Устройство для испытания форсунок непосредственно на двигателе
APPARATUS FOR TESTING NOZZLES DIRECTLY ON ENGINE

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к испытаниям элементов и узлов топливной аппаратуры дизеля и предназначено для испытания плунжерных пар и нагнетательных клапанов автотракторных двигателей непосредственно на насосе.
Известен максиметр [1, стр. 124, рис. 89], который предназначен для определения максимального давления, развиваемого насосной секцией топливного насоса, давления начала впрыска топлива форсункой и гидравлического сопротивления топливопровода высокого давления без удаления насосной секции из корпуса топливного насоса. Максиметр получил широкое распространение и применяется в условиях эксплуатации при проведении технического обслуживания топливной аппаратуры. В то же время максиметр обладает существенными недостатками. Он конструктивно изготовлен таким образом, что топливо, подаваемое насосной секцией, выпрыскивается непосредственно в окружающую среду, тем самым ухудшая экологию и условие работы оператора, осуществляющую испытание насосной секции данным прибором. Другим существенным недостатком данного прибора является то, что в процессе определения максимального давления, развиваемого насосной секцией, сначала микрометрическую головку устанавливают в положение, при котором происходит впрыск топлива через распылитель максиметра. Затем плавно увеличивают затяжку пружины до момента прекращения впрыска топлива. После чего, слегка уменьшают затяжку пружины до момента появления впрыска и по делениям шкалы определяют давление, создаваемое испытываемым насосной секцией. В момент прекращения впрыска топлива плунжер продолжает перемещаться вверх и нагнетать топливо в замкнутый объем. Так как давление, создаваемое насосной секцией довольно высокое свыше 30 МПа [1, стр. 123], это приводит к деформации самого плунжера и втулки насосной секции, а также штуцера насосной секции и клапанного узла. Также может возникнуть гидравлический удар, с вытекающими отсюда отрицательный последствиями. Такая ситуация крайне не желательная и в последующем может привести к резкому снижению ресурса как насосной секции так и насоса в целом.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является устройство КИ-4802 для проверки плунжерных пар и нагнетательных клапанов [1 - стр. 123, рис. 88; 2 - стр. 48, рис. 14] дизельной топливной аппаратуры. Устройство собрано на тройнике (рукоятке) и включает манометр, демпфер для гашения пульсаций топлива, предохранительный клапан с пружиной, открывающийся при давлении 30 МПа. Также включает гайку для регулирования усилия затяжки пружины предохранительного клапана, контргайку, колпака, расположенного на нижнем торце тройника. Сбоку тройника установлен штуцер для подключения топливопровода высокого давления, с помощью которого устройство подключается к штуцеру испытываемой секции топливного насоса. При этом насосная секция не удаляется с корпуса топливного насоса. То есть устройство предназначено именно для испытания (диагностики) насосной секции без разборки топливного насоса. Прибор удобен в работе и широко применяется в эксплуатации. В то же время он имеет существенные недостатки, которые заключаются в следующем.
Топливопроводы, устанавливаемые на одном двигателе, должны иметь одинаковую длину и имеют форму спирали [3, стр. 56]. Это необходимо для того, чтобы обеспечить идентичность подачи топлива по всем цилиндрам двигателя. Это, во-первых. Во-вторых, сжимаемость и инерция топлива приводит к возникновению волнового распространения состояния в нагнетательном трубопроводе, особенно на повышенных скоростных режимах при высоких давлениях впрыска [4. стр. 302]. То есть в нагнетательном трубопроводе в процессе подачи топлива возникают упругие колебания. Эти колебания создают обратные сопротивления, вплоть до искажения заданным профилем кулачка топливного насоса характеристику подачи топлива. Это явление необходимо учитывать при конструировании устройств, для испытания насосных секций не удаляя их из насоса. У устройства известной конструкции [1 - стр. 123, рис. 88; 2 - стр. 48, рис. 14] применяемый топливопровод имеет прямоугольную форму. И длина его не соответствует длине и форме топливопровода испытуемого насоса, что может привести к большой погрешности результатов испытаний. То есть испытания с помощью известного устройства осуществляются в условиях, не соответствующих условиям эксплуатации (работы) топливного насоса, что является источником погрешности результатов испытаний.
У существующей конструкции при испытаниях, топливо, после открытия предохранительного клапана, открывающегося при давлении 30 МПа, стекает через дренажное отверстие в гайке в свободное пространство, по-другому на пол, или на двигатель, тем самым загрязняя окружающую среду (нарушая экологию и ухудшая условия работы оператора с прибором), что не желательно. Вследствие этого на двигателе и на топливном насосе собирается пыль и грязь.
У известного устройства данной конструкции, перед следующим замером давление в системе необходимо немного уменьшить на время, отвернув накидную гайку на одном из концов топливопровода высокого давления с помощью гаечного ключа. Это не совсем рационально.
Так как для этого приходится выполнять дополнительные операции (взять гаечный ключ, ослабить накидную гайку, и после падения (уменьшения) давления в системе обратно затянуть накидную гайку надежно). На это тратиться много времени, кроме этого, частые ослабления и затяжки гайки, на практике эти действия приходится осуществлять многократно, приводят к износу и выходу из строя резьбы гайки. Для более убедительности (точности) результатов испытаний, как правило, проверку данной плунжерной пары осуществляют трехкратно.
Таким образом, известные устройства для испытания насосной секции, не удаляя ее из корпуса насоса, имеют существенные недостатки как с точки зрения точности результатов испытаний, производительности, так и ухудшения условия работы оператора и загрязнения окружающей среды.
Целью изобретения является повышение точности результатов испытаний, улучшение условий работы на рабочем месте и повышение производительности процесса испытания плунжерных пар топливных насосов, а также повышение срока службы устройства, путем усовершенствования конструкции серийно выпускаемого устройства.
На фиг. 1 показан общий вид серийно выпускаемого и массово применяемого устройства для проверки плунжерных пар и нагнетательных клапанов, где приняты следующие обозначения: 1 - манометр, 2 - демпфер, 3 - предохранительный клапан, 4 - пружина предохранительного клапана, 5 - гайка для регулировки давления затяжки пружины предохранительного клапана, 6 - контргайка, 7 - колпак, 8 - секция топливного насоса, 9 - накидная гайка, 10 - топливопровод высокого давления прямоугольной формы.
На фиг. 2 показан общий вид усовершенствованного (предлагаемого) устройства для проверки плунжерных пар и нагнетательных клапанов, где приняты следующие обозначения: 11 - резервуар для сбора топлива, 14 - штуцер, 15 - заглушка штуцера, 16 - топливопровод высокого давления спиральной формы. Остальные обозначения те же, что и на фиг. 1
Сущность изобретения заключается в следующем. В серийно выпускающем устройстве (фиг. 1) для проверки плунжерных пар и нагнетательных клапанов для подсоединения устройства к испытуемой секции 8 топливного насоса применяется топливопровод 10 высокого давления прямоугольной формы и постоянной длины. Прямоугольная форма топливопровода и его постоянная длина установлены конструктором без учета конструктивных особенностей самого испытуемого топливного насоса, двигателя, на который данный топливный насос установлен. То есть при такой конструкции устройства испытание происходит без учета конструктивных особенностей самого насоса и условий его работы, двигателя, на который установлен испытуемый насос, что приводит к большим погрешностям результатов испытаний. Для устранения этого недостатка, в предложенном устройстве вместо топливопровода высокого давления 10 прямоугольной формы и постоянной длины, применяется топливопровод 16 высокого давления спиральной формы и длины (фиг. 2), равной длине топливопровода высокого давления, который применяется при установке данного испытуемого насоса на двигатель конкретной марки. На фиг. 2 топливопровод 16 показан в упрощенном виде. Такая конструкция устройства позволяет испытания проводить в условиях, приближенных к эксплуатационным, и повысить точность результатов испытаний.
У устройства существующей конструкции избыток топлива, появляющийся при снижении давления в манометре для выполнения последующих измерений, через отверстия в гайке 5 (фиг. 1) для регулирования силы затяжки пружины предохранительного клапана, контргайки 6 и колпака 7 на нижнем конце рукоятки устройства стекает в атмосферу, попадая на двигатель и в последующем стекая на почву. При этом, на поверхностях двигателя, топливного насоса и других деталях оседает пыль. Что также не желательно. То есть при существующей конструкции устройства происходит загрязнение окружающей среды, ухудшение условий работы оператора, осуществляющего испытания. Для устранения этого недостатка в предложенном устройстве вместо колпака 7 на нижнем конце ручки установлен резервуар для топлива 11 (фиг. 2) для сбора избыточного топлива. Сбор избыточного топлива в процессе испытаний с последующим его сливом в определенную емкость позволяет уменьшить загрязнение окружающей среды и улучшить условия работы оператора. Кроме того, в предложенном устройстве на днище резервуара 11 установлен штуцер 14, закрытый заглушкой 15. Это сделано для того, чтобы по желанию, оператор мог использовать для сбора топлива только емкость 11, или же, надеть на штуцер 14 гибкий шланг (шланг не показан) и через него топливо направить в другую емкость большего объема, что исключает частые сливы накопившегося топлива из резервуара 11.
Следующим недостатком устройства существующей конструкции является то, что перед выполнением последующих замеров давление в манометре приходиться снижать, отвернув (на время) накидную гайку 9, расположенную на штуцере секции топливного насоса 8 с последующей ее затяжкой до получения герметичного соединения. Данная операция крайне не желательная, так как приводит к следующим отрицательным последствиям. Во-первых, увеличивается трудоемкость испытания, так как для выполнения данной операции приходиться иметь дополнительный инструмент - гаечный ключ. С помощью этого ключа приходится ослабить накидную гайку с последующей надежной ее затяжкой, что требует дополнительной затраты времени. Кроме этого, на практике эти действия (частые ослабления и затяжки гайки) приходится осуществлять многократно, приводят к износу и выходу из строя резьбы накидной гайки и износу гаечного ключа. Для более убедительности (в точности) результатов испытаний, как правило, проверку данной плунжерной пары осуществляют трехкратно. Для устранения данного недостатка у устройства существующей конструкции, на рукоятке с противоположной стороны штуцера для подсоединения топливопровода 16 высокого давления установлен запорный вентиль 13, который расположен между манометром 1 и демпфером 2 и служит для уменьшения давления в манометре. Наличие запорного вентиля 13 позволяет исключить операции частого ослабления и затяжки накидной гайки на штуцере испытываемой плунжерной пары, что позволяет продлить ресурс накидной гайки устройства и штуцера насосной секции, а также отпадает необходимость иметь дополнительный рабочий инструмент в виде ключа. Также позволяет повысить удобство работы оператора и повысить производительность процесса испытания. На фиг. 2 для упрощения запорный вентиль 13 показан условно. Расположение запорного вентиля 13 именно между манометром 1 и демпфером 2 уменьшает пульсацию вытекающего из запорного вентиля 13 и улучшает работу оператора.
Испытание плунжерной пары и нагнетательного клапана с помощью предложенного устройства осуществляется следующим образом.
Выбирают топливопровод высокого давления 16 спиральной формы и длины, соответствующий двигателю, на который установлен испытуемый топливный насос. Дело в том, что топливопроводы высокого давления, установленные на двигателе, имеют форму спирали и одинаковую длину. Выбранный топливопровод 16 с одним концом подсоединяют через накидную гайку к устройству, а другим концом к штуцеру испытуемой насосной секции 8 топливного насоса. При этом запорный вентиль 13, закрыт. Прокручивая коленчатый вал пусковым двигателем, плавно перемещают рычаг управления регулятором в сторону увеличения подачи топлива и наблюдают за показанием манометра. Если плунжерная пара развивает давление свыше 30 МПа, то открывается предохранительный клапан 3 и топливо стекает в резервуар 11. Такая плунжерная пара считается годной для дальнейшей эксплуатации. Если после перемещения рычага управления регулятором до упора максимальных оборотов (максимальная подача топлива насосом) испытуемая плунжерная пара развивает менее 30 МПа, насос необходимо отправить в ремонт.
Перед следующим замером уменьшают давление в системе помощью запорного вентиля 13, расположенного между манометром и демпфером плавно поворачивая вентиль против часовой стрелки. После падения давления манометра демпфер надежно закрывают, поворачивая вентиль по часовой стрелке и, повторяют операцию испытания плунжерной пары. Для получения более точного результата операцию испытания повторяют как минимум три раза. За результат принимают среднее из трех испытаний.
Плотность прилегания запирающего конуса нагнетательного клапана топливного насоса определяют, нагнетая топливо в манометр 1 до давления несколько больше 15 МПа. После этого рычаг управления регулятором переводят в положение «выключено» и наблюдают за перемещением стрелки манометра. Когда стрелка манометра достигает деления 15 МПа, включают секундомер и замеряют время падения давления с 15 МПа до 13 МПа. Если это время менее 10 с, насос должен быть отправлен в ремонт, или данный клапанный узел необходимо заменить.
Технический эффект от применения предложенного устройства при испытании плунжерной пары и нагнетательного клапана заключается в повышении точности результатов испытаний, улучшении условий работы на рабочем месте, повышении производительности процесса испытания плунжерных пар и нагнетательных клапанов топливных насосов.
Источники информации
1. Кривенко П.М., Федосов И.М. Ремонт и техническое обслуживание системы питания автотракторных двигателей. - М.: Колос, 1980. - 288 с, ил. -(Учебники и учеб. пособия для подгот.с.х. кадров массовой квалификации).
2. Оборудование для текущего ремонта сельскохозяйственной техники. Справочник. С.С. Черепанов, А.А. Афанасьев, И.И. Мочалов и др.; под ред. д-ра техн. наук С.С. Черепанова. - М.: Колос, 1981, 256 с. ил.
3. Вихерт М.М., Мазинг М.В. Топливная аппаратура автомобильных двигателей: Конструкция и параметры. - М.: Машиностроение, 1978. - 176 с., ил.
4. Н.Р. Брилинг, М.М. Вихерт, И.И. Гутерман. Быстроходные дизели. Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы. М.: 1951, 520 с. ил.