Расчет топливной аппаратуры

     Минимальное значение статической производительности электро -

магнитной форсунки определяется по формуле:

- при температуре окружающей  среды -30 °С

Gcm.min(-30) = 1000* q ц(n max)(-30)/ t = 1000*0,030/18,7 = 1,60 г/с.

- при температуре окружающей среды +45 °С

Gcm.min(+45) = 1000* q ц(n max)(+45)/t = 1000*0,023/18,7 = 1,23 г/с.

     Максимальный статический расход с учетом всех издержек производства и допусков определяем из соотношения:

Gcm.max(-30) = 1,6 = 1,9 г/с,

Gcm.max(+45) = 1,23 = 1,46 г/с,

где (0,09…0,11)² – качество сборки ДВС;

      (0,05…0,065)² – допуск и повторяемость;

      (0,1…0,2)² – на обогащение смеси для охлаждения нейтрализатора;

     По значению максимального статического расхода вычисляем площадь проходного сечения жиклера форсунки с учетом количества отверстий и коэффициента расхода из соотношения:

G = * * *W *F * m,

     = 695 кг/м - плотность бензина при максимальной допустимой   температуре перед форсунками (+85 С)

= 1 – коэффициент, учитывающий несоответствие расходов при        

                   стационарном потоке и при пульсирующем, зависит от времени

                   открытия и закрытия форсунки;

= 0,7 – коэффициент расхода через жиклер;

m = 2,4 и 6 – количество отверстий в распылителе.

W = м/с – скорость истечения топлива из

                                                                         отверстия жиклера,

где  Pраз = 0 – разрежение в воздушном рессивере при работе двигателя на

                         максимальных расходах воздуха и максимальных оборотах.

Wm(+85) = = 32,2 м/с;

Тогда площадь сечения  одного отверстия  жиклера определяется:

при m = 2

     F = = = 0,061 мм

при m = 4

     F = 0,030 мм

при m = 6

     F = 0,020 мм

    Диаметр отверстия одного жиклера в распылителе форсунки определяется:

d = при  F = 0,061 мм      d = 0,279 мм

                                      F = 0,030 мм      d = 0,195 мм

                                      F = 0,020 мм      d = 0,160 мм

     Вывод: чем больше количество отверстий, тем меньше диаметр отверстий, что повышает требования к чистоте (меньше диаметр механических примесей) и качеству топлива (меньшее количество парафинов и олефинов) для устранения возможности засорения и закоксовывания отверстий в процессе эксплуатации. Малое количество отверстий при их большом диаметре увеличивает размер капель, а значит ухудшает процесс распыли-

вания и испарения жидкой фазы.

 

 

 

     1.3.2. Расчет форсунки для ДВС с воспламенением от сжатия

 

     Расход топлива, впрыскиваемого форсункой за один рабочий ход (цикловая подача) для номинального режима определяется:

q = ge*Ne*Tк*1000/(60*n_кул.вл*i*iв),

где  ge = 145 г/(кВт*ч) – удельный расход топлива;

       Ne = 58,7 кВт – максимальная мощность двигателя;

       Tк = 2 – коэффициент тактности для четырехтактного дизеля;

        i = 4 – число цилиндров двигателя;

        iв = 2 – число насосов, подающих топливо на один цилиндр;

      

 n_кул.вл = 2200 об/мин – номинальная частота вращения кулачкового вала

                                       насоса.

q = 145*58,7*2*1000/(60*2200*4*2) = 16,12 мг/цикл.

Цикловая подача для холостого  хода:

q = 1000*Tк*G /(60* n_кул.вл *i*iв),

где G = ge*0,9 = 145*0,9 = 130,5 г/ч – часовой расход топлива на режиме

                                                                холостого хода

q = 1000*2*130,5/(60*2200*4*2) = 0,247 мг/цикл.

     При доводочных работах дизельного двигателя и возможного дальнейшего его форсирования принимают: q_{ц max} = (1,25…1,5)*q .

Время истечения топлива (с): t = /(6n),

где = 18 - угол поворота коленчатого вала.

∆t = 18/(6*5200) = 0,00058 с

     Средняя скорость истечения топлива (м/с) через сопловые отверстия распылителя определяется:

W = ,

где = 840 кг/м - плотность дизтоплива при t° = -30°С;

      = 830 кг/м - плотность дизтоплива при t° = +45°С

       P = 30 мПа – среднее давление впрыска топлива;

       P = 6 мПа – среднее давление газа в цилиндре в период впрыска.

Wф(-30) = = 239 м/с;

Wф(+45) = = 240,5 м/с

     Суммарная площадь сопловых отверстий форсунки находится из выражения

F = q /( * *W * t*10 ),

где = 0,65 – коэффициент расхода топлива.

  F = 16,12/(833*0,65*240*0,00058*10 ) = 0,214 мм

Диаметр соплового отверстия  форсунки:

d = = = 0,37 мм,

где m = 2 – число сопловых отверстий

При m = 4, d_с = 0,26 мм.

При m = 6, d_с = 0,21 мм.

 

     1.3.3. Расчет электромагнитной форсунки  для газового двигателя с

               искровым зажиганием.

 

     Цикловая подача газового топлива определяется аналогично цикловой подаче бензина, т.е.:

q = G /( lo),

где Gвц(-30) = 0,00038 кг/цикл – цикловой расход воздуха при t° = -30°С;

      Gвц(-30) = 0,00029 кг/цикл – цикловой расход воздуха при t° = +45°С

       = 1,0 – коэффициент избытка воздуха,

        lo = 17,17 кг/кг – количество воздуха, теоретически необходимое для

                                 сгорания 1 кг КПГ.

q ц(n max)(-30) = 0,38/(1*17,17) = 0,022 г/цикл;

q ц(n max)(+45) = 0,29/(1*17,17) = 0,017 г/цикл

Определяем статический  расход через газовую форсунку

Gcm.min(-30) = 1000* q /t = 1000*0,022/18,7 = 1,18 г/с;

Gcm.min(+45) = 1000* q /t = 1000*0,017/18,7 = 0,91 г/с

Максимальный статический  расход с учетом всех издержек производства и допусков определяем из соотношения:

 Gcm.max(-30) = * 1,18 = 1,4 г/с;

Gcm.max(+45) = * 0,91 = 1,1 г/с

       где (0,09…0,11)² – качество сборки ДВС;

             (0,05…0,065)² – допуск и повторяемость;

             (0,1…0,2)² – на обогащение смеси для охлаждения нейтрализатора;

     По значениям максимального статического расхода вычисляем площадь проходного сечения жиклера форсунки по разным соотношениям:

а) G = , откуда F = ,

где ρm = 1,37 кг/м ;

      ρm = 1,043 кг/м ;

      ρm = 4,04 кг/м ;

      ρm = 3,054 кг/м ;

W – скорость истечения газа из сопла форсунки.

Для докритического истечения  скорость газа равна:

W1 = = = 11,46 м/с;

W2 = = = 13,14 м/с;

W3 = = = 6,67 м/с;

W4 = = = 7,68 м/с.

Определим площадь минимального сечения жиклера форсунки:

F1 = = 0,09 мм ;

F2 = = 0,08 мм ;

F3 = = 0,05 мм ;

F4 = = 0,05 мм

Диаметр отверстия одного жиклера в распылителе форсунки определяется:

d = = = 0,25 мм;

d = = 0,34мм

б) G = *а *F, откуда F = ,

где а = 406,2 м/с – скорость звука в газе при t = -30 С и = 0,5 МПа;

      а = 463 м/с – скорость звука в газе при t = +45 С и = 0,5 МПа

F1 = = 0,000853 мм ;

 F2 = = 0,00078 мм

d = = 0,033 мм ;

 d = =0,032мм

в) G = *F ,

где = 0,65 – коэффициент истечения;

      к = 1,4 – показатель адиабаты для газа;

      R = Rг/М = 8,31441: 16 = 0,52,

где М = 16 – молекулярный вес газа;

      Rг = 8,31441 Дж/(моль*К) – газовая постоянная.

Определим площадь минимального сечения жиклера форсунки:

F₁ = = = 0,013 мм ;

F₂ = = = 0,010мм

Диаметр отверстия одного жиклера в распылителе форсунки:

d = = 0,13 мм.

 

     1.4. Расчет топливного насоса и газового редуктора

     1.4.1. Расчет топливного насоса для ДВС с искровым зажиганием с

               впрыском во впускную трубу

 

     Расчет подачи бензонасоса производится по максимальному расходу топлива:

Q = К*((i*Q / *3600) + 20),

где К = 1,25 – коэффициент  запаса подачи бензонасоса;

     i = 4 – число цилиндров в двигателе;

      Q = 1,9 г/с – максимальный расход топлива через форсунку при

                                       максимальной частоте вращения коленчатого вала

                                        двигателя;

      = 695 кг/м - плотность бензина при максимальной

                                    температуре(+85°С);

      20 л/ч – минимальный расход топлива через редукционный клапан, при

                     котором еще поддерживается постоянное давление топлива в

                     системе.

 Q = 1,25*((4*1,9/695*3600) + 20) = 74 л/ч

 

     1.4.2. Расчет топливного насоса для ДВС с воспламенением от сжатия.

 

    В единицах объема цикловая подача:

V = q / = 16,12*1000/840 = 19,2 ;

V = q / = 16,12*1000/830 = 19,4

    Вследствие сжатия топлива и утечек через не плотности, а также из-за деформации трубопроводов высокого давления производительность насоса должна быть больше величины  V .

    Влияние указанных  выше факторов на величину  цикловой подачи учитывается  коэффициентом подачи насоса, представляющим отношение обьема цикловой подачи к объему, описанному плунжером на геометри-

ческом активном ходе:

     = V / V .  Величина для автомобильных и тракторных дизелей при номинальной нагрузке изменяется в пределах 0,70…1,1.

Таким образом, теоретическая  подача секции топливного насоса:

     V = V / = 19,2/0,9 = 21,3 мм /цикл;

     V = V / = 19,4/0,9 = 21,6 мм /цикл

     Полная производительность секции топливного насоса с учетом перепуска топлива, перегрузки дизеля и обеспечения надежного пуска при низких температурах определяется:

     V = (2,5…3,2)* V = 2,9*21,3 = 61,77 мм /цикл;

     V = (2,5…3,2)* V = 2,9*21,6 = 62,64 мм /цикл

     Это количество топлива должно быть равно объему, соответствующему полному ходу плунжера. Основные размеры насоса определяются из выражения:

     V = *d *S /4,

где d = = =

       = 8,87 мм – диаметр плунжера,

      d = = =

       = 8,93 мм – диаметр плунжера,

Принимаем d = 9 мм.

     Определяем  диаметр плунжера по другой формуле:

d =

где п = 2200 об/мин – частота вращения кулачкового вала;

      С = 57 см/с – средняя скорость плунжера;

      = 0,8 – коэффициент подачи топлива;

      – геометрическая продолжительность нагнетания в градусах по углу поворота кулачкового вала, определяемая геометрическим активным ходом плунжера.

    = /( Т ) = 18/(1,77*2) = 5,

     где ∆ = 1,2+(0,47/1000)*(n_к*р_om-100) = 1,77          

d =   = 8,75 мм

Принимаем d = 9 мм

Проверяем по эмпирической зависимости полученного при  статической обработке параметров реальных дизелей.

d = 1,69*(q ) при q < 10 г;

d = 1,69*0,01612 = 0,48 см

Полный ход плунжера

S = (S / d )* d = 1*9 = 9 мм

Принимаем S = 9 мм

При выбранном диаметре плунжера его активный ход:

S = V /f = 62,64/78,5 = 0,80 мм.

где V = 62,64 мм /цикл – полная цикловая подача секции топливного

                                                насоса;

       f = 63,6 мм – площадь плунжера.

Активный ход можно  вычислить по:

S = 4* q /( *d * * ) = 4*16,12/(3,14*9 *840*0,8) = 0,33 см.

S = 4* q /( *d * * ) = 4*16,12/(3,14*9 *830*0,8) = 0,34 см.

S / S = 9/3,4 = 2,6

Сравниваем по эмпирической зависимости:

S / S = 4,8/( d )   при d < 3 см;

S / S = 4,8/3,4 = 2,4

 

     1.4.3. Расчет газового редуктора

 

     Площадь сечения клапана редуктора при сверхкритическом перепаде давления определяем по выражению:

F_max = G_max/( *а ),

где Gmax(-30) = 1,4 г/с – максимальный расход газа;

      Gmax(+45) = 1,1 г/с – максимальный расход газа

     = 4,04 кг/м - плотность газа на входе перед форсункой

                                    при t = -30 С и = 0,5 МПа;

     = 3,054 кг/м - плотность газа на входе перед форсункой

                                      при t = +45 С и = 0,5 МПа;

     = 235,74 кг/м - плотность газа на входе перед форсункой

                                        при t = -30 С и = 200 МПа;

     = 139,77 кг/м - плотность газа на входе перед форсункой

                                        при t = +45 С и = 200 МПа

     а = 406,2 м/с – скорость звука при истечении газа

                                  при t = -30 С и = 0,5 МПа;

     а = 463 м/с – скорость звука при истечении газа

                                  при t = +45 С и = 0,5 МПа;

     а = 606,7 м/с – скорость звука при истечении газа

                                  при t = -30 С и = 200 МПа;

     а = 562,4 м/с – скорость звука при истечении газа

                                  при t = +45 С и = 200 МПа;

F1 = 1,4/(4,04*406,2) = 0,9 мм - площадь сечения клапана редуктора при сверхкритическом перепаде давления при t = -30 С и = 0,5 МПа;

F2 = 1,1/(3,054*463) = 0,8 мм - площадь сечения клапана редуктора при сверхкритическом перепаде давления при t = +45 С и = 0,5 МПа;

F3 = 1,4/(235,74*606,7) = 0,01 мм - площадь сечения клапана редуктора

при сверхкритическом перепаде давления при t = -30 С и = 200 МПа;