Новая система топливоподачи для дизельного двигателя

Дизельные двигатели играют важную роль в малой энергетике в качестве привода для генераторов электростанций малой и средней мощности, которые находят широкое применение в разных отраслях народного хозяйства, начиная от применения в качестве резервных источников электроснабжения для объектов I (особой) категории по надежности электроснабжения (больницы, опасные производства и др.), заканчивая электроснабжением нефтяных месторождений.

Важной задачей является улучшение технических, экологических и экономических характеристик двигателей, а также их надежности.

Проведенные исследования показывают, что для увеличения КПД сгорания, снижения эмиссии оксидов азота и твердых частиц и снижения шумности работы двигателя необходимо впрыскивание топлива в цилиндры под высоким давлением порциями определенной формы [1].

Качество работы дизелей можно повысить путем создания соответствующей системы топливо-подачи (ТПС). Основными требованиями к такой ТПС являются быстродействие и управляемость.

В статье рассматривается устройство (рис. 1), предложенное в [2–3].

Данное устройство представляет собой быстродействующий механический привод форсунки, который может применяться в различных типах форсунок: в гидравлических – как привод управляющего клапана, в механических – в качестве прямого привода иглы.

Механический привод состоит из вала 3, кулачка 1 с микроприфилем 5, платины 7 и штока 9. Пластина 7 подпружинена, пружина 11 прижимает пластину 7 в крайнее правое положение.

Кулачок 1 находится на валу 3, который связан с коленвалом.

При вращении кулачка 1 по часовой стрелке микропрофиль 5 взаимодействует сначала с прямолинейной частью пластины 6, а затем с ее криволинейной частью 4.

При взаимодействии микропрофиля 5 с пластиной 7 происходит её перемещение из правого крайнего положения в левое крайнее положение.

При взаимодействии микропрофиля 5 с криволинейной поверхностью 4 пластина 7 остается в крайнем левом положении на время, которое определяется как время длительности впрыска.

Время длительности впрыска зависит от длины дуг криволинейной части пластины 4 и микропрофиля 5.

Регулирование длительностью впрыска осуществляется перемещением пластины по шлицам 8. Задняя (по ходу вращения) поверхность микропрофиля 5 и верхняя поверхность криволинейной части 4 пластины 7 имеют скосы с одинаковым

Краткие сообщения

углом, что позволяет осуществлять регулирование длительностью впрыска.

После окончания взаимодействия микропрофиля 5 и пластины 7 последняя возвращается в исходное положение под действием пружины 11. Осуществляется отсечка.

Как видно, механический привод несложен в изготовлении и при выборе соответствующих материалов может иметь значительный срок службы.

Проведенный кинематический и динамический расчет механического привода показывает, что при радиусе кулачка 30 мм и длине зубца 0,5 мм обеспечивается перемещение пластины на 0,577 мм. При частоте вращения вала кулачка 2000 об/мин время переключения составляет 0,1037 мс, что согласно [4] сравнимо с быстродействием пьезопривода и в 3–4 раза быстрее, чем электромагнит. При этом механический привод будет гораздо дешевле пьезопривода.

Рис. 1. Механический привод форсунки

Зависимость перемещения пластины от времени практически линейная, что увеличивает точность дозирования топлива, особенно в области малых подач.

Для анализа преимуществ были проведены сравнительные расчетные исследования впрыска топлива форсункой с электромагнитным и механическим приводом. Исследование проводилось для известной гидравлической форсунки с двухпозиционным управляющим клапаном [5] с эффективной площадью распыливающих отверстий 0,272 мм2.

Из рис. 2, где представлены сравнительные графики перемещений управляющего клапана и иглы рассматриваемой форсунки, видно, что в случае с механическим приводом запаздывание подъема иглы меньше, и лучше управляемость процессом впрыска. Также в случае с механическим приводом тратится меньше топлива на

1 3

б)

Рис. 2. Перемещения иглы и управляющего клапана

1, 2 – перемещения иглы и двухпозиционного клапана форсунки с механическим приводом; 3, 4 – перемещения иглы и двухпозиционного клапана форсунки с электромагнитным приводом

Байтимеров Р.М.

управление, КПД по топливу на управление для форсунки с механическим приводом и электромагнитным приводом составляет 85,7 % и 82,3 % соответственно.

Применение такого быстродействующего механического привода в современных ТПС вместо соленоидного или пьезопривода позволит создать более надежный, экономичный и экологичный дизель, что повысит эффективность малой генерации.