на мобилу / Б13

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).

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

При отсечке подачи в ТПА непосредственного действия возникают интенсивные волновые процессы в линии низкого давления. Пульсации давления в ней достигают 10 МПа, происходит разогрев топлива, особенно при малых gц. Кроме отсечки имеются и более слабые источники возмущений: действие поршневого подкачивающего насоса; выталкивание топлива через впускные окна в начале движения плунжера. Волновые явления могут нарушать наполнение надплунжерного пространства. Пары топлива и воздух, выделяющийся при разрыве потока, способствуют кавитационному изнашиванию деталей ТНВД. Для устранения этих явлений разделяют впускную и отсечную полости, применяют поршневые демпферы, дроссели и клапаны, увеличивают объем полостей и т.д.