Устройство для испытания топливных насосов высокого давления и форсунок дизелей

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к области технической диагностики дизельной топливной аппаратуры.
Мощностные, экономические и экологические показатели дизельных двигателей в значительной степени зависят от технического состояния топливных насосов высокого давления (ТНВД) и форсунок (Ф). В процессе эксплуатации параметры насосов и форсунок часто выходят за пределы регламентированных значений. Это обусловливает необходимость периодической их технической диагностики, заключающейся в воспроизведении скоростных и нагрузочных режимов работы насосов и измерении их основных параметров, в том числе - средней цикловой подачи топлива (производительности секций) и неравномерности подачи топлива, также фазовых параметров - угла начала нагнетания и чередования подачи топлива, а также измерении диагностических параметров форсунок.
Известен ряд способов испытания ТНВД, основанных на одновременном измерении параметров всех секций ТНВД. Стенды для испытания насосов согласно указанным способам снабжены приводом для вращения вала насоса, набором эталонных форсунок и средствами измерения параметров ТНВД (Патент США №4348895, кл. G01M 15/00, 1982 г.; Патент США №4497201, кл. G01M 19/00, 1983 г.; Патент РФ №2156377, кл. F02M 65/00, 2000 г.; Патент РФ №2224907, кл. F02M 65/00, 2004 г.; Черноиванов В.И. Техническое обслуживание и ремонт машин в сельском хозяйстве. - Москва, 2003 г., С. 565-568).
Известен способ испытания ТНВД, основанный на одноканальной схеме измерения диагностических параметров, и устройство для его реализации, у которого датчик давления, форсунка и расходомер топлива объединены в один измерительный канал, выполненный с возможностью поочередного подсоединения к каждой секции насоса (Патент RU 2289720 С1, МПК F02M 65/00, 2006 г.).
Данный способ позволяет выполнять испытания и регулировку снятого с двигателя ТНВД совместно с форсункой, что повышает качество регулировки всего комплекта приборов высокого давления топливной системы дизеля.
Общим недостатком известных способов и устройств является невозможность проверки технического состояния и регулировки форсунок.
Известно устройство для испытания топливных насосов высокого давления и форсунок дизелей, содержащее раму со смонтированной на ней плитой для установки топливного насоса высокого давления, привод, форсунку, систему топливоподачи и средства измерения производительности, неравномерности подачи топлива и фазовых параметров секций насоса, связанные с системой управления и обработки информации, средства измерения производительности и неравномерности подачи топлива выполнены в виде расходомера, расположенного после форсунки по ходу потока топлива, а средства измерения фазовых параметров выполнены в виде датчика давления, установленного между измеряемой секцией насоса и форсункой, и датчика угловых перемещений, связанного с валом привода, при этом датчик давления, форсунка и расходомер объединены в один измерительный канал, выполненный с возможностью поочередного подсоединения к каждой секции насоса, кронштейн для крепления испытываемой форсунки, камеру впрыскивания, изготовленную из прозрачного полимерного материала и соединенную сливным трубопроводом с системой топливоподачи, муфту привода насоса, снабженную рычагом для механического проворачивания вала насоса, а в магистрали высокого давления испытываемой форсунки, соединяющей одну из секций насоса с форсункой, последовательно установлены датчик давления, сливной и обратный клапаны, объединенные в единый измерительный канал (Патент RU 161694 U1, МПК F02M 65/00, 2016 г.) - прототип.
Такая конструкция устройства позволяет выполнять испытания и регулировку как отдельно форсунок и ТНВД, так и выполнять испытания и регулировку снятого с двигателя ТНВД совместно с форсунками.
Недостатком известной конструкции устройства (прототипа) является то, что проверку испытываемой форсунки на гидравлическую плотность и герметичность выполняют в статике, для чего в качестве насосного элемента для создания высокого давления в питающей магистрали форсунки, используют одну из секций ТНВД, устанавливают время контроля и, используя блок управления и компьютер, регистрируют величину падения давления и по его значению делают заключение о техническом состоянии форсунки.
В связи с этим измеренные диагностические параметры, оценивающие гидравлическую плотность форсунки, обусловленную в первую очередь износом в процессе эксплуатации поверхностей иглы и корпуса распылителя, будут отличаться от их значений на работающем двигателе, что существенным образом может повлиять на величину цикловой подачи и, как следствие, на мощностные и экономические характеристики дизеля.
В процессе эксплуатации в результате износа поверхностей иглы и корпуса распылителя форсунки увеличивается величина зазора между ними и возрастает утечка топлива из полости нагнетания форсунки в канал слива в топливный бак. Просочившееся через зазор между иглой и корпусом распылителя топливо отводится по каналам в корпусе форсунки и сливается в топливный бак, существенным образом влияя на величину цикловой подачи топлива в цилиндр двигателя. При этом в известном устройстве (прототипе) величину утечки топлива не контролируют, что снижает качество регулировки комплекта приборов высокого давления топливной системы двигателя.
На фиг. 1 изображена схема известной конструкции устройства, на фиг. 2 - схема предлагаемой конструкции устройства.
Устройство известной конструкции (фиг. 1) включает раму 10 со смонтированной на ней плитой 9, стойку 22 с кронштейном для крепления испытываемой форсунки 21, камеру впрыскивания 20, изготовленную из прозрачного полимерного материала и соединенную сливным трубопроводом 19 с системой топливоподачи 16 (включающей топливный бак и подкачивающий насос), электропривод 7, единый измерительный канал 4, выполненный с возможностью подсоединения к любой секции ТНВД и содержащий последовательно расположенные по ходу потока топлива датчик давления 1, форсунку 2 и расходомер 3, соединенный сливным трубопроводом 17 с системой топливоподачи 16. К электроприводу 7 подсоединен датчик угловых перемещений 8, а муфта 12 привода насоса снабжена рычагом 11 для механического проворачивания вала насоса. В магистрали высокого давления 26 испытываемой форсунки 21, соединяющей одну из секций насоса 14 с форсункой 21, последовательно установлены датчик давления 23, сливной 24 и обратный 25 клапаны, объединенные в один измерительный канал 18. Работа устройства протекает под контролем блока управления 6, к которому подключены управляющие и сигнальные цепи электропривода 7, расходомера 3 и датчиков 1, 8 и 23, и связанного с блоком 6 компьютера 5.
Технический результат полезной модели направлен на расширение функциональных возможностей устройства по диагностированию приборов топливной системы дизелей, повышение качества оценки технического состояния испытываемых форсунок и качества совместной регулировки ТНВД и форсунок дизелей с целью улучшения мощностных и экономических характеристик дизеля.
Технический результат полезной модели достигается тем, что в устройстве для испытания топливных насосов высокого давления и форсунок дизелей, содержащем раму со смонтированной на ней плитой для установки топливного насоса высокого давления, привод, форсунку, систему топливоподачи и средства измерения производительности, неравномерности подачи топлива и фазовых параметров секций насоса, связанные с системой управления и обработки информации, средства измерения производительности и неравномерности подачи топлива выполнены в виде расходомера, расположенного после форсунки по ходу потока топлива, а средства измерения фазовых параметров выполнены в виде датчика давления, установленного между измеряемой секцией насоса и форсункой, и датчика угловых перемещений, связанного с валом привода, при этом датчик давления, форсунка и расходомер объединены в единый измерительный канал, выполненный с возможностью поочередного подсоединения к каждой секции насоса, смонтированные на плите для установки топливного насоса высокого давления кронштейн для крепления испытываемой форсунки и камера впрыскивания, изготовленная из прозрачного полимерного материала и соединенная сливным трубопроводом с системой топливоподачи, муфту привода насоса, снабженную рычагом для механического проворачивания вала насоса, магистраль высокого давления испытываемой форсунки, соединяющую одну из секций насоса с форсункой, с последовательно установленными в ней датчиком давления, сливным и обратным клапанами, объединенными в один измерительный канал, дополнительно к сливному каналу форсунки для измерения расхода топлива, просочившегося через зазор между иглой и корпусом распылителя, подсоединен расходомер, связанный с системой управления и обработки информации, соединенный сливным трубопроводом с топливным баком системы топливоподачи и включенный в состав единого измерительного канала устройства.
На фиг. 2 представлена схема предлагаемой конструкции устройства для испытания топливных насосов высокого давления и форсунок.
Устройство включает раму 10 со смонтированной на ней плитой 9, стойку 22 с кронштейном для крепления испытываемой форсунки 21, камеру впрыскивания 20, изготовленную из прозрачного полимерного материала и соединенную сливным трубопроводом 19 с системой топливоподачи 16 (включающей топливный бак и подкачивающий насос), электропривод 7, единый измерительный канал 4, выполненный с возможностью подсоединения к любой секции ТНВД и содержащий последовательно расположенные по ходу потока топлива датчик давления 1, форсунку 2 и расходомер 3, соединенный сливным трубопроводом 17 с системой топливоподачи 16.
К электроприводу 7 подсоединен датчик угловых перемещений 8, а муфта 12 привода насоса снабжена рычагом 11 для механического проворачивания вала насоса. В магистрали высокого давления 26 испытываемой форсунки 21, соединяющей одну из секций насоса 14 с форсункой 21, последовательно установлены датчик давления 23, сливной 24 и обратный 25 клапаны, объединенные в один измерительный канал 18.
Работа устройства протекает под контролем блока управления 6, к которому подключены управляющие и сигнальные цепи электропривода 7, расходомера 3 и датчиков 1, 8 и 23, и связанного с блоком 6 компьютера 5.
Дополнительно к сливному каналу форсунки 2 для измерения расхода топлива, просочившегося через зазор между иглой и корпусом распылителя, трубопроводом 27 подсоединен расходомер 28, связанный с системой управления и обработки информации, соединенный сливным трубопроводом с топливным баком системы топливоподачи и включенный в состав единого измерительного канала 4 устройства.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Испытываемый насос 14 устанавливают на плиту 9 и кулачковый вал 13 ТНВД 14 соединяют с муфтой 12 электропривода 7. Входной штуцер ТНВД 14 соединяют с нагнетательным трубопроводом системы топливоподачи 16, выходные штуцеры измерительных каналов 4 и 19, а также выходные штуцеры остальных секций ТНВД 14 (кроме измеряемой секции) подключают через обратные топливопроводы к топливному баку системы топливоподачи 16.
Для проведения испытаний и регулировки форсунок испытываемый образец закрепляют в кронштейне на стойке 22 таким образом, чтобы распылитель находился внутри камеры впрыскивания 20, трубопровод магистрали высокого давления 26 испытываемой форсунки 21, в котором последовательно установлены датчик давления 23, сливной 24 и обратный 25 клапаны, соединяют с одной из секций насоса 14 (на схеме - с первой).
-1
Для проверки форсунки на качество распыливания и величину давления начала впрыскивания топлива закрывают (механическим или электрическим способом управления) сливной клапан 24, включают стенд и устанавливают частоту вращения вала привода равной 70 мин. При этом качество распыливания топлива оценивается визуально по факелам распыляемого топлива, а давление впрыскивания регистрируется автоматически датчиком давления 23 и выдается в виде графика (диаграммы) на монитор компьютера 5.
Для проверки форсунки на герметичность в качестве насосного элемента используют одну из секций ТНВД (на схеме - первую), для чего, воздействуя механически на рычаг 11, совершают возвратно-поступательные движения вала 13 привода ТНВД относительно положения плунжера первой секции ТНВД, соответствующего началу нагнетания топлива, и создают в магистрали 26 давление, величина которого соответствует установленному значению для конкретного типа форсунки для выбранного режима испытаний, устанавливают время контроля и, используя блок управления 6 и компьютер 5, регистрируют величину падения давления, после чего, открыв сливной клапан 24, сбрасывают давление в магистрали 26.
После проверки всех форсунок одного двигателя на качество распыливания, величину давления начала впрыскивания топлива и герметичность отсоединяют магистраль 26 от насосной секции ТНВД 14 и подсоединяют к ней измерительный канал 4 и проверяют форсунки на гидравлическую плотность, для чего их поочередно устанавливают в единый измерительный канал 4, включают электропривод 7, устанавливают режим максимальной цикловой подачи топлива и частоту вращения выходного вала привода 13 согласно паспортным данным ТНВД и, задав необходимое число циклов подачи, при помощи расходомера 28 измеряют величину расхода топлива, просочившегося через зазор между иглой и корпусом распылителя, которую регистрируют используя блок управления 6, и одновременно при помощи расходомера 3 измеряют среднюю величину расхода протекающего через распылитель форсунки топлива, характеризующую величину цикловой подачи топлива на работающем двигателе.
После проверки форсунок для проведения испытаний ТНВД отсоединяют магистраль 26 от насосной секции ТНВД 14 и подсоединяют к ней измерительный канал 4. Затем включают электропривод 7, устанавливают частоту вращения выходного вала привода 13 согласно паспортным данным ТНВД и, задав необходимое число циклов подачи, при помощи расходомера 3 измеряют среднюю цикловую подачу топлива по величине расхода протекающего через расходомер потока топлива (иначе говоря, для определения производительности ТНВД используется метод измерения с непрерывным потоком).
Определение фазовых параметров секции ТНВД - угла начала нагнетания или впрыска топлива - производится с помощью датчика угловых перемещений 8, измеряющего угол поворота выходного вала привода 13, и датчика давления 1, расположенного между выходным штуцером измеряемой секции ТНВД и форсункой 2 и измеряющего фактическое давление потока топлива. При этом каждому значению угла поворота выходного вала привода 13 ставится в соответствие значение давления, измеренное датчиком 1 при данном угле.
Заданные значения углов нагнетания, соответствующие испытываемому ТНВД, заранее вводятся в память компьютера 5.
Как уже отмечалось выше, фазовые параметры секций насоса жестко связаны с кулачковым валом, поэтому указанный подход к определению угла начала нагнетания или впрыскивания топлива является вполне корректным. Выходные сигналы с датчиков 1 и 8 и расходомера 3 поступают в блок 6, который служит для обработки сигналов датчиков и связи с компьютером 5. Отработанное топливо сливается через выходные штуцеры измерительного канала 4 или 18 и выходные штуцеры остальных секций ТНВД.
После завершения измерения параметров первой секции ТНВД 14 измерительный канал 4 перемещают на следующую позицию измерения, подсоединяют ко второй секции ТНВД, повторяют процесс измерения параметров и т.д. для каждой последующей секции.
Достоинства заявляемого устройства по сравнению с выбранным прототипом заключаются в расширении функциональных возможностей устройства по диагностированию приборов топливной системы дизелей, повышении качества оценки технического состояния испытываемых форсунок и качества совместной регулировки ТНВД и форсунок с целью улучшения мощностных и экономических характеристик дизеля.