книги из ГПНТБ / Махалдиани, В. В. Двигатели внутреннего сгорания с автоматическим регулированием степени сжатия

с установленным в нем дросселем. Давление над серВолоршнѳм падает и поршень, имеете с плунжером насоса, переме­ щается в обратную сторону под воздействием давления топ­ лива, развиваемого вспомогательным інаоосом, подводимом к нижнему торцу плунжера насоса через дополнительный ка­ нал в распределіительном золотнике и обратный клапан, ус­ тановленный в магистрали подвода. Установкой положения 'заслонки дросселя можно регулировать скорость обратного перемещения сервопоршня вместе с плунжером насоса и, тем самым, определять объем топлива, нагнетаемого в тече­ ние следующего цикла работы дизеля.

Описанный способ впрыска топлива позволяет изменять как скорость, так и продолжительность впрыска путем регу­ лирования параметров, определяющих настройку топливной системы:

а) Изменением давления топлива, развиваемом вспо­ могательным топливным насосом;

б) Изменением формы прорезей на поверхности распре­ делительного золотника, регулируя тем самым за­ кон подвода топлива из аккумулятора в сервоцилиндр;

с) изменением скорости перемещения Н-образного рас­ пределительного золотника, путем регулирования площади проходного сечения отверстия перед уп­ равляющим плунжером в насос-форсунке.

С помощью двух лысок, имеющихся на поверхности рас­ пределительного золотника у края кромки, осуществляющей управление поступлением топлива в сервоцилиндр, можно добиться такого закона перемещения сервопоршня и плун­ жера насоса, что впрыск топлива будет производиться с постепенно нарастающей скоростью. Наличие небольшого отверстия в распределительном золотнике позволяет осу­ ществить предварительный впрыск небольшого количества топлива до полного открытия распределительной щели зо­ лотника, обеспечивающего впрыск основной порции топли­ ва. Регулирование площади проходного сечения этого отшерстия определяет количество предварительно впрыснутого топлива.

180

Таким образом, рассмотренная система впрьюка топли­ ва характеризуется широкими возможностями для опериро­ вания параметрами, определяющими харктер поступления топлива в цилиндр. Отсутствие механической связи для при­ вода элементов топливного насоса также выгодно отличают данную систему от обычной системы питания дизеля. В BJCERJ описанный принцип подачи топлива реализован в системе «Mark-1», предназначенной для работы на дизеле с диаметром цилиндра свыше £>ц —100 мм и «Mark-2» для двигателей меньших размеров, и с высоким числом оборотов. На рис. 92 показана принципиальная схема системы

6

5

Рис. 92. Схема системы подачи топлива BJCERJ «Mark— Ь : 1—топ­

«.Mark-1», использованной при испытаниях дизеля Мирлесс

а — аккумулятор давления при производительности форсунки 600 мм3/цикл; b — распределительный золотник; с —насос- форсунка, с максимальной производительностью 600 мм'Ңцикл; d-дроссель.

Конструктивное оформление системы «Mark-2» несколь­ ко отличается от системы «Mark-1» хотя принцип у обоих систем одинаков. В системе «Mark-2» вспомогательный топ­ ливный насос, вместе с перепускным клапаном, аккумулятор

181

давления, распределительный золотник и дроссель выполне­ ны как один агрегат и объединены в т. н. сервонасос, вслед­ ствие чего обеспечена лучшая компактность, по сравнению с системой «Mark-1» [28].

Испытания, проводимые фирмой «Континенталь», на ди­ зелях с ПАРСС, также включали работу по части опреде­ ления оптимальных условий для организации топливопода­ чи [24].

Исследования проводиліись на трех одноцилиндровых двигателях с ПАРСС при использовании двух различных типов топливных насосов: топливного насоса PSB распреде­ лительного типа и плунжерного насоса АРЕ—ВВ. Испыта­ ния показали, что система для впрыска топлива оо стандарт­ ной регулировкой обеспечивает нормальное протекание ра­ бочего процесса при удельной мощности 42,5 л. с./л. В этом случае в топливном насосе установлены плунжера с диамет­ ром 11 мм, а впрыскивающая форсунка имеет 7 отверстий с диаметром 0,276 мм,

С прибавлением мощности наблюдается увеличение давления и скорости впрыска, растягивание периода впрыска и значительное возрастание жесткости работы дизеля. Уве­ личение удельной мощности дизеля до 60 л. с./л потребова­ ло внесения изменений в топливной аппаратуре, используе­ мой на стандартном двигателе с мощностью 550 л. с-.

Рост общего количества топлива, расходуемого в этом случае за единицу времени, по сравнению оо стандартным двигателем, требует применения топливного насоса большей производительности и установки форсунок с увеличенной площадью проходного сечения отверстий сопла. При испы­ таниях двигателя с удельной мощностью 61 л. с./л в топлив­ ном насосе были использованы плунжерные пары диаметром 12 мм, а количество отверстий сопла форсунки было дове­

ром 0,35 мм, вместо отверстий диаметром 0,276 мм.

Рост скорости нарастания давления в цилиндре ограни­ чивался изменением закона впрыска за счет изменения про­ филя кулачка и ограничения скорости подъема плунжера

183

'Н асоса. На рис. 94 доказаны отрасти перемещения плунже­ ра для трех различных кулачков, использовэнных в данных экспериментах, а на рис. 95 — изменение скорости подачи

Рис. 94. Скорость перемещения плунжера топливного насоса для трех различных кулачков, примененных при испытаниях дизеля AVCR-1100 с ГТАРСС.

•н t f

впрыска при наличии плунжерных пар различного диа­ метра: 1—плунжерная пара Ф 11 м м ; 2—плунжерная пара Ф 12 м м ; 3—плунжерная пара Ф 13 м м .

184

топлива в течение впрыска при наличии плунжерных пар раз­ личного диаметра. В материалах, освещающих данные ис­ пытания, указывается, что найлучший результат был достиг­ нут при использовании топливного насоса модели PSB — 12 СТ, с плунжерами диаметром 13 мм и при помощи фор­ сунок с 8 отверстиями, диаметром 0,35 мм с охлаждением, сопла (рис. 96). Такие форсунки обеспечили безотказнуюработу на протяжении 500 часов [24].

Ох

г о п / 7 1 / £ п

м

Рис. 96. Конструкции форсунок, применяемых при испытаниях дизеля AVCR-11C0 с ПАРСС.

Следует отметить, что ограничения со стороны задерж­ ки периода самовоспламенения и скорости нарастания дав­ ления в цилиндре в испытаниях фирмы «Континенталь» бы­ ли менее ощутимыми, чем в испытаниях BJCERJ, хотя степень форсирования двигателей в последнем была более низкой. Это, очевидно, можно объяснить положительным влиянием качества используемого топлива, так как иопыта-

185

'кия BJCERJ проводились на газолине е октановым числом 18—22, в то время ка:к фирма «Континенталь» использовала выоококачѳствѳн;ное дизельное топливо с цетановым числом, превышающим 40 [35].

В работе, проведанной на дизеле 1ЧН 36/45 оснащенном ПАРСС, некоторое освещение получил вопрос определения оптимального угла опережения впрыска. Испытания дизеля при изменении угла опережения подачи топлива показали, что в отличие от дизеля с e=oonst, в двигателе с ПАРСС существует оптимальный угол начала впрыска, который сох­ раняется практически постоянным на всех режимах работы дизеля, независимо от изменения ре и pk. Увеличение угла опережения подачи топлива приводит к повышению значения степени нарастания давления и к снижению действительной степени сжатия. При постоянном угле подачи топлива и по­ стоянной мощности, изменение давления наддува приводит к автоматическому изменению степени сжатия с сохранением практически постоянными значений рс и рг, а следовательно и X.

В проведенных испытаниях, при настройке поршня на рг —

ных дизелей, работающих при пониженных значениях сте­ пени сжатия, можно сделать следующие выводы относитель­ но вопроса организации толливоподачіи в двигателях с ПАРСС: при значениях степени сжатия меньше 12 и при на­ грузке, превышающей ре =20 кГ/см2, работа дизеля харак­ теризуется снижением температуры цикла в ионце такта сжа­ тия, в результате чего имеет место резкое ухудшение условий для нормального протекания процесса воспламенения топ­ лива из-за увеличения периода задержки самовоспламене­ ния и скорости нарастания давления, приводящих к недо­ пустимо жесткой работе дизеля. Устранение подобных явле-

185

ifий возможно посредством проведения ряда мероприятий, из которых наиболее эффективными 'являются увеличение площади проходного сечения отверстий сопла форсунки, впрыск небольшой части топлива ів поступающий в цилиндр воздух, наличие небольшого 'Предварительного впрыска не­ задолго до подачи основной порции топлива, изменение за­ кона подачи топлива путем изменения профиля кулачка то­ пливного насоса или за счет введения регулируемого впрыс­ ка с уменьшенной скоростью подачи топлива в начальной фазе впрыска и с последующим увеличением скорости впрыска.

Дизели с ПАРСС при работе с полной нагрузкой тре­ буют меньший период продолжительности вирыока топли­ ва, по сравнению с дизелем с постоянной степенью сжатия; Каждому дизелю с ПАРСС соответствует овой опти­ мальный угол опережения впрыска, величина которого за­ висит от значения максимального давления сгорания в ци­ линдре и которая остается практически постоянной на всех режимах нагрузки. Изменение скоростного режима дизеля требует регулирования оптимального угла опережения

впрыска.

§ 10. Расчет параметров турбопоршневого двигателя при различных степенях сжатия

Одним из путей снижения максим альнаго давления сго­ рания в цилиндре двигателя с наддувом, как об этом было оказано выше является уменьшение степени сжатия с одно­ временным уменьшением угла опережения впрыска топ­ лива.

Это позволяет при ограниченном максимальном давле­ ний сгорания сохранить примерно постоянным степень по­ вышения давления при сгорании I и тем самым избежать ухудшения экономичности двигателя. Однако снижение сте­ пени сжатия и уменьшение угла опережения впрыска топли­ ва приводят к растягиванию процесса сгорания и перено­ су его большей части на линию расширения. Поэтому с уве­ личением наддува и ограниченном рг повышается тепловая

напряженность деталей двигателя и особенно его поршня.

187

Для снижения тепловой напряженности деталей двигателя необходимо вводилъ мероприятия, которые снижают темпе­ ратурный уровень рабочего цикла двигателя. Одним из та­ ких мероприятий являетоя увеличение а с повышением дав­ ления наддува. Минимальное значение а при наддуве опре­ деляется допустимой температурой деталей двигателя іи мак­ симальным давлением сгорания. На температурный уровень рабочего цикла двигателя заметное влияние оказывает так­ же продувка камеры сгорания. У четырехтактных двигате­ лей улучшение продувки камеры сгордния осуществляется путем увеличения фазы перекрытия клапанов. С повышением давления наддува необходимо увеличивать фазы перекрытия клапанов. Продувочный воздух снижает температуру порш­ ня и других деталей, улучшает очистку цилиндра от остаточ­ ных газов и следовательно, приводит к увеличению коэффи­ циента наполнения. Одним из наиболее рациональных меро­ приятий, снижающих температурный уровень рабочего цикла двигателя с наддувом является промежуточное охлаждение воздуха после компреаоора. При охлаждении нагнетаемого воздуха снижается начальная температура цикла, что умень­ шает среднюю температуру всего цикла и соответственно деталей двигателя. Понижение температуры поступающего в цилиндр воздуха обусловливает увеличение массового напол­ нения цилиндра, и следовательно, мощности двигателя. С увеличением давления наддува эффективность промежуточ­ ного охлаждения воздуха возрастает. Таким образом, сте­ пень наддува ограничивается допустимой механической и тепловой напряженностью деталей двигателя. Поэтому для двигателя с наддувом необходимо вводить комплекс меро­ приятий, способствующих снижению механической и тепло­ вой напряженіиости двигателя в допустимых пределах. Эф­ фективность перечисленных мероприятий для коніюретнаго двигателя может быть определена путем расчета. В насто­ ящее время существует ряд методик для расчета основных параметров двигателя с применением цифровых вычисли­ тельных машин, основанных «а эмпирических или полуэмпіиріичеаких связях вводимых в расчет, полученных путем непосредственного эксперимента на двигателе. Одной из таких методик, которая отражает особенности расчета па­

188

раметров двигателя с наддувом является методика, разра­ ботанная в НИИД. По этой методике определяются удель­ ные параметры двигателя, отнесенные к 1 литру рабочего объема. Методика расчета составлена применительно к об­ щему случаю комбинированной двухступенчатой схемы'над­ дува со свободным турбокомпрессором ів первой ступени «аддува и с приводным нагнетателем — во второй; пред­ полагается, что после второй ступени наддува имеется ра­ диатор для охлаждения воздуха, поступающего в цилиндр двигателя. Методика применима также для расчета пара­ метров турбопорнгнѳвого двигателя с одноступенчатым над­ дувом при свободном турбокомпрессоре или приводном на­ гнетателе. Расчеты по этой методике базируются на изве­ стных уравнениях связи параметров рабочего процесса турбопоршневого двигателя и обобщенных экспериментальных зависимостях по индикаторному процеосу, процессам газо­ обмена и относительным потерям тепла в дизеле, получа­ емых по результатам испытаний двигателей — прототипов. Анализ результатов расчета позволяет определить опти­ мальный уровень наддува и выбрать наиболее целесообраз­ ную схему наддува, обеспечивающую получение заданных характеристик турбоноршншого двигателя. Расчет прово­ дится на электронно-вычислительной машине ;<Минск-22». Вначале проводится расчет параметров для исходного ре­ жима при заданных величинах среднего эффективного дав­ ления турбопоршневаго двигателя, степени повышения дав­ ления в первой и второй ступенях наддува, максимального давления сгорания и числа оборотов дизеля. В дальнейшем по результатам расчета исходного режима определяются параметры на рассматриваемом переменном режиме при заданном изменении степени .повышения давления в пер­ вой ступени наддува, цикловой подачи топлива, числа обо­ ротов дизеля и заданных признаках регулирования тур­ бины, компрессора и угла опережения впрыска топлива. С целью определения оптимальных параметров турбопоршнеівого двигателя при различных степенях сжатия была ис­ пользована упомянутая методика расчета. В работах про­ фессора Д. А. Портнова [14, 15] показано, что при увеличе­ нии степени сжатия дизеля и неограниченной величине мак-

189