книги из ГПНТБ / Теория двигателей внутреннего сгорания. Рабочие процессы учебник

получается выше при большей площади сечения /п и увеличении скорости перемещения плунжера dh/dy, а также при уменьшении объемов сжатия FCJK и коэффициента сжимаемости применяемого топлива а. Давление у насоса к концу этого периода совершенно не зависит от работы и параметров топливовпрыскивающей фор­ сунки. Для повышения давления рн3 следует уменьшать величину объемов полости нагнетания VCiK. Для топливоподающей аппа­ ратуры современных дизелей при относительной длине трубопро­ вода L/S = 4 относительный общий объем нагнетательной полости Усж/Уц = 10-^15. Примерно 60— 70% объема ]/сж прихо­ дится на долю канала в нагнетательном трубопроводе. Возмож­ ность понижения объема 17сж за счет уменьшения диаметра нагне­ тательного канала ограничена вследствие возрастания скорости топлива в трубопроводе и увеличения потерь от гидравлического сопротивления. Для современных систем топливоподачи харак­ терно отношение /п//т = 25 -н35, при котором средняя скорость

скорость изменения давления в системе определяется перемеще­ нием плунжера в насосе и истечением топлива через проходное сечение fx/c распылителя форсунки под действием перепада давле­ ний в форсунке и в цилиндре двигателя рф— рц согласно формуле

риод в формировании импульса давления у насоса полностью от­ сутствует и работа форсунки на величину давления рн совершенно не влияет. При 0 > 6 этот период становится основным при ра­ боте топливоподающей аппаратуры. На изменение давления

всистеме в четвертом периоде влияет соотношение fn/\xfc, которое

всуществующих системах топливоподачи обычно имеет величину до 270— 280.

На характер изменения давления в полости форсунки влияет подъем иглы, вызывающий понижение давления вследствие за­ полнения топливом объема Vu, освобождаемого поднимающейся иглой, и далее влияет также соотношение между количеством топлива, вытекающего через сопловые отверстия и поступающего

348

в полость форсунки из трубопровода со скоростью wT. Подъем иглы на основании уравнения движения происходит за период

где т 2, 2тах и /и — масса деталей, движущихся с иглой, макси­ мальный подъем и площадь сечения иглы.

Тогда понижение давления в форсунке от подъема иглы опре­ делится по формуле

где 7сж4 = Нф+ 0,5VT(Лфи/Асрг).

При подъеме иглы форсунки открываются сопловые отверстия распылителя и происходит истечение топлива в цилиндр. В случае баланса между количеством топлива, поступающим к форсунке и вытекающим через распылитель, т. е. при равенстве

импульс давления, созданный у насоса, сохраняет свою форму, достигнув полости форсунки. Это наблюдается при равенстве

Рпз ~ Ркр>где

При относительно большем расходе через распылитель фронт импульса давления становится более пологим. Это происходит при рнз < ркр.

При нарушении баланса в другую сторону, при рн3 > ркр, фронт импульса давления в форсунке становится круче фронта импульса у насоса и вызывает затем дальнейшее повышение давле­ ния у насоса. Следовательно, при уменьшении сечения трубопро­ вода /т с целью уменьшения 1/сж и повышения ри3 следует учи­ тывать противоположное влияние этой меры на изменение давле­ ния в полости форсунки.

Ввыполненных системах топливоподачи отношение /T/(ji/c) =

=8,5 н-10, чему соответствует величина критического давления

ркр >=« 25 н-30 МПа (250— 350 кгс/см2).

Рекомендуется величину рн3 иметь не выше 2,5ркр. Последний, пятый период процесса впрыска, наступает после

начала открытия отсечных окон и практически всегда имеет про­ должительность Дср5 Дфг. Скорость уменьшения давления в этот период зависит от давления к началу периода, т. е. от рн4, а также от длины нагнетательного канала и определяется из выражения

349

В целом высокое давление в нагнетательной полости сохра­ няется в период

Ч>р = Фг + Дф/ + Дф1,

где срг — продолжительность активного хода плунжера при пол­ ностью закрытых окнах во втулке, в град п. кул. в.

Тогда продолжительность впрыска (в град п. кул. в)

в нагнетательной полости, проходного сечения впускных отвер­

следует принимать менее 0,05. Величина df0/dq> определяется по средней величине наклона зависимости /0 (ф) на протяжении последних двух-трех градусов поворота кулачкового валика

3 5 0

При равенстве Дф! «=* Дфп получим

Критерий Р для существующих систем топливоподачи имеет зна­

р/с V 2Ра

ихарактеризует величину отношения между падением давления

враспылителе вследствие сопротивления при средней скорости топлива в распылителе, равной wc = cnfj(\ifc), и давлением

подъема иглы форсунки N = |/Дрс/р0 . Для существующих систем топливоподачи критерий имеет значения N = 0,6 -=-3,5.

Для систем топливоподачи, имеющих 0 << 6, формирование импульса в насосе происходит главным образом в соответствии с выражением (И 1.44), которое может быть преобразовано к виду

и с учетом выражения для критерия Р имеем dp Ь2Р d(f

фГ ’

где Ь2— коэффициент пропорциональности.

Формирование импульса происходит в течение промежутка

в формировании импульса давления становится четвертый период.

351

относительная величина максимального давления впрыска равна

Ро

При вычислении по этой формуле для выражения, заключен­ ного в скобках, не следует назначать отрицательных значений. Коэффициент подачи насоса зависит главным образом от дроссе­ лирования топлива во впускных окнах и сжимаемости в надплун-

В топливных насосах, имеющих окончание процесса впрыска путем остановки плунжера, величину Кн в выражении (III.61) следует принимать равной нулю. В этом случае на коэффициент подачи влияет только дросселирование во впускных окн&х и с ро­ стом оборотов двигателя коэффициент г)н будет расти.

Следовательно, имея значения критериев 0, N, Р, Н и отно­ шения р/с/р/о, по приближенным критериальным зависимостям определяются относительная величина максимального давления впрыска ршах/р0, относительная продолжительность впрыска Фвпр/фг и коэффициент подачи насоса rjH.

На рис. II 1.23 приведены диаграммы процесса впрыска при различных значениях параметра 0.

Критерий N для топливных систем с 0 > 4 н-6 определяет форму диаграмм давления топлива у форсунки и подъема иглы.

352

Для первого типа (рис. Ш.24, а) характерны значения N <7 0,9. На диаграммах давления топлива имеется не менее трех макси­ мумов. Относительное максимальное давление ртах/р0 имеет ве­ личину 1,2— 1,6. Игла не достигает ограничения подъема, при ее перемещении имеется столько же максимумов, сколько и на

Рис. III.24. Диаграммы процесса впрыска топлива при раз­

личных значениях критерия N при 0 = 5

кривой давления. Остаточное давление в трубопроводе, колебания давления после посадки иглы и подвпрыск отсутствуют.

Для второго типа диаграмм (рис. III.24, б) 0,9 < N < 1,6.

достигает ограничителя и остается прижатой к нему не менее 0,2 всего периода впрыска. Остаточное давление и колебания давле­ ния после закрытия иглы невелики.

Третий тип диаграмм (рис. III.24, в) наблюдается при 1,6<С < N < 2,4. При двух максимумах на кривой давления второй зна­ чительно выше первого. Максимальное давление ртах/р0 составляет 1,8— 2,6. Подъем иглы совершается без колебаний. Продолжитель­

ность подъема до упора составляет до 0,8 от общей продолжитель­ ности впрыска. После закрытия иглы происходят интенсивные колебания давления и при N > 2 ,1 они вызывают кратковремен­ ные подвпрыски.

Для четвертого типа диаграмм (рис. II 1.24, г) N > 2 ,4 . Макси­ мальное относительное давление достигает величин ртях/ро > > 2 ,8 . Колебания давления после закрытия иглы велики, вызы­ вают большие дополнительные подъемы иглы, при которых игла может достигать ограничителя подъема, и может быть несколько подвпрысков.

Для получения качественного рабочего процесса двигателя целесообразно иметь диаграммы процесса впрыска третьего типа. При этом полный подъем иглы не вызывает дросселирования потока топлива в щели между седлом и конусом иглы. Распыливание топлива происходит при высоком давлении. Если для номиналь­ ного режима выбрать N 1,5 4-2,2, то по мере снижения частоты вращения его значение уменьшится до 0,5— 0,7.

В целом равенство критериев 0, N, Р и Н для различных си­ стем топливоподачи обеспечивает идентичность относительных диаграмм давления топлива, подъема иглы и характеристики впрыска. Значения критериев изменяются с изменением режима работы двигателя. При уменьшении частоты вращения двигателя в 3,5— 4 раза во столько же раз уменьшается величина N и во столько же раз возрастает 0. Поэтому для расчета ртах1р0 необ­ ходимо применять различные выражения: (III.58), (III.59) или (III.60). В соответствии с данными выражениями уменьшение частоты вращения сопровождается значительным уменьшением

При этом для определения ртах также необходимо использовать различные расчетные выражения. В системе топливоподачи

суменьшением нагрузки происходит снижение давлений впрыска

иизменение вида диаграмм.

При работе двигателя по винтовой характеристике одновре­ менно уменьшаются частота вращения и нагрузка. Вследствие этого уменьшаются все критерии N, Р и 0, так как цикловая подача на режимах по винтовой характеристике снижается быстрее, чем падает частота вращения двигателя. Такое измене­ ние критериев особенно неблагоприятно отражается на вели­ чине ртах и виде диаграммы давления.

Для получения удовлетворительных показателей процесса впрыска на режимах малых подач и оборотов необходимо иметь наиболее высокие значения указанных критериев для номиналь­ ного режима работы двигателя. Это требует при проектировании топливоподающей аппаратуры обеспечить наиболее короткий на-

354

гнетательный трубопровод LT, наименьший объем нагнетательной полости системы Ксж, более высокое отношение /псп/(р,/с). Следо­ вательно, для удовлетворительного протекания процесса впрыска на всех режимах работы дизеля нецелесообразно использовать топливоподающую аппаратуру с большими .запасами производи­ тельности. Большие трудности возникают в организации подачи первой порции при двойном впрыске топлива. Для подачи этой порции также характерны низкие значения 0, Р и N. Следова­ тельно, при уменьшении частоты вращения и дальнейшем умень­ шении N давление в форсунке может оказаться недостаточным для подъема иглы форсунки.

На вид характеристики впрыска влияют условия формирова­ ния импульса давления у насоса, т. е. согласно выражению (II 1.44) объемная скорость вытеснения топлива насосом fndhldср, объем полости сжатия системы Ксж и, кроме того, соотношение между Рнз и рКр. которое определяется отношением /т/(р/с)- Следова­ тельно, менее энергичное начало впрыска можно получить уве­ личением Ксж, а также уменьшением величины fndh/d(p и отноше­ ния у ( р / с). Для последующего периода более энергичного впрыска требуется противоположноеизменение этих факторов. Возмож­ ности значительного изменения характеристики впрыска только за счет изменения профиля кулачка ограничены. Период окон­ чания процесса впрыска и скорость снижения давления зависят главным образом от длины нагнетательного трубопровода. Про­ должительность этого периода имеет величину, равную Aqy, и от общей продолжительности составляет (1/0) 100%. Следовательно, при заданной длине нагнетательного трубопровода практически невозможно снизить длительность этого периода. Сокращение длины нагнетательного канала является почти единственным средством для уменьшения периода вялого окончания впрыска.

Применение в дизеле топлив легких фракций, обладающих по­ вышенными коэффициентами сжимаемости и меньшей плотностью, уменьшает 0, Р, Н и незначительно N. При этом происходят уменьшение давления впрыска, уменьшение коэффициента по­ дачи, возрастание продолжительности впрыска и увеличение запаздывания момента начала впрыска. Конструкция топливной аппаратуры должна иметь возможность скомпенсировать изме­ нения этих показателей процесса впрыска путем увеличения активного хода плунжера и большего опережения начала впрыска. Вид скоростной характеристики топливоподающей аппаратуры определяется изменением коэффициента подачи т)н в соответствии с выражением (III.61). Желательным является уменьшение цикло­ вой подачи с повышением частоты вращения. Для, этого необ­ ходимо согласно выражению (III.61) уменьшить влияние дроссе­ лирования топлива во впускных отверстиях путем увеличения их проходного сечения, увеличить роль сжимаемости топлива в надплунжерном пространстве насоса до нагнетательного клапана путем относительного увеличения объема Va/VCK, не увеличивая

Vcx, или согласно (III.54) обеспечить изменение величины кри­ терия Н применением корректирующего нагнетательного кла­ пана.

§ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ТОПЛИВОПОДАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ ДИЗЕЛЕЙ

При определении основных параметров топливоподающей аппаратуры учитываются следующие данные дизеля: мощность двигателя Ne в кВт; частота вращения коленчатого вала п в об/мин; число цилиндров г; диаметр цилиндра и ход поршня D и S в м; степень сжатия е; удельный эффективный расход топлива ge в кг/(кВт-ч); тактность и тип камеры сгорания; свойства при­ меняемого топлива: плотность рт, теплотворность QH, коэффициент сжимаемости а ; длина нагнетательного канала LTс учетом компо­ новки топливного насоса на дизеле.

Далее определяются величины среднего эффективного давле­ ния ре, средней скорости поршня ст, давления наддува рк, цикло­ вой подачи для номинального режима gц, выбирается величина отношения полного хода плунжера к рабочему т1 = hlhr = 1,5 н-3, где большие значения относятся к топливным насосам золотни­ кового типа; отношение полного хода плунжера к его диаметру k — h/dn = 0,8-н2, где большие значения относятся к топливным насосам средне- и малооборотных дизелей; коэффициент подачи для номинального режима т]н = 0,7 -=-0,9; вычисляется диаметр

плунжера насоса

356

где рв и Т — давление и температура воздуха в цилиндре в мо­ мент начала впрыска.

При отсутствии данных для расчета периода задержки воспла­ менения продолжительность впрыска приближенно определяется по формуле

18

Ф в п р

По формулам (III.40), (III.39) и (III.56) вычисляются Дф,, 0,

отношение фьпр/фг, определяется'величина фг и средняя скорость движения плунжера за период впрыска

Яцб«„

ПР т / п Ф г И н

выбирается величина критерия N в пределах 1,8—2,6, где боль­ шие значения относятся к двигателям с наддувом.

Определяется давление начала подъема иглы форсунки

Ро ~ kzpz,

где k 2 — коэффициент пропорциональности, принимаемый при­ ближенно равным величине критерия N; рг — величина макси­ мального давления сгорания, определяемая по формуле

рг (30 -г- 40) -ф (5 -f- 6) ре.

Далее вычисляется суммарное эффективное сечение сопловых

зависящим от типа камеры сгорания и интенсивности завихрения воздушного заряда (см. рис. III.11), определяется диаметр со­ пловых отверстий

Диаметр сопловых отверстий распылителей существующих ди­ зелей имеет величину в пределах 0,25— 1,00 мм. Определяется общий объем полости нагнетания Усж и вычисляется критерий Р по формуле (III.52).

Так, для топливоподающей аппаратуры, имеющей относитель­ ную длину нагнетательного канала LT/S = 4, объем Усж может быть вычислен с учетом соотношения Vcx/Vr = 8 -т-15. Далее, используя выражения (III.58)— (III.60) в зависимости от 0, определяют отношения ртах/р 0 и затем величину ршах.

Величины ртах и dc затем уточняются, чтобы обеспечить соот­ ветствие дальнобойности топливного факела за время т< размерам

3§7