СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХОДА ИГЛЫ РАСПЫЛИТЕЛЯ ФОРСУНКИ COMMON RAIL Российский патент 2021 года по МПК F02M65/00 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливовпрыскивающей аппаратуре и может быть использовано в ходе доводочных работ, а также при испытаниях и диагностике топливных форсунок Common Rail.

В процессе опытно-конструкторских и доводочных работ, а также при испытаниях и диагностике топливных форсунок Common Rail возникает необходимость в определении хода иглы распылителя (далее - иглы).

Известен способ определения хода иглы, предполагающий непосредственное измерение хода иглы с помощью индикаторного измерительного устройства (Системы питания двигателей внутреннего сгорания: методические указания к лабораторным и практическим работам по профилю подготовки «Двигатели внутреннего сгорания» / сост. Ю.П. Макушев. - Омск: СибАДИ, 2012. - 96 с. С. 29-30). В соответствии с известным решением, перед проведением измерений необходимо демонтировать распылитель с иглой из форсунки. К недостаткам известного решения, относится то, что оно позволяет определять только величину полного хода иглы и только на распылителе, демонтированном из форсунки.

Известен способ определения хода иглы путем измерения с помощью индуктивного датчика, который устанавливают в форсунку, выполняя для этого соответствующие доработки ее деталей (Пат. RU №195339, опубл. 23.01.2020. Бюл. №3). К недостаткам известного решения относится необходимость доработки деталей форсунки для определения хода иглы, что, практически, исключает применение способа для диагностики форсунок, которые, по различным причинам, не могут быть доработаны.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемого изобретения - является способ диагностики форсунки, предполагающий установку форсунки на испытательный стенд и последующее косвенное определение хода иглы путем измерения характерного параметра форсунки в предположении о существовании в ограниченной области пропорциональной зависимости между измеряемым параметром и ходом иглы, при этом измеряемым параметром является давление в полости над иглой (Диагностика форсунки дизеля по анализу хода иглы и утечкам топлива. - URL:/ https://articlekz.com/article/13521 (дата обращения: 14.09.2020)).

В соответствии с известным решением, предполагается устанавливать съемный тензодатчик в колпаке форсунки. Колпак с тензодатчиком является сменным и может устанавливаться на форсунки с соответствующими присоединительными размерами. Внутренняя полость форсунки, включая место над иглой и пространство в колпаке форсунки, заполнена топливом. Предполагается, что в замкнутой полости, каковой является внутренняя полость форсунки, и постоянном коэффициенте сжимаемости топлива величина изменения давления над иглой пропорциональна величине подъема иглы. По известному решению, это допущение ограничено и действительно для конструкций с величиной диаметрального зазора между иглой и корпусом распылителя, не превышающей 12 мкм

К недостаткам известного решения относится необходимость наличия колпака с установленным тензодатчиком и системы обработки сигнала с тензодатчика. Для форсунок, различающихся присоединительными размерами элемента под установку колпака или не предусматривающих его установку, требуется изготовление оригинальных сменных переходных элементов, что может не только затянуть процесс подготовки к испытаниям, но и сделать невозможным применение известного способа. В частности, способ, практически, не применим для форсунок Common Rail, поскольку в таких форсунках полость над иглой распылителя, как правило, сообщается с полостью якоря электромагнитного актуатора, и на колебания давления от движения иглы будут накладываться колебания от движения якоря и пульсации из полости управления.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, устранение недостатков прототипа, а именно создание эффективного способа определения хода иглы распылителя форсунок Common Rail.

Решение поставленной технической задачи достигается за счет определения текущего значения хода иглы по заранее известной гидравлической характеристике распылителя, как произведения значения полного хода иглы на отношение длительности текущего управляющего импульса, подаваемого на актуатор форсунки, к длительности управляющего импульса, соответствующего полному ходу иглы, исходя при этом из предположения о линейном характере гидравлической характеристики распылителя в области между двумя известными значениями хода иглы.

Новизной в предлагаемом способе является определение текущего значения хода иглы по гидравлической характеристике распылителя.

У форсунок всех типов гидравлическая характеристика распылителя имеет точку перегиба, характеризующую достижение иглой распылителя своего крайнего положения - состояние полного открытия распылителя и, соответственно, максимального расхода через распылитель.

Многочисленные эксперименты, проводившиеся российскими и иностранными специалистами, а также собственные исследования заявителя показывают, что гидравлическая характеристика распылителей форсунок Common Rail, то есть зависимость расхода через распылитель от времени, является, практически, линейной в области от точки перегиба до точки, соответствующей продолжительности подъема иглы на величину, равную 0,12-0,15 от полного хода.

Положение иглы при впрыске форсункой Common Rail определяется длительностью управляющего импульса. Практический опыт заявителя в области разработки, исследования и серийного производства форсунок Common Rail с 2013 года позволяет сделать допущение о том, что гидравлическая характеристика распылителей форсунок Common Rail, рассматриваемая, как зависимость расхода через распылитель от величины подъема иглы, подобна зависимости расхода через распылитель от времени и содержит линейный участок в интервале от величины хода, равного полному ходу, до величины хода, равного 0,12-0,15 от полного хода иглы.

Предлагаемый способ определения хода иглы распылителя форсунки Common Rail осуществляется в следующей последовательности.

Устанавливают форсунку Common Rail на испытательный стенд.

С помощью оборудования, входящего в комплект типового испытательного стенда, измеряют расход топлива через распылитель при заданном давлении и различных значениях длительности управляющего импульса, подаваемого блоком управления на актуатор форсунки. Расход через распылитель представляет собой характерный параметр данной форсунки.

По гидравлической характеристике определяют длительность управляющего импульса, соответствующую точке перегиба.

Исходя из допущения о подобии гидравлических характеристик распылителя, как зависимостей расхода через распылитель от времени и от величины подъема иглы, ход иглы распылителя на линейном участке гидравлической характеристики определяют, как произведение максимального хода иглы на отношение текущей длительности управляющего импульса к длительности управляющего импульса, соответствующей точке перегиба.

Пример осуществления предлагаемого способа определения хода иглы распылителя форсунки Common Rail.

Выполняли определение хода иглы распылителя для форсунки семейства «А-04-001» собственного производства, устанавливаемой на двигатели ПАО «КАМАЗ».

На фиг. показана гидравлическая характеристика распылителя упомянутой форсунки, снятая при давлении топлива на входе в форсунку, равном 1600 кг/см². При этом по горизонтальной оси показано изменение длительности управляющего импульса, мкс, а по вертикальной оси - расход топлива через распылитель, мм³. На фиг. обозначено: t₁ - длительность управляющего импульса, соответствующая ходу иглы распылителя, равному 0,12-0,15 от максимального (полного) хода; t₂ - длительность управляющего импульса, соответствующая максимальному (полному) ходу иглы распылителя. Окружностями на графике обозначены измеренные значения цикловых подач, сплошной линией - аппроксимация измеренных значений цикловых подач.

Длительность управляющего импульса, достаточная для достижения иглой своего крайнего положения (точка перегиба на графике, показанном на фиг.), составила 800 мкс. При этом известно, что величина полного хода иглы, устанавливаемая по технической документации во время сборки форсунки, составляет 0,3 мм.

Необходимо было определить ход иглы при длительности импульса 500 мкс.

Вычислили значение требуемого параметра: 0,187 мм.

Техническим результатом осуществления предлагаемого способа определения хода иглы распылителя форсунки Common Rail является повышение эффективности определения хода иглы за счет использования штатного оборудования испытательного стенда - расходомера для определения расхода топлива через распылитель - при обеспечении достаточной точности.

Предлагаемый способ применяется при производстве форсунок Common Rail на Алтайском заводе прецизионных изделий.

Способ определения хода иглы распылителя форсунки Common Rail включает установку форсунки на испытательный стенд, измерение расхода топлива через распылитель при заданном давлении и различных значениях длительности управляющего импульса, подаваемого блоком управления на актуатор форсунки. Исходят из допущения о существовании в ограниченной области пропорциональной зависимости между измеряемым параметром и ходом иглы распылителя, причем на участке от максимальной величины хода иглы до величины, составляющей 0,12-0,15 от максимальной, зависимость расхода через распылитель от хода иглы является линейной. Текущее значение хода иглы на линейном участке определяют как произведение максимального хода на отношение длительностей управляющего импульса, соответствующих максимальному ходу и ходу, равному 0,12-0,15 от максимального. 1 ил.

Способ определения хода иглы распылителя форсунки Common Rail, включающий установку форсунки на испытательный стенд, измерение характерного параметра форсунки, принятие допущения о существовании в ограниченной области пропорциональной зависимости между измеряемым параметром и ходом иглы распылителя, отличающийся тем, что измеряемым параметром является расход топлива через распылитель, который измеряют при заданном давлении и различных значениях длительности управляющего импульса, подаваемого блоком управления на актуатор форсунки, пропорциональная зависимость между расходом топлива через распылитель и величиной хода иглы распылителя является линейной, а ограниченная область, в которой эта зависимость действительна, представляет собой интервал значений хода иглы от максимальной величины до величины, составляющей 0,12-0,15 от максимальной, при этом ход иглы распылителя определяют как произведение максимального хода на отношение длительностей управляющего импульса, соответствующих максимальному ходу и ходу, равному 0,12-0,15 от максимального.