dis_volkova_l_yu

121

При увеличении хода иглы более допустимого значения нарушается про-

цесс топливоподачи, повышается расход топлива. Для контроля максимального хода иглы предлагается приспособление, изображенное на рисунке 4.8 [49].

Рисунок 4.8 – Приспособление для определения хода иглы:

1 – шток, для определения хода иглы; 2 – корпус; 3 – пружина;

4 – разрезная крепежная втулка; 5 – винт; 6 – контргайка;

7 – подвижный шток индикатора; 8 – индикатор

Перед началом измерения торец штока 1 и корпуса 2 устанавливают в рав-

ное положение (например, при помощи притирочной плиты). Положение инди-

катора устанавливается на нуль. В отверстие штока 1 вводится хвостовик иглы и плотно прижимается приспособление к торцевой поверхности корпуса рас-

пылителя. Шток 1 опускается на глубину хода иглы форсунки дизеля. По пока-

занию стрелки индикатора определяют величину хода иглы. При износе опор-

ной поверхности корпуса форсунки от ударов торца распылителя измеряют глубину деформации и суммируют ее с ходом иглы.

4.2. Диагностирование технического состояния форсунок по анализу величины утечек топлива из дренажной магистрали

4.2.1. Топливные системы с гидромеханическим управлением иглы распылителя форсунки

122

В процессе работы форсунки топливо под действием высокого давления вытекает через зазор между иглой и направляющей. При диаметральном зазоре более 10 мкм в результате утечек уменьшается подача топлива в цилиндр.

По величине утечек топлива (диагностический параметр) можно опреде-

лить зазор в паре «игла–корпус распылителя». Для этой цели в лабораторных условиях определяют утечки топлива в зависимости от величины известных за-

зоров распылителей, изготовленных на заводе. По величине утечек топлива в эксплуатации определяют зазор в распылителе, износ направляющей и делается заключение о целесообразности дальнейшей его эксплуатации.

Для судовых и тепловозных двигателей с высоким остаточным давлением предельный износ распылителей (диаметральный зазор) составляет 6 – 8 мкм при уменьшении плотности с 20 до 2 с [93].

На рисунке 4.9 показана форсунка тепловозного двигателя 16ЧН 26/26.

Утечки топлива из форсунки отводятся при помощи трубопровода 14. Для оценки зазора в паре «игла–корпус распылителя» на работающем двигателе определяют величину утечек топлива.

На величину утечек значительное влияние оказывает вязкость топлива, за-

висящая от его сорта. Утечки топлива увеличиваются при повышении остаточ-

ного давления в топливопроводе высокого давления. По этой причине системы топливоподачи с высоким остаточным давлением более «чувствительны» к

увеличению зазора в распылителях. При подборе комплекта форсунок для кон-

кретного двигателя он должен иметь одинаковые проходные сечения распыли-

телей, ход иглы, зазор между иглой и направляющей.

Утечки топлива за цикл зависят от величины остаточного давления в топ-

ливопроводе, давления топлива в каналах форсунки, диаметра иглы, зазора в паре «игла–корпус распылителя», длины уплотняющей поверхности и вязкости топлива. С достаточной для практики точностью утечки топлива из форсунок можно определить расчетным путем.

123

Рисунок 4.9 – Форсунка двигателя 16ЧН 26/26:

1 – сопловой наконечник; 2 – корпус распылителя; 3 – игла;

4 – канал; 5 – накидная гайка; 6, 10 – уплотнительные кольца;

7 – штанга; 8 – корпус форсунки; 9 – пружина; 11 – регулировочный винт; 12 – контргайка; 13 – штуцер; 14 – трубопровод

отвода утечек; 15 – гайка; 16 – штуцер подвода топлива

При высоких остаточных давлениях в топливопроводе (например, 10 МПа)

топливо вытекает из полости форсунки в течение всего цикла и достигает зна-

чений в несколько раз больше, чем в системах с малым остаточным давлением.

124

В системах без остаточного давления топливо движется по зазору в паре

«игла–корпус распылителя» не более 40 о поворота вала насоса. Для различных конструкций форсунок утечки топлива через пару «игла–корпус распылителя» в м3 за время t можно определить расчетным путем по формулам [49, 62]:

сти, Н·с/м2; Рф – переменное по величине давление в канале форсунки в период подачи топлива, Н/м2; Ро – остаточное давление в линии нагнетания, Н/м2.

По формуле (4.1) определяются утечки в системах подачи топлива без остаточного давления. Время утечек (от t1 до t2) зависит от продолжительно-

сти процесса изменения давления в форсунке (30 – 40 о). По формуле (4.2) до-

полнительно определяются утечки в системах подачи топлива с учетом оста-

точного давления (давления между впрысками). Топливо дополнительно выте-

кает через зазор между иглой и корпусом распылителя за период между впрыс-

ками (320 – 330 о).

В таблице 4.2 приведены расчетные значения утечек топлива из форсунки за цикл в зависимости от величины зазора в распылителях и остаточного давле-

ния для тепловозного двигателя 16ЧН 26/26 [49 ]. Частота вращения кулачково-

го вала насоса была принята 500 мин-1, диаметр иглы 8 мм, длина уплотняю-

щей части распылителя 30 мм, среднее давление в форсунке 50 МПа, продол-

жительность превышения давления в форсунке над остаточным 40 о, динамиче-

ская вязкость топлива 1,5·10-3 Па·с, кинематическая вязкость 1,8 сСт [92].

125

Та б л и ц а 4.2 –Утечки топлива за цикл через зазор

впаре «игла – корпус распылителя», мм3

.

По данным таблицы 4.2 построен рисунок 4.10, показывающий изменение утечек топлива за цикл из форсунки через прецизионную пару «игла – корпус распылителя» в мм3. При радиальном зазоре 5 мкм (диаметральный 10 мкм)

утечки топлива из линии высокого давления достигают за цикл 20 мм3 (оста-

точное давление 20 МПа). Это приводит к уменьшению цикловой подачи при-

мерно на такую же величину и снижению мощности двигателя.

Рисунок 4.10 – Изменение утечек топлива за цикл в зависимости от радиального зазора и остаточного давления в топливопроводе

126

Если для двигателя 16ЧН 26/26 утечки топлива за цикл из одной форсунки равны 20 мм3 (при частоте вращения вала насоса 500 мин-1), то за час утечки составят 600 000 мм3, а из 16 форсунок – 9,6 л топлива.

При диаметральном зазоре более 10 мкм (радиальный 5 мкм) нарушается центрирование посадочного конуса распылителя и иглы. При несовпадении центральных осей корпуса и иглы нарушается герметичность посадочного ко-

нуса. Утечки топлива через посадочный конус способствуют образованию кок-

са в сопловых отверстиях распылителей и повышению токсичности. По этой причине форсунка, у которой распылитель имеет диаметральный зазор более

10 мкм, считается аварийной (неисправность переходит в отказ) и распылитель заменяется новым.

Для повышения экономичности и снижения вредных компонентов отрабо-

тавших газов – сажи, окислов азота, углеводородов – в последнее время вместо традиционных топливных систем с механическим управлением иглы применя-

ют аккумуляторные системы с высоким давлением (до 200 МПа) и электрон-

ным управлением.

4.2.2. Топливные системы с электрогидравлическим управление иглы распылителя форсунки

На рисунке 4.11 показана форсунка с электромагнитным управлением [71].

Игла распылителя 2 форсунки в нерабочем состоянии прижимается к седлу корпуса распылителя 1 пружиной 6 через втулку 5 с проточкой. Это предот-

вращает поступление воздуха в полость форсунки. Пружина 17 через шток якоря 13 прижимает шариковый клапан 12, который закрывает (открывает) от-

сечной жиклёр 11, обеспечивая перепад давления над управляющим поршнем

10 и иглой распылителя 2.

Управляющий поршень 10 имеет, например, наружный диаметр 4,3 мм

(Sп = 14,5 мм2), входит с диаметральным зазором 2 − 4 мкм во втулку 9, образуя

127

прецизионную пару. Уплотнение поршня 10 и отверстия во втулке 9 выполня-

ется плоской поверхностью или в виде конуса с диаметром 1,5 мм (Sк =1,8 мм2).

Игла 2 распылителя имеет наружный диаметр 4 мм (Sи =12,5 мм2), диаметр внешнего посадочного конуса 2,2 мм (Sвк = 3,79 мм2). Дифференциальная пло-

щадка SДИФ, на которую действует давление топлива до ее подъема, равна

8,7 мм2. Давление на входе в форсунку 105 МПа. Ход иглы У равен 0,5 мм.

Рисунок 4.11 – Форсунка с электромагнитным управлением:

1 – корпус распылителя; 2 – игла; 3 – гайка; 4 – штифт; 5 – втулка;

6 – пружина; 7 – шток; 8 – канал отвода утечек; 9 – втулка; 10 – управляющий поршень; 11 – отсечной жиклёр (d2= 0,5 мм); 12 – шариковый клапан; 13 – шток якоря; 14 – отверстие для отвода утечек; 15 – втулка; 16 – катушка электромаг-

нита; 17 – пружина якоря; 18 – сердечник; 19 – штуцер; 20 – разъем питания;

21 – наполнительный жиклёр (d1=0,5 мм); 22 – штуцер; 23 и 24 – отверстия

128

У судовых и тепловозных дизелей большой мощности ход иглы может быть равен 0,4 – 0,8 мм. Объем камеры управления принят 30 мм3, максималь-

ное рабочее давление в ней 100 МПа.

При подъеме иглы давление топлива воздействует на всё её поперечное се-

чение. Под действием большой по величине подъемной силы игла мгновенно поднимается. Под давлением 100 МПа топливо подается в камеру сгорания при полностью открытых сопловых отверстиях. При учете противодавления в ци-

линдре (например, 5 МПа) перепад давления при впрыске топлива составит

95 МПа. Количество впрыскиваемого топлива определяется требуемой мощно-

стью двигателя на данном режиме и зависит от эффективного сечения распыли-

теля, перепада давления и времени открытия иглы (например, 0,005 с).

Время впрыска t (с) зависит от продолжительности (град) и от количе-

ства циклов подачи топлива в минуту n. Для φ = 15 град и n = 500 циклов

мощностью 993 кВт при частоте вращения 1 000 мин-1 общее количество топ-

лива, поданное за цикл, определится выражением

где qе – удельный эффективный расход топлива, 200 г/(кВт·ч); Nе – эффектив-

ная номинальная мощность, 993 кВт; i – число цилиндров 8; nн – частота вра-

щения вала насоса, 500 мин-1; ρт – плотность топлива, 0,82 г/см3 или 820 кг/м3.

Требуемая скорость поступления топлива оценивается дифференциальной характеристикой впрыскивания. Она представляет собой количество топлива,

поступившее в цилиндр дизеля в единицу времени или за 1о поворота вала насоса. По ее анализу можно судить о продолжительности впрыскивания и ско-

рости (интенсивности) поступления топлива в каждый момент времени.

Дифференциальная характеристика представляет собой расход топлива,

поступивший из распылителя форсунки в любой момент времени [71]:

129

где dVвпр − объемная скорость подачи топлива, мм3/с. dt

Количество топлива за определенный промежуток времени определяют по формуле

где Vi −подача топлива за время ti , мм3; µFi − эффективное проходное сече-

ние распылителя, мм2; φ – коэффициент скорости, 0,7 – 0,9; Pi − величина давления топлива перед сопловыми отверстиями.

При ∆Р = 100 МПа и плотности топлива 820 кг/м3 действительная скорость

истечения топлива из сопла распылителя будет равна 333 м/с или 333 000 мм/с.

При µF = 0,6 мм2 и Д = 333 000 мм/с объемная скорость подачи топлива бу-

дет равна 200·103 мм3/с.

На рисунке 4.12 показана двухфазная характеристика для двигателя Д49.

Двухфазная характеристика применяется с целью снижения жесткости процес-

са сгорания, токсичности отработавших газов (ОГ) и повышения экономично-

сти. Запальная порция топлива (10 – 20 %) поступает в цилиндр для повышения в нем температуры и создания вихревого движения воздушного заряда. Основ-

ная порция топлива (80 – 90 %) подается в КС с высокой температурой, за-

держка самовоспламенения уменьшается, что приводит к снижению жесткости процесса сгорания.

Площадь под кривой с учетом масштаба представляет собой действитель-

ную подачу топлива за цикл. Запальная порция топлива равна 150 мм3, а ос-

новная – 850 мм3. Общая цикловая подача равна 1 000 мм3. Продолжитель-

ность впрыска топлива составила 0,006 с или 30 о угла поворота коленчатого вала.

130

Рисунок 4.12 – Дифференциальная характеристика с запальной и основной подачей топлива

Для получения многофазной характеристики впрыска топлива запорный конус иглы несколько раз откроет и закроет вход к сопловым отверстиям рас-

пылителя. При необходимости возможен переход на однофазную характери-

стику подачи топлива.

4.2.3. Диагностирование форсунок с электрогидравлическим управлением иглы распылителя форсунки

Электрическую часть форсунки проверяют следующим образом:

1.С разъема форсунки отключают провод питания, идущий к катушке.

2.При помощи тестера определяют контакт катушки с массой форсунки и сопротивление катушки (0,3 Ома).

3.При подаче напряжения питания 6 В величина тока в цепи катушки до-

ходит до 20 А (начальная стадия процесса впрыска). В дальнейшем катушка индуктивности управляется импульсами тока силой 6 А.

Быстродействие клапана обеспечивается за счет конденсатора, который включается параллельно катушке. Большое значение подводимого тока стано-