Устройство для определения технического состояния элементов многоплунжерного топливного насоса высокого давления

Полезная модель относится к области автомобилестроения, а именно к двигателестроению, в частности к технической диагностике, и может быть использована для определения технического состояния плунжерных пар и нагнетательного клапана топливного насоса высокого давления (ТНВД) при их техническом обслуживании. Устройство позволяет определить техническое состояния элементов дизельной топливной аппаратуры высокого давления, а именно, плунжерных пар и нагнетательных клапанов ТНВД, которое при невысокой трудоемкости работ обеспечило бы приемлемую точность измерения диагностического параметра - цикловой подачи впрыскиваемого топлива. Устройство для определения технического состояния элементов дизельной топливной аппаратуры высокого давления содержит эталонную форсунку, оснащенную датчиком перемещения иглы и блоком регистрации. Устройство относится к области технической диагностики дизельного двигателя и может быть использовано для определения технического состояния плунжерных пар и нагнетательного клапана топливного насоса высокого давления (ТНВД) дизеля при техническом обслуживании и ремонте.
Определение технического состояния элементов дизельной топливной аппаратуры высокого давления, а именно, плунжерной пары и нагнетательного клапана ТНВД по параметру цикловой подачи топлива играет важную роль в эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте дизелей. Если контролируемая цикловая подача топлива эталонной форсункой, характеризующая техническое состояние плунжерной пары и нагнетательного клапана ТНВД достигает предельного значения, или разница между значениями цикловой подачи других плунжерных пар ТНВД (неравномерность подачи топлива) превышает 5-10%, это приводит к ухудшению технико-экономических показателей ДВС: снижению мощности, увеличению удельного расхода топлива, дымности и токсичности отработавших газов. Также неравномерность подачи топлива увеличивает динамические нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма и цилиндропоршневой группы дизельного двигателя.
Полезная модель относится к области технической диагностики и может быть использована для бесстендового диагностирования топливной аппаратуры высокого давления, используемой в дизельных двигателях, а именно, для проверки плунжерных пар и нагнетательных клапанов топливного насоса высокого давления (ТНВД).
Известно устройство (механотестер КИ-16301) для диагностирования прецизионных пар топливного насоса и форсунок дизеля, содержащее корпус, в котором выполнен канал высокого давления, подключаемый к нагнетательному трубопроводу для подачи испытательной жидкости к диагностируемому органу, установленный внутри корпуса и выполненный с полостью питания плунжерный насос для подачи испытательной жидкости в канал высокого давления, привод насоса, нагнетательный клапан, установленный между полостью нагнетания плунжерного насоса и каналом высокого давления для создания высокого давления испытательной жидкости в канале, и манометр, подключенный к каналу высокого давления (В.И. Вельских. Справочник по техническому обслуживанию и диагностированию тракторов. - М.: Россельхозиздат, 1986, с. 163-165).
Указанным известным устройством можно определить техническое состояние плунжерной пары, нагнетательного клапана и форсунки в статике. При работе с этим устройством в него попадает воздух, наличие которого в нагнетательной полости устройства приводит к возникновению неконтролируемой погрешности показаний датчика давления. Поэтому через некоторое время в процессе диагностирования воздух приходится удалять из устройства, что увеличивает трудоемкость работ. Отмеченные недостатки усугубляются тем, что факт попадания воздуха в устройство трудно обнаружить. Кроме того, известное устройство содержит резервуар для испытательной жидкости, что увеличивает материалоемкость, а также вес устройства, что, в свою очередь, дополнительно затрудняет работу с ним.
К тому же, такой диагностический параметр как изменение цикловой подачи топлива плунжерной парой более информативен, чем используемый параметр - изменение давления впрыска, так как он не отражает волновые явления, происходящие в линии высокого давления (ЛВД) дизеля.
Наиболее близким к предлагаемому диагностическому устройству является форсунка дизельного двигателя внутреннего сгорания (Патент РФ на ПМ №152362, МПК F02M 47/00. Форсунка дизельного двигателя внутреннего сгорания / И.К. Данилов, А.В. Марусин, А.В. Марусин. 2015. Бил. №15), содержащая корпус с оптическим датчиком перемещения иглы, в котором установлены штуцер с щелевым фильтром, пружиной с регулировочными шайбами, опирающаяся на штангу форсунки, проставка с направляющими штифтами, игла, расположенная в корпусе распылителя.
Недостатком данного устройства является применяемость данного устройства только к одному типу дизельного двигателя, для которого оно разработано. Поэтому, для диагностирования элементов топливной аппаратуры с другими характеристиками требуется разбор и перенастройка устройства что, в свою очередь, затрудняет работу с ним и требует дополнительного оборудования.
Задача полезной модели заключается в создании устройства для диагностирования топливного насоса высокого давления (ТНВД) автотракторного дизеля, которое обеспечило бы достаточно высокую надежность работы, невысокую трудоемкость диагностических работ при измерении геометрической цикловой подачи топлива секциями топливного насоса высокого давления путем уменьшения разборочно-сборочных и регулировочных работ, а также имело бы невысокую материалоемкость и небольшой вес.
Технический результат повышение надежности работы.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для определения технического состояния элементов многоплунжерного топливного насоса высокого давления, включающее также блок регистрации и аналогово-цифровой преобразователь, содержит оптический датчик перемещения иглы, в корпусе которого установлен штуцер с щелевым фильтром, пружина с шайбой, опирающаяся на штангу форсунки, проставка с направляющими штифтами и иглу, расположенную в корпусе распылителя. Устройство содержит регулировочный штуцер, который также выполняет функцию дренажной магистрали для отвода топлива.
В устройстве регулировочный штуцер состоит из двух вращающихся относительно своей оси частей, при этом верхняя часть вкручивается в корпус форсунки и служит для регулировки предварительного сжатия пружины, а нижняя часть служит упором пружины форсунки и имеет отверстия для обеспечения работы оптического датчика перемещения иглы, а также направляющие для фиксации положения отверстий относительно корпуса форсунки.
Наличие в заявленном устройстве регулировочного штуцера указанной конструкции позволяет изменять регулировку диагностической форсунки под технические характеристики диагностируемого ТНВД без разборки, что повышает информативность диагностирования и снижает трудоемкость проведения работ.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами и осциллограммами, где на Фиг. 1 - схема устройства и его подключение к топливной аппаратуре дизеля, на Фиг. 2 - диагностическая форсунка дизельного двигателя внутреннего сгорания, на Фиг. 3 - электрическая схема оптического датчика перемещения иглы форсунки, на Фиг. 4 - осциллограмма эталонного впрыска топлива секцией ТНВД; на Фиг. 5 -осциллограмма изменения перемещения иглы форсунки (цикловой подачи) от настройки регулировочного штуцера; на Фиг. 6 - осциллограмма перемещения иглы форсунки (цикловой подачи) с неисправным нагнетательным клапаном.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - блок регистрации;
2 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
3 - диагностическая форсунка дизельного двигателя внутреннего сгорания;
4 - проверяемая секция ТНВД;
5 - место размещения штатной форсунки;
6 - аккумуляторная батарея (АКБ);
7 - корпус распылителя;
8 - гайка распылителя;
9 - проставка;
10 - штифты;
11 - штанга форсунки со штоком;
12 - корпус форсунки;
13 - уплотнительное кольцо;
14 - направляющие нижней части регулировочного штуцера;
15 - регулировочный штуцер;
16 - щелевой фильтр;
17 - штуцер форсунки;
18 - датчик перемещения иглы;
19 - упорная шайба;
20 - пружина форсунки;
21 - игла;
22 - сопротивление для регулировки напряжения на излучателе;
23 - излучатель;
24 - приемник;
25 - сопротивление для прочтения сигнала с приемника
Заявленное устройство содержит блок регистрации 1 (персональный компьютер (ПК)), к которому через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2 подключен оптический датчик перемещения иглы 18 диагностической форсунки двигателя внутреннего сгорания 3. При диагностировании диагностическую форсунку дизельного двигателя внутреннего сгорания 3 устанавливают на место штатной форсунки 5 и подключают через топливопровод высокого давления к проверяемой секции 4 ТНВД, а датчик перемещения иглы 18 диагностической форсунки дизельного двигателя внутреннего сгорания 3 подключают к аккумуляторной батарее автомобиля 6.
Диагностическая форсунка дизельного двигателя внутреннего сгорания состоит из корпуса форсунки 12, в котором выполнены проточки для подачи топлива, оснащенного датчиком перемещения иглы 18, который включает излучатель 23, сопротивление для регулировки напряжения на излучателе 22, приемник 24 и сопротивление для прочтения сигнала с приемника 25. Также в корпусе форсунки 12 в отводящем канале расположены регулировочный штуцер 15, пружина 20 с упорной шайбой 19 опирающаяся на штангу форсунки со штоком 11. В верхней части корпуса форсунки 12 располагается уплотнительное кольцо 13 и штуцер 17 с щелевым фильтром 16. В нижней части форсунки расположен корпус распылителя 7 с иглой 21 в корпусе распылителя 2 и проставкой 9, оснащенной направляющими штифтами 10. Корпус распылителя 7 крепится к корпусу форсунки 12 с помощью гайки распылителя 8. Корпус форсунки и распылителя, регулировочный штуцер, игла распылителя, проставка, штифты и гайка распылителя изготавливаются из закаленной стали, а штанга форсунки со штоком - из композитного сплава, например, титана.
Регулировочный штуцер 15 выполнен из двух частей, имеющих возможность вращаться по своей оси не зависимо друг от друга. При этом верхняя часть имеет резьбовое соединение с корпусом форсунки 12, которое обеспечивает возможность осевого перемещения регулировочного штуцера 15 относительно корпуса форсунки 12, что позволяет регулировать степень сжатия пружины форсунки 20, и имеет внутреннюю резьбу для подключения дренажной магистрали. Нижняя часть регулировочного штуцера 15 служит упором пружины форсунки 20 и имеет параллельные направляющие 14 и окна, для прохода светового луча от излучателя 23 к приемнику 24.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Для диагностирования плунжерных пар и нагнетательных клапанов ТНВД производят регулировку предлагаемого устройства по давлению начала подъема иглы диагностической форсунки дизельного двигателя внутреннего сгорания 3. Для этого с помощью регулировочного штуцера 15 выставляют первоначальное усилие затяжки пружины форсунки 20. Затем диагностическую форсунку дизельного двигателя внутреннего сгорания 3 подсоединяют к диагностируемым секциям как показано на Фиг. 1. Топливопровод диагностируемой секции подключают к штуцеру форсунки 17, а сливной трубопровод к регулировочному штуцеру 15 через специальный винт.
Запускают двигатель и при любом режиме его работы оценивают техническое состояние плунжерной пары и нагнетательного клапана секции 4 ТНВД по перемещению иглы диагностической форсунки дизельного двигателя внутреннего сгорания 3. Перемещение иглы отражает геометрическую цикловую подачу топлива плунжерной парой. Затем сравнивают полученные данные с эталонными для диагностируемой топливной аппаратуры и выносят заключение о техническом состоянии элементов секции ТНВД.
Диагностическая форсунка дизельного двигателя внутреннего сгорания 3 работает следующим образом.
Топливо под давлением от ТНВД по трубопроводу подают через штуцер 17 и щелевой фильтр 16 и подводящую проточку в корпусе форсунки 12 в корпус распылителя 7. После того как давление топлива превышает первоначальное усилие пружины форсунки 20, определяемое затяжкой регулировочного штуцера 15, игла распылителя 21 поднимается, одновременно перемещая штангу форсунки со штоком 11. После поднятия иглы распылителя 21 топливо подают в камеру сгорания ДВС до момента посадки иглы распылителя 21 на «седло». Одновременно с подачей топлива от ТНВД на излучатель 23 датчика перемещения иглы 18 подают напряжение, и световой луч от излучателя 23 концентрируется на приемнике 24. Вследствие поднятия иглы распылителя 21, штанга форсунки 11 перемещается вверх, и шток, выполненный на штанге 11, прерывает световой луч, тем самым, уменьшая напряжение на приемнике 24 датчика перемещения иглы 18, получаемое от излучателя 23. Подаваемое напряжение на излучатель 23 регулируют дополнительным сопротивлением 22, а сопротивление 25 работает накопительной емкостью для прочтения сигнала. Таким образом, колебания напряжения на сопротивлении 25 отражают соответствующее перемещение иглы форсунки, определяющее цикловую подачу топлива контролируемой секцией ТНВД 4.
Пример
Диагностирование плунжерных пар и нагнетательных клапанов провели на дизеле КАМАЗ-740.11-210. Для этого заявленное устройство поочередно подсоединяли к узлам дизельной топливной аппаратуры, как показано на фиг. 1. Прокрутили двигатель стартером на пусковых оборотах. С помощью устройства определили дополнительный впрыск топлива (Фиг. 6), причиной появления которого является зависание нагнетательного клапана ТНВД. Для диагностирования плунжерных пар провели сравнение перемещения иглы диагностической форсунки испытуемых секций с эталонной. Заштрихованная площадь на осциллограммах - геометрическая цикловая подача контролируемой секцией ТНВД, при неисправной плунжерной паре площадь заштрихованной поверхности снижается. Таким образом, своевременная диагностика повышает надежность работы дизельного двигателя внутреннего сгорания, а само устройство обеспечивает снижение трудоемкости при проведении диагностики, снижая эксплуатационные затраты.