Тема «визначення кута випередження подачі палива»

Своєчасність згоряння палива обумовлюється кутом випередження подачі палива. Від його величини залежать тривалість періоду затримки самозаймання, швидкість наростання тиску і розташування лінії згоряння щодо в.м.т. При зміщенні згоряння палива на початок процесу розширення зменшується тиск в кінці горіння, підвищується температура газів, що відходять і зростають втрати теплоти, що призводить до збільшення питомої витрати палива. Крім того, будуть відбуватися перегрів поршня і підвищення температурних напружень циліндра. Тиск в кінці горіння Pz по окремих циліндрах не повинно відхилятися від значень, зазначених у формулярі дизеля, більш ніж на ± 5%. Для підвищення Pz кут випередження подачі палива збільшують, для зниження - зменшують. Величина кута випередження подачі палива вказана в формулярі двигуна.

При визначенні кута випередження подачі палива односекційний паливним насосом виконують такі дії:

1. Отсоединяют паливну трубку від насоса.

2. Встановлюють на штуцер паливного насоса моментоскопа.

3. Ставлять рейку паливного насоса на повну подачу палива.

4. прокачувати паливний насос вручну до повного видалення повітря з трубопроводу насоса і моментоскопа.

5. Стискаючи гумову трубку, видавлюють зі скляної трубки паливо до половини її довжини.

6. Повільно провертають колінчастий вал дизеля до початку руху меніска палива в скляній трубці; цей момент буде відповідати початку подачі палива.

7. Вимірюють кут, на який кривошип перевіряється циліндра не дійшов до в.м.т. Якщо маховик чи не розбитий на градуси, вимірюють довжину дуги маховика від мітки в.м.т. даного циліндра до нерухомої стрілки-покажчика на блоці, а потім підраховують кут за формулою

де 1 - довжина дуги від мітки в.м.т. до стрілки-покажчика, мм; L - довжина кола маховика, мм.

При відсутності моментоскопа кут випередження подачі палива можна перевірити в такий спосіб:

1. Отсоединяют паливну трубку від насоса

2. Виймають з насоса нагнітальний клапан з пружиною, встановлюють на місце штуцер або кришку насоса.

3. Подають паливо з видаткової цистерни до насоса.

4. Спускають повітря з паливного трубопроводу і насоса, після чого прикривають отвір в штуцері пальцем.

5. Повільно провертають колінчастий вал дизеля до припинення витікання палива через штуцер.

6. Вимірюють кут, на який кривошип перевіряється циліндра не дійшов до в.м.т.

Для більшої точності рекомендується визначати кут подачі палива два рази. Якщо вимірюваний кут випередження подачі палива відрізняється більше ніж на 1-1,5% від зазначеного в формулярі дизеля, його регулюють поворотом шайби паливного насоса на розподільному валу. При цьому виконують такі дії:

1. Відзначають ризиками положення кулачковою шайби щодо фланця втулки

2. отвертивать стяжні болти або гайку кріплення і виводять кулачкову шайбу із зачеплення з зубцями втулки.

3. Повертають шайбу на потрібну величину і вводять в зачеплення з зубцями втулки. Для збільшення кута випередження кулачкова шайба зміщується у напрямку обертання розподільного валу, а для зменшення - проти напрямку його обертання. Зміна положення кулачковою шайби на 2 мм (один зубець) викликає зміну кута випередження подачі палива на 3 - 5 ° і максимального тиску циклу на 0,4 - 0,6 Мпа (4 - 6 кгс / см2).

Незважаючи на значні спрощення, комп'ютерна програма є складним "інструментом" для інженерних розрахунків, тому користувач повинен мати підготовку в області теорії ДВС, ознайомитися з базовими знаннями у відповідній області. Комп'ютерна програма в частині розрахунку робочих процесів в циліндрі дизеля пройшла багаторічну апробацію в науково-дослідних роботах ДМА ім. адм. С.О.Макарова, навчально-виховної роботи всіх рівнів, включаючи курси підвищення кваліфікації старших механіків морських суден. У представленому в даній роботі вигляді вона доповнена алгоритмом розрахунку викидів оксидів азоту і рядом інших доповнень, що розширюють можливості врахування впливу на процеси різних експлуатаційних факторів.

З причини складності і різноманіття завдань і реальних ситуацій, які можуть виникнути в практиці робіт по огляду дизелів, реальна сфера застосування комп'ютерної програми буде визначатися самим користувачем.

Можливості комп'ютерної програми не обмежуються розрахунком емісії оксидів азоту, вони значно ширше, так як програма дає можливість розрахувати всі основні параметри індикаторного процесу дизеля.

Точний розрахунок емісії оксидів азоту з відпрацьованими газами дизелів в інженерній практиці важко реалізувати через надзвичайну складність фізико-хімічних процесів в камері згоряння. У зв'язку з цим, при розробці комп'ютерної програми відповідно до технічного завдання по НДР, в основу була покладена емпірична формула, отримана шляхом обробки експериментальних даних фірмою "Вяртсиля".

Рішення цього диференціального рівняння можливо тільки чисельним наближеним методом. Так як в формулу входять поточні значення тиску і температури, то вирішити (проинтегрировать чисельним методом) диференціальне рівняння для отримання величини питомої викиду можна при наявності функціональних залежностей р і Т від кута повороту колінчастого вала. Чисельне інтегрування вимагає досить дрібного кроку по куту (на ділянці згоряння - не більше 2 град, п.к.в.), тому розрахунок питомої викиду за допомогою табличних значень параметрів в циліндрі на ділянці згоряння, знятих з експериментальних кривих, зажадав б введення великих масивів чисел, не рахуючи необхідності мати в наявності самі осцилограми тиску газів в циліндрі дизеля.

Альтернативним варіантом вирішення завдання є включення диференціального рівняння в загальну програму розрахунку індикаторного процесу дизеля. Інженерна методика

розрахунку індикаторної діаграми дизеля, адаптована до вирішення завдань експлуатаційного характеру стосовно до суднових малооборотних і середньооборотних дизелів, була розроблена в ДМА на кафедрі суднових ДВС в 90-х роках і пройшла апробацію в навчальному процесі та наукових роботах. Методика викладена в роботі [2]; враховуючи досить складний алгоритм і великий обсяг роботи, обмежимося лише викладом основних її положень.

Робочий процес в одному циліндрі дизеля розраховується на ділянці від початку стиснення до початку випуску відпрацьованих газів з циліндра. Моменти початку стиснення і випуску визначаються за реальними фазами відкриття / закриття клапанів (вікон). В основу розрахунків покладено систему диференціальних рівнянь, що описує індикаторний процес, що включає в себе:

- рівняння першого закону термодинаміки (закон збереження енергії), вирішена щодо першої похідною температури робочого тіла в циліндрі за кутом повороту колінчастого вала;

- рівняння стану робочого тіла, вирішена щодо тиску в циліндрі в залежності від температури, обсягу циліндра, маси і газової постійної суміші газів в циліндрі;

- рівнянь масового балансу для трьох компонентів суміші газів в циліндрі: 1-чисте повітря; 2-чисті продукти згоряння палива (при відсутності надлишку повітря-стехиометрическом співвідношенні паливо / повітря); 3 водяна пара.

- рівнянь, що описують смесеобразование і згоряння палива в циліндрі; - рівняння, що описує теплообмін зі стінками циліндра.

Чисельне рішення системи диференційних рівнянь здійснюється методом Ейлера-Коші з ітераційним процесом. Критерієм збіжності на кожному кроці рахунку прийнята температура газів в циліндрі-1 К. Поточні значення термодинамічних параметрів - істинної питомої ізохорно теплоємності і газової постійної -рассчітиваются для суміші чистого повітря, "чистих" продуктів згоряння і водяної пари з урахуванням їх поточних масових часток в суміші . Крім того, теплоємність, газова постійна продуктів згоряння і теоретична маса повітря для згоряння 1 кг палива визначаються з урахуванням елементарного складу палива. Нижча теплота згоряння палива розраховується за емпіричною формулою залежно від його щільності, в'язкості, вмісту сірки, води, золи і механічних домішок.

Зазначені вище доповнення в математичну модель індикаторного процесу дизеля дозволяють враховувати вплив вологості атмосферного повітря і сорти палива на показники роботи дизеля і величину питомої викиду оксидів азоту. Передбачена також можливість оцінити вплив упорскування води в циліндр або подачі водопаливної емульсії форсункою на емісію оксидів азоту.

Розрахунок процесу згоряння палива здійснюється з урахуванням реального закону подачі в циліндр за методикою, яка детально описана в роботі [2]. Передбачена можливість завдання будь-якого закону подачі - однофазного, двухфазного і ін. Тривалість періоду затримки самозаймання розраховується за емпіричною формулою залежно від тиску і температури газів в циліндрі в момент початку подачі палива в циліндр, частоти обертання колінчастого вала і цетанового числа палива. При розрахунку робочого процесу на важкому паливі тривалість періоду затримки самозаймання та швидкість згоряння палива коригуються за величиною розрахункового вуглецево-ароматичного індексу (CCAI). Цей показник визначається за емпіричною формулою, запропонованою фірмою "Шелл", з урахуванням перерахованих вище характеристик важкого палива.

Теплообмін між газами і стінками циліндра розраховується за формулою конвективного теплообміну з урахуванням поточних параметрів і поверхні теплообміну, коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки розраховується за емпіричною формулою Ейхельберга.

Точність розрахунку показників індикаторного процесу і eNOx значною мірою визначається правильністю вибору емпіричних коефіцієнтів в рівняннях згоряння, теплообміну і емісії оксидів азоту (всього цих коефіцієнтів 6).

Рішення системи диференціальних рівнянь здійснюється з постійним кроком 1 градус повороту колінчастого вала від початку стиснення (точка а) до моменту відкриття випускних органів (точка Ь). Підсумком розрахунку є значення среднемассовой температури газів в циліндрі і тиску на ділянках стиснення, згоряння і розширення. Додаткова корисна робота на нерассчітивемом ділянці газообміну оцінюється приблизно з урахуванням тактності дизеля. Розрахунок швидкості утворення окислів азоту та її інтегрування здійснюється від моменту самозаймання палива до закінчення його згоряння.

Математична модель індикаторного процесу побудована на строгих рівняннях збереження енергії і маси, тому, в принципі, може бути застосована для розрахунку будь-якого ДВС. Однак відсутність досить простих теоретичних методів розрахунку сумішоутворення і згоряння палива, теплообміну в циліндрі і утворення окислів азоту, придатних для інженерних розрахунків, зумовило застосування для цих цілей емпіричних і напівемпіричних залежностей, які застосовні для обмеженого класу двигунів.

Справжня математична модель і складена на її основі програма розрахунку робочого процесу в циліндрі дизеля може застосовуватися для дизелів: - зі звичайним кривошипно-шатунним механізмом- з нерозділеного камерою згоряння, безпосереднім уприскуванням рідкого нафтового палива і об'ємним способом смесеобразованія- з частотою обертання колінчастого вала не більше 1000 об / хв-при розрахунку процесів на різних нагрузочно-швидкісних режимах достовірні результати можуть бути отримані в діапазонах: по частоті - (50-100% від номінальної); по нагрузке- (25-120% від номінальної)

Застосування методики для двигунів іншого класу вимагає коригування математичної моделі, тому в цьому випадку слід звернутися за консультацією до розробника.