Способ комплектования плунжерных пар топливных насосов высокого давления автотракторных дизельных двигателей и устройство для его осуществления

(51)02 65/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ КОМПЛЕКТОВАНИЯ ПЛУНЖЕРНЫХ ПАР ТОПЛИВНЫХ НАСОСОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Буйкус Кястас Вито Ивашко Виктор Сергеевич Тимофейчик Федор Григорьевич Салейко Иосиф Павлович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) 1. Способ комплектования плунжерных пар топливных насосов высокого давления автотракторных дизельных двигателей, заключающийся в том, что плунжерные пары устанавливают и испытывают в контрольном топливном насосе высокого давления без регулятора, укомплектованном эталонными элементами, измеряют величину подачи топлива при вращении вала контрольного топливного насоса и определяют функциональную взаимозаменяемость плунжерных пар, отличающийся тем, что измеряют величину подачи топлива при частотах вращения вала контрольного топливного насоса высокого давления, равных частотам вращения вала топливного насоса высокого давления дизельного двигателя, соответствующим частотам вращения коленчатого вала дизельного двигателя,работающего на режимах номинальной мощности и максимального крутящего момента при положении рейки контрольного топливного насоса высокого давления аналогичном 8084 1 2006.06.30 положению рейки топливного насоса высокого давления дизельного двигателя, работающего на соответствующих режимах, причем измеренную величину подачи топлива корректируют с учетом температуры топлива на входе и выходе плунжерной пары и в зависимости от степени отклонения величины расхода на входе в плунжерную пару от заранее фиксированного значения, а функциональную взаимозаменяемость плунжерных пар определяют по равенству величин подачи топлива на частоте вращения вала контрольного топливного насоса высокого давления, равной частоте вращения вала топливного насоса высокого давления дизельного двигателя, соответствующей частотам вращения коленчатого вала дизельного двигателя, работающего на режимах номинальной мощности и максимального крутящего момента, при этом плунжерные пары перед измерением подачи топлива нагревают до одинаковой температуры, а топливо после выхода из плунжерной пары охлаждают. 2. Устройство для комплектования плунжерных пар топливных насосов высокого давления автотракторных дизельных двигателей, содержащее контрольный топливный насос высокого давления для размещения испытуемых плунжерных пар и механизм линейного перемещения рейки контрольного топливного насоса, выполненный в виде микрометрического винта с ходовой гайкой и приводом от реверсивного шагового двигателя, блок автоматического управления на базе микропроцессора, датчики и форсунки, отличающееся тем, что включает теплообменник для охлаждения топлива, каждая плунжерная пара снабжена нагревательным элементом, а блок автоматического управления включает блок индикации средней подачи топлива за цикл для испытуемой плунжерной пары, при этом на штуцерах подвода топлива к плунжерным парам и штуцерах подачи топлива к форсункам, размещенным в стаканах, заполненных топливом, установлены датчики температуры топлива, на штуцерах подвода топлива к плунжерным парам установлены датчики расхода топлива, а на выходе из стаканов установлены датчики величины подачи топлива. Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к способам и устройствам для комплектования плунжерных пар топливных насосов высокого давления автотракторных дизельных двигателей, и может быть использовано на предприятиях, изготовляющих топливные насосы высокого давления, а также при их капитальном ремонте на специализированных предприятиях. В качестве прототипа выбран способ комплектования плунжерных пар топливных насосов автотракторных дизельных двигателей и устройство для его осуществления. Согласно способу плунжерные пары устанавливают и испытывают в контрольном топливном насосе без регулятора, укомплектованном эталонными элементами, регистрируют с помощью типового стенда для испытания топливных насосов рабочие циклы и подачу топлива через форсунки при частотах вращения вала контрольного топливного насоса, соответствующих режимам номинального, холостого хода и пускового, при постоянных линейных перемещениях рейки относительно ее исходных положений, причем исходные положения рейки определяют индивидуально для каждого скоростного режима и каждой испытываемой плунжерной пары на момент начала функционирования последней, исходные положения рейки насоса при измерении подачи топлива на режимах номинального и холостого хода определяют при частотах вращения кулачкового вала насоса, соответствующих режимам номинального и холостого хода, при измерении подачи топлива на режиме пуска исходное положение рейки насоса определяют при максимально допустимой частоте вращения вала насоса, определяют линейное отклонение исходного положения рейки насоса на режиме холостого хода относительно базового исходного положения рейки, соответствующего моменту начала функционирования контрольной эталонной плунжерной пары при ее испытании на том же режиме, постоянные величины линейных перемещений рейки относительно исходных положений при определении подачи топлива на 2 8084 1 2006.06.30 режимы номинального и холостого хода принимаются равными с линейными перемещениями рейки относительно исходных положений при испытании контрольной эталонной плунжерной пары, при тех же режимах и соответствующих нормативным подачам топлива, а величина линейного перемещения рейки относительно ее исходного положения при определении пусковой топлива принимается равной нормативному ходу рейки с учетом ее увеличения пусковым обогатителем, функциональную взаимозаменяемость плунжерных пар определяют равенством показателей подач топлива на режимах номинального, холостого хода и пускового при нормативных частотах вращения кулачкового вала насоса режимах и величины отклонения исходного положения рейки на режиме холостого хода относительно базового исходного положения 1. Вследствие ограниченности времени испытаний плунжерная пара с большим зазором медленнее нагревается в процессе трения поверхностей сопряженных деталей и не успевает достичь рабочей температуры. Поэтому вязкость топлива в зазоре, зависящая от температуры, снижается по мере нагрева плунжерной пары. Плунжерная пара с малым зазором быстро нагревается и поэтому вязкость топлива в зазоре быстро снижается. Неучет влияния температуры на вязкость топлива вносит значительную погрешность в результаты измерений, так как величина утечки топлива в плунжерной паре с большим зазором вследствие больших вязкости топлива и зазора приближается к величине утечки топлива в плунжерной паре с малым зазором вследствие малых вязкости топлива и зазора. Следовательно и величина подачи у указанных пар при испытании по прототипу будет одинаковой. Однако в эксплуатационных условиях по мере выравнивания температур плунжерных пар в топливном насосе высокого давления, а, следовательно, и величины вязкости топлива в их зазорах величины утечек топлива будут пропорциональны величинам зазоров. Поэтому и величины подачи отдельных плунжерных пар подобранного комплекта будут различны. Это является причиной появления дисбаланса в работе двигателя, ухудшения его экономичности, снижения мощности. Важно также учесть изменение объема топлива при нагревании вследствие термического расширения, вносящее дополнительную погрешность в измерения подачи плунжерными парами с различной температурой нагрева, то есть чем выше температура, тем больше подача. Необходимо учитывать и то, что в течение смены температура топлива меняется в широких пределах под действием окружающей среды, что вносит дополнительную погрешность в измерения, так как в комплект топливного насоса высокого давления попадут плунжерные пары, испытанные в различное время в течение смены, обладающие одинаковой измеренной подачей, но различными геометрическими параметрами. Устройство для комплектования плунжерных пар топливных насосов автотракторных дизельных двигателей, содержащее микрометрический винт с ходовой гайкой и с приводом от реверсивного шагового двигателя, блок автоматического управления на базе микропроцессора, блок индикации линейного перемещения рейки, датчики начала функционирования испытываемых плунжерных пар, установленные на форсунках и взаимодействующие с ее подвижными деталями, пульт управления с тумблерами и кнопками ручного и автоматического управления, причем ходовая гайка винта соединена посредством поводка с удлиненной рейкой контрольного топливного насоса и взаимодействует с малогабаритным бесконтактным индуктивным датчиком базового положения рейки, установленным с возможностью перемещения вдоль винта и закрепленным при положении рейки контрольного насоса, соответствующему началу функционирования контрольной эталонной плунжерной пары при ее испытании на режиме холостого хода, дополнительно содержит блок индикации отклонений исходного положения рейки насоса на режиме холостого хода относительно базового исходного положения, который подключен параллельно блоку индикации шаговых перемещений 1. 3 8084 1 2006.06.30 Устройство не обеспечивает снятие показаний температуры топлива до и после плунжерной пары и расхода на входе в плунжерную пару, необходимых для повышения точности измерений. Техническая задача изобретения - повышение качества комплектования топливных насосов высокого давления автотракторных дизельных двигателей плунжерными парами. Технический результат выражается в создании условий испытания близких к условиям эксплуатации и обеспечении стабильности условий испытания. Технический результат достигается тем, что в способе комплектования плунжерных пар топливных насосов высокого давления автотракторных дизельных двигателей, заключающемся в том, что плунжерные пары устанавливают и испытывают в контрольном топливном насосе высокого давления без регулятора, укомплектованном эталонными элементами, измеряют величину подачи топлива при вращении вала контрольного топливного насоса и определяют функциональную взаимозаменяемость плунжерных пар, измеряют величину подачи топлива при частотах вращения вала контрольного топливного насоса высокого давления, равных частотам вращения вала топливного насоса высокого давления дизельного двигателя, соответствующим частотам вращения коленчатого вала дизельного двигателя, работающего на режимах номинальной мощности и максимального крутящего момента при положении рейки контрольного топливного насоса высокого давления аналогичном положению рейки топливного насоса высокого давления при частотах вращения коленчатого вала дизельного двигателя, работающего на соответствующих режимах, причем измеренную величину подачи топлива корректируют с учетом температуры топлива на входе и выходе плунжерной пары и в зависимости от степени отклонения величины расхода на входе в плунжерную пару от заранее фиксированного значения, а функциональную взаимозаменяемость плунжерных пар определяют по равенству величин подачи топлива на частоте вращения вала контрольного топливного насоса высокого давления, равной частоте вращения вала топливного насоса высокого давления дизельного двигателя, соответствующей частотам вращения коленчатого вала дизельного двигателя,работающего на режимах номинальной мощности и максимального крутящего момента,при этом плунжерные пары перед измерением подачи топлива нагревают до одинаковой температуры, а топливо после выхода из плунжерной пары охлаждают, а устройство для комплектования плунжерных пар топливных насосов автотракторных дизельных двигателей, содержащее контрольный топливный насос высокого давления для размещения испытуемых плунжерных пар и механизм линейного перемещения рейки контрольного топливного наоса, выполненный в виде микрометрического винта с ходовой гайкой и приводом от реверсивного шагового двигателя, блок автоматического управления на базе микропроцессора, датчики и форсунки, включает теплообменник для охлаждения топлива, каждая плунжерная пара снабжена нагревательным элементом, а блок автоматического управления включает блок индикации средней подачи топлива за цикл для испытуемой плунжерной пары, при этом на штуцерах подвода топлива к плунжерным парам и штуцерах подачи топлива к форсункам, размещенным в стаканах, заполненных топливом, установлены датчики температуры топлива, на штуцерах подвода топлива к плунжерным парам установлены датчики расхода топлива, а на выходе из стаканов установлены датчики величины подачи топлива. На фиг. 1 схематично изображено устройство для осуществления способа. На фиг. 2 показана блок-схема автоматического управления со схемой электрических соединений. Устройство содержит контрольный топливный насос высокого давления 1, который комплектуется эталонными элементами нагнетательными клапанами, пружинами нагнетательных клапанов (на схеме не показаны), топливопроводами высокого давления 2, форсунками 3. Каждая форсунка 3 смонтирована в стакане 4, заполненном топливом. Контрольный топливный насос снабжен механизмом линейного перемещения рейки 5, содержащим микрометрический винт 6 с ходовой гайкой 7 с приводом от реверсивного шагового электродвигателя 8 и датчики положения рейки при максимальном крутящем моменте 9 и 4 8084 1 2006.06.30 номинальной мощности 10. Кулачковый вал 11 топливного насоса соединен с электродвигателем 12, снабженным датчиком 13 частоты вращения кулачкового вала. Внутри топливного насоса 1 располагаются испытуемые плунжерные пары, состоящие из плунжера 14 и втулки 15. Плунжер 14 через зубчатый сектор 16 соединен с рейкой 5. Вокруг втулки 15 смонтирован нагревательный элемент 17. На входе в каждую плунжерную пару расположены датчики расхода 18 и температуры 19 топлива. На топливопроводе 2 навыходе из плунжерной пары расположен датчик температуры топлива 20. На выходе из стакана 4 расположен датчик величины подачи топлива 21. Датчики 9, 10, а также датчики 13, 18,19, 20, 21 и нагревательный элемент 17 с каждой плунжерной пары, электродвигатели 8,12 электрически подключены по отдельным каналам к входу блока автоматического управления 22. В состав устройства входят теплообменник 23, топливный бак 24, топливопровод низкого давления 25, фильтр 26, насос низкого давления 27. Блок автоматического управления 22 (фиг. 2) (для одной плунжерной пары) содержит микропроцессор 28, согласующее устройство 29, датчик температуры окружающей среды 30, реле включения нагревательного элемента 31, блок питания 32, усилитель мощности 33, индикатор 34 номера плунжерной пары в контрольном топливном насосе, двустрочный индикатор 35 средней подачи за цикл на режиме максимального крутящего момента и номинальной мощности плунжерной парой с номером, указанным на индикаторе 34,кнопка 36 выбора номера плунжерной пары, сетевой тумблер 37. Нагревательные элементы 17 с других плунжерных пар подключены параллельно через одно общее реле 31. Датчики 18, 19, 20, 21 с других плунжерных пар присоединены к согласующему устройству 29 по отдельным каналам. Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. В начале испытаний проводят коррекцию вязкости топлива, находящегося в топливном баке 24, которая должна быть в пределах (3,23,6)10-6 м 2/с при температуре 20 С. Для повышения вязкости добавляют индустриальное масло, а для снижения - керосин. Измерения вязкости проводят с помощью стандартного вязкозиметра. Испытываемые плунжерные пары, состоящие из плунжера 14 и втулки 15, устанавливают в насосные секции контрольного топливного насоса высокого давления 1, соединяют штуцеры насосных секций топливопроводами высокого давления 2 с эталонными форсунками 3 (фиг. 1). Подключают блок питания 32 к сети питания электрическим током. Включают сетевой тумблер 37. Блок питания 32 подает напряжение на микропроцессор 28, в схемы питания нагревательного элемента 17, электродвигателей 8 и 12, индикаторов 34 и 35(фиг. 2). Насос низкого давления 27 нагнетает топливо из топливного бака 24 по топливопроводу низкого давления 25 через фильтр 26 в секции топливного насоса высокого давления 1, создавая давление топлива на впуске в топливный насос в пределах 0,1 МПа, излишки топлива возвращаются в бак 24, пройдя через теплообменник 23. Микропроцессор 28 блока автоматизированного управления 22 (фиг. 2) через реле 31 включает нагревательный элемент 17, который прогревает плунжер 14 и втулку 15 до температуры 45 С. Время нагрева определяется заранее опытным путем для температуры окружающей среды 15 С и корректируется микропроцессором в зависимости от показаний датчика температуры окружающей среды 30, чем больше температура окружающей среды, тем меньше время нагрева. Таким образом обеспечивается стабильность условий испытания плунжерных пар при определении показателей технического состояния, причем условия испытания приближены к реальным условиям работы плунжерных пар в топливном насосе. Микропроцессор 28 блока автоматизированного управления 22 (фиг. 2) через усилитель мощности 33 включает электродвигатель 12 и выставляет с помощью датчика 13 частоты вращения кулачкового вала через согласующее устройство 29 частоту вращения ку 5 8084 1 2006.06.30 лачкового вала 11 контрольного топливного насоса высокого давления 1 (фиг. 1), равную частоте вращения вала топливного насоса высокого давления дизельного двигателя, соответствующей частоте вращения коленчатого вала дизельного двигателя, работающего на режиме максимального крутящего момента (для двигателя Камаз-740 частота вращения коленчатого вала 1600 мин-1, частота вращения кулачкового вала топливного насоса высокого давления 800 мин-1) - режим максимального крутящего момента. Микропроцессор 28 через усилитель мощности 33 включает реверсивный электродвигатель 8, который приводит в движение рейку 5 через микрометрический винт 6 с ходовой гайкой 7, и выставляет ее с помощью датчика 9 положения рейки при максимальном крутящем моменте в положение, аналогичное положению рейки топливного насоса высокого давления при частоте вращения коленчатого вала дизельного двигателя, работающего на режиме максимального крутящего момента. Рейка 5 через зубчатый сектор 16 поворачивает плунжер 14 во втулке 15. Под действием кулачкового вала 11 плунжер 14 совершает возвратно-поступательное движение во втулке 15 и создает в топливопроводе 2 давление, необходимое для срабатывания форсунки 3. Топливо, прошедшее через распылитель форсунки 3, поступает в заполненный топливом стакан 4. Отсеченное плунжером 14 во втулке 15 и форсункой 3 топливо возвращается в топливный бак 24, пройдя через теплообменник 23 (фиг. 1). Датчики расхода 18 и температуры 19 топлива на входе в каждую плунжерную пару,датчики 20 температуры топлива на выходе из плунжерной пары, датчик 21 подачи топлива 21 на выходе из стакана 4 снимают соответствующие показания и через согласующее устройство 29 передают в микропроцессор 28 (фиг. 2). Микропроцессор 28 приводит измеренные датчиком 21 величины подач И для разных плунжерных пар к одинаковым условиям, корректируя с помощью коэффициента коррекции подачи в зависимости от степени отклонения величины начальной подачи ,измеренной датчиком 18, от заранее фиксированного значения подачи Р по формуле где- коэффициент коррекции подачи- начальная подача- заранее фиксированное условное значение подачи. Микропроцессор 28 корректирует измеренные величины подачи с учетом температуры топлива на входе и выходе плунжерной пары по формулеИ К,(3)( ф) где- скорректированная подача, мм 3/с И - измеренная датчиком 21 подача, мм 3/с- коэффициент термического расширения- температура топлива на входе в плунжерную пару, измеренная датчиком 19, К ф - температура топлива на выходе из плунжерной пары, измеренная датчиком 20, К. Микропроцессор 28 просчитывает среднее значение скорректированных подач за цикл на режиме максимального крутящего момента с каждым новым измерением для каждой в отдельности плунжерной пары, а результат отображает в верхней строчке двустрочного индикатора 35, при этом на индикаторе 34 отображается номер плунжерной пары, которой принадлежат отображаемые на индикаторе 35 данные. Микропроцессор 28 прекращает просчитывать среднее значение скорректированных подач за цикл на режиме максимального крутящего момента при отсутствии изменения значения скорректированной подачи за один цикл в течение 10 циклов (измерений). 6 8084 1 2006.06.30 Для просмотра данных измерений для других плунжерных пар нажимают кнопку 36 выбора номера плунжерной пары. Номер плунжерной пары изменится на одну единицу вперед по числовому ряду с каждым нажатием. После окончания измерений на режиме максимального крутящего момента микропроцессор 28 блока автоматизированного управления 22 (фиг. 2) через усилитель мощности 33 выставляет на электродвигателе 12 с помощью датчика 13 частоты вращения кулачкового вала через согласующее устройство 29 частоту вращения кулачкового вала 11 контрольного топливного насоса высокого давления 1 (фиг. 1), равную частоте вращения вала топливного насоса высокого давления дизельного двигателя, соответствующей частоте вращения коленчатого вала дизельного двигателя, работающего на режиме номинальной мощности (для двигателя Камаз-740 частота вращения коленчатого вала 2600 мин-1, частота вращения кулачкового вала топливного насоса высокого давления 1300 мин-1) - режим номинальной мощности. Микропроцессор 28 через усилитель мощности 33 включает реверсивный электродвигатель 8, который приводит в движение рейку 5 через винт 6 с ходовой гайкой 7, и выставляет ее с помощью датчика 10 положения рейки при номинальной мощности в положение, аналогичное положению рейки топливного насоса высокого давления при частоте вращения коленчатого вала дизельного двигателя, работающего на режиме номинальной мощности. Рейка 5 через зубчатый сектор 16 поворачивает плунжер 14 во втулке 15. Датчики расхода 18 и температуры 19 топлива на входе в каждую плунжерную пару,датчики 20 температуры топлива на выходе из плунжерной пары, датчик 21 подачи топлива 21 на выходе из стакана 4 снимают соответствующие показания и через согласующее устройство 29 передают в микропроцессор 28 (фиг. 2). Микропроцессор 28 приводит измеренные датчиком 21 величины подач И для разных плунжерных пар к одинаковым условиям, корректируя с помощью коэффициента коррекции подачи в зависимости от степени отклонения величины начальной подачи Н,измеренной датчиком 18, от заранее фиксированного значения подачипо формулам 1,2. Микропроцессор 28 корректирует измеренные величины подачи с учетом температуры топлива на входе и выходе плунжерной пары по формуле 3. Микропроцессор 28 просчитывает среднее значение скорректированных подач за цикл на режиме номинальной мощности с каждым новым измерением для каждой в отдельности плунжерной пары, а результат отображает в нижней строчке двустрочного индикатора 35, при этом на индикаторе 34 отображается номер плунжерной пары, которой принадлежат отображаемые на индикаторе 35 данные. Микропроцессор 28 прекращает просчитывать среднее значение скорректированных подач за цикл на режиме номинальной мощности при отсутствии изменения значения скорректированной подачи за один цикл в течение 10 циклов (измерений). Для просмотра данных измерений для других плунжерных пар нажимают кнопку 36 выбора номера плунжерной пары. Номер плунжерной пары изменится на одну единицу вперед по числовому ряду с каждым нажатием. Средние значения скорректированных подач за цикл и номера каждой плунжерной пары остаются в памяти микропроцессора до выключения устройства с помощью тумблера 37. Каждой испытанной плунжерной паре присваивают личный номер с записью средних значений скорректированных подач за цикл на режимах максимального крутящего момента и номинальной мощности. Данные о плунжерной паре вносят в память компьютера,который по равенству показателей средних значений скорректированных подач за цикл на режимах максимального крутящего момента и номинальной мощности подбирает комплект функционально взаимозаменяемых плунжерных пар в виде личных номеров плунжерных пар. 7 8084 1 2006.06.30 Приведенная выше технология комплектования топливного насоса обеспечивает снижение неравномерности подачи топлива насосными секциями до 5 , более длительное сохранение регулировочных показателей в эксплуатации, повышение его надежность и топливной экономичности дизельного двигателя. Источники информации 1. Патент 3623 , МПК 02 М 65/00. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8