СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦИКЛОВОЙ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЬНОМ ДВИГАТЕЛЕ Российский патент 2004 года по МПК F02M65/00 G01M15/00 

Изобретение относится к технике диагностирования дизельных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано для определения цикловой подачи топлива в двигателе топливным насосом высокого давления (ТНВД) как при испытании двигателя, так и при проверке его технического состояния, в том числе в эксплуатационных условиях.

Цикловая подача q топлива является одним из важных параметров, характеризующих техническое состояние дизельного ДВС, в частности состояние ТНВД. Выход указанного параметра за пределы допускаемых значений приводит к ухудшению работы двигателя, закоксовыванию деталей цилиндропоршневой группы, снижению мощности дизеля, увеличению удельного расхода топлива. Поэтому измерение цикловой подачи топлива крайне важно как при эксплуатации, так и при ремонте дизельного ДВС.

Известны способы определения цикловой подачи топлива, основанные на суммарном замере количества впрыскиваемого топлива в мерные стаканы за определенный период времени ("Технология диагностирования тракторов". - М.: ГОСНИТИ, 1973, с.81-86) или за определенное число циклов, устанавливаемых по числу оборотов кулачкового вала ТНВД или коленчатого вала ДВС (П.М.Кривенко, И. М. Федосов "Дизельная топливная аппаратура". - М.: "Колос", 1970, с.192-195).

Указанные способы измерения цикловой подачи дают большую погрешность в связи с тем, что число циклов определяется недостаточно точно. Эти способы трудоемкие, так как требуют осуществления большого объема разборочно-сборочных работ, связанных с отводом подаваемого плунжерными парами топлива в мерные стаканы, снятия топливного насоса с дизеля и установки его на испытательный стенд.

Наиболее близким к изобретению является способ определения цикловой подачи топлива в дизельном двигателе по фазовому сдвигу между началом импульса повышения давления топлива в надплунжерном пространстве топливного насоса двигателя и началом импульса повышения давления топлива в головке топливного насоса (RU 2161725, МПК F 02 M 65/00, 2001).

В известном способе цикловую подачу измеряют при определенных (пусковых) постоянных оборотах коленчатого вала дизеля. Для того чтобы обороты коленчатого вала были постоянными и регулятор ТНВД удерживал рейку подачи топлива на постоянной цикловой подаче, необходимо создать устойчивый режим работы дизеля. В противном случае с изменением частоты вращения коленчатого вала дизеля регулятор ТНВД, действуя на указанную рейку, изменяет цикловую подачу топлива.

Однако, чтобы измерить цикловую подачу топлива при постоянных оборотах коленчатого вала дизеля, необходимо использовать дополнительные средства для стабилизации этих оборотов. Это выполнимо в определенных стационарных условиях, например при установке дизеля или машины с используемым на ней дизелем на соответствующем стенде с тормозным устройством для нагружения дизеля, что связано с трудоемкими операциями. Поэтому известный способ неприменим для оперативного определения цикловой подачи топлива в эксплуатационных условиях. Кроме того, в процессе эксплуатации дизельный двигатель работает на пусковых оборотах в течение непродолжительных промежутков времени, поэтому измеренная на пусковых оборотах цикловая подача топлива не будет характеризовать достаточно полно и достоверно техническое состояние двигателя.

Задачей настоящего изобретения является создание способа определения цикловой подачи топлива в дизельном двигателе, обеспечивающего довольно точное и оперативное определение с минимальной трудоемкостью, в том числе в условиях эксплуатации, величины цикловой подачи q топлива, по которой можно достаточно полно и достоверно оценить техническое состояние двигателя.

Указанная задача достигается тем, что в способе определения цикловой подачи топлива в дизельном двигателе по фазовому сдвигу между началом импульса повышения давления топлива в надплунжерном пространстве топливного насоса двигателя и началом импульса повышения давления топлива в головке топливного насоса согласно настоящему изобретению указанный фазовый сдвиг определяют на режиме свободного ускорения двигателя при частоте вращения его коленчатого вала, отличающейся не более чем на 1% от номинального значения частоты вращения, причем режим свободного ускорения создают путем первоначального обеспечения работы двигателя на минимальной устойчивой частоте вращения холостого хода и последующего резкого перемещения органа управления (ОУ) регулятором частоты вращения (РЧВ) коленчатого вала двигателя в положение, соответствующее максимальной подаче топлива.

Преимущество измерения цикловой подачи q топлива в области номинальной частоты n_ном вращения коленчатого вала объясняется следующим. Основное время эксплуатации дизелей происходит именно при номинальном режиме их работы, т. е. при номинальной частоте n_ном вращения коленчатого вала двигателя, максимальной эффективной мощности N_e, максимальном часовом расходе G топлива и минимальном удельном расходе g топлива (расходе топлива на единицу мощности двигателя), когда при прочих равных условиях происходит наиболее полное сгорание топлива в цилиндрах двигателя. Вследствие этого сравнение величины q, измеренной при n_ном, с нормируемой номинальной цикловой подачей q_ном будет наиболее достоверно и полно отражать техническое состояние дизеля. Кроме того, неоднократными исследованиями, проведенными на ряде дизельных двигателей, таких как Д-37Е, Д-37М, Д-48, Д-50, Д-65Н, Д-240, Д-240Л, Д-240Г и Д-240ЛГ, в которых могут быть использованы ТНВД серии УТН-5, установлено, что в области номинальных оборотов коленчатого вала этих двигателей, ограниченной диапазоном (0,99÷1,01)•n_ном, величина цикловой подачи q стабилизируется и практически становится постоянной, что обеспечивает получение стабильных достоверных измерений этой величины.

Однако номинальную частоту вращения коленчатого вала дизеля на безрегуляторном режиме его работы можно поддерживать постоянной на время определения величины q только при нагружении дизеля тормозным устройством. Это связано, как отмечалось выше, с использованием стационарных стендов. Чтобы избежать необходимости их применения, в заявленном изобретении измерение величины q предлагается проводить в режиме свободного ускорения двигателя, когда скорость вращения его коленчатого вала изменяется от минимальной устойчивой частоты вращения холостого хода до максимальной с гарантированным прохождением через номинальную частоту вращения за счет резкого перемещения ОУ РЧВ в положение, соответствующее максимальной подаче топлива.

Исследования, проведенные на вышеупомянутых типах двигателей, показали, что при указанном режиме свободного ускорения коленчатый вал этих дизельных двигателей гарантированно достигает частоты вращения, меньшей номинальной величины на 1% (т.е. равной 0,99•n_ном) по истечении 0,8 секунд после достижения ОУ положения, соответствующего максимальной подаче топлива. Поэтому применительно к существующим типам дизельных двигателей, эксплуатирующихся с существующими типами ТНВД, в заявленном способе указанный фазовый сдвиг определяют не ранее, чем через 0,8 секунд после достижения указанным ОУ положения, соответствующего максимальной подаче топлива, и не позднее момента срабатывания указанного регулятора на уменьшение подачи топлива, когда частота вращения коленчатого вала начинает резко уменьшаться от номинальной величины.

В частном случае, используя конструкцию существующих ТНВД, указанный фазовый сдвиг определяют не позднее момента прерывания контакта основного рычага указанного регулятора с головкой болта установки указанной номинальной частоты вращения.

Осуществление предлагаемого способа поясняется фигурами чертежей.

На фиг. 1 схематически показаны кривые основных параметров дизельного двигателя (крутящего момента М, цикловой подачи Q топлива, эффективной мощности N_e, часового расхода G топлива и удельного расхода g топлива) на режиме свободного ускорения от минимальной устойчивой n_min до максимальной n_mах частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу;
на фиг. 2 - схема подключения измерительных средств для реализации заявленного способа.

Типичная конструкция ТНВД дизельного двигателя с РЧВ содержит корпус 1 насоса с ввернутым в него металлическим болтом 2 установки номинальных оборотов n_ном, плунжерную пару 3, рейку 4, связанную через тягу 5 с промежуточным рычагом 6 РЧВ, который шарнирно соединен с основным рычагом 7 РЧВ, а также указанный ОУ в виде рычага 8, связанного через пружину 9 с верхним концом основного рычага 7. В нижней части ТНВД расположен вал 10 РЧВ со смонтированным на нем кронштейном 11, на котором шарнирно закреплены грузы 12. На валу 10 смонтирована также втулка 13 с возможностью ее осевого перемещения вдоль этого вала и воздействия на нижнюю часть промежуточного рычага 6. В рычаге 7 выполнено отверстие, через которое проходит стержень болта 2. Головка этого болта находится в постоянном контакте с рычагом 7 в процессе свободного ускорения (разгона) двигателя.

Для определения цикловой подачи топлива путем измерений указанного фазового сдвига (обоснование данных измерений подробно изложено в прототипе по вышеуказанному документу RU 2161725) к штуцеру плунжерной пары одной из секций ТНВД и к полости головки ТНВД подсоединяют соответственно датчики 14 и 15 давления, выполненные, например, в виде преобразователей типа ИПД-2-40 и ИПД-2-1 соответственно. Для фиксирования поступающих от датчиков 14 и 15 импульсов давления топлива в надплунжерном пространстве и в головке ТНВД соответственно эти датчики подключены к осциллографу 16 типа Н030А.

Предложенный способ может быть реализован следующим образом.

Предварительно перед началом измерений по предложенному способу в ТНВД монтируют винтовой контакт 17, подключаемый с помощью электропровода 18 к схеме задержки измерений показаний датчиков 14 и 15, которой снабжают осциллограф 16. Указанная схема задержки должна обеспечивать проведение указанных измерений через 0,8 с после достижения указанным ОУ (рычагом 8) положения, соответствующего максимальной подаче топлива. Конкретное выполнение этой схемы будет понятно любому специалисту-электронщику. Контакт 17 устанавливают так, чтобы он находился в соприкосновении с рычагом 8 при нахождении последнего в положении максимальной подачи топлива. Кроме того, тело болта 2 через электропровод 19 подсоединяют к схеме блокирования (запрета) измерений показаний датчиков 14 и 15, которой также оснащают осциллограф 16 и конкретное выполнение которой также будет понятно специалисту. С помощью указанных схем задержки и блокирования обеспечивается измерение показаний датчиков 14 и 15, а следовательно, указанного фазового сдвига в области номинальной частоты вращения коленчатого вала, ограниченной пределами n_нoм±1%.

Для проведения измерений запускают двигатель и прогревают его. Устанавливают устойчивые минимальные обороты n_min холостого хода. Резко перемещают рычаг 8 в положение, соответствующее максимальной подаче топлива. При этом данный рычаг входит в соприкосновение с контактом 17, в результате чего запускается указанная схема задержки, которая разрешает измерения показаний датчиков 14 и 15 через 0,8 с от момента достижения рычагом 8 положения максимальной подачи топлива, т.е. практически от момента начала свободного разгона двигателя.

В процессе свободного ускорения (разгона) двигателя увеличивается скорость вращения вала 10, и грузы 12 в результате возрастания центробежных сил, поворачиваясь вокруг осей своих шарнирных креплений, воздействуют на втулку 13, которая, перемещаясь вдоль вала 10, действует на промежуточный рычаг 6. Последний через тягу 5 отводит рейку 4, поворачивающую плунжер плунжерной пары 3 на уменьшение цикловой подачи топлива. Вместе с промежуточным рычагом 6 отводится в правую сторону и основной рычаг 7, при этом контакт головки болта 2 с рычагом 7 прерывается, и схема блокирования выдает запрещающий сигнал на измерение показаний датчиков 14 и 15. Конструкция РЧВ, в том числе осевое расположение болта 2, отрегулирована таким образом, что прерывание контакта рычага 7 с головкой болта 2 происходит по достижении номинальной частоты n_ном вращения коленчатого вала двигателя.

Таким образом, в заявленном способе цикловую подачу топлива определяют на частотах вращения коленчатого вала дизельного двигателя в диапазоне (0,99÷1,01)•n_ном Этот диапазон показан на фиг.2 заштрихованной областью.

Пример. Проводились измерения цикловой подачи топлива при достижении номинальной частоты вращения коленчатого вала дизеля Д-65Н. Для этого двигателя n_ном=1750 об/мин. Измерения, проведенные в интервале оборотов от 1735 до 1765 об/мин, показали величину q=83 мм³.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к технике диагностирования дизельных двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано для определения цикловой подачи топлива в двигателе топливным насосом высокого давления как при испытании двигателя, так и при проверке его технического состояния, в том числе в эксплуатационных условиях. Способ определения цикловой подачи топлива в дизельном двигателе по фазовому сдвигу между началом импульса повышения давления топлива в надплунжерном пространстве топливного насоса двигателя и началом импульса повышения давления топлива в головке топливного насоса заключается в том, что указанный фазовый сдвиг определяют на режиме свободного ускорения двигателя при частоте вращения его коленчатого вала, отличающейся не более чем на 1% от номинального значения частоты вращения. Режим свободного ускорения создают путем первоначального обеспечения работы двигателя на минимальной устойчивой частоте вращения холостого хода и последующего резкого перемещения органа управления регулятором частоты вращения коленчатого вала двигателя в положение, соответствующее максимальной подаче топлива 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения цикловой подачи топлива в дизельном двигателе по фазовому сдвигу между началом импульса повышения давления топлива в надплунжерном пространстве топливного насоса двигателя и началом импульса повышения давления топлива в головке топливного насоса, отличающийся тем, что указанный фазовый сдвиг определяют на режиме свободного ускорения двигателя при частоте вращения его коленчатого вала, отличающейся не более чем на 1% от номинального значения частоты вращения, причем режим свободного ускорения создают путем первоначального обеспечения работы двигателя на минимальной устойчивой частоте вращения холостого хода и последующего резкого перемещения органа управления регулятором частоты вращения коленчатого вала двигателя в положение, соответствующее максимальной подаче топлива.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный фазовый сдвиг определяют не ранее чем через 0,8 с после достижения указанным органом управления положения, соответствующего максимальной подаче топлива, и не позднее момента срабатывания указанного регулятора на уменьшение подачи топлива.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанный фазовый сдвиг определяют не позднее момента прерывания контакта основного рычага указанного регулятора с головкой болта установки указанной номинальной частоты вращения.