Процесс топливоподачи

Основные понятия и параметры процесса топливоподачи

Цикловая подача — подача топлива за один рабочий цикл:

gц = (ge Ne m / 60 n i) г/цикл

  • Где: m — коэффициент тактности, для 2-т. дв. = 1;
  • Для 4-х т. дв. =2; n — об/мин;
  • i — число цилиндров.

Фазы подачиφнпн, φкн, φкпф н, φнпф — фазы начала и конца подачи по насосу и по форсунке.

φнпф = φф.о. или угол опережения впрыска топлива,
φп = φнпф + φкпф продолжительность подачи топлива.

Рн, Рф, Рн.макс, Рф.макс, Рф.о, Рф.з, Рост — давления топлива в насосе, форсунке, максимальные, открытия иглы, закрытия иглы, остаточное в топливопроводе между впрысками.

Остановимся более подробно на величине цикловой подачи. В свою очередь,

gц = (Fпл hа рТ ηпод) 10-3 г/цикл

  • Fпл = πd2 /4 — площадь плунжера м3;
  • hа — активный ход плунжера м;
  • рТ — плотность топлива кг/м3.

Коэффициент подачи топливного насоса ηподпредставляющий собой отношение действительно поданной порции топлива gц к теоретически возможной и равной объему, описываемому плунжером на протяжении его активного хода, умноженному на плотность. Коэффициент подачи величина переменная и зависит от большого числа факторов, к числу которых относятся геометрические и конструктивные соотношения в ТНВД, сжимаемость топлива и явления дросселирования в периоды наполнения и отсечки и, конечно, утечки в системе насос-форсунка. По опытным данным ηпод = 0,75-1,1, на него существенное влияние оказывают число оборотов и величина цикловой подачи (рис. №1).

Увеличение gц (hа) приводит к росту коэффициента подачи. Важная особенность изменения ηпод заключается в том, что при снижении оборотов от номинальных до ≈ 75% ηном и сохранении положения топливной рейки неизменным, он увеличивается (на 10-15%) и лишь затем падает. Это увеличение влечет за собой рост цикловой подачи и, соответственно, — среднего эффективного давления Ре = К gц ηе, и развиваемого двигателем крутящего момента Мкр, что благоприятно сказывается на тяговых свойствах двигателя и устойчивости режима малых оборотов.

Пример — главный двигатель буксирующего судна. С увеличением силы тяги на гаке обороты двигателя будут падать и, если крутящий момент не будет увеличиваться, то обороты и тяговое усилие будут продолжать снижаться. Если же при снижении оборотов, цикловая подача за счет роста коэффициента подачи растут, то, соответственно, увеличиваются момент и сила тяги.

Рис. 1 Кривые изменения коэффициента подачи в функции оборотов и величины цикловой подачи (hа)

Развитие процесса топливоподачи

О том, как развивается процесс топливоподачи, можно проследить по приведенным на рис. №2 кривым:

а) давлений топлива у форсунки,
б) хода иглы форсунки при ее открытии,
в) интегрального распределения подачи за один впрыск по углу п.к.в. (закона подачи).

Давление топлива в топливопроводе и в форсунке поднимается до значения Рфо, при котором игла форсунки поднимается и, в связи с истечением топлива под нее, в этот момент обычно отмечается небольшой местный провал давления. Однако этот провал быстро компенсируется в связи с тем, что плунжер продолжает сжимать топливо, и давление поднимается до максимального значения — Рмакс. Дальнейший рост давления прекращается, так как в насосе начинается отсечка (или плунжер приходит в ВМТ кулачка) и давление падает. По достижении Рфз, при котором пружина сажает иглу на седло, впрыск топлива прекращается.

В форсунке и в топливопроводе при наличии нагнетательного клапана с отсасывающим пояском устанавливается давление, равное остаточному — Рост, сохраняющееся до следующего цикла подачи топлива. При отсутствии разгрузки устанавливается более высокое давление, равное Рфз, что провоцирует появление подтекания топлива под иглу.

Рис. 2 Кривые: а) давления впрыска у форсунки, 6) хода иглы форсунки, в) закона подачи топлива в пределах цикла

В общем случае процесс топливоподачи в системе «ТНВД — форсуночный топливопровод — форсунка» можно условно подразделить на следующие этапы:

1 этап — наполнение полости ТНВД топливом, поступающим от подкачивающего насоса под давлением 0,4-0,5 МПа. Начало — открытие плунжером при его движении вниз впускного окна (клапана).

Окончание — закрытие плунжером впускного окна (клапана) при его движении из крайнего нижнего положения вверх (геометрическое окончание наполнения). Действительное окончание наполнения происходит раньше, так как при подходе верхней кромки плунжера к верхней кромке окна благодаря возникающему в остающейся узкой щели дросселированию начинается сжатие топлива, давление топлива начинает расти и перепуск прекращается. При этом, чем больше обороты двигателя, тем больше сказывается дросселирование и тем раньше (по углу поворота вала) заканчивается наполнение и начинается сжатие топлива. Таким образом, активный ход плунжера несколько увеличивается.

2 этап — сжатие топлива в надплунжерной полости насоса от давления подкачки до давления, при котором открывается нагнетательный клапан насоса Роткр.п.кл = Рзатяг.плуж.кл + Рост. Здесь уместно отметить, что существенную роль в процессе топливоподачи играет сжимаемость топлива. Коэффициент сжимаемости топлив α = (0,6 — 1,0) 10-6 м3/кг. Благодаря сжимаемости плунжер затрачивает часть своего хода на сжатие топлива.

Расчетное уравнение:

Fпл Спл dt = α V1 dp (№1)

  • где: Fпл — площадь плунжера;
  • Спл — скорость плунжера;
  • t — время;
  • V1 — объем надплунжерной полости насоса;
  • Р — давление топлива.

3 этап — продолжение сжатия (соответствующего роста давления) топлива в объеме полости насоса V1 и в объеме топливопровода и форсунки V2. Начало — открытие нагнетательного клапана. Окончание — достижение давления открытия иглы Рфо.

Расчетное уравнение:

Fпл Спл dt = α (V1 + V2) dp (№2)

4 этап — впрыск топлива в цилиндр с момента открытия иглы и до момента начала отсечки в ТНВД. Начало этапа — момент подъема давления топлива у иглы форсунки до величины давления открытия иглы.

Окончание — начало отсечки в ТНВД, соответствующее открытию отсечной кромкой плунжера отсечного отверстия (открытию отсечного клапана в насосе клап. типа) и закрытие нагнетательного клапана.

Расчетное уравнение:

Fпл Спл dt = а (V1 + V2) dp + μ fс (2/р)1/2Т — Рц.ср)1/2 dt (№3)

Объемная подача плунжеромFпл Спл dt = а
Объем сжимаемого топлива(V1 + V2) dp + μ fс (2/р)1/2
Расход топлива через форсункуТ — Рц.ср)1/2 dt

  • где: μ — коэффициент истечения сопловых отверстий;
  • fс — суммарное сечение сопловых отверстий;
  • р — плотность топлива;
  • РТ — давление топлива в период впрыска;
  • Рц.ср — среднее давление в камере сгорания в период впрыска.

5 этап — продолжение истечения (впрыска) топлива из форсунки от момента отсечки в насосе и посадки нагнетательного клапана на седло до момента, когда давление у форсунки упадет до давления посадки иглы на седло (закрытие иглы). Впрыск происходит за счет расширения топлива, оставшегося в топливопроводе и форсунке (в объеме V2).

Расчетное уравнение:

α V2 dp = — μ fс [2 (Р — Рц.ср) / р] 1/2dt (№4)

При наличии у нагнетательного клапана разгрузочного пояска давление в топливопроводе и форсунке резко падает до Рост < Рзакр. иглы и тогда последняя фаза впрыска практически отсутствует. Это хорошо, так как истечение топлива из форсунки при понижающихся давлениях впрыска отрицательно сказывается на распыливании, сокращается длина факела и проникновение капель в богатые кислородом периферийные зоны камеры сгорания, тем самым, приводящее к неполному сгоранию и дымлению на выхлопе.

На рис №2 в представлена интегральная кривая, показывающая как распределяется цикловая подача топлива по углу поворота коленчатого вала. В частности, на рисунке для примера показано какое количество топлива от всей величины цикловой подачи попадает в цилиндр к моменту прихода поршня в ВМТ.

Ноябрь, 09, 2016 846 0
Читайте также