Влияние топлива на надежный пуск дизелей при низких температурах окружающего воздуха

Смолин А.А.

Омский филиал военной академии тыла и транспорта

Влияние топлива на надежный пуск дизелей при низких температурах окружающего воздуха

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 В_ц – цикловая порция топлива;m f_с – площадь эффективного проходного сечения распыливающих отверстий;i – количество распыливающих отверстий;ρ_Т – 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 d_k – средний диаметр капель топливной струи;

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

d_c – диаметр струи;

ρ – критерий, характеризующий отношение плотности воздуха и топлива;

W_e –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 g_ц или объемной q_ц)[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 g_ц должна быть больше, чем на режиме максимальной мощности. Повышение g_ц улучшает условия воспламенения, увеличивает индикаторный момент дизельного двигателя на режимах разгона и уменьшает общую продолжительность пуска. Величина g_цдолжна 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.