Основные пути повышения стабильности параметров топливоподачи тракторных дизелей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные пути повышения стабильности параметров топливоподачи тракторных дизелей

Топливная аппаратура должна создавать одинаковые условия для работы всех цилиндров дизеля и в связи с этим обеспечивать идентичность подачи топлива в каждый цилиндр по следующим параметрам: цикловой подаче, углу начала и продолжительности впрыскивания топлива и характеристикам впрыскивания. Различие этих параметров приводит к перегрузке отдельных цилиндров при работе на максимальных нагрузочных режимах, что сокращает срок службы дизеля, а в форсированных по коэффициенту избытка воздуха дизелях - к ухудшению топливной экономичности. Исходя из этого, в данной статье на основании анализа состояния обозначенной проблемы намечены мероприятия, которые обеспечат стабильность параметров топливоподачи тракторных дизелей.

В настоящее время в АПК России задействовано значительное количество энергонасыщенных тракторов, мобильных сельскохозяйственных машин, стационарных энергетических установок и большой парк автомобилей средней и большой грузоподъемности. Хозяйства зачастую не справляются с выполнением сельскохозяйственных работ в оптимальные агротехнические сроки, что объясняется низким качеством состояния сельскохозяйственной техники и уровня технического обслуживания и ремонта. Показательно, что поставщики техники и эксплуатационники одинаково отрицательно влияют на эффективность использования сельскохозяйственной техники, производительность машин и коэффициент технической готовности. Анализ использования рабочего времени механизаторов показывает, что только 60% сменного времени затрачивается на выполнение основной работы, а 40% расходуется на вспомогательные работы и поддержание работоспособности машин: устранение неисправностей, отказов и техническое обслуживание.

Эффективность работы тракторов и других мобильных сельскохозяйственных агрегатов, в основном, зависит от технического состояния и показателей работы их энергетических установок.

Эффективность, экономичность, надежность и токсичность тракторных дизелей в значительной степени определяются качественной работой топливной системы.

Топливная аппаратура является важнейшей и наиболее сложной составной частью дизеля и обусловливает его мощностные и экономические показатели. Узлы и детали топливной аппаратуры дизелей относятся к наименее надежным и наиболее трудоемким в техническом обслуживании по сравнению с другими системами. Так, доля отказов топливной аппаратуры от общего числа комплектующих дизеля в эксплуатации составляет 20,5% при затратах на обслуживание и ремонт 20...30 % от общих затрат.

Таким образом, повышение стабильности параметров топливоподачи тракторных дизелей сельскохозяйственного назначения имеет важное значение для их эффективного использования.

Проверка тракторных дизелей в хозяйствах различных зон страны показала, что потери эффективной мощности составляют в среднем 12...17 %, а перерасход топлива - 15...25 %, что приводит к понижению производительности машинно-тракторного агрегата при выполнении энергоемких работ на 12...30 %. При этом дизели имели повышенную дымность отработавших газов (ОГ) и трудный запуск.

Испытания дизелей 4Ч11/12,5 тракторов в хозяйствах показали, что основные характеристики рабочего процесса колеблются в интервалах, значительно превышающих предельно допустимые значения. Например, 60% цилиндров имели индикаторную мощность на 5…15 % выше нормальной и повышенную среднюю температуру за такт расширения. Около 50% обследованных цилиндров имели среднюю скорость нарастания, в 1,5...2,0 раза превышающую нормальное значение.

Ненормальное протекание рабочего процесса вызывает ухудшение степени использования теплоты в цилиндрах. Около 60% обследованных цилиндров имели индикаторный КПД на 5...20 % ниже нормального значения.

Исследования также показали, что у цилиндров одного и того же двигателя наблюдается большая неравномерность по индикаторным и температурным показателям. Для 60% обследованных двигателей 4Ч11/12,5 степень неравномерности среднего индикаторного давления составила 15...25 %, максимального давления сгорания - 15...30 %, средней температуры за такт расширения - 17...30 %. Около 30% двигателей имели степень неравномерности средней скорости нарастания давления 20…60 %.

Решению различных аспектов данного вопроса посвящены работы многих авторов, в том числе Ждановского Н.С., Загородских Б.П., Николаенко А.В., Федосова И.М., Хаширова Ю.М., Челпан Л.К., Шокотова Н.К., Эфроса В.В. и других.

Значительное количество работ, посвященных вопросу улучшения показателей работы тракторных дизелей, объясняется тем, что они определяются влиянием большого количества взаимосвязанных и взаимообусловливающих факторов.

Выполненные исследования показали, что основными причинами ухудшения показателей работы дизелей в эксплуатации являются отклонения параметров рабочего цикла от оптимальных значений вследствие изменения в эксплуатации параметров топливоподачи топливной аппаратуры (ТА), воздухоснабжения, зазоров в цилиндро-поршневой группе (ЦПГ) и других механизмах и системах двигателя, а также режимов и условий эксплуатации.

Таким образом, эксплуатационные показатели тракторных дизелей, даже при значительных износах ЦПГ, являются весьма стабильными при качественной работе ТА.

При достижении тракторными двигателями предельных износов по ЦПГ понижение мощности не превышает 5%. Необходимость капитального ремонта возникает не по причине понижения мощностных и топливных показателей, а, главным образом, по другим причинам. К ним следует отнести стуки, повышенный расход масла, повышение токсичности ОГ, трудность пуска, неустойчивую работу на малых оборотах, форсированный износ.

Проверка двигателей 4Ч11/12,5 после длительной эксплуатации показала, что мощность и топливная экономичность понижаются, а дымность ОГ увеличивается. При установке на двигателе контрольных комплектов ТА максимальное снижение мощности (по сравнению с новым) составляет 5%, а увеличение удельного расхода топлива - не более 4%. После того, как ТА двигателя была приведена в порядок и отрегулирована, мощностные показатели, как правило, были не хуже, чем при работе с контрольной ТА. Даже у двигателей с большим износом деталей ЦПГ не отмечается падение мощностных и топливных показателей более чем на 5% при нормальном состоянии ТА.

Существенное ухудшение мощностных и топливно-экономических показателей дизелей в эксплуатации объясняется, в первую очередь, изменением технического состояния ТА и параметров топливоподачи, в меньшей степени оно зависит от износа двигателя.

Для дизеля 4ЧН11/12.5 прорыв газов за цикл за счет неплотности ЦПГ (для предельного износа) на номинальном режиме составляет, по экспериментальным данным, 3,35% от свежего заряда. Согласно расчетам, относительное уменьшение работы за политропный процесс расширения составило 0,02%.

Основной причиной отклонения показателей расчетного цикла от нормальных установочных значений является нарушение регулировки ТА. Проверкой в условиях рядовой эксплуатации установлено, что угол опережения начала подачи топлива, цикловая подача топлива, давление начала впрыскивания колеблются в весьма широких пределах. Около 30% обследованных двигателей 4Ч11/12,5 имели угол опережения начала подачи топлива до 4 поворота коленчатого вала двигателя позже предусмотренного техническими условиями и 24% - до 3 поворота коленчатого вала двигателя раньше.

Наблюдаемые значения цикловой подачи топлива по 100 цилиндрам находились в пределах 0,0425...0,0635 г/цикл, что составило +20% от предусмотренных техническими условиями. Примерно 40% цилиндров имели цикловую подачу в пределах допусков (+5%), 30% цилиндров имели заниженную цикловую подачу и столько же - завышенную на 5...20 %.

Проверка форсунок (в количестве 100 шт.) показала, что примерно 55% из них имели заниженное и 12% завышенное давление начала впрыскивания на 1,0...1,5 МПа.

Влияние отдельных деталей ТА (прецизионные детали) на параметры топливоподачи рассмотрено в работах, в которых устанавливаются или уточняются допуски на износ деталей, параметры ТА с целью их оптимизации в эксплуатации.

Одной из главных причин ухудшения эксплуатационных показателей тракторных дизелей ряд исследователей считают повышенную неравномерность подачи топлива по цилиндрам дизеля, которая может достигать 20% и более.

Исследованиями установлено, что увеличение неравномерности цикловой подачи топлива (ЦПТ) на каждые 3% приводит к увеличению часового расхода на 1...2 % при работе трактора Т-150К на транспортных работах, а возрастание неравномерности подачи до 18% к увеличению расхода топлива на 1 га более чем на 6% при работе трактора ДТ-75 на пахоте. Следовательно, снижение неравномерности подачи топлива по цилиндрам дизеля путем стабилизации параметров топливоподачи является важным фактором улучшения стабильности протекания рабочего процесса в цилиндрах дизеля.

Межцикловая нестабильность работы ТА происходит из-за колебательных процессов на линии питания насоса, отсутствия остаточных давлений в топливопроводе высокого давления и нестабильной работы подвижных деталей ТА (нагнетательных клапанов и игл распылителей), вследствие заклинивания или «прихватов» этих деталей. Устранить межцикловую нестабильность предлагается стабилизацией остаточного давления в линии нагнетания.

Стабильность параметров топливоподачи по секциям высокого давления (ВД) обусловливается в эксплуатации значительным количеством факторов: техническим состоянием деталей топливной системы высокого давления (ТСВД), режимом и условиями работы дизеля, режимами и условиями испытания и регулировки топливных насосов высокого давления (ТНВД) на безмоторном стенде. В работах исследованы отдельные факторы (температурный режим, топливная система (ТС) прецизионных деталей и др.), оказывающие влияние на стабильность ЦПТ. Однако работ, посвященных комплексному исследованию причин неидентичности параметров топливоподачи, нет, что диктует необходимость проведения обобщения, анализа выполняемых работ по этому вопросу, а также выполнения дополнительных исследований с целью разработки мероприятий по повышению стабильности параметров топливоподачи в эксплуатации.

Из изложенного выше следует, что показатели работы тракторных дизелей в условиях реальной эксплуатации значительно отличаются от установленных техническими условиями из-за неоптимального протекания рабочего процесса, что объясняется неидентичностью и нестабильностью параметров топливоподачи по секциям и комплектам ТА. Это вызывает необходимость проведения комплексных исследований причин нестабильности параметров топливоподачи и на их основе разработки методов и средств их улучшения при выполнении ремонтно-обслуживающих работ.

Мощностные, экономические и экологические показатели дизеля в значительной мере зависят от параметров топливоподачи ТА. Отклонение параметров топливоподачи от установленных оптимальных значений, которое имеет место в эксплуатации, может привести к ухудшению показателей работы дизеля. Так, увеличение неравномерности подачи топлива до 12% с одновременным снижением производительности ТНВД УТН-5 на 10% снижает мощность дизеля 4Ч11/12,5 на 6,6% и увеличивает удельный расход топлива на 5,11%.

Оптимальная величина неравномерности подачи топлива по соплам многоструйного распылителя - 50%, при этом обеспечивается лучшая экономичность рабочего процесса, и удельный расход топлива имеет минимальное значение.

Исследования показали, что 60...90 % разброса оценочных показателей двигателей обусловлено нестабильностью параметров топливоподачи ТА. Наибольшее влияние на нестабильность эффективной мощности дизеля оказывает ТНВД - 37,59%. Наибольшую нестабильность в показатели удельного расхода топлива (более 80%) вносят ТНВД, топливопроводы и форсунки. Об этом свидетельствуют также результаты работы, где отмечается, что разброс эффективной мощности дизеля значительно меньше при установке на различные дизели одного постоянного комплекта ТА (ТНВД, топливопроводов и форсунок), чем, наоборот, установка разных комплектов ТА на один дизель. В первом случае среднеквадратичное отклонение составило 0,2 кВт, а во втором случае - 0,5 кВт. При этом удельный расход топлива в первом случае составил в среднем 242 г/(кВт•ч), а во втором - 249 г/(кВт•ч).

В работе отмечается, что отклонения топливоподачи от их оптимальных значений в связи с износом прецизионных элементов ТНВД оказывают существенное влияние на мощностные и экономические показатели дизеля. Износ плунжерных пар приводит к увеличению удельного расхода топлива на 7...11 г/(кВт•ч), или на 3...5 %. На частичных нагрузках наблюдалось менее значительное увеличение минимального удельного расхода топлива: на 4,0...5,5 г/(кВт•ч). При этом было зафиксировано довольно существенное увеличение дымности отработанных газов.

Нагрузочные характеристики дизеля 4Ч11/12,5, снятые с топливным насосом, укомплектованным плунжерными парами и нагнетательными клапанами с предельным износом, соответственно, =0,07...0,09 мм² ( - площадь условного износа) и =0,34...0,38 мм², показали, что удельный расход топлива при частоте вращения коленчатого вала 2100 мин^-1 в зоне максимальных нагрузок на 5...9 г/(кВт•ч) ниже, чем с контрольным топливным насосом. При частоте вращения коленчатого вала 1300 мин^-1 и 100 мин^-1 удельный расход практически одинаков при работе с изношенной и контрольной топливной аппаратурой. Дымность ОГ у топливного насоса с изношенными прецизионными узлами на всех исследованных скоростных режимах на 5...7 % выше.

При определении внешней скоростной характеристики не зафиксировано разницы в экономических показателях дизеля с топливным насосом, укомплектованным предельно изношенными плунжерными парами и нагнетательными клапанами, и с контрольным топливным насосом, однако уровень дымности в первом случае на 6...12 % выше.

Износ плунжерной пары, увеличение зазора и износ по разгружающему пояску нагнетательного клапана оказывают на параметры топливоподачи противоположное влияние. Если в связи с износом плунжерной пары цикловая подача и давление впрыскивания уменьшаются, а продолжительность впрыскивания увеличивается на 2 поворота коленчатого вала двигателя, то увеличение зазора по разгружающему пояску нагнетательного клапана, наоборот, вызывает увеличение цикловой подачи и давления впрыскивания топлива, продолжительность впрыскивания при этом уменьшается. Это свидетельствует о том, что соответствующим подбором элементов ТСВД можно восстановить параметры топливоподачи до установленного значения для данного дизеля и тем самым обеспечить оптимальное протекание рабочего процесса в цилиндре двигателя.

Функциональная связь между процессом сгорания топлива в цилиндре дизеля и характеристикой топливоподачи осуществляется распыливающими отверстиями распылителей форсунок, общая пропускная способность которых оценивается их суммарным эффективным проходным сечением. Величина суммарного эффективного проходного сечения распылителей форсунок влияет на равномерность работы цилиндров, мощностные, экономические, динамические показатели и пусковые качества дизелей.

Исследования на одноцилиндровой установке без наддува показали, что уже при эффективном проходном сечении, равном 0,22 мм², практически обеспечивается минимальная величина удельного расхода топлива на номинальном режиме. Однако при этом получаются увеличенные удельный расход на режиме максимального крутящего момента и установочный угол опережения впрыскивания топлива, а также уменьшенная на 3,5 мм³/цикл (5,5%) пропускная способность. При форсировании дизеля с форсунками, имеющими указанное эффективное проходное сечение (0,22 мм²), наблюдалось ухудшение экономичности и увеличение разницы в пропускной способности форсунок до 9%.

Изменение эффективного проходного сечения распылителя форсунки дизеля 4Ч11/12,5 от 0,18 до 0,29 мм² оказывает существенное влияние на величину цикловой подачи топлива, угол опережения впрыскивания, которые применяются, соответственно, от 69 до 77 мм³/цикл, с 28,5 до 26 поворота коленчатого вала двигателя. Смена форсунок с распылителем, имеющим эффективное проходное сечение 0,22 мм², может привести к увеличению неравномерности подачи топлива на 5%. При этом эффективный расход топлива изменится на 5 г/(кВт•ч): с 241 до 246 г/(кВт•ч).

Регулировочные параметры ТА, как показали исследования оказывают существенное влияние на экологические показатели дизеля.

Увеличение установочного угла опережения впрыскивания топлива дизеля 4Ч11/12,5 с 18 до 21 поворота коленчатого вала двигателя с одновременным повышением давления впрыскивания топлива с 19,0 до 22,0 МПа позволяет уменьшить значение дымности на режиме эксплуатационной мощности с 45...47 % до 30%, а на режиме максимального крутящего момента - с 54...56 % до 34%. При этом дымность на максимальных оборотах холостого хода и режимах свободного ускорения, соответственно, равна 10 и 18 %. Увеличение цикловой подачи топлива с 80 до 100 мм³/цикл приводит к превышению дымности ОГ на режимах внешней скоростной характеристики относительно нормативного значения (40%): для режима эксплуатационной мощности - на 5% и для режима максимального крутящего момента - на 18% дымности.

Работы по повышению стабильности параметров топливоподачи проводятся на стадии проектирования, производства и эксплуатации дизельной топливной аппаратуры.

При конструировании ТА стремятся обеспечить по возможности меньшую «чувствительность» параметров топливоподачи к замене деталей ТСВД путем соответствующего подбора значений конструктивных параметров: величины конечных объемов ТСВД, остаточного давления и др.; совершенствования конструкции отдельных деталей, например, нагнетательного клапана, формы впускных и отсечных окон втулки плунжера. Наиболее полно эти вопросы исследованы в работах.

Ввиду того, что топливная система дизелей относится к числу сложных систем, где выходные параметры топливоподачи определяются значительным количеством взаимосвязанных и взаимообусловленных факторов, оптимизация какого-либо параметра топливоподачи может привести к ухудшению других параметров. Поэтому возможности решения проблемы идентичности на этой стадии в настоящее время ограничены.

При производстве ТА стабильность параметров топливоподачи обеспечивается высокой точностью изготовления ответственных прецизионных деталей элементов ТСВД, которая позволяет применить их селективную сборку. В настоящее время традиционные детали ТА изготавливаются с высокой точностью и чистотой обработки поверхности, поэтому возможности их дальнейшего повышения затруднены как по техническим, так и по экономическим причинам.

Для обеспечения стабильности параметров топливоподачи заводы-изготовители ТА применяют систему средств для периодического контроля состояния стендового оборудования, на котором производятся испытания и регулировка ТА и ее элементов.

Пропускная способность форсунок оценивается количеством топлива, которое может пройти через сопловое отверстие распылителя, собранного с форсункой, при подаче топлива от секции топливного насоса в единицу времени, то есть при совместной работе форсунки и топливного насоса. Пропускная способность форсунки является ее комплексным показателем, зависящим от целого ряда факторов: величины эффективного проходного сечения; фактических размеров и чистоты обработки отдельных деталей форсунки; регулировочных параметров (например, диаметр и чистота сопловых отверстий многоструйного распылителя, угол конуса в корпусе распылителя и другие в массовом производстве непосредственно не контролируются, а обеспечиваются технологически).

Многообразие факторов, от которых зависит пропускная способность форсунки, а также отсутствие непосредственного контроля некоторых из них приводят к тому, что форсунки, собранные из деталей, удовлетворяющих техническим требованиям, имеют отклонения по пропускной способности, превышающие требуемые пределы. Поэтому для стабилизации параметров топливоподачи при выполнении ремонтно-обслуживающих работ необходимо обеспечить стабилизацию величины эффективного проходного сечения.

Таким образом, основными путями повышения стабильности параметров топливоподачи тракторных дизелей являются:

- снижение неравномерности подачи топлива по цилиндрам дизеля;

- исключение колебательных процессов на линии питания ТНВД;

- стабилизация остаточных давлений в топливопроводе высокого давления;

- обеспечение стабильной работы подвижных деталей ТА (нагнетательных клапанов и игл распылителей);

- обеспечение меньшей «чувствительности» параметров топливоподачи к замене деталей ТСВД;

- обеспечение высокой точности изготовления ответственных прецизионных деталей элементов ТСВД;

- стабилизация величины эффективного проходного сечения при выполнении ремонтно-обслуживающих работ.

дизельный тракторный топливоподача

Список использованных источников

дизельный тракторный топливоподача

1.Ждановский Н.С., Николаенко А.В., Шкрабак В.С., Соминич А.В. Режимы работы двигателей энергонасыщенных тракторов.- Л.: Машиностроение, 1981.- 240 с.

2.Загородских Б.П. Повышение надежности топливной аппаратуры тракторных и комбайновых дизелей путем совершенствования методов контроля и стабилизации размеров прецезионных деталей / Дис. … д-ра техн. наук. - Саратов, 1991. - 332 с.

3.Исследование причин нестабильности работы топливной системы дизеля Д-50 / Научный отчет ЦНИТА по теме 41-63. - Л., 1965. - 22 с.

4.Кривенко П.М., Федосов И.М. Ремонт и техническое обслуживание системы питания автотракторного двигателя.- М.: Колос, 1980.- 288 с.

5.Николаенко А.В., Хватов В.Н. Повышение эффективности дизелей в сельском хозяйстве. - Л.: Агропромиздат, 1986. - 191 с.

6.Разработка обоснованных требований к допускам на величину колебаний перепада часовой подачи между безмоторным стендом и двигателем, неравномерности подачи между секциями топливного насоса, пропускной способности форсунок и на изменение скоростного режима регулятора / Научный отчет НПО ЦНИТА №82-65. - Л., 1965. - 24 с.

7.Ромашов В.М., Филин А.Н., Крохотин Д.М. Как снизить неравномерность подачи топлива в цилиндр /Техника в сельском хозяйстве. - 1980. - №9. -С.46-47.

8.Филимонов А.И., Шведский А.И. Влияние температуры топлива на мощностные показатели тракторных дизелей / Тракторы и сельхозмашины. - 1972. - №4. - С.8-9.

Размещено на Allbest.ru