Давление впрыска
Эффективность рабочего процесса дизеля зависит не только от характеристики подачи и момента впрыска топлива, но и от качества распыливания. Топливо должно быть распределено по всему объему камеры сгорания. В каждой единице объема сжатого воздуха должно содержаться одинаковое количество как можно более мелких частиц впрыскиваемого топлива.
Топливо дробится и равномерно распределяется в камере сгорания топливоподающей аппаратурой и возникающими в камере воздушными вихрями. В частности, в вихрекамерных двигателях топливо дополнительно дробится потоками воздуха, перетекающего из рабочего цилиндра в камеру, и при обратном прохождении газов из камеры сгорания.
Эффективность распыливания топлива повышается с увеличением числа оборотов двигателя.
Качество распыливания топлива определяют тонкостью и однородностью, дальнобойностью и углом конуса струи, а также относительным распределением топлива по длине и в поперечном сечении струи.
Тонкость распыливания топлива оценивается средним диаметром капли.
Под дальнобойностью струи понимается глубина проникновения конца струи в толщу воздуха в зависимости от времени.
Углом конуса называют угол между касательными к контуру струи, сходящимися у сопла форсунки.
Форма и характер разрушения струи в процессе проникновения ее в камеру сгорания зависят от давления впрыска, противодавления, т. е. плотности среды, в которую впрыскивается топливо, скорости вращения кулачкового вала, вязкости топлива и конструкции сопла.
Давлением впрыска называется давление топлива перед сопловым отверстием в момент впрыска. Величина давления впрыска зависит от величины давления начала отрыва иглы форсунки, т. е. от регулировки форсунки и скоростного режима. С повышением давления впрыска увеличивается скорость истечения топлива и уменьшается средний диаметр капель см рис.
Зависимость скорости Wф движения переднего фронта факела и диаметра dK капель топлпва от давления Рф впрыска.
Распределение капель разного размера в струе топлива зависит от перепада давления (рис. 6). По оси абсцисс отложен средний диаметр капель dк, по оси ординат — отношение А объема капель одинакового диаметра к объему всех капель в этой части струи в %. Чем выше перепад давлений, тем меньше диаметр капель и тем однороднее распыливание.
При уменьшении перепада давлений средний диаметр капель возрастает, ухудшается однородность распыливания и повышается дальнобойность струи. Особенно большое значение эти факторы имеют для двигателей непосредственного впрыска. Для двигателей вихрекамерного смесеобразования их влияние сказывается в меньшей степени, так как качество смесеобразования улучшается благодаря воздушным вихрям.
Если у вихрекамерных двигателей дальнобойность струи мала, то топливо распределяется в небольшом объеме камеры сгорания и на ее периферии появляются зоны с избытком воздуха, в центре же камеры может быть недостаток его.
Сгорание в этом случае будет перемещаться в такт расширения. При большой дальнобойности струи топливо попадает на стенки камеры сгорания и днище поршня, что для этого типа двигателей нежелательно.
Экономичность двигателя при этом ухудшается. Дальнобойность струи для каждого типа дизелей должна представлять собой определенную величину. Однако она не является постоянной, а зависит от давления впрыска, быстроходности двигателя, величины подачи топлива.
При увеличении давления впрыска возрастает перепад давления в сопле форсунки и в камере сгорания, что и приводит к увеличению дальнобойности факела распыленного топлива.
Зависимость дальнобойности факела от давления впрыска за время 0,0025 сек при постоянном противодавлении показана на рисунке 7. С увеличением давления дальнобойность возрастает. При повышении скорости вращения кулачкового вала топливного насоса увеличивается скорость движения плунжера, а это также способствует росту дальнобойности струи (рис. 8).
Давление начала впрыска оказывает влияние на момент начала и продолжительность впрыска, тонкость и однородность распыливания топлива и резкость отсечки.
Подача топлива за цикл возрастает по мере снижения давления начала впрыска (рис. 9). В этом случае игла форсунки поднимается раньте и садится в гнездо позже.
Поздняя посадка вызывается значительным снижением давления конца впрыска при малом давлении начала впрыска. При снижении давления начала впрыска ухудшается запуск двигателя.
Обслуживание форсунок дизельных двигателей
При обслуживании каждую форсунку необходимо отрегулировать на давление начала впрыскивания 26,5 +0,8 МПа(270+8 кГс/см2). Регулировку рекомендуется производить на специальном стенде. Давление начала впрыскивания регулируется винтом при снятом колпаке форсунки и отвернутой контргайке. При ввертывании винта давление повышается, при вывертывании — понижается.
Проверить герметичность
Проверить герметичность распылителя по запирающему конусу иглы и отсутствие течей в местах уплотнений линий высокого давления. Для этого создать в форсунке давление топлива на 1-1,5 МПа (10-15 кГс/см2) ниже давления начала впрыскивания.
При этом в течение 15 секунд не должно быть подтекания топлива из распыливающих отверстий; допускается увлажнение носика распылителя без отрыва топлива в виде капли. Герметичность в местах уплотнений линии высокого давления проверить при выдержке давлением в течение 2-х минут; на верхнем торце гайки распылителя (при установке форсунки под углом 15° к горизонтальной поверхности) не должно образовываться отрывающейся капли топлива.
Подвижность иглы
Проверить прокачкой топ лива через форсунку, отрегулированную на заданное давление начала впрыскивания на опрессовочном стенде, при частоте впрыскивания 30-40 в минуту.
Допускается подвижность иглы проверять одновременно с проверкой качества распыливания.
Качество распыливания
Проверять на опрессовочном стенде прокачкой топлива через форсунку, отрегулированную на заданное давление начала впрыскивания при частоте 60-80 впрыскиваний в минуту. Качество распыливания считается удовлетворительным, если топливо впрыскивается в атмосферу в туманообразном состоянии и равномерно распределяется как по всем струям, так и по поперечному сечению каждой струи.
Впрыскивание топлива у новой форсунки сопровождается характерным резким звуком. Отсутствие резкого звука у бывших в эксплуатации форсунок не означает снижения качества их работы.
Герметичность
Уплотнений, соединений и наружных поверхностей полости низкого давления форсунок проверять опрессовкой воздухом давлением 0,45±0,05 МПа (4,5±0,5 кГс/см2). Пропуск воздуха в течение 10 секунд не допускается.
Герметичность соединений «распылитель — гайка распылителя» проверять опрессовкой воздухом давлением 0,5±0,1 МПа (5±1 кГс/см2) в течени е 10 секунд при подводе воздуха со стороны носика распылителя на специальном стенде. Пропуск воздуха по резьбе гайки распылителя при погружении форсунки в дизельное топливо не допускается.
При засорении
Или закоксовке одного или нескольких распыливающих отверстий распылителя форсунку разобрать, детали форсунки прочистить и тщательно промыть в профильтрованном дизельном топливе.
При негерметичности по запирающему конусу распылитель в сборе подлежит замене. Замена деталей в распылителе не допускается. Разборку форсунки выполнять в следующей последовательности:
- отвернуть колпак форсунки
- ослабить контргайку и вывернуть регулировочный винт на 3-4 оборота для разгрузки пружины
- отвернуть гайку распылителя
- снять распылитель, предохранив иглу от выпадания
Нагар с корпуса распылителя счищать металлической щеткой или шлифовальной шкуркой с зернистостью не грубее «М40». Распыливающие отверстия прочистить стальной проволокой диаметром 0,3 мм. Применять для чистки внутренних полостей корпуса распылителя и поверхностей иглы твердые материалы и шлифовальную шкурку не допускается.
Перед сборкой распылитель и иглу тщательно промыть в профильтрованном дизельном топливе. Игла должна легко перемещаться: выдвинутая из корпуса распылителя на одну треть длины направляющей, при наклоне распылителя на угол 45° от вертикали игла должна плавно, без задержек полностью опуститься под действием собственного веса.
Сборку форсунки производить в последовательности обратной разборке. При затяжке гайки развернуть распылитель против направления навинчивания гайки до упора в фиксирующие штифты и, придерживая его в этом положении, навернуть гайку рукой, после чего гайку окончательно затянуть. Момент затяжки гайки распылителя 60-70 Н*м (6-7 кгс*м), штуцера форсунки — 80-100 Н*м (8-10 кгс*м). После сборки отрегулировать форсунку на давление начала впрыскивания и проверить качество распыливания топлива и четкость работы распылителя.
Изменение давления впрыска в дизельном двигателе
Outlook
«В течение следующего десятилетия подавляющее большинство дизельных двигателей будут работать при давлении впрыска около 2000 бар. Хотя давление в 3000 бар вполне реально, оно будет ограничено гоночными автомобилями и высокопроизводительными дизельными двигателями». (Доктор Маркус Хейн, президент подразделения дизельных систем компании Robert Bosch GmbH) В системе Common-Rail -25 используется первая пьезофорсунка Bosch для легковых автомобилей, которая работает при давлении впрыска 2500 бар.
Оптимизированная система впрыска топлива распыляет топливо более мелко, улучшая сгорание. Более низкое потребление — лишь одно из преимуществ этой технологии.
Преимущества более высокого давления впрыска
Более высокое давление впрыска создает большую удельную мощность и увеличивает крутящий момент. Вот почему увеличение давления впрыска в двигателе делает его более мощным: время, доступное для сгорания, чрезвычайно ограничено, когда двигатель работает с полной нагрузкой и высокой частотой вращения. Это означает, что топливо должно впрыскиваться в двигатель очень быстро под высоким давлением для достижения оптимальной мощности.
Влияние турбонаддува на систему впрыска
Чем больше воздуха в камере сгорания, тем выше должно быть давление впрыска. Для получения горючей воздушно-топливной смеси за короткий промежуток времени необходимо ввести большое количество топлива. Двигатели с несколькими турбонаддувами, особенно модели с двойным и тремя турбонаддувом, выигрывают от давления впрыска, превышающего 2000 бар.
Влияние впрыска на выбросы
Более высокое давление впрыска является ключевым фактором в снижении необработанных выбросов двигателя. Действительно, в автомобилях компактного класса это часто даже помогает избежать необходимости обработки выхлопных газов. Чем выше давление впрыска, тем более тонкой может быть конструкция форсунки и форсунки. Это улучшает распыление и приводит к лучшей воздушно-топливной смеси, а это означает, что достигается оптимальное сгорание и предотвращается образование сажи.
Потребность в системных компетенциях
Для более высокого давления впрыска требуется нечто большее, чем просто модернизированный инжектор. Обладая компетенцией в области комплексных дизельных систем, Bosch может собрать настроенную систему, включающую не только блок управления, но и топливный насос, систему Common-Rail и форсунку.
Развитие давления впрыска за последниедо 100 бар Цель на начало разработки в 1922 году
свыше 100 бар Первый серийный ТНВД (грузовик MAN, 1927 г.
)
300 бар ТНВД распределителя VE (VW Golf D, 1975 г.)
900 бар Аксиально-поршневой насос (Audi, 100 Tudi, 100 Tudi 1989)
1500 – 1750 бар Радиально-поршневой насос VP 44 (Opel Vectra, Audi A6 2.5 TDI, 1996; BMW 320d, 1998)
1350 бар J7-Rome Common rail (19529 Common rail)
2050 бар Система насос-форсунок (VW Passat TDI, 1998)
свыше 2000 бар Common Rail с пьезоинжектором (впервые применен в Audi A6 3.0 TDI, 2003/4)
2500 бар Система Common Rail CRS3-25 (доступна в 2014)
Источник: BoschВлияние давления впрыска на характеристики и выбросы отработавших газов дизельного двигателя с прямым впрыском большой мощности
2003-03-03
В последние годы во всем мире проводятся обширные исследования с целью снижения выбросов выхлопных газов дизельных двигателей.
Эти усилия привели к достижению очень низкого уровня выбросов для современных дизелей. Но с учетом будущего законодательства требуется дальнейшее резкое сокращение. В этом направлении в настоящем исследовании используется модель многозонного сгорания для изучения влияния уровня давления впрыска топлива на производительность и выбросы загрязняющих веществ дизельным двигателем с прямым нагнетанием для тяжелых условий эксплуатации. Для этой цели используются истории давления впрыска, полученные из детальной имитацион- ной модели при различных режимах работы двигателя. Увеличение давления впрыска осуществляется за счет увеличения давления открытия форсунки с 400 до 1600 бар. При использовании этого метода пиковое давление закачки до 1900 бар получаются без существенных модификаций существующего FIE, в зависимости от нагрузки двигателя и рабочей скорости, при этом продолжительность впрыска значительно сокращается. Рассматриваются три различные рабочие точки, соответствующие низкой и высокой рабочей частоте вращения двигателя при нагрузке 50 % и 100 %.
Как показал анализ, более высокое увеличение давления впрыска в процентах требуется при низкой нагрузке двигателя и частоте вращения двигателя. С другой стороны, наблюдается ухудшение пикового давления сгорания, которое значительно увеличивается при низких оборотах двигателя и высокой нагрузке.SAE MOBILUS
Подписчики могут просматривать аннотации и загружать весь контент SAE. Учить больше »
Доступ к САЕ МОБИЛУС »
Цифровой $33,00 Распечатать $33,00
Предварительный просмотр документа Добавить в корзину
Участники экономят до 18% от прейскурантной цены.
Войдите, чтобы увидеть скидку.
Специальное предложение: Загружать несколько технических статей каждый год? TechSelect — это экономичный вариант подписки, позволяющий выбирать и загружать от 12 до 100 полнотекстовых технических документов в год.