Работа №2
Экспериментальное исследование работы топливных форсунок
1.Цель работы
Изучить конструкцию форсунки, научиться регулировать форсунки и изучить процессы происходящие в цилиндре двигателя при работе форсунок.
Основные теоретические положения
Рис.1. Схема топливной системы высокого давления …..(а) и зависимость давления топлива в надплунжерном объёме (б), в кармане корпуса распылителя (в), подъёма иглы распылителя (г) от угла поворота коленчатого вала.
Топливо в цилиндры дизеля подается топливной аппаратурой. В судовых дизелях наибольшее распространение получила топливная аппаратура непосредственного действия с механическим приводом (рис.1.а). Она включает в себя три основных элемента: топливный насос высокого давления (ТНВД) 6, топливопровод 1 высокого давления и форсунку 3.
Процесс подачи топлива. Плунжер-золотник 7 перемещается вверх от положения НП при помощи кулачка. При этом до тех пор, пока верхняя кромка плунжера-золотника не перекроет наполнительное отверстие И, топливо из надплунжерного объема Л будет вытесняться через это отверстие. Момент разобщения надплунжерного пространства с наполнительным отверстием называется геометрическим началом нагнетания (ГНН). Он соответствует точке ГНН на рис. 1,6. При дальнейшем подъеме плунжера-золотника начинается сжатие топлива в объеме Л, поэтому давление 
в нем увеличивается. Когда оно станет больше усилий, создаваемых пружиной 10 и остаточным давлением 
в топливопроводе 1, нагнетательный клапан 9 открывается и топливо начинает поступать к форсунке 3. Момент открытия клапана 9 называется действительным началом нагнетания (ДНН) насоса. Он соответствует точке ДНН на рис.1, б, в. При открытии нагнетательного клапана во входном участке топливопровода 1 возникает волна давления, которая движется к форсунке со скоростью звука в топливе, равной 1200-1400 м/с. За время движения волны от ТНВД до кармана распылителя форсунки (полость Д) коленчатый вал дизеля поворачивается на угол 
, представляющий собой сдвиг фаз нагнетания топлива насосом и впрыскивания его форсункой. С подходом волны давления к форсунке давления в полости Д начинает повышаться (точка НПД на рис.1, в) и при достижении давления 
, называемого давлением начала впрыскивания, игла 4 распылителя 5 поднимается, преодолевая сопротивление пружины 2 форсунки. Этот момент называется началом впрыскивания (НВ). Он соответствует точке НВ на рис.1, б, в, г. Угол, на который поворачивается коленчатый вал с момента ГНН до начала впрыскивания, называется углом запаздывания впрыскивания 
(см. рис. 1,6). Он определяется сжимаемостью топлива, длиной и упругостью трубопровода высокого давления, скоростью звука в топливе и др.
При подъеме иглы распылителя топливо из кармана распылителя поступает в колодец распылителя (полость Е), а оттуда через распыливающие отверстия Ж — в цилиндр дизеля.
Нагнетание топлива насосом прекращается, когда отсеченная кромка плунжера-золотника откроет отсечное отверстие К, т.е. произойдет отсечка топлива. Этот момент называется геометрическим концом нагнетания (ГНК). Ему соответствует точка ГКН на рис.1, б, в. При дальнейшем движении плунжера-золотника до ВП происходит вытеснение топлива через отверстие К. Угол поворота коленчатого вала, соответствующий ходу плунжера от ГНН до ГКН называется геометрической продолжительностью нагнетания 
(см. рис.1, б). Угол 
, в течение которого впрыскивание происходит при одновременном нагнетании топлива насосом, называется периодом активного впрыскивания топлива.
После ГКН впрыскивание топлива продолжается, но давление 
в кармане распылителя быстро падает, так что через некоторое время игла 4 под действием пружины 2 опускается, прекращая доступ топлива в полость Е. Этот момент называется концом впрыскивания (КВ). Ему соответствует точка КВ на рис.1, б, в, г. Угол 
, в течение которого впрыскивание происходит за счет энергии сжатого топлива и упругости трубопровода высокого давления, называется периодом свободного истечения. На его продолжительность влияют емкость трубопровода 1 и давление начала впрыскивания. Давление в кармане распылителя при посадке иглы ниже, чем в момент ее открытия. Это обусловлено разницей площадей иглы, на которые воздействует топливо при поднятой и опущенной игле.
Угол 
, на который поворачивается коленчатый вал от НВ до КВ, определяет продолжительность впрыскивания. При повороте плунжера золотника вокруг оси за поводок 8 изменяется момент отсечки топлива, а следовательно, продолжительность впрыскивания и цикловая подача.
После закрытия форсунки в трубопроводе 1 возникают колебания давления. Иногда их амплитуда настолько высока, что происходит повторное открытие форсунки - так называемое подвпрыскивание. Явление считается недопустимым, так как топливо при этом впрыскивается под низким давлением, сгорает не полностью и вблизи распылителя, что приводит к перегреву последнего и закоксовыванию распыливающих отверстий. Заметно снижается экономичность дизеля. При нормальной работе топливной аппаратуры прямые и отраженные волны давления в трубопроводе 1 после посадки иглы 4 гасятся из-за необратимых потерь энергии (трение о стенки трубопровода, вязкостное трение и др.) и колебания давления быстро затухают. В судовых дизелях 
, 
, а максимальное давление впрыскивания изменяется от 25 до 150 
.
Рис 2. Характеристика (а) и интегральная характеристика (б) впрыскивания.