Система топливоподачи дизеля с регулируемым начальным давлением в нагнетательной магистрали тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат технических наук Черныш, Алексей Геннадиевич

• Черныш, Алексей Геннадиевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Черныш, Алексей Геннадиевич

Введение

1. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА

ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ТРАНСПОРТНОМ ДИЗЕЛЕ

1.1. Параметры, определяющие эффективность процесса впрыскивания топлива

1.2. Формирование начальных условий в нагнетательной магистрали

1.2.1. Эффективность регулирования начальных условий

1.2.2. Конструктивные особенности систем топливоподачи с регулируемыми начальными условиями

1.3. Предлагаемый метод формирования начальных условий.

Цель и задачи исследования

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Система топливоподачи дизеля с регулируемым начальным давлением в нагнетательной магистрали»

Создание быстроходных и экономичных транспортных дизелей сдерживается отсутствием систем топливоподачи, обеспечивающих интенсивное впрыскивание топлива.

Зарубежный опыт показывает, что традиционные системы, в том числе и с насосом распределительного типа, позволяют достичь быстроходности дизеля 4000-4800 мин"1, но с раздельной камерой сгорания. Такой способ смесеобразования вынуждает чрезмерно увеличивать степень сжатия и не обеспечивает высокой экономичности.

Аккумуляторные системы типа «Common Rail», развивающие давление впрыскивания свыше 150 МПа, позволяют выдержать скоростной режим 45005000 мин"1 и что очень важно, при неразделенной камере сгорания. Такие зарубежные двигатели отличает высокая экономичность и хорошие пусковые качества.

В нашей стране практически нет опыта создания подобных систем. Между тем, накоплен огромный научный, конструкторский и технологический опыт создания традиционных дизельных систем топливоподачи. В этих условиях, по мнению многих специалистов, актуальным направлением является модернизация именно топливных систем традиционных конструкций, целью которой должна быть интенсификация процесса подачи, т.е. повышение давления и сокращение продолжительности впрыскивания топлива.

Проведенные исследования, в том числе и на кафедре «Автотракторные двигатели» ВолгГТУ, указывают на целесообразность повышения объемной скорости подачи как метода интенсификации. Достигается это, в нашем случае, скоростным форсированием топливного насоса. Эффективно и регулирование начального давления в нагнетательной магистрали топливной системы, что доказано в работах О.Б. Леонова, H.H. Патрахальцева, И.В. Астахова, Л.Н. Голубкова, Л.В. Грехова, В.И. Трусова, A.C. Хачияна и др. Все известные методы регулирования начальных условий предусматривают обычно автономный источник (насос или гидроаккумулятор), сообщающийся с нагнетательной магистралью в межцикловый период.

На кафедре «Автотракторные двигатели» разработана и запатентована система, сочетающая в себе два метода интенсификации процесса впрыскивания топлива: увеличение объемной скорости подачи путем удвоения скорости вращения вала топливного насоса и регулирование начального давления, что достигается перепуском части топлива из нагнетательной магистрали при дополнительном ходе плунжера. Для перепуска топлива используется золотниковое устройство.

Диссертационная работа посвящена совершенствованию процесса подачи топлива, что само по себе является актуальным. Впервые на базе традиционной системы исследуются возможности сочетания двух эффективных методов интенсификации процесса подачи топлива в дизеле.

Как в плане общей концепции совершенствования транспортных дизелей, так и с точки зрения модернизации традиционных систем топливоподачи, данную работу можно считать актуальной.

Автор выражает благодарность всему коллективу кафедры "Автотракторные двигатели" ВолгГТУ за поддержку и помощь при выполнении данной работы.

Заключение диссертации по теме «Тепловые двигатели», Черныш, Алексей Геннадиевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На базе традиционной создана опытная система топливоподачи с регулируемым начальным давлением в нагнетательной магистрали.

1.1. Разработана математическая модель и расчетная схема опытной системы топливоподачи.

1.2. Путем численных экспериментов доказана работоспособность опытной системы.

2. На основе результатов численных и натурных экспериментов обоснован выбор регулировочных параметров перепускного механизма системы.

2.1. Влияние диаметра нагнетательного окнас!11Г и угла упреждения ротора фуп на показатели процесса подачи отмечено лишь при изменении их г в определенном диапазоне, расширяющемся в сторону больших значений при повышении скоростного режима топливного насоса.

В диапазоне изменения скорости вращения вала насоса от 1000 до 3000 мин"1 для получения максимальных значений цикловой подачи <3Д и давления впрыскивания Р™парх следует выбирать с!иг=2 мм и фуп=0.Ю град.

2.2. Для формирования начального давления в нагнетательной магистрали г системы предпочтительны большие углы упреждения ротора из возможного диапазона 0. 10 град., что позволяет использовать дросселирующее окно г большего диаметра.

3. Установлено, что причиной повторного подъема иглы форсунки в опытной системе является возмущение потока вследствие посадки нагнетательного клапана, что особенно проявляется при высоких значениях начального давления. Установлены пределы повышения начального давления: 4 МПа для пв=1000мин"1; 5 МПа для пв=2000мин"' и 5,7 МПа для пв=3000мин"'.

4. Доказана возможность коррекции скоростной характеристики топливного насоса путем направленного формирования начального давления в нагнетательной магистрали.

5. Обоснована принципиальная возможность реализации ступенчатого закона подачи топлива. Установлено, что порция топлива, поданного через распылитель в течение предварительного впрыскивания, зависит от начального давления в нагнетательной магистрали. Намечен ряд конструктивных мероприятий по модернизации опытной системы для получения ступенчатого впрыскивания топлива.

6. На основе результатов сравнительного анализа доказана эффективность * я т) тах г» ср опытной системы в сравнении со штатной. Максимальное гвпр и среднее г в„р давления впрыскивания повысились на 12 % и 5,3 %, соответственно. Продолжительность подачи топлива сократилась на 4 %.

4.5. Заключение

1. Спроектирована и реализована экспериментальная установка для исследования особенностей протекания процесса впрыскивания топлива в дизеле при использовании запатентованной системы топливоподачи.

2. Проведены экспериментальные исследования, при которых регистрировались характерные показатели впрыскивания при различных скоростных режимах кулачкового вала топливного насоса.

3. Полученные результаты эксперимента качественно подтвердили расчетные данные, что позволяет признать разработанную математическую модель адекватной.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Черныш, Алексей Геннадиевич, 2005 год

1. Автомобильные и тракторные двигатели / под. ред. И.М. Ленина. М.: Машиностроение, 1970. - 656 с.

2. Агеев B.C., Исследование способов форсирования впрыскивания топлива топливовпрыскивающей аппаратурой среднеоборотных дизелей / B.C. Агеев, А.Е. Припоров, Г.И. Савенкова // Двигателестроение.1989.-№ 6.-С. 18-22.

3. A.c. 1548497 СССР, МПК 6 F 02 М 55/00. Система подачи топлива в дизель / H.H. Патрахальцев, В.Г. Павлюков, И.Ю. Олесов, О.В. Камышников.-№4343224/25-04; заявл. 23.11.1987; опубл. 07.03.1990, бюл. № 9.

4. А. с. СССР, МПК 6 4 F02 f. Топливная система для дизеля / И.В. Астахов, В.Г. Окулов.-№ 1052754/24-06; заявл. 25.01.1966; опубл. 31.05.1967, бюл. №12.

5. Астахов И.В., Практический метод оценки основных параметров процесса впрыска и топливной аппаратуры быстроходного дизеля / И.В. Астахов // Автотракторные двигатели: сб.тр. М., 1968. - С. 37-57.

6. Астахов И.В., Влияние на процесс впрыска топлива остаточного разрежения в топливной системе дизеля / И.В. Астахов, Л.Н. Голубкова // Автомобильная промышленность. 1968. - № 5. - С. 15-20.

7. Астахов И.В., Колебательные явления в топливной системе дизеля в основном периоде топливоподачи / И.В. Астахов // Двигателестроение. -1982. -№ 10.-С. 32-34.

8. Астахов И.В., Топливные системы и экономичность дизелей / И.В.Астахов, Л.Н. Голубков, В.И. Трусов-М.: Машиностроение,1990.-288 с.

9. Бараев В.И., Исследование зависимости параметров процесса впрыска от объемной скорости подачи топлива в широком диапазоне работытопливной аппаратуры / В.И. Бараев // труды ЦНИТА. М., 1972. - С. 916.

10. Васильченко И.Д., Теоретический анализ влияния остаточного давления в нагнетательном трубопроводе на процесс впрыска / И.Д. Васильченко // Респуб. межвед. науч.-техн. сб. Харьков, 1982. -№ 36. - С. 9-13.

11. Васильченко И.Д., Расчетное исследование влияние остаточного давления на процесс впрыскивания топлива среднеоборотного дизеля / И.Д. Васильченко // Двигатели внутреннего сгорания: сб.тр. Харьков, 1984. -№ 39. - С.59-63.

12. Возможности совершенствования топливоподающей системы автотракторных дизелей за счет оптимизации профиля кулачкового вала / A.M. Ларцев, В.М. Славуцкий, В.А. Зубченко, Е.А. Салыкин // Справочник. Инженерный журнал. 1999. - №12. - С.28-29.

13. Выгодский М.Я., Справочник по высшей математике / М.Я. Выгодский1. М.: Наука, 1975.-872 с.

14. Газеле A.B., Исследование и анализ переходных процессов в топливоподающей аппаратуре дизеля / A.B. Газале, Ж.Ч. Ихеначо, H.H. Патрахальцев // изв. вузов. Машиностроение. 1984. -№ 6. -С.62-67.

15. Голубков J1.H., Расчетное исследование способов повышения давления впрыскивания в дизелях /JI.H. Голубков // сб. науч. тр. / МАДИ. М., 1986. - С.71-77.

16. Данилина Н.И., Численные методы / Н.И.Данилина, Н.С.Дубровская, О.П. Кваша М.: Высшая школа, 1976. - 368 с.

17. Двигатели внутреннего сгорания / под ред. В.Н. Луканина. — М.: Высш. школа, 1995. 368 с.

18. Драган Ю.Е., О перспективах применения аккумуляторных систем топливоподачи в автомобильных дизелях / Ю.Е. Драган, A.A. Пигарина, М.Н. Рахметуллаев // Двигателестроение. 2000. -№ 1. — С.7-9.

19. Дуров А.З., Работа топливного насоса с полной разгрузкой линии нагнетания / А.З. Дуров // Двигателестроение. 1979. — № 9. - С. 16-18.

20. Жегалин О.И., Совершенствование процессов топливоподачи в широком диапазоне режимов путем регулирования начального давления топлива / О.И. Жегалин, В.А. Куцевалов, H.H. Патрахальцев // Двигателестроение. 1987. -№ 1. - С.21-24.

21. Заяд М.С.Х., Формирование скоростной характеристики топливоподачи в дизеле путем управления нагнетательным клапаном: специальность 05.04.02: дисс. канд. техн. наук / М.С.Х. Заяд; ВолгГТУ. Волгоград, 2003.- 198 с.

22. Зубченко В.А., Исследование возможности интенсификации процесса, подачи топлива дизеля: специальность 05.04.02: дисс. канд. техн. наук / В.А. Зубченко; ВолгГТУ. Волгоград, 1998. - 260 с.

23. Игнатенко В.И., Планирование и реализация многофакторных экспериментов при испытаниях двигателей, уч. пособ. / В.И. Игнатенко, В.М. Славуцкий // Волгоград, 1995 58 с.

24. Идельчик И.Е., Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик -М.: Госэнергоиздат, 1960. 167 с.

25. Интенсификация процесса подачи топлива в дизеле с использованием изменения закона движения плунжера / В.М. Славуцкий, A.M. Ларцев, Е.А. Салыкин, В.О. Ульянов. // Справочник. Инженерный журнал. -2001.-№ 12. С.16-18.

26. Исаев A.B., Расчет топливной аппаратуры с применением ЭЦВМ / A.B. Исаев М.: Машиностроение, 1968 .- 163 с.

27. Ихеначо Ж.Ч., Результаты исследования корректирующей способности дизельной топливоподающей аппаратуры с регулированием начального • давления / Ж.Ч. Ихеначо, H.H. Патрахальцев, В.К. Иванов // Двигателестроение. 1986. -№ 5. - С.29-31.

28. Кислов В.Г., Топливная аппаратура тракторных и комбайновых двигателей: справочник / В.Г. Кислов, В.А.Павлов, А.П. Трусов М.: Машиностроение, 1981. -208 с.

29. Ковальчук Л.Н., Формирование инвариантных обобщенных показателей качества функционирования топливной аппаратуры дизелей / Л.Н. Ковальчук, A.B. Толмачев // Двигателестроение 2000. - № 2. -С.19-21.

30. Крутов В.И., Топливная аппаратура автотракторных двигателей / В.И. Крутов, В.Е. Горбаневский, В.Г. Кислов-М.: Машиностроение, 1985.-200 с.

31. КутовойВ.А., Впрыск топлива в дизелях / В.А. Кутовой М.: Машиностроение, 1981. - 157 с.

32. Леонов О.Б., Факторы динамической чувствительности дизеля / О.Б. Леонов, В.Г. Павлюков, H.H. Патрахальцев // изв. вузов. Машиностроение. 1971. - №8. - С.76-79.

33. Леонов О.Б., Определение подачи топлива при циклах неустановившегося режима работы дизеля / О.Б. Леонов // тр. МВТУ. -M., 1978.-С.4-12.

34. Леонов О.Б., Применение системы топливоподачи с регулируемым начальным давлением для улучшения экономичности дизеля на частичных режимах / О.Б. Леонов, В.П. Попов // Двигателестроение.1981. -№ 6. -С.47-48.

35. Ломонософф И.Х., Переходные процессы в топливоподающей аппаратуре дизеля и совершенствование их воздействием на начальное давление топлива в нагнетательной магистрали / И.Х. Ломонософф, H.H. Патрахальцев // Двигателестроение. 1985. - № 1. - С.26-28.

36. Мартынов A.A., Влияние некоторых эксплуатационных и конструктивных параметров топливной системы дизеля на неравномерность подачи топлива / A.A. Мартынов // Топливная аппаратура дизелей: сб. тр. Ярославль, 1978. - №4. - С. 109-173.

37. Масляный Г.Д., Выбор соотношения между ходом и диаметром плунжера в насосах высокого давления в дизелях ЯМЗ / Г.Д. Масляный,

38. A.П. Перепелин // тр. ЦНИТА. Л., 1984. - № 83-84. - С.38-45.

39. Математическое описание электрогидравлического перепускного клапана в магистрали системы топливоподачи дизеля / В.М. Славуцкий,

40. B.О. Ульянов, Е.А. Салыкин, C.B. Коржов // Прогресс транспортных средств и систем-2002: матер, междунар. науч.-практич. конф., Волгоград, 8-11 октября 2002 г. / ВолгГТУ и др. Волгоград, 2002.-Часть 2.-С.218-220.

41. Махов В.З., Процессы горения в ДВС / В.З. Махов-М.: МАДИ, 1981.76 с.

42. Пат. 2187688 РФ, МПК 6 7 F 02 М 63/04. Способ подачи топлива в цилиндры дизеля / В.М. Славуцкий, В.В. Славуцкий, В.А. Зубченко; заявитель и патентообладатель ВолгГТУ.-№ 2000128585/06; заявл. 15.11.2000; опубл. 20.08.2002. бюл. № 23.

43. Патрахальцев H.H., Дизельные системы топливоподачи с регулированием начального давление / H.H. Патрахальцев // Двигателестроение. 1980. -№ 10. - С.33-38.

44. Патрахальцев H.H., К вопросу о коррекции скоростных характеристик топливных насосов высокого давления / H.H. Патрахальцев, A.B. Фомин, Т.Ф. Пирогова // Респуб. межвед. науч.-техн. сб. Харьков, 1981. -С.59-63.

45. Патрахальцев H.H., Повышение эффективности пуска — разгона дизеля созданием начального давления топлива / H.H. Патрахальцев, А.В.Фомин // Респуб. межвед. науч.-техн. сб.— Харьков, 1981.-С.64-68.

46. Патрахальцев H.H., Анализ влияния регулирования начального давления топлива на характеристику впрыска в дизелях / H.H. Патрахальцев // Процессы в тепловозных двигателях: сб.тр. М., 1983. - С.51-57.

47. Патрахальцев H.H., Влияние переходных процессов в топливной аппаратуре дизеля ЯМЗ-238 на эффективность операции разгона / H.H. Патрахальцев, А. Газеле, О.В. Камышников // Изв. Вузов. Машиностроение. 1985. -№10. - С.85-89.

48. Патрахальцев H.H., Переходные процессы в топливной аппаратуре дизеля и его динамические качества / H.H. Патрахальцев, А.З. Царитов,

49. A.B. Костиков// Автомобильная промышленность.-2001.-№ 1.-С.11-13.

50. Патрахальцев H.H., Дизели: система регулирования начального давления впрыскивания топлива / H.H. Патрахальцев, A.A. Савастенко,

51. B.JI. Виноградский // Автомобильная промышленность. -2003. -№ 3.1. C.21-23.

52. Подача и распыливание топлива в дизелях / И.В. Астахов, В.И. Трусов, A.C. Хачиян, J1.H. Голубков М.: Машиностроение, 1972. - 359 с.

53. Работа топливоподающей аппаратуры дизелей при частичных и переходных режимах / Г.Б. Горелик, Н.Х. Дьяченко, J1.E. Магидович, Б.П. Пугачев // науч. тр. ЛПИ им. М.И. Калинина. -М., 1971.-№316-С. 19-22.

54. Радомский В.И., Топливная система, обеспечивающая переменные параметры впрыскивания топлива / В.И. Радомский, А.П. Кратко // Рабочие процессы в двигателях внутреннего сгорания и их агрегатах: сб. науч. тр. / МАДИ. М., 1987. - С.73-79.

55. Русинов Р.В., Топливная аппаратура судовых дизелей / Р.В. Рисунов

56. Л.: Машиностроение, 1971.-223 с.

57. Салыкин Е.А., Улучшение показателей процесса топливоподачи в дизеле путем скоростного форсирования насоса высокого давления: специальность 05.04.02: дисс. канд. техн. наук / Е.А. Салыкин; ВолгГТУ. Волгоград, 2003. - 264 с.

58. Свиридов Ю.Б., Смесеобразование и сгорание в дизелях / Ю.Б. Свиридов JL: Машиностроение, 1972. - 220 с.

59. Славуцкий В.М., Исследование возможностей форсирования и интенсификации процесса подачи топлива в дизеле / В.М. Славуцкий, A.M. Ларцев, В.А. Зубченко; ВолгГТУ. Волгоград, 1997.-45 с.-Деп. в ВИНИТИ 09.06.97, №1911.

60. Совершенствование рабочего процесса дизелей ЯМЗ повышением начального давления топлива в нагнетательном трубопроводе / О.Б. Леонов, И.В. Федотов, Т.Р. Филипосянц, Ш.Г. Турабелидзе // Двигателестроение. 1983. - № 2. - С.46-47.

61. Трусов В.И., Совершенствование топливной аппаратуры дизелей путем уменьшения объема нагнетания и создания предварительного давления перед впрыскиванием / В.И. Трусов, Д.М. Смирнов, Б.А. Смирнов // сб. науч. тр. / МАДИ. М., 1984. - С.43-48.

62. Файнлейб Б.Н., Топливная аппаратура автотракторных дизелей: справочник / Б.Н. Файнлейб JL: Машиностроение, ленингр. отд-ние, 1974.-264 с.

63. Файнлейб Б.Н., Топливная аппаратура автотракторных дизелей: справочник / Б.Н. Файнлейб JL: Машиностроение, ленингр. отд-ние, 1990.-352 с.

64. Фомин Ю.Я., Гидродинамический расчет топливных систем судовых дизелей / Ю.Я. Фомин М.: Морской транспорт, 1954. - 82 с.

65. Фомин Ю.Я., Топливная аппаратура судовых дизелей / Ю.Я. Фомин

66. М.: Транспорт, 1966. 236 с.

67. Фомин Ю.Я., Гидродинамический расчет топливных систем дизелей с использованием ЭЦВМ / Ю.Я. Фомин -М.: Машиностроение, 1973. —176 с.

68. Хачиян A.C., Влияние характеристик впрыска и распыливания топлива на процесс тепловыделения и показатели дизеля с наддувом / A.C. Хачиян, Г.С. Лабецкас // Двигателестроение. 1982. - № 6. - С.7-11.

69. Хачиян A.C., Математическая модель расчета и совершенствование акккумуляторной топливной системы с электрогидравлической форсункой / A.C. Хачиян, C.B. Десятун // Двигателестроение 1986. -№ 11. - С.36-37.

70. Хачиян A.C., Топливная система с изменяемыми характеристиками впрыскивания / А.С Хачиян, И.Г. Багдасаров // Двигателестроение.1986. № 7. - С.23-26.

71. Ховах М.С., Системы питания автомобильных дизельных двигателей / М.С. Ховах, В.И. Трусов М.: Транспорт, 1967.

72. Эмиссия углеводородов с отработавшими газами дизелей / А.Р. Кульчицкий, А.Г. Коротнев, В.А. Петров, Ю.Н. Честнов // Двигателестроение. 2000. - № 2. - С. 37-39.