СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСОВОГО РАСХОДА ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЬНОМ ДВИГАТЕЛЕ Российский патент 2004 года по МПК G01F9/00 

Изобретение относится к технике диагностирования дизельных двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано для определения часового расхода топлива в этих двигателях как при их испытании, так и при проверке технического состояния.

Часовой расход топлива в дизельном двигателе является одним из важных параметров, характеризующих его техническое состояние, в частности состояние составных частей двигателя, участвующих в системе топливоподачи, а именно топливного насоса высокого давления (ТНВД), подкачивающего насоса, фильтра тонкой очистки топлива, перепускного клапана.

Если техническое состояние указанных составных единиц двигателя достигает предельных значений, то это приводит к ухудшению работы двигателя, закоксовыванию цилиндропоршневой группы, что соответственно приводит к залеганию поршневых колец, снижению мощности дизеля, увеличению удельного расхода топлива (основной экономический показатель работы двигателя). Поэтому определение часового расхода топлива в дизеле крайне важно как при его эксплуатации, так и при ремонте. Топливная экономичность дизеля оценивается обычно в режиме максимальной эффективной мощности, развиваемой дизелем, поэтому наиболее показательным является часовой расход топлива (как и удельный расход топлива) при максимальной эффективной мощности, определяемый на номинальных оборотах коленчатого вала дизеля, т. е. максимальный часовой расход топлива.

Известны реализуемые с помощью устройства КИ-8910-ГОСНИТИ способы определения часового расхода топлива в дизельном двигателе, основанные на суммарном измерении количества топлива, впрыскиваемого плунжерными парами ТНВД за определенный промежуток времени (см. "Технология диагностирования тракторов", М. , ГОСНИТИ, 1973. с. 107-120, а также "Технология диагностирования колесных тракторов", М., ГОСНИТИ, 1976, с.49-50).

Известные способы определения часового расхода топлива дают большую погрешность в связи с тем, что стабильность номинальных оборотов двигателя в течение времени измерения расхода трудно поддерживать. Указанная погрешность связана с тем, что в течение времени измерения регулятор ТНВД изменяет частоту вращения коленчатого вала, за счет чего изменяется и часовой расход топлива в двигателе. Для уменьшения погрешности измерения часового расхода топлива в двигателе необходимо создать специальные условия для обеспечения нагружения коленчатого вала и за счет этого стабилизировать его частоту вращения в пределах номинального значения. Для нагружения коленчатого вала обычно используют тормозные устройства, что удорожает проведение измерений и повышает их трудоемкость.

Наиболее близким к изобретению является способ определения часового расхода топлива в дизельном двигателе на номинальных оборотах его коленчатого вала, включающий снятие показаний измерительного средства, установленного в магистрали топливоподачи, в режиме свободного ускорения двигателя ("Расходомер топлива тахометрический цифровой КИ-13967М". Паспорт, М., ГОСНИТИ). Принцип действия этого расходомера основан на преобразовании скорости потока топлива в частоту вращения одноопорной крыльчатки датчика, которая, в свою очередь, посредством магнитоиндукционного генератора преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный частоте вращения крыльчатки. Датчик указанного расходомера подсоединяют к магистрали топливоподачи между топливным баком и помпой ТНВД, т.е. в полость всасывания. Поэтому при измерении расхода топлива воздух попадает в датчик прибора, что искажает его показания. Кроме того, точность измерений указанным расходомером неудовлетворительна также вследствие значительной инерционности его крыльчатки.

Задачей настоящего изобретения является получение способа определения часового расхода топлива в дизельном двигателе, обеспечивающего уменьшение трудоемкости измерений и повышение их точности.

Решение данной задачи достигается тем, что в способе определения часового расхода топлива в дизельном двигателе на номинальных оборотах его коленчатого вала, включающем снятие показаний измерительного средства, установленного в магистрали топливоподачи, в режиме свободного ускорения двигателя, согласно настоящему изобретению, в качестве измерительного средства используют датчик давления, установленный на нагнетательном участке магистрали топливоподачи между фильтром тонкой очистки топлива и топливным насосом высокого давления, режим свободного ускорения создают путем первоначального обеспечения работы двигателя на минимальных устойчивых оборотах холостого хода и последующего резкого перемещения органа управления регулятором частоты вращения коленчатого вала двигателя в положение, соответствующее максимальной подаче топлива, датчиком давления измеряют давление топлива при минимальных устойчивых оборотах холостого хода и минимальную величину давления после резкого перемещения указанного органа управления, а часовой расход топлива определяют по разнице между измеренными величинами давления.

При указанных измерениях давления топлива обратный слив топлива из форсунок двигателя в соответствии с настоящим изобретением можно направлять в нагнетательный участок магистрали топливоподачи между датчиком давления и топливным насосом высокого давления. В этом случае исключается влияние указанного обратного слива на определение действительного расхода топлива.

Осуществление в заявленном способе измерений давления топлива на нагнетательном участке магистрали топливоподачи исключает наличие в последней пузырьков воздуха и, следовательно, их влияние на показания измерительного средства, при этом измерение давления топлива вместо скорости вращения крыльчатки исключает влияние инерционности последней и тем самым повышает точность измерений. Датчиком давления (например, манометром) можно практически мгновенно зафиксировать изменения давления топлива на контролируемом участке магистрали топливоподачи.

Многократные исследования, проведенные на ряде ТНВД дизельных двигателей, показали, что имеется зависимость максимального часового расхода топлива, т. е. часового расхода топлива на номинальных оборотах двигателя, от разности между определенными величинами давления топлива в нагнетательной магистрали топливоподачи, при этом первая величина указанного давления измеряется на минимальных устойчивых оборотах холостого хода двигателя, а вторая величина указанного давления представляет собой его минимальное значение, фиксируемое при свободном ускорении (разгоне) двигателя от минимальных устойчивых оборотов холостого хода до максимальных оборотов. Таким образом, по указанной разности давления топлива можно определять его часовой расход.

На фиг.1 и 2 представлены кривые давления Р топлива в нагнетательной магистрали топливоподачи и часового расхода G топлива в зависимости от частоты вращения (оборотов) п коленчатого вала двигателя; на фиг.3 показана схема подключения датчика давления топлива при осуществлении предлагаемого способа.

На фиг. 1 и 2 нижним индексом "х" обозначены величины, соответствующие минимальным устойчивым оборотам холостого хода двигателя, а нижним индексом "н" - величины, соответствующие номинальным оборотам коленчатого вала двигателя.

При работе двигателя на минимальных устойчивых оборотах nх холостого хода устанавливаются минимальный часовой расход Gx топлива и максимальное давление Рх в нагнетательной магистрали топливоподачи. При увеличении подачи топлива в результате резкого перемещения органа управления регулятором частоты вращения коленчатого вала двигателя в положение, соответствующее максимальной подаче топлива Gmax, двигатель начинает работать в режиме свободного ускорения, частота вращения коленчатого вала резко увеличивается, одновременно увеличивается расход топлива G, а его давление Р уменьшается. Максимальное значение расхода Gmax достигается при номинальной частоте вращения nн коленчатого вала двигателя, при этом давление топлива имеет минимальное значение Рн.

На фиг.2 показаны кривые давления Р и расхода G для трех возможных случаев: когда максимальный часовой расход топлива (при номинальных оборотах) больше нормированной величины (P_h1 и G_h1]), равен нормированной величине (Р_H2 и G_H2) или меньше нормированной величины (Р_H3 и С_H3). Чем больше расход gh, тем меньше соответствующее ему давление Рн, и тем больше разность Рх - Рн. Поэтому для каждого типа дизельного двигателя и ТНВД каждому значению разности Рх - Рн соответствует определенное значение Gн.

Способ по настоящему изобретению осуществляют следующим образом (см. фиг.3).

Датчик 1 давления топлива (в виде манометра) устанавливают на нагнетательном участке 7 магистрали топливоподачи между фильтром 2 тонкой очистки топлива и топливным насосом 4 высокого давления в дизельном двигателе 5. Обратный слив топлива из форсунок 8 двигателя 5 направляют в емкость 9, а затем в нагнетательный участок 7 между датчиком 1 и насосом 4. Пускают и прогревают двигатель 5. Топливо из топливного бака подкачивающей помпой 3 подается через фильтр 2 в головку топливного насоса 4. Направление нагнетания (поступления) топлива показано стрелками. После прогрева двигателя 5 при помощи выполненного в виде рычага 6 органа управления регулятором частоты вращения коленчатого вала двигателя устанавливают минимальные устойчивые холостые обороты двигателя и на этих оборотах датчиком 1 измеряют давление топлива, создаваемое на участке 7 магистрали топливоподачи. Затем рычаг 6 резко перемещают в положение, соответствующее максимальной подаче топлива, и датчиком 1 измеряют минимальное давление топлива на участке 7 в процессе свободного ускорения двигателя, которое вызвано указанным резким перемещением рычага 6. По разнице двух измеренных датчиком 1 давлений топлива, используя заранее установленную зависимость, определяют максимальный часовой расход топлива, имеющий место на номинальных оборотах двигателя. Сравнив значение полученного часового расхода топлива с нормированным значением, можно оценить техническое состояние дизельного двигателя.

Пример
Проводились измерения часового расхода топлива в дизельном двигателе Д-65Н. Двигатель запустили и прогрели его до температуры охлаждающей жидкости 85^oС. Рычагом 7 установили минимальные устойчивые обороты холостого хода (600±5 об/мин). Измеренное датчиком 1 давление топлива на этих оборотах составило 1,5 кгс/см. Затем рычагом 7 резко увеличили подачу топлива в двигатель, создав режим его свободного ускорения (разгона). На этом режиме датчиком 1 зафиксировали минимальное давление топлива, которое составило 1,0 кгс/см². По разнице между измеренными давлениями (1,5-1,0=0,5 кгс/см²) определили расход топлива, который составил 11,5 кг/ч.

Изобретение предназначено для использования в технике диагностирования дизельных двигателей внутреннего сгорания для определения часового расхода топлива в этих двигателях как при их испытании, так и при проверке технического состояния. На нагнетательном участке магистрали топливоподачи между фильтром тонкой очистки топлива и топливным насосом высокого давления устанавливают датчик давления. Затем обеспечивают работу двигателя на минимальных устойчивых оборотах холостого хода и датчиком измеряют давление топлива на этих оборотах. Далее орган управления регулятором частоты вращения коленчатого вала двигателя резко перемещают в положение, соответствующее максимальной подаче топлива, и датчиком измеряют минимальное давление топлива в процессе свободного ускорения двигателя, которое вызвано указанным резким перемещением указанного органа управления. По разнице двух измеренных датчиком давлений топлива, используя заранее установленную зависимость, определяют максимальный часовой расход топлива, имеющий место на номинальных оборотах двигателя. При указанных измерениях давления обратный слив топлива из форсунок двигателя можно направлять в нагнетательный участок магистрали топливоподачи между датчиком давления и топливным насосом высокого давления. Изобретение направлено на уменьшение трудоемкости измерений и повышение их точности. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения часового расхода топлива в дизельном двигателе на номинальных оборотах его коленчатого вала, включающий снятие показаний измерительного средства, установленного в магистрали топливоподачи, в режиме свободного ускорения двигателя, отличающийся тем, что в качестве измерительного средства используют датчик давления, установленный на нагнетательном участке магистрали топливоподачи между фильтром тонкой очистки топлива и топливным насосом высокого давления, режим свободного ускорения создают путем первоначального обеспечения работы двигателя на минимальных устойчивых оборотах холостого хода и последующего резкого перемещения органа управления регулятором частоты вращения коленчатого вала двигателя в положение, соответствующее максимальной подаче топлива, датчиком давления измеряют давление топлива при минимальных устойчивых оборотах холостого хода и минимальную величину давления после резкого перемещения указанного органа управления, а часовой расход топлива определяют по разнице между измеренными величинами давления.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при указанных измерениях давления топлива обратный слив топлива из форсунок двигателя направляют в нагнетательный участок магистрали топливоподачи между датчиком давления и топливным насосом высокого давления.