Modernization of the fuel system of diesel engine of agricultural tractor

Full Text

Введение При эксплуатации дизельной техники различного назначения в различных регионах страны наблюдается значительное последовательное повышение загрязненности и обводнения дизельного топлива при его движении от нефтеперерабатывающих заводов до топливных систем дизелей. Общая загрязненность топлива в топливных баках возрастает в 2,5-3 раза по сравнению с топливом, выпускаемым нефтеперерабатывающими заводами [1-3]. Высокие загрязненность и обводненность топлива приводят к значительному снижению надежности топливных систем дизелей. До 50% отказов машин в эксплуатации связаны с этим фактором, особенно при эксплуатации в условиях пониженных температур, что требует соответствующего усовершенствования топливных систем [4, 5]. Цель исследования Целевая модернизация большинства топливных систем сводится к следующему. Предлагается схема топливной системы, в которую дополнительно вводятся два элемента: предварительный подогреватель топлива и фильтр грубой очистки (ФГО) новой конструкции с повышенным качеством очистки топлива от эксплуатационных загрязнений, который продлевает ресурс фильтра тонкой очистки (ФТО), а также обеспечивает подогрев топлива без дополнительных электрических средств (рис. 1) [5]. В процессе работы машины топливо из бака поступает в предварительный подогреватель, последовательно проходит через ФГО и ФТО, где очищается от механических примесей, и поступает на топливный насос высокого давления (ТНВД). При эксплуатации машины в условиях отрицательных температур топливо нагревается до заданной температуры в предварительном подогревателе, поступает на ФГО со встроенным нагревательным элементом, где осуществляется второй этап подогрева, затем поступает на ФТО и далее на ТНВД. Желательно, чтобы ФГО выполнял функции нагревателя. Управление нагревателями производится с помощью специальной электрической схемы, встроенной в систему электрооборудования машины. Для рассматриваемой модернизации предложена новая конструкция ФГО (рис. 2, а) с навивным фильтроэлементом (рис. 2, б), который обладает повышенными эффективностью очистки и ресурсом до замены благодаря оптимальному распределению управляемой пористости фильтроматериала путем его целенаправленного обжатия. Это обеспечивает равномерное уменьшение пористости в направлении потока топлива и, как следствие, повышение его ресурса до замены [6]. Материалы и методы Эксперименты по подогреву элементов подачи и фильтрации топлива показали, что для типовой топливной системы (см. рис. 1) достаточным и экономичным можно считать включение двух нагревательных элементов - предварительного подогревателя и ФГО новой конструкции при использовании в качестве ФТО фильтроэлементов, отвечающих стандартным требованиям по качеству топлива. Многочисленными исследованиями и отраслевыми стандартами установлено, что надежная защита прецизионных пар ТНВД и форсунок дизельного двигателя может быть достигнута установкой ФТО, обеспечивающего полноту отсева массы частиц загрязнений φ = 95…98% при номинальной 95%-й тонкости фильтрации (очистки) d0,95 = 5…8 мкм. Исследование влияния модернизации топливных систем на надежность с.-х. тракторов МТЗ-82 проведено на предприятиях агропромышленного комплекса Томской обл. Оценка эффективности модернизированной системы выполнена по удельным (отказ/100 машино-дней) и количественным показателям (табл. 1). Таблица 1 Объем и распределение отказов деталей топливной системы дизеля Детали, отказавшие по причине загрязнения топлива Штатная топливная система Модернизированная топливная система Кратность снижения отказов Количество, шт. Доля от общего количества, % Количество, шт. Доля от общего количества, % Плунжер в сборе 68 17,84 37 18,68 1,84 Нагнетательная пара 92 24,15 44 22,22 2,09 Распылитель в сборе 63 16,53 36 18,18 1,75 Толкатель 53 13,91 30 15,15 1,76 Детали топливоподкачивающего насоса 55 14,4 28 14,14 1,96 ФТО 50 13,12 23 11,6 2,17 Итого 381 100 198 100 1,92 Результаты и их обсуждение Анализ данных табл. 1 показывает, что предлагаемая модернизация топливной системы дизеля позволяет значительно сократить число отказов деталей за счет повышения чистоты топлива, обусловленного резким снижением количества механических частиц неорганического происхождения и шламов, содержащих органические соединения и воду. Это приводит к повышению эксплуатационной надежности топливной системы и снижению до 2 раз количества отказов различных элементов топливной аппаратуры. Оценка работоспособности элементов топливных систем в штатном и модернизированном исполнении проведена путем случайного распределения наработки до отказа и параметров надежности. Использованы стандартные методики из теории вероятности и математической статистики. Результаты оценки приведены в табл. 2 и на рис. 3. На рис. 3 изображены функции распределения безотказной работы Р элементов системы питания в штатном и модернизированном исполнениях. Средняя наработка до отказа модернизированной системы увеличилась в 1,2-1,6 раза по математическому ожиданию. При равновероятностном событии, когда Р(τ) = F(τ) = 0,5, средняя наработка модернизированной топливной системы составляет от 1000 до 1250 ч, что весьма близко к математическому ожиданию (см. табл. 2). Таблица 2 Значения характеристик распределения наработки элементов системы питания дизеля до отказа Числовые характеристики распределения Штатная топливная система Модернизированная топливная система Плунжер в сборе Нагнетательная пара Распылитель Плунжер в сборе Нагнетательная пара Распылитель Математическое ожидание, ч 1193 1457 1172 1849 1814 1816 Дисперсия Дτ 113 507 250 229 219 847 121 500 271 944 143 562 Среднее квадратическое отклонение Sτ , ч 337 500 422 348 521 379 Коэффициент вариации ντ 0,28 0,34 0,36 0,19 0,28 0,21 Максимальная вероятностная, ч 2204 2953 2579 2893 3377 2953 Выводы Экспериментально установлено, что модернизированная топливная система снижает частоту отказов деталей в 1,7-2,2 раза по сравнению с серийной, что свидетельствует о повышении ее надежности за счет снижения уровня загрязнений, обеспечиваемого ФГО с подогревом. Полученные результаты свидетельствуют о явном повышении надежности топливной системы дизеля с новым ФГО.

About the authors

E. I Udler

Tomsk State University of Architecture and Building

DSc in Engineering Tomsk, Russia

D. V Khalturin

Tomsk State University of Architecture and Building

Email: dmitriihalturin@mail.ru
PhD in Engineering Tomsk, Russia

E. N Spirin

Tomsk State University of Architecture and Building

PhD in Engineering Tomsk, Russia

References

Supplementary files