Оптический метод исследования характеристик распыленного

Испытания ДВС
УДК 621.43.013.4, 53.082.534
А.В. Еськов, канд. техн. наук, А.Е. Свистула, канд. техн. наук, Д.Д. Матиевский, д-р
техн. наук, И.В. Огнев, канд. техн. наук
ОПТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАСПЫЛЕННОГО
ТОПЛИВА ДИЗЕЛЬНОЙ ФОРСУНКОЙ
Изучение процесса впрыска при дизельном
раза.
смесеобразовании требует наличия достоверной ин-
Для оценки результатов экспериментального
формации о связи скоростных характеристик топ-
исследования проведен анализ ряда работ посвящен-
ливной струи с динамикой цикла топливоподачи.
ных изучению топливной струи. В работе [2] приве-
Оптические методы исследования не разрушают
дены экспериментально полученные значения скоро-
структуру топливного факела и позволяют получить
сти вершины факела на оси струи, лежащие в интер-
информацию о структуре и динамике развития факе-
вале от 20 до 80 м/с для дизеля 2Д70. Значения ско-
ла. Подобные исследования являются важным и пер-
рости вершины факела на оси струи в интервале от
спективным этапом изучения процессов смесеобра-
20 до 100 м/с приведены в [3], что подтверждает со-
зования и сгорания.
ответствие экспериментально полученных значений
Исследования топливной струи проводились с
скорости фронта общеизвестным исследованиям.
целью уточнения зависимостей, описывающих раз-
Анализ распределений капель потока по скоро-
витие топливного факела для топливной аппаратуры,
стям, полученного в результате обработки экспери-
установленной на дизелях семейства ЧН 15/18, а
ментальных данных по методике [4], выявил: при
также для оценки влияния давления впрыска на па-
увеличении частоты вращения вследствие роста дав-
раметры топливной струи. На экспериментальном
ления топлива перед форсункой наблюдается пере-
стенде определения скоростных характеристик топ-
распределение скоростей частиц топливного потока
ливных струй на базе лабораторной установки [1]
в зависимости от массы. С возрастанием давления
были получены данные изменения оптической плот-
топлива перед форсункой происходит увеличение
ности в двух сечениях потока на расстояниях 50 мм и
количества массы топлива, движущейся с большими
110 мм от сопла распылителя. Объектом исследова-
скоростями (например, при nкул = 500 мин-1 около 26
ния выбрана закрытая форсунка с восьмидырчатым
% массы топлива движется со скоростью больше 50
распылителем с диаметрами сопловых отверстий
м/с, а при nкул = 850 мин-1 уже 52 %).
0,25 мм. В ходе эксперимента увеличивалась частота
Теоретический расчет и моделирование по за-
вращения кулачкового вала ТНВД, вследствие чего
висимостям, предложенных Лышевским А.С. [5] по
увеличивалась скорость объемной подачи и макси-
определению характеристик движения вершины
мальное давление топлива перед форсункой. При
струи распыленного топлива (ее длина и скорость),
увеличении частоты вращения кулачкового вала с
сведенные в таблицу, показывают некоторое несов-
-1
максимальное давление топлива
падение. На рис. 1 представлена экспериментальная
перед форсункой возросло с 39,6 до 54,8 МПа (на 38
и расчетная зависимости скорости фронта топливной
%) за счет возрастания объемной скорости вытесне-
струи от давления впрыска топлива. Проведенные
ния топлива плунжером и снижения утечек по пяти
исследования выявили необходимость введения по-
циклам. Средняя скорость фронта увеличилась с 76,7
правочного коэффициента k для скорости движения
до 90,6 м/с (на 18 %). При увеличении давления
топливного потока.
500 до 850 мин
впрыска на 38 % скорость фронта возрастает в 1,18
88
ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2005
Испытания ДВС
0,97
Коэффициент
0,96
0,95
0,94
0,93
0,92
0,91
38
42
46
50
54
58
Давление перед форсункой, МПа
Рис. 1. Зависимость поправочного коэффициента k от давления впрыска топлива
95
Скорость фронта, м/с
90
85
80
75
70
38
Эксперимент
42
46
Расчет
50
54
58
Давление перед форсункой, МПа
Рис. 2. Зависимость скорости фронта топливной струи от давления впрыска топлива
В ходе исследований было установлено, что
поправочный коэффициент k зависит от конструкции
давлением для топливной аппаратуры дизеля ЧН
15/18 в диапазоне от 0,92 до 0,96.
ТА (объема под иглой, площади дифференциальной
Теоретическое значение скорости струи распы-
площадки и др.). Исследовалось влияние на коэффи-
ленного топлива Uт, полученного применительно к
циент k давления топлива (рисунок 2), применитель-
описанию процесса распыления в [5], находится из
но к конкретной ТА, что показало изменение коэф-
экспериментального Uэ, используя коэффициент k,
фициента k при впрыске в среду с малым противо-
ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2005
u т  uэ  k
.
89
Испытания ДВС
Таблица 1. Результаты теоретического и экспериментального исследования топливной струи.
Параметр \ Частота вращения,
600 мин-1
650 мин-1
700 мин-1
750 мин-1
Давление впрыска топлива, МПа
27,0
29,1
32,2
35,3
Скорость впрыска, м/с
150,4
156,2
164,3
172
Длина вершины струи х, мм
82,7
82,9
84,9
86,4
Скорость фронта эксперим., м/с
76,7
79,7
83,9
88,0
Скорость фронта теоретич., м/с
70,8
74,8
79,8
84,8
Коэффициент k
0,92
0,94
0,95
0,96
В таблице 1 сведены экспериментальные и расчетные значения характеристик струи распыленного
850 мин-1
37,3
176,9
87,1
90,6
88,1
0,96
фициент k при математическом моделировании рабочего процесса.
топлива, откуда видно изменение коэффициента k от
частоты вращения вала топливного насоса. Однако,
Список литературы:
для большинства случаев значение коэффициента
1. Матиевский Д.Д., Свистула А.Е., Еськов А.В.,
можно принять 0,95.
Клочков А.В. Экспериментальный стенд диагности-
На основании проведенных исследований и вы-
ки и контроля характеристик массопереноса распы-
числений можно сделать вывод, что для исследуемой
ленного топлива дизельной форсункой. / Двигатели
топливной аппаратуры получено выражение для оп-
внутреннего сгорания // Всеукраинский научно-
ределения поправочного коэффициента k в зависи-
технический журнал. Харьков: НТУ "ХПИ". - 2004,
мости от давления впрыска топлива.
№2(5). - 156 с. С.90-91. 2. Разлейцев Н.Ф. Моделиро-
При оценке влияния уменьшения продолжи-
вание и оптимизация процесса сгорания в дизелях. -
тельности впрыска за счет увеличения давления топ-
Харьков: «Вища школа», 1980. – 170 с. 3. Калужин С.
лива при форсировании дизеля ЧН 15/15 на экспери-
А., Романов С. А., Свиридов Ю. Б. Эксперименталь-
ментальной моторной установке для анализа ОГ на
ное исследование скоростей движения жидкой и
дымность и содержание токсических компонентов
газообразной фаз в дизельном топливном факеле //
выявилось следующее. При сокращении продолжи-
Двигателестроение. - 1980. - N 7. С. 5-8. 4. Евстиг-
тельности впрыска топлива и одновременном согла-
неев В.В., Гуляев П.Ю., Еськов А.В. Способ определе-
совании параметров ТА с геометрией КС происходит
ния скорости импульсного аэродисперсного потока
улучшение экономических параметров цикла дизеля,
— Патент RU №2147749. Опубл. в БИМП №11
повышается эффективность сгорания топлива, со-
20.04.2000. с. 226-227. 5.Лышевский А.С. Распылива-
держание токсичных компонентов в отработавших
ние топлива в судовых дизелях. - Л.: Судостроение,
газах снижается. Рекомендуется использовать коэф-
1971. - 248 с.
90
ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2005