на мобилу / Билеты

Билет №1

1. вопрос. Сжимаемость топлива: ее количественная мера, зависимость от параметров среды, способы учета в методах расчета процесса подачи. Сжимаемость среды, т.е.

способность уменьшать объем при увеличении давления. В ТПА сжимаемостью пренебречь нельзя. Мера сжимаемости – коэффициент сжимаемости β или объемный модуль упругости Еv = 1/β. Используется в расчетах для описания сжимаемости при данном давлении.

удобен для оценки процесса в конечном интервале от какого-нибудь Ро до текущего Р, например для обработки экспериментального исследования сжимаемости.

Коэффициент сжимаемости увеличивается с ростом температуры, уменьшением давления и плотности нефтепродуктов. Несправедливость закона Гука – уменьшение β с давлением – объясняется наличием в топливе нерастворенного воздуха, лишь при высоких давлениях его влияние исчерпывается. В ТПА непосредственного действия, чем больше влияния сжимаемости топлива, тем меньше влияния закона и скорости движения плунжера на характеристику подачи. Понимая под Ро начальное давление в ЛВД – Рнач, Vц – объемную цикловую подачу, оценим максимально возможный уровень подъема давления Рмакс Рмакс = Рнач + Vц/(Vлвд). Рассмотрим 2 предельных случая. Можно увеличить

Vлвд настолько, чтоРмакс не превысит давления начала впрыскивания ( форсунка не откроется). При мин Vлвд можно ожидать небольших давлений нагнетания. Уменьшение мертвых объемов – тенденция совершенствования ТПА непосредственного действия. Если считать ТПА с кулачковым приводом расход топлива через сопла форсунки Qc определяется скоростью Спл плунжера, приходим к выводу о сильном влиянии напора на соплах Рс от частоты вращения вала n

Из этих соотношений продолжительность впрыскивания топлива не зависит от частоты вращения, а Рвпр растет в квадратичной зависимости, в действительности Рвпр растет значительно медленнее, что обусловлено сжимаемостью топлива.С.Т. – аккумулирование потенциальной энергии, непосредственно снижающее давление впрыскивания. Высвобождение этой энергии обеспечивает вялое окончание впрыскивания, от которого во избежания дымления и перерасхода топлива пытаются избавится резкой отсечкой подачи. В ТПА с непосредственным действием С.Т. имеет всегда отрицательный характер. Вместо обычного в газодинамике уравнения состояния используются соотношения для коэфф сжимаемости( см выше). В более современных и точных методах расчета используется уравнение состояния и энергии. В более традиционных расчетах используется β, значения которого фактически учитывают имеющуюся характерную для ТП неизотермичность. Для них полезен приведенный ниже анализ известных выражений для β.

2. вопрос. Закоксовывание внутренних и внешних поверхностей распылителей - одни из основных дефектов форсунок. В обоих случаях первопричинами являются дефекты работы самой ТПА. Процессы интенсифицируются с ростом температуры распылителя.

Закоксовывание внешних поверхностей и связанный с этим перегрев распылителя обусловлены истечением топлива из сопловых отверстий с малыми скоростями, например, в результате вялого окончания подачи или зависания иглы, а также вызываются подтеканием, негерметичностью запорного конуса иглы. В результате неполного сгорания, на носике распылителя образуются коксовые отложения. Закоксовывание внутренних поверхностей распылителя происходит вследствие окисления и полимеризации остающегося на поверхности металла топлива с образованием твердой и прочной лаковой пленки. При этом уменьшается сечение сопловых отверстий, изменяются режимы подачи. Необходимыми условиями протекания процесса закоксовывания является высокая температура (более 180-190°С) и контакт топливной пленки с газами при их забросе из цилиндра в распылитель. Для исключения второго условия необходимо обеспечить Рвпр>Рц для всех моментов подачи, в частности, принимают меры для ускорения закрытия иглы форсунки. Лакообразование также заметно снижается при уменьшении шероховатости поверхности (например, после гидрополирования), при замене стали ШХ15 на ХВГ. Степень закоксовывания распылителя минимальна при некоторой скорости разгрузки ЛВД - оптимальной между минимально допустимой скоростью истечения топлива, подтеканием с одной стороны и прорывом газов в форсунку при очень резкой отсечке с другой.

Ограничение тепловой нагруженности распылителей является одной из актуальных задач проектирования ТПА. При перегреве распылителя снижается твердость запирающих поверхностей по посадочному конусу, увеличивается их износ, изменяется величина зазоров в прецизионном соединении, уменьшается его герметичность. В результате тепл деформаций возможно зависание иглы. Рабочую температуру распылителя уменьшают интенсификацией принудительного охлаждения, охлаждения нагнетаемым топливом, охлаждением форсуночного стакана головки цилиндра, уменьшением площадь тепловоспринимающей поверхности (минимальный диаметр dн распылителей доведен до 7 мм). Используют запрессованные в тело головки защитные колпачки-экраны (снижают температуру распылителя на 25-40°С), а их эффективность возрастает при установке вблизи его носика теплоизолирующей прокладки, препятствующей циркуляции горячих газов в зазоре между цилиндрическими поверхностями.

Уменьшение зазора при установке форсунки в своем гнезде существенно снижает теплоотдачу в распылитель и его температуру. Из технолог соображений радиальный зазор огранич до 0,3 - 1,0 мм, однако, очень важно, чтобы он был одинаков по периметру. При плохом центрировании распылителя, в результате тепл деформ резко увеличивается вероятность зависания иглы и разгермет форсунки. Поэтому форсунки центрируют по накидной гайке распылителя с зазором 0,1. ..0,15 в автотракторных и до 0,3...0,4 мм в судовых и тепловозных дизелях.

Билет №2

1. вопрос. Назначение, работа, виды нагнет клапанов. Работа клапан-корректора.

Клапаны ТНВД. Они относятся к прецизионным деталям. В большинстве ТНВД применяются автоматические нагнетательные клапаны, разъединяющие линию высокого давления и надплунжерную полость. Этим обеспечивается: улучшение наполнения надплунжерной полости; создание в нагнетательном трубопроводе заданного остаточного давления; корректир скоростной характеристики топлива.

Наиболее распространены грибковые клапаны (рис.а-г, з). Под действием давления топлива клапан, сжимая пружину, перемещается в осевом направлении. Для исключения радиального биения разгружающего пояска 2 при входе в канал и конической поверхности клапана при посадке на седло 3 эти поверхности так же, как и крестообразные направляющие (перья) 1 клапана, изготовляют с высокой точностью. Цилиндрические клапаны (рис.ж) отличаются такой же надежностью, как грибковые, но компактнее их, поэтому применяются на крупных дизелях. Плоские (е, и) и шариковые (рис.д) имеют малую массу, т.е. высокое быстродействие, однако сложно обеспечить их надежную работу.

После закрытия клапана остановка столба топлива обусловливает гидроудар, образование волны давления, вызывающей повторное открытие форсунки - подвпрыскивание. Популярнейшее решение-разгружающий поясок 2 при закрытии клапана входит в седло 3. С этого момента надплунжерная полость и нагнетательный трубопровод разобщаются, так как разгружающий поясок образует с каналом зазор 8... 15 мкм, и дальнейшее опускание клапана приводит к увеличению объема полостей, образующих ЛВД. Увеличение объема сопровождается уменьшением давления в нагнетательном трубопроводе, так называемой разгрузкой. Таким образом, выбором размеров нагнетат клапана обеспеч оптимальн знач остаточного давления, исключающее подвпрыскивание, но сохраняющее возм-сть впрыскивания в след-щий цикл с большими давлениями.

Простейшее решение - жиклер в клапане (рис.и) не может обеспечить повышенного остаточного давления. Последовательный нагнетательному клапан 7 не мешает впрыскиванию, но, закрываясь, тормозит посадку нагнетательного и таким образом демпфирует гидроудар и уменьшает остаточное давление за счет роста вытекающего из трубопровода топлива при отсечке. Радикальное решение в борьбе с подвпрыскиванием - установка реверсивного клапана 4 параллельно нагнетательному, но направленного в противоположную сторону (рис.д-е). Реверсивные клапаны ослабляют гидроудар перепуском топлива в плунжерную полость и обеспечивают стабильное начальное давление.

Нагнетательные клапаны-корректоры (рис.з) позволяют обеспечить более желательное протекание скоростной хар-ки подачи топлива путем уменьшения dgц/dn. Конструкции многообразны, но все они имеют разгружающий поясок 2 и дроссельные каналы 6 для перетечек топлива, препятствующих разгружающему эффекту. В простейшем случае функцию каналов могут выполнять лыска на разгружающем пояске или увеличенный зазор его с седлом, но труднее обеспечить технологическую стабильность этих размеров. Рассмотрим работу клапана-корректора. Каналы 6 ослабляют разгружающее действие пояска 2 путем организации перетечек топлива из надплунжерной полости в нагнетательный трубопровод. Ввиду сильного дросселирования топлива в отверстиях величина перетечек зависит от времени опускания клапана. Таким образом, с уменьшением частоты вращения вала двигателя разгрузка

трубопровода становится все меньшей, т.е. повышается остаточное давление, а следовательно, и цикловая подача gц. Достоинством коррекции с помощью клапана является повышение давления впрыскивания на малых частотах за счет повышения остаточного давления.

19 (продолжение)

2. вопрос. Особенности конструкции ТНВД, обеспечивающих впрыскивание под высоким давлением.

Особенностью блочных ТНВД являются: -Применение более жестких глухих корпусов. -Увеличение жесткости кулачкового вала. -Уменьшение длины нагнетательных трубопроводов.

(Последние два хорошо реализуется с применением V-образного расположения секций.) -Наибольшие Pвпр достигается с исп вогнутых кулачкв.

-Увеличениея жесткости всех функциональных деталей.

Для обеспечения впрыскивания под высоким давлением применяют индивидуальные ТНВД, в которых нет нагнетательного трубопровода. В них для высоких давлений применяют глухую моновтулку. Она обеспечивает максимальную жесткость, но нетехнологична.

Максимальное давление в распределительных системах с кулачковым приводом находится на уровне 150 МПа (ТНВД VP-30). Этот предел основан на достижении предела напряжений в кулачковом приводе. Увеличение давления в распределительных системах возможно за счет применения роторных насосов. (до 200 МПа)

Что касается форсунок Pвпр удается повысить за счет:

Уменьшения гидравлического сопротивления запорного клапана (подрезка конуса распылителя или иглы)

Использование нормальных закрытых форсунок Уменьшение диаметра сопловых отверстий ? Уменьшения инерционности подвижных элементов.

Повышение остаточного давления в нагнетательном трубопроводе.

Билет №3

1. вопрос. Подвпрыскивание: причины возникновения, способы устранения.

Подвпрыск возникает из за повышенного остаточного давления в трубопроводе.

В свою очередь причиной повышенного остаточного давления является резкая отсечка, которая провоцирует гидроудар в момент закрытия нагнетательного клапана 1.

После закрытия клапана остановка столба топлива обусловливает гидроудар, образование волны давления, вызывающей повторное открытие форсунки - подвпрыскивание. Популярнейшее решение-разгружающий поясок 2 при закрытии клапана входит в седло 3. С этого момента надплунжерная полость и нагнетательный трубопровод разобщаются, так как разгружающий поясок образует с каналом зазор 8... 15 мкм, и дальнейшее опускание клапана приводит к увеличению объема полостей, образующих ЛВД. Увеличение объема сопровождается уменьшением давления в нагнетательном трубопроводе, так называемой разгрузкой. Таким образом, выбором размеров нагнетательного клапана обеспечивают оптимальное значение остаточного давления, исключающее подвпрыскивание, но сохраняющее возможность впрыскивания в следующий цикл с большими давлениями.

Радикальное решение в борьбе с подвпрыскиванием - установка реверсивного клапана 4 параллельно нагнетательному 1, но направленного в противоположную сторону (рис.д-е). Реверсивные клапаны ослабляют гидроудар перепуском топлива в плунжерную полость и обеспечивают стабильное начальное давление.

2. вопрос. Вид статической гидравлической характеристики нормальной закрытой форсунки, влияние упора, неустойчивые режимы работы форсунок.

Q f (P)

Допускаем, что скоростью топлива в полостях можно пренебречь, процесс подачи стационарен, а игла при подъеме на величину xи находится в статическом

равновесии. Из этого условия для произвольного подъема иглы xи , усилия А предварительной затяжки

пружины жесткостью Cпри , имеем:1)Уравнение статического равновесия иглы:

PФ0 -давление начала впрыскивания

2) Уравнение Бернулли

Неустойчивые режимы работы возможны в форсунках с запорной иглой. Рассмотрим, например, режим работы, соответствующий точке А на характеристике нормальной форсунки (рис.2.60). Допустим, что в результате случайного возмущения произошло повышение давления Рф до уровня А'. Согласно характеристике, это вызовет уменьшение Qф

и xи Возросшее дросселирование топлива приведет к

еще большему увеличению Рф. Таким образом, равновесие иглы ирежим работы форсунки в точке А неустойчивые, а в точке В, как показывает

аналогичный анализ, - устойчивые. Для случая постоянной подачи Г.Г. Калишем был сформулирован критерий устойчивости работы форсунки:dPф / dQф 0

В случае соответствия значения Qф зоне II гидравлической характеристики (рис. 2.60) работа форсунки

происходит следующим образом. Игла, поднявшись до значения А', неостанавливается, а вследствие нахождения на неустойчивой ветви характеристики поднимается дальше. Подача топлива достигаетQкр .

В результате инерционности иглы рабочая точка продолжает смещаться вправо по зоне III характеристики. Однако длительная работа здесь невозможна вследствие недостаточности топлива, и игла

опускается, быстро проходитзону II и из-за инерции - зону I, впрыскивание прекращается. Через некоторое время ТНВД ликвидирует дефицит топлива, давление его становиться выше Рфо, и цикл повторяется. Такое впрыскивание называется дробящим. При этом колебательное движение иглы не обязательно должно сопровождаться посадкой ее на конус. Наличие дробящего впрыскивания является показателем подвижности иглы форсунок.

Дробящее впрыскивание возможно при работе дизеля на низких скоростных режимах, однако способность к нему у форсунок изменяется в зависимости от конструктивных и регулировочных параметров, в частности, она снижается у бывших в эксплуатации форсунок в результате изнашивания запирающих конусов иуменьшения разности их углов.

Открытая форсунка плоха слабым распыливанием и подтеканием.

Билет №4

1. вопрос. Влияние вязкости топлива на процесс подачи в дизелях.

Вязкостные эффекты в ТПА имеют несколько существенных проявлений. Вязкость зависит от фракционного состава: кинематическая вязкость бензинов при 20°С близка к 0,8 сСт (0,8-10-6 м2/с); летних дизельных топлив 3...6сСт, зимних - 1,8...5; тяжелого моторного топлива при 50°С - до 150 сСт при t=50°C; мазутов - до 120 сСт при t=80°C. В диапазонах, характерных для ТПА, вязкость зависит от температуры и давления, например, для ДТ в единицах СИ [148]:

Вязкость, ограничивая утечки в прецизионных парах, обеспечивает возможность их функционирования. Для новых конструкций ТПА тре-

буются расчетные соотношения с учетом зависимости вязкости от давления, переменности зазора по длине, в том числе с учетом деформаций прецизионных элементов, для случая повышенных давлений по обе стороны зазора.

Явление, требующее описания - гидродинамическое трение в микронных зазорах, создающее сопротивление движению элементов ТПА. Необходимость описания этого явления особенно актуальна для CR ввиду увеличения числа и величины и поверхностей трения, уменьшения зазоров, увеличения давления (следовательно, вязкости) топлива в зазорах, повышения частот процесса при многофазном впрыскивании.

Другое проявление вязкости - гидродинамическое сопротивление трубопроводов. Было принято считать, что оно важно для судовых систем с подачей мазутов по длинным трубопроводам. Но в современной ТПА интенсивного впрыскивания среднеоборотных и быстроходных дизелей, где развиваются скорости движения топлива до 100... 140 м/с, этот вопрос также стал актуален. Если влияние гидродинамического трения существенно, то давление над плунжером и нагрузки на привод ТНВД увеличиваются, а Рвпр уменьшается (рис. 4.6). Тогда диссипативные эффекты существеннее динамических и Рфорсmax < Ртнвдmax • МОНОТОННОСТЬ кривой Рплунж на рис. 4.6 искажается влиянием волновой настроенности ТПА при изменении длины трубопровода. При подаче более вязких топлив зависимости P=f(v) - монотонные. Небольшим положительным влиянием сопротивления трубопровода можно считать уменьшение вероятности подвпрыскивания и формирование более пологого переднего фронта характеристики впрыскивания.

Важнейшие факторы потерь в трубопроводе - интенсивность нагнетания, длина и диаметр трубопровода, вязкость топлива. Потери, как при стационарном, так и при

Влияние вязкости топлива на процесс подачи в дизелях.

нестационарном течении принято оценивать с помощью осредненного параметра - коэффициента сопротивлениям, используя формулу Дарси-Вейсбаха:

В детальном рассмотрении возможна оценка потерь через локальный параметр - коэффициент трения и скорость на внешней границе пограничного слоя U∞:

Количественные оценки в литературе по ТПА заимствованы из гидравлики для стационарного течения в бесконечно длинных трубопроводах, например, наиболее популярные законы Пуа-зейля и Блазиуса:

Ошибки от использования (4.8), (4.9) не обнаруживаются тогда, когда невелик сам эффект сопротивления. Известны попытки объяснения несовпадения результатов неучетом шероховатости трубопроводов [81]. Действительно, ранее встречались трубопроводы с заусенцами, уступами, значительной шероховатостью, ржавчиной. Ныне шероховатость трубопроводов 02 мм находится на уровне 2...3 мкм. Но, используя известные зависимости для λ (рис. 4.7), приходим к выводу, что для параметра шероховатости dтр/кш1000 существенное отличие λ для гладких и шероховатых труб ощутимо для Red>105, т.е. для ДТ при скоростях течения более 200 м/с. Достигнутые ныне скорости менее 120... 140 м/с, а типичные -5...80 м/с.

Для ламинарного течения понятие шероховатых труб вообще неприменимо. Несправедливость (4.8), (4.9) обусловлена несхожестью процессов в водопроводных

трубах и ТПА. Важнейшее отличие - гидродинамическая нестационарность, поэтому и отличия в λ многократные [79]. В гидравлике разработано немало методик определения λ для осциллирующих потоков, но, к сожалению, к условиям ТП они неприменимы, как по типу колебательных процессов, так и по величине ускорений dUldt порядка. В ТПА течение начинается из состояния покоя (теоретически в начальный момент Cf→∞), a dUldt достигает 104. Это не только требует создания специальных расчетных методик, но и выяснения особенностей процесса: начальных условий, динамики развития и т.д.