Момент впрыска топлива дизельном двигателе: Регулировка зажигания дизельного двигателя

Опережение впрыска (Diesel)

Итак, угол опережения впрыска зависит от оборотов двигателя. Для экономии топлива, достижения высокой мощности и в плане экологии будет лучше, если этот угол опережения будет изменяться с учетом и других условий работы двигателя, таких, как величина нагрузки на двигатель, давление наддува, температура и др. Но полностью учет всех этих условий возможен только у ТНВД с электронным управлением. У обычных механических учитывается только давление топлива в корпусе ТНВД и, на более современных агрегатах, температура охлаждающей жидкости двигателя. Поршень в нижней части ТНВД перемещается в зависимости от давления топлива и через специальный стальной «палец» немного разворачивает профильную шайбу (эту же шайбу принудительно поворачивает поводок от механизма прогревного устройства). В результате волновой выступ шайбы будет раньше набегать на плунжер, и тот раньше начнет свое движение. Вся эта система была рассчитана и сделана на заводе и худо-бедно справлялась со своими обязанностями. До тех пор, пока не начался интенсивный износ. Интенсивным он стал потому, что в ТНВД  стало поступать топливо без смазки (наше «сухое» зимнее топливо, так же как и керосин, почти не содержит тяжелых фракций, которые и обеспечивают смазку всех трущихся деталей), топливо с воздухом и просто грязное топливо (с абразивом). Впрочем, обычная старость тоже делает свое дело. В результате выступ на шайбе начинает чуть позже набегать на плунжер и тот в свою очередь начинает чуть позже свое движение. Другими словами начинается более поздний впрыск. Начало этого явления выглядит так. Двигатель работает на холостом ходу и, вследствие разного износа форсунок, немного трясется. Добавляем ему оборотов. Примерно на 1000 об/мин двигатель перестает трястись и как бы замирает – работает ровненько – ровненько. Еще повышаем обороты. И вдруг в диапазоне 1500 – 2000 об/мин появляются вздрагивания. Эти вздрагивания (тряска) могут появляться как при плавном, но интенсивном, так и при медленном повышении оборотов. Во время тряски из выхлопной трубы идет синий дым. Когда двигатель полностью прогреется, тряска в районе 1500 – 2000 об/мин исчезает. Это в самом начале развития дефекта. Потом тряска не пропадает и после прогрева двигателя. Точно такая же тряска появляется, если поднять давление впрыска на форсунках. В этом случае, если ТНВД изношен, тоже получится поздний впрыск топлива. Избавляемся мы от этого явления, повернув корпус ТНВД на более ранний впрыск. Иногда приходится доворачивать ТНВД почти до упора. Но прежде чем это сделать, послушайте работу двигателя. Когда у дизельного двигателя слишком ранний впрыск, он начинает работать более жестко (еще говорят, что у него стучат клапана). И если вы убедитесь, что оборотов за 50-100 до начала тряски эта жесткая составляющая в акустическом фоне дизеля исчезла, значит точно надо поворачивать ТНВД. Тут следует заметить, что у изношенных дизелей зазор поршень – цилиндр очень большой и поэтому они начинают работать жестко даже при абсолютно правильном угле опережения впрыска. Использование для установки опережения впрыска стробоскопа в нашем случае не совсем оправдано. Не будем говорить о том, что стробоскопы более уверенно ловят своим микрофоном стук уже сильно изношенной форсунки. Если же форсунка  в приличном состоянии, а трубка подачи топлива закреплена штатно, лампа стробоскопа, как правило, дает сбои. Установить с помощью стробоскопа можно опережение впрыска при холостом ходе. Именно это опережение дается в технической документации. Но износ  в ТНВД неравномерный. И очень часто установив опережение по метке с помощью стробоскопа при оборотах холостого хода, мы не избавляемся от тряски на оборотах, вызванной поздней подачей топлива. Поэтому мы и рекомендуем выставлять опережение  на слух. При том износе, который имеют эксплуатируемые нами дизеля, это более приемлемый способ. Ведь только таким образом можно скомпенсировать поздний впрыск, вызванный низким давлением топлива в корпусе ТНВД из-за износа питающего насоса. Это почти то же самое, что и регулировка опережения зажигания у бензинок. Вы можете с помощью приборов установить опережение зажигания только при оборотах холостого хода (а другого и не предлагается руководствами по ремонту), но из-за неисправности, например, центробежного регулятора, машина ехать не будет. Ясно дело, что его надо чинить или менять. Но можно, повернув трамблер, выставить на слух приемлемый угол опережения зажигания. Разница только в том, что у бензиновых двигателей критерием правильности установки опережения зажигания без использования приборов будут детонационные стуки и мощность двигателя, а у дизелей – тряска, дымность и стуки в двигателе.

Угол опережения впрыска

Зажигание топливно-воздушной смеси в дизельном двигателе реализовано посредством самовоспламенения солярки от контакта с предварительно сжатым и нагретым в результате такого сжатия воздухом в цилиндрах.

Выставление зажигания на дизельном двигателе подразумевает изменение угла опережения впрыска топлива, которое подается в четко заданный момент в конце такта сжатия. Если угол выставлен отлично от оптимальных параметров, тогда топливный впрыск окажется несвоевременным. Результатом станет неполноценное сгорание смеси в цилиндрах, что вызывает разрушительный дисбаланс в работе двигателя.

Следует помнить, что даже незначительные отклонения при выставлении угла впрыска топлива могут привести к серьезной поломке дизельного двигателя.

Необходимость установки зажигания на дизеле своими руками зачастую возникает в таких случаях:

• зажигание дизеля требуется откорректировать параллельно замене зубчатого ремня ГРМ;
• после демонтажа ТНВД нет возможности установить шкив топливного насоса согласно специальным меткам;

Одной из рекомендаций перед началом любых работ, связанных с разбором топливной аппаратуры дизеля, выступает острая необходимость четко отметить или освежить все метки. Для этого достаточно нанести небольшие штрихи при помощи краски или качественного маркера. Это облегчит последующую обратную сборку и установку шкива ТНВД, что автоматически исключит или сведет к минимуму потенциальные сбои зажигания.

В электронных системах управления моментом впрыска определяется по следующим параметрам:

Запрос на угол опережения для основного впрыска определяется в зависимости от оборотов двигателя и от

количества впрыскиваемого топлива (являющегося отображением нагрузки).

Во время запуска, значение угла опережения впрыска должно быть сокращено, чтобы установить начало процесса

горения вблизи верхней мертвой точки, т.е. в положении, где температура является наиболее высокой при

отсутствии горения. Для этого программа определяет угол опережения впрыска в зависимости от оборотов

двигателя и от температуры охлаждающей жидкости. С момента запуска двигателя, система должна снова

использовать программы и значения корректировки, описанные ниже:

• Первая корректировка осуществляется в зависимости от температур воздуха и охлаждающей жидкости двигателя. Данная корректировка позволяет адаптировать угол опережения впрыска к рабочей температуре двигателя. Когда двигатель разогрет, угол опережения впрыска может быть отодвинут, чтобы снизить температуру горения и, соответственно, вредные выбросы (главным образом, NOx). Когда двигатель холодный, величина опережения впрыска должна быть достаточно большой, чтобы компенсировать увеличенную задержку воспламенения.
• Вторая корректировка определяется в зависимости от атмосферного давления.
• Третья корректировка осуществляется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и от времени,прошедшего после запуска. Данная корректировка позволяет увеличивать опережение впрыска в фазе разогрева двигателя, т.е. в течение 30 секунд после запуска. Она имеет целью сократить перебои в процессе горения и нестабильность, весьма вероятную после холодного запуска.
• Четвертая корректировка определяется в зависимости от отклонения давления топливной рампы. Данная корректировка используется для сокращения величины угла опережения впрыска, если давление в топливной рампе выше запрашиваемого значения давления. В этом случае, процесс горения может становиться очень шумным. Можно скомпенсировать данное явление, слегка сократив величину угла опережения.
• Пятая корректировка определяется в зависимости от коэффициента рециркуляции отработавших газов. Данная корректировка используется, чтобы корректировать величину угла опережения впрыска в зависимости от коэффициента рециркуляции отработавших газов. Когда коэффициент рециркуляции отработавших газов увеличивается, величина угла опережения впрыска также должна быть увеличена, чтобы компенсировать спад температуры в цилиндре.

Принцип работы дизельной системы — Denso

Система впрыска топлива находится в самом сердце дизельного двигателя. Система нагнетает и впрыскивает топливо в  камеру сгорания с воздухом под большим давлением.

Система впрыска дизельного топлива включает в себя:

• ТНВД — нагнетает давление топлива
• Топливопровод высокого давления — подает топливо в топливную форсунку
• Топливная форсунка — впрыскивает топливо в цилиндр
• Топливоподкачивающий насос — подает топливо из бака
• Топливный фильтр — фильтрует топливо

В некоторых баках на дне фильтра находится седиметр, отделяющий воду от топлива.

Функции системы

Четыре основные функции системы впрыска дизельного топлива:

Подача топлива

Такие элементы насоса, как цилиндр и плунжер, встроены в корпус впрыскивающего насоса. Когда плунжер под воздействием кулачка поднимается, топливо под высоким давлением подается в инжектор.

Регулировка количества топлива

В дизельных двигателях забор воздуха происходит практически постоянно, вне зависимости от скорости вращения или нагрузки. Если количество впрыска меняется вместе со скоростью двигателя, а регулировка впрыска остается неизменной, то мощность и расход топлива изменятся. Эффективная мощность двигателя почти пропорциональна количеству впрыска, и это регулируется при помощи педали газа.

Установка момента впрыска

Задержка впрыска — это время между моментом впрыска топлива, зажигания и сгорания и моментом достижения максимального давления сгорания. Вне зависимости от скорости двигателя этот период времени остается постоянной величиной. Для изменения момента впрыска используется таймер, что помогает достичь оптимального сгорания.

Распыление топлива

Когда впрыскивающий насос нагнетает давление топлива, которое потом распыляется через распылитель форсунки, то топливо полностью смешивается с воздухом, что улучшает зажигание. Результат — полное сгорание.  

Угол опережения впрыска и угол опережения подачи топлива

Топливо в двигателе сгорает не мгновенно. У дизельного двигателя наилучшие мощностные и экономические показатели работы, если топливо сгорает при нахождении поршня около верхней мертвой точки.

Чтобы обеспечить выполнение этого требования, нужно чтобы угол опережения впрыска топлива подавал его с опережением, до прихода поршня в верхнюю мертвую точку.

Величину опережения подачи топлива в дизельном двигателе, выраженную в градусах угла поворота коленчатого вала, называют углом опережения впрыска.

У каждого дизельного двигателя, для главного режима работы, определенный угол опережения впрыска. При изменении угла опережения, снижаются мощностные и экономические показатели дизеля.

Величина угла опережения впрыска зависит от:

• давления впрыска
• химического состава топлива
• температуры воздуха в конце такта сжатия
• числа оборотов коленчатого вала дизеля
• количества подаваемого топлива.

Оптимальные условия сгорания

Если впрыскивать топливо в цилиндр слишком рано, когда температура сжимаемого воздуха недостаточно высока, топливо будет плохо испаряться и часть его до самовоспламенения успеет осесть на стенках камеры. В этом случае горючее сгорает частично и работа дизеля ухудшается. Кроме того, из-за начавшегося сгорания топлива повышается давление газов в камере, которые будут противодействовать движению поршня, до прихода в верхнюю мертвую точку.

Работа дизеля ухудшается также и при слишком позднем впрыске. Топливо в этом случае сгорает при такте расширения, когда скорость сгорания понижается, а поверхность соприкосновения горячих газов со стенками цилиндра увеличивается. В этом случае много тепла будет отдано в охлаждающую воду и выброшено с отработавшими газами.

Чтобы форсунка впрыскивала с требуемым опережением, топливному насосу необходимо подавать горючее еще раньше, так как от момента начала подачи топлива насосом до впрыска из форсунки проходит некоторое время.

Угол, на который повернется коленчатый вал от положения, соответствующего началу подачи топлива насосом, до положения, при котором поршень придет в верхнюю мертвую точку, называют углом опережения подачи.

Угол опережения подачи топлива, больше угла опережения впрыска.
В конструкции топливного насоса или его привода предусматривается устройство, позволяющее изменять угол опережения подачи топлива.

Для каждого типа дизеля в зависимости от режимов работы, существуют подходящие значения угла опережения подачи топлива.

Установка момента впрыска топлива на двигателе Д-240 МТЗ 82 (80)

Часто называемое понятие « регулировка зажигания » или « установка зажигания » неприемлемо и технически неграмотна по отношению к дизельному двигателю Д-240 трактора МТЗ-80(82), учитывая, что топливо воспламеняется под действием давления в конце такта « сжатия » в распылённом состоянии. Применительно к дизельному двигателю это понятие называется — « установка впрыска топлива ». Для работы дизеля и производства вращательного момента и мощности с соответствующими техническими показателями, подача топлива синхронизируется с работой поршневой группы в тактах « сжатия » в каждом отдельном цилиндре с соответствующей повторяющейся периодичностью. Правильная наладка даёт впрыск топлива в цилиндр в определённый момент — с небольшим опережением перед верхней мёртвой точкой в такте « сжатия » рабочего цикла.

Слишком ранний впрыск нарушает тепловой баланс воздуха и воспламеняемого распылённого топлива, увеличивая время воспламенения. Результатом позднего впрыска будет неполное сгорание топлива, сопровождающееся перегревом двигателя, задымлением и потерей мощности.

Порядок регулировки

Необходимость установки впрыска возникает при замене топливного насоса высокого давления (ТНВД) или его монтаже после ремонта, а также после ремонта поршневой группы дизеля. Регулировку производят при условии исправной топливной аппаратуры, ТНВД и отрегулированном газораспределительном механизме дизеля. Процесс установки состоит из ниже описанных последовательных операций.

Установка первого цилиндра в такте « сжатия »

С правой стороны по ходу движения машины в стенке крепления двигателя к корпусу сцепления, над продольной балкой рамы трактора возле заливной горловины для масла — есть установочный щуп. Своей короткой резьбовой частью он ввёрнут в стенку крепления и длинной безрезьбовой установлен наружу.
При необходимости установки первого цилиндра в положение такта « сжатия » щуп устанавливают в отверстие, длинной частью упирая его в маховик двигателя. Медленно проворачивая коленчатый вал дизеля, находят положение, при котором щуп попадёт в отверстие на маховике и зайдёт в тело детали полностью на 4-5 см. Важно не перепутать установочное отверстие с технологическими, балансировочными сверлениями маховика, которые по своей глубине гораздо меньше. Найденное положение соответствует опережению на 26 ̊ до подхода поршня первого или четвёртого цилиндра в ВМТ. Такое положение соответствует техническим требованиям Д 240 для установки начала впрыска топлива в цилиндр в такте « сжатия ». Для определения, в каком из цилиндров в первом или четвёртом начался такт « сжатия » нужно снять клапанную крышку. Пара закрытых клапанов укажет, в каком из двух цилиндров (первом или четвёртом) начался такт « сжатия ».

Установочный щуп на Д 240

Для смены положения 1 и 4 цилиндров в тактах « сжатия » и « выхлопа » нужно провернуть колен вал на 360 ̊ до повторного совпадения отверстия со щупом. В практике, неважно, по какому цилиндру выставлять момент впрыска по 1 или 4.

Отсоединение привода насоса

Для установки синхронизации циклов работы двигателя и ТНВД нужно понимать, что соединяющий привод насоса через распределительные шестерни двигателя должен быть разъединён. Соединение привода осуществляется соединением отверстий приводной шестерни насоса 4 с регулировочными отверстиями специальной шайбы 5 по периметру через шлицевую втулку, закреплённую на валу насоса. Доступ к приводу осуществляется вскрытием передней крышки 8 насоса. Для разъединения отворачивают два крепёжных болта 3 с планкой 7 и демонтируют регулировочную шайбу со шлицевой втулки. В этом положении вращение колен вала не будет передаваться через привод распределительных шестерён на вал насоса 6.

Устройство привода ТНВД Д 240

Установка моментоскопа

После определения цилиндра в такте « сжатия » и отсоединения привода на топливный насос устанавливают моментоскоп на соответствующую питающую секцию насоса вместо трубопровода высокого давления, соединяющего секцию с форсункой цилиндра. Для более точного определения начала момента впрыска устанавливают ручной рычаг подачи топлива в максимальное положение. Для определения момента впрыска, при необходимости, прокачивают топливную аппаратуру ручной помпой насоса, удаляя воздух из системы.

Операции установки впрыска

Моментоскоп представляет собой стеклянную или пластиковую прозрачную трубку, которую резьбовой частью накручивают на штуцер секции топливного насоса.

Определение и установка момента подачи топлива

Проворачивая кулачковый вал ТНВД по часовой стрелке, и наблюдая за уровнем топлива в трубке прибора нужно определить положение вала насоса в момент начала подачи топлива в данной секции. Моментом начала подачи будет положение, при котором уровень топлива в трубке прибора начнёт повышаться, сдвигаясь в результате начала цикла подачи, набегая кулачком вала ТНВД на толкатель плунжера соответствующей секции. Очень важно определить, наблюдая за уровнем топлива в моментоскопе, начало этого цикла.

Опытные трактористы и ремонтники устанавливают момент подачи топлива, наблюдая за отверстием в выемке штуцера секции. Момент подачи определяют при начале заполнения топливом выемки штуцера.

Установка положения регулировочной шайбы привода насоса

Определив момент начала впрыска на секции положением вала ТНВД, соединяют привод насоса, устанавливая шлицевую регулировочную шайбу на шлицевую втулку. Крепёжные болты с планкой заворачивают в максимально совпавшие отверстия шайбы и фланца приводной шестерни насоса. При этом болты должны входить свободно без закусывания. Затем устанавливают крышку насоса, затягивая три болта по периметру крышки. Регулировочным центральным винтом в крышке регулируют осевой зазор приводной шестерни. Для этого отворачивают контргайку винта, заворачивают его до упора в планку шайбы и отворачивают на 1/3 или 1/2 оборота, после положение фиксируют контргайкой.

Внимание! Перед запуском дизеля не забудьте убрать установочный щуп из маховика и ввернуть его короткой резьбовой частью в установочное отверстие.

Проверка угла опережения впрыска

После запуска проверяют работу двигателя в разных режимах. При неустойчивой или жёсткой работе на высоких оборотах при появлении стуков и детонации, появлении чёрного дыма при неполном сгорании топлива осуществляют проверку и наладку угла опережения впрыска.
Устанавливают моментоскоп на первую секцию насоса и отслеживают совпадение моментов попадания в отверстие щупа в маховике и начала подачи топлива в секции насоса. Момент подачи до совпадения щупа говорит о большом угле опережения, если же при попадании щупа подача топлива не началась – впрыск поздний. При несоответствии момента впрыска корректировка производится путём проворачивания вала ТНВД. Также вскрывают крышку насоса, отворачивают два болта фиксации регулировочной шайбы с планкой. Для увеличения угла опережения проворачивают вал по часовой стрелке, в обратную сторону – уменьшают угол опережения впрыска. Перемещение положения вала на одно регулировочное отверстие на шайбе соответствует 3 ̊ поворота коленчатого вала дизеля. Провернув вал ТНВД в нужную сторону, до совпадения отверстий на шайбе и фланце шестерни изменяют угол впрыска. Сборку осуществляют в том же порядке — устанавливают шайбу с болтами на планке в совпавшие отверстия.

Советы практиков

1. При необходимости демонтажа ТНВД для сохранения положений циклов работы двигателя и насоса с установленным углом впрыска производите демонтаж узла в положении коленчатого вала дизеля при совпадении отверстия маховика и установочного щупа с тактом сжатия в первом цилиндре. Зафиксируйте положение вала ТНВД. Во время сборки нужно будет просто установить коленвал в соответствующее положение и установить насос.
2. На двигателях с высокой выработкой в зацеплении распределительных и приводных шестерёнок возникает эффект дополнительного опережения впрыска. Для устранения — устанавливают впрыск позже, индивидуально подбирая смещение регулировочной шайбы против часовой стрелки.
3.  При неустойчивой работе двигателя на холостых оборотах обратите внимание на люфт, образовавшийся в результате выработки на шлицах втулки привода и регулировочной шайбе насоса. Износ может являться следствием изменения углов впрыска топлива, которые порождают неустойчивую работу дизеля.
4. При необходимости корректировки впрыска, для отслеживания порядка работы цилиндров и определения тактов сжатия можно отпустить штуцера секций ТНВД, и проворачивая коленчатый вал наблюдать за периодичностью появления подтёков топлива. Появление вытека топлива на секции насоса укажет момент такта сжатия в соответствующем цилиндре дизеля. Такой приём освобождает от снятия клапанной крышки для наблюдения за клапанами.

Процесс установки впрыска на двигателе Д 240 МТЗ-80 (82) идентичен регулировке на тракторах ЮМЗ 6 , ДТ-75, Т-40 с четырёхцилиндровыми силовыми дизельными агрегатами. Установка точности момента впрыска на дизеле является важным фактором, влияющим на устойчивость работы агрегата, развитие мощности, расход топлива и другие эксплуатационные показатели трактора. Регулировку впрыска осуществляют при условии настроенных распылителей форсунок, исправном ТНВД с настроенной равномерной дозировкой подачи топлива каждой плунжерной пары.

 

Исследование влияния момента впрыска топлива и наклона топливных струй на экономические и экологические показатели серийного судового дизельного двигателя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.43

А.В. Сеземин4, Л.А. Захаров1, А.В. Дегтярев3, И.Л. Захаров1, А.Н. Тарасов2

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОМЕНТА ВПРЫСКА ТОПЛИВА И НАКЛОНА ТОПЛИВНЫХ СТРУЙ НА ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СЕРИЙНОГО СУДОВОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева,1 ООО «Объединенный инженерный центр» ОАО ГАЗ, ОАО «ЦКБ по СПК им. Р. Е. Алексеева», 3 ОАО «РУМО»4

Рассмотрены требования и способы снижения выбросов оксидов азота с отработавшими газами судовых дизельных двигателей. Разработаны физическая, геометрическая и математическая модели для определения угла наклона топливных струй при изменении момента и продолжительности впрыска топлива. Проведены теоретические исследования в программном комплексе Дизель-РК и натурные испытания на двигателе 8ЧН 22/28 производства ОАО «РУМО».

Ключевые слова: дизельный двигатель, оксиды азота, момент впрыска топлива, наклон топливных

струй.

Дизельные двигатели нашли самое широкое применение на судах морского и речного флота в качестве главных и вспомогательных энергетических установок. Состав отработавших газов (ОГ) дизельных двигателей подобен составу выхлопных газов других типов двигателей, работающих на углеводородном топливе. Основными токсичными компонентами ОГ дизельных двигателей вне зависимости от типа, класса, размерности и конструктивных особенностей являются: сажа, оксиды азота (NOx) и оксиды серы (SOx).

В настоящее время вводятся более жесткие ограничения на выбросы NOx и SOx с ОГ, при этом большинство серийных судовых дизельных двигателей не отвечают новым требованиям. Уменьшить выбросы SOx возможно только путем использования малосернистого топлива или очисткой ОГ, в то время как снижение выбросов NOx возможно путем оптимизации рабочих процессов [3, 4, 6, 7].

Международным стандартом, ограничивающим выбросы токсичных веществ с ОГ судовых дизельных двигателей, является Приложение VI к конвенции MARPOL 73/78 Международной Морской Организации (IMO), которое устанавливает предельно допустимые значения выбросов NOx с ОГ, приведенные в табл. 1 [3, 7, 8].

Таблица 1

Предельно допустимые значения выбросов NOx с ОГ по IMO

Период действия Выбросы NOx, г/(кВтч) при номинальной частоте вращения коленчатого вала п, мин-1 Испытательная процедура

«<130 130<«<2000 «>2000

IMO Tier I (01.01.2000_01.01.2011) 17,0 45-n»0’2 9,84 четырехступенчатые циклы E2, E3 (ISO 8178/4) цикл D2

IMO Tier II * (01.01.2011…01.01.2016) 14,36 44-n»0’23 7,66

IMO Tier III (в зонах ECA** после 01.01.2016) 3,4 9-«»0’2 1,97

* Требования IMO Tier II остаются в силе после 2016 г. для плавания в открытом море. ** ECA — Зона контролируемых выбросов (Emission Control Areas).

© Сеземин А.В., Захаров Л.А., Дегтярев А.В., Захаров И.Л., Тарасов А.Н., 2016.

Для морских судов, заложенных после 1 января 2011 г., требования IMO Tier II по выбросам NOx с ОГ стали обязательными для флотов всего мира. Требования IMO Tier III для судов, заложенных после 1 января 2016 г., предусматривают дифференциацию в зависимости от района плавания. Для плавания в открытом море требования IMO Tier II остаются в силе и после 2016 г., тогда как в зонах контролируемых выбросов обязательными станут требования IMO Tier III. Следует отметить, что в зоне Балтийского моря введение требований IMO Tier III отложено на пять лет и перенесено на 1 января 2021 г. [3].

Разработанные ведущими дизель-строительными предприятиями способы снижения выбросов NOx с ОГ условно можно разделить на первичные и вторичные мероприятия. Первичные мероприятия связаны с организацией процессов смесеобразования и сгорания, совершенствованием систем турбонаддува и впрыска топлива, а также использованием альтернативных топлив, таких как природный газ. К вторичным мероприятиям относятся: рециркуляция ОГ, использование водотопливной эмульсии, увлажнение наддувочного воздуха, каталитическая очистка ОГ и др. Эффективность различных способов снижения выбросов NOx с ОГ, по данным фирмы MAN Diesel (Германия), показана на рис. 1 [7].

Рис. 1. Эффективность способов снижения выбросов NOx с ОГ:

1 — оптимизация рабочих процессов; 2 — применение природного газа; 3 — рециркуляция ОГ; 4 — использование водотопливной эмульсии; 5 — увлажнение надувочного воздуха; 6 — каталитическая очистка ОГ

Применение вторичных способов уменьшения выбросов NOx с ОГ требует дополнительных капиталовложений и увеличивает металлоемкость энергетической установки, при этом возрастает удельный эффективный расход топлива дизельного двигателя за счет снижения максимальной температуры цикла и увеличения сопротивления выпускной системы [1, 4].

Опыт мирового двигателестроения показывает, что снижения выбросов NOx с ОГ до требований IMO Tier II удается достигнуть за счет приближения угла опережения впрыска топлива (УОВТ) к верхней мертвой точке (ВМТ), но при увеличении удельного эффективного расхода топлива [4, 6, 7]. Такой путь находится в противоречии с не менее актуальной проблемой борьбы за повышение топливной экономичности двигателей внутреннего сгора-

ния, острота которой постоянно возрастает в связи с угрозой исчерпания углеводородных топлив.

Таким образом, для уменьшения выбросов NOx с ОГ дизельного двигателя необходимо исследовать влияние УОВТ на экономические и экологические показатели при сохранении энергетических показателей и определить направления для повышения топливной экономичности.

В качестве объекта исследования выбран серийный судовой дизельный двигатель 8ЧН 22/28 мощностью 1052 кВт при частоте вращения коленчатого вала 1000 мин-1 производства ОАО «РУМО» (г. Н.Новгород).

Моделирование рабочих процессов дизельного двигателя 8ЧН 22/28 выполнено в программном комплексе Дизель-РК (МГТУ им. Н.Э. Баумана) [2]. Настройка математической модели проводилась по экспериментальным данным, полученным на сертифицированном испытательном стенде ОАО «РУМО» (рис. 2), оборудованном по ГОСТ Р 53639-2009. Измерение содержания оксидов азота в ОГ выполнялось при помощи газоаналитической системы ГАСЕТ-01. Для исследования рабочих процессов выбран режим номинальной мощности в связи с тем, что судовые дизельные двигатели большую часть времени эксплуатируются на режимах, близких к номинальной мощности [4, 5].

Рис. 2. Испытательный стенд дизельного двигателя 8ЧН 22/28

Исследование рабочих процессов дизельного двигателя 8ЧН 22/28 по УОВТ (рис. 3) на режиме номинальной мощности при сохранении энергетических показателей показало, что уменьшение УОВТ с 18° до 12°ПКВ до ВМТ позволяет получить:

• уменьшение содержания оксидов азота в ОГ на 28% (3,4 г/(кВтч)) за счет снижения максимальной температуры цикла на 5% (89°^;

• уменьшение максимальной скорости нарастания давления на 24% за счет сокращения периода задержки воспламенения на 18% и увеличения продолжительности сгорания на 8%;

уменьшение максимального давления сгорания на 12,5% за счет снижения максимальной скорости нарастания давления на 24%;

увеличение эффективного расхода топлива на 2% (5 г/(кВтч)) за счет снижения максимальной температуры цикла на 5% и увеличения доли топлива, попадающего на зеркало цилиндра в три раза.

10 12 14 16 18 0, °ПКВ до ВМТ Рис. 3. Результаты моделирования рабочих процессов дизельного двигателя 8ЧН 22/28 по УОВТ

Анализ результатов моделирования показывает, что повышение топливной экономичности возможно за счет уменьшения доли топлива, попадающего на зеркало цилиндра с наихудшими условиями испарения. Для этого необходимо направить топливную струю таким образом, чтобы она соприкасалась с поверхностью камеры сгорания в наиболее нагретой части головки поршня и в момент окончания впрыска топлива не попадала на зеркало цилиндра.

Определение угла наклона топливных струй при изменении УОВТ выполнено с учетом перемещения поршня в цилиндре двигателя. При базовом значении УОВТ топливная струя распространяется по оси 1 (рис. 4) и соприкасается с головкой поршня после ВМТ, когда поршень находится в положении Ивпр. При приближении УОВТ к ВМТ и сохранении продолжительности впрыска топлива поршень переместится на величину АИ и топливная струя продолжит распространяться по оси 2 и в момент окончания впрыска топлива выйдет за пределы зоны г с повышенной температурой и наилучшими условиями испарения. Поэто-

му для улучшения экономических показателей угол наклона топливных струй необходимо изменить и направить по оси 3 в зону с наилучшими условиями испарения.

Рис. 4. Геометрическая модель для определения угла наклона топливных струй:

1 — ось распространения топливной струи при базовом значении УОВТ;

2 — ось распространения топливной струи при изменении УОВТ;

3 — ось распространения топливной струи, направленной в горячую зону

Учитывая общепринятые тригонометрические тождества и кинематическое выражение для определения перемещения поршня в цилиндре двигателя по углу поворота коленчатого вала (ПКВ) для аксиального кривошипно-шатунного механизма, получена математическая зависимость для определения угла наклона топливных струй (УНТС) с учетом изменения значений угла опережения и продолжительности впрыска топлива:

г

а = агС^-

кс — к + я

(1 — СС8(фвПр — в)) + ^ (1 — 008 2(фвПр — 0})

где г — зона соприкосновения топливной струи, мм; Ккс — высота камеры сгорания при нахождении поршня в ВМТ, мм; К — ордината выступания соплового отверстия распылителя, мм; X = Я /Ьш — постоянная механизма; Я — радиус кривошипа коленчатого вала, мм; Ьш — кинематическая длина шатуна, мм; фвпр — продолжительность впрыска топлива, °ПКВ; 0 -угол опережения впрыска топлива, °ПКВ до ВМТ.

Рис. 5. Распределение температур по головке поршня двигателя ЧН 22/28

Значение зоны соприкосновения топливной струи г определяется расчетом распределения температур на головке поршня. Для определения наиболее нагретой части головки поршня двигателя 8ЧН 22/28 в программном комплексе ИСПА (Алексофт, г. Москва) смоделировано методом конечных элементов его тепловое состояние на режиме номинальной мощности (рис. 5).

Анализ рис. 5 показывает, что при базовом значении УОВТ (18°ПКВ до ВМТ) и угле наклона топливных струй 75° соприкосновение топливной струи происходит в наиболее нагретой части головки поршня двигателя ЧН 22/28. При этом топливная струя в момент окончания впрыска топлива не выходит за пределы головки поршня и доля топлива, попадающего на зеркало цилиндра, минимальна.

Следовательно, для серийного судового дизельного двигателя при уменьшении УОВТ с 18° до 12°ПКВ до ВМТ при определении нового значения угла наклона топливных струй необходимо, чтобы топливная струя была направлена в ту же зону. В результате для УОВТ=12°ПКВ до ВМТ по полученной математической зависимости определено новое значение угла наклона топливных струй 72,5°.

На рис. 6 показано положение топливных струй для различных УОВТ и УНТС в момент окончания впрыска топлива.

а) 0=18°, а=75с

б) 0=12°, а=75°

в) 0=12°, а=72,5с

Рис. 6. Результаты исследования процессов смесеобразования при различных УОВТ (8) и УНТС (а)

Результаты исследования рабочих процессов по УОВТ и УНТС показывают, что:

• базовый вариант характеризуется удовлетворительными условиями испарения и увеличенными выбросами N0 с ОГ;

• при уменьшении УОВТ и сохранении базового УНТС происходит увеличение доли топлива, попадающего на зеркало цилиндра, и уменьшение доли топлива в разреженной оболочке струи, что приводит к ухудшению условий испарения и сгорания топлива;

• при уменьшении УОВТ и УНТС условия испарения и сгорания топлива улучшаются в связи с возрастанием доли топлива в разреженной оболочке и уменьшением на зеркале цилиндра, в результате чего повышаются экономические показатели двигателя. Уменьшение УНТС в интервале с 72,5° до 67,5° (и далее вплоть до 0) приводит к тому, что топливная струя быстрее достигает головки поршня и пристеночный поток начинает преимущественно распространяется в радиальном направлении, в результате чего уменьшается доля топлива в разреженной оболочке струи и происходит резкое увеличение доли топлива на зеркале цилиндра и заброс его на поверхность крышки цилиндра. Это приводит к ухудшению экономических показателей двигателя, резко возрастает дымность ОГ и количе-

ство несгоревших углеводородов, при этом выбросы NOx с ОГ снижаются из-за уменьшения максимальной температуры цикла.

Для подтверждения результатов моделирования и проверки правильности выбранного УНТС изготовлены распылители с углом наклона топливных струй 72,5° и проведены экспериментальные исследования на двигателе 8ЧН 22/28. Результаты сравнительных экспериментальных исследований представлены в табл. 2 и на рис. 7.

Таблица 2

Результаты экспериментальных исследований рабочих процессов двигатели 8ЧН 22/28

Показатели рабочих процессов Базовый Оптимизир.

Эффективная мощность, кВт 1052 1052

Среднее эффективное давление, МПа 1,48 1,48

Эффективный КПД 0,401 0,396

Удельный эффективный расход топлива, г/(кВтч) 210 213

Максимальное давление сгорания, МПа 13,9 12,1

Максимальная скорость нарастания давления (расчетная), МПа/°ПКВ 0,46 0,35

Максимальная температура (расчетная), К 1691 1608

УОВТ, °ПКВ до ВМТ 18 12

УНТС, ° относительно оси распылителя 75 72,5

Выбросы г/(кВтч) 12 8,5

Уровень шума, дБА 98 92

а)

б)

Рис. 7. Состояние деталей цилиндропоршневой группы двигателя 8ЧН 22/28 с базовым (а) и оптимизированным (б) рабочими процессами

Результаты экспериментальных исследований подтвердили правильность выбранных инженерных решений, а по состоянию цилиндропоршневой группы с четко выраженными границами распространения факелов и отложениями нагара можно судить об улучшении качества протекания рабочих процессов дизельного двигателя.

Выводы

1. Снижение выбросов NOx с ОГ до требований IMO Tier II при сохранении энергетических и экономических показателей серийных судовых дизельных двигателей возможно путем оптимизации рабочих процессов за счет уменьшения угла опережения впрыска топлива и изменения угла наклона топливных струй.

2. Уменьшение скорости нарастания давления и максимального давления сгорания позволяет дополнительно, к уменьшению выбросов NOx снизить уровень шума и продлить

срок службы дизельного двигателя за счет уменьшения динамических нагрузок, возникающих в деталях кривошипно-шатунного механизма.

3. Предлагаемые инженерные решения не требуют больших капиталовложений и являются приемлемыми для морских судов, находящихся в открытом море или в зоне Балтийского моря.

4. Снижение выбросов NOx с ОГ до требований IMO Tier III экономически целесообразно в результате каталитической очистки ОГ. Использование каталитической очистки ОГ необходимо только в зоне контролируемых выбросов (Emission Control Areas), так как для работы катализатора требуются специальные дорогостоящие реагенты, а дополнительное сопротивление выхлопу двигателя, создаваемое катализатором, увеличивает расход топлива.

Данная работа проводилась в Нижегородском государственном техническом университете им. Р. Е. Алексеева при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России (уникальный идентификатор проекта: RFMEFI57714X0105).

Библиографический список

1. Захаров, Л.А. Повышение топливной экономичности дизельного двигателя за счет снижения механических потерь / Л.А. Захаров, И.Л. Захаров, А.В. Сеземин // Журнал ААИ. 2011. .№3(68). С. 41-43.

2. Кулешов, А.С. Программа расчета и оптимизация двигателей внутреннего сгорания Дизель-РК. Описание математических моделей, решение оптимизационных задач / А.С. Кулешов. -М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. — 123 с.

3. Новиков, Л.А. Ограничение выбросов NOx на уровне IMO Tier-3 для судовых дизелей отложено до 2021 года // Двигателестроение. 2013. №2(252). С. 26-32.

4. Сеземин, А.В. Уменьшение выбросов оксидов азота серийного судового двигателя путем организации рабочих процессов: дисс. … канд. техн. наук.: 05.04.02: защищена 25.09.2014: утв. 18.02.2015 / Сеземин Алексей Валерьевич. — Н.Новгород, 2014. — 149 с.

5. Толшин, В.И. Режимы работы и токсичные выбросы отработавших газов судовых дизелей / В.И. Толшин, В В. Якунчиков. — М.: Изд-во МГАВТ, 1999. — 192 с.

6. Ludu, A. Emission compliance strategy for multiapplication medium speed engines / A. Ludu, T. Bouche, G. Lustgarten // CIMAC Congress 2007, Vienna. — Paper № 258. — 13 p.

7. Sailing towards IMO Tier III — Exhaust Aftertreatment versus Engine-Internal Technologies for Medium Speed Diesel Engines / G. Tinschmann [et al.] // CIMAC Congress 2010, Bergen. — Paper № 274. — 14 p.

8. Захаров, Л.А. Методика обеспечения экологической безопасности поршневого двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия завода ОАО «РУМО» 8ЧН 22/28 / Л.А. Захаров [и др.] // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. — Н. Новгород, 2014. № 2 (104). С. 140-147.

Дата поступления в редакцию 26.01.2016

A.V. Sezemin4, L.A. Zakharov1, A.V. Degtyarev3, I.L. Zakharov1, A.N. Tarasov2

THE RESEARCH OF FUEL INJECTION TIMING AND ANGLE OF FUEL SPRAY IMPACTING TO ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL PARAMETERS OF THE PRODUCED MARINE DIESEL ENGINES

Nizhny Novgorod state technical university n.a. R.E. Alexeev,1

2

LLC «Joint Engineering Centre» JSC GAZ, ALEXEEV’S CENTRAL HYDROFOIL DESIGN BUREAU,3

JSC «RUMO»4

The article describes the requirements and ways to reduce emissions of nitrogen oxides from the exhaust gases of marine diesel engines. We developed physical, geometrical and mathematical models to determine the angle of fuel spray when changing timing and duration of the fuel injection. We conducted theoretical research in the software DIESEL-RK and full-scale tests on the engine 8CHN 22/28 production of JSC «RUMO».

Key words: diesel engine, nitrogen oxides, fuel injection timing, angle of fuel spray.

Установка опережения впрыска на дизеле

Своевременное опережение впрыска так же важно для дизельных двигателей, как правильно отрегулированный момент зажигания для бензиновых.

Зачастую говорят не об опережении впрыска, а об опережении нагнетания как о главном контрольном параметре топливного насоса высокого давления. Речь идет о том, какой угол пройдет коленчатый вал за время от момента начала выталкивания топлива из нагнетательной секции насоса в топливопровод высокого давления до момента, в который поршень достигнет ВМТ. Установка опережения впрыска — это установка момента нагнетания топлива топливным насосом относительно определенного положения коленчатого вала. Обычно она производится по положению первого цилиндра, и положение насоса высокого давления для первого цилиндра будет правильным и для всех остальных цилиндров.

Проверка и установка опережения впрыска производится в случае падения мощности двигателя, при «жесткой» работе его, дымности выхлопа, а также периодически — через каждые 50 000—60 ООО км во время плановой проверки на СТО.
На деле дизельные двигатели крайне редко требуют установки момента впрыска — реже, чем современные карбюраторные автомобили. Неизбежна регулировка момента впрыска лишь после замены зубчатого ремня, влекущей смещение топливного насоса.

Статический метод

Статический метод проверки и установки опережения впрыска наиболее прост и доступен.
Потребуется моментоскоп — приспособление для определения момента впрыска методом слива (прозрачная пластмассовая трубка с наконечником, позволяющим надеть ее на выпускной штуцер, на место снятого трубопровода, ведущего к форсунке).

Потребуется также ключ для снятия наконечника провода высокого напряжения и ключ для выполнения регулировки в случае необходимости.

На плунжерных насосах проверка производится следующим образом.

Снимите трубопровод высокого давления, ведущий к первому цилиндру, и наденьте на штуцер трубку-моментоскоп

Установите управляющий рычаг регулятора в положение максимальной подачи топлива. Если нужно, удалите воздух из топливной системы топливоподкачивающим насосом или при помощи стартера.
Проворачивайте коленчатый вал до момента, пока стеклянную трубку моментоскопа не заполнит топливо, затем верните коленвал назад примерно на четверть оборота.
Снова медленно проворачивайте коленвал, наблюдая при этом за трубкой моментоскопа: начало движения топлива в трубке означает момент начала нагнетания, поэтому запомните положение установочных знаков на маховике или насосе.

Если установочный знак на фланце насоса не совпадет со знаком на распредвале, требуется регулировка опережения зажигания.
Регулируется оно или вращением переставной части муфты в пределах, которые позволяет регулировочный винт, или (в тех конструкциях, в которых насос крепится фланцево) вращением насоса относительно своей оси.

Остается добавить, что плунжерные насосы встречаются довольно редко, около 90 % дизельных автомобилей оснащены насосами распределительного типа.
К топливным насосам высокого давления распределительного типа относятся насосы фирмы «Bosch», японских фирм, большинство насосов фирмы «Lucas». В таких насосах есть заглушки, закрывающие отверстие для установки датчика часового типа или установочного штифта (производимых, кстати, теми же фирмами).

Проверка опережения впрыска на насосах распределительного типа сложнее.

Для нее потребуются уже упомянутые датчик, а также установочные штифты в зависимости от типа двигателя. Эту операцию, как и проверку опережения впрыска динамическим методом с использованием специального дизельного стробоскопа («Bosch», «Sun», AVL, «Time Track Stanodyne», «Technotest» и др.), выгоднее производить у профессионалов на СТО.

Опережение впрыска на насосах распределительного типа статическим методом регулируется так.
Вращая коленвал, установите — поршень первого цилиндра в ВМТ. Ориентируйтесь по установочным знакам, либо действуйте с помощью установочного штифта:

Снимите заглушку с топливного насоса, вставьте на ее место датчик в специальной оправке и действуйте в соответствии с инструкцией. Датчик должен показать заданную величину опережения нагнетания впрыска. В случае необходимости регулировки ослабьте крепление насоса и поверните его соответствующим образом, а затем повторно проверьте опережение.

При регулировочных работах не трогайте креплений, указанных стрелками:

Руководство по времени впрыска — что это такое и как его отрегулировать

Возможно, вы слышали о времени впрыска раньше, но что это такое и как оно соотносится с вашим судовым двигателем? Вам вообще нужно беспокоиться, если ваш мотор работает нормально?

Если вы хотите повысить мощность или ваш двигатель немного старше, чем вы хотели бы признать, регулировка момента впрыска может повлиять на всю систему. В этом руководстве мы обсудим, как работает этот процесс, каковы преимущества внесения изменений и как вносить корректировки самостоятельно.

Время впрыска — что вам нужно знать

Внутренние компоненты судового двигателя сложны и зависят от точных движений для обеспечения эффективной и надежной мощности. Вы можете не понимать всего, что происходит в системе, но если у вас есть представление о том, как работает двигатель внутреннего сгорания, вы можете выполнить всестороннюю регулировку времени впрыска.

В двигателе внутреннего сгорания тепловая энергия переходит в механическую.Созданная мощность перемещает поршни двигателя, следовательно, перемещает коленчатый вал, а затем и сам морской блок. Тепловая энергия поступает от сгоревшей топливовоздушной смеси внутри цилиндра.

Головка цилиндра содержит клапаны системы, распределительные валы, возвратные пружины клапанов, клапанные лопатки и форсунки. Блок двигателя, подключенный под цилиндром, содержит коленчатый вал, шатун и поршень. Поршень перемещается внутри цилиндра от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке во время сгорания.

Есть несколько терминов, которые вам необходимо знать, чтобы понять, как поршень движется внутри цилиндра, в том числе:

— Верхняя мертвая точка (ВМТ): Верхняя мертвая точка — это когда поршень находится в верхней части цилиндра, находясь дальше всего от коленчатого вала.

— Нижняя мертвая точка (НМТ): Нижняя мертвая точка — это когда поршень находится ближе всего к коленчатому валу в самой нижней точке цилиндра.

— Перед верхней мертвой точкой (BTDC): Перед верхней мертвой точкой — это точка прямо перед тем, как поршень достигнет самой высокой области цилиндра.

Процесс внутреннего сгорания

Процесс внутреннего сгорания — это то, что генерирует энергию для движения поршней, что приводит к цепочке событий, приводящих в движение двигатель.

В двигателе с впрыском топлива впускные клапаны выпускают воздух в цилиндр. Поршень движется вверх к ВМТ, сжимая воздух, и впускной и выпускной клапаны закрываются.

Дизельное топливо впрыскивается непосредственно перед тем, как поршень достигает вершины. Топливно-воздушная смесь достигает максимального давления, когда поршень достигает ВМТ.Воздух под высоким давлением образует высокие температуры, заставляя дизельное топливо самопроизвольно воспламеняться.

Расширенные газы заставляют поршень опускаться обратно до НМТ во время рабочего такта, каждый раз перемещая коленчатый вал. Затем газы выходят через выпускные клапаны в выхлопную трубу.

По мере того, как выхлоп выходит наружу, из впускных клапанов в цилиндр поступает больше воздуха, и процесс начинается заново.

Что такое время впрыска?

Время впрыска, также называемое временем разлива, — это момент, когда дизельное топливо поступает в цилиндр во время фазы сгорания.Когда вы регулируете время, вы можете изменить время впрыска топлива двигателем и, следовательно, изменить время сгорания.

ТНВД часто приводится в действие косвенно от коленчатого вала цепями, шестернями или зубчатым ремнем, который также приводит в движение распределительный вал. Время работы насоса определяет, когда он будет впрыскивать топливо в цилиндр, когда поршень достигнет точки BTDC.

Производитель порекомендует определенный момент впрыска в соответствии с маркой и моделью вашего судового двигателя.Они устанавливают подходящий момент при изготовлении двигателя, поэтому вы получаете максимально возможную мощность, не превышая установленных законом пределов выбросов.

Если вы хотите отрегулировать время впрыска на любом судовом дизельном двигателе, его возраст не имеет значения. Однако способ внесения изменений может отличаться в зависимости от того, старожил ли он или только что сошедший с производственной линии.

Почему вы можете изменить время впрыска

Основная цель системы впрыска топлива — подавать дизельное топливо в цилиндры двигателя, но то, как и когда подано топливо, может повлиять на производительность двигателя, уровень шума и выбросы.

Возможно ускорение или замедление хода двигателя. Увеличение времени работы двигателя приводит к тому, что процесс впрыска происходит раньше, чем установлено производителем.

Напротив, замедление — это когда вы вносите изменения, поэтому топливо высвобождается после рекомендованного времени. Хотя замедление менее распространено по сравнению с опережением, оно может устранить проблему с задержкой или дымом в судовом двигателе. Он также может помочь решить проблемы с производительностью и экономией топлива.

Причины для регулировки времени впрыска

Вы можете отрегулировать время впрыска, если ваш судовой двигатель отработал несколько дней или уже работал.Например, если вы установили новый ремень ГРМ или ТНВД, вам нужно будет отрегулировать систему, чтобы она соответствовала заводским стандартам. Или вы можете настроить его в соответствии со своими потребностями. Со временем синхронизация впрыскивающего насоса замедляется, что приводит к таким проблемам, как:

— Сложный пуск

— Температура горячего двигателя

— Низкая экономия топлива

— Дым при запуске и разгоне

Выполнение надлежащих настроек может вернуть систему к исходному уровню производительности или лучше.

Имейте в виду, что увеличение мощности вашего двигателя — не всегда правильный шаг. Иногда большая мощность может привести к чрезмерному дыму из выхлопной трубы и задержке наддува. Это также может увеличить мощность вибрации двигателя и вызвать больше выбросов, что может не соответствовать стандартам EPA.

Убедитесь, что вы смотрите на свой судовой двигатель в целом и на то, является ли это мудрым решением. Знайте, с чем может справиться ваше оборудование и для чего оно требуется. Если вы не уверены, лучше всего обратиться к механику, который знает все тонкости настройки времени впрыска двигателя.

Преимущества регулировки систем синхронизации впрыска дизельного двигателя

Поскольку компонент привода ГРМ подает дизельное топливо под высоким давлением, детали и материалы могут выдерживать высокие нагрузки и нагрев. Благодаря высоким допускам система впрыска может хорошо работать, когда двигатель работает в течение длительного времени. Время впрыска дизельного топлива также имеет более глубокий контроль.

Если объединить все ее свойства, система газораспределения впрыска может составить около 30% общих затрат дизельного двигателя.

Если вы хотите улучшить синхронизацию впрыска в морских устройствах, вам нужно убедиться, что двигатель полностью использует процесс впрыска топлива. Удостоверьтесь, что нужное количество дизельного топлива в нужное время соответствует вашим требованиям к мощности. Вам необходимо контролировать время впрыска и дозировку. Несколько преимуществ усовершенствования регулировки угла опережения зажигания вашего двигателя включают:

— Повышенная мощность двигателя

— Более высокое пиковое давление в цилиндре

— Пониженная температура выхлопных газов

— Более высокие выбросы NOx

— Повышенная топливная экономичность

Хотя производители устанавливают время впрыска таким образом, чтобы уравновешивать выбросы и мощность, это не означает, что система судового двигателя настроена на максимальный потенциал.Вы можете увеличить синхронизацию двигателя, чтобы увеличить мощность машины, когда вы хотите работать на более высоких скоростях или буксировать больший вес.

Если вы хотите отрегулировать впрыск после того, как происходит BTDC, вы можете воспользоваться другими преимуществами, такими как предотвращение преждевременного сгорания, уменьшение дыма и устранение задержек.

Как это повлияет на мой судовой двигатель?

Изменение момента впрыска в судовом двигателе влияет на многие компоненты.

Продвижение системы приведет к тому, что дизельное топливо будет впрыскиваться в цилиндр раньше, чем обычно, что также приведет к более быстрому возникновению фазы сгорания.Опережение времени показывает количество градусов до того, как поршень достигнет верхней мертвой точки и произойдет зажигание.

Впрыск дизельного топлива BTDC означает, что топливовоздушная смесь может полностью сгореть до того, как поршень достигнет вершины. Этот процесс создает максимальное давление в цилиндрах двигателя, позволяя выхлопным газам опускать поршень вниз с максимально возможной силой.

Если продвижение слишком далеко вперед, это может привести к тому, что смесь будет давить на поршни, когда они движутся вверх, заставляя их столкнуться друг с другом и повредить двигатель.Это также известно как детонация.

Изменения, которые происходят в вашей машине, зависят от типа судового двигателя и его возраста. Увеличение времени на дизельном топливе может повлиять на различные аспекты вашего двигателя, например:

— Долговечность двигателя

— Расход топлива

— Опережение зажигания

— Соотношение топлива и воздуха

— Мощность двигателя

— Задержка впрыска

Задержка впрыска — это интервал времени от момента начала впрыска до начала сгорания, то есть он напрямую связан с синхронизацией.Период приостановки включает в себя совпадающие физические и химические интервалы. Распад атомов, испарение и смешивание топлива с воздухом задерживают процесс, как и реакция горения. Когда вы увеличиваете время, это уменьшает задержку впрыска, но когда вы замедляете впрыск, он увеличивает интервал.

Установка идеального момента впрыска имеет решающее значение для поддержания и повышения производительности вашего двигателя. Дизельное топливо, которое попадает в цилиндр слишком рано или слишком поздно, может вызвать чрезмерную вибрацию или серьезное повреждение компонентов.

Как отрегулировать время впрыска

Способ регулировки момента впрыска топливного насоса также зависит от типа вашего судового двигателя и его возраста. Перед выполнением любых регулировок убедитесь, что трос холодного пуска вставлен, а ремень привода распределительного вала имеет надлежащее натяжение.

Вот некоторые из наиболее распространенных способов увеличения времени:

1. Запрограммируйте ECM

.

Модуль управления двигателем — это компьютер, который анализирует информацию, чтобы контролировать ходовые качества вашей лодки.Это почти как мозг морского двигателя.

Модуль управления двигателем легче настроить в новых двигателях по сравнению со старыми версиями. Если вы знаете, как программировать ECM, вы на шаг впереди. Но если нет, вы можете положиться на механика, который проберется к EMC и подключит Flash-инструмент, который перепрограммирует компьютерную систему. Для более старых компонентов есть другие части, которые вы можете изменить, чтобы изменить время.

2. Модифицировать топливный насос высокого давления

Один из наиболее простых способов изменить синхронизацию — отрегулировать топливный насос высокого давления.Все, что вам нужно сделать, это повернуть насос с помощью отвертки и торцевого ключа — стандартных инструментов, которые вы можете найти в своем гараже или ящике для инструментов. Вы должны убедиться, что вы точно измерили настройку времени с помощью таймера или щупа для считывания.

Любое небольшое движение насоса приведет к значительным изменениям времени. Избегайте радикальных корректировок и придерживайтесь незначительных изменений для правильных модификаций.

Если вы решили переделать ТНВД, вам необходимо:

1.Используйте торцевой ключ на болте переднего распределительного вала, чтобы вручную провернуть двигатель по часовой стрелке, пока первый цилиндр не окажется в ВМТ.

2. Впускной и выпускной клапаны должны быть закрыты, а отметка ВМТ должна быть совмещена.

3. Установите циферблатный индикатор, сняв заглушку таймера и убедившись, что он показывает предварительный натяг примерно 2,5 миллиметра.

4. Поверните коленчатый вал против часовой стрелки до остановки индикатора, затем обнулите шкалу.

5. Провернуть коленчатый вал по часовой стрелке до ВМТ.

6. Если показания прибора находятся в пределах значений, указанных производителем, вы можете выбрать ускорение или замедление отсчета времени или оставить его как есть.

7. Ослабьте ТНВД, чтобы дизельное топливо быстрее попало в цилиндры, и наоборот для замедления.

8. Установив его в нужное положение, затяните крепежные болты.

9. Проверните судовой двигатель на несколько оборотов и повторите процедуру, чтобы убедиться, что вы правильно отрегулировали.

10.Снимите индикатор.

11.Ут на пробке ГРМ.

12. Запустите двигатель, проверьте на герметичность.

Поскольку усовершенствование системы газораспределения впрыска зависит от ваших конкретных запросов и ситуаций, часто лучше полагаться на экспертов по дизельным судовым двигателям. Они укажут вам в правильном направлении, насколько нужно изменить время, чтобы оно соответствовало вашей машине.

3. Заменить распредвал

Вы можете заменить исходный распределительный вал двигателя на распредвал с кулачками другого размера и формы.Это изменение позволяет вносить изменения при срабатывании клапанов и форсунок. Возможно, вам придется работать с опытным механиком или техником, потому что в этот процесс входит приличное количество математических расчетов.

4. Замените прокладки кулачка и опоры

Один из самых дешевых вариантов — приобрести новые прокладки кулачка и толкатели. Изменение любой из шестерен может привести к аналогичным настройкам, которые вы увидите при замене распределительного вала. Установка более толстых или более тонких прокладок повлияет на рабочие выступы кулачка и толкатели при их соприкосновении.Следовательно, компоненты могут влиять на активацию клапанного механизма.

Время впрыска можно проверить, измерив ход насоса форсунки в ВМТ с помощью индикатора часового типа.

Найдите все необходимое в одном месте

Обладая 28-летним опытом работы в отрасли, компания Diesel Pro Power усердно работает, чтобы вывести вас на передовые позиции. Мы перевозим все детали судовых двигателей и держим их на складе 24 часа в сутки, 7 дней в неделю для удобной доставки по всему миру.Наши специалисты предоставляют комплексные решения и стремятся упростить весь процесс покупки с помощью эргономичного веб-сайта, который работает быстро и легко.

Просмотрите наш перечень компонентов судовых двигателей или обратитесь к нашей интуитивно понятной команде обслуживания клиентов, позвонив нам по телефону 1-888-433-4735.

Впрыск дизельного топлива

Впрыск дизельного топлива

Magdi K. Khair, Hannu Jääskeläinen

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Назначение системы впрыска топлива — подавать топливо в цилиндры двигателя с точным контролем времени впрыска, распыления топлива и других параметров. К основным типам систем впрыска относятся насос-форсунка, насос-форсунка и common rail. Современные системы впрыска достигают очень высокого давления впрыска и используют сложные электронные методы управления.

Основные принципы

Назначение системы впрыска топлива

На характеристики дизельных двигателей сильно влияет конструкция их системы впрыска. Фактически, наиболее заметные успехи, достигнутые в дизельных двигателях, явились прямым следствием превосходной конструкции системы впрыска топлива. Хотя основная цель системы — подавать топливо в цилиндры дизельного двигателя, именно то, как это топливо подается, определяет разницу в характеристиках двигателя, выбросах и шумовых характеристиках.

В отличие от своего аналога двигателя с искровым зажиганием, система впрыска дизельного топлива подает топливо под чрезвычайно высоким давлением впрыска. Это означает, что конструкция компонентов системы и материалы должны быть выбраны таким образом, чтобы выдерживать более высокие нагрузки, чтобы работать в течение длительного времени, что соответствует целевым показателям долговечности двигателя. Для эффективной работы системы также необходимы более высокая точность производства и жесткие допуски. Помимо дорогих материалов и производственных затрат, системы впрыска дизельного топлива характеризуются более сложными требованиями к управлению.Все эти функции составляют систему, стоимость которой может составлять до 30% от общей стоимости двигателя.

Основное назначение системы впрыска топлива — подавать топливо в цилиндры двигателя. Чтобы двигатель мог эффективно использовать это топливо:

1. Топливо должно впрыскиваться вовремя, то есть необходимо контролировать время впрыска и
2. Необходимо подать правильное количество топлива для удовлетворения требований к мощности, то есть необходимо контролировать дозирование впрыска.

Однако для достижения хорошего сгорания по-прежнему недостаточно подавать точно отмеренное количество топлива в нужное время. Дополнительные аспекты имеют решающее значение для обеспечения надлежащей работы системы впрыска топлива, в том числе:

• Распыление топлива — обеспечение распыления топлива на очень мелкие топливные частицы является основной задачей при проектировании систем впрыска дизельного топлива. Маленькие капли гарантируют, что все топливо испарится и участвует в процессе сгорания.Любые оставшиеся капли жидкости плохо горят или выходят из двигателя. Хотя современные системы впрыска топлива способны обеспечивать характеристики распыления топлива, намного превосходящие то, что необходимо для обеспечения полного испарения топлива в течение большей части процесса впрыска, некоторые конструкции систем впрыска могут иметь плохое распыление в течение некоторых коротких, но критических периодов фазы впрыска. Конец процесса закачки — один из таких критических периодов.
• Массовое смешивание —Хотя распыление топлива и полное испарение топлива имеют решающее значение, обеспечение того, чтобы испарившееся топливо содержало достаточное количество кислорода во время процесса сгорания, не менее важно для обеспечения высокой эффективности сгорания и оптимальной производительности двигателя.Кислород поступает из всасываемого воздуха, захваченного в цилиндр, и достаточное количество должно быть увлечено топливным жиклером, чтобы полностью смешаться с имеющимся топливом во время процесса впрыска и обеспечить полное сгорание.
• Использование воздуха — Эффективное использование воздуха в камере сгорания тесно связано с объемным смешиванием и может быть достигнуто путем сочетания проникновения топлива в плотный воздух, который сжимается в цилиндре, и деления общего количества впрыскиваемого топлива на число струй.Должно быть предусмотрено достаточное количество форсунок, чтобы захватить как можно больше доступного воздуха, избегая при этом перекрытия форсунок и образования зон, богатых топливом, с дефицитом кислорода.

Основное назначение системы впрыска дизельного топлива графически представлено на Рисунке 1.

Рисунок 1 . Основные функции системы впрыска дизельного топлива

Определение терминов

Для описания компонентов и работы систем впрыска дизельного топлива используется множество специализированных понятий и терминов.Некоторые из наиболее распространенных из них включают [922] [2075] :

Сопло относится к части узла сопла / иглы, которая взаимодействует с камерой сгорания двигателя. Такие термины, как P-тип, M-тип или S-тип сопла, относятся к стандартным размерам параметров сопла в соответствии со спецификациями ISO.

Держатель форсунки или Корпус форсунки относится к части, на которой устанавливается форсунка. В обычных системах впрыска эта часть в основном выполняла функцию крепления форсунки и предварительного натяга игольной пружины форсунки.В системах Common Rail он содержит основные функциональные части: сервогидравлический контур и гидравлический привод (электромагнитный или пьезоэлектрический).

Инжектор обычно относится к держателю сопла и соплу в сборе.

Начало впрыска (SOI) или Время впрыска — это время, когда начинается впрыск топлива в камеру сгорания. Обычно он выражается в градусах угла поворота коленчатого вала (CAD) относительно ВМТ хода сжатия.В некоторых случаях важно различать , указанный SOI, и фактический SOI. SOI часто указывается легко измеряемым параметром, таким как время, в течение которого электронный триггер посылается на инжектор, или сигнал от датчика подъема иглы, который указывает, когда игольчатый клапан инжектора начинает открываться. Точка в цикле, где это происходит, — это обозначенная SOI. Из-за механического отклика форсунки может быть задержка между указанным КНИ и фактическим КНИ, когда топливо выходит из сопла форсунки в камеру сгорания.Разница между фактическим КНИ и указанным КНИ заключается в запаздывании форсунки .

Начало поставки. В некоторых топливных системах впрыск топлива согласован с созданием высокого давления. В таких системах начало подачи — это время, когда насос высокого давления начинает подавать топливо в форсунку. Разница между началом подачи и SOI зависит от продолжительности времени, необходимого для распространения волны давления между насосом и инжектором, и зависит от длины линии между насосом высокого давления и инжектора, а также от скорости звука. в топливе.Разница между началом подачи и SOI может быть обозначена как задержка впрыска .

Конец впрыска (EOI) — это время в цикле, когда впрыск топлива прекращается.

Количество впрыскиваемого топлива — это количество топлива, подаваемого в цилиндр двигателя за рабочий такт. Часто выражается в мм ³ / ход или мг / ход.

Продолжительность впрыска — это период времени, в течение которого топливо поступает в камеру сгорания из форсунки.Это разница между EOI и SOI, связанная с количеством впрыска.

Схема впрыска. Скорость впрыска топлива часто меняется в течение периода впрыска. На рисунке 2 показаны три распространенные формы нормы: пыльник, пандус и квадрат. Скорость открытия и Скорость закрытия относится к градиентам скорости впрыска во время открывания и закрывания игольчатого сопла, соответственно.

Рисунок 2 . Общие формы скорости закачки

Множественные события впрыска. В то время как обычные системы впрыска топлива используют одно событие впрыска для каждого цикла двигателя, более новые системы могут использовать несколько событий впрыска. На рисунке 3 определены некоторые общие термины, используемые для описания событий множественной инъекции. Следует отметить, что терминология не всегда последовательна. Основной впрыск Событие обеспечивает основную часть топлива для цикла двигателя. Один или несколько впрысков перед основным впрыском, предварительный впрыск , обеспечивают небольшое количество топлива перед событием основного впрыска.Предварительный впрыск может также обозначаться как пилотный впрыск . Некоторые называют предварительный впрыск, который происходит относительно долго перед основным впрыском, как пилотный, а тот, который происходит за относительно короткое время перед основным впрыском, как предварительный впрыск. Инъекции после основных инъекций, после инъекций , могут происходить сразу после основной инъекции (, закрытие после инъекции, ) или относительно долгое время после основной инъекции (, поздняя дополнительная инъекция, ).Постинъекции иногда называют после инъекций . Хотя терминология сильно различается, близкая повторная инъекция будет называться повторной инъекцией, а поздняя повторная инъекция — повторной инъекцией.

Рисунок 3 . Множественные события инъекции

Термин разделенный впрыск иногда используется для обозначения стратегий множественного впрыска, когда основной впрыск делится на два меньших впрыска приблизительно равного размера или на меньший предварительный впрыск, за которым следует основной впрыск.

В некоторых системах впрыска топлива могут возникать непреднамеренные последующие впрыски, когда форсунка на мгновение повторно открывается после закрытия. Иногда их называют вторичными впрысками .

Давление впрыска постоянно не используется в литературе. Это может относиться к среднему давлению в гидравлической системе для систем Common Rail или к максимальному давлению во время впрыска (пиковое давление впрыска) в обычных системах.

Основные компоненты топливной системы

Компоненты системы впрыска топлива

За некоторыми исключениями, топливные системы можно разделить на две основные группы компонентов:

• Компоненты стороны низкого давления — Эти компоненты служат для безопасной и надежной подачи топлива из бака в систему впрыска топлива.Компоненты стороны низкого давления включают топливный бак, топливный насос и топливный фильтр.
• Компоненты стороны высокого давления — Компоненты, которые создают высокое давление, измеряют и подают топливо в камеру сгорания. К ним относятся насос высокого давления, топливная форсунка и форсунка для впрыска топлива. Некоторые системы могут также включать аккумулятор.

Форсунки для впрыска топлива можно разделить на тип отверстий или дроссельных игл, а также на закрытые или открытые.Закрытые форсунки могут приводиться в действие гидравлически с помощью простого подпружиненного механизма или с помощью сервоуправления. Открытые форсунки, а также некоторые новые конструкции форсунок с закрытыми форсунками могут приводиться в действие напрямую.

Дозирование количества впрыскиваемого топлива обычно осуществляется либо в насосе высокого давления, либо в топливной форсунке. Существует ряд различных подходов к измерению топлива, включая: измерение давления с постоянным интервалом времени (PT), измерение времени с постоянным давлением (TP) и измерение времени / хода (TS).

Большинство систем впрыска топлива используют электронику для управления открытием и закрытием форсунки. Электрические сигналы преобразуются в механические силы с помощью привода определенного типа. Обычно эти исполнительные механизмы могут быть либо электромагнитными соленоидами, либо активными материалами, такими как пьезокерамика.

Основные компоненты системы впрыска топлива рассмотрены в отдельной статье.

###

maxx МОМЕНТ: Дизель, синхронизация

Может быть, вы видели кадры из фильма о замкнутом газовом насосе в реалити-шоу? Автомобиль у бензонасоса внезапно загорается, пока владелец заправляет топливо.Обычно водитель начинает качать бензин, а затем возвращается в машину за чем-нибудь. После скольжения по сиденью, создавая накопление статического электричества внутри своего тела, он снова касается рукоятки насоса с достаточным запасом статической искровой энергии, чтобы зажечь летучую топливно-воздушную смесь на заливной горловине. ПУФ. Затем запаниковавший оператор, по понятным причинам, инстинктивно, но по ошибке вытаскивает сопло из заливной горловины, разбрызгивая топливо по всему автомобилю и земле: он только что заново изобрел огнемет из садового шланга.

Если вы разожгли достаточно костров, вы поймете, насколько опасен бензин. Тем не менее, с оттенком смирения я скажу вам, что эта маленькая леди не была впечатлена моими навыками бойскаута, когда я чуть не сжег новую конструкцию шторы на заднем дворе после того, как срезал бензин в переносной костровой яме под ней. Пламя выскочило из ямы примерно на 12 футов, пока я стоял наготове: ром и кокс в одной руке, садовый шланг в другой. Урок здесь? Если вам нужен шланг для воды в руке, возможно, вы не совсем это продумали.Я подозреваю, что некоторые вариации этого утверждения могут оказаться на моей надгробной плите или как часть повествования о посмертной премии Дарвина.

Если оставить в стороне самоанализ, заметили ли вы, что ни в одном из этих зажигательных видеоклипов не используется дизельный насос? Никогда не дизель, всегда бензин. Почему это простое наблюдение важно для настройки дизельного двигателя? И как вы можете повысить экономию топлива с помощью этих знаний? Есть ответы.

Дизель нелегко воспламеняется по сравнению с другими видами топлива, во всяком случае, при температурах, при которых нам комфортно дышать.Это ключ к успеху топлива в приложениях с большой мощностью, которые также имеют дополнительный запас прочности. Возможно, если бы кто-то предложил мне это раньше, у меня все еще могла бы быть затененная структура заднего двора.

Я хочу больше

Жалобы на местах, возникшие в отделе обслуживания. Клиент A получает 24 мили на галлон, в то время как Клиент B расстроен своими результатами на 11 миль на галлон. Среди факторов, которые создают несоответствие: стиль вождения, продолжительность поездки, погода, состояние транспортного средства, высота над уровнем моря, энергетическая ценность топлива… список длинный.Настройка — один из факторов, которым мы можем управлять; в нашу пользу, как мы увидим.

---