Диссертация (Анализ влияния конструкции и режима работы электрогидравлической форсунки на процесс топливоподачи автотракторного дизеля), страница 4

Эти работы выполненыв Мюнхенском техническом университете на одноцилиндровом отсеке. Результатыработ: наддув - 1 МПа, максимальное давление в аккумуляторе - 300 МПа,минимальное давление в цилиндре – 30 МПа, рециркуляция - 50% [101].При давлении 360 МПа регулировался редукционный клапан, но до этогозначения ситуация не доходила. Реальным ограничением интенсификациивпрыскивания стал перегрев седла регулирующего клапана. Аккумуляторспециально усиливался (рис.

1.9).20Рисунок 1.9 - Усиленный аккумулятор CR опытного отсекаВ качестве ТНВД и в основе форсунок были применены компоненты от АТСгрузовика Scania XPI. Аккумулятор был построен на базе конструкции Bosch,которая была усилена. Форсунки CRIN 3 - от фирмы Бош для грузового автомобиля(их штатное давление 180 МПа). Все трубопроводы -высоконапорные, от техникидля резки водой.

Они выдерживали давление до 400 Мпа; при меньшем наддуве, новысокой степени рециркуляции (более 40%) содержание частиц в ОГ не удавалосьснизить даже высокими давлениями pвпр, хотя их абсолютный уровень приемлемый[101].По этой работе сделаны следующие выводы: сглаживаниекромокиконфузорностьувеличиваетрасходныехарактеристики, скорость истечения, распыливание топлива; при сверхвысоких давлениях влияние диаметра выше, чем радиусаскругления и конфузорность;21 нормы Euro 6 требуют большой рециркуляции для снижения NOX,высокого наддува для сохранения избытка воздуха.

В этих условиях сверхвысокиеpвпр и профилирование сопел обеспечивают и приемлемые выбросы частиц; нормы Euro 6 достижимы в сочетании с мероприятиями по дизелю, скакими-либо способами нейтрализации ОГ [98, 101].Применительно к проектированию АТС следует отметить, что необходимоготовиться к дальнейшему повышения давлению впрыскивания, сочетая это собязательной оптимизацией рабочего процесса [21, 24]. Вопрос об оптимальномпрофилировании сопловых отверстий еще слишком мало исследован [110].ВторойвЕвропепообъемувыпускапроизводительАТСдлявысокооборотных двигателей – корпорация Delphi (бывшая корпорация Lucas) –также подготовила АТС типа CR: модель F2r (Delphi Ultra High Pressure Heavy DutyDiesel) – рисунок 1.10 [83].Рисунок 1.10 - ТПА CR фирмы Делфай (Delphi F2r Ultra High Pressure CRS)Основные параметры АТС типа CR модели F2r Ultra High Pressure CRS: максимальные давления в аккумуляторе - 240…300 МПа;22 рабочий объем одного цилиндра дизеля – 0,1…2,6 л; Диаметр форсунки – от 21 мм: количество насосных секций в рядном ТНВД – 2…3; напряжение электропитания - 50 В.По утверждению фирмы Delphi система F2r благодаря крайне высокомудавлению топлива (до 300 МПа) способна без применения средств очистки ОГ,обеспечитьвыполнениедизелямисамыхжесткихэкологическихнорм,готовящиеся к введению в ближайшем будущем [83].

Мировые экологическиенормы представлены в таблице 1.1 [104].Таблица 1.1 – Мировые экологические нормыЕвропейские нормативы:Euro 6Нормативы США:Post-US 10Нормативы Японии:Post-Japan NLTRМеждународные нормы:Tier IVСистема имеет бортовую диагностику и динамическую корректировкуработы программ управления.Компания Scania в связи с введением экологических нормативов Euro 6осуществила переход от системы HPI с мультипликацией давления с давлениемвпрыскивания до 240 МПа к аккумуляторной системе XPI, рассчитанной на работупри давлении до 300 МПа (рис.

1.11) [104].Рабочее давление впрыскивания данной системы составляет 240 МПа свозможными пиками до 300 МПа. Предохранительный клапан настроен надавление в 310 МПа.23Рисунок 1.11 – АТС типа CR модели XPI Scania: 1 - подкачивающий насос;2 - фильтры; 3 – входной регулирующий клапан; 4 – ТНВД; 5 – аккумулятор;6 – датчик давления; 7 – аварийный ограничитель подачи;8 – вспомогательный аккумулятор; 9 – форсункаФорсунка имеет восемь распыливающих отверстий и выполнена поклассической схеме (рис.

1.12). В форсунке применяется электромагнитный приводидажеуправляющийклапаносталсяшариковым,т.е.гидравлическинеразгруженным [104].Компания Scania разрабатывает новое поколение форсунок с использованиемпьезоэлектрического привода, но на данный момент, судя по изученнымисточникам, подробности являются конфиденциальными. Известно лишь, чтоновые форсунки будут базироваться на системе XPI с заменого электромагнитногопривода на пьезоэлектрический [82, 89, 104].24Рисунок 1.12 – Электрогидравлическая форсунка CR XPI ScaniaПрименение пьезоэлектрического привода позволяет уменьшить времясрабатывания до ~0,1 мс, что значительно меньше, чем типичные значения системс электромагнитным приводом и XPI, в частности.

Также пьезоэлектрическийпривод позволяет повысить точность, что благотворно сказывается на достижениипоставленных целей в виде точного дозирования впрыскиваемого топлива дляснижения расхода топлива и выбросов вредных веществ [82].Переход к системе XPI позволил использовать многократное впрыскивание(до 3 порций за цикл) и в целом точнее дозировать подачу топлива. Система XPIпозволила реализовать ограничения, предусмотренные нормативом Tier 4 Interim(что приблизительно можно сопоставлять с европейскими нормами Euro 5 или длядругого назначения дизелей - Stage IIIB), без последующей обработки ОГ, т.е.отказаться от впрыска мочевины, что положительно сказывается на стоимостиэксплуатации двигателя [82, 86, 89].Использование давлений впрыскивания до 300 МПа, по мнению фирмыScania, в комплексе с глубокой рециркуляцией ОГ, фильтром частиц, впрыскоммочевины позволит достичь значений ВВ, предусмотренных перспективными25нормами Tier 4-Final, что приблизительно эквивалентно европейскому уровню Euro6, Stage IV [82, 86, 89].За счет высоких давлений впрыскивания также обеспечивается снижениевыбросов CO2 и расхода топлива [109].По сравнению с нормами предыдущего уровня новые экологическиетребования Euro 6, вступившие в силу в Европейском Союзе с 1 сентября 2015 г.,предусматривают уменьшение NOx в пять раз – с 2,0 до 0,4 г/кВт·ч (рис.

1.13).Количество выбрасываемых частиц должно уменьшиться в два раза – с 0,02 до 0,01г/кВт·ч [104].Рисунок 1.13 – Динамика снижения выбросов и поле Euro 6, в котором обеспеченаработа дизеля DC13 110 480 Euro 6 Scania с ТПА CR XPIОбеспечение этих норм реализуется специалистами Scania за счетэлектронногоуправлениявсемкомплексоммероприятий:рециркуляциaотработавших газов (EGR), изменяемая геометрия лопаток турбины нагнетателянадувочного воздуха (VGT), система впрыска топлива CR высокого давления(XPI), дизельный окислительный катализатор (DOC), фильтр частиц (DPF) исистемаселективнойочистки(SCR).Вкомплексемероприятийтакжесовершенствование трансмиссии, всего транспортного средства в целом [104].26Уникальная топливная система высокого давления XPI, наряду с другимирешениями, в частности новой системой наддува, позволила, наконец, реализоватьконцепцию “двигателя постоянной мощности”: крутящий момент достигаетмаксимума почти сразу же по частоте вращения вала дизеля и затем, сохраняяограничение максимального давления в цилиндре 20 МПа, он снижается внаправлении номинала [104].Исследования условий смесеобразования при высоких давленияхПоскольку сведений о физических свойствах топлив, поведении их прираспыливании, воспламенении, результатах испытаний опытных дизелей вусловиях подачи и впрыскивания топлив при давлениях 200…300 МПа пока ещеслишком мало, они вызывают повышенный интерес [21, 24, 46, 55, 60, 61].В работе [55] излагаются результаты изучения распыливания топлив придавлениях до 300 МПа.

На рисунках 1.14 и 1.15 представлены картиныраспространения распыленных струй в бомбе с противодавлением 5 МПа прииспользовании двух характерныхгеометрий сопел (распылитель№1 ираспылитель №2).Рисунок 1.14 – Длина топливной струи из распылителя №1 в функции временипри различных давлениях впрыскивания; противодавление - 5 МПа27Можно видеть ожидаемый эффект: чем выше давление, тем быстреераспространяется струя. Однако на рисунке 1.14 видим, что при pак=300 МПанаблюдается перегиб кривой, далее фронт струи со временем не движется, чтообусловлено невозможностью дальнейшего движения струи.

Произошло этопотому, что сразу же скорость движения струи была высокой, и она быстродостигла стенки камеры [55].У всех сопел распылителей влияния давление и фактора времени проявляетсяпо-разному. В частности, у некоторых сопел дальнобойность струи с ростомдавления выше 200 МПа замедляется (как на рис. 1.15), а у некоторых, наоборот,растет. Поэтому нет оснований говорить, что повышение давления впрыскиваниявыше 200 МПа (или какого-либо другого значения) мало меняет ситуацию [55].Рисунок 1.15 – Длина топливной струи из распылителя №2 в функции временипри различных давлениях впрыскивания; противодавление - 5 МПаВ таблице 1.2 приведены параметры сопел распылителей №1 и №2.Отмеченный эффект объясняется тем, что сопла распылителя №1 имели большийдиаметр и расходные характеристики [55].28Отмеченные особенности распространения распыленных струй сопел двухразличных распылителей объясняют результаты, полученные на дизеле.Таблица 1.2 – Параметры сопел исследуемых распылителей№распылителяЧислосопелВыходнойдиаметр, мкм1281020080Факторрасхода,мл/мин20301460Из рисунка 1.16 видно, что при повышении давления выше 270 МПараспылитель не улучшает показатели выбросов частиц, как ожидается, а резкоухудшает.