СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ПРИБОРОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ ДИЗЕЛЯ НА РАБОТАЮЩЕМ ДВИГАТЕЛЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
TESTING METHOD OF HIGH PRESSURE INSTRUMENTS OF FUEL SYSTEM OF DIESEL ON OPERATING ENGINE, AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области технической диагностики дизельной топливной аппаратуры.
Мощностные, экономические и экологические показатели работы дизелей в значительной степени зависят от технического состояния приборов высокого давления топливной системы - форсунок и топливных насосов высокого давления (ТНВД). В процессе эксплуатации параметры насосов часто выходят за пределы регламентированных значений. Это обусловливает необходимость периодической технической диагностики ТНВД в процессе эксплуатации без ее демонтажа с двигателей.
Известны способы оценки технического состояния приборов высокого давления топливной системы без демонтажа с двигателей (ДВС), основанные на одновременном измерении нескольких параметров работы форсунок и ТНВД, и приборы для их реализации, выполненные в компактном переносном варианте [1-4].
Существующие диагностические приборы для оценки технического состояния ТНВД без их демонтажа с ДВС позволяют выявлять неисправности отдельных деталей и узлов и определять следующие параметры работы приборов топливной системы дизеля:
а) на работающем двигателе:
- максимальное давление впрыскивания топлива в цилиндры дизеля;
- остаточное давление топлива в трубопроводе высокого давления;
- длительность подачи топлива (продолжительность впрыскивания);
- угол опережения подачи топлива;
- частоту вращения коленчатого вала двигателя;
- неравномерность частоты вращения коленчатого вала двигателя;
б) на неработающем двигателе:
- давление, развиваемое плунжерной парой ТНВД;
- падение давления в полости нагнетательного клапана ТНВД;
- угол начала подачи и впрыскивания топлива;
- угла опережения впрыскивания топлива;
- давление топлива в полости головки ТНВД;
- давление впрыскивания топлива форсункой.
Вместе с тем, такие определяющие параметры эффективности работы ТНВД (предусмотренные ГОСТами и рабочими техническими материалами (РТМ)), как:
- цикловая подача топлива секциями насоса;
- неравномерность подачи топлива между секциями насоса;
- фазовые параметры работы секций топливного насоса высокого давления не контролируются.
В качестве прототипа заявляемого способа выбран способ испытания приборов высокого давления топливной системы дизеля на работающем двигателе, заключающийся в измерении максимального давления и продолжительности впрыскивания топлива форсункой в цилиндры дизеля, угла начала подачи и впрыскивания топлива, остаточного давления топлива в топливопроводе высокого давления и угла опережения впрыскивания топлива [1].
Устройство, с помощью которого реализуется известный способ, представляет собой мотортестер М3-2, содержащий средства измерения максимального давления и продолжительности впрыскивания топлива форсункой в цилиндры дизеля, угла начала подачи и впрыскивания топлива, остаточного давления топлива в топливопроводе высокого давления и угла опережения впрыскивания топлива, связанные с системой управления и обработки информации [1].
На фиг.1 изображена схема известной конструкции устройства (мотортестера М3-2) для испытания приборов высокого давления топливной системы дизеля на работающем двигателе. Устройство состоит из блока управления (микропроцессорного прибора) 2, к которому подключены поступающие сигналы от датчика давления 4, установленного между форсункой 5 и соединяющим ее с секцией 6 ТНВД 7 топливопроводом 8, стробоскопа 3 и соединительных устройств 9. Для сохранения, обработки и отображения результатов испытаний к блоку управления 2 подключается компьютер 1.
Недостатком известного способа и устройства для его реализации является невозможность прямого измерения величины цикловой подачи топлива и равномерности его распределения по цилиндрам дизеля, фазовых параметров работы секций топливного насоса высокого давления, без измерения которых сделать объективное заключение о техническом состоянии и качестве регулировки ТНВД без его демонтажа с ДВС не представляется возможным.
Технический результат направлен на повышение точности оценки технического состояния приборов высокого давления топливной системы дизеля при эксплуатации без демонтажа с ДВС.
Технический результат достигается тем, что в способе испытания приборов высокого давления топливной системы дизеля на работающем двигателе, заключающемся в измерении максимального давления и продолжительности впрыскивания топлива форсункой в цилиндры дизеля, угла начала подачи и впрыскивания топлива, остаточного давления топлива в топливопроводе высокого давления и угла опережения впрыскивания топлива, дополнительно при испытании измеряют фазовые параметры работы секций топливного насоса высокого давления, производительность и неравномерность подачи топлива секциями топливного насоса высокого давления путем динамического измерения расхода потока топлива при последовательном подключении одного измерительного канала к каждой секции насоса.
Устройство для осуществления заявляемого способа, содержащее средства измерения максимального давления и продолжительности впрыскивания топлива форсункой в цилиндры дизеля, угла начала подачи и впрыскивания топлива, угла опережения впрыскивания топлива, остаточного давления топлива в топливопроводе высокого давления, связанные с системой управления и обработки информации, дополнительно содержит средства измерения температуры топлива, производительности и неравномерности подачи топлива секциями топливного насоса высокого давления, выполненные в виде форсунки, соединительных топливопроводов и расходомера, расположенного после форсунки по ходу потока топлива, и средства измерения фазовых параметров работы секций топливного насоса высокого давления, выполненные в виде датчика давления, установленного между измеряемой секцией насоса и форсункой, и датчика угловых перемещений, связанного с валом привода насоса, при этом датчик давления, форсунка, соединительные топливопроводы и расходомер объединены в один измерительный канал, выполненный с возможностью поочередного подсоединения к каждой секции топливного насоса высокого давления.
Отличительными признаками является то, что при испытании приборов высокого давления топливной системы дизеля на работающем двигателе дополнительно измеряют фазовые параметры работы секций топливного насоса высокого давления, производительность и неравномерность подачи топлива секциями топливного насоса высокого давления путем динамического измерения расхода потока топлива при последовательном подключении одного измерительного канала к каждой секции насоса, для чего устройство для проведения испытаний дополнительно содержит средства измерения температуры топлива, производительности и неравномерности подачи топлива секциями топливного насоса высокого давления, выполненные в виде форсунки, соединительных топливопроводов и расходомера, расположенного после форсунки по ходу потока топлива, и средства измерения фазовых параметров работы секций топливного насоса высокого давления, выполненные в виде датчика давления, установленного между измеряемой секцией насоса и форсункой, и датчика угловых перемещений, связанного с валом привода насоса, при этом датчик давления, форсунка, соединительные топливопроводы и расходомер объединены в один измерительный канал, выполненный с возможностью поочередного подсоединения к каждой секции топливного насоса высокого давления.
На фиг.2 изображена схема предлагаемой конструкции устройства для испытания приборов высокого давления топливной системы дизеля на работающем двигателе, отличающегося от прототипа тем, что дополнительно содержит средства измерения температуры топлива (не показаны), производительности и неравномерности подачи топлива секциями 6 топливного насоса высокого давления 7, выполненные в виде форсунки 14, установленной герметично в нагнетательную камеру 12 переносного корпуса 13 устройства, соединительных топливопроводов 10, 11, 15, 18 и расходомера 17, расположенного после форсунки 14 по ходу потока топлива, и средства измерения фазовых параметров работы секций топливного насоса высокого давления, выполненные в виде датчика давления 4, установленного между измеряемой секцией 6 насоса 7 и форсункой 14, и датчика угловых перемещений (не показан), связанного с валом привода насоса 7, при этом датчик давления 4, форсунка 14, соединительные топливопроводы 10, 11, 15, 18 и расходомер 17 объединены в один измерительный канал, выполненный с возможностью поочередного подсоединения к каждой секции топливного насоса высокого давления. Измерение температуры топлива осуществляется датчиком температуры, установленным в корпусе расходомера 17 топлива. Работа устройства протекает под контролем блока управления 2, к которому подключены посредством соединительных устройств 9 управляющие и сигнальные цепи расходомера 17 с датчиком температуры, датчика давления 4, стробоскопа 3, источника питания 19, датчика угловых перемещений (не показан) и компьютера 1.
Предлагаемый способ заключается в следующем. На неработающем двигателе отсоединяют топливопровод высокого давления, соединяющий испытываемую секцию ТНВД с форсункой. Из элементов комплекта устройства собирают измерительный канал в составе датчика давления 4, подключенного к соединительному топливопроводу 11 форсунки 14, которая установлена герметично в нагнетательную камеру 12 переносного корпуса 13 устройства. Герметичная установка форсунки 4 обеспечивает избыточное давление в нагнетательной камере 12, что повышает надежность поступления топлива к расходомеру 17 в составе измерительного канала топлива. Камеру 12 соединительным топливопроводом 15 подключают к расходомеру 17 таким образом, чтобы он располагался не менее чем на 0,7 м ниже камеры 12. Затем к сливному штуцеру расходомера 17 подсоединяют сливной топливопровод 18, свободный конец которого помещают в емкость для сбора топлива или топливный бак транспортного средства (не показаны). После этого гибким топливопроводом высокого давления 10 соединяют испытываемую секцию 6 ТНВД с датчиком давления 4.
На вал привода насоса 7 устанавливают датчик угловых перемещений (на рисунке не показан), после чего к блоку управления 2 подключают посредством соединительных устройств 9 управляющие и сигнальные цепи расходомера 17 с датчиком температуры, датчика давления 4, стробоскопа 3, источника питания 19, датчика угловых перемещений (на рисунке не показан) и компьютера 1.
Пускают двигатель транспортного средства, устанавливают частоту вращения коленчатого вала, равную частоте вращения при номинальном значении крутящего момента двигателя, с помощью компьютера 1 выбирают режим испытаний, и, задав необходимое число циклов подачи топлива, при помощи расходомера 17 измеряют среднюю цикловую подачу топлива по величине расхода протекающего через расходомер потока топлива.
Определение фазовых параметров работы секции - угла начала нагнетания или впрыскивания топлива, продолжительности впрыскивания топлива - производится с помощью датчика угловых перемещений (на рисунке не показан), измеряющего угол поворота выходного вала привода 3, и датчика давления 4, измеряющего фактическое давление топлива перед форсункой. При этом каждому значению угла поворота выходного вала привода ТНВД ставится в соответствие значение давления, измеренное датчиком 4 при данном угле.
Заданные значения углов начала нагнетания, опережения впрыскивания топлива, цикловой подачи топлива, соответствующие характеристике испытываемого ТНВД, заранее вводятся в память компьютера 1.
Выходные сигналы с датчика угловых перемещений, датчика давления 4, расходомера 17 поступают в блок 2, который служит для обработки сигналов датчиков и связи с компьютером 1.
Угол опережения впрыскивания топлива измеряется с помощью стробоскопа 3 при работе двигателя на режиме минимальной частоты холостого хода.
Полученные результаты заносят в электронный протокол испытаний в память компьютера 1.
После завершения измерения параметров одной секции ТНВД гибкий топливопровод высокого давления 10 подсоединяют последовательно ко второй секции ТНВД, повторяют процесс измерения параметров и т.д. для каждой последующей секции.
По завершении испытаний всех секций ТНВД на основе обработки полученных результатов измерений на компьютере отображается диаграмма величины цикловой подачи топлива секциями ТНВД в сравнении с заданным ее значением, рассчитывается неравномерность подачи топлива секциями ТНВД, фазовые параметры работы секций, что позволяет сделать объективное заключение о его техническом состоянии и необходимости выполнения регулировочных работ.
Для оценки технического состояния только ТНВД в качестве форсунки 14 в составе измерительного канала устройства целесообразно использовать одну (общую для испытания всех секций ТНВД) исправную и заранее отрегулированную форсунку того же типа, что и используется на двигателе.
Для оценки технического состояния ТНВД и форсунки при их совместной работе в качестве форсунки 14 в составе измерительного канала устройства целесообразно использовать заранее отрегулированные на стенде форсунки испытываемого двигателя, предназначенные для работы с соответствующими секциями ТНВД.
Измерение параметров всех секций насоса при помощи одного измерительного канала с сокращением числа используемых форсунок до одной позволяет исключить относительную погрешность измерения параметров различных секций насоса.
Измерение расхода топлива в динамике при помощи расходомера позволяет повысить точность измерения параметров насоса и исключить влияние на процесс измерения субъективного фактора.
Использование для измерения фазовых параметров датчика давления и датчика угла поворота кулачкового вала насоса позволяет осуществить прямое определение фазовых параметров и повысить точность их измерения.
Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его осуществления более совершенны по сравнению с известными, так как повышают точность оценки основных параметров работы ТНВД при испытаниях, а следовательно, повышают качество работы топливной аппаратуры дизеля.
Литература
1. Мотортестер М3-2. Руководство по эксплуатации КСЮА.461263.001 РЭ. Зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений Российской Федерации под №20820-01.
2. Руководство по техническому диагностированию при техническом обслуживании и ремонте тракторов и сельскохозяйственных машин / А.Э.Северный, Д.С.Буклагин, В.М.Михлин и др. Под рук. академика В.И.Черноиванова - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2001.
3. Патент РФ 2231674. Тестер топливной аппаратуры дизеля / В.Н.Хабардин, А.В.Хабардин - Опубл. в БИ №18, 2004.
4. Патент РФ 2240440. Тестер топливного насоса дизеля / В.Н.Хабардин, С.В.Хабардин - Опубл. в БИ №32, 2004.