Теоретические исследования процесса впрыска дизеля 10Д100М. Выбор способа повышения давления впрыска топлива

2 Теоретические исследования процесса впрыска

дизеля 10Д100М

2.1 Выбор способа повышения давления впрыска топлива

Одним из средств эффективного воздействия на протекание рабочего процесса дизеля и как следствие повышение индикаторного КПД является мероприятия по усовершенствованию процесса топливоподачи и, в частности, повышение давления впрыска топлива [4,5,6,7,8].

Увеличение давления впрыска, сопровождающееся существенной интенсификацией процессов смесеобразования и сгорания в цилиндре дизеля, создает предпосылки для более быстрого и полного сгорания топлива а, следовательно, и для организации более экономичного рабочего процесса.

Исследования, проведенные рядом организаций и, в частности, НПО “ЦНИТА” по влиянию давления впрыска топлива на экономичность двигателя выявили высокую эффективность такого способа ее улучшения [8]. Интенсификация процесса топливоподачи достигалась за счет искусственного создания в нагнетательном трубопроводе высокого “начального” давления. При этом для запирания иглы форсунки такое же давление создавалось в полости корпуса форсунки. Исследования проводились на одноцилиндровом автомобильном дизеле 1Ч13/14 и привели к следующим результатам:

– с увеличением давления впрыска топлива на номинальной частоте вращения достигнуто уменьшение индикаторного удельного расхода топлива по сравнению со штатной топливной аппаратурой. При этом температура отработавших газов изменялась незначительно,  а среднее индикаторное давление возросло на 5%. При интенсификации впрыскивания уменьшение индикаторного удельного расхода топлива наблюдается во всем диапазоне нагрузки, как при номинальной частоте вращения, так и при частоте вращения, соответствующей максимальному крутящему моменту;

− с проведением данных мероприятий удалось повысить мощность примерно на 5%;

− удалось уменьшить дымность отработавших газов в среднем от 1,5 до 2 раз и значительно снизить выделение окиси углерода (СО) и углеводородов (СН), а для большинства нагрузочных режимов сохранить содержание окислов азота (NO_x) в отработавших газах на исходном уровне;

− больший эффект в улучшении показателей полноты сгорания топлива при форсированном впрыскивании достигается при малых частотах вращения коленчатого вала, для которых при традиционных способах топливоподачи характерно «вялое» смесеобразование.

Форсирование процесса топливоподачи может быть осуществлено за счет применения различных мероприятий, среди которых можно выделить увеличение величины предварительной затяжки пружины форсунки и способы увеличения средней объемной скорости подачи топлива насосом за период активного хода плунжера (произведение средней скорости плунжера за период его активного хода на площадь поперечного сечения плунжера) [7].

Для выбора наиболее рационального пути увеличения объемной скорости подачи топлива проводилось множество исследований. Так, специалистами НПО «ЦНИТА» были проведены расчеты процесса топливоподачи при варьировании максимальной скорости плунжера в диапазоне от 1,96 до 3,0 м/с и диаметром плунжера от 9 до 12 мм через 1 мм [8]. Для задания различных вариантов скорости были спроектированы специальные профили кулачков применительно к насосу распределительного типа НД-21.

Результаты расчетных исследований показали, что увеличение скорости плунжера приводит к существенному форсированию процесса топливоподачи. Так, при изменении максимальной скорости от 2 до 3 м/с давление под иглой распылителя возрастает на 31%, а продолжительность впрыска уменьшается на 17%. При этом диаметр плунжера был равен 10 мм. Кроме того, оказалось, что характер изменения давлений процесса близок к линейному и практически не зависит от длины нагнетающего трубопровода. Зависимость параметров процесса топливоподачи от диаметра плунжера имеет более сложный характер, на нее влияют параметры кулачкового механизма и длина нагнетательного трубопровода. Так, при максимальной скорости плунжера 2 м/с изменение диаметра плунжера от 10 до 12 мм приводит к увеличению максимального давления под иглой распылителя на 24%. В то же время при максимальной скорости плунжера 3 м/с и длине трубопровода 650 мм имеется некоторая тенденция к увеличению давлений при увеличении диаметра, а при длине трубопровода 1350 мм ее практически нет.

Таким образом, в диапазоне диаметров плунжеров, применяемых в распределительных насосах, имеется оптимальное значение, выше которого увеличение диаметров плунжера не оказывает влияния на параметры процесса топливоподачи. В то же время известно, что по мере увеличения диаметра плунжера существенно растут нагрузки в приводе насоса, которые при прочих равных условиях прямо пропорциональны площади плунжера.

Особенностью данных исследований является то, что они проводились на базе насоса высокого давления распределительного типа. Однако процессы, происходящие в таких насосах, не отличаются от процессов, происходящих в насосах отечественных тепловозных дизелей. Поэтому мероприятия, проводимые с топливными насосами распределительного типа с целью повышения топливной экономичности пригодны и для топливной аппаратуры высокого давления отечественных тепловозных дизелей.