УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТ НАГАРА ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области технологии машиностроения, более конкретно, к установкам для очистки деталей двигателей внутреннего сгорания (ДВС) от трудноудаляемых загрязнений, преимущественно от нагара, и может найти применение при создании и отработке стендовых установок для периодической очистки от нагара полости рабочих цилиндров в работающих дизельных и карбюраторных двигателях автотракторной техники специального и сельскохозяйственного назначения.
Известна установка для ультразвуковой очистки металлических деталей, содержащая ультразвуковую ванну, заполненную моющим раствором, магнитострикционные излучатели, расположенные в донной части ванны, средства для интенсификации ультразвуковой очистки, аппаратуру контроля и управления (см. Физика и техника мощного ультразвука, том Ш. Физические основы ультразвуковой технологии. М.: изд. Наука, 1970, с. 241).
Известная установка может использоваться для очистки сильно загрязненных или трудно очищаемых деталей ДВС, например, некоторых типов масляных фильтров. Однако в известной установке достаточно сложно обеспечить эффективную очистку от нагара крупногабаритных или полых изделий и некоторых ответственных деталей ДВС, в частности, поршней, топливных форсунок, клапанов и др.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является установка для очистки от нагара поршней ДВС, содержащая средства для подготовки и подачи очищающей среды на поверхность деталей (см. Технология ремонта машин / Е.А.Пучин, B.C.Новиков, Н.А.Очковский и др.; Под ред. Е.А.Пучина. - М.: КолосС, 2007, с. 62 - прототип).
Особенностью известной установки является наличие емкости для размещения запаса мелких стеклянных шариков, средств подачи сжатого воздуха и эжекционных форсунок для организации потока очищающей среды в виде потока стеклянных шариков в воздушной струе. Процесс очистки поршней от нагара протекает в камере, оборудованной двумя эжекционными форсунками, которые создают разрежение в подводящих шлангах, что приводит к поступлению шариков к эжекционным форсункам из указанной емкости. Стеклянные шарики в форсунках попадают в струю сжатого воздуха и приобретают необходимую энергию для разрушения нагара в момент соударения с загрязнением. Верхние форсунки очищают днище поршня, а боковые форсунки очищают канавки под поршневые кольца. Шарики возвращаются в сборную емкость по патрубку в основании рабочей камеры с помощью дополнительного воздушного эжектора. К недостаткам известной установки следует отнести необходимость полной разборки двигателя для очистки поршней от нагара.
Решаемой задачей полезной модели является создание эффективной и сравнительно простой в эксплуатации полуавтоматической стендовой установки для периодической очистки от нагара поршней, клапанов, цилиндров и других элементов в работающих ДВС при использовании имеющегося на многих ремонтных предприятиях типового оборудования.
Достигаемый технический результат заключается в увеличению ресурса и безаварийной эксплуатации двигателей для дорогостоящей автотракторной техники специального и сельскохозяйственного назначения. Оперативное профилактическое обслуживание на стендовой установке действующих дизельных и карбюраторных двигателей обеспечивает своевременную очистку полости рабочих цилиндров от нагара, способствует восстановлению рабочих характеристик двигателей и снижению трудовых затрат на проведение указанных работ.
Решение поставленной задачи и указанный технический результат достигаются следующим образом. В установке для очистки от нагара деталей двигателя внутреннего сгорания, содержащей средства для подготовки и подачи очищающей среды на поверхность деталей, согласно полезной модели, содержится парогенератор, снабженный электрическим нагревателем со средствами для регулирования параметров водяного пара, выход парогенератора соединен через тракт подачи водяного пара с входами управляемых паровых форсунок, установленных в головке блока цилиндров двигателя или примыкающих к ним воздуховодах, причем, по крайней мере, один из выходов топливного насоса высокого давления двигателя соединен посредством управляемых перепускного и блокирующего вентилей с трактом подачи водяного пара, средства для регулирования его параметров включают микроконтроллер, выходы которого связаны с управляющими входами блока питания электрического нагревателя парогенератора, форсунок подачи водяного пара, указанных вентилей и блока управления двигателем, а входы микроконтроллера соединены с выходами датчиков температуры и давления водяного пара.
Кроме того, паровая и топливная форсунки для каждого из цилиндров двигателя могут быть совмещены в блок, снабженный общим выходным штуцером для посадки в гнездо топливной форсунки, а средства для подачи воды в парогенератор могут содержать теплоообменник для предварительного нагрева воды.
Такое выполнение установки позволяет решить указанную задачу создания достаточно эффективной и сравнительно простой в эксплуатации стендовой установки для периодической очистки от нагара труднодоступных внутренних полостей цилиндров, поверхности поршней, клапанов и других элементов двигателя. Технический результат, выражающийся в увеличении ресурса и безаварийной эксплуатации двигателей, связан со снижением износа указанных элементов двигателя в условиях отсутствия нагара на их рабочих поверхностях. Отделение частиц нагара с поверхности деталей в рабочем объеме цилиндра двигателя осуществляется в процессе воздействия пара высокого давления в условиях высоких температур при сгорании топливовоздушной смеси с последующим удалением частиц нагара с выхлопными газами.
Важным преимуществом предложенной установки является возможность одновременной очистки всех цилиндров ДВС непосредственно при работе на стендовой установке. При этом обеспечивается поддержание требуемых режимов очистки деталей двигателя, для оптимизации которых установка снабжена датчиками для измерения и средствами для регулирования параметров процесса очистки - температуры, давления пара и длительности обработки.
На фиг.1 представлена блок - схема предложенной установки.
Установка для очистки от нагара деталей дизельного двигателя содержит парогенератор 1, снабженный электрическим нагревателем 2 со средствами для регулирования параметров водяного пара. Выход парогенератора 1 соединен через тракт 3 подачи водяного пара с входами управляемых паровых форсунок 4, установленных в головке блока цилиндров (не показана) двигателя 5 или примыкающих к ним воздуховодах 6. При этом паровые форсунки 4 могут быть установлены независимо в дополнительных отверстиях (не показаны) в указанных частях двигателя 5 или совместно с его топливными форсунками. Один из выходов топливного насоса высокого давления 7 (ТНВД) двигателя 5 соединен посредством управляемых перепускного и блокирующего вентилей 8, 9 с трактом 3 подачи водяного пара.
Средства для регулирования параметров водяного пара включают микроконтроллер 10, выходы которого связаны с управляющими входами блока питания 11 электрического нагревателя 2 парогенератора 1, форсунок 4 подачи водяного пара, вентилей 8, 9 и блока управления 12 двигателем 5. Входы микроконтроллера 10 соединены с выходами датчиков температуры 13 и давления 14 водяного пара. В двигателе 5 указаны топливная форсунка 15, дроссельная заслонка 16, механизм ее привода 17, датчик разрежения 18, датчик 19 частоты вращения вала двигателя 5, цилиндр 20 и один из клапанов 21 двигателя 5. На схеме установки поз. 22 обозначен вспомогательный теплоообменник для предварительного нагрева воды перед подачей в парогенератор 1. Поз. 23 обозначен соединительный узел блока для размещения паровой 4 и топливной 15 форсунок, при этом блок снабжен общим выходным штуцером для установки в гнезде удаленной топливной форсунки 15. Пульт 24 предназначен для оперативного управления установкой, в частности, при необходимости изменения параметров настройки в рабочем режиме при ремонте новых типов двигателей.
Установка для очистки от нагара деталей дизельного двигателя функционирует следующим образом.
Предварительно снятый из автомобиля или трактора двигатель 5 устанавливают на стапель (не показан) установки после чего у него выворачивают топливные форсунки 15. Затем в каждое из гнезд удаленных топливных форсунок 15 вставляют выходной штуцер соединительного блока для размещения паровой 4 и топливной 15 форсунок. Указанные форсунки соединяют, как показано на схеме, с трактом 3 подачи водяного пара и трактом подачи топлива от ТНВД 7, один из выходов которого через управляемый перепускной вентиль 8 также соединяют с трактом 3 подачи водяного пара.
После этого с пульта управления 24 оператор производит настройку микроконтроллера 10 установки и блока управления 12 двигателем 5 путем задания требуемых параметров подачи в двигатель 5 пара и топлива с учетом задаваемых, опытных или расчетных данных. Эти параметры по регламенту очистки должны быть функционально связаны с выбором типа ремонтируемого двигателя (мощность, количество цилиндров, параметры подачи воздуха, цикловой расход топлива и т.п.), с ожидаемым характером загрязнений в виде нагара в цилиндрах 20 двигателя 5 (прогнозируемй состав, толщина, уровень адгезии) и с параметрами пара из парогенератора 1.
Затем с пульта управления 24 оператор вручную или по автоматической программе осуществляет с помощью микроконтроллера 10 подключение блока питания 11 к электрическому нагревателю 2 парогенератора 1 и, в некоторых случаях, вспомогательного теплоообменника 23 для предварительного нагрева воды перед подачей в парогенератор 1. Параметры генерируемого при этом пара, фиксируемые с помощью датчиков температуры 13 и давления 14, доводятся до регламентируемых для целей очистки показателей в диапазоне 110-140°С и 0,5-5 МПа. Указанные параметры пара для очистки от нагара упомянутых деталей (на примере дизельного двигателя 6VD) найдены в результате теоретических и экспериментальных исследований, проведенных авторами в МГАУ им.
Горячкина В.П. Исследования показали, что нагар на поверхностях рабочих элементов головки цилиндра, поршней, клапанов и др. представляют собой сравнительно плотные неорганические и углеводородные отложения, являющиеся результатом высокотемпературного химико-термического превращения минеральных и сажистых частиц, смазочных материалов и топлива. Сюда следует отнести также продукты изнашивания деталей машин, накипь и т.п. В этой связи к важным задачам высокотемпературной паровой очистки деталей двигателя следует отнести оптимизацию параметров подаваемого пара, характера и уровня его воздействия на данный вид отложений, обладающих высокой адгезией к металлу.
Конкретные параметры пара на выходе парогенератора 1 задаются или рассчитываются для каждого вида двигателей. Соответственно выбираются рабочие характеристики электрического нагревателя 2, парогенератора 1, управляемых вентилей 8, 9, сечение тракта 3 подачи пара и т.п. Указанные средства для интенсификации очистки цилиндров 20 от нагара обеспечивают регламентируемую циклическую подачу пара и топлива в заданные промежутки времени. Под действием избыточного давления и высоких температур в рабочем объеме цилиндров 20 двигателя 5 происходит интенсивное отделение и вывод частиц загрязнений, преимущественно, с выхлопными газами в атмосферу.
После проведения подготовительных операций с пульта управления 24 посредством блока управления 12 включают двигатель 5 на холостой режим. После прогрева двигателя 5 с пульта управления 24 или по программе микроконтроллера 10 подают пар указанных параметров из парогенератора 1 через блокирующий вентиль 9 на управляемые микроконтроллером 10 паровые форсунки 4 в цилиндры 20 синхронно с подачей топлива от ТНВД 7 через топливные форсунки 15.
По окончании работы двигателя в режиме очистки в диапазоне 0,5-2 час происходит автоматическое отключение подачи пара в паровые форсунки 4 с помощью блокирующего вентиля 9 и переключение указанного выхода подачи топлива из ТНВД 7 посредством открытия перепускного вентиля 8 на несколько минут для пролива тракта 3 подачи пара и паровых форсунок 4 одновременно с работой двигателя 5 на холостых оборотах. Циклическое переключение указанных агрегатов установки осуществляется в автоматическом режиме в течение всего периода очистки внутренних полостей цилиндров 20 двигателя 5. При этом, как указывалось, блок управления 12 обеспечивает поддержание заданных режимов работы двигателя 5, а микроконтроллер 10 - поддержание заданных режимов работы парогенератора 1, паровых форсунок 4 и других компонентов установки синхронно с блоком управления 12 и работой двигателя 5.
Достижение необходимого уровня очистки цилиндров двигателя оценивается оператором посредством фиксирующей аппаратуры (не показана) на пульте управления 24 установки по основным значениям регламентируемых параметров холостого хода двигателя, а в отдельных случаях - при контрольной разборке одного из ряда отремонтированных на установке двигателей. В ряде случаев возможно повторное включение установки в автоматическом режиме для более полной очистки от нагара деталей ранее установленного двигателя на тот же или меньший период времени.
Очистка узлов и деталей двигателей автотракторной техники от эксплуатационных трудноудаляемых загрязнений является одним из важнейших факторов, влияющих на ресурс сельскохозяйственных машин. От совершенства технологии очистки деталей двигателя от нагара зависят качество, производительность труда, культура производства и, в конечном счете, надежность ремонтируемого оборудования. Известно также, что затраты на удаление нагара с внутренних элементов цилиндров ДВС, даже в случае разборки двигателей, значительно ниже затрат на изготовление или закупку новых деталей двигателя (форсунок, поршней, клапанов), которые зачастую трудно заказать или приобрести. Особенно это относится к деталям, изготовленным из достаточно дорогих и дефицитных металлов и сплавов.
Проведенные в МГАУ им. Горячкина В.П. теоретические и экспериментальные исследования в области очистки деталей двигателей от нагара непосредственно в процессе их работы обеспечили разработку основных требований по созданию предложенной стендовой установки, в частности, для дизельных двигателей 6VD. На экспериментальной базе университета были изучены необходимые условия для восстановления рабочих характеристик указанных деталей. Результаты испытаний по удалению нагара с внутренних поверхностей цилиндров показали высокое качество их очистки для упомянутых дизельных двигателей, ресурс которых при этом увеличивается на 15-35%, что обеспечивает перспективу широкого внедрения предложенной установки на авторемонтных предприятиях.