dis_volkova_l_yu

101

Результаты теплового расчета двигателя 16ЧН 26/26 на режиме номиналь-

ной мощности (частота вращения коленчатого вала 1 000 мин -1, мощность

2944 кВт) приведены в приложении А. Внося в исходные данные, например,

измененный (неверный) угол опережения подачи топлива, определяем путем расчета технико-экономические параметры двигателя и их изменение.

3.6. Влияние величины угла опережения впрыска топлива на протекание рабочего процесса дизеля и его диагностирование

Технико-экономические показатели работы дизеля зависят от качества про-

текания рабочего цикла, эффективность которого существенно изменяется от угла опережения впрыска топлива.

Расчетным путем было определено влияние на рабочий цикл дизеля нача-

ла подачи топлива относительно ВМТ φоп . С увеличением φоп топливо впрыс-

кивается в КС раньше, поэтому и воспламеняется быстрее. В результате боль-

шее количество топлива сгорает до ВМТ, что приводит к возрастанию показа-

телей механической и тепловой напряженности – максимального давления и температуры сгорания Рz и Тz , жесткости процесса сгорания ∆Р/∆φ. Значение данных показателей будет еще больше возрастать, если с увеличением φоп про-

изойдет увеличение периода задержки воспламенения τi (вследствие впрыски-

вания топлива в среду с более низкой температурой и давлением) [55].

От величины угла φоп зависит экономичность дизеля. За исходное значение было принято начало сгорания топлива в ВМТ ( φ/оп = 0, рисунок 3.18). С уве-

личением угла φ/оп экономичность возрастает (удельный эффективный расход qе уменьшается). Оптимальный угол начала подачи топлива должен регулиро-

ваться в зависимости от нагрузки дизеля и его частоты вращения [81, 85].

С увеличением угла φ/оп возрастает механическая и тепловая напряжен-

ность в связи повышением Рz , Тz и ∆Р /∆φ. Оптимальную величину φ/оп и φоп

выбирают расчетным или экспериментальным путем.

102

Рисунок 3.18 – Изменение основных параметров рабочего цикла тепловозного дизеля 16 ЧН 26/26 мощностью 2 944 кВт при частоте вращения коленчатого вала 1 000 мин -1 в зависимости от угла воспламенения топлива относительно ВМТ

Для тепловозных дизелей типа Д49 оптимальная величина геометрическо-

го начало нагнетания топлива φоп до ВМТ составляет 27 – 28 о. Значение угла

опережения впрыска топлива включает в себя: время (угол), необходимое для

прихода волны давления от штуцера насоса до камеры распылителя; время,

необходимое для роста давления в канале форсунки до начала подъема иглы;

Для топливной аппаратуры дизеля Д49 длина трубки высокого давления и

канала форсунки равна 0,7 м. При скорости распространения волны давления

1 200 м/с время и угол прихода импульса давления от насоса до форсунки со-

ставят 0,7/1 200 = 0,00058 с или 3,5 о поворота коленчатого вала двигателя.

103

Угол, необходимый для повышения давления в полости форсунки до вели-

чины давления начала подъема иглы, составляет 7 – 10 о для дизеля Д49, рабо-

тающего на режиме номинальной мощности. Давление начала открытия иглы форсунки в эксплуатации изменяется и может быть различным, что приводит к неравномерному значению φоп по отдельным цилиндрам.

Равномерность угла опережения подачи топлива по цилиндрам двигателя Д49 регулируют толщиной прокладок. При этом необходимо, чтобы зазор меж-

ду плунжером и седлом нагнетательного клапана (при верхнем положении плунжера) был одинаков у всех насосов и был равным 2± 0,1 мм.

Фактический угол опережения впрыска топлива φфоп рекомендуется опре-

делять путем записи хода иглы и отметки ВМТ [86, 87]. Движение иглы фикси-

руется при помощи индуктивного датчика или съемного датчика давления [50],

который устанавливается в дренажную магистраль форсунки.

Фактический угол начала подачи топлива в КС (от начала подъема иглы до ВМТ) для дизеля 16ЧН 26/26 составит 10 – 15 о поворота коленчатого вала.

Угол опережения впрыска топлива относительно ВМТ, определенный по началу подъема иглы, отличается от начала процесса сгорания топлива на вели-

чину угла периода задержки воспламенения.

На рисунке 3.19 представлена схема подключения измерительной аппара-

туры для диагностирования форсунок ТА тепловозных дизелей. В настоящее время в датчиках давления и перемещения имеются встроенные АЦП, что упрощает процесс диагностирования.

Рисунок 3.19 – Схема подключения приборов при диагностировании

104

На рисунке 3.20 показан персональный компьютер (ПК), аналогово-циф-

ровой преобразователь (АЦП) , датчики для измерения перемещения иглы (ин-

дуктивные), давления (тензометрические и пьезокварцевые).

Рисунок 3.20 – Измерительная и регистрирующая аппаратура

На рисунке 3.21 показаны индуктивный датчик 1 и диск 2 с пазами для от-

метки ВМТ 4 и угла поворота коленчатого вала 5 (для определения продолжи-

тельности впрыска и угла опережения). Число пазов должно соответствовать числу цилиндров дизеля.

Рисунок 3.21 – Датчик и диск для фиксирования отметок ВМТ:

1 – индуктивный датчик; 2 – диск с пазами; 3 – ход иглы;

4 – отметка ВМТ первого цилиндра; 5 – отметка поворота коленчатого вала

105

По фазовому сдвигу начала подъема иглы 3 и отметки ВМТ определяют фактический угол опережения впрыска топлива φфоп на конкретном заданном режиме работы, оценивают точность установки угла и при необходимости кор-

ректируют его [86, 87].

В работе [89] исследовано влияние разброса технологических параметров,

составляющих комплект ТА, на основные показатели ее работы. Разработаны мероприятия по повышению топливной экономичности и надежности работы тепловозного дизеля 10Д100 за счет совершенствования технологии формиро-

вания комплектов ТА с обеспечением равных углов опережения впрыска топ-

лива. Предлагается минимизировать неравномерность работы отдельных ци-

линдров дизеля с учетом обобщенных гидравлических характеристик состав-

ляющих элементов насоса, трубопровода, форсунки.

Предложено разделять ТА на три группы с учетом отклонений гидравли-

ческих характеристик трубопровода и форсунки. За основу берется отношение времени истечения заданного количества топлива объемом 360 см3 при посто-

янном давлении 2 МПа к времени истечения, которое получено при средней ве-

личине эффективного проходного сечения для трубопровода или соплового от-

верстия распылителя. Для формирования комплектов ТА диапазоны гидравли-

ческих характеристик приняты следующими: 1-я группа 0,85 – 0,95; 2-я группа

0,95 – 1,05; 3-я группа 1,05 – 1,15. Любой из трех комплектов ТА обеспечит равномерную нагрузку по отдельным цилиндрам.

В процессе эксплуатации дизеля нарушаются конструктивные и регулиро-

вочные параметры ТА, поэтому более точное начало впрыска и угол опереже-

ния подачи топлива будут определены в процессе диагностирования по началу подъема иглы распылителя относительно ВМТ.

На рисунке 3.22 показана верхняя часть форсунки тепловозного двигателя

16ЧН 26/26 с датчиком давления для записи хода иглы [50]. Для топливных си-

стем с высоким остаточным давлением в корпусе датчика 3 рекомендуется установка предохранительного клапана с давлением открытия 4,0 – 5,0 МПа.

Возможно применение датчиков давления серийного производства.

106

Рисунок 3.22 – Установка датчика давления на форсунке дизеля 16ЧН 26/26: 1 – корпус форсунки;

2 – регулировочный винт; 3 – датчик давления; 4 – штуцер

На рисунке 3.23 показан индуктивный датчик, который также может быть использован для записи хода иглы и самодиагностики топливной аппаратуры.

Датчик соединяется с АЦП, ПК и по изменению хода иглы определяет возмож-

ные неисправности (отказы) топливной аппаратуры в процессе эксплуатации

(непрерывная диагностика, мониторинг).

Рисунок 3.23 – Верхняя часть форсунки дизеля 16ЧН 26/26

сдатчиком индуктивного типа для записи хода иглы:

1– корпус форсунки; 2 – винт регулировочный; 3 – шток;

4 – катушки; 5 – корпус датчика; 6 – штуцер

107

3.7. Основные выводы

На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований сделаны следующие выводы:

1. Дана методика расчета процесса распыливания топлива, определено вли-

яние размера соплового отверстия и давления на мелкость распыливания.

2. Приведена методика, позволяющая оценить для тепловозных двигателей величину эффективного проходного сечения, диаметр и число сопловых отвер-

стий распылителей форсунок.

3. Разработана номограмма, позволяющая в условиях эксплуатации опре-

делять величину закоксовывания сопловых отверстий распылителей по увели-

чению продолжительности впрыска топлива. Снижение µF в процессе закоксо-

вавания распылителя на 0,1 мм2 приводит к увеличению продолжительности впрыска топлива на 2 – 3 о поворота вала насоса.

4. Приведен расчет периода задержки воспламенения топлива и дано его согласование с длиной топливного факела, формой и размерами КС.

5. Предложена методика оценка фактического угла опережения впрыска топлива по началу подъема иглы распылителя форсунки относительно ВМТ.

6. Уточнен тепловой расчет, составлена программа расчета, позволяющая определять технико-экономические параметры двигателя при изменении нача-

ла сгорания топлива относительно ВМТ.

7. Определено влияние угла воспламенения топлива относительно ВМТ на параметры рабочего цикла дизеля 16ЧН 26/26.

8. Предложена конструкция датчиков перемещения и давления для записи хода иглы распылителя.

108

4. Диагностирование технического состояния форсунок топливной аппаратуры тепловозных дизелей и анализ причин неисправностей

4.1. Диагностирование технического состояния форсунок по анализу хода иглы распылителя

При разработке диагностических систем дизельных двигателей основное внимание уделяется работе топливной аппаратуры (ТА). Настройкой ТА опре-

деляются важнейшие характеристики процесса сгорания топлива – момент вос-

пламенения топлива в цилиндре и качество его последующего сгорания. В за-

висимости от типа двигателя, его конструкции на долю ТА в условиях эксплу-

атации приходится до 30 % неисправностей (отказов).

На работоспособность дизеля влияет техническое состояние ТА, которое зависит от износа прецизионных пар насоса высокого давления и форсунки,

настройки, регулировки и установки угла опережения впрыска топлива.

В таблице 4.1 показано влияние конструктивных и регулировочных пара-

метров форсунки на ее состояние – исправное, неисправное или отказ.

Современное состояние системы ремонта двигателей внутреннего сгора-

ния представляет свои требования к диагностическим системам. Это универ-

сальность диагностического оборудования, применяемость к различным типам двигателей и возможность выполнения диагностирования в условиях эксплуа-

тации на частичных режимах работы двигателя или даже на холостом ходу.

Эффективность работы двигателя в основном зависит от состояния ТА,

неисправности которой можно определить по анализу давления в топливопро-

воде и перемещения иглы распылителя форсунки.

Значительной достоверностью и диагностической ценностью обладает диаграмма, полученная с помощью датчика перемещения иглы. Наибольшую точность записи хода иглы обеспечивает индуктивный датчик в виде простав-

ки, расположенной между корпусом распылителя и корпусом форсунки [48].

109

Т а б л и ц а 4.1 – Влияние регулировочных и конструктивных

параметров форсунки на ее состояние

110

На рисунке 4.1 приведен разрез форсунки дизеля Д440 с установкой ин-

дуктивного датчика 3, при помощи которого записывалось движение иглы, и

тензометрического датчика 8 для оценки изменения давления в полости фор-

сунки при движении иглы.

Рисунок 4.1 – Установка датчиков в форсунке для записи перемещения иглы и давления:

1 – игла распылителя; 2 – корпус распылителя;

3 – датчик перемещения иглы; 4 – штанга;

5 – корпус форсунки; 6 – пружина; 7 – регулировочный винт; 8 – датчик давления; 9 – корпус датчика

с проточкой для катушки 10