Анализ гидродинамических характеристик распылителей форсунок ДВС

Полный текст

Введение Инновационное развитие сельскохозяйственного производства предполагает создание средств технического обеспечения, отвечающих современным требованиям. Одним из ключевых аспектов в этом плане является транспортное сопровождение агропромышленного комплекса. При совершенствовании автотракторной техники [1-6] особое внимание уделяется двигателям внутреннего сгорания как основному источнику энергии. Качество распылителей форсунок оказывают существенное влияние на качество работы ДВС. Материал и методы исследования При исследовании показателей гидродинамических характеристик распылителей форсунок использовали расчетно-теоретический анализ. Результаты исследования В дизельных двигателях применяются штифтовые или многоструйные распылители форсунок в зависимости от способа смесеобразования и конструкции камеры сгорания. Большинство дизельных двигателей имеют неразделенную камеру сгорания с многоструйными распылителями форсунок. Реже применяются дизельные двигатели с разделенными камерами сгорания (вихрекамерные и предкамерные) с штифтовыми распылителями. При замене штифтовых распылителей в вихрекамерном дизеле на многоструйные нами были выполнены исследования гидродинамических показателей процесса впрыскивания топлива в связи с различными величинами размеров, массы, проходного сечения и расположения распыливающих отверстий штифтового и многоструйного распылителей. Исследовались три типа распылителей, основные характеристики которых приведены в табл. 1. Как видно из табл. 1, исследуемые распылители отличаются друг от друга величиной проходного сечения, массой иглы, размерами и расположением распыливающих отверстий. Это обуславливает различные величины давления подачи топлива, частоты колебаний иглы распылителя и других параметров. Проанализируем это. Известно, что для качественного впрыскивания давление подаваемого Pт топлива должно быть выше давления топлива в форсунке Рф [7]: , (1) где Р0 - остаточное давление в топливопроводе, МПа;- критическое давление волны подачи топлива, МПа; Робр.в. - давление обратной волны, МПа; Рф - давление топлива в форсунке, МПа. Величина остаточного давления Р0 для современных топливных систем находится в интервале 1...7 МПа. Критическое давление волны подачи топлива - это основная составляющая в уравнении (1), определяемая формулой: , где Ркр - критическое значение давления волны подачи топлива для открытой форсунки, МПа; Pг - давление газов в цилиндре, МПа. Здесь давление Ркр равно: , где μf - эффективное проходное сечение распылителя, мм2; q - сечение трубопровода высокого давления, мм2; a - скорость распространения волны, равная скорости распространения звука в топливе, м/с; ρ - плотность топлива, кг/м3; Расчетные зависимости от остаточного давления Р0 и от величины проходного сечения распылителей μf приведены на рис. 1 и 2. Рис. 1. Зависимость критического давления волны подачи топлива от остаточного давления Р0: 1 - µf = 0,5 мм2; 2 - µf = 0,6 мм2; 3 - µf = 0,66 мм2 Рис. 2. Зависимость критического давления волны подачи топлива от величины проходного сечения распылителя Приведенные расчетные зависимости показывают, что с увеличением проходного сечения при постоянном остаточном давлении критическое давление волны подачи топлива увеличивается. Так, при остаточном давлении Р0 = 3 МПа критическое давление волны для распылителей № 1, 2, 3 (табл. 1) составляет, соответственно, 10, 14,4, 16,7 МПа Повышение остаточного давления Р0 в свою очередь вызывает увеличение критического давления волны подачи (рис. 2). В связи с необходимостью увеличения критического давления волны подачи топлива для многоструйных распылителей (по сравнению с штифтовыми) рассмотрим влияние давления затяжки пружины форсунки на время запаздывания открытия иглы. Время запаздывания открытия иглы форсунки равно: , где V = V1 + 0,5 ⋅ V2 - объем топлива, м3; V1 - объем топлива внутри форсунки, м3; V2 - объем топлива в ТВД (топливопроводе высокого давления), м3; R0 - сила трения иглы форсунки в начальный момент, Н; C0 - сила предварительного поджатия пружины, Н; P0 - остаточное давление в топливопроводе, Па; fи - кольцевое сечение иглы распылителя, м2; fе - входное сечение канала форсунки, м2; Vе - интенсивность подходящей скорости волны, м/с; Е - модуль упругости топлива, E = 2 ⋅ 109 Па. Соответствующий угол запаздывания открытия иглы форсунки равен: , где n - частота вращения коленчатого вала, мин-1. Результаты расчета запаздывания открытия иглы форсунки для штифтовых и многоструйных распылителей приведены в табл. 2. Из табл. 3 видно, что величина запаздывания подъема иглы форсунки (мс, град. ПКв) с многоструйным распылителем при давлении начала впрыскивания Рз = 15 МПа наиболее близка по значению к величине запаздывания для штифтового распылителя. Частота собственных колебаний иглы: , где С1 - жесткость пружины; С1 = 124 Н/м; mи - масса иглы распылителя, кг. Продолжительность собственных колебаний иглы . Выводы Из таблицы видно, что величина частоты собственных колебаний и их продолжительности незначительно отличаются друг от друга (не более 5 %). Отсюда можно предположить, что применение экспериментальных распылителей не окажет значительного влияния на работу распылителей с точки зрения вибрационных характеристик. Таблица ١ Основные характеристики распылителей Параметры распылителей Марка распылителя РШ-6-2х25 5х0,35х130 5х0,4х120 1 Объем топлива в распылителе, Vp мм3 730 722 722 2 Кольцевое сечение иглы (дифференциальная площадка), fи мм2 23,7 26,4 26,4 3 Масса иглы, mи г 6 6,4 6,55 4 Проходное сечение, μfр мм2 0,5±0,03 0,6±0,03 0,66±0,03 Таблица ٢ Результаты расчета запаздывания открытия иглы распылителя форсунки Параметры Штифтовый РШ-٦х٢х٢٥ Многоструйный 5х0,35х130 5х0,4х120 Давление начала впрыскивания, Р3 (МПа) 13 13 15 17 Время запаздывания, τ0 (мс) 0,425 0,433 0,422 0,34 Угол запаздывания, ϕ0 (град. ПКвс) 4,3 4,4 4,3 3,4 Таблица ٣ Частота и продолжительность собственных колебаний иглы распылителя Параметры Марка распылителя РШ-6х2х25 5х0,35х130 5х0,4х120 Частота колебаний иглы, ωи, (с-1) 4546 4402 4351 Продолжительность собственных колебаний иглы, τ (мс) 1,37 1,43 1.44

Об авторах

С. В Алтухов

Иркутский государственный аграрный университет им. А.А. Ежевского

Email: Shuhanov56@mail
к.т.н.

С. Н Шуханов

Иркутский государственный аграрный университет им. А.А. Ежевского

Email: Shuhanov56@mail
д.т.н.

Список литературы

Дополнительные файлы