Исследование динамики распыленной топливно-воздушной струи дизеля с системой топливоподачи Common Rail

• Автор: Ульрих, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ В ДИЗЕЛЕ
1.1 Методы математического моделирования рабочего цикла дизеля
1.2 Современное представление о структуре и динамике струи распыленного топлива в дизеле
1.3 Особенности развития топливной струи дизеля при использовании системы топливоподачи повышенного давления типа Common Rail
1.4 Моделирование процесса смесеобразования и сгорания в дизеле
1.5 Выводы по разделу
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ТОПЛИВНО-ВОЗДУШНОЙ СТРУИ ДИЗЕЛЯ КАК ТЕЛА ПЕРЕМЕННОЙ МАССЫ
2.1 Постановка задачи
2.2 Базовые уравнения математической модели
2.3 Особенности динамики топливовоздушной струи как
тела переменной массы
2.4 Математическое описание динамики развития струи
2.5 Реализация модели и рабочая программа
2.5.1 Основные положения численной реализации модели
2.5.2 Решение системы дифференциальных уравнений
2.6 Выводы по разделу
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАСПЫЛЕННОЙ ТОПЛИВНО-ВОЗДУШНОЙ СТРУИ ДИЗЕЛЯ
3.1 Модельное распределение капель топлива по размерам
3.1.1 Формулы Розина-Раммлера
3.1.2 Логарифмически нормальное распределение
3.2 Методика исследования распределения капель топлива по размерам

3.2.1 Схема установки для исследования дисперсности топливной струи методом малоуглового светорассеяния
3.2.2 Оценка параметров распределения
3.3 Установка для исследования скорости распространения фронта топливной струи
3.4 Комплекс для создания противодавления и организации
впрыска топлива
3.5 Выводы по разделу
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ВОПРОСЫ СОГЛАСОВАНИЯ ТОПЛИВНО-ВОЗДУШНОЙ СТРУИ С ГЕОМЕТРИЕЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ДИЗЕЛЯ
4.1 Задача согласования параметров топливной струи дизельного факела с геометрией камеры сгорания
4.2 Математическая модель описания топливной струи
как материальной точки переменной массы
4.2.1 Модель развития изотермической топливной струи как тела переменной массы
4.2.2 Алгоритм и программа расчёта динамики топливной струи дизельного факела
4.3 Некоторые вопросы согласования параметров топливно-воздушной
струи дизеля с геометрией камеры сгорания
4.3.1 Согласование параметров струи на основе
эмпирических формул
4.3.2 Некоторые результаты оптической диагностики топливной струи дизеля с помощью скоростной видеосъемки
4.3.3 Результаты численных расчётов динамики топливной
струи дизеля
4.4 Выводы по разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
Литература
Обозначения

ВВЕДЕНИЕ
Несмотря на более чем вековую историю мирового двигателестроения интерес исследователей к проблемам смесеобразования и горения в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) не уменьшается. Современная техника предъявляет все более жесткие требования к мощностным и экономическим показателям двигателей, но их улучшение сопряжено с дополнительными трудностями, которые могут быть в определенной мере разрешены соответствующей организацией процессов смесеобразования и горения.
Естественно, что решение таких серьезных задач невозможно без использования современных способов получения экспериментальных данных и средств математического моделирования внутрицилиндровых процессов ДВС, в т.ч. в дизелях с перспективной аккумуляторной системой топливопо-дачи повышенного давления типа Common Rail (CR).
В конечном итоге задача состоит в том, чтобы на стадии проектирования и доводки дизеля можно было бы сравнительно просто и достоверно, при помощи эмпирических формул и моделей и математического моделирования, прогнозировать показатели работы двигателя. Поэтому разработка достаточно простой математической модели топливно-воздушной струи (ТВС) дизеля с системой топливоподачи повышенного давления типа CR, исходящая из новых принципов описания процессов движения ТВС, смесеобразования и других, а также проведение экспериментальных исследований ТВС в двигателе или модельной бомбе постоянного объема (БПО) с использованием современных оптических методов и скоростной видеосъемки, представляется задачей актуальной.
Исследование динамических характеристик топливно-воздушной струи дизеля, как и любого иного нестационарного физического процесса или явления сводится к установлению закономерностей влияющих на его

и топливо по каналу 9 и магистрали 12 подается на слив. Давление в полости 8 уменьшается, игла 4 поднимается вверх и топливо через отверстия распылителя 5 впрыскивается в цилиндр ДВС. По окончании топливоподачи обмотка 14 обесточивается, сердечник 11 опускается (закрывая клапан 10) и под действием давления в полости 8 и усилия пружины 6 игла 4 также смещается вниз, прекращая подачу. Цикловая подача регулируется в процессе работы путем изменения времени питания обмотки 14 электромагнита.
В возвратный топливопровод встроен охладитель топлива, так как в результате сильного сжатия топливо может разогреться до 130°С. Теплота отводится к охлаждающей жидкости, которая перед входом в охладитель топлива дополнительно охлаждается в низкотемпературном радиаторе.
Таким образом, в системе топливоподачи высокого давления Common Rail можно выделить следующие особенности, влияющие на развитие топливной струи:
1. давление впрыска создается независимо от числа оборотов двигателя и может варьироваться в широком диапазоне (25 до 135 МПа);
2. управление впрыском при помощи быстро закрывающегося магнитного клапана;
3. возможность многофазной или дробной подачи топлива (многоступенчатый впрыск), что позволяет дизельному двигателю с прямым впрыском работать плавно и иметь низкую токсичность выхлопа.
1.4 Моделирование процесса смесеобразования и сгорания в дизеле
Изучение процесса смесеобразования и сгорания в ДВС, а вместе с тем и создание адекватных и достоверных математических описаний этого процесса, позволяет изменять параметры струи распыленного топлива и наиболее эффективно организовывать рабочий процесс.