Snížení nerovnoměrnosti provozu vznětových motorů je tématem vědeckého článku o mechanice a strojírenství, přečtěte si text výzkumné práce zdarma v elektronické knihovně CyberLeninka

Abstrakt vědeckého článku o mechanice a strojírenství, autor vědecké práce — Grebennikov S. A.

Byla provedena analýza konstrukce a provozu dosud nejmodernějšího palivového systému vznětového motoru s vstřikováním common rail, byly identifikovány příčiny způsobující nerovnoměrné dodávky paliva do válců vznětového motoru a na základě rovnic stlačitelnosti paliva a deformace částí palivového systému byly stanoveny závislosti pro matematické modelování pulzací tlaku paliva.

Podobná témata vědeckých prací v mechanice a strojírenství, autor vědecké práce — Grebennikov S. A.

Stav a perspektivy zlepšení systémů dodávky paliva Common Rail

Metoda pro stanovení nerovnoměrnosti chodu válců vznětového motoru za podmínek elektronické kompenzace otáček

Perspektivy uplatnění systémů napájení palivem z baterií pro dieselová vozidla
Kolísání tlaku v rozdělovači vstřikovačů plynu u zážehových motorů

Charakteristiky procesu vstřikování paliva a výkon vysokorychlostního vznětového motoru poháněného motorovou naftou a řepkovým olejem

i Nemůžete najít, co potřebujete? Vyzkoušejte službu výběru literatury.

POKLESY NEROVNOMĚRNOSTI PROVOZU VZNĚTOVÝCH MOTORŮ

Je provedena analýza konstrukcí a práce nejmodernějších v současnosti napájecích systémů vznětového motoru typu „Common Rail“, jsou stanoveny příčiny nerovnoměrného přívodu paliva do válců vznětového motoru a stanoveny závislosti pro matematické modelování pulzací tlaku paliva na základě rovnic stlačitelnosti paliva a deformace detailů palivového systému.

Text vědecké práce na téma „Snížení nerovnoměrnosti dieselových motorů“

S. A. Grebennikov SNÍŽENÍ NEROVNOMĚRNOSTI PROVOZU VZNĚTOVÝCH MOTORŮ

Byla provedena analýza konstrukce a provozu dosud nejmodernějšího palivového systému vznětového motoru s vstřikováním common rail, byly identifikovány příčiny způsobující nerovnoměrné dodávky paliva do válců vznětového motoru a na základě rovnic stlačitelnosti paliva a deformace částí palivového systému byly stanoveny závislosti pro matematické modelování pulzací tlaku paliva.

Nerovnoměrný provoz, hluk a vibrace, technický stav, zdroje, systém “Common Rail”, tlakové pulzace

SA Grebennikov POKLES NEROVNOMĚRNOSTI PROVOZU VZNĚTOVÝCH MOTORŮ

Je provedena analýza konstrukcí a práce nejmodernějších v současnosti podávacích systémů vznětového motoru typu „Common rail“, jsou stanoveny příčiny nerovnoměrného přísunu paliva do válců vznětového motoru a závislosti pro matematické modelování.

Jsou stanoveny pulzace tlaku paliva na základě rovnic stlačitelnosti paliva a deformace detailů palivového systému.

Nerovnoměrnost práce, hluk a vibrace, technický stav, zdroje, systém Common Rail, tlakové pulzace

Systém Common Rail je na vrcholu vývoje systémů vstřikování paliva pro vznětové spalovací motory (ICE). Jeho charakteristickým rysem je přítomnost tlakového akumulátoru paliva (obr. 1), který fakticky odděluje funkce vstřikování a distribuce paliva. Hlavními výhodami systému oproti jeho předchůdcům jsou nezávislost zákona o dodávke paliva vstřikovačem s elektromagnetickým nebo piezoelektrickým blokovacím prvkem na činnosti vysokotlakého čerpadla (HPČ), schopnost elektronicky řídit začátek dodávky a množství vstřikovaného paliva a schopnost provádět více vstřiků paliva během pracovního cyklu do jednoho válce. Spolu s vysokým tlakem paliva vytvářeným systémem Common Rail na úrovni 150-200 MPa tyto výhody poskytly skutečný průlom v technických, ekonomických a environmentálních vlastnostech vznětových spalovacích motorů a zvýšily jejich podíl na světovém automobilovém trhu na 40-60 %.

Oddělení funkcí tlakového vstřikování a distribuce paliva umožnilo vyloučit vliv technického stavu vysokotlakého palivového čerpadla na zákon dodávky paliva vstřikovačem, který v předchozích systémech způsoboval vysokou nerovnoměrnost dodávky paliva, a tedy nerovnoměrný provoz spalovacího motoru. Nerovnoměrný provoz válců způsobuje zvýšený hluk a vibrace spalovacího motoru, snížení jeho technických a ekonomických ukazatelů a životnosti, v souvislosti s čímž se v procesu vývoje a provozu spalovacího motoru snaží minimalizovat jeho význam.

Například, aby se snížila nerovnoměrnost dodávky paliva systémem Common Rail, má každý z jeho vstřikovačů 9místný korekční kód, který charakterizuje jeho výkon, jehož hodnota musí být zadána do paměti řídicí jednotky systému pro korekci signálu, který řídí vstřikovač.

Možnost provedení několika vstřiků paliva v jednom cyklu stejným vstřikovačem vedla k použití předběžného vstřiku malé části paliva, v důsledku jehož spalování se výrazně zvyšuje teplota ve spalovací komoře, což vytváří lepší podmínky pro odpařování a spalování hlavní části paliva (obr. 2). Účinek předběžného vstřiku je srovnatelný s výrazným zvýšením kompresního poměru a cetanového čísla paliva, protože výrazně snižuje dobu zpoždění zapálení paliva, a tím i tuhost chodu a nerovnoměrné otáčení klikového hřídele dieselového motoru 5.

Obr. 1. Struktura palivového systému naftového motoru s tlakovým akumulátorem „Common Rail“:

1 — vstřikovače; 2 — palivová rampa (tlakový akumulátor); 3 — vysokotlaké palivové čerpadlo; 4 — řídicí jednotka

kde Ютах a Ютт jsou maximální a minimální hodnoty úhlové rychlosti klikového hřídele během pracovního cyklu;

V je průměrná hodnota úhlové rychlosti klikového hřídele během pracovního cyklu.

Obr. 2. Závislost spalovacího tlaku P na úhlu natočení klikového hřídele p (úhel natočení klikového hřídele):

——- — s předběžnou injekcí;

. — s jednofázovým vstřikováním;

Рп — vstřikovací tlak

Okamžik předvstřiku, stejně jako množství paliva vstřikovaného do jednotlivých válců, nejsou pevnou hodnotou, ale mění se s ohledem na nerovnoměrnost změny technického stavu válců a vstřikovačů. Řídicí systém na základě signálu ze snímače otáček klikového hřídele mění zadané parametry vstřikování v jednotlivých válcích na základě vyhodnocení zrychlení přenášených každým pístem na klikový hřídel.

Významným faktorem pro snížení hluku a vibrací dieselového spalovacího motoru je použití „dvouhmotového“ setrvačníku, jehož podstata spočívá v elastické interakci dvou částí setrvačníku, které tvoří jeho hmotu (rovina v kontaktu s třecím kotoučem spojky a rovina spojená s přírubou klikového hřídele). Hlavního efektu se navíc nedosahuje pro převodové jednotky, ale pro samotný spalovací motor, a to díky snížení odporu proti pohybu pístu v „pracovním zdvihu“ (stlačení elastických prvků) a návratu energie elastických prvků v „kompresním“ zdvihu. Díky elastickému spojení setrvačníku s klikovým hřídelem se snižuje nerovnoměrnost otáčení klikového hřídele a jeho frekvence otáčení při volnoběhu, snižuje se zatížení částí spalovacího motoru a snižuje se dopad motoru na jeho podpěry v karoserii (reaktivní moment), což vytváří u řidiče pocit vibrací.

Přes veškerou dokonalost systému „Common rail“ má stále značnou rezervu pro zvýšení svých technických a ekonomických vlastností, uznávaných všemi výrobci tohoto systému – eliminaci tlakových pulzací v palivové liště (tlakovém akumulátoru). Stlačitelnost paliva a pružnost stěn palivového zařízení pod vlivem vysokého tlaku mají významný vliv na proces dodávky paliva pulzacemi způsobenými poklesem tlaku paliva v liště během vstřikování paliva a jeho zvýšením vstřikováním písty palivového čerpadla. Tlak paliva je hlavním parametrem pro výpočet doby vstřikování a jeho kolísání vede k chybám při určování skutečné cyklické dodávky, což je zase příčinou nerovnoměrného provozu spalovacího motoru.

Kolísání tlaku lze snížit zvětšením objemu palivové lišty, což má zase negativní vliv na proces spouštění, kdy je nutné rychle vytvořit požadovaný tlak.

Typ vstřikovacího čerpadla paliva a jeho převodový poměr vzhledem k klikovému hřídeli určují množství, amplitudu a fázové posuny tlakových pulzací v palivovém systému.

V současné době existuje tendence ke snižování počtu párů pístů čerpadla. Pokud byl začátek éry systému „Common Rail“ od firmy Bosch poznamenán třípístkovými vysokotlakými palivovými čerpadly, pak v současnosti se jedná o čerpadla s 1 pístem. Podstatou tohoto přechodu je snížení počtu tlakových pulzací a odstranění nerovnoměrnosti dodávky paliva sekcemi vysokotlakého palivového čerpadla, způsobené nevyhnutelnými rozdíly v charakteristikách párů pístů. Například čerpadlo modelu CP1 od firmy Bosch se třemi písty, poháněné vačkovým hřídelem spalovacího motoru s převodovým poměrem vůči klikovému hřídeli 1:2, provede během pracovního cyklu spalovacího motoru tři čerpací zdvihy (obr. 3). Navíc alespoň jeden z nich se nutně shoduje s okamžikem dodávky paliva do válce (na obr. 3 – s druhým válcem), což výrazně

Obr. 3. Schéma fází dodávky paliva třípístového vysokotlakého palivového čerpadla s úhlem odklonu pístu 120°:

MU — počet válců, ve kterých se provádí vstřikování

komplikuje úlohu výpočtu parametrů vstřikování v něm. Čerpadlo SR4.1 je jednopístové, dvouvačkové čerpadlo s převodovým poměrem vzhledem k klikovému hřídeli 1:1 (obr. 4). U tohoto schématu se čerpací zdvihy pístu nikdy nebudou shodovat s okamžikem dodávky paliva do válce, každé dodávkě paliva do válce předchází fáze vstřiku paliva do rampy a nerovnoměrnost vstřikovaného množství paliva je minimalizována, protože je určena pouze výrobní chybou vačky. Technologická obtížnost přechodu na jednopístové čerpadlo spočívá v zajištění požadované životnosti vysokotlakého palivového čerpadla za podmínek zvýšeného mechanického a tepelného zatížení dvojice pístů v důsledku nevyhnutelného ohřevu paliva během jeho komprese.

Stanovení parametrů vstřikování je dále komplikováno pulzacemi způsobenými stlačitelností paliva a elastickou deformací součástí palivového systému (přívodní potrubí, palivová lišta a potrubí spojující palivovou lištu a vstřikovače). V tomto případě je nutné vzít v úvahu:

— změny fyzikálních a chemických vlastností paliva v důsledku jeho zahřívání v důsledku komprese;

— široký rozsah změn frekvence kmitání paliva v rampě v závislosti na režimu otáček vznětového motoru;

— optimalizace tlaku v systému „Common Rail“ v každém provozním režimu spalovacího motoru, aby se zabránilo přehřátí palivového zařízení a snížily se mechanické ztráty v pohonu vstřikovacího čerpadla paliva.

Obecně je stlačitelnost paliva charakterizována koeficientem stlačitelnosti pt, který odráží změnu objemu dV paliva vlivem tlaku p.

Obr. 4. Schéma fází dodávky paliva vysokotlakého palivového čerpadla s jedním pístem:

1-1U — počet válců, ve kterých se provádí vstřikování

Podle [1] se při změně tlaku z atmosférického na 40 MPa součinitel Dt změní z 10,5 na 6 MPa-1, což přispívá ke vzniku tlakové vlny v potrubí, šířící se od vstřikovače v okamžiku jeho uzavření do palivové lišty. Při změně teploty paliva z 20 °C na 70 °C se součinitel stlačitelnosti změní z 6,3 na 7,7 MPa-1 [1].

Elastickou deformaci potrubí a rampy D vypočítáme pomocí Lameova vzorce pro určení deformace pláště válce působením rozloženého zatížení s přihlédnutím ke stlačitelnosti paliva.

kde Vntp je objem potrubí; R a r jsou vnější a vnitřní poloměr potrubí (rampy); E a /лп jsou modul pružnosti a Poissonův součinitel materiálu potrubí (rampy).

Rychlost zvuku a v palivu, s níž se tlakové pulzace šíří podél potrubí a rampy, je také proměnná, protože závisí na teplotě a hustotě paliva p. Podle definice Pt máme

S ohledem na flexibilitu potrubí a ramp

Matematické modelování oscilačních procesů v palivovém systému nám umožní zdokonalit metodu výpočtu parametrů vstřikování, formulovat doporučení pro racionální organizaci vysokotlakého okruhu palivového systému „Common rail“, což v konečném důsledku sníží negativní dopad tlakových pulzací na pracovní procesy vznětového spalovacího motoru.

1. Efimov S.I. Spalovací motory: Soustavy pístových a kombinovaných motorů: Učebnice pro vysoké školy se specializací “Spalovací motory” / S.I. Efimov, N.A. Ivaschenko, V.I. Ivin a kol.; pod generální redakcí A.S. Orlina, M.G. Kruglova. 3. vydání, přepracované a rozšířené. Moskva: Mašinostrojenie, 1985. 456 s.

Grebennikov Sergej Alexandrovič –

Kandidát technických věd, docent katedry automobilů a motorů Saratovské státní technické univerzity pojmenované po Ju. A. Gagarinovi

Článek byl doručen redakci dne 03.04.13, přijat k publikaci dne 30.04.13

Sergej A. Grebennikov —

Ph.D., docent „Automobily a motory“ Gagarinova Saratovská státní technická univerzita

Common Rail je nová, pokročilejší konstrukce pro dodávku paliva do vznětového motoru. Nahradila zastaralý systém s řadovým palivovým čerpadlem a již se rozšířila po celém světě. Slovní spojení Common Rail znamená „společná cesta“. Tento název popisuje princip fungování konstrukce, který zahrnuje přítomnost jediné rampy, ze které palivo proudí do vstřikovačů. Samotná konstrukce je vývojem společnosti Bosch, která byla poprvé implementována v sériových vozech v roce 1996. Jaká je výhoda Common Rail a proč pro něj motoristé stále častěji hlasují svými rubly? Hlavní výhodou je, že vysoký tlak paliva v systému je zajištěn ve všech provozních režimech motoru. To znamená, že lze dosáhnout lepší tvorby směsi a úplného spalování. Díky nové konstrukci se vznětové motory staly stejně tichými jako benzínové motory. Zároveň lépe splňují environmentální normy a spotřebovávají palivo úsporněji než starší motory. Síť autoservisů „YAUZA MOTORS“ má všechny možnosti pro přesnou a důkladnou diagnostiku a nabízí svým zákazníkům opravy Common Rail. Diagnostika vstřikování vznětových motorů se provádí pomocí speciálního zařízení. Během studie se kontrolují nízkotlaké a vysokotlaké palivové okruhy a také senzory vstřikování nafty. S touto sadou zařízení můžete zkontrolovat jakoukoli součást systému vstřikování nafty. Náklady na opravu vstřikovačů nafty CR a ceny dalších služeb pro servis tohoto pokročilého systému v „YAUZA MOTORS“ patří k nejnižším v Moskvě.

Ceny diagnostiky Common Rail

Jméno	Stát
Čtení chybových kódů motoru	z 700 rublů.	Enrol
Diagnostika vstřikování nafty Common Rail	od 2 500 rub.	Enrol
Demontáž nebo montáž vstřikovacího čerpadla paliva	od 5 000 rub.	Enrol
Diagnostika palivového čerpadla Common Rail	od 6 000 rub.	Enrol
Ultrazvukové čištění vstřikovačů	z 100 rublů.	Enrol
Kontrola vstřikovače na stojanu	z 800 rublů.	Enrol

Vlastnosti provozu vstřikovacího čerpadla paliva Common Rail

Když je v provozu vysokotlaké palivové čerpadlo CR, ponorné nebo vakuové čerpadlo přivádí naftu z nádrže do čerpadla přes ohřívač a filtr. Vysokotlaké palivové čerpadlo je poháněno motorem. Dodává palivo do rozdělovače paliva pod vysokým tlakem. Poté je palivo prakticky bez ztráty tlaku distribuováno do válců trubkami se vstřikovači stejné délky. Při startování vznětového motoru v režimu protáčení klikovým hřídelem dodává palivové čerpadlo Common Rail tlak až 400 barů. Při maximálním zatížení motoru se vytváří tlak od 1 300 do 2 000 barů, v závislosti na modelu čerpadla. Při volnoběžných otáčkách a minimálních otáčkách systém dodává až 600 barů. Hodnota parametrů je nastavena regulátorem umístěným na tělese čerpadla. Jeho činnost je podřízena řídicí jednotce (ECU) motoru. Řídicí jednotka (ECU) přijímá signály ze senzoru v rozdělovači, zpracovává tyto informace a vydává příslušné povely. Regulátor na tělese čerpadla slouží také k nastavení činnosti. V případě potřeby se část paliva dostane do chladiče a je vypouštěna do nádrže. Poté je palivo přiváděno do vstřikovačů. Ty se automaticky otevírají a zavírají. Existují dvě běžné konstrukce těchto součástí: elektromagnetická a piezoelektrická. Verze s piezoelektrickým prvkem se vyznačuje větší rychlostí: napětí přiváděné do krystalu ho roztahuje. Krystal stlačí pružinu a palivo se vstřikuje přes jehly. Jak motory CR dosahují své nízké hlučnosti? To se děje předběžným vstřikováním, které mírně „zklidní“ následné zapalování. Poté se dodává hlavní dávka paliva a po něm „dodatečné vstřikování“, které je nezbytné pro vyčištění filtru pevných částic. Pro kontrolu těchto důležitých funkcí je nutná diagnostika vstřikovačů naftového paliva Common Rail. Zásadní inovací systému je použití rampy, která umožňuje dosáhnout velmi vysokých hodnot tlaku. Moderní automobily již používají třetí generaci vstřikovacích čerpadel paliva CR, která se vyznačují přesným a častějším vstřikováním pomocí piezoelektrických vstřikovačů a vysokým tlakem v railu (až 1 800 barů).

Je lepší přijít o peníze než o svou důvěru

Za péči o zákazníky odpovídá: Oleg Sheshin

Vážíme si našich klientů a naší pověsti! Pokud nejste se službou spokojeni, napište reklamaci.