Способ испытания топливных насосов высокого давления и устройство для его осуществления

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к области технической диагностики дизельной топливной аппаратуры. Изобретение позволяет повысить точность измерения параметров ТНВД при одновременном упрощении способа и снижении массогабаритных характеристик, энергоемкости и, как следствие, стоимости устройства, посредством которого реализуется предлагаемый способ. Способ испытания топливных насосов высокого давления включает измерения производительности, неравномерности подачи топлива и фазовых параметров секций насоса. Упомянутые измерения производят при помощи одного измерительного канала последовательно для каждой секции насоса. Измерение производительности и неравномерности подачи топлива секциями топливного насоса высокого давления производят путем динамического измерения расхода потока топлива, а измерение фазовых параметров производят по углу поворота кулачкового вала насоса и изменению давления топлива. Устройство для осуществления способа содержит раму со смонтированной на ней плитой для установки топливного насоса высокого давления, привод, форсунку, систему топливоподачи и средства измерения производительности, неравномерности подачи топлива и фазовых параметров секций насоса, связанные с системой управления и обработки информации. Средства измерения производительности и неравномерности подачи топлива выполнены в виде расходомера, расположенного после форсунки по ходу потока топлива. Средства измерения фазовых параметров выполнены в виде датчика давления, установленного между измеряемой секцией насоса и форсункой, и датчика угловых перемещений, связанного с валом привода. Датчик давления, форсунка и расходомер объединены в один измерительный канал, выполненный с возможностью поочередного подсоединения к каждой секции насоса. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области технической диагностики дизельной топливной аппаратуры.

Мощностные, экономические и экологические показатели дизельной аппаратуры в значительной мере зависят от технического состояния топливных насосов высокого давления (ТНВД). В процессе эксплуатации параметры насосов часто выходят за пределы регламентированных значений. Это обуславливает необходимость периодической технической диагностики ТНВД, заключающейся в воспроизведении скоростных и нагрузочных режимов работы насосов и измерении их основных параметров, в том числе - средней цикловой подачи топлива (производительности секций) и неравномерности подачи топлива, а также фазовых параметров - угла начала нагнетания и чередования подачи топлива.

Известен ряд способов испытания ТНВД, основанных на одновременном измерении параметров всех секций ТНВД. Стенды для испытания насосов согласно указанным способам снабжены приводом для вращения вала насоса, набором эталонных форсунок и средствами измерения параметров ТНВД [1-4].

Общими недостатками известных способов и устройств являются:

- высокая относительная погрешность измерения параметров различных секций насоса, обусловленная используемым принципом одновременного измерения параметров по всем секциям насоса, т.е. наличием нескольких (по числу секций насоса) измерительных каналов;

- высокая стоимость стендов из-за необходимости использования мощного электропривода и обязательного наличия большого количества эталонных аттестованных форсунок для каждого типа насосов (по числу секций).

В качестве прототипа заявляемого способа выбран способ испытания ТНВД, заключающийся в подсоединении к секциям насоса измерительных каналов по числу секций и одновременном измерении по каждой секции средней цикловой подачи топлива и неравномерности подачи топлива, а также угла начала нагнетания и чередования подачи топлива [5].

Устройство, с помощью которого реализуется известный способ, представляет собой стенд КИ-35434, состоящий из каркаса с плитой, на которую устанавливается испытываемый насос, электропривода с маховиком, набора эталонных форсунок и измерительных каналов по числу секций насоса для измерения величины подачи топлива и фазовых параметров впрыскивания топлива. Система измерения величины подачи топлива выполнена на основе мерных стеклянных емкостей (мензурок); система измерения фазовых параметров включает диск с делениями, закрепленный на маховике, фотоэлектрические датчики и стробоскоп [5].

Недостатки известного способа испытания ТНВД заключаются в следующем.

Одновременное измерение параметров всех секций насоса приводит к высокой относительной погрешности измерений. Кроме того, такой подход требует наличия эталонных форсунок для каждой секции, что усложняет способ и приводит на практике к дополнительному росту относительной погрешности измерений параметров различных секций ТНВД.

Измерение величины подачи топлива с помощью мензурок характеризуется низкой точностью, кроме того, в этом случае большую роль играет субъективный фактор.

Использование для измерения фазовых параметров стробоскопа имеет следующие недостатки:

- угол начала нагнетания определяется косвенным методом, так как измерения привязаны не к углу начала нагнетания, а к углу начала впрыскивания топлива; это приводит, в свою очередь, к дополнительной погрешности измерений, связанной на практике с трудностью обеспечения полной идентичности технического состояния форсунок в каждой секции;

- так как угол начала нагнетания первой секции насоса не измеряется, приходится устанавливать его в статическом режиме, что также вносит субъективный фактор в измерение всех фазовых параметров;

- угол начала нагнетания топлива последующих секций измеряется не от начала нагнетания первой секции, а от некоторого интегрального момента, определяемого визуально максимальной протяженностью факела распыления в стакане-отстойнике, что также снижает точность измерений.

Недостатки устройства, с помощью которого реализуется известный способ, связаны с необходимостью использования - при одновременном измерении параметров всех секций насоса - мощных (до 15 кВт) электроприводов и набора эталонных форсунок и топливопроводов высокого давления для каждого типа ТНВД. Это приводит к увеличению массогабаритных характеристик и энергоемкости устройства.

Задача, решаемая изобретением, - повышение точности измерения параметров ТНВД при одновременном упрощении способа и снижении массогабаритных характеристик, энергоемкости и, как следствие, стоимости устройства, посредством которого реализуется предлагаемый способ.

Указанная задача решается тем, что в способе испытания топливных насосов высокого давления, включающем измерения производительности, неравномерности подачи топлива и фазовых параметров секций насоса, упомянутые измерения производят при помощи одного измерительного канала последовательно для каждой секции насоса, при этом измерение производительности и неравномерности подачи топлива производят путем динамического измерения расхода потока топлива, а измерение фазовых параметров производят по углу поворота кулачкового вала насоса и изменению давления топлива.

В устройстве для осуществления заявляемого способа, содержащем раму со смонтированной на ней плитой для установки топливного насоса высокого давления, привод, форсунку, систему топливоподачи и средства измерения производительности, неравномерности подачи топлива и фазовых параметров секций насоса, связанные с системой управления и обработки информации, средства измерения производительности и неравномерности подачи топлива выполнены в виде расходомера, расположенного после форсунки по ходу потока топлива, а средства измерения фазовых параметров выполнены в виде датчика давления, установленного между измеряемой секцией насоса и форсункой, и датчика угловых перемещений, связанного с валом привода, при этом датчик давления, форсунка и расходомер объединены в один измерительный канал, выполненный с возможностью поочередного подсоединения к каждой секции насоса.

Предпосылки заявляемого способа и устройства состоят в следующем. Анализируя работу ТНВД, заявитель установил, что параметры каждой секции насоса не зависят от параметров других секций. Фазовые параметры жестко связаны кулачковым валом насоса, а связь между секциями по высокому давлению отсутствует. Это позволило, в свою очередь, предложить одноканальный способ испытания ТНВД, заключающийся в последовательном измерении параметров секций насоса и обсуждаемый более детально ниже.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где схематически изображено устройство, с помощью которого осуществляется предлагаемый способ испытания ТНВД.

Устройство включает раму 1 со смонтированной на ней плитой 2, электропривод 3, систему топливоподачи 4 (включающую топливный бак и подкачивающий насос), измерительный канал 5, выполненный с возможностью подсоединения к любой секции ТНВД и содержащий последовательно расположенные по ходу потока топлива датчик давления 6, форсунку 7 и расходомер 8. К электроприводу 3 подсоединен датчик угловых перемещений 9.

Работа устройства протекает под контролем блока управления 10, к которому подключены управляющие и сигнальные цепи электропривода 3, расходомера 6 и датчиков 8 и 9, и связанного с блоком 10 компьютера 11.

Предлагаемый способ испытания ТНВД состоит в следующем. Испытываемый насос 12 устанавливают на плиту 2 и кулачковый вал 13 ТНВД 12 соединяют с выходным валом электропривода 3. Входной штуцер ТНВД 12 соединяют с нагнетательным трубопроводом системы топливоподачи 4, выходной штуцер измерительного модуля 5 и выходные штуцера остальных секций ТНВД 12 (кроме измеряемой секции) подключают через обратный топливопровод к топливному баку системы топливоподачи 4. Измерительный канал 5 перемещают на позицию измерения и подсоединяют к первой секции ТНВД 12. Затем включают электропривод 3, устанавливают частоту вращения выходного вала привода 3 согласно паспортным данным ТНВД и, задав необходимое число циклов подачи, при помощи расходомера 8 измеряют среднюю цикловую подачу топлива по величине расхода протекающего через расходомер потока топлива (иначе говоря, для определения производительности ТНВД используется метод измерения с непрерывным потоком).

Определение фазовых параметров секции - угла начала нагнетания или впрыска топлива - производится с помощью датчика угловых перемещений 9, измеряющего угол поворота выходного вала привода 3, и датчика 6, расположенного между выходным штуцером измеряемой секции ТНВД и форсункой 7 и измеряющего фактическое давление потока топлива. При этом каждому значению угла поворота выходного вала привода 3 ставится в соответствие значение давления, измеренное датчиком 6 при данном угле.

Заданные значения углов нагнетания, соответствующие измеряемому ТНВД, заранее вводятся в память компьютера 11.

Как уже отмечалось выше, фазовые параметры секций насоса жестко связаны с кулачковым валом, поэтому указанный подход к определению угла начала нагнетания или впрыска топлива является вполне корректным. Выходные сигналы с датчиков 6 и 9 и расходомера 8 поступают в блок 10, который служит для обработки сигналов датчиков и связи с компьютером 11. Отработанное топливо сливается через выходные штуцера измерительного модуля 5 и выходные штуцера остальных секций ТНВД.

После завершения измерения параметров первой секции ТНВД 12 измерительный канал 5 перемещают на следующую позицию измерения, подсоединяют ко второй секции ТНВД, повторяют процесс измерения параметров и т.д. для каждой последующей секции.

Достоинства заявляемого способа и устройства по сравнению с выбранным прототипом заключаются в следующем.

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.

Гидравлическое сопротивление, оказываемое приводу одной форсункой, в N раз меньше, чем сопротивление, оказываемое насосом, имеющим N секций и, соответственно, N форсунок (сопротивлением нагнетательных клапанов можно пренебречь, так как оно практически почти полностью компенсируется внешним давлением подкачки топлива). Поэтому мощность привода, требуемая для проведения измерений одной секции ТНВД, может быть выбрана равной 1 кВт. Это значительно меньше мощности привода в устройстве-прототипе - 10 кВт, необходимой для одновременного измерения параметров всех секций ТНВД, и позволяет снизить массогабаритные характеристики, энергоемкость устройства и его стоимость.

Литература

1. Патент США №4348895, кл. G 01 M 15/00, 1982 г.

2. Патент США №4497201, кл. G 01 M 19/00, 1983 г.

3. Патент РФ №2156377, кл. F 02 M 65/00, 2000 г.

4. Патент РФ №2224907, кл. F 02 M 65/00, 2004 г.

5. Техническое обслуживание и ремонт машин в сельском хозяйстве. Москва, 2003 г., стр.565-568 (прототип).

1. Способ испытания топливных насосов высокого давления, включающий измерения производительности, неравномерности подачи топлива и фазовых параметров секций насоса, отличающийся тем, что упомянутые измерения производят при помощи одного измерительного канала последовательно для каждой секции насоса, при этом измерение производительности и неравномерности подачи топлива секциями топливного насоса высокого давления производят путем динамического измерения расхода потока топлива, а измерение фазовых параметров производят по углу поворота кулачкового вала насоса и изменению давления топлива.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее раму со смонтированной на ней плитой для установки топливного насоса высокого давления, привод, форсунку, систему топливоподачи и средства измерения производительности, неравномерности подачи топлива и фазовых параметров секций насоса, связанные с системой управления и обработки информации, отличающееся тем, что средства измерения производительности и неравномерности подачи топлива выполнены в виде расходомера, расположенного после форсунки по ходу потока топлива, а средства измерения фазовых параметров выполнены в виде датчика давления, установленного между измеряемой секцией насоса и форсункой, и датчика угловых перемещений, связанного с валом привода, при этом датчик давления, форсунка и расходомер объединены в один измерительный канал, выполненный с возможностью поочередного подсоединения к каждой секции насоса.