ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЦЕНТР ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ

Кафедра «Сервис и техническая эксплуатация автотранспортных средств»

Конструкция, расчет и потребительские свойства автомобилей

РАСЧЕТ МЕХАНИЗМОВ, СИСТЕМ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЯ

Учебное пособие

6. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ ДИЗЕЛЯ

     Топливный насос высокого давления является основным конструктивным элементом системы питания дизелей. Он предназначен для отмеривания необходимого количества топлива и подачи его под высоким давлением в цилиндры в установленный момент в соответствии с порядком работы двигателя. Для автомобильных и тракторных дизелей применяют топливные насосы высокого давления золотникового типа с плунжерами, нагруженными пружинами и приводимыми в движение кулачками вращающегося вала.
      Расчет секции топливного насоса заключается в определении диаметра и хода плунжера. Эти основные конструктивные параметры насоса находятся в зависимости от его цикловой подачи на режиме номинальной мощности дизеля.
      Цикловая подача, т.е. расход топлива за цикл:
      в массовых единицах (г/цикл)

g_ц = g_e · N_e · τ /(120 n· i);

      в объемных единицах (мм³/цикл)

V_ц = g_e · N_e · τ /(0,12 n · i · ρ_т),

где ρ_т – плотность топлива, г/см³.
     Вследствие сжатия топлива и утечек через неплотности, а также из-за деформации трубопроводов высокого давления производительность насоса должна быть больше величины V_ц.
     Влияние указанных выше факторов на величину цикловой подачи учитывается коэффициентом подачи насоса, представляющим отношение объема цикловой подачи к объему, описанному плунжером на геометрическом активном ходе:

η_н = V_ц/V_т,

где V_т = f_п · S_акт – теоретическая цикловая подача насоса, мм³/цикл (f_п – площадь поперечного сечения плунжера, мм²; S_акт – активный ход плунжера, мм).
     Таким образом, теоретическая подача секции топливного насоса

V_т = V_ц/η_н.

      Величина η_н для автомобильных и тракторных дизелей при номинальной нагрузке изменяется в пределах 0,70 ÷ 0,90.
      Полная производительность секции топливного насоса (мм³/цикл) с учетом перепуска топлива, перегрузки дизеля и обеспечения надежного пуска при низких температурах определяется по формуле

V_н = К_ц · V_т,

где К_ц=2,5÷3,2 –коэффициент увеличения цикловой подачи топлива.
      Это количество топлива должно быть равно объему, соответствующему полному ходу плунжера.
      Основные размеры насоса определяются из выражения

V_н = πd²_пл · S_пл /4,

где d_пл и S_пл – диаметр и полный ход плунжера, мм.
      Диаметр плунжера

d_пл = [4V_н /(π · S_пл / d_пл)]^1/3.

      Отношение S_пл /d_пл изменяется в пределах 1,0 ÷ 1,7. Диаметр плунжера насоса должен быть не менее 6 мм. При меньших диаметрах затрудняется обработка и пригонка плунжера в гильзе.
      Полный ход плунжера (мм)

S_пл = (S_пл / d_пл) d_пл.

      При выбранном диаметре плунжера его активный ход

S_акт = V_т / f_пл,

где V_T – теоретическая подача секции топливного насоса, мм³/цикл.

      Форсунки служат для распыливания и равномерного распределения топлива по объему камеры сгорания дизеля и выполняются открытыми и закрытыми. В закрытых форсунках распыливающие отверстия сообщаются с трубопроводом высокого давления только в период подачи топлива. В открытых форсунках эта связь постоянна.
      Расчет форсунки сводится к определению диаметра сопловых отверстий.
      Объем топлива (мм³/цикл), впрыскиваемого форсункой за один рабочий ход четырехтактного дизеля (цикловая подача):

V_ц = g_e · N_e · 10³ /(30 n · i · ρ_т)
или
V_ц = G_т · 10⁶ /(30 n · i · ρ_т).

      Время истечения топлива (с)

Δt = Δφ/(6n),

где Δφ – угол поворота коленчатого вала, град.
      Продолжительность подачи Δφ задают в зависимости от типа смесеобразования дизеля. При пленочном смесеобразовании Δφ=15÷25° поворота коленчатого вала, а при объемном, где требуется более высокая скорость впрыска, Δφ=10÷20°.
      Средняя скорость истечения топлива (м/с) через сопловые отверстия распылителя определяется по формуле

ω_ф = [(2/ρ_т)(р_ф - р_ц)]^0,5,

где р_ф – среднее давление впрыска топлива, Па; р_ц=(р'_с+р_z)/2 – среднее давление газа в цилиндре в период впрыска, Па; р'_с и р_z – давление в конце сжатия и сгорания, определяемое по данным теплового расчета дизеля, Па.
     В дизелях без наддува р_ц = 3 ÷ 6 МПа, а в двигателях с наддувом может быть значительно выше.
     Среднее давление впрыска р_ф в дизелях автомобильного и тракторного типов лежит в пределах 15 ÷ 40 МПа и зависит от величины затяжки пружины форсунки, гидравлического сопротивления сопел, диаметра и скорости движения плунжера и др. Чем выше давление впрыска, тем больше скорость истечения топлива и лучше его распыливание.
     Величина средней скорости истечения топлива изменяется в широких пределах: ωф = 150 ÷ 300 м/с.
     Суммарная площадь (мм²) сопловых отверстий форсунки находится из выражения

f_с = V_ц /(10³ μ_ф · ω_ф> · Δt),

где μ_ф – коэффициент расхода топлива, равный 0,65 ÷ 0,85.
     Диаметр соплового отверстия форсунки

d_с = [4f_с/(π m)]^0,5,

где m – число сопловых отверстий.
     Число и расположение сопловых отверстий выбирается исходя из формы камеры сгорания и способа смесеобразования.
     В дизелях с пленочным смесеобразованием применяют одно–и двухдырчатые распылители с диаметром отверстия 0,4 ÷ 0,6 мм, а в дизелях с объемным смесеобразованием – многодырчатые распылители с диаметром отверстий 0,2 мм и более.

О ПОСОБИИ            НАЗАД            ВПЕРЕД            СОДЕРЖАНИЕ            СПИСОК ПОСОБИЙ