4.3 Вплив зусилля попереднього затягування пружини форсунки

Даний параметр визначає тиск початку впорскування палива в циліндр двигуна. Для двигуна Д-240 номінальним є значення тиску 17,5 МПа. При випробуванні змінювали тиск в діапазоні від 15 до 22,5 МПа. Дані наведено на (рисунку 4.2) та (рисунку 4.3).

Рисунок 4.2 – Залежність індикаторних показників двигуна в залежності від тиску затягування пружини форсунки

Рисунок 4.3 – Залежність екологічних показників двигуна в залежності від тиску впорскування

З наведених рисунків видно що економічність двигуна практично не змінюється зі збільшенням тиску впорскування відносно номінального значення в 17,5 МПа, але різко погіршується з його зменшенням. Вміст оксидів нітрогену у відпрацьованих газах зменшується зі збільшенням тиску до 22,5 МПа на 7%, що пояснюється зменшенням періоду індукції самозаймання.

4.4 Вплив ефективного прохідного перерізу соплових отворів розпилювача на показники роботи двигуна

Для визначення впливу співставлялися навантажувальні характеристики зняті з розпилювачами, які мали різний ефективний переріз соплових отворів.

Результати наведено на (рисунку 4.4) та (рисунку 4.5) де означено лінією сірого кольору - розпилювачі з меншим ефективним прохідним перерізом; чорного - розпилювач з більшим ефективним прохідним перерізом.

Рисунок 4.4 – Вплив ефективного прохідного перерізу розпилювача на індикаторні показники двигуна

Рисунок 4.5 - Вплив ефективного прохідного перерізу розпилювача на екологічні показники двигуна

На середніх і нижче середніх навантаженнях розпилювачі з різними ефективними прохідними перерізами давали однакові показники економічності та токсичності. По мірі збільшення навантаження вище середньої розпилювачі з більшим ефективним перерізом забезпечували кращі показники економічності та токсичності двигуна. Тому, якщо використовувати в якості палива для дизелів рапсову олію то доцільно використовувати розпилювачі з більшим ефективним прохідним перерізом.

В роботі [24] із застосуванням експериментальних та розрахункових методів були отримані основні показники рапсової олії, як палива.

Для дослідження параметрів впорскування оптичним методом була використана система VS-CTT-285/X/E-2001/M, яка дозволяє робити зйомку імпульсних процесів, які швидко протікають. Система включала в себе цифрову камеру, контролер введення зображень, аналого-цифровий перетворювач, програмно керований підсилювач. Отримані в результаті експерименту фотографії піддавалися осередненню і по ним роболися розрахунки зміни геометричних параметрів факелу такі як: довжина, кут розкриття та швидкість розповсюдження фронтальної частини. Фотографія факелу палива наведена на (рисунку 4.6). розрахунки наведено на (рисунку 4.7).

Рисунок 4.6 – Фотографії паливного факелу (а-дизельне паливо; б-рапсова олія)

Рисунок 4.7 – Зміна довжини факелу палива та швидкості його фронту

РО - - - - , ДП - -----

В ході даного дослідження були отримані наступні результати:

- при рівних умовах (положення рейки ПНВТ, швидкісний режим двигуна, температура палива і т.п.) впорскування рапсової оливи починається пізніше на 3 – 5 град. П.к.в., ніж впорскування дизельного палива, не дивлячись на те, що голка розпилювача починає підійматися від сідла на 1,5 – 2 град. раніше. Очевидно, що витікання рапсової олії з форсунки починається при більш високих значеннях сумарного прохідного перерізу розпилювача, що визначається в початковий період впорскування підійманням голки форсунки;

- структура факелу рапсової олії має більш високу нерівномірність в розподілі концентрації краплин палива в поперечному перерізі факелу, середній діаметр частинок палива, які складають факел більше, а кут розкриття факелу на рапсовій олії на 40 – 80% менше, ніж на дизельному пальному;

- факел рапсової олії має більш високу дальнобійність, що є наслідком присутності більш крупних частинок по причині більш високих значень в’язкості та сил поверхневого натягу, а також більш високої густини рапсової олії в порівнянні з дизельним паливом;

Наведені дослідження дозволяють зробити наступні висновки:

1. При переході на альтернативне паливо показники економічності двигунів дещо погіршуються. При цьому необхідно враховувати, що дослідження проводилися на двигунах які призначені працювати на дизельному паливі.

2. При роботі на альтернативних видах палива соплові отвори закоксовуються в 3 рази швидше ніж на дизельному паливі.

3. Необхідно збільшувати тиск впорскування палива форсункою при переході на альтернативні види палив з 17,5 МПА до 20-20,5 МПа.

4. Для кращого використання альтернативних видів палива необхідно удосконалювати паливну апаратуру.

Висновок

1. При рівних умовах (положення рейки ПНВТ, швидкісний режим двигуна, температура палива і т.п.) впорскування рапсової оливи починається пізніше на 3 – 5 град. П.к.в., ніж впорскування дизельного палива, не дивлячись на те, що голка розпилювача починає підійматися від сідла на 1,5 – 2 град. раніше. Очевидно, що витікання рапсової олії з форсунки починається при більш високих значеннях сумарного прохідного перерізу розпилювача, що визначається в початковий період впорскування підійманням голки форсунки.

2. Структура факелу рапсової олії має більш високу нерівномірність в розподілі концентрації краплин палива в поперечному перерізі факелу, середній діаметр частинок палива, які складають факел більше, а кут розкриття факелу на рапсовій олії на 40 – 80% менше, ніж на дизельному пальному;

3. Факел рапсової олії має більш високу дальнобійність, що є наслідком присутності більш крупних частинок по причині більш високих значень в’язкості та сил поверхневого натягу, а також більш високої густини рапсової олії в порівнянні з дизельним паливом;

Список використаної літератури

1. Ефанов А.А. Разработка комплексной технологии получения смесевого топлива с улучшенными свойствами для дизельных двигателей. Автореф. дис. канд. техн. наук. -М., 2008.- 18 с.

2. Фокин Р.В. Улучшение экологических характеристик дизеля регулированием состава смесевого биотоплива. Автореф. дис. канд. техн. наук. –М-Н., 2008.-16с.

3. Войтов В.А. Техніко-експлуатаційні та екологічні показники дизельних двигунів при застосування біодизеля / Войтов В.А., Сандомирський М.Г., Карнаух М.В., Даценко М.С. // Тракторна енергетика в рослинництві. – Х.: ХНТУСГ, 2009. –С. 111-120.

4. Сандомирський М.Г. Результати випробування дизеля 4ЧН 12-14 на дизельному паливі і паливах рослинницького виду // Тракторна енергетика в рослинництві. – Х.: ХНТУСГ, 2009. –С. 121-125.

5. Исследование рабочего процесса многотопливных тракторных двигателей // ОНТИ-НАТИ. Труды. – 1964. – Вып. 173. – М . 197 с.

6. В.И. Трусов. Форсунки автотракторных дизелів // В.И. Трусов., В.П. Дмитренко, Г.Д. Масляный.. М // Машиностроение. 1977. – 167 с.

7. ГОСТ 20793-86 Тракторы и машины сельскохозяйственные. Техническое обслуживание. Введ. 01.01.1991. Государственный Совет СССР по стандартам. – М., 1986. – 16 с.

8. Двигатели внутреннего сгорания для вузов в 3 кн./ сост. В.Н. Луканин, И.В. Алексеев, М.Г. Шатров и др.; под ред. В.Н. Луканина и М.Г. Шатрова.-М.: Высш. Шк., 2007 – кн.2. Динамика и конструирование.- 2007.- 400 с.

9. Судовые двигатели внутреннего сгорания: Учебник/Ю.Я. Фомин, А.И. Горбань, В.В. Добровольский, А.И. Лукин и др. – Л.:Судостроение, 1989.-344 с.: ил.

10. Автомобильные двигатели / Под. Ред. М.С. Ховаха. М.: Машиностроение, 1977, 591 с.

11. Форсунки автотракторных дизелей /В.И. Трусов, В.П. Дмитренко, Г.Д. Масляный. – М.: «Машиностроение», 1977. 167 с.

12. Мичкин И.А. Результаты исследований конечной фазы процесса впрыска топлива. М.,1962 //Труды НАТИ, с. 3- 45.

13. Кирсанов В.И. Об истечении жидкостей через жиклеры при больших перепадах давлений. М.: Оборонгиз, 1951, 16 с.

14. Сиов Б.Н. Истечение жидкостей через насадки в среды с противодавлением. М. Машиностроение, 1968. 140 с.

15. Spikes R/H/, Pennington G.A. Discharge coefficient of small submerged orifices.- “Proceedings of the Institution of Mechanical Engineer”, vol/ 173, 1959,№25, P. 666-674.

16. Шуляк М.Л. Вплив зміни прохідного пере-різу соплових отворів розпилювача форсунок на показники двигуна при роботі на різних видах

палива // Механізація сільськогосподарського виробництва. – Х.: ХНТУСГ, 2011. – С. 126 –134.

17. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий.- 2-е изд. Перераб. И доп.- М.: Наука, 1976.-280 с.

18. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента. М.:, 1983, 247 с.

19. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. М.: 1980, 436 с.

20. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. Изд-во Наука, 1971, 192 с.

21. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений.- Л.: Энергоатомиздат, 1985.-114 с.

22. Лебедєв А.Т. Динамічна модель ґрунтообробних машинно-тракторних агрегатів з пасивними робочими органами у складі енергетичного засобу зі здвоєними шинами / Лебедєв А.Т., Калінін Є.І. // Системи обробки інформації. – Х.: ХУПС. – 2010. – Вип. 2(83). – С. 109 – 115.

23. Шуляк М.Л. Оцінка ефективності роботи МТА при роботі двигуна на різних швидкісних режимах та різних видах палива // Ресурсозберігаючі технології, матеріали та обладнання у ремонтному виробництві. – Х.: ХНТУСГ, 2011. – С. 327 – 332.

24. Шашев А.В. Исследование различий в протекании рабочего процесса дизеля на рапсовом масле и нефтяном дизтопливе по данным оптического метода исследования процесса впрыска и на основе анализа индикаторных диаграмм/ Д.Д. Матиевский, С.П Кулманаков// сборник научных трудов по материалам международной научной конференции «Научные исследования в технологических сферах Западной Литвы». – Клайпеда, Литва, 2008. с. 197-202.

Основні позначення

- швидкість розповсюдження хвиль тиску в паливі;

- швидкість розповсюдження хвиль тиску деформації в пружині;

- швидкість руху плунжера, нагнітального клапану, голки та штанги форсунки;

- швидкість руху палива на вході і виході нагнітального трубопроводу;

- діаметри направляючої голки та запірної кромки на її конусі;

- діаметри каналу в носку розпилювача та соплового отвору;

- діаметр основи додаткового конусу на голці;

- площа поперечного перерізу по паску, під паском нагнітального клапану та штифта голки форсунки;

- площа поперечного перерізу голки, яка визначається діаметром голки розпилювача, та площа, на яку діє тиск ;

- поточна площа прохідних перерізів під конусом голки та відсічного або впускного вікон гільзи плунжера;

- площа соплових перерізів розпилювача;

- площі поперечного перерізу плунжера, та каналу в нагнітальному трубопроводі;

- величина підйому нагнітального клапану;

- довжина нагнітальної магістралі, тобто відстань від камери штуцера насосу до камери розпилювача;

- маси пружини, штанги та рухомих деталей форсунки;

- маса нагнітального клапану та рухомих з ним деталей;

- частота обертання кулачкового валу насосу;

- тиск в каналах паливного насосу;

- поточний тиск в камері нагнітання та об’ємі штуцеру насосу;

- тиск палива в камері нагнітання в момент початку руху нагнітального клапану;

- залишковий тиск в нагнітальній магістралі;

- тиск палива в камері розпилювача вище запірного конусу поточний та в момент початку руху голки;

- поточний тиск палива в об’ємі між запірним конусом голки та сопловими отворами розпилювача;

- сила попереднього натягу пружини нагнітального клапану;

- сила попереднього натягу пружини форсунки;

- зміна зусилля пружини при переміщенні запірного органу форсунки;

- сила тертя;

- тиск газів в циліндрі двигуна;

- тиск в об’ємі розпилювача на межі стійкої роботи форсунки;

- щосекундні витрати палива через форсунку, поточні і на межі її стійкої роботи;

- циклова подача палива;

- об’ємна швидкість подачі на градус кута повороту кулачкового валу;

- час;

- об’єми камери нагнітання поточний та штуцера насосу;

- об’єми в розпилювачі форсунки перед запірним конусом голки та каналу (колодцю) в носку розпилювача;

- швидкість руху потоку палива в перерізах між конусом голки та сідлом, в каналі (колодці) розпилювача та в соплових отворах розпилювача;

- поточна координата;

- поточна та максимальна (до упору) величина піднімання голки;

- підйом голки, який відповідає межі стійкої роботи форсунки;

- витрата палива крізь зазори між голкою та корпусом розпилювача;

- параметр характеристичного рівняння;

- середнє арифметичне відхилення профілю;

- висота нерівностей профілю по десяти точках;

- коефіцієнт стискання палива;

- кути конусів сідла та голки;

- кут додаткового конусу на голці;

- жорсткість пружин нагнітального клапану та форсунки;

- коефіцієнти стискання потоку та швидкості для соплового отвору;

- коефіцієнт гідродинамічного тертя між направляючою голки та корпусом розпилювача;

- коефіцієнт витрати палива для перерізу між нагнітальним клапаном та його сідлом;

- коефіцієнти витрати палива для перерізу соплових отворів, впускних та відсічних вікон втулки плунжера, між запірним конусом голки та сідлом;

- еквівалентний прохідний переріз розпилювача в зборі;

- кінематичний коефіцієнт в’язкості палива;

- частоти коливань голки форсунки, поточні та на межі стійкої роботи;

- частота власних коливань пружини форсунки;

- густина палива;

- кут повороту кулачкового валу насосу;

- дійсна тривалість подачі палива.