Определение основных размеров секции ТНВД и форсунки

Топливный насос. Определение основных размеров топливного насоса сводится к расчету диаметра и хода плунжера. Для выявления искомых зависимостей необходимо предварительно проанализировать элементы процесса подачи топлива насосом золотникового типа (рис. 6.16). Подъем плунжера можно расчленить на три периода.

Рис. 6.16. Объемы насосной секции

При подъеме плунжера от нижней мертвой точки до перекрытия впускного окна в гильзе теоретически нагнетания не происходит. Первому периоду хода плунжера (от НМТ до начала нагнетания) соответствует объем насоса ?VП. При дальнейшем подъеме плунжера давление в системе повышается, нагнетательный клапан поднимается и топливо по топливопроводу высо-

кого давления нагнетается в форсунку.

Процесс нагнетания теоретически происходит до тех пор, пока плунжер не достигает положения, при котором окно в гильзе начинает открываться. Второй период подъема плунжера (период нагнетания) определяется величиной активного хода плунжера, а соответствующий ему теоретически впрыскиваемый объем топлива составляет V_А.

Дальнейший ход плунжера до верхней мертвой точки (перепуск) затрачивается на перепуск топлива из надплунжерного пространства в топливоподающий канал. Третьему периоду хода плунжера соответствует объем насоса ?V_В.

Таким образом, полный объем секции насоса будет составлять:

.

Во время нагнетания вследствие повышения давления в топливоподающей системе происходит сжатие топлива и некоторое сокращение его объема на величину DV₁.

Повышение давления вызывает также незначительную деформацию топливопроводов, объем которых из-за расширения увеличивается на величину DV₂.

При нагнетании происходит незначительная утечка топлива из надплунжерного пространства в топливоподающий канал. Эта утечка компенсируется добавочным объемом DV₃.

Необходимо также учесть, что с повышением оборотов фактическое повышение давления начинается несколько раньше перекрытия плунжером впускного окна гильзы. Это соответствует увеличению объема впрыскиваемого топлива на величину DV^'. В момент отсечки нагнетание полностью не прекращается. Оно продолжается еще некоторую часть хода плунжера из-за дросселирующего влияния малых перепускных сечений окна в начале перепуска. Для этого необходим добавочный объем впрыскиваемого топлива DV ".

Таким образом, фактический объем впрыскиваемого топлива составляет:

.

Отношение фактического объема и впрыскиваемого топлива к теоретическому объему называют коэффициентом подачи насоса:

.

Из выражения следует, что . Подставив полученное значение в уравнение для объема насосной секции, имеем:

.

Для насосов золотникового типа и

.

Следовательно,

,

откуда:

.

Объем топлива, впрыскиваемый в цилиндр двигателя за один цикл, может быть определен по выражению:

,

где k – коэффициент, учитывающий увеличение подачи топлива насосом вследствие перегрузки двигателя (принимается равным 1.25–1.3);

g_e – удельный расход топлива;

N_e – мощность двигателя;

τ – число тактов рабочего процесса;

i – число цилиндров двигателя;

п – число оборотов двигателя;

ρ_Т – удельный вес топлива.

Основные размеры насоса определяются из равенства:

,

где d_ПЛ – диаметр плунжера насоса;

S_ПЛ – ход плунжера насоса.

Отношение хода плунжера к диаметру у насосов составляет:

.

Плунжер и гильза являются прецизионной парой, и поэтому их размеры стандартизованы (табл.).

Соотношение диаметра плунжера и его хода

Диаметр плунжера, при выбранном его ходе, определяется по формуле:

.

Форсунка. Расчет основных размеров открытой форсунки сводится к определению диаметра отверстий. Число отверстий форсунки назначается в соответствии с принятым способом смесеобразования, формой и размерами камеры сгорания. Диаметр отверстия форсунки находится в зависимости от давления впрыска, продолжительности подачи и количества топлива, впрыскиваемого за цикл.

Количество топлива, впрыскиваемого форсункой за один рабочий ход двигателя, может быть определено по выражению:

.

Если определено количество топлива, впрыскиваемого форсункой за один рабочий ход, проходное сечение отверстий форсунки определяется согласно уравнению расхода:

,

где F_Ф – суммарная площадь всех отверстий форсунки;

ω_Ф – средняя скорость истечения топлива из отверстия форсунки;

t – продолжительность подачи.

Скорость истечения топлива из отверстия форсунки не является постоянной. За период впрыскивания скорость истечения изменяется в зависимости от изменения давления впрыска и противодавления в цилиндре. При выборе размеров форсунки в расчетах принимают среднюю скорость истечения топлива, определяемую по выражению:

,

где η_Ф – коэффициент расхода при истечении топлива из сопловых отверстий ( );

g – ускорение силы тяжести;

γ_Т – удельный вес топлива;

P_Ф – среднее давление впрыска;

P_Г – давление газов в цилиндре в момент впрыска, определяемое при тепловом расчете двигателя.

Площадь отверстий форсунки определяется выражением:

,

где Z – количество отверстий форсунки.

Тогда диаметр отверстия форсунки определится выражением:

.

Определение основных размеров закрытой форсунки – более сложная задача.