Технические науки/4. Транспорт

Смолин А.А.

 Омский филиал военной академии тыла и транспорта

Влияние топлива на надежный пуск

Низкая температура окружающего воздуха отрицательно сказывается на качестве распыливания топлива форсунками, что затрудняет пуск дизеля [1,2]. Происходит это из-за повышения вязкости дизельного топлива и возрастания сил его поверхностного натяжения, уменьшения частоты вращения кулачкового вала топливного насоса высокого давления и скорости плунжеров нагнетательных секций, что ведет к снижению давления нагнетаемого в форсунки топлива и соответствующему уменьшению подъема иглы форсунки. В результате, образуется меньший зазор между седлом и запорной частью иглы распылителя и возрастает сопротивление впрыску, что уменьшает скорость истечения топлива из распылителя. Происходящее при этом снижение качества распыливания топлива в сочетании со снижением температуры воздуха в конце такта сжатия увеличивают период задержки самовоспламенения топлива, затрудняя пуск дизеля. Иногда сочетание этих факторов вообще не обеспечивает самовоспламенения дизельного топлива, и пуск дизеля становится невозможным. Практикой установлено, что надежный пуск дизелей по условиям воспламеняемости и прокачиваемости топлива можно произвести при температуре окружающего воздуха не ниже минус 15°С. При более низких температурах необходимо применять средства облегчения пуска дизеля.

С изменением давлений впрыска меняется скорость потока в сопловом канале форсунки, а, следовательно, меняется и степень его завихренности. С увеличением давления размеры капель топлива уменьшаются[4].

В ходе исследований установлено заметное влияние вязкости топлива на степень распыления[5,6].

Эта зависимость может быть выражена посредством формулы [5]:

(1)

где  – средний диаметр капель при кинематической вязкости  ;  – известный средний диаметр капель при кинематической вязкости .

При увеличении плотности среды наблюдается уменьшение диаметра наиболее мелких капель и увеличение диаметра наиболее крупных капель [5].

Мелкость распыливаемого топлива, подаваемого в цилиндр двигателя, в течение первого периода впрыска влияет на предпламенные процессы и на протекание цикла, на втором этапе – процесс горения основной массы топлива, в случае ухудшения процесса дробления струи на третьем этапе – с уменьшением давления впрыска в камеру может попасть почти не распавшаяся струя[6]. Оценку качества распыливания топлива проводят двумя видами методов: методы оценки совокупности капель по осредненным критериям и методы, позволяющие установить количество капель определенного размера.

При создании и разработке математической модели смесеобразования и сгорания жидких углеводородных топлив используются математические выражения и критериальные зависимости, предложенные А.С. Лышевским и уточненные Н.Ф. Разлейцевым применительно к быстроходным форсированным дизелям[3,4,5].

Рассмотрим математические выражения, по которым определяются характеристика впрыскивания топлива и критериальные зависимости.

Средняя скорость за время впрыскивания цикловой порции топлива

(2)

где Вц – цикловая порция топлива;m fс – площадь эффективного проходного сечения распыливающих отверстий;i – количество распыливающих отверстий;ρТ – плотность топлива;t впр – продолжительность впрыскивания порции топлива. Оценка влияния физических параметров топлива на мелкость его распыливания осуществляется с помощью критериального  уравнения для отыскания средних диаметров капель топливной струи

(3)

где dk – средний диаметр капель топливной струи;

Ek –постоянный коэффициент, зависящий от конструкции форсунки и способа осреднения размеров капель;

dc – диаметр струи;

ρ – критерий, характеризующий отношение плотности воздуха и топлива;

We –критерий Вебера, характеризующий отношение сил поверхностного натяжения и сил инерции;

M – критерий, характеризующий отношение сил поверхностного натяжения и вязкости.

Пусковые качества дизельного двигателя в значительной степени зависят от угла опережения впрыскивания θ и величины цикловой подачи топлива (весовой gц или объемной qц)[5,6]. Для большинства отечественных дизелей оптимальные установочные углы опережений впрыска топлива при пуске лежат в пределах от 16 до 22º угла поворота коленвала до ВМТ. При пуске холодного дизельного двигателя цикловая подача топлива gц должна быть больше, чем на режиме максимальной мощности. Повышение gц улучшает условия воспламенения, увеличивает индикаторный момент дизельного двигателя на режимах разгона и уменьшает общую продолжительность пуска. Величина gцдолжна составлять 100-120 мг на литр рабочего объема цилиндра[5].Влияние цикловой подачи и угла опережения впрыскивания представлены на рисунке 1.

а – влияние цикловой подачи на продолжительность пуска; б – влияние угла опережения впрыскивания на продолжительность пуска; τ– продолжительность пуска; Δg – цикловая подача; θ – угол опережения впрыскивания

Рисунок 1. – Влияние на пуск дизеля параметров топливоподачи

Литература:

1              Андерсон, Д. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. Том 1. [Текст] / Д. Андерсон, Дж. Теннехил, Р. Плетчер. - М.: Изд-во Мир, 1990. - 384 с.

2              Астахов, И.В. Подача и распыливание топлива в дизелях [Текст]/ И.В. Астахов. - М.: Машиностроение, 1972. - 256 с.

3              Белов, М.П. Двигатели армейских машин. Часть первая. Теория [Текст]/ Белов М.П., Бурячко В.Р., Акатов Е.И. Москва: Воениздат, 1971. – с. 452

4              Белоусов, А.Д. О прогреве коренных подшипников при пуске тракторного дизеля в зимних условиях. [Текст] / А.Д. Белоусов, И.С. Белоусов, А.Ф. Кушнер //. Труды Новосибирского СХИ, т.50,1972, с. 53-58.

5              Бергер, М.Н. Прямоугольные волноводы с диэлектриками (справочные таблицы, графики, формулы)[Текст] / Бергер М.Н., Капилевич Б.Ю. М.: Советское радио, 1973. - 256 с.

6              Бережнов, Н.Г. Основы эксплуатации машинно-тракторного парка в зимних условиях Западной Сибири. [Текст] / Н.Г. Бережнов // Барнаул, 1975.