ТОПЛИВОПОДАЧА В ДИЗЕЛЯХ

С помощью топливоподающей аппаратуры топливо подается в цилиндр дизеля, распиливается и частично распределяется по объему камеры сгорания. Поэтому качество работы топливоподающей аппаратуры существенно влияет на процессы смесеобразования, сгорания, показатели рабочего цикла, мощностные, топливные и износные показатели дизеля.

Эффективное протекание рабочего процесса в цилиндре дизеля с учетом режимов его работы достигается при правильном дозировании, своевременной подаче топлива насосом высокого давления, хорошем качестве распыливания и необходимом распределении топлива по камере сгорания.

Важные конструктивные и эксплуатационные показатели отдельных агрегатов и в целом топливоподающей аппаратуры – это габарит, масса, стоимость изготовления, а также удобство регулирования, обслуживания и ремонта. Получение оптимальных характеристик и фаз впрыскивания, создание идентичной подачи топлива во всех циклах и во все цилиндры на разных скоростных и нагрузочных режимах дизеля, достижение максимально длительной работы топливоподающей аппаратуры без изменения установочных начальных регулировок характеризуют качество изготовления и эксплуатационную надежность аппаратуры.

На тракторных, автомобильных и комбайновых дизелях применяют в основном топливоподающую аппаратуру разделенного типа, когда насос высокого давления и форсунки конструктивно выполнены отдельно и соединяются между собой топливопроводами высокого давления.

На некоторых автомобильных и стационарных дизелях (143–204 и ЯМЗ–206) применяют топливоподающую аппаратуру неразделенного типа, когда насос и форсунка объединены в одной сборочной единице (насос–форсунка).

Топливоподающая аппаратура должна подавать за цикл необходимое количество топлива с учетом изменяющихся скоростных, и нагрузочных режимов работы при требуемой идентичности протекания процессов топливоподачи от цикла к циклу и по всем цилиндрам двигателя.

В процессе работы форсунки происходит приработка и некоторое изнашивание нагруженных торцовых поверхностей деталей, что приводит к изменению начального установочного давления начала подъема иглы форсунки и ухудшению показателей топливоподачи. При уменьшении давления начала подъема иглы форсунки увеличиваются угол опережения и продолжительность впрыскивания топлива, интенсифицируется нагароотложение в распылителе форсунки. Поэтому при эксплуатации дизелей необходимо периодически (в регламентированные правилами технического обслуживания сроки) проверять и регулировать давление начала подъема иглы форсунки.

Ранее, в главе 3, было установлено влияние цикловых параметров и на эффективный крутящий момент М_к, характеризующий динамические качества двигателя. Так как эффективный КПД максимален в рабочем диапазоне скоростных режимов, то изменение М_к в условиях скоростной характеристики в основном зависит от характера, изменения. .Кривые, показывающие закономерности изменения цикловой подачи топлива от частоты вращения кулачкового вала топливного насоса п_к при закрепленной рейке и неизменном давлении начала подъема иглы форсунки, называют скоростными характеристиками подачи топлива. Их определяют при совместной работе топливного насоса высокого давления и форсунки.

Для разделенной топливоподающей аппаратуры тракторных, автомобильных и комбайновых дизелей с регулированием подачи изменением конца впрыскивания при неизменном начале подачи с повышением частоты вращения кулачкового вала топливного насоса цикловая подача возрастает. Это объясняется преобладающим влиянием дросселирования топлива в окнах втулки плунжера по сравнению с влиянием на уменьшение подачи при этом сжимаемости топлива и упругости деталей топливоподающей системы и привода. Таким образом, в рабочем диапазоне скоростных режимов дизеля от п_н до п_Мк.max наблюдается снижение цикловой подачи, т. е. неблагоприятное протекание кривой с точки зрения обеспечения требуемых динамических качеств дизеля.

Для увеличения запаса крутящего момента предусматривается увеличение цикловой подачи топлива на 10...15% по, сравнению с номинальной при уменьшении скоростного режима дизеля от п_н до п_Мк.max за счет применения корректирующих устройств.

Характеристики подачи корректируют увеличением активного хода плунжера S_а или за счет роста коэффициента подачи: п_н ,так как .

Например, в топливном насосе дизеля ЯМЗ–238 НБ устанавливают механический корректор, позволяющий дополнительно перемещать рейку насоса в сторону увеличения подачи топлива по мере уменьшения частоты вращения кулачкового вала насоса. В топливном насосе дизеля ЯМЗ–240 характеристики подачи топлива корректируют изменением коэффициента подачи п_н с помощью специального нагнетательного клапана–корректора. Подробное устройство корректоров разных типов топливных насосов рассматривается при изучении конструкции тракторов и автомобилей.

В качестве примера на рисунке 5.2 [2] приведены скоростные характеристики подачи для топливоподающей аппаратуры дизелей ЯМЗ–240 без коррекции и с коррекцией подачи. При положении рейки топливного насоса, соответствующем полной подаче (кривая 1), с ростом частоты вращения кулачкового вала (п_к) увеличивается незначительно. При частичной подаче (кривая 2) с ростом п_к увеличивается в большей степени, чем приполной подаче, так как в этом случае давление в системе ниже и соответственно уменьшается влияние сжимаемости топлива на цикловую подачу. Дросселирование в окнах втулки плунжера с увеличением п_к возрастает. Для скоростных характеристик, приведенных на рисунке 5.2, характерно пологое протекание кривой крутящего момента дизеля M_K=f(n). При этом коэффициент приспособляемости [ = 1,05...1,08.]

Рисунок 5.2. Зависимость цикловой подачи топлива от скоростного режима для топливоподающей аппаратуры дизелей ЯМЗ–240

На рисунке 5.2 линиями 1' и 2' показаны зависимости цикловой подачи топлива от частоты вращения кулачкового вала насосапри действии корректора (нагнетательного клапана–корректора).В результате корректирующего действия клапана–корректора максимальная подача превышает ее номинальное значение на скоростном режиме п_к =1050 об/мин на 4,5% (кривая 1'). При этом на частичной подаче (кривая 2') за счет коррекции с понижением п_к цикловая подача в области минимальнойчастоты вращения холостого хода ( ) несколько возрастает, чем достигается более устойчивая работа дизеля на холостом ходу.

Работу топливоподающей аппаратуры оценивают также по изменению цикловой подачи топлива в зависимости от положения регулирующего органа насоса, например рейки топливного насоса.При этом получают зависимость цикловой подачи топливаот положения регулирующего органа насоса при постоянной частоте вращения кулачкового вала топливного насоса и неизменном давлении начала подъема иглы форсунки. Для оценки работы топливоподающей аппаратуры определяют также характеристики по давлению начала подъема иглы форсунки, показывающие закономерности изменения цикловой подачи топлива от давления начала подъема иглы форсунки при постоянной частоте вращения кулачкового вала и неизменном положении рейки топливного насоса.

На основании этих характеристик устанавливают ход рейки топливного насоса, при котором достигаются максимальная и минимальная подачи топлива, а также определяют влияние давления начала подъема иглы форсунки на цикловую подачу топлива, что важно учитывать при настройке и регулировке топливоподающей аппаратуры.

Воздухообеспечение дизеля.

Конструктивные параметры и показатели работы системы питания дизеля воздухом влияют на наполнение цилиндров воздухом, а значит, на индикаторные и эффективные показатели его работы. Воздухообеспечение дизеля обусловливает не только его мощностные показатели и топливную экономичность,; но и износостойкость основных сопряжений цилиндропоршневой группы и кривошипно–шатунного механизма. При повышении сопротивления воздушного тракта в связи с загрязнением воздухоочистителя наряду с уменьшением наполнения цилиндров и ухудшением протекания рабочего процесса в дизеле в цилиндры будет поступать воздух с повышенным содержанием пыли, что вызовет форсированное изнашивание основных сопряжений.

На тракторных и комбайновых дизелях для очистки воздуха применяют в основном комбинированные системы воздухоочистки. Наиболее распространена инерционно–масляная система, включающая такие последовательно работающие ступени очистки: инерционно–центробежную, инерционно–масляную, смачиваемые и сухие фильтрующие кассеты. Для дизелей более совершенная система очистки воздуха – сухая при следующей работе ее ступеней: инерционно–центробежная, основной и предохранительный фильтр–патроны.

Систему воздухоподачи (очистки воздуха) выбирают с учетом области применения трактора, автомобиля или комбайна, характерного типа загрязнений и уровня их концентрации. Для условий работы сельскохозяйственного трактора наиболее эффективная очистка воздуха от пыли и половы достигается с помощью сухих бумажных воздухоочистителей.

Системы очистки воздуха независимо от их типа оценивают следующими показателями: эффективностью очистки, гидравлическим сопротивлением, пылеемкостью, трудоемкостью технического обслуживания и удельными показателями.

В соответствии с ГОСТ 8002–74 эффективность очистки характеризуется коэффициентом пропуска пыли е, который представляет собой отношение запыленности воздуха на выходе из воздухоочистителя к запыленности воздуха на входе в него:

Средний коэффициент пропуска пыли представляет собой* среднюю арифметическую величину коэффициентов пропуска, полученных при определении продолжительности работы воздухоочистителя до допустимого значения сопротивления .

Масса пыли, поступившей в воздухоочиститель, и запыленность воздуха на входе в него связаны между собой следующей зависимостью:

,

где V_B – номинальный расход воздуха двигателей, м³/ч; – время работы воздухоочистителя, ч.

Между коэффициентом очистки, который выражает в процентах количество задержанной пыли М₂ от общего количества иступившей в воздухоочиститель М₁, и коэффициентом пропуска пыли существует следующая зависимость:

– масса пыли, пропущенная воздухоочистителем ( ).

Совершенство системы очистки воздуха по эффективности; пылеулавливания оценивают общими или фракционными коэффициентами пропуска (очистки). Общим коэффициентом пропуска (очистки) учитывают только отношение масс поданной, задержанной и пропущенной полидисперсной пыли. Фракционные коэффициенты показывают отношение количества пыли данной фракции, пропущенной (уловленной) воздухоочистителям, к количеству полидисперсной исходной пыли данной фракции. Если распределение частиц пыли по размерам подчиняется логарифмически нормальному распределению, то дисперсный состав пыли, пропущенной воздухоочистителем, зависит только от дисперсного состава исходной пыли и коэффициента пропуска [7].

Сопротивление комбинированной системы очистки воздуха складывается из сопротивлений ее отдельных элементов, и начальные гидравлические потери системы можно определить па формуле:

где – гидравлические потери предварительной ступени очистки; – потери в элементах основного фильтра; – потери в трубопроводах.

Для воздухоочистителей тракторных дизелей =1000Па в случае применения моноциклона или инерционной решетки и =3000 Па – для мультициклона.

При работе фильтрующего элемента сухого типа его сопротивление возрастает по мере увеличения на его поверхности слоя пыли. Сопротивление фильтрующего элемента наиболее правильно оценивается отношение /и, где и – скорость набегающего потока перед фильтрующим патроном. Для разных марок картона, применяемых в фильтр–патронах отечественных и зарубежных воздухоочистителей, это отношение составляет от 0,2 до 1,2.

Потери давления в трубопроводах системы очистки воздуха обычно пропорциональны четвертой степени их диаметра.

Значение суммарного сопротивления системы очистки воздуха позволяет оценить ее совершенство с учетом гидравлических потерь во всех элементах. Чем меньше , тем больше возможная наработка воздухоочистителя до достижения предельно допустимого сопротивления.

Способность воздухоочистителя поглощать определенное количество пыли до достижения им предельно допустимого значения сопротивления или ухудшения эффективности очистки ниже принятых значений называют пылеемкостью воздухоочистителя. Пылеемкость можно оценить по суммарной массе пыли, уловленной отдельными ступенями или воздухоочистителем в целом (М_п), или по времени наработки ( ) при определенном значении запыленности воздуха на входе в воздухоочиститель ( ). Эти показатели связаны между собой зависимостью:

При заданном допустимом значении суммарная масса уловленной пыли М_п или наработка будет зависеть от суммарного (начального) гидравлического сопротивления и интенсивности увеличения сопротивления фильтрующих элементов .

Пылеемкость комбинированного инерционно–масляного воздухоочистителя с предварительной ступенью очистки в виде моноциклона:

,

Где – масса пыли, задержанная предварительной ступенью; – масса масла в поддоне воздухоочистителя; = 1,5... 1,7– коэффициент использования масла; – гидравлическое сопротивление моноциклона; – начальное гидравлическое сопротивление инерционно–масляной ступени.

Для сухих воздухоочистителей определяют также общую пылеемкость, включающую п продувок (циклов) фильтр–патрона до его полной замены.

Из опыта эксплуатации следует, что оптимальная продолжительность работы воздухоочистителей без технического обслуживания фильтр–патрона составляет соответственно для грузовых 2,5 тыс. и легковых автомобилей 5...20 тыс. км пробега; для колесных и гусеничных сельскохозяйственных тракторов – соответственно 500 и 600 моточасов [7].

Продолжительность работы фильтр–патрона до технического обслуживания можно увеличить за счет более эффективной предварительной очистки. Однако при этом увеличиваются габариты и стоимость воздухоочистителя.

Размещение системы очистки воздуха на тракторе или автомобиле зависит от ее объема. Эффективность использования объемавоздухоочистителя (компактности конструкции) оценивают на основе определения его удельной производительности , характеризующей количество воздуха , проходящегочерез единицу общего объема всей системы очистки или отдельных ее ступеней

,

где ; – расход воздуха на систему эжекции.

Основной критерий совершенства конструкции воздухоочистителя и всей системы очистки воздуха – показатель удельнойпылеемкости воздухоочистителя в сборе или отдельно фильтр–патрона , где – активная поверхность фильтрующей шторы.

Показатели работы предварительной ступени очистки инерционного типа можно характеризовать коэффициентом:

.

Чем больше значение , тем совершеннее данная ступень очистки.

На пылеемкость сухого воздухоочистителя и его габариты влияет принятая удельная воздушная нагрузка q_ф.п на фильтр–патрон, или скорость воздуха, проходящего через него.

Технические требования на отечественные воздухоочистители с фильтр–патронами тракторных и комбайновых двигателей регламентированы ГОСТ 12627–80, в котором нормированы следующие основные показатели работы при испытании по методике ГОСТ 8002–74: общий коэффициент пропуска пыли в воздухоочистителя в сборе должен быть не более 0,2%; начальное гидравлическое сопротивление для воздухоочистителей с предварительной ступенью очистки мультициклоном– 4000 Па, с предварительной очисткой моноциклоном –2500Па; наработка воздухоочистителя до первого технического обслуживания для гусеничных тракторов при = l г/м³ допустимого значения сопротивления 12 ч для дизелей без наддува и 8 ч для дизелей с наддувом; допустимое сопротивление воздухоочистителя для всех дизелей =7000 Па.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анилович В.Я., Водолажченко Ю.Т. Конструирование и расчет сельскохозяйственных тракторов: Справочник. М.: Машиностроение, 1976. 455 с.

2. Барский И.Б. Конструирование и расчет тракторов. М.: Машиностроение, 1980. 335 с.

3. Волков Ю.П., Ролле В.Е., Самойлов А. Д. Ходовая часть транспортных гусеничных машин. Часть 1. Гусеничный движитель. СПб., 1995. 114 с.

4. Гусеничные транспортеры–тягачи / Под ред. В.Ф. Платонова. М.: Машиностроение, 1978. 352 с.

5. Красненьков В. И., Вашец А.Д. Проектирование планетарных механизмов транспортных машин. М.: Машиностроение, 1986. 272 с.

6. Лукин П.П., Гаспарянц Г.А., Родионов В.Ф. Конструирование и расчет автомобиля. М.: Машиностроение. 1984. 376 с.

7. Машиностроение. Энциклопедия. Колесные и гусеничные машины. Т. IV–15/ В.Ф. Платонов, B.C. Азаев, Е.Б. Александров и др.; под общ. ред. В.Ф. Платонова. М.: Машиностроение, 1997. 688 с.