Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для испытания топливных насосов высокого давления

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

Мощностные, экономические и экологические показатели работы автотракторных дизелей в значительной мере зависят от технического состояния топливных насосов высокого давления (ТНВД), параметры которых в процессе эксплуатации часто выходят за пределы регламентированных значений. Это обусловливает необходимость периодической технической диагностики ТНВД, заключающейся в воспроизведении скоростных и нагрузочных режимов работы ТНВД 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.

Известны устройства для испытания ТНВД, основанные на одновременном измерении параметров всех секций ТНВД. Стенды для испытания ТНВД снабжены электроприводом для вращения вала ТНВД, набором эталонных форсунок и средствами измерения параметров ТНВД [Патенты США №4348895, МПК G01M 15/00, 1982 г. и №4497201, МПК G01M 19/00, 1983 г., Патент РФ №2156377, МПК F02M 65/00, 2000 г., Патент РФ №2224907, кл. F02M 65/00, 2004 г.].

Общими недостатками известных устройств являются:

- высокая относительная погрешность измерения параметров различных секций ТНВД, обусловленная используемым принципом одновременного измерения параметров всех секций несколькими (по числу секций ТНВД) измерительными каналами;

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

В качестве прототипа заявляемого устройства выбран стенд для испытания ТНВД [Патент РФ №2289720, кл. F02M 65/00, 2004 г.], содержащий 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. Он основан на поочередном измерении параметров всех секций ТНВД с использованием единого измерительного канала, обладает высокой точностью измерения диагностических параметров, универсальностью, малой энергоемкостью электропривода.

Недостатком известного стенда для испытания ТНВД является изменение погрешности измерения цикловой подачи топлива секциями ТНВД при испытании ТНВД различной производительности, обусловленное тем, что большинство расходомеров, используемых в схеме стенда, имеют ограниченный диапазон измерения расхода топлива с необходимой точностью (во всем диапазоне). Например, расходомер ОР-2, применяемый в схеме стенда, изменяет погрешность измерения цикловой подачи секциями ТНВД от ±4% на режиме пуска (частота вращения вала 100 об/мин) до ±1,5% на режиме номинальной мощности (частота вращения вала 1050 об/мин). Расходомеры других моделей также имеют изменяющуюся погрешность измерения расхода топлива в зависимости от участка расходной характеристики, используемой для измерений.

В то же время диапазон изменения величины цикловой подачи ТНВД разных моделей: УТН; 4ТН; ЛСТН; 80, 90, 901 (дизелей ЯМЗ); 33, 334 (дизелей КАМАЗ) на различных режимах испытаний изменяется в пределах от 0,01 до 0,23 л/мин, что не позволяет измерять значения цикловой подачи топлива с одинаковой точностью одним расходомером.

Этот недостаток ограничивает возможности использования стенда для испытания и регулировки ТНВД широкого типоразмерного ряда.

Технический результат направлен на повышение точности измерения параметров ТНВД при обеспечении возможности диагностирования и регулировки ТНВД всех марок автотракторных дизелей, повышение качества (точности) регулировки.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для испытания топливных насосов высокого давления, содержащем раму со смонтированной на ней плитой для установки топливного насоса высокого давления, электропривод, форсунку, систему топливоподачи, связанные с системой управления и обработки информации средства измерения производительности и неравномерности подачи топлива, выполненные в виде расходомеров, расположенных после форсунки по ходу потока топлива, средства измерения фазовых параметров, выполненные в виде датчика давления, установленного между измеряемой секцией топливного насоса высокого давления и форсункой, и датчика угловых перемещений, связанного с валом электропривода, при этом датчик давления, форсунка и расходомеры объединены в один измерительный канал, выполненный с возможностью поочередного подсоединения к каждой секции топливного насоса высокого давления, согласно изобретению, расходомеры размещены в измерительном канале параллельно, а перед каждым из них установлен отсечной клапан подключения или отключения его к каналу, связанный с системой управления и обработки информации.

Производительность установленных в измерительный канал расходомеров может быть как одинаковой для всех, так и различной, и будет определяться, как и их количество, исходя из возможного диапазона изменения значений цикловой подачи топлива секциями испытываемых ТНВД на режиме номинальной мощности.

Отличительным признаком является то, что измерительный канал устройства для испытания ТНВД содержит несколько расходомеров, включенных в измерительный канал параллельно, а перед каждым расходомером установлен отсечной клапан, связанный с системой управления и обработки информации, посредством которого осуществляется подключение расходомера к измерительному каналу или отключение от него при выполнении испытаний.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой конструкции устройства для испытания топливных насосов высокого давления дизелей.

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, отсечные клапаны 8 и расходомеры 9 одинаковой или разной производительности. Блок управления 10, по команде, связанного с ним компьютера 11, посредством отсечного клапана 8, осуществляет подключение расходомеров 9 к измерительному каналу 5 или отключение от него при выполнении испытаний.

Испытываемый насос 12 установлен на плите 2, его кулачковый вал 13 соединен с выходным валом электропривода 3. К электроприводу 3 подсоединен датчик угловых перемещений 14.

Работа устройства протекает под контролем компьютера 11 через блок управления 10, к которому подключены управляющие и сигнальные цепи электропривода 3, отсечных клапанов 8, расходомеров 9, датчиков 6 и 14.

Производительность установленных в измерительный канал расходомеров может быть как одинаковой для всех, так и различной.

Стенд для испытания и регулировки ТНВД работает следующим образом.

Испытываемый насос 12 устанавливают на плиту 2, а его кулачковый вал 13 соединяют с выходным валом электропривода 3. Входной штуцер ТНВД 12 соединяют с нагнетательным трубопроводом системы топливоподачи 4. Выходной штуцер измерительного канала 5 и выходные штуцеры 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. Включают электропривод 3, при этом автоматически в измерительном канале 5 по команде с блока управления 10 на отсечные клапаны 8 включаются все расходомеры 9, устанавливают частоту вращения выходного вала электропривода 3 согласно паспортным данным ТНВД и, задав необходимое число циклов подачи, при помощи расходомеров 9 измеряют среднюю цикловую подачу топлива по величине расхода протекающего через расходомеры потока топлива (для определения производительности ТНВД используется метод измерения с непрерывным потоком). При этом автоматически по результатам измерения расхода топлива после первых ста циклов подачи топлива, по команде с блока управления 10 происходит отключение избыточных расходомеров 9, посредством закрытия отсечных клапанов 8, в результате чего в измерительном канале 5 остаются включенными лишь один или несколько расходомеров, совокупная расходная характеристика которых соответствует величине установившегося расхода топлива на выбранном режиме испытаний, обеспечивающих заданную точность измерения расхода топлива.

Определение фазовых параметров секции - угла начала нагнетания или впрыска топлива - производится с помощью датчика угловых перемещений 14, измеряющего угол поворота выходного вала электропривода 3, и датчика давления 6, расположенного между выходным штуцером измеряемой секции ТНВД и форсункой 7 и измеряющего фактическое давление топлива в магистрали высокого давления. При этом каждому значению угла поворота выходного вала электропривода 3 ставится в соответствие значение давления, измеренное датчиком 6 при данном угле.

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

Фазовые параметры секций топливного насоса высокого давления 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 14 и расходомеров 9 поступают в блок 10, который служит для обработки сигналов датчиков и связи с компьютером 11. Отработанное топливо сливается через выходные штуцеры измерительного канала 5 и 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 устройства по сравнению с выбранным прототипом заключаются в следующем.

Измерение параметров всех секций топливного насоса высокого давления при помощи одного измерительного канала, имеющего, за счет параллельного включения в цепь измерительного канала нескольких управляемых расходомеров, регулируемую характеристику измерения расхода топлива, позволяет выполнять испытания ТНВД разных марок, величина цикловой подачи которых изменяется в широких пределах. При этом погрешность измерения величины цикловой подачи секциями для любого испытываемого ТНВД может быть минимизирована до значения, установленного техническими характеристиками расходомеров для относительно небольшого диапазона изменения их производительности.

Применение устройства обеспечивает повышение точности измерения параметров, качества регулировки, возможность диагностирования и регулировки ТНВД всех марок автотракторных дизелей