СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ИСПЫТАНИЯ КОМПОНЕНТОВ СИСТЕМ COMMON RAIL Российский патент 2021 года по МПК F02M65/00 

Изобретение относится к технологии производства топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано, в частности, при испытаниях топливных систем Common Rail.

Топливная аппаратура двигателей внутреннего сгорания включает гидравлические компоненты (далее – компоненты), внутренние полости которых при испытаниях и в эксплуатации нагружены высоким давлением топлива. Это относится, в том числе, к компонентам систем Common Rail, в которых во время работы двигателя находится топливо под давлением порядка 160 МПа и выше. Примерами могут служит аккумуляторы, топливопроводы высокого давления, форсунки, насосы. В реальных условиях эксплуатации давление во внутренних полостях компонентов топливной аппаратуры является непостоянным, по величине. Колебания давления при работе двигателя представляют собой дополнительный фактор, отрицательно влияющий на герметичность и прочность конструкции.

Создание колебаний давления технологических жидкостей во внутренних полостях компонентов в процессе производства топливной аппаратуры может быть целесообразно, по крайней мере, в двух случаях: во-первых, для осуществления так называемого автофретирования и, во-вторых, при испытаниях – для имитации эксплуатационного нагружения.

Известны способ и устройство для генерирования колебаний давления в потоке жидкости (пат. RU № 2464456, опубл. 20.10.2012. Бюл. № 29). Известный способ заключается в поочередной подаче жидкости через два рабочих канала в общий выходной коллектор, где устанавливают гидроцилиндр с двумя поршнями, соединенными штангой. В стенке гидроцилиндра выполняют два окна, соединенных каждое со своим рабочим каналом. Один поршень устанавливают внутри гидроцилиндра между окнами, второй - в выходном коллекторе. В выходном коллекторе создают волны сжатия и разрежения за счет возвратно-поступательного перемещения поршней. Переключение направления потока жидкости между двумя рабочими каналами осуществляют за счет подачи плоской струи на плоский клин, установленный на определенном расстоянии от щелевого входного сопла навстречу потоку. Перепад давления между рабочими каналами используют для генерации импульсов давления в выходном коллекторе.

К недостаткам известного решения относится чувствительность конструкции из двух поршней, жестко связанных между собой штангой к несоосностям как самих поршней друг относительно друга при их установке и закреплении на штанге, так и отверстий под поршни в гидроцилиндре и выходном коллекторе или перфорированном стакане (вариант, предложенный в известном решении). Увеличение взаимной несоосности поршней приведет к уменьшению эффективности преобразования перепада давления между рабочими каналами в импульсы давления в выходном коллекторе. Так как оба поршня должны иметь определенную высоту, обеспечивающую гидравлическую плотность соединения, при некотором перекосе связки «поршни-штанга» устройство может стать неработоспособным. Важной особенностью известного решение, которая при испытаниях топливной аппаратуры на прочность будет недостатком, является необходимость организации постоянного протока жидкости через устройство, так как эффективность известного способа и устройства для его осуществления зависит от скорости движения жидкости.

Известны способ возбуждения колебаний давления в замкнутом объеме и гидравлический возбудитель колебаний для его осуществления (АС № 1606752, опубл. 15.11.1990. Бюл. № 42). Устройство включает два, установленных в корпусе и гидравлически связанных между собой поршня, днища которых в совокупности со специально профилированными стенками корпуса образуют рабочую камеру, заполненную рабочей жидкостью. Один из поршней является задающим и связан с неоговоренным источником механической энергии, от которого получает перемещение. Второй поршень авторы известного решения определяют, как рабочий орган устройства. Он связан с корпусом через упругий демпфер, причем между наружной поверхностью второго поршня и стенкой корпуса образована полость, заполненная демпфирующей жидкостью. По известному решению, задающий поршень перемещается с заданной частотой и сжимает рабочую жидкость в рабочей камере, создавая волну давления в направлении днища второго поршня. Возвращаясь в исходное положение, задающий поршень создает волну разрежения, которая достигает днища второго поршня и отражается в обратном направлении. В момент достижения волной разрежения днища задающего поршня, последний выдает следующий импульс. Импульсы повышенного давления суммируются до тех пор, пока волна высокого давления не переместит рабочий орган устройства, преодолевая сопротивление демпфера и демпфирующей жидкости. Перемещаясь на расстояние, определяемое упругими свойствами демпфера и демпфирующей жидкости, рабочий орган устройства создает рабочий импульс давления в выходном патрубке.

К недостаткам известного решения относится применение двух различных жидкостей - рабочей и демпфирующей и, соответственно, необходимость специальных мероприятий по предотвращению их смешивания. Недостатками является также применение демпфера, периодически деформируемого при работе устройства и ограничивающего за счет этого ресурс всей конструкции.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков – прототипом предлагаемого изобретения – является способ гидравлического испытания (пат. RU № 2649619, опубл. 04.04.2018. Бюл. № 10), предполагающий заполнение внутренней полости испытуемого изделия первой технологической жидкостью, создание с ее помощью во внутренней полости испытуемого изделия начального давления и последующее изменение величины этого давления в заданных пределах. Изменение давления, по известному решению заключается в его повышении до заданного значения с помощью усилителей давления, выполненных в виде бустерных цилиндров, подключаемых к испытуемому изделию параллельно. Количество бустерных цилиндров может быть равно единице, но предпочтительным вариантом, по известному решению, является поочередное использование множества бустерных цилиндров с последовательно увеличивающимися коэффициентами усиления. Количество бустерных цилиндров соответствует количеству насосов для их привода. Привод усилителей давления осуществляется за счет подачи на их входы второй технологической жидкости. По известному решению, смешение технологических жидкостей не допускается. При этом в качестве первой технологической жидкости, используемой для заполнения внутренней полости изделия, используется вода, а в качестве второй технологической жидкости, используемой для привода усилителей давления – гидравлическое масло. При достижении заданного уровня давления во внутренней полости изделия все бустерные цилиндры, кроме одного, отключают и выдерживают изделие под давлением в течение заданного временного интервала. Таким образом, после достижения с помощью бустерных цилиндров заданного уровня давления испытания продолжают при постоянном давлении.

К недостаткам известного решения относится:

- использование двух типов жидкостей;

- использование бустерных цилиндров с различными коэффициентами усиления;

- использование отдельных насосов для привода каждого бустерного цилиндра;

- проведение испытаний при постоянном давлении.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание эффективного способа гидравлического испытания компонентов систем Common Rail и устройства для его осуществления, позволяющих обеспечить циклическое изменение давления во внутренних полостях испытуемых изделий. Это позволит выполнять испытания компонентов при имитации реальных условия нагружения в эксплуатации и кроме того может позволить осуществлять упрочнение компонентов за счет автофретирования.

Решение поставленной технической задачи достигается за счет:

- применения одной технологической жидкости для привода усилителей давления и для нагружения компонента;

- использование для привода всех используемых при испытаниях усилителей давления одного стендового насоса;

- использование в качестве усилителей давления электроуправляемых мультипликаторов давления (далее – мультипликаторов) с одинаковыми коэффициентами мультипликации (усиления), обеспечивающих циклическое изменение давления с заданными частотой и амплитудой во внутренней полости компонента.

Новизной в предлагаемом способе гидравлического испытания компонентов систем Common Rail является сочетание применения одной технологической жидкости для привода усилителей давления и нагружения испытуемого изделия внутренним давлением с обеспечением периодических колебаний давления с заданными частотой и амплитудой на протяжении заданного периода времени, а также применение в качестве усилителей давления электроуправляемых мультипликаторов, имеющих одинаковые коэффициенты мультипликации, на которые одновременно подаются широтно-модулированные, одинаковые, по характеристикам, управляющие сигналы.

Предлагаемый способ гидравлического испытания компонентов систем Common Rail осуществляется следующим образом.

Испытуемое изделие – компонент системы Common Rail – устанавливают на стенд. К испытуемому подключают стендовый насос.

Стендовый насос подключают также к надпоршневой полости мультипликатора. Подплунжерную полость мультипликатора подключают к испытуемому изделию.

В зависимости от величины максимального давления, которую необходимо развить во внутренней полости испытуемого изделия, конструктивных особенностей испытуемого изделия и используемых усилителей давления, количество усилителей давления может быть различным. Предлагаемый способ не исключает применение единственного мультипликатора, если это оправдано технически. Если используют несколько мультипликаторов, их подключают параллельно.

С помощью стендового насоса заполняют внутреннюю полость испытуемого изделия технологической жидкостью. Технологическая жидкость при этом заполняет надпоршневую и подплунжерную полости мультипликаторов.

Предлагаемый в качестве настоящего изобретения способ гидравлического испытания компонентов систем Common Rail предполагает применение одной технологической жидкости для нагружения испытуемого изделия и привода мультипликаторов.

Предпочтительным вариантом является применение в качестве технологической жидкости дизельного топлива, имеющего плотность 825-865 кг/м³ при 15°С и кинематическую вязкость (1,8-6,1) мм²/с при 40°С. Возможно также применение калибровочной жидкости, имеющую плотность 825 кг/м³ при 15°С и кинематическую вязкость 2,53 мм²/с при 40°С. Преимущества использования дизельного топлива и калибровочной жидкости заключаются в их широком распространении и применении при производстве топливной аппаратуры типа Common Rail.

Стендовым насосом по заданной программе создают начальный уровень давления во внутренней полости испытуемого изделия.

В исходном состоянии - при отсутствии подачи управляющих сигналов на актуаторы мультипликаторов и постоянно работающем стендовом насосе - давление в надпоршневой и подплунжерной полостях мультипликаторов, а также во внутренней полости испытуемого изделия равны между собой. Изменением давления вследствие утечек технологической жидкости по зазорам, как показывает практика, можно пренебречь.

Подавая управляющие сигналы на актуаторы мультипликаторов, создают импульсы давления в подплунжерных полостях мультипликаторов, подключенных к внутренней полости испытуемого изделия.

Предпочтительным является управление актуаторами мультипликаторов с помощью широтно-модулированных сигналов. Это объясняется особенностью управления быстродействующими электромагнитами, наиболее подходящими, по опыту заявителя, для использования в актуаторах электроуправляемых мультипликаторов.

При этом частота подачи сигналов и продолжительность участка удержания определяются целью использования предлагаемого способа и могут быть различными для применения в отношении различных компонентов систем Common Rail.

На все мультипликаторы, подключенные к испытуемому изделию, одновременно подаются и выключаются одинаковые управляющие сигналы для обеспечения одинакового в пределах технологической точности изготовления деталей изменения давления в испытуемом изделии.

Частота подачи управляющих сигналов составляет от 3 Гц до 25 Гц, в зависимости от задач конкретных испытаний.

Пример осуществления способа

Проводили испытания топливного аккумулятора системы Common Rail двигателя Д-245.7Е3 производства Минского моторного завода. На время испытаний к топливному аккумулятору был подключен один электроуправляемый мультипликатор. Актуатор мультипликатора включал электромагнит форсунки системы Common Rail, серийно выпускаемой Алтайским заводом прецизионных изделий. Подачу управляющих сигналов на мультипликатор осуществляли через стендовый блок управления. Частота управляющих сигналов составляла 5 Гц. Испытания проводили при двух значениях начального давления - 50 МПа и 1000 МПа. В испытуемом топливной аккумуляторе были получены импульсы давления с амплитудой 12 МПа и 18 МПа, соответственно.

Техническим результатом предлагаемого в качестве изобретения способа гидравлического испытания компонентов систем Common Rail является:

- обеспечение возможности проведения испытаний при переменном давлении, включая имитацию эксплуатационных режимов работы компонентов систем Common Rail, что может быть использовано при проведении, например, прочностных или ресурсных испытаний компонентов;

- упрощение проведения испытаний за счет применения одной рабочей жидкости для нагружения испытуемых изделий и привода усилителей давления.

Способ гидравлического испытания компонентов систем Common Rail включает заполнение внутренней полости испытуемого изделия технологической жидкостью, создание во внутренней полости испытуемого изделия начального давления и последующее периодическое изменение величины этого давления в заданных пределах с помощью усилителей давления, подключаемых к испытуемому изделию параллельно. Для привода усилителей давления и нагружения испытуемого изделия внутренним давлением используется одна и та же технологическая жидкость, количество усилителей давления может быть больше или равно одному, в качестве усилителей давления применяются электроуправляемые мультипликаторы с одинаковыми коэффициентами мультипликации. Включение и выключение всех усилителей давления происходит одновременно. Управляющие сигналы, подаваемые на усилители давления, являются широтно-модулированными, частота подачи управляющих сигналов составляет (3-25) Гц. В качестве технологической жидкости используют дизельное топливо, имеющее плотность (825-865) кг/м³ при 15°С и кинематическую вязкость (1,8-6,1) мм²/с при 40°С, или калибровочную жидкость, имеющую плотность 825 кг/м³ при 15°С и кинематическую вязкость 2,53 мм²/с при 40°С. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ гидравлического испытания компонентов систем Common Rail, включающий заполнение внутренней полости испытуемого изделия технологической жидкостью, создание с ее помощью во внутренней полости испытуемого изделия начального давления и последующее изменение величины этого давления в заданных пределах с помощью усилителей давления, подключаемых к испытуемому изделию параллельно, отличающийся тем, что для привода усилителей давления и нагружения испытуемого изделия внутренним давлением используется одна и та же технологическая жидкость, количество усилителей давления может быть больше или равно одному, в качестве усилителей давления применяются электроуправляемые мультипликаторы, имеющие одинаковые коэффициенты мультипликации, включение всех усилителей давления происходит при одновременной подаче на них одинаковых, по характеристикам, управляющих сигналов, выключение всех усилителей давления происходит одновременно, управляющие сигналы, подаваемые на усилители давления, являются широтно-модулированными, частота подачи управляющих сигналов составляет (3-25) Гц.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве технологической жидкости используют дизельное топливо, имеющее плотность (825-865) кг/м³ при 15°С и кинематическую вязкость (1,8-6,1) мм²/с при 40°С.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве технологической жидкости используют калибровочную жидкость, имеющую плотность 825 кг/м³ при 15°С и кинематическую вязкость 2,53 мм²/с при 40°С.