на мобилу / Билеты

Для высокооборотных дизелей с различными КС системы EPIC выпускаются в двух основных модификациях. Для дизелей с открытой камерой – EPIC-80 – имеет диаметр кулачковой шайбы 80 мм, 4 плунжера, обеспечивает PmaxВПР=95 Мпа. Для предкамерных дизелей EPIC – 70 характеризуется соответственно: 70 мм, 2 плунжера, 35 МПа.

Роторные насосы PCF и DS фирмы Stsnsdyne. Система дозирования топлива дросселированием заменена ограничением полного хода плунжеров. Расхождение плунжеров 1 (рис. 2.53) при всасывании ограничивается скобой 2. Регулирование подачи осуществляется перемещением скобы отн-но плунжеров и использованием скосов на контактирующих пов-тях этих деталей. Скоба перемещается под действием штока 5 или возвратно пружиной 4. Перемещение штока обеспечивается взаимодействием кулачковых профилей поворотного вала 9 с неповоротным, но перемещаемым вдоль оси кулачком 8.

Рис. 2.53. Механизм регулирования цикловой подачи: 1 – плунжер; 2 – ограничительная скоба; 3 – скосы; 4 – возвратная пружина; 5 – шток; 6 – толкатель; 7 – упорный подшипник; 8 – торцовый кулачок; 9 – поворотный регулирующий вал; 10 – приводной вал.

Общие черты распределительных ТНВД. Смазывание большинства современных ТНВД осуществляют топливом. Во всех современных ТНВД УОВТ. Их ресурс достигает 10 000 ч., они обеспечивают работу дизеля с агрегатной мощностью 1000 кВт и более. Последние образцы обеспечивают давление впрыскивания до 140…160 МПа. Эти насосы могут устанавливаться на двигателе в любом пространственном положении. Их размеры в 2 раза меньше, чем размеры многоплунжерных насосов, и на 30% меньше их масса. Они более технологичны, несмотря на собственную сложность, до недавнего времени имели меньшую стоимость и были проще в эксплуатации. Кроме того, они обеспечивают лучшую равномерность подачи топлива по цилиндрам в сравнении с многосекционными ТНВД.

Вместе с тем распред. ТНВД присущи недостатки: меньший ресурс, большая сложность и необходимость спец. оборудования, увеличенные гидравлические потери в линии нагнетания.

Билет №11

1. вопрос. Материалы и технология производства прецизионных пар.

Рассмотрим производство прецизионных пар на примере плунжерных пар и форсунок, так как и особенности механической, термической обработки и сборки, имеют много общего с технологией производства других прецизионных пар, зачастую проходят цикл термообработки в одном контейнере.

Материалы для плунжерных пар должны обладать высокой износостойкостью и твердостью, сохранять размеры и геометрическую форму, иметь малый коэффициент линейного расширения, хорошо обрабатываться. ГОСТ рекомендует легированные стали ХВГ и ШХ15, но допускает применение других сталей (ЗОХЗВА и др.).

Цикл термической обработки деталей плунжерной пары (прецизионных пар) начинают с закалки. Нагрев осуществляют в расплаве солей NaCI, KCI, BaCI2 при температуре 850...1250°С в течение 12...18 мин. и охлаждают в масле 5... 10 мин. Детали могут подвергать од-ному-двум циклам отпуска с охлаждением на воздухе. Низкий отпуск длится в течение часа в масляной ванне при температуре 170...190°С. При использовании малоуглеродистых сталей закалке предшествует цементация при температуре 900°С в течение 4...5 ч. в твердом карбюризаторе.

Для стабилизации размеров и исключения деформаций в процессе сборки и эксплуатации применяют обработку холодом и искусственное старение. Обработку холодом проводят при температуре -65...-100°С в течение 30 мин. в атмосфере жидкого азота (ранее - в смеси этилового спирта с сухим льдом). После этого детали подвергают новому отпуску в масле при температуре 100°С в течение 3 ч. Старение, часто двукратное, проводят также в масляной ванне при температуре 150...180°С в течение 3...25 ч. После этого производят антикоррозионную обработку, окончательное шлифование цилиндрических поверхностей и кромок. Такие операции, как притирка, ввиду их несовершенства и применению ручного труда, используются только в мелкосерийном производстве для запасных частей. (В довесок, для ознакомления)

Сведения о материалах и технологии производства форсунок. Для изготовления де-

талей форсунок требуются материалы, обладающие сопротивлением удару, износостойкостью, прочностью и жаропрочностью, высокой твердостью и антикоррозионной стойкостью, хорошей обрабатываемостью. ГОСТ рекомендует для прецизионной пары инструментальную сталь ХВГ и шарикоподшипниковую сталь ШХ15. Однако, лучшими материалами для распылителей являются 18Х2Н4МА, ЗОХЗВА. Лучшие материалами для иглы - быстрорежущие стали Р9, Р18. Твердость деталей доводится до HRC 60...65. Гайку распылителя выполняют из стали 45. Корпус форсунки выполняют литьем по выплавляемым моделям, штамповкой, и все чаще - из прутка. Материалом служат стали 45, 12ХНЗА и др. Вторая сталь требует цементации на глубину 1,1 -1,6 мм по торцу.

Пружину форсунки, воспринимающую большие динамические нагрузки, изготовляют из шлифованной полированной проволоки (стали 50ХФА, 60С2А), закаливают до твердости HRC 42.. .47, для повышения сопротивления усталости подвергают дробеструйной обработке и азотированию на глубину 0,15 - 0,3 мм. Для уменьшения усадки пружин применяют перераспределение напряжений по сечению витков - заневоливание. Для этого пружину сжимают в рабочем направлении до пластических деформаций в поверхностном слое. Торцы пружин сошлифовываются до прилегания к плоскости на участке 0,75 длины окружности. Неравномерность витков допускается не более 0,2 мм, непараллельность торцев - менее 0,1 мм. С учетом высоких нагрузок на штангу ее изготовляют также из высококачественных сталей ХВГ и ШХ15 и закаливают сопрягающиеся поверхности до HRC 56.. .60.

Термообработка деталей форсунок аналогична обработке деталей ТНВД. Сопловые отверстия, несмотря на малый диаметр, хорошо цементуются и закаливаются, однако слой металла с максимальной твердостью располагается не на поверхности, а на глубине 0,1 мм и соответствует HRC 62...63 вместо HRC 60. Удалить с поверхности более мягкий слой можно абразивным гидрополированием. С помощью этой операции или электрохимической обработки распылителя удаляют заусенцы в труднодоступных местах, что позволяет стабилизировать значения коэффициентов расхода дросселирующих сечений.

Если сопловые отверстия образованы не сверлением, а электроискровой (электроэррозионной) прошивкой, то их поверхностный слой еще более твердый, замедляющий их изнашивание. Электроискровую прошивку проводят в масле или керосине. Катодом является распылитель, с инструмента - анода - подаются короткие мощные импульсы. При разряде металл катода оплавляется, испаряется - происходит взрывообразный выброс вещества, улавливаемого средой. Этот метод, однако, не обеспечивает такую же, как при сверлении, точность, требует специального управления режимами по мере движения инструмента.

К механической обработке деталей предъявляют жесткие технические требования. Свободные размеры выполняют с допуском по квалитету 12... 14, шероховатость специально неоговоренных поверхностей распылителя Ra=2,6...1,25 мкм, иглы - Ra=0,25...0,16 мкм. Перед началом производства материал поставки проверяют на соответствие специальным требованиям. После предварительной обработки и округления острых кромок распылитель подвергают азотированию на глубину 0,3...0,5 мм. Иглу изготовляют из стали Р18 (Р9, Р12), распылитель - из ! стали ЗОХЗВА. После термообработки их твердость соответственно HRC 58-62 и HRC 60-68. В пределах чувствительности измерительного прибора с ценой деления 0,0005 мм граненость прецизионных цилиндрических поверхностей Л деталей не допускается, при наружном осмотре они не должны иметь следов обработки. Конусность поверхностей А иглы и распылителя должна быть не более 0,001 и 0,002 мм, вершина конуса - со стороны запирающей конической поверхности. , Детали проверяют на магнитном дефектоскопе и размагничивают - дефекты не допускаются. Дополнительно к распылителю предъявляют следующие технические требования: сопловые отверстия должны сверлиться равномерно по коническому пояску В; его ширина составляет 2...2,3 мм; биение конуса относительно оси Г - не более 0,2 мм; отклонение между осями отверстий - не более 1°; выходные кромки отверстий - ровные, острые, без заусенцев. Правильность расположения и качество обработки отверстий проверяют на специальном стенде проливкой дизельным топливом под давлением 0,2 МПа, струи топлива должны быть ровными и гладкими. Суммарная подача распылителя при проливке дизельным топливом под давлением 5 МПа должна соответствовать 850 г за 20 с. при температуре 15 - 25°С. Разница в пропускной способности отверстий одного распылителя - не более 8%. Визуально (с помощью слабого микроскопа) проверяют выход отверстия диаметром ЗН12 в карман распылителя; перепонки и заусенцы не допускаются. Широко используют селективную сборку распылителя и иглы, но применяют и парное шлифование. Детали топливных систем крупных дизелей, идущих в запчасти, могут подвергать притирке по цилиндрической поверхности с использованием полировальной пасты в каждой размерной группе.

Билет №12

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

Сжимаемость топлива. Сжимаемость среды - способность уменьшать объем при увеличении давления, зависит от ее свойств и от рассматриваемого процесса. Мерой этого св-ва жидкости служит коэф. сжимаемости β или объемный модуль упругости Ev=1/β. β используется в расчетах для описания сжимаемости при данном давлении, средний коэффициент сжимаемости - для оценки процесса в конечном интервале от начального давления Р0 до текущего Р. Один может быть пересчитан через другой:

Коэф. сжимаемости увеличивается с ростом температуры, уменьшением давления и плотности нефтепродуктов. Для выбранного топлива наиболее важная завис-ть β=f(P). Влияние сжимаемости топлива на ТП. В ТПА непосредственного действия чем больше влияние сжимаемости топлива, тем меньше влияние закона и скорости движения плунжера на характеристику подачи. P0 - нач. давл-е в ЛВД = PВПР, ∆VЦ - объемная цикловая подача, PMAX - максимально возможный уровень подъема давления. В соответствии с(4.1)

PMAX PÍÀ× VÖVËÂÄ

Если увелич. VЛВД то PMAX не превысит PВПР – форсунка не откроется. Если уменьш. - большие давл. нагнетания - тенденц соверш-я ТПА непосред дейсв.

В ТПА с кулачковым приводом сильное влияние PС - напора на соплах от n:

(4.2)

Продолжительность впрыскив. в угловой мере не зависит от n, а РВПР растет в квадратичной зависимости. Реально РВПР растет значительно медленнее из-за сжимаемости топлива. Сжатие топлива - это аккумулирование потенциальной энергии,непосредственно снижающ РВПР. Для обеспеч тойже gЦ требуется большая продолж-ть подачи. Высвобождение аккумой энергии обеспечивает "вялое" окончание впрыскивания, от которого во избежание дымления и перерасхода топлива стремятся избавиться резкой отсечкой подачи.

Поэтому в ТПА непосредственного действия сжимаемость имеет для ТП всегда отрицательные проявления. Особенно при интенсификации впрыскивания. Решения - минимизация объемов полостей, в частности мертвых объемов надплунжерной полости и контрольных фильтров, ужесточение допусков на размеры, изъятие деформируемых прокладок, установка вытеснителей внутри пружин, уменьшение диаметра иглы, числа и диаметра каналов форсунки, диаметра трубопровода и т.п.

Сжимаемость формирует зависимость PВПР=f(gЦ) - с повышением нагрузки дизеля РВПР растет, т.к. меньшая доля подачи затрачивается на сжатие топлива от начального РНАЧ до давления начала впрыскивания РФ0 и, до max давления.

Изменяются парам-ры ТП для разных топлив, из-за различных упругих св-в: задерживается нач. и кон. подачи, уменьшается РВПР, без компенсации активным ходом плунжера уменьшается gЦ.С компенсацией gЦ увеличивается продолжительность подачи; возможно появление подвпрыскивания.

Для аккум. ТПА, ввиду увеличения аккумулирующего действия полостей, влияние сжимаемости топлива на показатели ТП положительное.

2. вопрос. Детали привода ТНВД (передача, муфты, валы, толкатели, кулачки): конструкции, особенности проектирования.

Привод тнвд осущес-ся непосредственно от распред. вала (индивидуальных) или с помощью зубчатых колес, зубчатых ремней, цепей (блочных). Последние не требуют обязательных муфт. После зубчатой передачи обычно следуют муфты, карданные валы. Они выполняют обычную функцию - компенсировать несоосность валов. Если две полумуфты с разным кол-вом отверстий по периферии, то перемещая соединяющий их штифт, можно точно устанавливать УОВТ. также изменяет УОВТ, например, в зависимости от сезона или сорта топлива. На рис. 2.34 представлен один из вариантов

центробежной автоматической муфты регулирования УОВТ. При увеличении частоты вращ грузы 4, преодолевая усилие пружин 2, поворач-ся на осях 1, закрепленных на корпусе. При этом благодаря обкатыванию роликами 3, оси которых закреплены на грузах, кулачковых шайб 5, жестко связанных со ступицей, производится разворот ступицы относно корпуса на угол α. Первая посажена на вал ТНВД, второй через привод связан с коленч.валом.Есть вар-ты муфт УОВТ с гидроусилением и электронным упр-ем.

Важная хар-ка привода ТНВД, особенно при высоких давлениях впрыскивания - его жесткость. Точнее проанализировать ситуацию и спроектировать привод можно только при рассм-ии сопряженной задачи крутильных колеб-ий и гидродинамики впрыскивания.

Толкатели ТНВД обеспечивают передачу осевого усилия на плунжер и принимают на себя боковое усилие от кулачка. Плоские толкатели ввиду значительности усилий в ТПА использоваться практически перестали. Рычажные толкатели используются в некоторых дизелях для привода насосфорсунок и индивидуальных ТНВД. Несмотря на большие размеры рычажных толкателей, они применяются для повышения компактности дизеля в целом, позволяя изменить направление усилия от кулачка.

Наибольшее распространение получили роликовые толкатели ввиду оптимального сочетания быстродействия, надежности, компактности. В ТНВД 1

Детали привода ТНВД.

(рис. 2.20) двигается корпус 6 толкателя. На оси 9 находится ролик 7 с втулкой 8. Для предотвращения осевого поворота толкателя и вызванной этим аварии, на оси выполняют лыски 10, заходящие в пазы 2. Ролик и его подшипник смазываются маслом, поступающим через каналы 3, или разбрызгиванием. Болт 4 используется для регулировки УОВТ. В форсированных ТНВД среднеоб. и малооб. дизелей боковая поверхность и ось толкателя смазываются маслом под давлением. При конструировании толкателя стремятся получить максимальную площадь опорной боковой поверхности при его минимальной массе. Плавающие оси меньше изнашиваются, но требуют увеличения площади опорной поверхности за счет сокращения ширины ролика. Плавающая втулка повышает ресурс механизма. Вместо втулки 8 иногда применяют игольчатые подшипники. При проектировании ТНВД работоспособность толкателя оценивают на основе расчета давления на опоры пальца: оно составляет 24...60 МПа и не должно превышать 90 МПа. Давление на втулку находится в пределах 20...70 МПа и не должно превышать 80 МПа. Напряжение среза пальца допускается до 45...80 МПа. Наибольшие напряжения возникают при изгибе пальца и не должны превышать 250 МПа. Давление толкателя на поверхность направляющей корпуса ТНВД допускается до 10...18,5 МПа.

Цельные кулачковые валы используют, как правило, в блочных ТНВД. Такие валы имеют две крайние опоры либо одну или две промежуточные. Подшипники скольжения выполняют в виде стальных втулок с антифрикционной заливкой, бронзовых или латунных вкладышей, втулок из легких сплавов. Подшипники качения применяют, главным образом, на крайних опорах ТНВД быстроходных дизелей при небольших нагрузках на кулачки. Все кулачковые валы снабжают упорными или радиально-упорными подшипниками. Зубчатое колесо или муфту привода устанавливают на конус вала и дополнительно фиксируют от проворачивания. От кулачкового вала приводятся в движение ТПН и регулятор частоты вращения двигателя.

Индивидуальные насосы дизелей средней и большой мощности приводятся обычно распределительными валами с закрепленными на них кулачковыми шайбами, около каждой из которых находятся два подшипника. Съемные кулачковые шайбы состоят из двух половин, которые при необходимости можно развернуть или заменить без разборки вала. Кулачковые шайбы, исключая рабочий профиль, аналогичны газораспределительным.

Профиль кулачка оказывает большое значение на показатели ТПА и дизеля. Выбирают профиль кулачка и рассчитывают перемещения и скорости деталей, используя тригонометрические построения. Скорость плунжера на рабочем участке подбирают из условия обеспечения необходимой интенсивности впрыскивания. В отличие от случая проектирования кулачков газораспределения, в ТПА нет проблемы безударности, разрыва кинематической связи, но значительно жестче стоит проблема нагруженности, и предъявляются специальные требования к профилю. Профиль, обеспечивающий треугольный закон скорости, считается устаревшим. Наибольшие скорости (давления впрыскивания) достигаются при использовании вогнутых кулачков. Обязательно вып-ют расчет контактных напр.в кулачке и толкателе.Эти напр.имеют цикл-ий хар-р, а пов-ое выкраш-ие деталей указывает, что расчет допустимых напр-ий следует вести по пред. выносливости. Кулачковые валы, кроме того, рассч-ют на крутильную жесткость и изгиб. Точнее она должна быть определена в процессе гидродинамического расчета с учетом податливости и крутильных колебаний. Также контролируют момент страгивания сменных кулачковых шайб.

Билет №13

1. вопрос. Влияние работы топливоподающей аппаратуры дизеля на его экономические и экологические показатели.

Оптимизируя рабочий процесс по критериям экономичности, выбросов частиц и окислов азота, конструктор приходит к ряду типовых решений. Например, для быстроходного дизеля это обычно открытая камера сгорания, увеличение до 19...21степени сжатия, промежуточное охлаждение, вертикально расположенная форсунка с числом сопел 6 - 8 диаметром до 0,1 мм, минимальный (вплоть до отрицательного) УОВТ и т.д. Практически всегда при достаточно полной оптимизации рабочего процесса наилучшие показатели достигаются при давлениях впрыскивания, существенно превышающих типовые значения в дизелях предыдущих поколений. Если за полувековой период с 30-х

последнее десятилетие его уровень вырос до 80...200 МПа. Этот фактор не только является определяющим в процессе смесеобразования, но и относится к числу редких факторов, с помощью которых возможно решение противоречивых задач снижения выбросов NOx

жесткости сгорания, механической нагруженности дизеля с одной стороны и расхода топлива, выбросов частиц, СО, CHx - с другой. Это наглядно иллюстрирует рис 1.12.

На рисунке видно, что изменение УОВТ, образующее каждую из кривых, как и большинство параметров рабочего процесса, обеспечивает лишь одностороннее улучшение экологических показателей. В этой связи необходимость повышений давления впрыскивания в последние годы обуславливалась, в основном требованиями норм выбросов о ОГ (рис. 1.13).

Влияние работы топливоподающей аппаратуры дизеля на его экономические и экологические показатели.

Однако важным видится не только высокий уровень давлений впрыскивания, но и их оптимальное регулирование по режимам работы ЛВС (рис. 1.14).

Зависимость Pâï ð от частоты и нагрузки еще часто рассматривается как недостаток в критике традиционной ТПА. В действительности, характерное для нее изменение Pâï ð

значительно ближе к оптимальному, чем Pâï ð =const. Тем не менее, остается задача

обеспечения наилучшей зависимости от n, gц и других режимных параметров. С одной стороны, стоит задача создания такой ТПА и САУ. С другой стороны, производители ДВС

обычно даже не знают оптимальную зависимость для Pâï ð . Это неудивительно - до

недавних пор не было средств ее обеспечения. При этом ТПА не обязательно должна быть типа Common Rail, даже, при доводке дизеля зачастую удобнее, чтобы она была построена на базе штатной ТПА.

2. вопрос. Разрывы сплошности в линии высокого давления и их влияние на процесс подачи в дизелях.

Разрывы сплошности в ЛВД. Этот вопрос актуален только для ТПА непосредственного действия. При записи мгновенных давлений в ЛВД в некоторых системах можно видеть, как поеле окончания подачи кривая опускается ниже начального давления, образуя с резким изломом горизонтальную "полочку" (рис. 4.4, б). Опытный экспериментатор знает, что это не метрологическая ошибка, а, напротив, удобное средство выверить замер по нулевой линии. В действительности, в реальном масштабе измерений "полочка" соответствует Р≈0, а точнее - давлению насыщенных паров. Если математическая модель построена для однофазной жидкости, то вместо Р=0 в этом месте диаграммы получаются отрицательные давления. Физически это невозможно, реально здесь происходит разрыв однофазной жидкости с образованием газовой фазы. В специальной литературе по ТПА газовые объемы принято по аналогии с остаточным давлением называть остаточными объемами.

Образование газовой фазы в ЛВД обязано нестационарности процесса ТП. Только в нем возможно истечение жидкости из обоих концов трубопровода (у ТНВД - в результате отсечки, у форсунки - при окончании подачи). Достижение столь больших разрежений обусловлено, в частности, волновым процессом.

Наиболее обширные исследования газовой фазы в ТПА были предприняты в МАДИ [19,143], а также в МГТУ [29]. Максимальные размеры газовых пузырьков составляют десятки микрон. Газовая фаза рассредоточена по всей ЛВД, включая и трубопровод и полости, но неравномерно: вблизи ТНВД ее больше. Рассматриваемый процесс аналогичен мгновенному вскипанию жидкости - кавитации. После окончания ТП объемное газосодержание редко превышает 1%. Газообразованию способствуют факторы, снижающие среднее давление и увеличивающие амплитуду волнового процесса: уменьшение диаметра и длины трубопровода, объемов полостей, увеличение разгрузки, снижение Рфо и т.д.

Воздействие газовой фазы на ТП, в основном, отрицательное. Из (4.1) коэффициент сжимаемости газа в адиабатном процессе β=- kÐ -1 т.е. на четыре прядка выше, чем у

жидкого топлива. Поэтому даже небольшое газосодержание значительно увеличивает сжимаемость смеси и снижает скорость звука - см. (4.5). Газосодержате усиливает нежелательную зависимость УОВТ от частоты вращения дизеля; увеличивает потерянную на сжатие долю активного хода плунжера, в результате уменьшает запас по производительности ТНВД, среднее давление впрыскивания; увеличивает нестабильность подачи; увеличивает крутизну переднего фронта характеристики впрыскивания, что сегодня, обычно, нежелательно.

Остаточные объемы обладают следующей особенностью: однажды возникнув, в быстропротекающем процессе они исчезают полностью только при давлениях в 6...12 МПа (для дизельного топлива). Таким образом, газовая фаза остается нерастворенной до следующего цикла подачи, и при Рост>0.1 МПа - наблюдается гистерезис двухфазного состояния топлива (рис. 4.5). В динамике газовой фазы остается еще немало вопросов. С точки зрения построения математических моделей обязателен ее учет, причем не только ликвидации, но и образования в процессе подачи, актуально адекватное описание свойств среды при наличии газа в ЛВД (п. 4.3).