Спосіб організації двостадійного впорскування палива в циліндр дизеля за допомогою гідромеханічної паливної апаратури

Abstract

Застосування багатофазного впорскування дозволяє зменшити рівні емісії з відпрацьованими газами та шумність роботи дизелів. В даній роботі запропоновано вдосконалення гідромеханічної системи паливоподачі дизелів транспортних засобів шляхом забезпечення можливості двостадійної подачі палива. Ця задача вирішується обладнанням паливного насосу високого тиску додатково секціями високого тиску, які працюють на нагнітання палива для пілотного впорскування. Кулачки валу приводу цих секцій випереджають кулачки валу основних секцій на 2-10 град. п.кул.в. Для перевірки працездатності запропонованої системи двостадійної подачі палива та підтвердження можливості досягнення нею заявлених параметрів було виконано розрахункові дослідження на основі математичного моделювання гідромеханічних процесів у цій системі. Розрахункові дослідження проведені за допомогою математичної моделі паливної системи високого тиску дослідницького одноциліндрового дизеля Ч12/14. Математична модель реалізована у середовищі програмування MATLAB. Тестові результати розрахунків за даною математичною моделлю для режиму роботи системи при частоті обертання кулачкового валу 650 хв⁻¹ та повній подачі палива система високого тиску забезпечує двостадійне впорскування з такими показниками: загальна циклова подача палива 67 мм3/цикл, пілотна доза – 12 мм³/цикл (що складає 18% від загальної циклової подачі); максимальний тиск впорскування 49 МПа при мак-симальному тиску 58 МПа у надплунжерній порожнині; максимальний тиск впорскування пілотної дози (в кармані форсунки) – 14,7 МПа при тиску, досягнутому у надплунжерній порожнині – 26,5 МПа; тривалість впорскування пілотної дози близько 2 град. п.кул.в., основної – 4,7 град. п.кул.в. На режимах за навантажувальними (та швидкісними) характеристиками система також забезпечує двостадійне впорскування. При зменшенні навантаження від максимального на 35-40% не впливає на максимальний тиск впорскування основної частини палива на всіх швидкісних режимах роботи системи, після чого має місце різке падіння цього параметра до величини максимального тиску впорскування пілотної. Максимальний тиск впорскування пілотної дози практично не залежить від швидкісного режиму та лежить в межах 13,5-15 МПа. Оскільки величина пілотної дози не регулюється, тому вона не залежить від переміщення рейки ПНВТ й складає 4 мм³/цикл при частоті обертання 450 хв⁻¹, 8 мм³/цикл при частоті обертання 550 хв⁻¹ та 12 мм³/цикл при частоті обертання 650 хв⁻¹.The use of multiphase injection allows reducing the emission levels with exhaust gases and the noise of diesel engines. This paper proposes to improve the hydromechanical fuel supply system of diesel vehicles by providing the possibility of two-stage fuel supply. This task is solved by high-pressure fuel pump equipment, additionally by high-pressure sections that work to inject fuel for pilot injection. The drive shaft cams of these sections are ahead of the shaft cams of the main sections by 2-10 degrees rotation of the camshaft. In order to check the performance of the proposed two-stage fuel supply system and to confirm the possibility of achieving its stated parameters, calculation studies were performed based on mathematical modeling of hydromechanical processes in this system. Calculation studies were carried out using a mathematical model of the high-pressure fuel system of the Ch12/14 research single-cylinder diesel engine. The mathematical model is implemented in the MATLAB programming environment. Test results of calculations according to this mathematical model for the operating mode of the system at a camshaft rotation frequency of 650 min⁻¹ and full fuel supply, the high-pressure system provides two-stage injection with the following indicators: total cyclic fuel supply 64 mm³/cycle, pilot dose - 9 mm³/cycle (which is 16% of the total cyclical supply); the maximum injection pressure is 49 MPa with a maximum pressure of 58 MPa in the over-plunger cavity; the maximum injection pressure of the pilot dose is 14.7 MPa, while the pressure reached in the over-plunger cavity is 26.5 MPa; the duration of the injection of the pilot dose is about 2 degrees rotation of the camshaft, the main one - 4.7 degrees rotation of the camshaft. The system also provides two-stage injection in modes according to the load (and speed) characteristics. When the load is reduced from the maximum by 35-40%, it does not affect the maximum injection pressure of the main part of the fuel at all speed modes of the system, after which there is a sharp drop of this parameter to the value of the maximum injection pressure of the pilot. The maximum injection pressure of the pilot dose practically does not depend on the speed mode and lies within 13.5-15 MPa. Since the amount of the pilot dose is not adjustable, it does not depend on the movement of the highpressure fuel pump rail and is 2 mm3/cycle at a rotation frequency of 450 min⁻¹, 6 mm3/cycle at a rotation frequency of 550 min⁻¹ and 9 mm3/cycle at a rotation frequency of 650 min⁻¹.