Прибор для проверки гидравлической плотности плунжерной пары топливовпрыскивающего насоса двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: в машиностроении, в частности приборах для проверки гидравлической плотности плунжерной пары топливовпрыскивающего насоса ДВС. Сущность изобретения: в приборе, содержащем корпус с проверяемой и дополнительной плунжерными парами (ДПП) и нагружающее устройство, кинематически связывающее плунжеры проверяемой и ДПП через посредство передаточного механизма с изменяемым передаточным числом, которое устанавливают равным отношению расстояния между торцами плунжеров проверяемой и ДПП в момент перекрытия плунжером проверяемой плунжерной пары (ППП) наполнительного окна ее втулки за минусом величины геометрического активного хода (ГАХ) плунжера ППП к этой же величине активного хода. Плунжер ДПП снабжен устройством изменения его осевого положения для момента начала подачи. Нагружающее устройство прибора снабжено устройством улавливания падающего груза в момент отсечки подачи испытательной смеси через отсечное окно втулки ППП, выполненной в виде датчика давления смеси в отсечном окне втулки ППП и управляющего электромагнитным тормозом, смонтированным в передаточном механизме прибора. Устройство изменения осевого положения плунжера ДПП выполнено в виде набора сменных удлинителей непрецизионной части плунжера. Длина одного элемента удлинителя равна или кратна величине ГАХ плунжера ППП. Плунжер большего диаметра ДПП снабжен со стороны ее надплунжерной полости сменным вытеснителем объема, выполненным с возможностью свободного входа-выхода в надплунжерную полость ППП при его движении после момента отсечки подачи в ППП до момента геометрического совпадения его торца с привалочной плоскостью втулки. 3 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к приборам для проверки гидравлической плотности плунжерной пары топливовпрыскивающего насоса двигателя внутреннего сгорания.

Известен прибор для проверки гидроплотности плунжерной пары топливовпрыскивающего насоса двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, в котором устанавливается проверяемая плунжерная пара, и нагружающее устройство гиревого типа, с помощью которого создают в надплунжерной полости заданное давление испытательной смеси и прокачивают ее через зазор в паре.

Недостатком прибора является малость объема прокачиваемой через зазор в паре испытательной смеси (он равен произведению активного хода плунжера на площадь его поперечного сечения), в результате при испытании плунжерной пары, имеющей износ, груз опускается быстро, что не дает возможности точно измерить по времени гидроплотность пары и определить принадлежность пары к той или иной группе плотности.

Известен также прибор для проверки гидроплотности плунжерной пары, содержащий корпус с проверяемой и дополнительной плунжерными парами, гидравлически связанными между собой и создающими совместный замкнутый переменный объем, заполненный испытательной смесью (дизельным топливом), при этом диаметр плунжера дополнительной пары отличается от диаметра плунжера проверяемой пары.

Недостатками прибора являются сравнительно низкая производительность и высокая стоимость, обусловленные необходимыми заменами дополнительной пары на пары с плунжерами разных диаметров, и недостаточная точность из-за значительного увеличения объема запасаемой в полости между плунжерами проверяемой и дополнительной пар испытательной смеси. Это приводит к увеличению объемного сжатия смеси при заданном давлении и соответствующему росту "просадки" плунжера проверяемой пары, что вызывает непроизводительную потерю значительной части активного хода плунжера. По данным ЦНИТА на сжатие испытательной смеси в надплунжерной полости при испытании плунжерных пар даже на серийном приборе тратится 5-8 геометрического активного хода плунжера. Отмечаются также колебания установочного активного хода плунжера. Установка дополнительной пары ухудшает этот показатель, и еще более снижает точность прибора.

Известен также прибор для проверки гидроплотности плунжерной пары топливовпрыскивающего насоса, преимущественно имеющей износ, содержащий корпус с проверяемой и дополнительной плунжерными парами и нагружающее устройство, кинематически связанное с плунжером дополнительной пары через посредство передаточного механизма с изменяемым передаточным числом, при этом диаметр дополнительного плунжера отличается от диаметра плунжера проверяемой плунжерной пары.

Недостаток прибора, выбранного в качестве прототипа изобретения, состоит в недостаточной точности определения гидроплотности проверяемой плунжерной пары, так как непроизводительная потеря части активного хода плунжера из-за сжатия испытательной смеси зависит от объема соединительных каналов между полостями плунжерных пар и объемов самих полостей. В свою очередь объем полостей сжатия испытательной смеси зависит от ходов и диаметров плунжеров проверяемой и дополнительной пар и передаточного числа механизма. В описаниях аналогов и прототипа нет никаких указаний на данное обстоятельство и не предложены пути снижения влияния на точность проверки гидроплотности плунжерной пары сжимаемости испытательной смеси в приборе. Это отрицательно сказывается не только на точности прибора, но и на выборе его массы и габаритов. В специальной литературе по дизельной топливной аппаратуре отмечается лишь необходимость учета сжимаемости топлива.

Целью изобретения является повышение точности при проверке гидроплотности плунжерной пары топливовпрыскивающего насоса.

Это достигается тем, что в приборе для проверки гидроплотности плунжерной пары, содержащем корпус с проверяемой и дополнительной плунжерными парами и нагружающее устройство, кинематически связанное с плунжером дополнительной плунжерной пары через посредство механизма с изменяемым передаточным числом, последнее устанавливают равным отношению расстояния между торцами плунжеров проверяемой и дополнительной плунжерных пар в момент перекрытия плунжером проверяемой плунжерной пары наполнительного окна ее втулки за минусом величины геометрического активного хода плунжера к этой же величине активного хода плунжера, при этом плунжер дополнительной плунжерной пары снабжен устройством изменения его осевого положения для момента начала подачи, а нагружающее устройство прибора снабжено устройством улавливания падающего груза в момент отсечки подачи испытательной смеси через отсечное окно втулки проверяемой плунжерной пары, выполненным в виде датчика давления смеси в отсечном окне втулки проверяемой плунжерной пары и управляющего электромагнитным тормозом, смонтированным в передаточном механизме прибора. Кроме того, устройство изменения осевого положения плунжера дополнительной плунжерной пары выполнено в виде набора сменных удлинителей непрецизионной части плунжера, причем длина одного элемента удлинителя равна или кратна величине геометрического хода плунжера проверяемой плунжерной пары, а плунжер большего диаметра дополнительной плунжерной пары снабжен со стороны ее надплунжерной полости сменным вытеснителем объема, выполненным с возможностью свободного входа-выхода в надплунжерную полость проверяемой плунжерной пары при его движении после момента отсечки подачи в проверяемой паре до момента геометрического совпадения его торца с привалочной плоскостью втулки.

На фиг. 1, 2 и 3 представлена принципиальная схема прибора для проверки гидравлической плотности плунжерной пары; на фиг. 4 график зависимости "просадки" плунжера проверяемой плунжерной пары от характеристик прибора; на фиг.5 график зависимости "просадки" плунжера проверяемой пары при использовании вытеснителя объема.

Прибор для проверки гидроплотности плунжерной пары содержит корпус 1, в котором постоянно установлена дополнительная плунжерная пара, состоящая из втулки 2 и плунжера 3, и проверяемая плунжерная пара, состоящая из втулки 4 и плунжера 5. Надплунжерные полости 6 и 7 соответственно дополнительной и проверяемой пар гидравлически связаны между собой каналом 8 в корпусе 1. Объем полости канала 8 и его протяженность могут быть полностью устранены при соосном расположении проверяемой и дополнительной плунжерных пар. Полости 6, 7, 8 на время проверки заполняются испытательной смесью заданной вязкости, например, дизельным топливом. Плунжер 3 дополнительной пары кинематически связан с плунжером 5 проверяемой плунжерной пары через посредство передаточного механизма 9, предназначенного для изменения соотношения скоростей перемещений плунжеров 3 и 5 под воздействием усилия Q от падающего груза.

Заполнение надплунжерных полостей 6 и 7 и канала 8 испытательной смесью осуществляют через наполнительное окно 10, а отсечку подачи после окончания активного хода плунжера 5 через отсечное окно 11 во втулке 4 проверяемой плунжерной пары. Плунжер 3 дополнительной плунжерной пары снабжен устройством изменения длины его непрецизионной части в виде набора сменных удлинителей 12, устанавливаемых на плунжере в месте принятия усилия падающего груза. На плунжере 3 дополнительной плунжерной пары в надплунжерной полости с возможностью замены установлен вытеснитель 21 объема, размеры которого подбираются с учетом свободного входа-выхода в надплунжерную полость проверяемой плунжерной пары (такой вытеснитель применяют для случая, когда диаметр дополнительного плунжера больше диаметра плунжера проверяемой плунжерной пары). В отсечном окне 11 втулки 4 проверяемой плунжерной пары установлен датчик давления 14 с электроконтактами 15, а в передаточном механизме 9 электромагнитный тормоз 16 с фрикционными колодками 17 постоянно разомкнутого типа. Датчик давления 14 служит для управления положением тормозных колодок 16 с целью остановки движения плунжеров 3 и 5.

Положение дополнительного плунжера 3 над плоскостью разъема а-а определяют с помощью измерителя, выполненного, например, в виде линейки 18, закрепленной на корпусе 1, и стрелки 19, связанной с плунжером 3. Падающий груз Q снабжен регулируемым по высоте концевым ограничителем 2.

Работает прибор для проверки гидроплотности плунжерной пары следующим образом.

В корпус 1 с постоянно установленной в нем дополнительной парой 2-3 на время проверки устанавливают проверяемую плунжерную пару 4-5 и, подняв плунжер 5, чтобы открыть окно 10, заполняют испытательной смесью самотеком полости 6 и 7 между плунжерами 3 и 5, после чего освобождают падающий груз Q, который через механизм 9 воздействует на плунжеры 3 и 5 и перемещает их одновременно в осевом направлении навстречу один другому, сжимая испытательную смесь до заданного давления Р после перекрытия плунжером 5 наполнительного окна 10 и герметизации таким образом полостей 6 и 7 между плунжерами. Дополнительный плунжер при этом будет перемещаться со скоростью, в m раз более высокой, чем плунжер 5 (m передаточное число механизма 9). Вследствие сжимаемости испытательной смеси торец плунжера 5 при достижении заданного давления Р оказывается ниже (по чертежу) кромки наполнительного окна 10 на величину Δ h_n, характеризующую непроизводительную (бесполезную) потерю ("просадку") части геометрического активного хода плунжера 5 от начала до отсечки подачи.

Одновременно с плунжером 5 на величину Δ h_д m˙ Δ h_n по той же причине "просядет" дополнительный плунжер 3. Вытесненный при этом плунжерами 3 и 5 объем будет равен объему сжатия (аккумулирования) смеси при заданном давлении Р, считая начальное давление Р_нач. 0.

Уравнение баланса объемов в системе высокого давления прибора в связи со сжатием имеет вид V_сж V_ак, (1) где V_сж объем, описанный торцами плунжеров 3 и 5 от перекрытия плунжером 5 наполнительного окна 10 до положения, когда давление в корпусе 1 достигает значения Р; V_ак объем аккумулированной в приборе испытательной смеси в результате ее сжатия до давления Р.

Объем V_сж определяется по формуле V_сж ·Δh_п+ ·Δh_д, (2) где d_п диаметр плунжера 5; Δ h_п "просадка" плунжера 5 или абсолютная величина потери его геометрического активного хода в результате сжатия до давления Р; d_д диаметр дополнительного плунжера 3; Δ К_д "просадка" дополнительного плунжера 3.

Объем аккумулированной в приборе смеси определяется по формуле V_ак α ˙ Р ˙ (V_п + V_т + V_д),(3) где α коэффициент сжимаемости смеси; Р давление сжатия смеси (при Р_нач.0);
V_п объем надплунжерной полости 7 проверяемой плунжерной пары;
V_д объем надплунжерной полости дополнительной плунжерной пары;
V_т объем полости соединительного канала 8.

Объем полости 7 определяется для момента перекрытия торцом плунжера 5 окна 10 и равен
V_п= ·H_п,
(4) где Н_п расстояние от торца плунжера 5 до привалочной плоскости втулки 4 (плоскость а-а). Этот размер может быть установлен по чертежу втулки плунжерной пары. Например, для втулки рядного топливного насоса тракторного дизеля он 8,5.

Объем полости канала 8 зависит от его размеров и задается разработчиком. Он постоянен для одного экземпляра прибора.

Объем полости 6 определяется для положения плунжера 3, которое он занимает в момент, когда плунжер 5 перекрывает наполнительное окно 10. Вследствие того, что полости канала 8 и дополнительной плунжерной пары 6 связаны между собой и могут быть выполнены заодно, в дальнейшем целесообразно рассматривать эти величины как одну суммарную величину V_д, равную
V_д ·H_д
(5)
С учетом (4) и (5) уравнение (3) перепишется в виде
V_ак α·p ·H_п + ·H
(6)
С целью упрощения расчетов и удобства введены безразмерные величины, характеризующие габариты прибора:
п относительный диаметр до- полнительного плунжера;
i относительная высота столба смеси в приборе,
m передаточное число в передаточном механизме.

С учетом принятых обозначений и после подстановок уравнение баланса примет вид
·Δh_п·(1+m·n²) ·α·P·H_п· (1+i·n²) (7)
После решения уравнения (7) относительно Δ h_п получим выражение для определения величины "просадки" плунжера 5 в результате сжимаемости испытательной смеси
Δh_п= α·P·H_п·
(8)
В серийном приборе для проверки гидроплотности плунжерной пары отсутствует дополнительная пара с ее объемом (т.е. i 0, n 0, m 0), поэтому "просадка" плунжера
Δ h_n.ст.= α ˙p˙H_п, (9)
Дальнейший анализ и построение графиков зависимостей (фиг.2 и 3) выполним для значений постоянных, входящих в выражение (8):
α 80 ˙10^-6 м²/н
p 20 МПа
H_п 8,5 ˙10^-6 м
Как следует из фиг.2, величина "просадки" плунжера 5 увеличивается линейно от возрастания характеристики i прибора (при постоянном диаметре n дополнительного плунжера 3), причем угол наклона линий графика возрастает с уменьшением передаточного числа m передаточного механизма 9. Для серийного прибора, у которого характеристики i, n и m равны нулю, график зависимости "просадки" представляет собой прямую 4, параллельную оси Х и расположенную выше нее на величину Δ h_п.ст.0,136 мм, получаемую расчетом по формуле (9).

Из анализа формулы (8) следует, что величиной "просадки" плунжера 5 можно управлять, изменяя соотношение характеристик i, m и n. Дальнейший анализ выполним для упрощения при n const. При этом возможны следующие случаи:
Случай 1: i > m. "Просадка плунжера больше, чем в серийном приборе, т.к. в полостях 6 и 7 запасен объем смеси больший, чем вытесняется плунжерами 3 и 5. Вариант исполнения нерациональный, поэтому из рассмотрения исключается.

Случай 2: i m. "Просадка" плунжера как в серийном приборе. В этом случае прибор работает следующим образом.

По условиям проверки, определяющим, какое количество смеси необходимо прокачать через зазор в проверяемой паре (допустим, необходимо вдвое увеличить продолжительность проверки, значит надо прокачать двойной объем смеси), регулируют осевое положение дополнительного плунжера 3 над плоскостью разъема удлинителей 12 непрецизионной части плунжера 3, винт 13 тонкой регулировки и измеритель 18 со стрелкой так, чтобы после выхода плунжеров 3 и 5 в плоскость а-а падающий груз оказался на упоре 20. После этого изменяют в механизме 9 передаточное число. Длина одного элемента удлинителя в рассматриваемом случае устанавливается равной или кратной расстоянию H_п, а передаточное число меняют в соответствии с условием i m.

Рассмотренный случай 2 потому не уменьшает "просадку" плунжера относительно серийного прибора, что в последнем и в прототипе значительный вклад в "просадку" вкладывают балластные объемы смеси, не прокачиваемые через зазор в плунжерной паре, но запасенные в надплунжерных полостях 6 и 7. Через зазор прокачиваются только объемы смеси, определяемые размерами h_а и m˙h_a, что значительно меньше объемов, определяемых размерами Н_п и Н_д (как отмечалось выше, размеры h_п и H_п различаются примерно вдвое).

Случай 3: i < m. Указанное условие обеспечивается, если дополнительный плунжер 3 за время активного хода h_а плунжера 5 преодолеет расстояние из своего исходного положения (фиг.1) до встречи с плунжером 5 в полости 7, т. е. преодолеет расстояние нe Н_д (случай 2), а большее расстояние:
Н_д Н_д + (Н_п h_а), (10)
Тогда через зазор будет прокачен не только весь балластный объем смеси из полости 6, но и большая часть балластного объема смеси из полости 7, а плунжеры 3 и 5 будут перемещаться со скоростями, новое соотношение которых должно быть выбрано в качестве передаточного числа m механизма 9:
m -1
(11)
Вариант исполнения прибора, когда диаметр дополнительного плунжера 3 меньше диаметра плунжера 5 проверяемой пары, представлен на фиг.1а (d_д d_п). Такое исполнение позволяет плунжеру 3 занять часть объема полости 7 проверяемой пары. Столкновение плунжеров 3 и 5 после отсечки обеспечиваeтся схемой специального улавливателя груза (фиг.1). В момент отсечки подачи при открытии окна 11 порция смеси воздействует на датчик 14 и замыкает контакты 15 электрической схемы электромагнита 16, который через рычажную систему прижимает тормозную колодку 17 к тормозному барабану в механизме 9 и останавливает мгновенно падение груза до столкновения плунжеров 3 и 5.

При диаметре дополнительного плунжера 5, равного или больше диаметра плунжера 5 (фиг.1б), на торце дополнительного плунжера 3 устанавливают сменный вытеснитель 19 объема, выполненный с возможностью свободного входа-выхода в надплунжерную полость проверяемой пары и имеющего собственный объем, равный в пределах допуска на изготовление балластному объему в полости проверяемой плунжерной пары. Столкновение плунжеров предотвращается с помощью тормоза 16-17.

В рассмотренном случае 3 дополнительный плунжер 3 движется с более высокой скоростью, чем в случае 2, и поэтому он принимает на себя большую часть сжатия смеси, при этом "просадка" плунжера 5 проверяемой пары уменьшается. На фиг. 3 приведен график зависимости "просадки" плунжера от величины "с", представляющей собой отношение m/i. График построен по преобразованной зависимости (8), в которую введена новая величина "с":
Δh_п= α·P·H_п·
(12)
Из фиг.3 и выражения (12) следует, что при увеличении "с" больше единицы "просадка" плунжера проверяемой плунжерной пары становится меньше, чем в прототипе, и ее можно практически устранить полностью.

Формула изобретения

1. ПРИБОР ДЛЯ ПРОВЕРКИ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ПЛУНЖЕРНОЙ ПАРЫ ТОПЛИВОВПРЫСКИВАЮЩЕГО НАСОСА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с проверяемой и дополнительной плунжерными парами, нагружающее устройство гиревого типа, кинематически связывающее плунжеры проверяемой и дополнительной плунжерных пар через передаточный механизм с изменяемым передаточным числом, отличающийся тем, что втулками плунжерных пар образована плоскость разъема, передаточное число m передаточного механизма устанавливают по формуле

где H_н расстояние от торца плунжера проверяемой плунжерной пары в момент перекрытия им наполнительного окна втулки и начала геометрического активного хода плунжера до плоскости разъема;
H_д расстояние от торца плунжера дополнительной плунжерной пары в момент начала геометрического активного хода плунжера проверяемой плунжерной пары до плоскости разъема;
h_а геометрический активный ход плунжера проверяемой плунжерной пары, определяемый техническими требованиями на проверку ее гидравлической плотности,
при этом нагружающее устройство снабжено устройством улавливания падающего груза в момент отсечки подачи испытательной смеси через отсечное окно втулки проверяемой плунжерной пары, а плунжер дополнительной плунжерной пары снабжен устройством изменения его осевого положения относительно торца плунжера проверяемой плунжерной пары.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что плунжер дополнительной плунжерной пары выполнен большего диаметра, чем диаметр плунжера проверяемой плунжерной пары, и снабжен в ее надплунжерной полости сменным вытеснителем объема, выполненным с возможностью свободного входа-выхода в надплунжерную полость проверяемой плунжерной пары и обладающим собственным объемом, задаваемым в зависимости от объема, вытесняемого плунжером проверяемой плунжерной пары при его движении после момента отсечки подачи до геометрического совпадения его торца с привалочной плоскостью втулки.

3. Прибор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что устройство улавливания падающего груза выполнено в виде датчика давления в отсечном окне втулки проверяемой плунжерной пары, управляющего электромагнитным тормозом, установленным в передаточном механизме.

4. Прибор по пп.1 3, отличающийся тем, что устройство изменения осевого положения плунжера дополнительной плунжерной пары относительно торца плунжера проверяемой плунжерной пары выполнено в виде набора сменных удлиненных непрецизионной части дополнительного плунжера, причем длина одного элемента удлинителя равна или кратна геометрическому активному ходу плунжера проверяемой плунжерной пары.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5