Оценка эффективности регуляторов топливных насосов высокого давления механического типа

Аннотация

Проведен анализ влияния конструкционных параметров механических регуляторов топливных насосов высокого давления (ТНВД) на динамические показатели работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с использованием математических моделей, учитывающих влияние положения рычага регулятора подачи топлива и частоты вращения кулачкового вала ТНВД. В качестве объектов исследования выбраны регуляторы типа УТН, ТН и КамАЗ, применяемые в агропромышленном комплексе Республики Татарстан.

Полный текст

УДК 631.372 ТСМ № 10-2014 Оценка эффективности регуляторов топливных насосов высокого давления механического типа Инж. Р.Р. Шириязданов, канд. техн. наук Ф.Х. Халиуллин (Казанский ГАУ, rustem404@rambler.ru) Аннотация. Проведен анализ влияния конструкционных параметров механических регуляторов топливных насосов высокого давления (ТНВД) на динамические показатели работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с использованием математических моделей, учитывающих влияние положения рычага регулятора подачи топлива и частоты вращения кулачкового вала ТНВД. В качестве объектов исследования выбраны регуляторы типа УТН, ТН и КамАЗ, применяемые в агропромышленном комплексе Республики Татарстан. Ключевые слова: регулятор ТНВД, динамические показатели работы ДВС, переходные режимы работы ДВС. Известно, что в условиях производства для автотракторных ДВС характерны переменные скоростные и нагрузочные режимы. Этим обусловлено ухудшение показателей рабочих процессов, приводящее к потерям мощности, крутящего момента и перерасходу топлива [1, 2]. Режим работы дизельных двигателей мобильных машин, в т.ч. при неустановившейся нагрузке, зависит от топливоподачи, влияющей на потери мощности и расход топлива. Топливоподача, в свою очередь, значительно зависит от особенностей конструкции регуляторов ТНВД конкретных машин, поэтому для оценки работы двигателя и определения потерь необходимо проанализировать работу регуляторов ТНВД. В качестве объектов исследования выбраны регуляторы типа УТН, ТН и КамАЗ, поскольку, по данным авторов, в структуре парка мобильных машин Республики Татарстан более 40% всех тракторов составляют МТЗ-80/82 с регуляторами серии УТН и 25% - тракторы с механическими регуляторами типа ТН (ДТ-75 и др.), а среди грузовых автомобилей с дизельными двигателями более 80% составляют автомашины марки КамАЗ с механическими всережимными регуляторами. С использованием уравнений Лагранжа второго рода составлены дифференциальные уравнения, характеризующие работу указанных регуляторов в зависимости от частоты вращения кулачкового вала и положения регулирующего органа. В качестве примера, опуская промежуточные преобразования уравнений, запишем их окончательную форму для регулятора КамАЗ. Уравнение для регуляторной ветви: (1) - для корректорной ветви: (2) - для обратного корректора: (3) В выражениях (1-3): - коэффициенты характеризуют ряд выражений, связывающих конструкционные параметры регуляторов между собой и с параметрами состояния регулятора; - характеризуют конструкционные параметры регулятора; - - начальное положение рейки регулятора, м; - начальная частота вращения кулачкового вала, рад/с; - начальное положение рычага регулятора подачи топлива, рад. Для проведения численного эксперимента выбрана среда математического моделирования Matlab R2010a и численные значения конструкционных параметров регуляторов ТНВД, позволяющие оценить их работу при изменении ряда конструкционных характеристик. Параметры численного эксперимента представлены в таблице. Параметры численного эксперимента Параметр УТН ТН КамАЗ Масса грузиков, кг: - конструкционная - уменьшенная - увеличенная 0,096 0,0816 0,1104 0,01 0,0085 0,0115 0,01 0,0085 0,0115 Жесткости пружин, Н/м: - конструкционные С0 = 4,91 Сп = 0,27 Ск = 780,4 С1 = 9,872 С2 = 4 С3 = 0,375 С1 = 5,32 С2 = 3,924 С3 = 0,981 - уменьшенные С0 = 5,65 Сп = 0,27 Ск = 897,5 С1 = 11,353 С2 = 4,6 С3 = 0,431 С1 = 6,118 С2 = 4,513 С3 = 1,128 - увеличенные С0 = 4,17 Сп = 0,23 Ск = 663,3 С1 = 8,391 С2 = 3,4 С3 = 0,319 С1 = 4,522 С2 = 3,335 С3 = 0,834 В зависимости от изменения конкретных параметров регулятора получены различные варианты переходных характеристик двигателя, примеры которых представлены на рис. 1. Используя полученные графические зависимости, можно определить относительные потери мощности, крутящего момента, топлива и других показателей по сравнению с эталонной характеристикой по зависимости: , (4) где Sp.x. - площадь под графиком с реальной характеристикой; Sэ.x. - площадь под графиком с эталонной (идеальной) характеристикой. Под эталонной понимается такая характеристика, которая позволяет менять подачу топлива практически мгновенно без значительных колебаний. Отсечка по времени t производится, когда колебания графика параметра устанавливаются в пределах 10% от максимального значения. На рис. 2 представлен пример определения потерь мощности по таким графикам. Анализ полученных данных показал, что применение механических регуляторов ТНВД приводит к значительным потерям при работе двигателей в динамических режимах. При этом конструкционные параметры регуляторов могут оказывать значительное влияние на количественные показатели указанных потерь. Так, определенные таким образом потери мощности и крутящего момента, характерные для режима разгона двигателей при различных конструкционных параметрах регуляторов ТНВД, соответствующих приведенным в таблице, составили: 6,3-12,2% для регуляторов типа УТН; 5,2-9% для ТН; 3,1-9,5% для КамАЗ.