При расчетах использовалась трехмерная модель исследуемого узла, ограниченная плоскостями со стороны входного и выходного отверстий. Для решения поставленной задачи были заданы необходимые начальные и граничные условия, определены цели и критерии завершения расчета. На входных и выходных отверстиях в качестве граничных условий задавались давление и массовый расход топлива. Расчет выполнялся как для прямого (от ТНВД к форсунке), так и обратного направления течения топлива. Критерием окончания расчета являлось установившееся во времени значение силы, действующей на клапан или иглу форсунки. Расчеты выполнялись на компьютере Pentium® (3,0 ГГц, 1ГБ ОЗУ). Для проточной части ТНВД и форсунки было выполнено около 350 расчетов, которые заняли 400 часов машинного времени для ТА дизеля 10Д100, и 480 расчетов (порядка 550 часов) для ТА дизеля Д49.

Полученные в ходе этих расчетных экспериментов данные позволили определить поправки к силам, действующим на клапан (DFк) и иглу форсунки (КFи), которые использовались для решения уравнений динамики подвижных элементов в системе уравнений (4). Результаты расчетного исследования течения топлива в проточной части ТНВД и форсунки с использованием приложения CosmosFloWorks приведены в четвертой главе.

Разработанная методика позволяет с наименьшими затратами сил и без каких-либо сложных расчетов, нарушающих структуру общепринятого гидродинамического расчета, произвести уточнение силы, действующей на клапан ТНВД и иглу форсунки.

Проверка адекватности математической модели эксперименту выполнялась для форсунки тепловозного дизеля 10Д100. Предварительные натурные измерения хода иглы и диаметра сопловых отверстий испытуемой форсунки инструментальными методами показали их соответствие чертежным размерам. Результаты проверки (рис. 3) показывают хорошее совпадение расчетной и экспериментальной характеристик. Максимальное значение отклонения величины давления для рассматриваемого случая составило не более 650 кПа (около 7%).

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Рис. 3. Результаты проверки адекватности математической модели (дизель 10Д100; hs =0,22; jк = 3,1 Н/мм; y0 = 4 мм; jи = 140 Н/мм; z0 = 2,96 мм; dпл = 6,27 мкм; dи = 3,93 мкм; dс = 0,56 мм; zmax = 0,45 мм)

Третья глава посвящена вопросу экспериментального определения сигнала давления топлива в ТВД и движения плунжера ТНВД стенда. Для этой цели была модернизирована штатная конструкция опрессовочного стенда типа А106 для проверки форсунок тепловозных дизелей. Измерение сигнала давления осуществлялось тензоэлектрическим преобразователем давления типа МИДА-ДИ-13П, установленным в полость аккумулятора стенда, а перемещение плунжера насоса – с помощью датчика линейного перемещения фирмы «GEFRAN» PY-2-F-025-S0.

В качестве регистрирующей аппаратуры использовался персональный компьютер (ПК) с устройством ввода аналоговых сигналов NI USB-9215 фирмы «National Instruments». На рис.4 показана схема модернизированного стенда. В работе приведена оценка погрешности экспериментального исследования измерительных каналов, которая составила для сигнала давления – 1,5%, а для сигнала хода плунжера насоса стенда – 1,1%.

1–бак с топливом; 2–топливный фильтр; 3–отстойник; 4–датчик хода плунжера насоса стенда; 5–ТВД; 6–толкатель плунжера насоса; 7-ТНВД стенда; 8-тройник; 9-тензоэлектричес-кий датчик давления; 10-форсунка; 11-рычажный привод; 12-силовой винт; 13-устройство ввода NI USB-9215; 14-ПК

Рис. 4. Схема модернизированного стенда типа А106

Описанный выше комплекс использовался в лабораторных условиях для получения высокоточных результатов для решения задач, поставленных в настоящей диссертационной работе. Для условий эксплуатации с целью удобства использования, простоты и снижения стоимости дополнительного оборудования был разработан микропроцессорный сборщик данных, позволяющий автономно, без использования ПК, выполнять стандартные процедуры по проверке форсунок. При подключении ПК, с соответствующим программным обеспечением, оснащение стенда позволяет решать задачи оценивания параметров ТС форсунок по приведенной выше методике.

В четвертой главе приведены результаты расчетного исследования течения топлива в проточной части ТНВД и распылителя форсунки дизелей типа 10Д100 и Д49, необходимые для уточнения гидродинамического расчета процесса впрыскивания топлива. Эти уточнения направлены на определение поправки к силе, действующей на клапан ТНВД и иглу форсунки. В результате анализа полученных в ходе расчетного исследования точек и их дальнейшей аппроксимации определена поправка DFк к силе, рассчитанной по общепринятой методике для клапана ТНВД

(5)

и КFи для иглы форсунки

(6)

где F0, F, – силы, рассчитанные по общепринятой методике и полученные в ходе расчетного исследования соответственно; a, a1, a2, a3, a4, a5 – коэффициенты аппроксимирующих уравнений, зависящие от направления течения топлива, величины подъема подвижных элементов и типа ТА; Re – число Рейнольдса; w – скорость потока топлива в кольцевой щели между конусом иглы форсунки и ее посадочным местом.

Параллельно с задачей определения поправки к силе, производился расчет эффективных проходных сечений (mf) кольцевой щели между конусом и седлом клапана ТНВД и иглы форсунки, наполнительного и отсечного отверстия гильзы плунжера, а также отверстий соплового наконечника распылителя форсунки для дизелей типа 10Д100 и Д49. В общем случае полученные расчетные точки достаточно точно аппроксимируются уравнением

(7)

где p1, p2, q1 – коэффициенты, зависящие от перемещения подвижных элементов (клапан ТНВД, игла форсунки, плунжер) и направления течения топлива. Полученные в ходе расчетного исследования графические зависимости и значения коэффициентов в уравнениях (5 - 7) представлены в диссертации.

На рис. 5 представлены результаты проверки влияния полученных в ходе расчетного исследования уточнений силы, действующей на клапан ТНВД и иглу форсунки дизеля 10Д100. Как видно из рисунка, расчет с использованием уточнений дает лучшее совпадение с экспериментом, чем расчет по общепринятой методике, что особенно хорошо видно на участке впрыскивания топлива. Максимальное отклонение давления между экспериментальной и расчетными характеристиками составило: для расчета без уточнений – порядка 2,6 МПа (18%), для расчета с уточнениями – не более 800 кПа (6%).

В работе представлены результаты расчетного и экспериментального исследования оценивания параметров ТС форсунок с использованием предлагаемого метода идентификации. Исходя из возможностей используемой математической модели и анализа экспериментальных данных в варьируемые параметры b были включены следующие величины: dс, dи, zmax, jи, hs, dп, j.

Для уменьшения количества итерационных операций, а также числа одновременно варьируемых параметров при оптимизации, предложено, задачу идентификации рассматривать в несколько этапов, для чего сигнал давления в трубопроводе стенда условно разбивался на характерные участки (рис. 6).

Рис. 5. Результаты проверки уточнения сил, действующих на клапан ТНВД и иглу форсунки дизеля 10Д100

Рис.6. Пример разделения расчетной области на характерные участки

На первом этапе неизвестными параметрами являются величины hs и dи. Другие режимные показатели, влияющие на характер кривой для данного участка, измерены инструментальными средствами и не подлежат варьированию (начальная затяжка пружины клапана ТНВД и ее жесткость). После нахождения оптимальных значений этих параметров производится оптимизация для следующего этапа. На втором этапе изменение формы диаграммы, при известном (измеренном) для любого момента времени положении плунжера, зависит от наличия утечек приведенных к зазору в плунжерной паре ТНВД стенда. На данном этапе определяется единственный параметр dп. Критерием качества оптимизации для первых двух этапов является среднее квадратичное отклонение между экспериментальной и расчетной характеристиками. На форму кривой давления третьего этапа влияют следующие параметры: jи, dс, zmax. На четвертом этапе близость модели эксперименту может быть достигнута подбором соответствующего значения подачи ТНВД (положение рейки ТНВД стенда) - j. Критерием качества оптимизации третьего и четвертого этапов является отклонение по фазе и амплитуде характерных точек рассматриваемых характеристик: точки 1 и 2 для этапа 3, и точка 3 для этапа 4. Так как параметр, определяемый на последнем участке оптимизации, никак не отражает ТС форсунки и относится только к насосу стенда, то его определением в процессе идентификации можно пренебречь.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4