Совершенствование процесса топливоподачи аккумуляторной топливной системы транспортного дизеля путем повышения быстродействия электрогидравлической форсунки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат технических наук Курманов, Павел Васильевич

• Курманов, Павел Васильевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Курманов, Павел Васильевич

Введение.

Глава 1. Развитие стандартов по экологии и топливных систем зарубежных фирм для их выполнения.

1.1. Требования стандартов и выполнение экологических нормативов.

1.2. Основные направления развития топливных систем зарубежных фирм.

1.2.1. Насос — форсунки.

1.2.2. ТА на базе индивидуальных топливных насосов (ИТН).

1.2.3. Аккумуляторная топливная система (АС).

Глава 2. Разработка методики испытания АС и экспериментальные исследования рабочего процесса топливоподачи CR двигателя DCI-11.

2.1. Анализ основных характеристик топливоподачи перспективных ТС транспортных дизелей.

2.2. Разработка методики экспериментальных исследований

АС на безмоторном стенде

2.3. Экспериментальные исследования рабочего процесса топливоподачи CR двигателя DCI — 11.

2.3.1. Исследование колебаний давления в аккумуляторе CR двигателя DCI - 11.

2.3.2. Исследование электрогидравлической форсунки.

2.4. Результаты параметрических испытаний системы

Common Rail».

Глава 3. Разработка математической модели и расчетные исследования процесса топливоподачи Аккумуляторной топливной системы Э23 ЯЗДА.

3.1 Принципиальная схема и работа АС Э23 ЯЗДА.

3.2. Математическая модель гидродинамического расчета АС.

3.3. Расчетные исследования и анализ влияния различных конструктивно-регулировочных параметров АС на динамику процесса топливоподачи.

3.3.1. Влияние конструктивного исполнения выходного штуцера аккумулятора на динамические характеристики процесса топливоподачи.

3.3.2. Влияние сечений дросселирующих отверстий в камере управления ЭГФ на управляемость процесса топливоподачи.

3.3.3. Влияние диаметра поршня ЭГФ и запирающего диаметра иглы на параметры процесса топливоподачи.

3.3.4.Расчет параметров АС.

Глава 4. Сравнительные экспериментальные исследования

ЭГФ Bosch и ЭГФ ЯЗДА и испытания опытной АС ЯЗДА для двигателя КАМАЗ- 740.

4.1. Влияние быстродействия электромагнитного клапана на работу электрогидравлической форсунки АС.

4.1.1. Условия испытаний ЭГФ с быстродействующим ЭМК.

4.1.2. Характеристики производительности ЭГФ.

4.2. Результаты испытания ТНВД АС ЯЗДА.

4.3. Оценка степени достоверности результатов расчётных и экспериментальных исследований.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование процесса топливоподачи аккумуляторной топливной системы транспортного дизеля путем повышения быстродействия электрогидравлической форсунки»

Принятое правительством РФ Постановление от 12 октября 2005 г. №609 «Об утверждении специального технического регламента «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ», заставляет производителей транспортных средств использовать современные двигатели, отвечающие экологическим нормам Евро-4 и Евро-5 [17, 30, 41, 76, 77, 79].

Одним из важнейших мероприятий в этом направлении является переход на дизельную топливную аппаратуру нового поколения с электроуправляемыми клапанами.

Исследованиями ведущих отечественных и зарубежных фирм МГТУ им. Баумана, ФГУП «НАМИ», МГТУ «МАДИ», ОАО «КАМАЗ», ОАО «Автодизель», AVL, Ricardo, Bosch, Delphi и др. установлено, что экологические показатели дизелей Евро-4 и Евро-5 и выше могут быть выполнены только с помощью электронного управления фазами топливоподачи в сочетании с высокими давлениями впрыскивания, применением сажевых фильтров, нейтрализаторов отработавших газов или других способов их очистки [4, 8, 16, 18, 26, 42, 78, 83, 104].

Необходимое давление впрыскивания топлива и гибкое управление фазами топливоподачи может быть получено с использованием топливной аппаратуры с электроуправляемыми клапанами: аккумуляторной топливной системы типа Common Rail или HEUI, насос-форсунок, индивидуальных топливных насосов. Выбор типа ТА определяется разработчиком дизеля в зависимости от особенностей его конструкции, условий эксплуатации, опыта использования того или иного вида ТА в данной фирме.

В ТА традиционного типа, насос-форсунках, индивидуальных топливных насосах при увеличении давления впрыскивания резко возрастает пиковый крутящий момент на привод топливного насоса высокого давления (ТНВД) и возникает необходимость в повышении его надежности. В АС, где создание давления топлива и его распределение по форсункам разделено во времени, эта проблема решена за счет уменьшения размерности плунжерной пары. Поэтому АС получила наибольшее распространение в последнее время и обеспечивает [3, 22, 31,51,57]:

- расширение функций топливной системы по управлению рабочим процессом двигателя, а именно: впрыскивание топлива с управляемым высоким давлением, определяемым нагрузочным и скоростным режимом двигателя, и регулируемой скоростью впрыскивания в фазе впрыскивания (ступенчатой, прямоугольной, трапециевидной формы), многофазное впрыскивание с управляемым соотношением количества топлива в каждом впрыске;

- оптимизированную настройку режима работы топливной системы (впрыскивания) в рабочем диапазоне скорости и нагрузки двигателя; выравнивание цикловой подачи топлива (снижение неравномерности) по цилиндрам.

Наиболее сложным компонентом аккумуляторной топливной системы является электрогидравлическая форсунка, поскольку именно она обеспечивает гибкое управление величиной подачи топлива, продолжительностью и фазами впрыскивания топлива.

При разработке АС потребовалось решить проблемы связанные с быстродействием электромагнитного клапана ЭГФ для обеспечения многофазного впрыска и улучшением динамики процесса топливоподачи за счет оптимизации волновых процессов в линии аккумулятор - форсунки.

Проанализирован выбор определяющих количественных и качественных критериев оценки динамики процесса топливоподачи, позволяющих определить оптимальные соотношения конструктивно -регулировочных параметров АС.

Таким образом результаты расчетных и экспериментальных исследований влияния конструктивно-регулировочных параметров ЭГФ и других компонентов аккумуляторной топливной системы на выходные параметры процесса топливоподачи являются актуальными при создании отечественной АС для дизелей с перспективными экологическими нормативами и позволяют сократить сроки ее доводки.

Учитывая необходимость постановки на производство отечественной АС для дизелей экологического класса Евро-4 с 2012г. и Евро-5 с 2014г., данная тема является актуальной.

Цель работы. Совершенствование процесса топливоподачи аккумуляторной топливной системы транспортного дизеля путем повышения быстродействия электрогидравлической форсунки

Методы исследования. Расчетные исследования проводились по методам и программам, разработанным с использованием вычислительной техники. Экспериментальные исследования проводились в лаборатории ОАО "ЯЗДА" на испытательных установках, созданных на базе стендов Bosch 815 и EFS 8246.

Научная новизна. -Разработана и реализована в виде программного продукта математическая модель для расчета рабочего процесса АС с учетом объема аккумулятора и волновых процессов топливоподачи, позволяющая моделировать различные конструктивные решения и проводить расчеты давления и движения топлива в ЭГФ - аккумуляторе — топливопроводах. -Определено влияние конструктивных элементов АС на её рабочие характеристики, уменьшение с1] и увеличение с12 снижает продолжительность Ффа включения ЭМК, т.е. при заданных с];( повышается быстродействие форсунки, что особенно необходимо при многофазном впрыске.

-Разработаны методика и установка для испытания АС, проведены комплексные экспериментальные исследования волновых процессов и основных компонентов АС (ЭМК, ЭГФ и ТНВД), обеспечившие выбор величин и соотношения дросселирующих проходных сечений в камере управления ЭГФ, которые в сочетании с конструкцией электромагнита обеспечивают ее необходимое быстродействие.

Практическая ценность. Проведенными расчетно-экспериментальными исследованиями АС установлено, что быстродействие ЭМК зависит главным образом от величины воздействующего на управляющий клапан давления топлива в аккумуляторе, которое в свою очередь зависит от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Практические рекомендации обеспечивают на различных стадиях проектирования совершенствование процесса топливоподачи АС за счет повышения быстродействия электромагнитного клапана, выбора конструкции выходного штуцера аккумулятора, соотношения дросселирующих проходных сечений в камере управления ЭГФ, что позволяет увеличить интенсивность впрыска топлива, демпфировать колебательные процессы и осуществить многофазный впрыск.

Реализация работы: Результаты работы реализованы при выполнении Программы Союзного государства Россия - Белоруссия «Развитие дизельного автомобилестроения на период до 2008г.». Теоретические и практические рекомендации диссертационной работы использованы при создании опытных образцов перспективных аккумуляторных топливных систем для дизелей КАМАЗ, ЯМЗ и ММЗ, соответствующих экологическим нормативам Евро-4 и Евро-5, и в учебном процессе ЯГТУ.

Апробация работы: Основные положения диссертационной работы доложены на международной автомобильной конференции 2007 г. «Двигатели для российских автомобилей» в рамках московского автосалона МШЭ - 2007г.; на «шестьдесят первой (в 2008г.) и второй (2009г.) научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов ЯГТУ»; конференции молодых специалистов группы ГАЗ в 2008г.; на Межрегиональной научно-практической конференции в Ярославском филиале МИИТ «История и перспективы развития транспорта на Севере России» в 2009 году; в МГТУ им. Н.Э. Баумана (семинар по автоматическому регулированию им. проф. В.И. Крутова 2010 и 2011 года); 8 международном автомобильном научном форуме (МАНФ-2010), Автополигон НАМИ.

Публикации. Материалы исследований опубликованы в 7 научных работах, в том числе 4 по перечню ВАК.

Структура и объём работы: Диссертация состоит из введения , 4-х глав, выводов, содержит 176 страниц текста, 87 рисунков, 31 таблица и 2 приложения. Список литературы включает 105 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

Заключение диссертации по теме «Тепловые двигатели», Курманов, Павел Васильевич

Основные результаты диссертационной работы Курманова П.В. используются в учебных занятиях со студентами автомеханического факультета специальностей «Двигатели внутреннего сгорания» и «Автомобили и автомобильное хозяйство» ЯГТУ.

Заведующий кафедрой «Двигатели внутреннего сгорания» к.т.н., профессор

Утверждаю ^ развитшо и техническому изводства ОАО «ЯЗДА»

И. Комичев 20 г а

АК внедрения результатов диссертационной работы Курманова П.В.

Совершенствование процесса топливоподачи аккумуляторной топливной системы транспортного дизеля путем повышения быстродействия электрогидравлической форсунки" на соискание ученой степени кандидата технических наук

Настоящий акт составлен в том, что теоретические и практические рекомендации диссертационной работы использованы при создании опытных образцов перспективных аккумуляторных топливных систем для дизелей ОАО "Автодизель", ОАО "КАМАЗ", ОАО "ММЗ", удовлетворяющих экологическим нормам Евро-4 и Евро-5.

Автором проведена оптимизация параметров АТС ОАО "ЯЗДА" за счет повышения быстродействия электромагнитного клапана, выбора оптимальных величин и соотношения дросселирующих проходных сечений в камере управления и диаметра управляющего поршня электрогидравлической форсунки, что позволило увеличить интенсивность впрыска топлива, демпфировать колебательные процессы и осуществить многофазный впрыск.

Математическая модель и программа расчета аккумуляторной топливной системы с электрогидравлической форсункой согласуется с экспериментальными данными.

Руководитель группы развития ТПС 53т*" С.А.Богачев

УГК ОАО "ЯЗДА", к.т.н. ^ С^А^Ч