Процесс топливоподачи. Характеристики процесса.

Основные понятия и параметры процесса топливоподачи.

1. Цикловая подача – подача топлива за один рабочий цикл g_ц= g_o N_om/60n i г\цикл, где: m – коэффициент тактности, для 2-т. дв. = 1; для 4-х т. дв. =2, п – 1\мин; i – число цилиндров.

В зависимости от мощности двигателя и скорости его вращения величины цикловых подач лежат в следующих пределах: g_ц= 0,15 -150 г\цикл.

2. Фазы подачи – φ нпн, φ кпн, φ кпф, φ нпф – фазы начала и конца подачи по насосу и по форсунке. φ нпф ≈ ф_ф.0 или угол опережения впрыска топлива, φ _п= φ нпф + φ кпф – продолжительность подачи топлива.

3. Рн. Рф. Рн.макс, Рф.макс, Р ф.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 – g_ц = F_пл h_а П_п0д 10^-3 г \цикл; F_nn = TTd² /4 – площадь плунжера м²; h_a– активный ход плунжера м, р_т– плотность топлива кг\м³; П_под– коэффициент подачи топливного насоса, представляющий собой отношение действительно поданной порции топлива дц 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 П_под = 0,75-1.1, на него существенное влияние оказывают число оборотов и величина цикловой подачи. Увеличение g_ц (ha) приводит к росту коэффициента подачи. Важная особенность изменения ппад заключается в том, что при снижении оборотов от номинальных до ≈75% п ном 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 g_ц П. 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, цикловые подачи за счет роста коэффициента подачи растут, то, соответственно, увеличиваются момент и сила тяги.

О том, как развивается процесс топливоподачи, можно проследить по приведенным на рис 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 систечением топлива под нее, в этот момент обычно отмечается небольшой местный провал давления. Однако этот провал быстрокомпенсируется 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 Рф.з, что провоцирует появление подтекания топлива под иглу.

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, давлениетоплива начинает расти и перепуск прекращается. При этом, чем больше обороты двигателя, тем больше сказывается дросселирование итем раньше (по углу поворота вала) заканчивается наполнение и начинается сжатие топлива. Таким образом, активный ход плунжера, соответствующий подаче топлива, несколько увеличивается.

2 этап – сжатие топлива в надплунжерной полости насоса от давления подкачки до давления, при котором открывается нагнетательный клапан насоса Роткр.н.кл = Рзатяга.пруж.кл. + Рост. Здесь уместно отметить, что существенную роль в процессе топливоподачи играет сжимаемость топлива. Коэффициент сжимаемости топлив а = (0,6 – 1,0) 10 ^-6м2\ кг. Благодаря сжимаемости плунжер затрачивает часть своего хода на сжатие топлива.

Расчетное уравнение – Fпп Cпп dt = a V1 dp где: Fnл – площадь плунжера, Спп – скорость плунжера, t – время, V1 – объем надплунжерной полости насоса, Р – давление топлива.

3 этап – продолжение сжатия (соответствующего роста давления) топлива в объеме полости насоса V, ив объеме топливо провода и форсунки V2. Начало – открытие нагнетательного клапана. Окончание – достижение давления открытия иглы Рф0. Расчетное уравнение Fпп Cпп dt = a (V1 + V2) dp.

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 клапанного типа) и закрытие нагнетательного клапана.

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 топливо проводе и форсунке (в объеме V2).

При наличии у нагнетательного клапана разгрузочного пояска (рис 12.5) 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.