Common Rail — революция в дизелестроении

Рис. 34.

Аккумулятор в CR для получения коротких нагнетательных ТВД закрепляется на ГБЦ и выполняется в виде толстостенной трубы. Например, в ТПА R. Bosch для ЛА d_вн.= 10 мм,

d_нар.= 18 мм, L_акк.= 280… 600 мм, т.е. V_акк.= 20…50 мл (для дизелей с N_eцил.=30…50 кВт V_акк. до 60 мл).

Аккумулятор иной формы удаляется от форсунок и сложнее в отношении обеспечения прочности.

Принципиален выбор V_акк.:

- он должен сглаживать колебания давления от ТНВД и форсунок (необходимо повышать V_акк.);

- обеспечить быстроту протекания переходных режимов (необходимо минимизировать V_акк.). Наиболее важные переходные режимы- резкий наброс нагрузки на средних частотах вращения КВ и пуск дизеля.

2.1.1.Элементы расчёта та Common Rail.

1. Задаются допустимой амплитудой колебаний давления топлива (обычно допускается

Δp= 5 МПа).

2. Допускаемая нестабильность ЦПТ от Δp= p_ак.- равна:

Δq_ц=

тогда - p_цил= (1- Δq_ц/q_ц)( p_ак.- p_цил).

Например, если принять Δq_цN= 1%, то при =150 МПа имеем: p^min _ак= 147,15 МПа;

p^max _ак= 152,85 МПа.

3. Примем схему CR с экономичным расходом топлива на управление. Тогда при q_ц=48 мм³ общий расход топлива V_∑≈ 1,25× q_ц= 60 мм³. Приняв коэффициент сжимаемости

α=35×10^-5 1/ МПа, получим необходимый объём аккумулятора:

V_акк.= V_∑/[ α(p^max_ак - p^min_ак)]= 35 мл.

Колебания p_ак. от подачи ТНВД менее значительны ввиду значительно большей продолжительности нагнетания каждым плунжером при использовании эксцентрикового привода. В течение этого периода происходит цикл расходования топлива со стороны хотя бы одной форсунки. Анализ реальной картины рассчитывается точно и без затруднений с использованием полной математической модели процесса.

4. Определение производительности ТНВД.

Минутный объёмный расход топлива для подачи в цилиндры на номинальном режиме дизеля:

Q_Nтеор.= (2 × n_е× i × q_ЦN)/( ρ _tт. × τ), где

τ – тактность; но на практике необходимая производительность должна быть скорректирована:

1) все ЭГФ имеют дополнительные расходы (утечки в распылителе, мультипликаторе запирания, в электроуправляемом клапане; расход на управление- он является решающим в качественно выполненной форсунке). Тогда

Q_Nфорс. =k_Nфорс. × Q_Nтеор..

Лучшие ЭГФ имеют k_Nфорс. = 1,05…1,35.

2. не очевиден режим работы дизеля, предъявляющий наиболее жёсткие требования к производительности ТНВД. Режим пуска - поверочный, требующий сохранения производительности при малых частотах, т.е. с большими утечками в насосе и форсунках. Насос должен обеспечить на пусковых частотах заданные производительность и давление подачи.

3. Необходимо обеспечить динамический резерв с учётом переходных режимов. Расчёт его требует задания времени переходного процесса в CR и V_акк.. Дополнительный расход ΔQ_{дин.рез.} находят из условий объёмного баланса:

ΔQ_{дин.рез.} = α(p₂ – p₁)× V_акк/ Δt_п.п. ;

Q_{дин.рез.} = ΔQ_{дин.рез.}+ Q_Nфорс. .

В действительности время достижения повышенного p_ак. может оказаться достаточным , т.к. дизель не может за Δt_п.п увеличить момент с нулевого до max из- за :

- инерционности наддува;

- реакции водителя;

- работы замедлителей и др.

Из условий обеспечения приёма нагрузки при переключении передач и повышения момента при движении проведён расчёт для дизеля

ЗМЗ- 514 : принимаяΔt_п.п.= 0,4 с, при V_акк = 20 мл с учётом необходимости подъёма давления p_ак. с 60 до 120 МПа, запас производительности ТНВД составил Q_{дин.рез.} = 0,09 л/мин.

Учитывая различия n_е на рассматриваемых режимах и выбранную n_к, производительность ТНВД за один оборот его вала (цикл насоса) составит:

V_Ц^тнвд= Q_max/n_К.

Видно, что вопрос обеспечения производительности ТНВД обусловлен для данного дизеля требованиями пускового режима и приёма нагрузки на режиме M_emax.(в частности, по этой причине по мере совершенствования систем CR V_ак. для немецких ЛА снижался с 60 мл до 13 мл).

Характерные расходы топлива высокого давления и другие расчётные показатели дизеля

ЗМЗ- 514 представлены в таблице: