книги из ГПНТБ / Ждановский, Н. С. Надежность и долговечность автотракторных двигателей

форсунками, а т а к ж е эффективного проходного сечения сопловых отверстий распылителя .

Способ оценки закоксовывания сопловых отверстий по изменению ц/ дает полную информацию о состоянии распы­ лителя . Однако при этом требуется снятие форсунки с дви­ гателя, ее разборка, проливка, сборка и установка на двигатель .

П р и сравнительных испытаниях в качестве оценочного показателя рекомендуется скорость коксования, харак ­

Р и с . 57. И з м е н е н и е п о к а з а т е л е й , х а р а к т е р и з у ю ­ щ и х к о к с о в а н и е р а с п ы л и т е л е й п р и у с к о р е н н ы х и с п ы т а н и я х в у с л о в и я х ц и к л а с д в у х р а з о в о й п о ­ д а ч е й т о п л и в а .

на прямолинейном участке к горизонтальной оси за пе­ риод 25—40 ч испытаний.

Д л я построения линий коксования можно принять из­ менение эффективной мощности или температуры отрабо­ тавших газов .

Коксование бесштифтовых распылителей сопрово­ ждается уменьшением суммарного проходного сечения сопловых отверстий и повышением давления топлива перед форсункой. Повышение давления топлива, вызванное уве­ личением гидравлического сопротивления сопловых от­ верстий при их закоксовывании, оказывает некоторое влияние на процесс впрыска топлива и на протекание индикаторных диаграмм в цилиндрах двигателя . В пер­ вом приближении можно принять, что уменьшение Nе

190

Чтобы исключить влияние изменения механических потерь двигателя и температуры топлива на величину оце­ ночных показателей скорости коксования, температурный режим двигателя поддерживается постоянным (темпера­ тура воды на выходе из двигателя 80—85 °С), а темпера­ тура топлива в П-образном канале основного насоса в пре­ делах 4 2 - 4 5 °С.

Средняя скорость коксования сопловых отверстий бес­ штифтовых распылителей в первые 3—4 ч испытаний в 2—2,5 раза выше, чем в остальной период испытаний. После 3—4 ч испытаний тангенс угла наклона линий кок­ сования к оси абсцисс tg а к остается постоянным и может служить оценочным показателем скорости коксования .

Определение отказов штифтовых распылителей произ­ водилось по изменению эффективной мощности цилиндра с испытуемой форсункой, так как пропускная способность

стия, штифта и неполном подъеме иглы), так и увеличи ­ ваться (при подтекании распылителя из-за закоксовывания запорного конуса и зависания иглы в верхнем положе ­ нии). Поэтому дл я определения момента отказа исполь­ зуется бестормозной способ проверки мощностных показа ­ телей цилиндра с испытуемой форсункой с замером частоты вращения и расхода топлива при работе его по нормаль­ ному ц и к л у . Продолжительность испытаний, после кото­ рых обнаруживается снижение частоты вращения при работе двигателя на одном цилиндре на 10% от нормаль­ ного, принимается за время работы до отказа . Снижение мощности цилиндра при этом составляет примерно 7%. Было установлено (см. п. 25), что снижение мощности на 7% от номинального значения является отказом дви­ гателя .

Бестормозная проверка осуществляется периодически через к а ж д ы й час испытаний. Момент наступления полного закоксовывания распылителя определяется по характеру протекания индикаторной диаграммы и подъема иглы, а также контролируется по показателям работы на одном цилиндре и по внешним признакам работы двигателя . При полном закоксовывании распылителя работа двига­ теля становится жесткой, и двигатель на одном цилиндре, как правило, не работает.

191

Д л я штифтовых распылителей, так ж е как и дл я бес­ штифтовых, установлено, что с увеличением цикловой по­ дачи при основном и с уменьшением цикловой подачи при дополнительном впрыске (при суммарной цикловой подаче 120% от номинального значения) продолжительность испы­ таний до отказа из-за закоксовывания и до полной потери работоспособности сокращается .

способности составляет 9,5 и 12,6 ч.

Весь объем ускоренных испытаний распылителей фор­ сунок на отказ подразделяется на периоды, которые вы­ полняются в определенной последовательности: 1) конт­ рольно-подготовительный, 2) моторный, 3) контрольный .

Контрольно-подготовительный период включает регу­ лировочные, сборочные, контрольные и другие работы, связанные с проведением ускоренных испытаний. Пр и этом проводится испытание и регулировка основного и дополнительного насосов, их установка на стенде, про­ верка плотности клапанов-разделителей, маркировка рас­ пылителей, проверка подвижности иглы в корпусе, гид­ роплотности, эффективного проходного сечения, хода иглы, углов запорного конуса иглы и корпуса распыли­ теля, регулировка давления начала подъема иглы . Про ­ изводится сортирование распылителей по группам с близ­ кими характеристиками по пропускной способности, ходу иглы и гидроплотности.

Моторный период включает пуск двигателя, прогрев в течение 30—45 мин и выход на режим, близкий к номи­ нальному . Одновременно производится коксование трех распылителей, форсунка одного цилиндра с одноразовой подачей топлива является контрольной. В конце каждого часа испытаний производятся замеры показаний весового механизма электротормоза при работе двигателя на трех цилиндрах с включенной и выключенной дополнительной подачей топлива для определения мощности отдельных цилиндров с испытуемыми форсунками, температуры от-

192

работавших газов, расхода топлива основным и дополни­ тельным насосами; на экране осциллографа фиксируется максимальное давление цикла, давление топлива перед форсункой, характер подъема иглы распылителя .

Контрольный период характеризуется проведением следующих операций после (5—8 ч испытаний моторного периода: проверки давления начала подъема иглы фор­ сунки, подтекания топлива у носка распылителя в момент начала и окончания впрыска, степени закоксовывания сопловых отверстий, плотности распылителя, эффектив­ ной пропускной способности сопловых отверстий.

После сборки и регулировки форсунки устанавли­ ваются на двигатель и проводится следующий 6—8-часо­ вой моторный период испытаний с последующим повторе­ нием контрольного периода. Общий цикл, испытаний со­ ставляет 25—40 ч.

33.П Р И М Е Н Е Н И Е М Е Т О Д А У С К О Р Е Н Н Ы Х

И С П Ы Т А Н И Й Ф О Р С У Н О К Н А Н А Д Е Ж Н О С Т Ь В У С Л О В И Я Х П Р О И З В О Д С Т В А

Снижение интенсивности коксования распылителей форсунок может быть получено за счет правильной ком­ плектации системы топливоподачи, обеспечения опреде­ ленного температурного р е ж и м а их работы, подбора ма­ териала, применения специальных покрытий и т. д.

Метод ускоренных испытаний форсунок на отказы в связи с коксованием распылителей позволяет оперативно оценить в условиях заводов эффективность конструктив­ ных и технологических мероприятий, направленных на снижение коксования и повышение надежности форсунок. Этот метод может быть также применен в условиях специа­ лизированных ремонтных предприятий топливной аппа­ ратуры д л я выборочного контроля качества ремонта и комплектации топливной аппаратуры, а также при оценке эффективности новых способов восстановления деталей

скорость коксования распылителей увеличивается на 50%; при увеличении давления з а т я ж к и п р у ж и н ы форсунки

с 175 до 220 кгс/см2 скорость коксования уменьшается на 25%. Полученные результаты согласуются с наблюдениями

Стенд д л я ускоренных испытаний на отказы форсунок на основе цикла с двухразовой подачей топлива создан на Ногинском заводе топливной аппаратуры имени 50-летия О к т я б р я .

194

Применение метода ускоренных испытаний на отказы форсунок в производственных условиях дает значитель­ ный экономический эффект.

34.П У Т И П О В Ы Ш Е Н И Я Н А Д Е Ж Н О С Т И Ф О Р С У Н О К

Кнаиболее частым видам отказа распылителей отно­ сятся: зависание иглы, закоксовывание сопловых отвер­ стий, потеря, герметичности по запорному конусу, дефор­

углеродистых отложений в камере или в сопловых отвер­ стиях распылителя .

Надежность форсунок может быть повышена за счет конструктивных и эксплуатационных мероприятий . Н а скорость коксования распылителей влияет комплектация системы топливоподачи (выбор хода иглы, разгрузочного объема нагнетательного клапана, площади эффективного проходного сечения, диаметра запорного конуса, давления

ливоподачи должна исключать дополнительные впрыски топлива, попадание горячих газов в распылитель, обес­ печивать четкую организацию конечной фазы впрыска . Дополнительные впрыски топлива возникают при усло­ вии, если амплитуда отраженной от форсунки и затем от топливного насоса волны давления превышает давление открытия иглы форсунки . Дополнительные впрыски вы­ зывают интенсивное закоксовывание сопловых отверстий, что объясняется поступлением топлива в цилиндры в кодце периода сгорания при высоком давлении и температуре в объеме камеры сгорания . Дальнобойность струи при до­ полнительном впрыске небольшая, качество распыла пло­ хое, что вызывает повышение теплонапряженности про­ странства в зоне носка распылителя и приводит к оседа­

Устранение подвпрысков достигается за счет правиль ­ ного выбора значений разгрузочного объема нагнетатель­ ного к л а п а н а , диаметра нагнетательного топливопровода и площади эффективного проходного сечения распыли­ теля.

В работе А. И. Зеленихина (ЦНИТА) установлена за­ висимость температуры распылителя от значения разгру -

зочного объема нагнетательного клапана . При уменьшении разгрузочного объема нагнетательного клапана темпера­ тура распылителя увеличивается, так ка к появляются подвпрыски; при увеличении разгрузочного объема тем­

ском моторном заводе, установлено, что одним из основ­ ных факторов, определяющих долговечность распыли­ телей, является величина хода иглы .

Осциллографирование работы топливной аппаратуры двигателя ЯМЗ - 238 при различном ходе иглы показало, что при ходе 0,58 мм скорость иглы в момент посадки на

роятность подскоков иглы за счет упругости деталей фор­ сунки, а следовательно, прорыва газов в камеру и закоксовывания распылителей.

Результаты исследований топливной аппаратуры дви­ гателя Я М З - 2 3 8 Н Б показали, что после 100 ч работы при ходе иглы 0,45—0,5 мм даже при давлении начала подъема иглы форсунки 150 кгс/см2 наблюдается прорыв газов в камеру распылителями только при давлении 175 кгс/см 2 поверхность иглы остается чистой, так ка к в этом случае горячие газы не проникают в камеру распылителя . Пр и уменьшении хода иглы распылителя до 0,28—0,32 мм не­ значительный прорыв газов в камеру распылителя проис­ ходит только при давлениях начала подъема иглы фор­

дации уменьшить величину хода иглы с 0,4—0,53 до 0,28—

ным ходом иглы при установке форсунок на двигатель ЯМЗ-238М значительно снизило число дефектов, связан ­ ных с неудовлетворительной работой форсунок. Б о л ь ш и н ­ ство распылителей сохранило свою работоспособность после 2000 мото-ч работы двигателя на дизельном топ­ ливе.

196

Иссл едован ия топливоподающей аппаратуры на дви­ гателе Я М З - 2 3 8 Н Б показали, что незначительная склон­ ность к закоксовыванию сопловых отверстий у распыли ­ телей с уменьшенным ходом иглы отмечалась только после 3500 мото-ч работы.

Применение самоочищающихся распылителей позво­ ляет повысить надежность форсунок, уменьшить число отказов по причине закоксовывания сопловых отверстий распылителей. К о н с т р у к ц и я самоочищающегося распыли­ теля основана на использовании -разницы коэффициентов линейных расширений сталей, применяемых для распыли ­ телей (11 • 10~6—15 • 10"6 1/°С) и кокса (15 • К Г 7 — 3 0 • 10~7 1/°С). Эффективность самоочищаемости распылителя зависит от амплитуды колебаний температуры носка распылителя за время рабочего цикла дизеля . Самоочищающийся распыли ­ тель CAV дизеля фирмы «Rolls-Royce» имеет малое отноше­ ние длины сопла к диаметру { l i d = 1,37), увеличенный диа­ метр центрального канала носка (1,8 мм), обеспечивающий развитую н а р у ж н у ю поверхность носка и малую тепловую инерцию носка (толщина стенки носка равна 0,55 мм). Самоочищаемость распылителя на номинальных и максимальных н а г р у з к а х обеспечивается тем, что за периоды сжатия, сго­ рания, выпуска температура распылителя повышается, а при впрыске топлива тепловой поток поглощается топли­ вом и температура штифта достигает минимального значе­ ния . Пр и работе на холостом ходу вследствие уменьшения подачи топлива амплитуда температурных колебаний мало отличается от среднего значения и может наступить закок­ совывание сопловых отверстий. Поэтому в ряде фирменных инструкций запрещается длительная работа некоторых ди­ зелей на холостом ходу.

Уменьшение отложений на деталях распылителя можно получить также за счет улучшения очистки топлива и воз­ духа, поступающих в цилиндры дизеля .

Д л я повышения надежности работы применяется тепло­ вая защита распылителя, что обеспечивает снижение по­ тока тепла, подводимого к нему из камеры сгорания . Уве­ личенный теплоотвод от форсунки обеспечивается за счет применения тонкостенных стаканчиков, отделяющих фор­ сунку от полости о х л а ж д е н и я головки цилиндров, или

197

теля и стенкой головки цилиндров или при чрезмерно большой величине этого зазора температура распылителя резко возрастает, и он быстро выходит из строя. Зазор между корпусом форсунки и стенкой головки цилиндров устанавливается в 0,1—0,3 мм. Чтобы исключить касание распылителем стенок камеры сгорания при наличии эк­ сцентричности деталей форсунки, расточки головки цилин­ дров или при неправильном монтаже, предусматривается зазор между стенкой головки цилиндров и распылителем 0,8—0,9 мм.

Снижение температуры распылителя может быть до­ стигнуто более интенсивным теплоотводом от .гнезд фор­ сунок при подборе оптимальных сечений отверстий, сое­ диняющих водяную р у б а ш к у цилиндров с головкой дви­

поверхности распылителя осуществляется за счет удлине­ ния цилиндрической части гайки крепления распылителя и применения торцовой уплотняющей прокладки, пере­ крывающей зазор между распылителем и гайкой крепле­ ния распылителя .

В работе [40J показана возможность существенного снижения температуры распылителя за счет подбора ма­

ж е н и я топливосборного кармана . Пр и расположении топливосборного кармана в нижней части распылителя за

198

участки распылителя, подверженные действию высоких температур, следует рассматривать к а к перспективные мероприятия по снижению температуры и коксования распылителей автотракторных дизелей.

Кперспективным работам по изысканию способов сни­

же н и я коксования распылителей следует отнести т а к ж е исследование и выбор материалов д л я изготовления рас­ пылителей.

Кэксплуатационным факторам, обеспечивающим сни­ жение коксования распылителей, относятся следующие: своевременный и качественный уход за системой охлажде ­ ния с целью поддержания нормального теплового режима двигателя и, особенно, зон установки форсунок в головке блока; правильный монтая^ форсунок на двигателе; под­ держание оптимальных регулировок топливной аппара­

враспылителях .

Г л а в а I X

ПО В Ы Ш Е Н ИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ

ДВ И Г А Т Е Л Е Й

3 5 . Т Е Х Н О Л О Г И Ч Е С К И Е , К О Н С Т Р У К Т И В Н Ы Е

И Э К С П Л У А Т А Ц И О Н Н Ы Е М Е Р О П Р И Я Т И Я ПО П О В Ы Ш Е Н И Ю Д О Л Г О В Е Ч Н О С Т И Д В И Г А Т Е Л Е Й

Технологические мероприятия по повышению долго­ вечности двигателей должны быть направлены на улуч ­ шение методов обработки заготовок д л я получения деталей с необходимой микро- и макрогеометрией, установление методов окончательной механической обработки поверх­ ностей трения, упрочнение рабочих поверхностей дета­ лей, а т а к ж е на повышение качества сборки и обкатки.

К конструктивным мероприятиям относятся: модер­ низация выпускаемых заводами моделей двигателей в на­ правлении улучшения фильтрации воздуха, топлива и масла, защиты поверхностей трения от абразивных частиц загрязнения, поддержания оптимального теплового ре­ жима работы двигателя, выбора более рационального рас­ положения цилиндров и деталей клапанно-распредели-

1 9 9