СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВКИ И/ИЛИ КОНТРОЛЯ КЛАПАНОВ Российский патент 2002 года по МПК F02M65/00 

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к способу для регулировки и/или контроля клапанов, прежде всего клапанных форсунок двигателя внутреннего сгорания, в котором на клапан подают определенный сигнал управления для определения сигнала, характеризующего расход топлива, а также к соответствующему устройству для осуществления этого способа.

Подобный способ используется, например, для регулировки и/или контроля клапанов, прежде всего клапанных форсунок двигателей внутреннего сгорания, известных, например, из публикации ЕР 0426205 В1. При этом для регулировки динамического расхода подобных клапанных форсунок на производстве осуществляют измерение и регулировку гидравлического расхода. При проведении работ по регулировке динамического расхода форсунок в форсунку подают высокоточную гидравлическую среду, называемую ниже уайт-спиритом. За счет определенного управления параметрами расхода и их измерения определяют фактический расход и форсунку выставляют таким образом, чтобы при приведении ее определенным образом в действие устанавливалась определенная величина расхода жидкости. Уайт-спирит обладает постоянными плотностью и вязкостью, а также высокой степенью чистоты. По этой причине этот уайт-спирит очень дорог. Кроме того, пары уайт-спирита оказывают существенное отрицательное влияние на окружающую среду и на работающий с ним персонал. Использование других сред в целях контроля связано с определенными проблемами, поскольку их гидравлические свойства отличаются от параметров топлива.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ контроля и регулировки клапанов, который позволил бы снизить затраты на его осуществление и который был бы более экологичным, а также разработать соответствующее устройство для осуществления этого способа.

В отношении способа указанного в начале описания типа эта задача решается благодаря тому, что в клапан подают газообразную среду. При этом определяют значение первой величины, характеризующей расход газообразной среды, и/или значение по меньшей мере одной второй величины. Осуществление способа таким путем позволяет существенно снизить затраты, а также уменьшить негативное влияние, оказываемое на окружающую среду и на работающий персонал.

В наиболее предпочтительном варианте в качестве второй величины определяют значение тока, при котором клапан открывается, и/или значение тока, при котором клапан закрывается.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом первая величина задает пневматический динамический расход.

Согласно другому предпочтительному варианту на основании первой и второй величин определяют сигнал, характеризующий расход топлива.

В следующем варианте регулировку клапана предпочтительно осуществлять при отклонении сигнала, характеризующего расход топлива, от задаваемого значения уставки.

В другом предпочтительном варианте предлагается осуществлять регулировку клапана при отклонении первой величины от задаваемого значения уставки и/или при отклонении второй величины от задаваемого значения уставки.

Предпочтительно далее, чтобы расход топлива представлял собой динамический расход.

В качестве газообразной среды согласно изобретению предпочтительно использовать сжатый воздух.

В изобретении предлагается также устройство для контроля и/или регулировки клапанов, прежде всего клапанных форсунок двигателя внутреннего сгорания, содержащее блок управления, служащий для подачи на клапан определенного сигнала управления для определения сигнала, характеризующего расход топлива. Такое устройство отличается тем, что в нем предусмотрен генератор давления, служащий для подачи в клапан газообразной среды и для определения значения первой величины, характеризующей расход газообразной среды, и/или значения по меньшей мере одной второй величины, задающей значение тока, при котором клапан открывается, и/или задающей значение тока, при котором клапан закрывается.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичное изображение предлагаемого устройства в упрощенном виде и
на фиг.2 и 3 - блок-схемы, поясняющие предлагаемый способ.

На фиг. 1 в виде очень упрощенной схемы показано предлагаемое согласно изобретению устройство. В упрощенном виде показан электромагнитный клапан 100. В этом электромагнитном клапане имеется соответствующие седло 105 и полость 110. По впускному каналу 115 топливо в обычном режиме работы попадает в полость 110. Используемая в клапане пружина обозначена позицией 120, а игла клапана обозначена позицией 125. Для перемещения иглы клапана предусмотрена катушка 130. Кроме того, имеются также приспособление 135 для регулировки усилия пружины и приспособление 140 для регулировки величины хода иглы 125 электромагнитного клапана. Выпускной канал клапана через расходомер 148 соединен с генератором давления 145.

На катушку 130 через переключатель 150 подается питающее напряжение U. Вторая клемма катушки 130 через амперметр 155 замкнута на потенциал массы.

Кроме того, в устройстве предусмотрен блок 160 управления. Этот блок 160 управления подает соответствующие сигналы на переключатель 150 и обрабатывает выходные сигналы расходомера 148 и амперметра 155, а в предпочтительном варианте также подает сигналы соответствующей величины и на регулировочные приспособления 140 и 135.

В обесточенном состоянии пружина 120 прижимает иглу 125 к седлу 105 клапана. В таком обесточенном состоянии клапан прерывает соединение впускного канала 115 с выпускным. При подаче тока на катушку 130 в электромагните возникает подъемная сила, действующая в направлении, обратном усилию пружины, соответственно механическому усилию. Под действием этой подъемной силы игла 125 приподнимается от седла 105. Расстоянием между седлом 105 и иглой 125 определяется величина хода Н.

Предлагаемый согласно изобретению способ не ограничивается только данным типом клапанов. Он может быть использован и для других управляемых клапанов, которые по соответствующему сигналу управления выдают определенный объем жидкости или газа. Так, например, предлагаемый способ может также найти применение в отношении клапанов, удерживаемых пружиной в открытом положении и пропускающих поток при отсутствии тока.

При приложении к электромагнитному клапану определенного напряжения, т. е. при поступлении сигнала управления фиксированной длительности, электромагнитный клапан должен пропускать поток при определенной величине хода Н. Объем потока, проходящего через клапан за время действия управляющего импульса, зависит от нескольких факторов. Одним из таких факторов является быстрота, с которой открывается электромагнитный клапан, т.е. та величина, с которой скорость подъема иглы от нуля достигает своего максимального значения. Данная величина определяет динамический расход электромагнитного клапана, зависящий в основном от пружины 120. Регулирующее приспособление 135 позволяет регулировать эту скорость. С помощью регулирующего приспособления 135 можно, таким образом, регулировать динамический расход.

Кроме того, величина хода, устанавливающаяся с течением времени при определенной величине управляющего тока, у разных клапанных форсунок различна. Поэтому предусмотрено регулирующее приспособление 140, с помощью которого величину хода можно отрегулировать в статическом состоянии на задаваемое значение. Для этого на электромагнитный клапан постоянно подается ток, измеряется статический расход и регулирующее приспособление 140 выставляется таким образом, что устанавливается определенная требуемая величина статического расхода.

Указанные наладочные работы обычно проводят с использованием топлива, в частности высокоточной гидравлической среды. С этой целью преимущественно используют гептан. По нескольким причинам использование указанного углеводорода связано с целым рядом проблем.

Согласно изобретению было установлено, что динамический расход можно регулировать с помощью сжатого воздуха.

Параметры клапанов при динамическом управлении определяются в основном длительностью управляющего импульса в сравнении с длительностью периода повторения импульсов, статическим расходом и характеристикой изменяющейся во времени разности механических сил и подъемных сил.

Длительность управляющего импульса соответствует интервалу времени, в течение которого катушка клапана находится под током. Длительность периода повторения импульсов соответствует сумме интервалов времени, в течение которых на клапан подается и не подается ток. Статический расход представляет собой количество, проходящее через полностью открытый клапан за определенный период времени. Динамический расход представляет собой количество, проходящее через клапан за определенный период времени, когда управление последним осуществляется с определенным коэффициентом заполнения импульсов. Коэффициентом заполнения импульсов называется отношение длительности управляющего импульса к длительности периода повторения импульсов. Значения динамического и статического расхода у топлива и у газообразных веществ, как правило, различаются.

Согласно изобретению было установлено, что изменение во времени разности между подъемной силой электромагнита и механической силой вместе с динамическим расходом топлива может быть определено путем измерения пневматического динамического расхода QPN.

Под пневматическим динамическим расходом QPN понимается количество газа, проходящее через клапан при заданном коэффициенте заполнения импульсов.

Различия между отдельными электромагнитными клапанами, основанные прежде всего на различиях в магнитной цепи, определяются согласно изобретению путем измерения статических токов втягивания и отпускания.

Эти три параметра, а именно пневматический динамический расход QPN, ток втягивания, или пусковой ток, IAN и ток отпускания IAB могут быть измерены простым способом. Исходя из этих величин, измеряемых с использованием газообразной среды, делается вывод о динамическом расходе топлива QK. С этой целью у нескольких клапанов, взятых, в частности, из предварительно изготовленной партии, измеряют расход топлива. Затем определяют три параметра: пневматический динамический расход QPN, ток втягивания IAN и ток отпускания IAB и выводят соответствующие коэффициенты пересчета.

Преимущество способа заключается в исключении гидравлической среды из процесса определения динамического расхода топлива за счет использования для измерения расхода в качестве газообразной среды легко доступного и абсолютно экологически безвредного атмосферного воздуха. Длительное и дорогостоящее измерение расхода жидкости заменяется на более быстрое и дешевое измерение расхода газа. Измерение статических токов втягивания и отпускания осуществляют с использованием простого способа измерения и индикации.

Такие параметры, как ток втягивания IAN, ток отпускания IAB и пневмодинамический расход QPN, измеряемые для газообразной среды, тесно взаимосвязаны с теми же параметрами для расхода топлива, и их можно очень просто и быстро определять при серийном производстве.

Для этой цели может быть использовано устройство, показанное на фиг.1. Генератор 145 давления обеспечивает создание задаваемого давления, подаваемого к выпускному каналу электромагнитного клапана. Между генератором давления и выпускным каналом клапана установлен расходомер 148. В качестве расходомера 148 в предпочтительном варианте используется измерительная диафрагма. Таким образом, измерение производят путем подачи в клапан сжатого воздуха в направлении, противоположном обычному направлению потока, под давлением предпочтительно около 600 мбар.

Для измерения первой величины, определяющей пневмодинамический расход и характеризующей расход газообразной среды, на катушку 130 подают импульсы тока с заданным коэффициентом заполнения. Например, ток на катушку подают в течение 3 мс с длительностью периода повторения импульсов, т.е. интервалом между двумя моментами начала подачи тока, в 6 мс. Управляющая частота составляет в данном примере 166,7 Гц.

В случае такого типа управления электромагнитный клапан открывается и закрывается с указанной частотой. При таком динамическом управлении подъемная сила электромагнита оказывает существенное влияние на пневмодинамический расход. При более быстром открытии клапана расход становится больше, а при более медленном открытии, обусловленном действием сильной пружины, расход является небольшим.

Кроме того, определяют вторую величину, обозначаемую как ток втягивания IAN и/или ток отпускания IAB. С этой целью непрерывно повышают напряжение U, приложенное к катушке 130. При этом одновременно амперметром 155 определяют ток в катушке. Открытие клапанной форсунки распознается по внезапному увеличению расхода, которое можно определить по спаду давления в зоне генератора 145 давления, соответственно расходомера 148. Спад давления варьируется в пределах порядка 25 мбар.

Затем напряжение уменьшают и определяют момент времени, в который клапан снова закрывается. Значение тока, при котором электромагнитный клапан открывается, называется током втягивания IAN, а значение, при котором клапан закрывается, обозначается через ток отпускания IAB.

Такое измерение можно осуществлять в автоматическом режиме с помощью блока 160 управления, вручную или полуавтоматически. Так, например, можно предусмотреть автоматическое как измерение, так и регулировку клапана с помощью блока 160 управления. Однако можно также производить измерения с помощью блока 160 управления, а регулировку осуществлять вручную. Можно даже работать и без блока управления. В этом случае соответствующий генератор сигналов будет подавать на форсунку сигналы управления, а измерение и регулировка будут осуществляться вручную.

Согласно изобретению было установлено, что динамический расход топлива QK связан постоянной зависимостью с пневматическим, динамическим расходом QPN, током втягивания IAN и током отпускания IAB. Для этой зависимости справедлива следующая формула:
QK=А-В•IAN-С•IAB+D•QPN.

Величины А, В, С и D представляют собой константы, которые должны определяться на нескольких образцах однотипных клапанных форсунок одинаковой конструкции. С этой целью у небольшого количества однотипных форсунок при одних и тех же сигналах управления измеряются динамический расход топлива QK, а также такие величины, как ток втягивания IAN, ток отпускания IAB и динамический расход QPN сжатого воздуха. На основе этих измеренных значений можно определить коэффициенты пересчета А, В, С и D. Величины А, В и С являются величинами примерно одного порядка, а величина D значительно меньше.

На фиг.2 способ регулировки клапана согласно изобретению показан в виде блок-схемы. На первой стадии 200 клапан устанавливают в измерительное устройство и на него подают определенный сигнал управления. При этом клапан можно устанавливать как в ориентации, соответствующей обычному направлению потока в нем, так и в ориентации, противоположной этому обычному направлению потока. На стадии 210 измеряют ток втягивания IAN, a на стадии 220 измеряют ток отпускания IAB. Процесс измерения обеих этих величин более подробно показан на фиг.3.

На следующей стадии 230 на электромагнитный клапан подают импульсы тока с постоянным коэффициентом заполнения импульсов. Затем на стадии 240 с помощью расходомера 148 производят измерение первой величины, называемой величиной пневмодинамического расхода QPN.

После этого на стадии 245, исходя из указанных трех параметров, по приведенной выше формуле определяют соответствующий данным трем величинам динамический расход топлива QK. В блоке 250 ветвления путем соответствующего запроса проверяется, не отклоняется ли данное значение QK от ожидаемого заданного значения, или значения уставки, QKS. С этой целью, например, проверяют, не является ли разность между динамическим расходом топлива QK и ожидаемым заданным значением QKS меньше порогового значения S. Если эта разность меньше, то клапанная форсунка отрегулирована правильно и процесс контроля и регулировки заканчивается стадией 270.

Если же рассчитанное таким путем значение QK расхода топлива отклоняется от ожидаемого значения QKS, то на стадии 260 проводят наладочные работы по регулировке электромагнитного клапана. С этой целью соответствующим образом задействуют регулирующие приспособления 135 и/или 140. Затем процесс снова повторяют, начиная со стадии 210 и до стадии 250.

В одном из наиболее предпочтительных вариантов осуществления целевые значения величин QPN, IAN и IAB заранее определяются на нескольких клапанах. В этом случае может отпасть необходимость в проведении расчетов на стадии 245. При этом на стадии 250 значения QPN, IAN и/или IAB сравнивают с соответствующими ожидаемыми значениями. В данном варианте осуществления регулировка клапана осуществляется в случае отклонения первой величины от ее задаваемого значения уставки и/или при отклонении второй величины от ее задаваемого значения уставки.

Для регулировки гидравлических параметров клапана используют одну пневматическую и две электрические величины. Эти величины можно быстро и легко измерить. Исходя из указанных измеренных величин, определяют гидравлическую величину, а регулирующие приспособления настраивают таким образом, чтобы гидравлическая величина соответствовала ожидаемому заданному значению. На подготовительной стадии перед измерением необходимо определить коэффициенты А, В, С и D, проведя на небольшом количестве клапанов измерения с использованием топлива и воздуха. Большинство клапанов в этом случае проверяют и регулируют только с использованием воздуха.

Измерение электрических величин осуществляют, например, в соответствии с блок-схемой по фиг. 3. На первой стадии 300 задают значение напряжения U0. Это значение выбирают таким образом, чтобы ток не протекал вовсе или чтобы протекал столь малый ток, которого гарантированно было бы еще недостаточно для открытия электромагнитного клапана. Затем на стадии 305 определяют пневматический расход QPN0. После этого на стадии 310 значение напряжения U повышают на заданную величину ΔU. Затем на стадии 350 измеряют новое значение QPN1 для пневматического расхода.

После этого на стадии 320 определяют разность ΔQPN между предыдущим и новым значением для пневматического расхода. При последующем запросе в блоке 325 ветвления проверяется, не превышает ли данное значение порогового значения. Если такого превышения нет, т.е. если давление не снизилось, а игла электромагнитного клапана все еще не приподнялась, на стадии 330 предыдущее значение QPN0 заменяют новым значением QPN1, а значение напряжения на стадии 310 снова увеличивают.

Если же при запросе в блоке 325 ветвления будет установлено, что давление упало, соответственно расход увеличился, следовательно, игла 125 клапана приподнялась и достигнуто значение тока втягивания IAN. Поэтому на стадии 35 амперметр 155 измеряет фактическое значение тока I и сохраняет его в памяти в качестве значения тока втягивания IAN. Для определения тока втягивания значение тока увеличивают с постоянным линейным нарастанием, например увеличивают на 0,001 мА в мс. Достижение значения тока втягивания фиксируется путем непрерывного текущего контроля за пневматическим расходом QPN. Соответствующим образом определяют также ток отпускания IAB. На стадии 340 напряжение U уменьшают на заданную величину ΔU. На стадии 345 измеряют новое значение QPN1 расхода, которое на стадии 350 сравнивают с предыдущим значением QPN0, принимаемым за нулевое значение.

Если при запросе в блоке 355 ветвления на основании разности ΔQPN при сравнении с пороговым значением SW будет установлено, что расход не уменьшился, т.е. игла клапана все еще не пришла в движение, то переходят к стадии 360, где прежнее значение заменяют новым, а затем на стадии 340 напряжение еще раз понижают. Если при запросе в блоке 355 ветвления будет установлено, что расход снизился, на стадии 365 регистрируют фактическое значение тока I, которое и сохраняют в памяти в качестве значения тока отпускания IAB.

Значения длительности управляющего импульса в 5 мс и длительности периода повторения импульсов в 10 мс были выбраны лишь в качестве примера. Эти значения были выбраны максимально возможно малыми с той целью, чтобы улучшить в рассматриваемом случае корреляцию между гидравлическим и пневматическим расходами. Пересчет параметров IAN, IAB и QPN через эту взаимосвязь в значения гидравлического расхода осуществляется автоматически блоком 160 управления, благодаря чему в качестве регулируемых целевых значений могут использоваться непосредственно значения для топлива.

Вместо воздуха можно применять также другие газообразные вещества.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к испытаниям и регулировке топливовпрыскивающей аппаратуры. Изобретение позволяет снизить затраты на осуществление устройства и способа, а также повысить экологичность. Способ контроля и/или регулировки клапанов, прежде всего клапанных форсунок двигателя внутреннего сгорания, в котором на клапан подают определенный сигнал управления для определения сигнала, характеризующего расход топлива. В клапан подают газообразную среду и определяют значение первой величины, характеризующей расход газообразной среды, и/или значение по меньшей мере одной второй величины. Устройство содержит блок управления, служащий для подачи на клапан определенного сигнала управления для определения сигнала, характеризующего расход топлива. В устройстве предусмотрен генератор давления, служащий для подачи в клапан газообразной среды и для определения значения первой величины, характеризующей расход газообразной среды, и/или значения по меньшей мере одной второй величины, задающей значение тока, при котором клапан открывается, и/или задающей значение тока, при котором клапан закрывается. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ контроля и/или регулировки клапанов, прежде всего клапанных форсунок двигателя внутреннего сгорания, в котором на клапан подают определенный сигнал управления для определения сигнала (QK), характеризующего расход топлива, отличающийся тем, что в клапан подают газообразную среду и определяют значение первой величины (QPN), характеризующей расход газообразной среды, и/или значение по меньшей мере одной второй величины (IAN, IAB). 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вторая величина (IAN, IAB) задает значение тока (IAN), при котором клапан открывается, и/или вторая величина задает значение тока (IAB), при котором клапан закрывается. 3. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первая величина (QPN) задает пневматический динамический расход. 4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что на основании первой и второй величин (IAN, IAB) определяют сигнал (QK), характеризующий расход топлива. 5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что регулировку клапана осуществляют при отклонении сигнала (QK), характеризующего расход топлива, от задаваемого значения установки (QKS). 6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что регулировку клапана осуществляют при отклонении первой величины (QPN) от задаваемого значения уставки и/или при отклонении второй величины (IAN, IAB) от задаваемого значения уставки. 7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что расход топлива представляет собой динамический расход. 8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в качестве газообразной среды используют сжатый воздух. 9. Устройство для контроля и/или регулировки клапанов, прежде всего клапанных форсунок двигателя внутреннего сгорания, содержащее блок (160) управления, служащий для подачи на клапан определенного сигнала управления для определения сигнала (QK), характеризующего расход топлива, отличающееся тем, что в нем предусмотрен генератор давления (145), служащий для подачи в клапан газообразной среды и для определения значения первой величины (QPN), характеризующей расход газообразной среды, и/или значения по меньшей мере одной второй величины (IAN, IAB), задающей значение тока (IAN), при котором клапан открывается, и/или задающей значение тока (IAB), при котором клапан закрывается.