Форсунки для Common-Rail

Влияние хода клапана hклmax обусловлено открываемым им сечением для разгерметизации камеры управления. При малом hклmax игла поднимается недостаточно. Так, при hклmax<0,4 мм — нерабочая зона. Увеличение hклmax благодаря обратной связи способствует большему подъему иглы, уменьшению
дросселирования топлива в запорном конусе иглы, следовательно, продолжительности впрыска и gцупр. Повышение hклmax выше 0,5 не оправдано в отношении снижения gцупр, выше 0,7 мм — также в отношении и Рвпрmax. Влияние сечения управляющих каналов клапана в отношении действительного подъема иглы и Рвпрmax аналогично влиянию хода клапана: не оправдано более 2-3 каналов Æ0,2 мм. Четкий минимум имеет gцупр: 2 канала (при одном канале затягивается впрыск, при многих — растут утечки). Устойчивого влияния массы движущейся системы «игла-плунжер» не обнаружено, исключая слабые локальные отклонения при 20 и 40 г. Влияние объема камеры управления над плунжером однозначно: чем он больше, тем большие расходы топлива необходимы для изменения давления, тем большие необходимы ход клапана, сечения, усилия электромагнита, тем больше gцупр, меньше Рвпрmax, труднее обеспечить малые подачи. С учетом конструктивных ограничений удалось снизить объем до 31 мм3.
Влияние давления начала впрыска (по пружине) также однозначно в отношении gцупр и Рвпрmax: наилучшие показатели достигаются при минимальных значениях затяжки пружины. При значениях ниже 3…4 МПа возникает неустойчивость работы форсунки, ниже 1 МПа она неработоспособна. Влияния хода иглы (по упору) также не обнаружено при полном ходе более 0,13…0,15 мм. При больших значениях ввиду сильной обратной связи по подъему иглы, она упора не достигает. Исследование влияния диаметра сопел распылителя имеет ограниченный интерес. С одной стороны, этим параметром конструктор CR не вправе оперировать ввиду заданности из условий рабочего процесса, с другой, его изменение требует пересмотра всех прочих параметров CR. Тем не менее зависимости совершенно однозначные: при изменении dc=0,15…0,4 давление и продолжительность впрыска падают, а следовательно и gцупр. Влияние зазора в дозаторе интересен ввиду сложившегося мнения, что при износе трудно обеспечить длительную работоспособность золотникового клапана. Недопустимое снижение Рвпрmax наблюдается при повышении диаметрального зазора выше 8…10 мкм (исходный — 2 мкм). Чувствительнее к зазору gцупр: при увеличении его до 3…4 мкм происходит удвоение gцупр. При зазоре 12,5 мкм форсунка становится неработоспособной. Такой вывод свидетельствует о возможности изготовления и эксплуатации золотникового клапана в рамках существующего уровня технологии прецизионных пар. Аварийный ограничитель подачи, установленный в штуцере аккумулятора, несколько искажает характеристику впрыска, уменьшая расход в середине времени подачи и увеличивая в конце. В оптимизированной конструкции ограничителя отличия по давлению впрыска менее 8%, но и они могут быть учтены при проектировании CR с заданной характеристикой подачи. Влияние времени открытия клапана, т. е. характеристика gц=f(tоткркл) изучается с целью выяснения возможности функционирования форсунки в составе CR и совместимости с СУ. Выявлено, что при некоторых сочетаниях параметров CR характеристика немонотонная, и даже имеет при малых tоткр участок с dgц/dtоткр<0. Получено объяснение этого: перелом кривой связан с переходом от работы форсунки без выхода клапана на упор к работе с кратковременным нахождением клапана на упоре. С одной стороны, можно показать, что этот участок — нерабочий, т. к. при малых tоткр, т. е. gц высокие давления впрыска, при которых наблюдается такая аномалия, не используются ввиду неоптимальности для рабочего процесса дизеля [1]. С другой стороны, протяженность и амплитуду аномального участка можно изменять вплоть до полной ликвидации изменением параметров форсунки. Так, для рабочих режимов впрыска в дизель типа Д144 (Ч10,5/12) экспериментально зарегистрированные характеристики имели монотонный характер (рис.6).


Рис.6. Экспериментальные характеристики подачи при различных давлениях в аккумуляторе

На основании расчетных исследований и компьютерной оптимизации была построена электрогидравлическая форсунка второго поколения. Ее испытания проводились на автоматизированном испытательном стенде с регистрацией мгновенных давлений и интегральных характеристик подачи на
ПЭВМ. Натурные испытания подтвердили спрогнозированные результаты, приведенные в табл.1, а также работоспособность системы во всем поле подач и давлений в аккумуляторе, четырехкратного изменения сечения сопел.

Вывод: созданная в лаборатории БГАУ электрогидравлическая форсунка почти не уступает промышленному образцу форсунки R. Bosch по давлению впрыска, но благодаря сильной обратной связи приблизительно втрое экономичнее ее в отношении расхода на управление. Это позволяет уменьшить размеры ТНВД и потребляемую им мощность на 20%.

Список литературы

1. Грехов Л. В. Топливная аппаратура с электронным управлением дизелей и двигателей с непосредственным впрыском бензина: Учебно-практическое пособие. — М.: Легион-Автодата, 2001. — 175 с.
2. Пинский Ф. И. Электронное управление впрыскиванием топлива в дизелях. Учебное пособие/Коломенский филиал ВЗПИ. — 1989. — 146 с.
3. Токсичность отработавших газов дизелей / В. А. Марков, Р. М. Баширов, И. И. Габитов и др. — Уфа: Изд-во БГАУ, 2000. — 144 с.
4. Кулешов А. С., Грехов Л. В. Математическое моделирование и компьютерная оптимизация топливоподачи и рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания. — М.: МГТУ, 2000. — 64 с.