УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ ДИЗЕЛЯ

Полезная модель относится к области испытаний двигателей внутреннего сгорания, более конкретно, к устройствам для определения параметров процесса топливоподачи дизельной топливной аппаратуры и может найти применение при диагностировании дизельной топливной аппаратуры, в том числе, всей линии высокого давления дизелей различной мощности.
Известно устройство для диагностирования топливной аппаратуры дизеля, включающее ТНВД, топливные форсунки - калибры и средства для измерения параметров впрыскивания топлива (см. патент РФ на полезную модель №69167, F02M от 10.12.2007.)
Известное устройство для диагностирования топливной аппаратуры дизеля, содержащее измерительную камеру для размещения топливных форсунок - калибров, пьезоэлектрический датчик для измерения давления струи топлива, средства для усиления и обработки полезного сигнала, отличающееся тем, что измерительная камера выполнена конической формы с отверстиями на боковой поверхности для размещения топливных форсунок - калибров, оси которых сходятся на поверхности пластины чувствительного элемента, механически связанного с корпусом пьезоэлектрического акселерометра, укрепленного на упругой мембране в основании измерительной камеры, выход которого соединен через блок усилителя заряда с полосой пропускания ультразвуковой области и блок аналого-цифрового преобразователя с входным портом персонального компьютера, оснащенного программным обеспечением для определения фазовых характеристик и цикловой подачи топлива.
Известное устройство позволяет определить давление на выходе из топливной форсунки от нескольких линий ТНВД дизеля при цикловой подаче топлива, однако не дает точности измерения параметров впрыскивания топлива эксплуатируемых топливных форсунок, из-за использования топливных форсунок-калибров.
Решаемой задачей полезной модели является создание удобного в эксплуатации, сравнительно простого в реализации и достаточно чувствительного устройства для эффективного определения характеристик ДТА, в том числе, цикловой подачи топлива по нескольким линиям нагнетания, а так же фазовых параметров процесса топливоподачи ТНВД и топливной форсунки.
Дополнительно к указанной, решается задача создания автоматической системы измерений с использованием современной техники переработки информации на АЦП и ПЭВМ для повышения точности указанных измерений, совершенствования параметров эксплуатируемых и проектируемых компонентов ДТА.
Указанная задача решается тем, что в устройстве для определения параметров процесса топливоподачи дизельной топливной аппаратуры, содержащем измерительную камеру для размещения топливных форсунок, пьезоэлектрический датчик для измерения давления струи топлива, средства для усиления и обработки полезного сигнала, согласно полезной модели, измерительная камера выполнена прямоугольной формы с отверстиями на верхней поверхности для размещения топливных форсунок, на поверхности чувствительного элемента установлен металлический конус, верхняя поверхность которого, идентична внешней поверхности распылителя топливной форсунки, чувствительный элемент механически связан с корпусом пьезоэлектрического акселерометра, укрепленного на упругой мембране в основании измерительной камеры, выход которого соединен через блок усилителя заряда с полосой пропускания в ультразвуковой области и блок аналого-цифрового преобразователя с входным портом персонального компьютера, оснащенного программным обеспечением для определения фазовых характеристик и цикловой подачи топлива.
Кроме того персональный компьютер может быть оснащен программой NI LabVIEW 8.2.
Такое выполнение устройства для определения параметров процесса топливоподачи решает задачу создания достаточно простого в реализации и эксплуатации стендового устройства для эффективного определения массовых и частотно временных характеристик топливоподачи одновременно по нескольким линиям нагнетания ТНВД с использованием диагностируемых топливных форсунок. Эффективность предложенного устройства повышается, в том числе, за счет автоматизации измерений при использовании современной техники преобразования полезного сигнала с помощью чувствительного пьезоэлектрического акселерометра в совокупности с мощным программным обеспечением NI LabVIEW 8.2 на базе IBM T-43.
Устройство для определения параметров процесса топливоподачи ДТА содержит ТНВД 1, установленный на дизельном двигателе 2 и полую измерительную камеру 3 прямоугольной формы с отверстиями на верхней поверхности для размещения диагностируемых топливных форсунок 4, их оси совпадают с осью измерительной камеры 3 и осью улавливающего конуса 5, который воздействует на поверхность чувствительного элемента 6 через пружину 7, механически связанного с корпусом пьезоэлектрического акселерометра 8, укрепленного на упругой мембране 9 в основании измерительной камеры 3. Акселерометр 8 находится внутри защитного кожуха 10, а его выход соединен, через блок 11 усилителя аналогового сигнала с усилителем заряда, имеющего полосу пропускания в ультразвуковой области и через блок 12 АЦП, с выходным портом персонального компьютера 13, оснащенного программным обеспечением для определения фазовых характеристик и цикловой подачи топлива от каждой из топливных форсунок 4 для последующего отображения результатов измерений на дисплее ПК 13.
Измерительная камера 3 выполнена в нескольких вариациях для установки топливных форсунок различного типа по числу линий нагнетания. На рисунке показано сечение измерительной камеры 3 с одной топливной форсункой 4. Корпус измерительной камеры 3 прямоугольной формы, цилиндрический защитный кожух 10 и фланец 14 выполнены из конструкционной стали и стянуты между собой с помощью крепежных винтов.
Устройство для определения параметров процесса топливоподачи функционирует следующим образом.
При испытании ТНВД 1, установленного на дизельном двигателе 2, в отверстия стендовой измерительной камеры 3 вставляют рабочие диагностируемые топливные форсунки, которые соединяют через нагнетательные трубопроводы (не показаны) к соответствующим нагнетательным линиям ТНВД 1.
В полости измерительной камеры 3 на поверхности чувствительного элемента размещают металлической конус-улавливатель, верхней поверхностью идентичный, внешней поверхности распылителя диагностируемой топливные форсунки. Пружина 7 прижимает конус-улавливатель к распылителю топливной форсунки, имитируя противодавление в цилиндре двигателя. Ось топливной форсунки перпендикулярна поверхности чувствительного элемента 6, укрепленного на упругой мембране 9 для передачи механических колебаний на корпус пьезоэлектрического акселерометра 8. Полезный сигнал от давления топлива из топливных форсунок 4 через конус-улавливатель 5 на чувствительный элемент 6 передается на пьезоэлектрический акселерометр 8, электрический сигнал от которого поступает на блок 11 усилителя аналогового сигнала с усилителем заряда, имеющего полосу пропускания в ультразвуковой области и через блок 12 АЦП, с входным портом персонального компьютера 13, оснащенного программным обеспечением для определения фазовых характеристик и цикловой подачи топлива от топливных форсунок 4 для последующего отображения результатов измерений на дисплее ПК 13.
После этого осуществляют включение ТНВД 1 дизельного двигателя 2, в результате чего происходит впрыскивание в измерительную камеру 3 дизельного топлива через диагностируемую топливную форсунку 4 в порядке, заданном распределительным механизмом двигателя. Необходимый уровень давления топлива на входе в топливные форсунки 4, его расход и температура обеспечиваются известными средствами и системами двигателя. Впрыскивание топлива из диагностируемой топливной форсунки 4 приводит к появлению на выходе пьезоэлектрического акселерометра 8 аналоговых сигналов сложной формы, что связано с разбросом скоростей частиц топлива и случайным характером пространственного распределения массы распыленного топлива.
Полученные аналоговые сигналы от пьезоэлектрического акселерометра ДН-4 поступают на вход усилителя 10 аналогового сигнала, с полосой пропускания 100 кГц.
Затем усиленный сигнал поступает на вход 12-разрядного АЦП 11 типа NI USB-9201, имеющего максимальную частоту преобразования 500 кГц, достаточную для уверенного преобразования сложного аналогового сигнала в цифровую форму. Преобразованный выходной сигнал из АЦП поступает на входной порт портативного компьютера 12 типа IBM T-43, который оснащен указанным программным обеспечением.
Версия N1 LabVIEW 8.2 позволяет в режиме реального времени выделить полезный сигнал от каждого впрыска топлива на фоне шума, проинтегрировать последовательность многих импульсов, выявить статистически достоверные значения времени начала и конца впрыска и произвести математические операции с каждым из последовательности сигналом для получения связи его параметров с цикловой подачей топлива. Результаты анализа в соответствии с указанной программой выводятся на монитор ПК 13 для наглядной оценки состояния проверяемого ТНВД и выработки рекомендаций по регулировке его характеристик.
На мониторе ПК 13 отображаются следующие данные, являющиеся результатом обработки исходной информации от пьезоэлектрического акселерометра: цикловая подача топлива (мг/цикл), продолжительность впрыскивания топлива (мс), скорость впрыскивания (м/с), характеристика давления впрыскивания (МПа),; угол опережения впрыскивания (при подаче на АЦП сигнала от датчика положения коленчатого вала дизеля). Эти параметры формируют комплексные показатели процесса топливоподачи или характеристику впрыскивания, т.е. количество топлива, впрыснутого на один градус поворота кулачкового вала ТНВД, которое, как известно, несет информацию и о техническом состоянии ТНВД.
Указанные величины оказывают основное влияние на эксплуатационные показатели дизеля. Подача топлива в дизель имеет ярко выраженный импульсный характер (частота следования импульсов от 5 до 50 Гц, длительность импульсов 0,5…5 мс, скорость впрыскивания до 250 м/с). Однако дробление струи топлива на выходе из топливной форсунки резко увеличивает требования к частотным характеристикам измерительной системы. При этом то определение характеристик отдельных импульсов топливоподачи с необходимой точностью становятся возможными именно с использованием принятой цифровой технологии и программного обеспечения.