Исследование влияния условий эксплуатации на состояние дизельных форсунок

 

Цель работы: закрепить знания по устройству и конструкции дизельных двигателей, оценить влияние геометрических и эксплуатационных параметров на работу дизельных форсунок, изучить устройство стендов для регулировки и диагностирования форсунок.

 

2.1. Теоретический раздел

 

2.1.1. Общие сведения

 

Форсунки и их корпуса служат в качестве соединительного элемента между насосом подачи топлива и двигателем. Их основными функциями являются участие в дозировании топлива, распыливание топлива, обеспечение характеристик впрыскивания, герметизация камеры сгорания [2,3].

Дизельное топливо впрыскивается при максимальных величинах давления порядка 20 МПа, значения которых в будущем, вероятно, будут еще выше. В этих условиях дизельное топливо перестает вести себя как сплошная несжимаемая жидкость и становится сжимаемым. Во время короткого времени подачи (в пределах 1 мс) топливо в системе высокого давления как бы сжимается. Поперечное сечение соплового отверстия форсунки определяет количество топлива и распределение его в камере сгорания двигателя.

В соответствии с длиной, диаметром отверстия и его направлением форсунка оказывает основное влияние на обра­зование факела топлива с соответствующими изменениями показателей мощ­ности, расхода топлива и токсичности отработавших газов двигателя.

В определенных пределах возможно обеспечить оптимальное управление, определяемое ходом запорной иглы форсунки и регулированием ее характеристики.

Распылительное сопло должно обес­печивать герметичность системы впры­скивания топлива при чрезмерном нагреве до температур порядка 1000°С и при высоком давлении газов в камере сгорания двигателя [2,3]. Для предупреждения противотока горящих газов, когда сопла форсунки все еще открыты давление в камере повышенного давления форсунки должно быть выше чем давление в камере сгорания. Это требование становится особенно важным в конце впрыскивания (когда уменьшение давления впрыска сопровождается чрезмерным возрастанием давления продуктов сгорания) Оно может быть обеспечено только тщательным согласованием работы насоса впрыскивания топлива, распылительного сопла и запорной иглы.

Дизели с разделенными камерами сгорания (предкамерами и вихревыми камерами) требуют разработки форсунок, отличающихся от используемых в неразделенных камерах сгорания.

Для данных камер сгорания используются закрытые форсунки (с запорной иглой), имеющие распылитель с одним отверстием и обычно оснащенные иглами, открывающими одно отверстие.

Двигатели с непосредственным впрыскиванием топлива с неразделенными камерами сгорания обычно требуют применения форсунок со многими распылительными отверстиями.

Дроссельно–игольчатые форсунки имеют, как правило, один распылитель (тип ОМ 30) и один корпус форсунки (тип КСА с резьбовым соединением), обычно используются в двигателях с предкамерой и вихревой камерой. Стандартный корпус форсунки имеет резьбу М 24х2 и отворачивается 27–миллиметровым гаечным ключом.

Форсунки ОМ 30 в основном имеют диаметр иглы 6 мм с нулевым углом фа­кела. Применяются и распылители с коническим углом факела (например, 12° для ОМ 12 50) Когда пространство для установки форсунок ограничено, то используются корпуса меньших размеров (например, КСЕ)

Отличительной характеристикой штифтовых форсунок является изменение отверстия распылителя (и, следовательно, скорости потока) в виде функции хода иглы.

Сопло в виде распылительного отверстия показывает немедленное возрастание проходного сечения во время открытия иглы.

Штифтовые форсунки характеризуются очень плавным ростом сечения при средних величинах хода иглы в пределах этого диапазона хода штифт иглы остается в распыливающем отверстии. Пропускное отверстие для потока состоит только из небольшого углового зазора между отверстием распыления большего размера и штифта иглы. При возрастании хода иглы она полностью открывает отвер­стие распылителя с последующим су­щественным возрастанием размера отверстия.

Это изменение отверстия, чувствительного к длине хода, может использоваться для организации в определенной степени управления законом впрыскивания.

В начале впрыскивания из форсунки в камеру сгорания вводится только ограниченное количество топлива, а основная его часть подается в конце цикла. Такая последовательность впрыскивания снижает жесткость процесса сгорания.

При малом сечении отверстия и излишне малом ходе иглы ускоряется возвращение иглы из зоны дросселирования. Впрыскиваемое количество топлива, приходящееся в единицу времени, резко возрастает, и, соответственно, повышается жесткость процесса сгорания.

Рисунок 2.1 – Штифтовой распылитель: 1 – нажимной штифт; 2 – распылитель; 3 – игла; 4 – впускной канал; 5 – камера сжатия; 6 – распылительное отверстие; 7 – штифт распылителя	Рисунок 2.2 – Формы распылителей: 1 – штифтовой распылитель; 2 – штифтовой распылитель с плоскоусеченной иглой: 2а – вид сбоку; 2Ь – вид спереди; 3 – многоструйный распылитель с коническим закрытым объемом; 4 – многоструйный распылитель с цилиндрическим закрытым объемом; 5 – распылитель с перекрываемыми отверстиями

Неисправную форсунку выявляют, поочередно ослабляя накидные гайки топливопроводов, присоединенных к форсункам, позволяя топливу вытекать наружу, и, таким образом, выключая форсунку. Отключение исправной форсунки ведет к усилению перебоев в работе двигателя или к ее прекращению. Отключение неисправной форсунки не отражается на работе двигателя. Неисправную форсунку снимают и регулируют на специальном стенде.

Регулировка форсунок на стенде. Правильно отрегулированная форсунка должна обеспечивать подъем иглы при давлении МПа для двигателей ЯМЗ–236 и  МПа для двигателей КамАЗ–740.

Для регулировки форсунок двигателя ЯМЗ–236 снимают колпак, отвертывают контргайку и регулировочным винтом создают требуемое натяжение пружины. Ввертывание винта вызывает повышение давления, а вывертывание – понижение.

Регулируют форсунки двигателя КамАЗ–740 регулировочными шайбами, установленными под пружину, при снятых гайке распылителя, распылителе, проставке и штанге. При увеличении общей толщины регулировочных шайб сжатие пружины увеличивается и давление повышается. Уменьшение толщины шайб приводит к снижению давления.

Изменение толщины шайб на 0,05 мм приводит к изменению давления начала подъема иглы на 0,3…0,35 МПа.

Рисунок 2.3 – Многоструйный распылитель: 1 – нажимной штифт; 2 – распылитель; 3 – игла распылителя; 4 – впускной ка­нал; 5 – камера высокого давления; 6 – распиливающее отверстие; 7 – за­крытый объем; 8 – угол между распыли­вающими	Рисунок 2.4 – Стенд для проверки форсунок

При диагностировании форсунок определяют их герметичность, давление впрыска и качество распыления.

Герметичность форсунки проверяют при давлении 30 МПа.

Показателем герметичности является время спадания давления (на 3МПа не менее 30…45с).

Давление впрыска определяют по показанию манометра на стенде и максиметра на работающем двигателе (не ниже 13,5 МПа).

Качество распыления определяют визуально. Удовлетворительно если в туман и в поперечном сечении конус (начало и конец впрыскивания должен сопровождаться сухим треском).

При разборке форсунки обрабатывают внутренние полости бензином, каналы волосяными ершиками, сверху мягкими металлическими щетками.

Внутреннюю поверхность обрабатывают латунным стержнем в папиросной бумаге.

 

2.2. Порядок проведения экспериментальных
исследований

 

1) Разобрать дизельные форсунки КамАЗ–740 (3–и тестовых), изучить принцип действия.

2) Установить форсунку на стенд, провести испытания герметичности.

3) Провести регулировку начала впрыска, факела распыла.

 

2.3. Содержание отчета о выполнении лабораторной
работы

 

1) Основные теоретические положения.

2) По результатам испытаний заполнить таблицу 2.1.

3) Построить график зависимости падения давления в зависимости от времени.

4) Выводы.

5) Технологическая карта регулировки форсунки

 

Таблица 2.1 – Результаты испытаний

№ образца	Герметичность, с	Р впрыска, МПа	Распыл, град	Заключение
1.
2.
3.

 

 

2.4. Контрольные вопросы

 

1) Объясните устройство и принцип действия форсунок дизельных двигателей.

2) Назовите основные неисправности форсунок дизельных двигателей.

3) Назовите способы устранения неисправностей форсунок.

4) Назовите основные способы регулировки форсунок.

5) Расшифруйте маркировку форсунок.