СТЕНД ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ

Полезная модель относится к технике испытания и предназначена для диагностики топливной системы тепловоза, преимущественно топливных насосов высокого давления дизельной топливной аппаратуры.
Известен стенд для испытания топливной аппаратуры, предназначенный для диагностики топливной аппаратуры, основанной на определении производительности топливных насосов высокого давления [Патент 2267641 РФ, МПК F02M 65/00. Стенд для испытания топливной аппаратуры / А.З.Венедиктов, А.В.Комаров, С.В.Матюшин, В.Н.Демкин, Д.С.Доков, В.Н.Тирешкин (РФ); Общество с ограниченной ответственностью «Агроэл» (РФ). - №2002102478/06; Заявлено 28.01.2002; Опубликовано 10.01.2006, Бюл. №2].
Стенд для испытания топливной аппаратуры содержит гидравлический блок, предназначенный для создания давления топлива в диагностируемой топливной аппаратуре, асинхронный двигатель, предназначенный для приведения во вращение приводного вала топливного насоса высокого давления, датчик уровня, предназначенный для определения количества впрыснутого топлива, и устройство для обработки данных, предназначенное для анализа и отображения экспериментальных данных.
Гидравлический блок содержит топливный бак, предназначенный для хранения топлива, мерную емкость для топлива, форсунку, предназначенную для впрыска топлива в мерную емкость, топливный насос высокого давления, предназначенный для создания давления топлива и подачи топлива в форсунку.
Топливный насос высокого давления соединен с топливным баком и с форсункой. Мерная емкость соединена с топливным баком. Форсунка и датчик уровня установлены в мерную емкость. Асинхронный двигатель связан с приводным валом топливного насоса высокого давления. Устройство для обработки данных связано с датчиком уровня.
Известный стенд для испытания топливной аппаратуры работает следующим образом.
3
Асинхронный двигатель приводит во вращение приводной вал топливного насоса высокого давления. Топливо из топливного бака поступает в топливный насос высокого давления, в котором давление топлива увеличивается. Далее находящееся под давлением топливо форсункой впрыскивается в мерную емкость. В момент впрыска давление топлива резко уменьшается, что сопровождается обильным выделением газа из топлива. Выделившийся газ находится в виде пузырьков в топливе, а так же образует пену на поверхности топлива. Каждая порция, поступившая в мерную емкость, представляет собой смесь топлива и пузырьков газа. При заполнении мерной емкости топливом с пузырьками газа за известное количество циклов определяется производительность топливного насоса высокого давления (см/цикл). Фактически само топливо занимает объем меньший, чем объем мерной емкости, остальной объем занимают пузырьки газа. Это приводит к тому, что производительность топливного насоса высокого давления определяется с погрешностью.
Недостатком известного стенд для испытания топливной аппаратуры является низкая точность и достоверность измерений производительности топливного насоса высокого давления, обусловленная высокой погрешностью определения объема впрыснутого за один цикл топлива в смеси топлива с пузырьками газа.
Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков является стенд для испытания топливных насосов высокого давления (стенд для диагностики топливной аппаратуры), основанный на определении их производительности [Патент 2319035 РФ, МПК F02M 65/00. Стенд для испытания топливных насосов высокого давления / П.Н.Кармак, А.И.Илясов (РФ); П.Н.Кармак, А.И.Илясов (РФ). - №2005136493/06; Заявлено 25.11.2005; Опубликовано 10.03.2008, Бюл. №7].
Стенд для испытания топливных насосов высокого давления содержит гидравлический блок, предназначенный для создания давления топлива в диагностируемой топливной аппаратуре, асинхронный двигатель, предназначенный для приведения во вращение приводного вала топливного насоса высокого давления, датчик частоты, предназначенный для определения частоты вращения приводного вала топливного насоса высокого давления, и устройство для обработки данных, предназначенное для анализа и отображения экспериментальных данных.
Гидравлический блок содержит топливный бак, предназначенный для хранения топлива, мерный блок для топлива, форсунку, предназначенную для впрыска топлива, топливный насос высокого давления, предназначенный для создания давления топлива и подачи топлива в форсунку.
Мерный блок представляет собой мерный цилиндр (мерную емкость) и стакан, соединенные посредством трубопровода через гидрораспределитель.
Топливный насос высокого давления соединен с топливным баком и с форсункой. Форсунка соединена со стаканом мерного блока, который соединен с входом гидрораспределителя. Один выход гидрораспределителя соединен с мерной емкостью, второй выход - с топливным баком. Асинхронный двигатель соединен с приводным валом насоса высокого давления. Датчик частоты связан с асинхронным двигателем.
Известный стенд для испытания топливных насосов высокого давления работает следующим образом.
3
Асинхронный двигатель приводит во вращение приводной вал топливного насоса высокого давления, в который поступает топливо из топливного бака. Давление топлива в топливном насосе высокого давления увеличивается. Далее находящееся под давлением топливо вспрыскивается форсункой в стакан мерного блока. При отсутствии управляющего напряжения топливо из стакана поступает в топливный бак, а при подачи напряжения на гидрораспределитель, топливо направляется в мерную емкость. После прекращения замера напряжение с гидрораспределителя снимают, и топливо идет в топливный бак. В момент впрыска топлива в стакан мерного блока его давление резко уменьшается, что сопровождается обильным выделением газа из топлива. Выделившийся газ находится в топливе в виде пузырьков и образует пену на поверхности топлива. Каждая порция, поступившая в мерную емкость, представляет собой смесь топлива и пузырьков газа. За известное количество циклов происходит заполнение мерной емкости топливом с пузырьками газа, что позволяет определить производительность топливного насоса высокого давления (см/цикл).
При фактическом заполнении объема мерной емкости смесью топлива с пузырьками газа производительность топливного насоса высокого давления определяется с погрешностью, что обусловлено измерением объема топлива с включениями газа.
Достоинство известного стенда заключается в повышении точности и достоверности измерений производительности топливного насоса высокого давления. Это обусловлено повышением точности определения объема впрыснутого за один цикл топлива с включениями газа благодаря дозированной подаче топлива с в мерную емкость.
Однако измерение производительности топливного насоса высокого давления на известном стенде для испытания топливной аппаратуры остается низкой. Это обусловлено тем, что, несмотря на дозированную подачу топлива в мерную емкость, в определении производительности учитывается объем топлива с пузырьками газа.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании стенда для диагностики топливной аппаратуры, повышающего точность и достоверность измерения производительности топливного насоса высокого давления благодаря измерению при определении производительности только объема топлива.
Для решения поставленной задачи в стенд для диагностики топливной аппаратуры, содержащий предназначенный для создания давления топлива в диагностируемой топливной аппаратуре гидравлический блок с топливным баком, предназначенным для хранения топлива, мерной емкостью для определения количества впрыснутого топлива, с форсункой, предназначенной для впрыска топлива, с топливным насосом высокого давления, предназначенным для создания давления топлива и подачи топлива в форсунку и с первым гидрораспределителем, асинхронный двигатель, предназначенный для приведения во вращение приводного вала топливного насоса высокого давления, датчик частоты, предназначенный для определения частоты вращения приводного вала, и устройство для обработки данных, предназначенное для анализа и отображения экспериментальных данных, при этом топливный насос высокого давления соединен с топливным баком и с форсункой, асинхронный двигатель соединен с приводным валом топливного насоса высокого давления, один выход гидрораспределителя соединен с мерной емкостью, второй выход - с топливным баком и датчик для определения частоты вращения приводного вала связан с приводом топливного насоса высокого давления, введен датчик уровня, предназначенный для определения уровня топлива в мерной емкости, гидравлический блок дополнительно снабжен резервуаром, предназначенным для создания в нем противодавления, блоком регулирования давления в резервуаре, представляющим собой параллельно соединенные второй гидрораспределитель и клапан для создания давления в резервуаре, при этом форсунка установлена в резервуаре, который соединен с входом блока для регулирования в нем давления, выход которого соединен с входом второго гидрораспределителя, датчик уровня связан с мерной емкостью, а устройство для обработки данных соединено с датчиком частоты и с датчиком уровня.
Заявляемое решение отличается от прототипа наличием новых конструктивных элементов и новыми взаимосвязями между элементами в устройстве, а именно в стенд для диагностики топливной аппаратуры введен датчик уровня, в гидравлический блок введены резервуар, блок регулирования давления в резервуаре, представляющий собой параллельно соединенные второй гидрораспределитель и клапан для создания давления в резервуаре, в гидравлическом блоке форсунка установлена в резервуаре, который соединен с входом блока для регулирования в нем давления, выход которого соединен с входом второго гидрораспределителя, датчик уровня связан с мерной емкостью, а устройство для обработки данных соединено с датчиком частоты и с датчиком уровня.
Введение в стенд и в его гидравлический блок новых конструктивных элементов и образование новых взаимосвязей между элементами стенда в целом приводит к возможности определения точного объема топлива без пузырьков газа, и, как следствие, к повышению точности и достоверности измерения производительности топливного насоса высокого давления.
Наличие существенных отличительных признаков, приводящих к достижению технического результата при использовании, свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности полезной модели «новизна».
На фиг. представлена схема стенда для диагностики топливной аппаратуры, подтверждающая работоспособность и промышленную применимость заявляемого стенда.
Стенд для диагностики топливной аппаратуры содержит гидравлический блок 1, предназначенный для создания давления топлива в диагностируемой топливной аппаратуре, асинхронный двигатель 2, предназначенный для приведения во вращение приводного вала, датчик частоты 3, предназначенный для определения частоты вращения приводного вала, датчик уровня 4, предназначенный для определения количества впрыснутого топлива, устройство для обработки данных 5, предназначенное для анализа и отображения экспериментальных данных.
Гидравлический блок 1 содержит топливный бак 6, предназначенный для хранения топлива, мерную емкость для топлива 7, первый гидрораспределитель 8, предназначенный для изменения направления потока впрыснутого топлива, резервуар 9, предназначенный для создания в нем противодавления, блок 10 для регулирования давления в резервуар, форсунку 11, предназначенную для впрыска топлива в резервуар 9, и топливный насос высокого давления 12, предназначенный для создания давления топлива и подачи топлива в форсунку 11.
Блок 10 для регулирования давления в резервуаре 9 представляет собой параллельно соединенные клапан 13 для создания давления в резервуаре 9 и второй гидрораспределитель 14. Одна средняя точка соединения клапана 13 и второго гидрораспределителя 14 является входом блока 10 для регулирования давления в резервуаре и соединена с резервуаром 9, а другая - выходом блока 10 для регулирования давления в резервуаре и соединена с первым гидрораспределителем 8.
Форсунка для впрыска топлива 11 установлена в резервуаре 9 для создания в нем противодавления.
Топливный насос высокого давления 12 соединен с топливным баком бис форсункой 11. Резервуар 9 для создания в нем противодавления соединен с входом блока 10 для регулирования в нем давления. Топливный бак 6 связан с мерной емкостью 7.
Выход блока 10 для регулирования давления соединен с входом первого гидрораспределителя 8. Первый выход первого гидрораспределителя 8 соединен с мерной емкостью для топлива 7, а его второй выход - с топливным баком для хранения топлива 6.
Асинхронный двигатель 2 связан с приводным валом топливного насоса высокого давления 12. Вход датчика частоты 3 связан с асинхронным двигателем 2, а выход - с первым входом устройства для обработки данных 5, второй вход которого - с выходом датчика уровня 4. Вход датчика уровня 4 соединен с мерной емкостью для топлива 7.
Стенд для диагностики топливной аппаратуры работает следующим образом. Асинхронный двигатель 2 приводит во вращение приводной вал топливного насоса высокого давления 12. Топливо из топливного бака 6 поступает в топливный насос высокого давления 12, при этом давление топлива в нем увеличивается. Для топливного насоса высокого давления 12 оно составляет до 32 МПа.
Находящееся под давлением топливо форсункой 11 впрыскивается в резервуар 9, в котором давление равно атмосферному давлению. При резком перепаде давления из топлива выделяются пузырьки газа, находящиеся в нем. Резервуар 9 постепенно заполняется топливом с пузырьками газа, находящимся под атмосферным давлением.
После заполнения резервуара 9 топливо с пузырьками газа поступает к клапану 13 для создания давления в резервуаре 9, который уменьшает проходное сечение топлива с пузырьками газа, что приводит к уменьшению количества топлива с пузырьками газа, прошедшего через клапан 13 по сравнению с количеством топлива, поступившего в резервуар 9 из форсунки 11. Это приводит к повышению в резервуаре 9 давления до 10 МПа. Созданное повышение давления в резервуаре 9 является противодавлением давлению впрыска топлива. Перепад давления топлива в резервуаре 9 уменьшается, что приводит к прекращению выделения пузырьков газа из топлива в соответствии с законом Генри, по которому растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна давлению этого газа над раствором.
Далее через клапан 13 в мерную емкость 7 через первый гидрораспередлитель 8 поступает топливо без пузырьков газа. При заполнении мерной емкости 7 срабатывает датчик уровня 4. Сигнал с датчика уровня 4 поступает в устройство для обработки данных 5.
Одновременно с этим, в момент срабатывания датчика уровня 4, первый гидрораспределитель 8 прекращает подачу топлива в мерную емкость 7. Топливо из мерной емкости 7 через первый гидрораспределитель 8 поступает в топливный бак 6, освобождая ее.
В устройство для обработки данных 5 на протяжении всей работы стенда поступает сигнал с датчика частоты 3.
Сигналы, поступившие в устройство для обработки данных 5, отображается на его экране в виде скорости приводного вала топливного насоса высокого давления 12 и количества циклов, необходимых для заполнения мерной емкости 7. Полученные параметры позволяют определить цикловую подачу топливного насоса высокого давления 12.
Опытный образец стенда для диагностики топливной аппаратуры изготовлен в лаборатории «Тепловые двигатели» кафедры «Тепловозы и тепловые двигатели» ДВГУПС, на котором проводились технические испытания по определению производительности топливных насосов высокого давления тепловозных дизелей.
3
Для изготовления опытного образца использован асинхронный двигатель АИР М 112 МВ6 У3, гидрораспределители отечественный 1РЕ6 и итальянский DHI-06, клапан итальянский НМ-011/210. В качестве мерной емкости, был использован цилиндр Снелена объемом 280 см. Для определения частоты вращения применялся магнитный датчик Холла. В качестве датчика уровня использовались два дискретных датчики уровня топлива на основе оптоэлектронной пары. Устройством для обработки данных послужил персональный компьютер.
В качестве объекта исследования была выбрана топливная аппаратура тепловозного дизеля Д49, а именно топливный насос высокого давления и форсунка. Резервуаром для создания потиводавления, послужил стальной стакан малого объема с расположенным сверху выходным отверстием. В данный стакан герметично установлена форсунка.
Проведена серия из 12 испытаний, в которой определялось количество циклов, сделанных топливным насосом высокого давления топливной аппаратуры тепловозного дизеля Д49, необходимых для заполнения мерной емкости. В каждом испытании изменяли скорость приводного вала топливного насоса высокого давления и подачу топливного насоса высокого давления, которые определяли количество циклов, необходимых для заполнения мерной емкости известного объема для заявляемого стенда и стенда-прототипа.
Скорость приводного вала топливного насоса высокого давления и количество циклов отображалось на экране устройства для обработки данных. Цикловая подача топливного насоса высокого давления определялась отношением объема мерной емкости к количеству циклов необходимых для заполнения данной емкости топливом. При этом учитывалось, что в заявляемом стенде измерялся объем топлива без пузырьков газа, а в стенде-прототипе - объем топлива с пузырьками газа, объем которых составляет 8-10% от объема топлива с пузырьками газа.
Результаты лабораторных испытаний приведены в таблице.
Таблица
Результаты лабораторных испытаний
Пример №
Скорость приводного вала топливного насоса высокого давления, об/мин
Подача топливного насоса высокого давления, мм
Подсчитанное количество циклов необходимое для заполнения мерной емкости объемом 280 см<sup>3</sup>, шт
Цикловая подача топливного насоса высокого давления, см<sup>3</sup>/цикл
Повышение точности измерения цикловой подачи,%
Заявленное устройство
Устройство прототип
Заявленное устройство
Устройство прототип
Заявленное устройство
Устройство прототип
Заявленное устройство
Устройство прототип
1
170,0
170,0
13,0
13,0
592
627
0,473
0,446
6,05
2
170,0
170,0
13,0
13,0
592
666
0,473
0,420
12,62
3
170,0
170,0
13,0
13,0
592
636
0,473
0,440
7,50
4
280,0
280,0
17,0
17,0
359
388
0,780
0,722
8,03
5
280,0
280,0
17,0
17,0
359
378
0,780
0,741
5,26
6
280,0
280,0
17,0
17,0
359
412
0,780
0,679
14,87
7
390,0
390,0
21,0
21,0
235
243
1,191
1,151
3,48
8
390,0
390,0
21,0
21,0
235
260
1,191
1,077
10,58
9
390,0
390,0
21,0
21,0
235
265
1,191
1,058
12,57
10
500,0
500,0
25,0
25,0
194
213
1,443
1,312
9,98
11
500,0
500,0
25,0
25,0
194
231
1,443
1,210
19,26
12
500,0
500,0
25,0
25,0
194
208
1,443
1,347
7,13
Результаты лабораторных испытаний показывают, что использование заявляемого стенда для диагностики топливной аппаратуры повышает точность измерения цикловой подачи топливного насоса высокого давления по сравнению с прототипом на 5-15% при соблюдении равных условий проведения эксперимента.