Библиографическое описание:

Курапин А. В., Гостевская О. В., Авдеюк О. А., Лемешкина И. Г. Влияние конструктивных параметров топливоподающей аппаратуры дизеля на ее переходные процессы // Молодой ученый. — 2013. — №10. — С. 156-159.

Показана возможность оценки влияния на переходные процессы в топливоподающей аппаратуре дизеля ее конструктивных и регулировочных параметров. Представлены результаты исследования влияния на показатели переходного процесса площади сопловых отверстий распылителя форсунки.

Ключевые слова: дизель, топливоподающая аппаратура, переходный процесс, цикловая подача, перерегулирование, форсунка, распылитель, сопловые отверстия.

Важнейшей задачей исследования динамических свойств топливной аппаратуры (ТА) дизеля является построение ее переходных процессов. Построение переходного процесса ТА возможно в результате решения дифференциального уравнения ТА [1]:

,

где ТТ,Tk, Кq, Qj — коэффициенты дифференциального уравнения, имеющие следующие наименования и размерность:

ТТ — время топливоподающей аппаратуры, с.;

Tk — время катаракта, с.;

Кq — коэффициент самовыравнивания;

Qj — коэффициент усиления по угловой скорости;

y, j — входные координаты ТА, q — выходная координата ТА;

ψ = Dh/ h, где Dh — перемещение рейки, вызывающее переходный процесс; h — положение рейки в равновесном режиме, предшествующем переходному процессу;

j = Dw / w, где Dw -изменение частоты вращения валика насоса вызывающее переходный процесс; w — частота вращения в равновесном режиме, предшествующем переходному процессу;

q = DQц / Qц, где DQц — изменение цикловой подачи за время переходного процесса; Qц — цикловая подача в равновесном режиме, предшествующем переходному процессу.

Решение дифференциального уравнения ТА дает возможность построить переходные процессы в ТА, то есть определить изменение цикловой подачи топлива во времени и выявить реакцию элемента на внешние воздействия.

Коэффициенты дифференциального уравнения ТА определяются на основе анализа АФЧХ, полученных экспериментальным или расчетным путем [1]. В ряде работ получены теоретические выражения для коэффициентов дифференциального уравнения ТА, включающие в себя многие конструктивные и регулировочные параметры ТА, такие как диаметр плунжера, диаметр иглы распылителя, площадь сопловых отверстий распылителя, жесткость пружины нагнетательного клапана, пружины иглы распылителя, диаметр трубопровода и многие другие [2,3]. Эти выражения получены путем рассмотрения равновесия единичного элемента топлива, перемещающегося в системе под действием всех сил (принцип Даламбера).

Решение дифференциального уравнения ТА получают известными методами: путем преобразований и использования частных решений Эйлера для однородных дифференциальных уравнений.

Для получения переходного процесса, описываемого дифференциальным уравнением ТА, необходимо алгебраически просуммировать по времени процессы, протекающие в ТА за счет перемещения рейки насоса и за счет изменения угловой скорости валика насоса. Это соответствует принципу суперпозиции (раздельное изучение возмущающих воздействий). В случае больших возмущений уравнение ТА неприменимо, так как представляется в виде нестационарного, и коэффициенты уравнения непрерывно меняются в зависимости от перемещения рейки или изменения скорости вращения валика насоса.

Ранее была выполнена работа [4], показывающая, что использование теоретических выражений для расчета коэффициентов дифференциального уравнения ТА при построении ее переходных процессов хорошо согласуется с экспериментальными данными. Разработана компьютерная модель, позволяющая оценить влияние на переходный процесс конструктивных и регулировочных параметров ТА, входящих в теоретические выражения для коэффициентов дифференциального уравнения ТА [4,5]. С помощью указанной модели, в частности, было проанализировано влияние на время переходного процесса Тпп, перерегулирование D цикловой подачи топлива qц и максимальные забросы цикловой подачи qцmax площади сопловых отверстий распылителя fсопл.. Построены переходные процессы с использованием решения дифференциального уравнения ТА. Моделировался переходный процесс, вызванный мгновенным скачкообразным перемещением рейки из положения 7 мм в положение 8 мм при неизменной частоте вращения вала насоса 1000 мин-1. Переходные процессы для топливной аппаратуры с ТНВД УТН-5 и форсункой ФД-22 при различных значениях площади сопловых отверстий (штатная площадь сопловых отверстий fсопл. = 0,0038516 см2) показаны на рисунке 1. При исследовании влияния на переходный процесс изменения fсопл. было использовано 8 их значений в интервале от 0,002428 см2 до 0,0045714 см2. Тпп при значениях fсопл., равных 0,002428; 0,002857 и 0,0031428 см2 составило 0,44 с, а при значениях fсопл., равных 0,0034286; 0,0038516; 0,004; 0,0042857 и 0,0045714 см2–0,45 с. Влияние изменения fсопл. на D и qцmax демонстрируют рисунки 2 и 3.

Анализ полученных результатов показывает, что с ростом площади сопловых отверстий время переходного процесса возрастает незначительно (на 0,01 с). Переходный процесс носит колебательный характер, перерегулирование цикловой подачи в течение переходного процесса линейно возрастает на 2,4 %, забросы максимальных значений цикловой подачи линейно возрастают на 5,7 % при возрастании площади сопловых отверстий на 88,3 %.

Рис.1. Переходные процессы ТА дизеля с ТНВД УТН-5 и форсункой ФД-22: 1 — fсопл. = 0,002428 см2; 2 — fсопл. = 0,0038516 см2 (штатное значение), 3 — fсопл. = 0,0045714 см2

Рис. 2. Влияние площади сопловых отверстий на перерегулирование цикловой подачи топлива в переходном процессе

 Рис. 3. Влияние площади сопловых отверстий на максимальные забросы цикловой подачи топлива в переходном процессе

Литература:

1.       Крутов, В. И. Двигатель внутреннего сгорания как регулируемый объект/ В. И. Крутов. — М.: Машиностроение, 1978. — 471 с.

2.       Волков, А. А. Топливоподающая аппаратура как элемент системы автоматического регулирования дизеля: Дис. на соиск. уч. ст. к.т.н. — М., 1972. — 234 с.

3.       Комаров, Г. А. Исследование статических и динамических свойств топливоподающей аппаратуры дизеля:. дис… к.т.н./ Г. А. Комаров. — М., 1970. — 204 с.

4.       Курапин, А. В. Переходные процессы в топливоподающей аппаратуре дизелей: Дис. на соиск. уч. ст. к.т.н. — Волгоград, 1999. — 262 с.

5.       Славуцкий, В. М. К исследованию переходных процессов в топливоподающей системе транспортных дизелей / В. М. Славуцкий, А. В. Курапин // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 6 / ВолгГТУ. — Волгоград, 2008. — (Серия «Процессы преобразования энергии и энергетические установки»; вып. 1). — С. 34–38.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle