет времени, нопост-впрыскивание служит для нагрева ОГ и для доокисления сажи и СНx [23, 32,43].Прогнозирование развития аккумуляторных топливных системНиже приведены результаты НИР, которые представляют интерес в планепрогнозирования развития АТС, в частности АТС типа CR.