Меню раздела

Параметры топливоподачи


Рассмотрим основные параметры топливоподачи в дизелях. Цикловая подача топлива-количество топлива, подаваемого через форсунку за цикл рабочего процесса двигателя. Из уравнения баланса, где 0ц-в г; х-число цилиндров; т-тактность; и-частота вращения коленчатого вала, об/мин.
Характеристика впрыскивания (закон подачи топлива). Интегральный закон подачи-зависимость от времени количества топлива, поступившего в цилиндр через распылитель форсунки в период от начала впрыскивания до данного момента. Дифференциальный закон подачи-зависимость от времени мгновенного расхода топлива через распылитель. Типичный вид кривых, характеризующих закон подачи топлива, представлен на рис. 112. Могут рассматриваться как массовые, так и объемные законы подачи, относящиеся и ко времени, и к углу поворота кулачкового вала.
Интегральный закон подачи дТ (ср) связан с дифференциальным 6Т (Ф):
где со-угловая скорость кулачкового вала.
Если фх отнесено к концу впрыскивания, то дт = дп. Упрощенно рассматривая процесс топливоподачи, полагаем равенство объемных расходов через насос, и форсунку
где /пл, спл, ^пл - соответственно площадь плунжера, его мгновенные скорость и перемещение от начала активного хода.
Таким образом, закон топливоподачи должен определяться при данном режиме работы только профилем кулачка. Действительная подача топлива зависит от большого числа конструктивных и режимных факторов и отличается (как будет показано ниже) от вычисленной по приведенным соотношениям так называемой геометрической подачи топлива.
Продолжительность впрыскивания-угол поворота кулачкового вала фв или время тв, соответствующее впрыскиванию топлива. Различают геометрическую (фвг) и действительную (фв.д) продолжительность. О первой судят по периоду от полного перекрытия плунжером впускного окна до начала открытия им отсечного окна. Действительная продолжительность впрыскивания определяется по подъему и опусканию иглы форсунки. Различие в них вызвано сжимаемостью и инерционностью столба топлива, податливостью и инерционностью механических элементов топливной аппаратуры и т.п. Геометрическую продолжительность впрыскивания, как и угол опережения, определяют статической проливкой насоса при проворачивании его вала, действительную - осциллографированием подъема иглы. На рис. 113 показано изменение фаз топливоподачи судового двухтактного дизеля при работе на винт. У различных дизелей фв.д/фвг = 1,3 Н-1,6. На номинальном режиме фв г = 8 4- 30° и с точки зрения \ организации процесса сгорания имеет оптимум. Существует тенденция к сокращению фв г до 10-15° угла поворота кулачкового вала.
Угол опережения впрыскивания топлива (0)-угловое положение коленчатого (в гл. 3 для удобства-кулачкового) вала, при котором начинается впрыскивание относительно в. м. т. соответствующего цилиндра. Если начало впрыскивания происходит на ходе расширения, то значение угла опережения берется со знаком «минус». Геометрический угол опережения (0Г) определяется по моменту закрытия клапана насоса или пересечения верхней кромкой плунжера впускного окна, действительный (0Д) по моменту отрыва от седла иглы форсунки. Для насос-форсунки А0 = 0Г — 0Д ~ 1          2°, для систем с нормальными длинами трубопроводов А0 = 2 4- 7°, для систем с длинными трубопроводами А0=1О4-15°. Угол опережения впрыскивания является регулировочным параметром топливной аппаратуры и наряду с продолжительностью определяет момент окончания впрыскивания. Отсечку производят обычно в точке достижения рг или ранее из условия наилучшей экономичности.
Период разгрузки линии высокого давления-период подачи топлива после начала отсечки. Недостатком затягивания конца впрыскивания является истечение топлива из распыливающих отверстий с малыми скоростями. В результате происходит плохое распыливание, в то же время капли топлива попадают в зоны камеры сгорания, обедненные кислородом. Топливо не сгорает, а подвергается пиролизу. К этому же приводит вторичное самопроизвольное открытие запирающей иглы форсунки-подвпрыскивание, а также подтекание при закрытой игле. Сокращение периода разгрузки рассматривают как важнейшее мероприятие в совершенствовании топливной системы.
Коэффициент подачи системы-отношение объема цикловой подачи топлива к объему вытеснения плунжера при его геометрическом активном ходе.
Коэффициент т| характеризует эффективность использования рабочего объема насоса. Его значение зависит от утечек, наполнения над-плунжерной полости, сжимаемости топлива и «мертвых» объемов и др. Эти факторы приводят к уменьшению, однако дросселирование во впускных и отсечных окнах может обусловить г| > 1. Величина г\ находится в пределах 0,6-1,3* Коэффициент т зависит от двигателя. Определяют экспериментальным путем на испытательных стендах.
Давление впрыскивания. Максимальное давление впрыскивания. В первую очередь рассматривают давление топлива в над-плунжерной полости топливного насоса высокого давления (рн) и в предсопловом канале распылителя форсунки (рв). Первое характеризует нагрузки на элементы привода насоса, второе — качество распыливания. Определить рв, однако, часто технически трудно, поэтому наряду с ним используют давление в кармане распылителя форсунки (давление у форсунки) рф. Мгновенные, средние и максимальные давления определяют при осциллографировании процесса топливоподачи. Так как форма кривой давления по времени обычно близка к треугольнику или островерхой трапеции, уровень давления топлива принято характеризовать средним или, чаще, максимальным давлением впрыскивания Рвтах-
При увеличении р^ах удается сократить продолжительность впрыскивания, одновременно достигнуть высокой мелкости распыливания и длины Топливной струи. Так, для перспективных автотракторных двигателей рВтах = 70 Ч- 100 МПа, среднеоборотных и малооборотных дизелей Рвтах = = 90 Ч-130 МПа. Максимальное давление впрыскивания зависит от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя. Для перспективных моделей топливных систем выдвигают требование обеспечения рвтах на режиме холостого хода не менее половины от Рвшах на номинальном режиме. Расчеты показывают, что увеличение рвтах выше 150-170 МПа для разделенных систем с учетом мощности, затрачиваемой на привод насоса высокого давления, нецелесообразно.
Различают также давление начала впрыскивания-давление открытия запирающей иглы форсунки, начальное и остаточное давление топлива-давления в линии высокого давления между насосом и форсункой соответственно перед началом и после окончания впрыскивания. При установившемся режиме работы исправной аппаратуры обычного типа последние два давления совпадают.
Нагрузочные и скоростные характеристики подачи -зависимости цикловой подачи соответственно от положения органа управления насоса и от частоты вращения приводного вала. Эти характеристики определяются в основном конструкцией насоса.
Зависимость подачи топлива от положения рейки насоса с золотниковым регулированием близка к линейной, и ею удобно пользоваться при согласовании системы впрыскивания с регулятором. Значительно больший практический интерес представляет изучение скоростной характеристики подачи и решение задачи обеспечения ее желательной формы. Из соотношения необходимых для сгорания количеств воздуха и топлива.
Считая положение регулирующего органа неизменным, для безнаддувного дизеля изменение дц должно соответствовать изменению г||//ос (рис. 114). Однако требование устойчивой работы с потребителем приводит к необходимости обеспечения минимальной производной с1дп/(1п. С одной стороны, это вынуждает корректировать естественную характеристику топливного насоса высокого давления (ТНВД), с другой-допускать работу дизеля на малых п с коэффициентом избытка воздуха, меньшим, чем при номинальном режиме. При этом режим работы дизеля выходит на границу дымления, чему способствует также уменьшение рв со снижением п. Если дизель с наддувом, то 0ц — т| урв /о, и задача получения такого же характера скоростной характеристики подачи топлива существенно усложняется вследствие резкого снижения давления воздуха, подаваемого свободным турбокомпрессором, с уменьшением п двигателя.
Таким образом, для достижения высокой приспособляемости двигателя топливная аппаратура должна обеспечивать, с одной стороны, заданную скоростную характеристику подачи, с другой-высокое качество распыливания.