Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Факторы, влияющие на протекание процесса впрыска топлива

На протекание процесса впрыска в основном влияют конструктивные особенности нагнетательной секции топливного насоса высокого давления, топливопровода и форсунки, а также физические параметры топлива и режимы работы топливоподающей системы.

Топливные насосы высокого давления. Топливный насос высокого давления является наиболее сложным элементом системы питания дизеля. Он дозирует топливо в соответствии с рабочим режимом двигателя, подает топливо к форсунке и обеспечивает в совокупности с другими элементами системы требуемое протекание процесса впрыска.

Топливные насосы, у которых каждая нагнетательная секция подает топливо только в один цилиндр двигателя и, следовательно, число секций равно числу цилиндров, называют многосекционным. Другим типом топливных насосов являются одно- или двух-плунжерные распределительные насосы, у которых одна секция подает топливо в несколько цилиндров двигателя (до шести цилиндров).

Топливные насосы, как было указано, отличаются также способами дозирования (изменения цикловой подачи).

во втулке в основном происходит через впускное окно 2. Через него топливо частично вытесняется обратно при движении плунжера. Часть топлива перепускается при отсечке через окно 12. Открытием и закрытием окон 2 ж 12 управляет плунжер. Плунжер подает также часть топлива к форсунке.

Моменты полного перекрытия торцовой кромкой плунжера впускного отверстия 2 и начала открытия отсечной кромкой 13 отверстия 12 называют соответственно геометрическими началом и концом подачи. Ход плунжера от геометрического начала до геометрического конца подачи называют активным. Объем, описываемый плунжером во время активного хода, представляет собой геометрическую подачу нагнетательной секции насоса

(246)

активный ход плунжера.

При бесконечно малом перемещении плунжера во втулке он описывает объем:

(247)

Перемещается плунжер при подаче топлива кулачком. Следовательно, скорость плунжера зависит от формы профиля и частоты вращения кулачка. Наиболее широко в топливных насосах автотракторных дизелей применяют два профиля кулачков: выпуклый и тангенциальный. При тангенциальном профиле повышается скорость движения плунжера по сравнению с выпуклым, что позволяет сократить геометрическую и действительную продолжительности подачи. На рис. 180 приведены кривые изменения хода sM и скорости спл плунжера топливного насоса для кулачков с тангенциальным и выпуклым профилями при одинаковой частоте вращения пк. Там же указаны ход плунжера s0 от начала движения

получим

(248)

прямо пропорциональна геометрической подаче насоса.

Действительные фазы подачи и форма волны давления у насоса отличаются от геометрических из-за влияния следующих факторов:

дросселирования в отверстиях втулки плунжера и нагнетательного клапана, сжимаемости топлива в объемах втулки над плунжером и штуцера насоса, утечек топлива через зазоры плунжерной пары, волны давления, отраженной от форсунки и подошедшей к штуцеру насоса, жесткости деталей нагнетательной секции и привода.

Ниже рассматривается влияние основных факторов на формирование волны давления у насоса.

штуцера насоса. Следовательно, прямая волна давления у насоса из-за дросселирования может возникнуть раньше геометрического начала подачи.

постепенно, поэтому действительный конец подачи у насоса запаздывает по сравнению с геометрическим.

Увеличение площади и скорости движения плунжера, а следовательно, и частоты вращения кулачка приводит к усилению влияния дросселирования на протекание процесса подачи топлива. Растет влияние дросселирования и по мере уменьшения цикловой подачи, так как большее количество топлива из объема во втулке необходимо перепускать в каналы в корпусе насоса.

нагнетательной секции приводит на участке нарастания давлений ришрик аккумулированию части топлива в этих объемах. В результате действительная объемная скорость подачи топлива насосом будет меньше геометрической. Если давления рн и рн начинают снижаться, то топливо расширяется и увеличивается его подача по сравнению с геометрической. При отсечке это приводит к запаздыванию конца подачи и росту продолжительности впрыска. Влияние сжимаемости топлива проявляется тем в большей степени, чем выше скорость нарастания давления, величина давления в системе и больше сжимаемые объемы топлива. Давления в системе растут с увеличением объемной подачи плунжера, частоты вращения кулачкового вала насоса и цикловой подачи.

Для уменьшения влияния утечек, снижающих действительную скорость подачи плунжера по сравнению с геометрической, и улучшения равномерности подачи топлива по цилиндрам плунжерную пару изготовляют с высокой точностью. Зазор между плунжером и втулкой составляет 0,52 мкм.

В насосах мнйготопливных дизелей вводят смазку плунжерных пар или перепуск топлива, просочившегося в зазоры между плунжером и втулкой. Это необходимо для устранения попадания топлива малой вязкости (бензина) в корпус насоса и нарушения смазки кулачков и толкателей.

и полости низкого давления в промежутке между впрысками или при неработающем двигателе. Тем самым исключается обратное перетекание топлива при возвратном ходе плунжера и проникновенпе воздуха в полость высокого давления.

перед началом каждого впрыска топлива и существенно влияет на величину остаточного давления

в этих объемах. С помощью нагнетательного клапана можно, как будет показано далее, корректировать скоростные характеристики подачи топлива.

и топливо движется в обратном направлении, а клапанперемещается к седлу.

и перетекшего обратно через нагнетательный клапан за время его движения в процессе подачи топлива у насоса.

По мере дальнейшего опускания нагнетательного клапана в штуцере насоса освобождается объем

ход клапана с момента вхождения нижней кромки разгрузочного пояска в канал до посадки клапана на седло (рис. 181, а).

. Образующиеся при этом свободные объемы заполняются парами и выделившимся из топлива воздухом.

На рис. 181, б показан клапан грибкового типа, имеющий центральное 5 и боковое 6 отверстия, через которые проходит топливо, минуя разгрузочный поясок. Функции отверстий может выполнить и зазор между боковыми поверхностями разгрузочного пояска и направляющего канала седла. Нагнетательные клапаны такого типа называют корректирующими.

, и давление ри снижается. Подобрав усилие предварительной затяжки пружины 7, можно получить необходимое остаточное давление рт0. Двойные нагнетательные клапаны используют в топливных насосах распределительного типа, устанавливаемых на некоторых тракторных дизелях.

Нагнетательный топливопровод. По нагнетательному топливопроводу импульс давления передается от насоса к форсунке. При этом потери энергии должны быть минимальными. Нагнетательный топливопровод должен также иметь незначительные деформации при прохождении волны давления и обладать высокой прочностью. Поэтому для рассматриваемых топливоподающих систем автотракторных дизелей нагнетательные топливопроводы выполняют из легированной стали с большой толщиной стенок (23 мм) и внутренним диаметром 1,53 мм. В отечественной автотракторной промышленности используют топливопроводы с внутренним диаметром 2,0 мм.

заключенный в топливопроводе. Поэтому на дизеле стремятся устанавливать короткие нагнетательные топливопроводы одинаковой длины. Обычно у автотракторных дизелей длина нагнетательного топливопровода не превышает 1,5 м. В этом случае при топливах малой вязкости, применяемых в быстроходных дизелях, на участке впрыска можно пренебречь потерями энергии при движении волн давления. Для обеспечения равномерной подачи топлива по цилиндрам дизеля необходимо, чтобы устанавливаемые нагнетательные топливопроводы имели близкие объемы VT и обладали примерпо одинаковым гидравлическим сопротивлением.

Форсунки и характеристики распылителей. От форсунки зависит окончательный вид характеристики впрыска. Форсунка влияет на распыливание топлива и его распределение по камере сгорания.

На автотракторных дизелях применяют форсунки закрытого типа, которые имеют запорное устройство между нагнетательным топливопроводом и распыливающими отверстиями. Запорный орган (игла или клапан) может удерживаться в закрытом состоянии усилием предварительной затяжки пружины или давлением гидрозапорной жидкости. Запорный орган обычно открывается под давлением впрыскиваемого топлива (форсунки с гидравлическим управлением). В последнее время разрабатываются форсунки, у которых открытием и закрытием запорного органа управляет быстродействующий электромагнит.

Наиболее важным элементом форсунки является распылитель, который частично выступает в камеру сгорания и подвержен воздействию высоких температур. Топливо и мелкие абразивные частицы, взвешенные в нем, двигаясь в распылителе с большими скоростями, изнашивают сопловые отверстия и запорные конусы. Последние изнашиваются также в результате удара при посадке иглы на седло. В распылителе может возникать износ кавитационного типа.

Наиболее широко применяются закрытые распылители: клапанно-сопловой (182, а), многодырчатый бесштифтовый (182, б) и штифто-вый (182, в). Тип распылителя определяется в основном формой камеры сгорания.

У всех распылителей, показанных на рис. 182, между конусами иглы (клапана) и седла образуется дросселирующее проходное сечение [хн/ц. Площадь /н возрастает по мере открытия запорного органа.

В клапанно-сопловом распылителе имеется еще дополнительное дросселирующее сечение ц^Д, а также дросселирующее сечение распы-ливающих отверстий ц.с/с. Дросселирующее сечение ц.с/с имеет и многодырчатый бесштифтовый распылитель. Распылители, изображенные на рис. 182, а, б, применяют на дизелях с однополостными камерами сгорания. Число распиливающих отверстий колеблется от одного до семи, а их диаметр от 0,15 до 0,6 мм.

подбирают из условий наиболее эффективного протекания рабочего процесса дизеля. Штифтовые распылители имеют три дросселирующие

Они изменяются по мере перемещения иглы.

Штифтовые распылители используют на дизелях с разделенными камерами сгорания.

Эту площадку называют дифференциальной.

Максимальное перемещение нглы (клапана) в распылителе обычно не превышает 0,20,5 мм.

их число.

называют характеристикой распылителя.

у этих распылителей определяются в основном проходным сечением распыливающих отверстий.

при перемещении иглы на этом участке.

Характеристики распылителей используют для расчета количества топлива, поступающего из форсунки в каждый момент времени (характеристики впрыска), если известны давление рф и ход иглы у. Расчет в каждый момент времени ведется по уравнению расхода топлива для установившегося движения:

(250)

нарастает (участок 56).

После начала отсечки резко снюкается давление в нздплунжер-ной полости, нагнетательный клапан начинает садиться на седло и падает давление в штуцере насоса. От точки 6 соответственно начинает уменьшаться и давление в форсунке. В точке 7 начинается движение иглы от упора к седлу. В период посадки иглы топливо продолжает поступать из распылителя. Давление топлива в момент посадки иглы (точка 8) меньше, чем в начале ее подъема (точка 2), что объясняется увеличением площади, на которую действует давление топлива после подъема иглы. Посадке иглы препятствуют также

распылителя, что тормозит ее движение.

На протекание процесса впрыска влияют следующие конструктивные особенности форсунки: характеристика распылителя, сила предварительной затяжки пружины, массы движущихся деталей форсунки и др.

в распылителе, повышается общий уровень давлений в полости нагнетания, более четко садится игла на седло в конце впрыска. Однако при этом возрастает сила удара иглы о седло и снижается долговечность работы распылителя. Предварительную затяжку пружины выбирают из условий обеспечения эффективного протекания рабочего цикла, четкого окончания процесса впрыска и надежной работы распылителя.

еще до посадки иглы на седло. Горячие газы из цилиндра в этом случае начнут проникать в полости распылителя, вследствие чего быстро закоксовываются дросселирующие сечения и образуются отложения на поверхности иглы. Через непродолжительный период работы такого распылителя требуется его заменять или чистить распыливающие отверстия и восстанавливать подвижность иглы. Поэтому в современных конструкциях форсунок стремятся уменьшать массу движущихся деталей и тем в большей степени, чем выше частота вращения дизеля.

уменьшается.

можно учесть коэффициентом подачи

Тогда цикловая подача с учетом выражения (246)

(251)

Из формулы (251) видпо, что цикловую подачу можно изменять, воздействуя на активный ход плунжера или rjH.

У топливного насоса с отсечкой, нагнетательная секция которого показана на рис. 176, цикловую подачу меняют путем изменения активного хода плунжера. Для этого отсечную кромку выполняют в форме винтовой линии. При зтом возможны три способа регулирования подачи:

1) изменением конца впрыска при неизменном начале подачи;

2) изменением пачала впрыска при неизменном конце подачи;

3) одновременным изменением начала и конца подачи.

При первом способе регулирования с повышением нагрузки активный ход увеличивается и конец подачи смещается в сторону запаздывания, а начало подачи остается примерно постоянным. Вследствие незначительного отклонения фаз впрыска от оптимальных и относительной простоты изготовления плунжера (он имеет только одну винтовую кромку) этот способ широко применяется. Его используют на всех отечественных автотракторных дизелях при установке разделенной топливоподающей аппаратуры. Характеристики впрыска для

топливной системы с таким плунжером при различной цикловой подаче приведены на рис. 187, а.

изменением начала впрыска геометрическое начало подачи с уменьшением нагрузки смещается к в. м. т., геометрический конец подачи остается постоянным. При этом вследствие протекания начала процесса впрыска при более высоких температуре и давлении в цилиндре сокращается задержка воспламенения по сравнению с регулированием при неизменном начале впрыска. Дизель на частичных нагрузках работает с менее интенсивным нарастанием давления в период быстрого сгорания. Характеристики впрыска с плунжером такого типа показаны на рис. 187, б.

При комбинированном способе регулирования с уменьшением цикловой подачи геометрическое начало впрыска смещается к в. м. т., а конец наступает раньше. Подбором шага винтовых кромок плунжера можно получить оптимальные фазы впрыска по нагрузочной характеристике. Однако в этом случае плунжер должен иметь две винтовые кромки (насос-форсунки АР-20АЗ, АР-23АЗ). На рис. 187, в показаны характеристики впрыска при различных постоянных положениях рейки для насос-форсунки АР-23АЗ.

Анализ характеристик впрыска, приведенных на рис. 187, показывает, что с уменьшением цикловой подачи продолжительность впрыска уменьшается, действительные моменты впрыска изменяются в соответствии с изменением геометрических фаз и максимальные давления впрыска снижаются.

во втулке не заполнится полностью топливом.

в объеме

во втулке плунжера будет достаточным для перемещения нагнетательного клапана (рис. 188, г). После окончания подачи плунжер начнет двигаться вниз, и цикл повторится.

Регулирование цикловой подачи для такой топливоподающей аппаратуры соответствует изменению начала впрыска. Конец геометрической подачи остается постоянным.

К недостаткам топливных насосов с дросселированием на впуске следует отнести большую сложность обеспечения идентичной работы всех нагнетающих секций в случае многоплунжерных насосов или

и на равномерность подачи топлива по цилиндрам дизеля. Поэтому метод дросселирования на впуске в основном применяют для насосов распределительного типа.

Реклама