Наибольшее распространение получили многоструйные распылители - они в наилучшей степени соответствуют смесеобразованию в неразделенных КС . Число сопловых отверстий 4 может изменяться от 2 до 23. Диаметр отверстий в промышленно реализованной ТПА dc=0,12...1,05 мм. Меньшие значения диаметров относятся к высокооборотным дизелям, самые малые диаметры реализованы в насос-форсунках. Есть тенденция для улучшения экологических показателей дизелей уменьшать dc.

Нижний предел обусловливается скорее даже не трудностями изготовления, сколько ростом вероятности засорения. Но даже в малооборотных (двухтактных крейцкопфных) дизелях диаметр dc<1 мм, иначе капли распыленного топлива становятся недопустимо большими. В таких дизелях с цикловыми подачами 50... 100 г на распылителе приходится располагать 18...23 отверстия в два ряда.

При центральном положении форсунки отверстия расположены симметрично по окружности. Если форсунка смещена или наклонена, отверстия расположены несимметрично. По технологическим соображениям отверстия выполняют одного диаметра, хотя из соображений оптимизации рабочего процесса предпочтительно выполнять разного.

Минимальное подтекание топлива наблюдается при сверлении отверстий в предсопловой канал 5  наименьшего объема или непосредственно на запорный конус. В этом случае уменьшается закоксовывание распылителя, выбросы сажи и, особенно, СНХ. Цельный распылитель имеет наименьшие размеры, минимальный объем предсоплового канала, но при засорении или разрушении распыливающих отверстий необходимо заменять весь распылитель, изготовляемый из высококачественных сталей и имеющий высокую стоимость. Цельный распылитель крепят к корпусу форсунки за бурт с помощью накидной гайки. Обычно поверхность соприкосновения плоская, реже - сферическая. Последняя имеет преимущества с точки зрения самоцентрирования обеих деталей при их креплении и устраняет возможность перекосов направляющей иглы. При креплении за бурт разгружается от усилий затяжки корпус распылителя, в лучших условиях находится прецизионная пара.

В судовых, а ранее и в тепловозных форсунках, применяются не целые, а составные распылители . Это позволяет чаще заменять более дешевый сопловой наконечник,

имеющий наименьший ресурс, особенно при работе на мазутах. Тогда наконечник через корпус распылителя стягивается с корпусом, образуя дополнительный прецизионный разъем. В составном распылителе упрощается изготовление прецизионной пары, она меньше подвержена тепловым нагрузкам. Недостатком такой конструкции является нагружение корпуса значительными усилиями при сборке форсунки и деформации прецизионного узла. Реже прецизионную пару располагают в теле форсунки, а запирающий конус - в распылителе. В этом случае возникают трудности в качественной сборке ее с самоцен-. трированием.

Наибольшее распространение сегодня имеют длиннокорпусные распылители  с удлиненной нижней частью между цилиндрической поверхностью и запорным конусом. Их использование позволяет удалить прецизионную пару от наиболее нагретой нижней части и облегчить конструирование форсунки с укороченной штангой, уменьшить диаметр ее нижней части и, таким образом, облегчить компоновку головки цилиндра и уменьшить площадь тепловосприни-мающей поверхности. Кроме того, обеспечивается эффективное и равномерное охлаждение топливом иглы и корпуса распылителя в кольцевом зазоре у нижней части иглы. Тепловая защита основана на принципе противотока: тепловой поток направлен вверх, холодное топливо - вниз.

В штифтовых форсунках игла снабжена удлинением - штифтом 1 , входящим в ответный канал распылителя. Впрыскиваемое топливо разгоняется в кольцевом штифтовом канале 2.

Для зарубежных легковых автомобилей выпускаются более технологичные распылители с цилиндрическим штифтом 1 в канале 2 , отечественной промышленностью выпускались более сложные штифты 1 . Наличие и положение штифта, с одной стороны, определяет геометрию распыленной топливной струи, с другой - гидравлические свойства распылителя. Эффективное сечение штифтового распылителя определяется сечениями запорного конуса и штифтового канала, причем нижний конус при подъеме иглы может заужать сечение. Это обусловливает появление на графиках по рис. 2.68 участков с отрицательными производными , а следовательно, и неустойчивой работы. Подъем иглы обычно ограничивают так, чтобы сделать рабочими участки I...IL

К достоинствам штифтовых форсунок относится то, что при неполном подъеме иглы впрыскивание осуществляется через меньшие проходные сечения (участок II на рис. 2.68, б). Это обеспечивает не столь сильное изменение Рвпр при изменении режимов работы и физических свойств топлива.

Штифтовые распылители создают одну коническую струю. Поскольку площадь их проходного сечения обычно больше, чем в соответствующих бесштифтовых распылителях, давление впрыскивания заметно меньше, качество распылива-ния хуже. Учитывая это, а также способность отверстий к самопрочистке, штифтовые форсунки обычно устанавливают только в двигателях с разделенными КС. Вместе с тем элемент штифта нетехнологичен и определяет неидентичность свойств форсунок, подвержен высоким температурным нагрузкам. При приближении режима работы дизеля к номинальному, влияние ступенчатости подачи практически исчезает. Важнейшие недостатки штифтовых форсунок - низкое давление впрыскивания и неприменимость для неразделенных КС.

Результаты расчетов рабочего процесса в топливной системе зависят от коэффициентов расхода дросселирующих сечений. Их значения определяются особенностями формы и размерами этих сечений, режимов течения и только в первом приближении могут быть приняты постоянными.

Рассмотрим течение топлива в распыли-вающих отверстиях форсунки . Коэффициент расхода Дс отверстий, отнесенный к сечению диаметром dc за областью присоединения пограничного слоя, зависит от потерь на сжатие струи и вихреобразование, на трение при течении через конечный участок отверстия. Сложную гидродинамическую картину дополняют тепловые эффекты и фазовые переходы. Вследствие сложности достоверного теоретического описания этого процесса, для определения |Ас используют экспериментальные методы.

По мере увеличения скоростного режима течения, определяемого критерием Re^, происходит рост Цс, и при ReKp=-103 он достигает значения, не изменяющегося при дальнейшем увеличении Re^ . При этом завершается формирование течения с отрывом пограничного слоя при турбулентном течении. Как следует

из рис. 2.69, б, зависимость Hc=f существенна. В действительности ее значение ограничено тем, что основная рабочая зона располагается в

области автомодельности: Hc=const.

Практически более важной оказалась зависимость Цс от фазовых переходов - газовыделению в областях с давлением близким к нулю. Это явление близко к известному понятию кавитации. Выделяющиеся в вихревых зонах газы увеличивают их объем , сужая действительную площадь сечения основного потока и

снижая цс. Наиболее удачную, простую численную аппроксимацию зависимости Цс

от числа кавитации К=/Рсред дал проф. В.И. Трусов .

При малых К < 1,5 пограничный слой успевает присоединиться до выхода из соплового канала, и

Не максимален . Альтернатива - отсутствие присоединения оторвавшегося от стенки сопла пограничного слоя и превращение его в ближний след при К 50. Понятно при этом, что результаты зависят и от относительной длины сопел. Знание этого явления позволяет правильно организовывать проливку распылителей (под давлением не менее 4...5 МПа). При этом при проектировании ТПА заранее учитывается, что по сравнению с атмосферными условиями,  при впрыскивании в цилиндр увеличивается. Эта поправка уменьшает давление впрыскивания и угол распыленной струи, увеличивает средний диаметр капель и дальнобойность струи.

Становится понятным также и факт уменьшения давления впрыскивания вследствие сглаживания входных кромок в процессе эксплуатации. В целях предотвращения изменения  в эксплуатации, распылитель подвергают при изготовлении гидроабразивному полированию или электрохимической обработке . За счет сглаживания входных кромок дальнейшего изменения геометрии сопел уже не происходит.

Ограничение тепловой нагруженности распылителей является одной из актуальных задач проектирования ТПА. При перегреве распылителя снижается твердость запирающих поверхностей по посадочному конусу, увеличивается их износ, изменяется величина зазоров в прецизионном соединении, уменьшается его герметичность. В результате тепловых деформаций возможно зависание иглы, закоксовыва-ние распыливающих отверстий. Эти факторы прогрессируют через ухудшение протекания рабочего процесса двигателя. Установлено, что для распылителей, изготовленных из обычных рекомендованных для них сталей, максимально допустимая температура составляет 220-240°С, превышение которой обусловливает быстрое снижение их работоспособности. Рабочую температуру распылителя уменьшают интенсификацией не только принудительного охлаждения, но и охлаждения нагнетаемым топливом, охлаждением форсуночного стакана головки цилиндра.

Эффективным путем улучшения тепловых условий распылителя является уменьшение тепло-подвода. Для этого уменьшают площадь тепловос-принимающей поверхности: минимальный диаметр dH  распылителей доведен до 9 и даже 7 мм. Используют запрессованные в тело головки защитные колпачки-экраны . Они снижают температуру распылителя на 25-40°С, а их эффективность возрастает при установке вблизи его носика теплоизолирующей прокладки, препятствующей циркуляции горячих газов в зазоре между цилиндрическими поверхностями.

Уменьшение зазора 5 при установке форсунки в своем гнезде существенно снижает теплоотдачу в распылитель и его температуру . Из технологических соображений радиальный зазор ограничивают до 0,3 - 1,0 мм, однако, очень важно, чтобы он был одинаков по периметру. При плохом центрировании распылителя, особенно при одностороннем касании стенки гнезда, в результате тепловых деформаций резко увеличивается вероятность зависания иглы и разгерметизации форсунки. Поэтому форсунки центрируют по накидной гайке распылителя с зазором 0,1...0,15 в автотракторных и до 0,3...0,4 мм в судовых и тепловозных дизелях.

Уместно упомянуть и о механической нагруженности распылителей. За счет использования буртов или утолщенной верхней части распылителя, стягиваемого с корпусом накидной гайкой, возникают монтажные напряжения. Но наибольшие напряжения возникают у носика распылителя от нагрева, давления топлива и ударных нагрузок со стороны иглы . Появились расчетные данные, свидетельствующие, что напряжения в области сопловых отверстий, независимо от радиуса входных кромок, ограничивают возможности повышения давления впрыскивания выше 200 МПа.

Нерасчетные нагрузки возникают также при засорении сопловых отверстий. Известны случаи отрыва носиков распылителей, что становится особенно актуальным с повышением быстроходности дизелей и давления впрыскивания.

Закоксовывание внутренних и внешних поверхностей распылителей - одни из основных дефектов форсунок. В обоих случаях первопричинами являются дефекты работы самой ТПА. Процессы интенсифицируются с ростом температуры распылителя. Закоксовывание внешних поверхностей и связанный с этим перегрев распылителя обусловлены истечением топлива из сопловых отверстий с малыми скоростями, например, в результате вялого окончания подачи или зависания иглы, а также вызываются подтеканием, негерметичностью запорного конуса иглы. В результате неполного сгорания, пиролиза углеводородов на носике распылителя образуются коксовые отложения, близкие по физико-химическим свойствам к нагару .

Закоксовывание внутренних поверхностей распылителя происходит вследствие окисления и полимеризации остающегося на поверхности металла топлива с образованием твердой и прочной лаковой пленки. При этом уменьшается сечение сопловых отверстий, изменяются режимы подачи. Необходимыми условиями протекания процесса закоксовывания является высокая температура  и контакт топливной пленки с газами при их забросе из цилиндра в распылитель . Для исключения второго условия необходимо обеспечить РВпР>Рц для всех моментов подачи, в частности, принимают меры для ускорения закрытия иглы форсунки . Лакообразование также заметно снижается при уменьшении шероховатости поверхности (например, после гидрополирования), при замене стали ШХ15 на ХВГ. Степень закоксовывания наружных и внутренних поверхностей распылителя минимальна при некоторой скорости разгрузки ЛВД, являющейся оптимальной между минимально допустимой скоростью истечения топлива, подтеканием с одной стороны и прорывом газов в форсунку при очень резкой отсечке с другой.

Источник: http://myauto.kiev.ua/

Комментарии

Комментарии закрыты.