Топлива в камеру сгорания.

Расчет дифференциальных и интегральных характеристик подачи

Экономические и экологические показатели дизеля зависят от величины и характеристики подачи топлива, согласованного движения воздушного вихря в камере сгорания. Для четырехтактного двигателя КамАЗ мощностью 220 кВт общее количество топлива за впрыск или цикловая подача в м³/цикл определится выражением

, (1)

где q_е – удельный эффективный расход топлива, 220 г/(кВт· ч);

N_е – эффективная номинальная мощность, 220 кВт;

i – число цилиндров 8;

n_н – частота вращения вала насоса, 1200 мин^-1;

ρ_т – плотность топлива 850 кг/м³.

Главным параметром распылителя является его эффективное проходное сечение µF. Обычно коэффициент расхода µ равен 0,6 ÷ 0,8 и представляет собой отношение действительного расхода топлива к теоретическому. Суммарная площадь сопловых отверстий F зависит от диаметра отверстий и их количества. Величина µF для распылителей автотракторных дизелей лежит в пределах 0,15 ÷ 0,4 мм². Для конкретного двигателя величина µF должна иметь строго определенное значение.

Для двигателей семейства КамАЗ мощностью от 154 до 265 кВт у топливной аппаратуры 33-02 значение µF = 0,185 ÷ 0,205 мм², для 33-10 – 0,215 ÷ 0,235 мм², 337-20 – 0,26 ÷ 0,28 мм², 337-20.04 – 0,25 ÷ 0,27мм².

На рис. 1 приведена зависимость эффективного сечения распылителя µF двигателя КамАЗ от подъема (хода) иглы Х [2]. Максимальный ход иглы у новых распылителей лежит в пределах 0,25 ÷ 0,3 мм.

Из анализа рис. 1 следует, что при подъеме иглы более 0,25 мм значение µF остается неизменным. Из этого следует, что максимальный ход иглы не должен быть более 0,30 мм. С увеличением хода иглы возрастают ударные нагрузки на посадочный конус, что может привести к его разрушению. Дополнительно создаются условия для проникновения горячих газов из цилиндра двигателя в каналы распылителя и их закоксовывание.

Рис. 1. Зависимость проходного сечения распылителя от хода иглы

Для приближенного определения эффективного проходного сечения распылителя µF автотракторных дизелейможно применитьномограмму, изображеннуюна рис. 2. Для этого необходимо знать требуемую цикловую подачу q_ц и продолжительность впрыскивания топлива φ _в. Например, для q_ц = 100 мм³ и φ _в = 10 ⁰ значение µF будет соответствовать 0,21 мм². Номограмма построена для частоты вращения вала насоса 900 мин^-1, максимального давления в полости форсунки 50 МПа, а среднего – 30 МПа.

Значение µF выбирается после моторных испытаний по анализу нагрузочной и скоростной характеристик дизеля. Оптимальное значение µF соответствует для минимального расхода топлива и токсичности отработавших газов.

Рис. 2. Номограмма для определения µF при различных

значениях q_ц и φ_В

Для цикловой подачи 100 мм³ и µF= 0, 25 мм продолжительность топливоподачи согласно рис. 2 будет соответствовать 9 ̶ 10 ⁰. Максимальный ход иглы примем равным 0,25 мм.

Для построения характеристик топливоподачи необходимо иметь осциллограммы (графики) изменения давления перед сопловыми отверстиями и хода иглы. Для этого обычно используют результаты эксперимента.

На рис. 3 показано изменение давления перед сопловыми отверстиями и хода иглы в зависимости от угла поворота валика насоса. Выбираем шаг расчета, например 1 ⁰, разбивая ход иглы (в нашем примере 10 ⁰) на 10 участков. Применение современных компьютеров позволяют шаг расчета уменьшить до 0,01 ⁰, что позволяет получить более точную форму характеристики впрыска. В современных быстроходных дизелях с интенсивным процессом подачи топлива в камеру сгорания продолжительность впрыска составляет 8 ÷ 12 градусов поворота кулачкового вала насоса.

Рис. 3. Осциллограмма процесса топливоподачи в распылителе форсунки:

1 – изменение давления в канале форсунки перед сопловыми отверстиями;

2 – изменение хода иглы в процессе подачи топлива;

3 – отметка времени, равная 0,001 с.

Секундный объемный расход топлива Q вытекающий из распылителя в м³/с определим из выражения

, (2)

где µF – эффективное проходное сечение распылителя, м²; ϑ_Т – теоретическая скорость истечения топлива м/с; ΔР – средняя величина давления топлива перед сопловыми отверстиями, Н/м²; ρ_Т – плотность топлива, 820 кг/м³.

При определении Q величину ΔР берут как среднее значение (0,6 Р_{ф мак}) за впрыск при максимальном значении µF. При учете противодавления воздуха в конце процесса сжатия (4 ÷ 6 МПа) подача топлива уменьшается. Например, давление топлива перед сопловыми отверстиями 40 МПа, а давление воздуха камере сгорания 5 МПа, величина перепада давления будет равной 35 МПа.

Методика построения дифференциальной характеристики при впрыске топлива без противодавления следующая. Для каждого участка определяем среднее значение µF (рис.1) в зависимости от подъема иглы и величину среднего давления перед сопловыми отверстиями. Например для µF₁ = 0,25 мм², (0,25· 10 ^{- 6} м ² ), величина среднего давления для участка подъема игла 2-3 равна ΔР = 450 00000 Н/м² (450 атм).

Объемное количество топлива V_ц поданного в камеру сгорания за время впрыска t_в. определяют по формуле

V = Q · t_в. (3)

Время впрыска t_в в с и общая продолжительность впрыска φ_в в градусах зависят от частоты вращения кулачкового вала n в мин^-1 и связаны выражением

φ_в = 6·n·t_в , (4)

Время, соответствующее шагу расчета равному одному градусу, составит 0,00138/10 = 0,000138 с. За шаг расчета (один градус поворота кулачкового вала насоса) на участке подъема иглы 2 – 3 (таблица 1) при среднем давлении топлива 45 МПа объемная подача будет равна

ΔV = Q · t = 0,0000828 ·0,000138 = 114 · 10 ^-10 м³/град = 11,4 мм³/град.

Таблица 1

Дата добавления: 2017-02-01