Лекция 21. Распыливание топлива и факторы влияющие на качество распыла. Работа топливной аппаратуры на частичных нагрузках. Аккумуляторные системы впрыска  - 2час.

1. Распыливание топлива и факторы, влияющие на качество распыла.

    Распыливание топлива резко увеличивает поверхность, ускоряя процессы тепломассообмена между топливом и воздухом.

    Размеры капель уменьшаются при предварительной турбулизацией потока в распылителе. Давление воздуха влияет не столь значительно. Диаметр капель 6…125 мкм.

    Дальнобойность факела должна быть оптимальной.

    Факторы влияющие на качество распыла:

- Давление впрыска;

- Диаметр сопловых отверстий;

- Число оборотов ТНВД;

- Профиль кулачка ТНВД;

- Геометрические характеристики топливопровода.

 

Подача топлива в цилиндр осуществляется следующим образом:

См. рис. 143

Коленвал→распредвал→кулачная шайба на распредвалу→плунжер ТНВД→нагнетательный клапан→форсунка

Crankshaft→camshaft→cam→plunger→barrel of HPFP→delivery valve→injection valve→nozzle→spray

Конструкции ТНВД отличаются. На рис. 133 изображен типичный золотниковый ТНВД, а на рис.3.7 форсунка, на рис 4.22 нагнетательный клапан.

 

Цикловая подача:

Цикловая подача не является контролируемым параметром и непосредственно не измеряется, но положение ручки органа управления подачей является эквивалентным параметром.

Распыливание характеризуется дисперсностью (мелкостью) и однородностью распыливания, длиной и дальнобойностью факела, углом конуса распыла. Диаметр капель от 5 до 25 мкм.

 

При доводке топливной аппаратуры двигателей используют характеристики распыливания:

 

Число капель,%

диаметр

  

 

 

Давление впрыскивания влияет на скорость истечения топлива. При большой скорости струя из-за внутренних возмущений быстрее распадается.

Давление впрыскивания будет зависеть от плотности, частоты вращения, от скорости подъема плунжера  в момент впрыска, от отношения площади плунжера к площади проходного сечения сопел форсунки.

 Наибольшие скорости достигаться в период впрыска.

Существенно влияние эксплуатационных факторов:

При износе сопловых отверстий форсунок (размываются потоком) увеличивается проходное сечение и давление впрыскивания уменьшается.

При переходе на другой сорт топлива (на более тяжелый) необходимо увеличить .

С уменьшением частоты вращения (работа ГД с ВФШ на частичных нагрузках) давление впрыска понижается. В результате снижение экономичности и устойчивости работы. Минимально давление впрыска будет зависеть от давления открытия иглы, которое регулируется путем изменения силы затяжки пружины форсунки.

Это можно видеть из осциолограмм рабочего процесса и процесса топливоподачи на различных режимах

а – 201 об/мин; б – 167 об/мин; в – 125 об/мин; г – 95 об/мин.

Диаметр сопел влияет не однозначно. С уменьшением диаметра улучшается дисперсность и однородность, но уменьшается длина факела.

При слишком малых диаметрах сопел мелкие капли, но они находятся в районе форсунки, а на периферии мало топлива, следовательно, неполное сгорание и догорание на линии расширения. У форсунки может быть перегретая область горения. А это может привести:

- к температурным трещинам распылителей форсунок.

- к образованию окислов азота.

Но при слишком больших диаметрах будет грубый распыл:

- неполное сгорание;

- заброс капель на поршень на поршень и образование нагара;

- заброс капель топлива на поверхность цилиндрической втулки, где оно растворяет масло, что ведет к увеличению износа втулок и поршневых колец.

D, мм

 

2. Работа топливной аппаратуры на частичных нагрузках.

Длительная работа ГД на малых нагрузках осуществляется при эксплуатации судна на малых и средних ходах, что часто происходит при плавании в узкостях, в тумане, во льдах, в районе порта, при швартовке. Остановка ГД в этих условиях часто недопустима.

При работе дизелей на пониженных нагрузках значительно снижаются цикловые подачи топлива в цилиндры, а коэффициент избытка воздуха увеличивается. В большинстве эксплуатируемых в настоящее время ГД давление впрыска топлива значительно снижается при уменьшении числа оборотов. Этого не происходит в двигателях с аккумуляторными системами впрыска и в двигателях с ТНВД с гидравлически управляемым приводом. Давление впрыска топлива в двигателях с традиционной системой топливоподачи пропорционально квадрату скорости плунжера ТНВД, а, следовательно, и квадрату частоты вращения распредвала. Из-за некачественного распыла и неполного сгорания происходит интенсивное загрязнение цилиндров, подпоршневых полостей и особенно выхлопных трактов.

 

 

На частичных нагрузках ГД, работающих на ВФШ, частота вращения коленчатого вала падает в несколько раз.( / =4÷5).При этом соответственно уменьшается скорость движения плунжера ТНВД.

Давление впрыска, которое зависит от скорости плунжера, резко снижается

Кроме того в несколько раз уменьшается цикловая подача:

При этом начинает сильно проявляться влияние таких факторов как:

-различная плотность прецизионных пар ТНВД и форсунки;

-различие в сопловых отверстиях распылителей;

-различие в силе затяга пружин форсунок;

Происходит саморегулирование по цилиндрам. Степень неравномерности с 3÷6% возрастает в 5÷10 раз.

Степень неравномерности определяется по формуле:

При изношенной топливной аппаратуре степень неравномерности будет ещё больше. Дизель будет работать на грани самовыключения. К тому же ещё и резко снизится давление впрыска топлива.

На рис(см ниже) изображены зависимости давления впрыска и величины подъёма иглы форсунки в зависимости от угла поворота коленвала  при полной и малой нагрузках.