Анализ методов раскоксовывания распылителей форсунок дизельных двигателей

Авторы: Братков Алексей Сергеевич

.

Рубрика: Технические науки

Объём: 0,34

Опубликовано в: «Наука без границ» № 7(35), июль 2019

Скачать электронную версию журнала

Библиографическое описание: Братков А.С. Анализ методов раскоксовывания распылителей форсунок дизельных двигателей // Наука без границ. 2019. № 7(35). С.

Аннотация: В статье приведен анализ раскоксования распылителей форсунок дизельных двигателей. Нагароотложения на деталях цилиндропоршневой группы, а так же закоксовывание распылителей форсунок оказывает значительное отрицательное влияние на эффективность и надежность работы дизелей.

Методы раскоксовывания распылителей можно разделить на три группы: механические, химические и путем использования водотопливных эмульсий, причем вода может быть использована с растворенными в ней добавками.

Механические методы предполагают чистку распылителей путем использования различных механических инструментов, требуют больших затрат времени и могут привести к повреждению распылителей [1].

Более широко применяются химические методы. Так, например, можно сказать о первой отечественной моще-диспергирующей присадке АМГ-1, не уступающей лучшим зарубежным аналогам (Лубризол 8220, Праймен 81Р, GBX). Из зарубежных присадок в первую очередь нужно назвать фирму Injector Clean Systems. Предлагается устройство Smoke Buster для очистки распылителей за 15-23 минут работы дизельного двигателя на холостом ходу. Чистящая присадка смешивается с топливом, и дизель работает на этой смеси.

В исследованиях ученых говорится о том, что фирма Chevroll Research Go (США) разработала беззольную моюще-диспергирующую присадку к топливу, уменьшающую в два раза отложения нагара на распылителях высокооборотных малолитражных дизелей. Удельный вес присадки при температуре 15°С равен 890 кг/м3, температура вспышки – 43°С. При этом степень очистки распылителей изменялась в пределах от 30 до 70% (при среднем значении 51%). После добавления присадки степень очистки распылителей улучшилась [2].

Известно, что некоторые неорганические присадки, как, например, соединения бария, снижают концентрацию сажи в отработавших газах и уменьшают образование отложений.

Фирма Parker Automobile Corporation (США) разработала и производит установки Carbon Clean, предназначенные для диагностики двигателей, промывки и очистки всех элементов топливной аппаратуры, как дизелей, так и инжекторных двигателей от нагара и пленки, образующихся в результате окисления и полимеризации топлива и масла. Очистка производится с помощью химического растворителя углеродистых частиц. Устройство содержит рабочий бак для смеси и вспомогательный – для дизельного топлива, топливный насос подает топливо из вспомогательного в рабочий бак, где топливо смешивается с химическим растворителем. Сюда же сливается смесь после прохождения моечного цикла [3, 4].

Установка IDT дает возможность устранять смолу, пленку, нагар и другие вещества с деталей топливных систем дизельных двигателей любых типов. Установка имеет топливный насос, перекачивающий топливо (18 л/час), датчик загрязнения водой, индикатор засорения фильтра установки, резервуар для смеси топлива с химическим растворителем, отделитель воды от топлива, прозрачный резервуар для продуктов химической реакции (осадка), съемный резервуар для дизельного топлива, индикаторы уровня жидкости в топливном и других резервуарах, сигнальное устройство с блоком управления данных для оповещения механика об окончании моечного цикла, тахометр с цифровым дисплеем на жидких кристаллах, зонд тахометра.

При проведении технического обслуживания установка IDT временно подсоединяется к двигателю таким образом, что заменяет систему подачи топлива. При работе двигателя на холостом ходу смесь топлива и растворителя циркулирует под давлением в топливной системе, очищая загрязненные детали. Водяная эмульсия отделяется от раствора и направляется через фильтр в резервуар установки. Очистка длится приблизительно один час. После завершения моечного цикла установка автоматически выключает дизельный двигатель [5].

Данная установка является портативной и передвижной. Ее использование позволяет улучшить прозрачность отработавших газов в среднем на 25%, сократить расход топлива на 15%, увеличить мощность на 18%, дает возможность сократить объем дорогостоящих ремонтных работ и увеличить срок службы двигателя.

Известна присадка CEEV, специально разработанная для снижения закоксовывания штифтовых распылителей, и ее отечественный аналог АМГ-3. Проведенная оценка влияния присадки АМГ-3 на закоксовывание распылителей форсунок дизельного двигателя показала, что добавление АМГ-3 в топливо в концентрации 0,05% способствует снижению степени закоксовывания распылителей на 32%. Таким образом, интерес к новым моюще-диспергирующим присадкам не ослабевает, и исследователи продолжают разрабатывать новые присадки, обладающие высокой эффективностью, на основе доступных источников сырья. Недостатком присадок является их высокая стоимость.

В ГОСНИТИ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) разработан способ безразборной очистки распылителей форсунок дизелей путем периодической работы двигателя на водотопливных эмульсиях (ВТЭ), приготовляемых механическим способом или с помощью ультразвуковой установки УЗУ-01 (частота ультразвука 18 кГц). ВТЭ приготавливается вне системы питания дизеля и подается из отдельной емкости в линию низкого давления [6].

В процессе работы двигателя на ВТЭ происходит разрушение коксовых отложений в распылителе форсунки в результате пароструйной эрозии, возникающей при испарении капель воды (размер капель до 6-12 мкм), равномерно распределенных в объеме.

Исследования показали, что серийные распылители, закоксованные ускоренным методом и раскоксованные при работе двигателя на ВТЭ, обеспечивают последующую наработку на отказ, равную 75-80% от наработки распылителей, не подвергшихся очистке. Рекомендовано проводить профилактическую безразборную очистку распылителей через 480 часов при втором ТО-2 [7].

В ГОСНИТИ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) была разработана методика и установка по удалению коксовых отложений в распыливающих отверстиях распылителей и попутно – нагара в цилиндропоршневой группе (ЦПГ) на работающем двигателе. Стенд состоит из каркаса, бака-смесителя с расположенными на нем форсунками и трубкой, контролирующей уровень топлива, электрошкафа, пульта управления. В состав стенда входят ТНВД УТН-5, муфта привода, электродвигатель привода ТНВД, кран-распределитель для переключения потока топлива и эмульсии, воронка для введения в бак-смеситель топлива и компонентов эмульсии, кран для сообщения и разобщения трубопровода подачи топлива и бака-смесителя [4, 8].

Работа стенда происходит следующим образом: после ввода всех компонентов эмульсии (топлива, воды и эмульгатора) включается ТНВД. При этом кран-распределитель устанавливается в положение «смесь к ТНВД», а тумблер на пульте управления в положение «приготовление эмульсии». Смесь начинает циркулировать по контуру бак-смеситель-ТНВД-бак-смеситель. Впрыск смеси при циркуляции осуществляется через форсунки, установленные на баке-смесителе. Время приготовления смеси на стенде ОР-15720 составляет 25 минут и устанавливается по реле времени. По истечении времени приготовления эмульсии реле времени срабатывает и останавливает электродвигатель привода ТНВД. Стенд включается в режим «эмульсия к двигателю», тумблер на пульте управления – в положение «раскоксовывание», запускается двигатель и выводят его на максимальную частоту холостого хода. В течение 30 минут двигатель работает на этом режиме. Далее двигатель нужно остановить, отсоединяются топливопроводы стенда и присоединяются топливопроводы низкого давления ТНВД, открывается кран на топливном баке машины, и дают поработать двигателю не менее 5 мин на чистом топливе для удаления остатков ВТЭ из топливной системы во избежание коррозии и заклинивания элементов топливной аппаратуры. Замечено, что кратковременная работа на ВТЭ приводит также к заметному удалению нагара на деталях ЦПГ. Механизм очистки распыливающих отверстий распылителя от кокса можно представить следующим образом [9].

Исследованиями доказывается, что при истечении топлива через распыливающее отверстие происходит сужение потока. В полостях у внутренней поверхности соплового отверстия на всех режимах создается разрежение, ограничиваемое выделяющимся из топлива воздухом. В этой полости при впрыскивании топлива или ВТЭ создается абсолютное давление р = 0,3-0,4 бар. При этом температура жидкости равна t = 70-90°С. Из диаграммы водяного пара видно, что данная область (р = 0,3 - 0,4 бар и t-= 70-90°С) соответствует области перегретого водяного пара. Следовательно, вода испаряется гораздо раньше, чем топливо, и ее пары с большой скоростью выбрасываются через распыливающее отверстие, разрушая с помощью пароструйной коррозии коксовые отложения. Аналогичная ситуация возникает и в сечении под конусом иглы [10].

Важно отметить, что использование ВТЭ в дизелях обеспечивает не только раскоксовывание распылителей, но и обеспечивает ряд других преимуществ.

Список литературы
1. Кравченко И.Н. Ресурсосберегающие технологии ремонта сельскохозяйственной техники: учебное пособие / И.Н. Кравченко, В.М. Корнеев, Д.И. Петровский, Ю.В. Катаев. – М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2018. – 184 с.
2. Корнеев В.М., Катаев Ю.В. Влияние нагароотложений на работу двигателя // Сельский механизатор. 2011. № 1. С. 36-37.
3. Дорохов А.С. Безразборная очистка камеры сгорания двигателя / А.С. Дорохов, В.М. Корнеев, Ю.В. Катаев, К.А. Краснящих // Сельский механизатор. 2014. № 4. С. 36-37.
4. Катаев Ю.В. Безразборная очистка двигателя от нагара // Сельский механизатор. 2011. № 9. С. 34-35.
5. Катаев Ю.В., Корнеев В.М. Актуальность очистки деталей двигателя от нагароотложений // Международный технико-экономический журнал. 2010. № 1. С. 63-65.
6. Кравченко И.Н. Методика обоснования структурных элементов обслуживания мобильного парка сельскохозяйственных машин / И.Н. Кравченко, В.М. Корнеев, Ю.В. Катаев, М.С. Овчинникова // Труды ГОСНИТИ. 2017. Том 127. С. 41-46.
7. Катаев Ю.В., Вялых Д.Г. Исследование механизма образования нагароотложений в двигателе // Сельский механизатор. 2015. № 1. С. 38-40.
8. Катаев Ю.В., Малыха Е.Ф., Вялых Д.Г. Организация технического сервиса машинно-тракторного парка на региональном уровне // Наука без границ. 2017. № 11(16). С. 60-64.
9. Дорохов А.С., Катаев Ю.В. Кавитационное воздействие воды на нагароотложения в двигателях // Ремонт, восстановление, модернизация. 2014. № 9. С. 29-33.
10. Катаев Ю.В. Теоретические предпосылки безразборного способа очистки двигателя от нагароотложений // Инновации молодых ученых агропромышленному комплексу: сб. научн. трудов. – М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2011. – С. 60-63.

Материал поступил в редакцию 16.07.2019
© Братков А.С., 2019