Розрахункова модель паливної системи дизеля з електромеханічним засобом інтенсифікації паливоподачі

Abstract

The key directions of the development and improvement of the fuel supply system for internal combustion engines with ignition from compression of the fuel/air mixture were pointed out. The need for the comprehensive implementation of electromechanical principles of fuel injection control in accordance with the various conditions of diesel engines operation was proved. The relevance of further development and modernization of the hydromechanical fuel systems on the background of ever-increasing interest in their electro-controllable analogues was highlighted. The unused potential possibilities of hydromechanical fuel equipment to improve the conditions of the fuel supply process were listed. To intensify fuel injection, it was proposed to use the electromechanical device that is mounted in the fuel discharge pipeline and modifies the phase-amplitude characteristic of the wave process of propagation of a single supplying pulse between the high-pressure fuel pump and the hydromechanical nozzle. We highlighted the important aspects of the procedure for constructing the calculation model of the switchgear-type fuel system of direct action with a new device for fuel supply intensification. It was proposed to consider the fuel injection process at some stages, taking into consideration the characteristics of functioning of a particular hydraulic node of the fuel system, including the proposed technical means of intensification. The systems of differential and analytical equations that make it possible to perform mathematical modeling of the process of propagation and mutual influence of the pressure waves in the pressure-pumping tract were presented. The resulting systems make it possible to obtain characteristics of a change in hydraulic pressure in different fuel volumes, the kinematics of motion of shut-off elements in a high-pressure pump and nozzle, etc.In the course of a comparative study, carried out on the basis of the presented calculation model, the fuel injection process for the standard and improved fuel system for a turbo-diesel, a significant improvement of the injection quality by a large number of indicators was revealed. According to the results of calculations, the existence of high-rate character of increasing and decreasing of injection pressure at the initial and final phase of the process of fuel supplyi to the cylinders of a diesel engine is observed. It was noted that the rate of pressure change can reach 170 MPa/deg, maximum, and average injection pressure increases up to 75 MPa and 30...40 MPa, respectively. Calculation studies were carried out with the employment of the numerical method of integration – the Adams interpolation method, the choice of which is caused by the necessity of obtaining consistent solutions when solving the described systems of differential equations, which belong to the category of the rigidУказаны ключевые направления развития и совершенствования топливной системы для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия топливовоздушной смеси. Доказана необходимость всестороннего внедрения электромеханических принципов управления процессом топливоподачи в соответствии с вариативными условиями эксплуатации дизелей. Освещена актуальность дальнейшего совершенствования и модернизации гидромеханических топливных систем на фоне постоянно растущего интереса к их электроуправляемым аналогам. Приведен перечень не использованных потенциальных возможностей гидромеханической топливной аппаратуры для улучшения условий протекания процесса подачи топлива. Предложено электромеханическое средство для интенсификации топливоподачи, что монтируется в топливонагнетательный трубопровод и видоизменяет фазо-амплитудную характеристику волнового процесса распространения одиночного импульса подачи между топливным насосом высокого давления и гидромеханической форсункой. Освещены основные аспекты методики построения расчетной модели топливной системы непосредственного действия распределительного типа с новым средством интенсификации подачи топлива. Предложено рассматривать процесс топливоподачи в несколько этапов с учетом особенностей функционирования отдельно взятого гидравлического узла топливной системы, включая предложенное техническое средство интенсификации. Приведены системы дифференциальных и аналитических уравнений, позволяющие проводить математическое моделирование процесса распространения и взаимовлияния волн давления в топливонагнетательном тракте.Полученные системы позволяют получать характеристики изменения гидравлического давления в различных топливных объемах, кинематики движения запорных элементов насоса высокого давления и форсунки, тому подобное.В ходе сравнительных исследований, проведенных на основе представленой расчетной модели, процесса топливоподачи для штатной и усовершенствованной топливной системы для турбодизеля было выявлено значительное улучшение качества впрыска за большим количеством показателей. По результатам расчетов прослеживается наличие скоростного характера возростания и снижения давления впрыска на начальной и завершающей фазе процесса подачи топлива в цилиндры дизеля. Отмечено, что скорость изменения давления может достигать 170 МПа/град, максимальное и среднее давление впрыскивания возрастает до 75 МПа и 30...40 МПа соответственно. Расчетные исследования проводились с привлечением численного метода интегрирования – интерполяционного метода Адамса, выбор которого обусловлен необходимостью получения стойких решений при решении описаных систем дифференциальных уравнений, относящихся к категории жесткихОкреслені ключові напрямки розвитку та вдосконалення паливної системи для двигунів внутрішнього згорання із запаленням від стиску паливоповітряної суміші. Доведена необхідність всебічного впровадження електромеханічних принципів керування процесом паливоподачі у відповідності до варіативних умов експлуатації дизелів. Висвітлена актуальність подальшого вдосконалення та модернізації гідромеханічних паливних систем на фоні постійно зростаючого інтересу до електрокерованих аналогів. Наведено перелік не використаних потенційних можливостей гідромеханічної паливної апаратури для покращення умов протікання процесу подачі палива. Запропоновано електромеханічний засіб для інтенсифікації паливоподачі, що вмонтовується до паливонагнітального трубопроводу та видозмінює фазо-амплітудну характеристику хвильового процесу розповсюдження одиночного імпульсу подачі між паливним насосом високого тиску та гідромеханічною форсункою. Висвітлено основні аспекти методики уточнення розрахункової моделі паливної системи безпосередньої дії розподільного типу з новим засобом інтенсифікації подачі палива. Запропоновано розглядати процес паливоподачі в декілька етапів з врахуванням особливостей функціонування окремо взятого гідравлічного вузла паливної системи, включаючи запропонований засіб інтенсифікації. Приведені системи диференціальних та аналітичних рівнянь, що дозволяють проводити математичне моделювання процесу розповсюдження та взаємовпливу хвиль тиску в паливонагнітальному тракті. Отримані системи дозволяють отримувати характеристики зміни гідравлічного тиску в різних паливних об’ємах, кінематики руху запірних елементів насосу високого тиску та форсунки, тощо.У ході порівняльних досліджень, що були проведені на основі сформованої розрахункової моделі, процесу паливоподачі для штатної та вдосконаленої паливної системи турбодизеля були виявлено значне покращення якості впорскування за значною кількістю показників. За результатами розрахунків прослідковується наявність стрімкоподібного характеру зростання та спадання тиску впорскування на початковій та завершальній фазі процесу подачі палива до циліндрів дизеля. Відмічено, що швидкість зміни тиску може досягати 170 МПа/град, максимальний та середній тиск впорсквання зростає до 75 МПа та 30…40 МПа відповідно. Розрахункові досілдження проводились із залученням чисельного методу інтегрування – інтерполяційного методу Адамса, вибір якого обумовлено потребою отримання стіких рішень при вирішенні сформованих систем диференціальних рівнянь, що відносяться до категорії жорстки

    Similar works