Способ оценки технического состояния распределительного топливного насоса и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области испытания элементов и составных частей топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания и предназначено для определения технического состояния клапанного узла распределительного топливного насоса. Способ заключается в проливке топливом линии высокого давления испытываемого насоса в направлении, обратном направлению рабочего тока, при этом два испытываемых насоса приводятся в синхронную, путем фазового смещения кулачкового вала, работу, один из низ выполняет функцию эталонного насоса, а другой - испытываемого насоса, после определения цикловой подачи и других параметров клапанного узла и расчета неравномерности, функции насосов меняются местами и определяется неравномерность параметров клапанных узлов уже первого насоса. Устройство снабжено зубчатой передачей, ведущая шестерня которой связана с приводным валом, а ведомые шестерни установлены на кулачковом валу насосов с возможностью их смещения в соответствии с чередованием фаз нагнетания топлива в насосе. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности способа оценки технического состояния распределительного насоса, обеспечивает удобство обслуживания насосов, снижают затраты на испытание насоса. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области испытания элементов и составных частей топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания и предназначено для определения технического состояния клапанного узла распределительного топливного насоса.

В линии нагнетания распределительных топливных насосов НД-21 и НД-22 применен клапанный узел в виде сблокированных общим корпусом прямого и обратного пластинчатых клапанов, в прямом клапане выполнено калиброванное отверстие (жиклер), оно закрывается обратным клапаном [1].

Известно, что работоспособность распределительного топливного насоса, в частности, величина, стабильность и неравномерность по линиям нагнетания подачи топлива, зависят от технического состояния клапанного узла; давления открытия обратного клапана, величины отверстия (жиклера) в прямом клапане, а также от герметичности [2].

Известен способ оценки технического состояния распределительного топливного насоса, заключающийся в определении отрезка времени, затрачиваемого на прокачку через жиклер заданного объема топлива [3]. Недостаток способа состоит в необходимости предварительной разборки топливного насоса для извлечения прямого клапана с жиклером. В этом случае непроизвольно затрачивается рабочее время, а после сборки клапанного узла требуется дополнительная приработка сопряжения прямого и обратного клапанов, эффективность которой при наличии на клапанах следов износа низка, в результате после разборки - сборки клапанного узла нарушается его герметичность.

Известен способ оценки технического состояния распределительного топливного насоса, заключающийся в том, что через линию нагнетания топливного насоса в направлении от надплунжерной полости к форсунке прокачивают топливо в течение заданного числа рабочих ходов плунжера при фиксированном положении дозирующего органа и заданной частоте вращения кулачкового вала насоса, сравнивают цикловую подачу по отдельным линиям нагнетания, по известной формуле рассчитывают степень неравномерности цикловой подачи и по ней судят о техническом состоянии топливного насоса [4].

Недостатками данного способа [4], выбранного в качестве прототипа, являются сравнительно низкая точность, ограниченность технических возможностей, поскольку способ не позволяет прямо оценивать пропускную способность жиклеров и ее неравномерность для различных линий нагнетания насоса, а также вклад этого параметра в общую неравномерность подачи топлива насосом при наличии неравномерности износа плунжеров и кулачкового вала, нельзя оценить герметичность обоих клапанов, давление открытия обратного клапана и давление разгрузки.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа.

Цель достигается тем, что в известном способе оценки технического состояния распределительного топливного насоса, заключающемся в прокачке топлива по каждой нагнетательной линии при одинаковом количестве рабочих ходов плунжера при фиксированном положении дозирующего органа и заданной частоте вращения кулачкового вала насоса, определяют и сравнивают между собой величину цикловой подачи топлива по каждой нагнетательной линии, по линии нагнетания испытываемого топливного насоса прокачивают топливо в обратном направлении при фиксированном в положении нулевой подачи дозирующем органе, причем величину цикловой подачи определяют по количеству топлива, выходящего из наполнительной и отсечной полостей, к приводу испытательного стенда одновременно присоединяют два испытываемых топливных насоса так, что их кулачковые валы имеют равную частоту и одинаковое направление вращения, один из испытываемых насосов подключают его полостью питания к системе топливоподачи испытательного стенда, полость питания второго насоса через топливопроводы связывают с окружающей средой и мерным сосудом, дозирующий орган второго топливного насоса устанавливают в положение "Выключено", полностью открывая его отсечные отверстия, а дозирующий орган первого топливного насоса фиксируют в положении цикловой подачи топлива, предварительно устанавливаемой с помощью эталонной форсунки и топливопровода высокого давления через одну из линий нагнетания первого насоса, принимаемого в качестве эталонного, соединяют топливопроводом эту линию нагнетания первого насоса поочередно с каждой линией нагнетания второго топливного насоса, фазовым поворотом кулачкового вала второго топливного насоса относительно кулачкового вала первого топливного насоса каждый раз синхронизируют начало открывания нагнетательного окна эталонной линии нагнетания первого топливного насоса и начало открывания нагнетательного окна в поочередно прокачиваемых линиях нагнетания второго топливного насоса, измеряют цикловую подачу через каждую в отдельности линию нагнетания второго насоса, а техническое состояние насоса оценивают по отклонению величины цикловой подачи по каждой нагнетательной линии от ее среднего значения.

Целью изобретения является повышение эффективности устройства, для чего в стенде, содержащем регулируемый привод с ведущим валом, зубчатую передачу с ведущей и ведомыми шестернями, связанной своей ведущей шестерней с ведущим валом, приспособления для крепления на установочной плоскости двух испытываемых насосов, кулачковые валы которых кинематически связаны с соответствующими ведомыми шестернями зубчатой передачи, измеритель частоты вращения ведущего вала, счетчик заданного числа рабочих циклов и топливную систему, включающую измеритель цикловой подачи, емкость для топлива и соединительные топливопроводы, кинематическая связь каждого кулачкового вала испытываемого насоса с ведомой шестерней зубчатой передачи включает постоянно замкнутую муфту, полумуфты которой выполнены с устройством для фиксированного поворота одной полумуфты относительно другой, выполненной в виде ведущего шипа, размещенной на одной из полумуфт, и ответных отверстий, выполненных на другой полумуфте по концентричной окружности с фазовым смещением, соответствующим порядку чередования фаз подачи топлива в испытываемом насосе, причем число ответных отверстий соответствует числу нагнетательных линий испытуемого насоса, оси ведомых шестерен зубчатой передачи расположены на концентричной окружности симметрично относительно оси ведущей шестерни и находятся с последней в непосредственном зацеплении, а линия, проходящая через центры шестерен зубчатой передачи, наклонена относительно установочной плоскости приспособления для крепления испытываемых насосов для повышения удобства обслуживания, соединительные топливопроводы топливной системы соединяют емкость для топлива с наполнительной полостью первого насоса, одну из его нагнетательных линий - с нагнетательной линией второго насоса, а наполнительную и отсечную полости второго насоса - с измерителем цикловой подачи.

На фиг. 1 представлена схема привода испытываемых топливных насосов НД-22; на фиг. 2 - то же, НД-21; на фиг. 3 - схема взаимного расположения насосов на установочном кронштейне; на фиг. 4 - схема порядка работы штуцеров топливного насоса НД-22; на фиг. 5 - то же, НД-21; на фиг. 6 - схема чередования ответных отверстий в соответствии с чередованием фаз подачи в топливных насосах НД-22 и НД-21; на фиг. 7 - принципиальная схема прокачки клапанного узла испытываемых насосов.

Устройство для оценки технического состояния распределительного топливного насоса (фиг. 1,2) содержит вал 1 привода, измеритель частоты вращения ведущего вала 1 со счетчиком 2 заданного числа рабочих циклов, приспособление для крепления на установочной плоскости (столе 5) двух испытываемых насосов: первого 6 и второго 7. На приспособлении 4 смонтирована зубчатая передача для вращения кулачковых валов насосов 6 и 7, ведущая шестерня 8 которой связана с валом 1 привода вращения, а ведомые шестерни 9 и 10 связаны соответственно с кулачковыми валами насосов 6 и 7. Показанное на фиг. 1-3 соединение кулачковых валов насосов 6 и 7 обеспечивает их синхронное вращение в одном направлении, при этом передаточное отношение в зубчатых парах шестерен 8-9 и 8-10 сохраняется равным.

Для удобства доступа к люкам 11 и 12 насосы расположены относительно стола 5 на различной высоте, что обеспечивается наклоном на некоторый угол к столу 5 линии, проходящей через центры вращения шестерен 8-9-10.

Шестерни 9 и 10 установлены на кулачковых валах насосов 6 и 7 с возможностью их фазового смещения относительно первоначального положения в соответствии с порядком работы штуцеров высокого давления насоса НД-22 или НД-21 (фиг.5); соответственно 1-2-3-4-5-6 или 1-2-3-4 [1], для чего в одной из полумуфт закреплен ведущий шип 13 (или 14), входящий в соединение с одним из ответных отверстий 15 в полумуфте ведомой шестерни, чередование которых по окружности соответствует конструкции кулачковых валов насосов НД-22 и НД-21 с указанными углами смещения выступов (фиг.6). Установочная метка 16 служит для обозначения исходного положения.

По одной линии нагнетания насосы 6 и 7 (фиг.1-3) соединены между собой топливопроводом 17, наполнительная полость первого насоса 6 подключена к системе 18 питания испытательного стенда, а наполнительная и отсечная полости второго насоса 7 присоединены к измерителю 3 цикловой подачи.

Способ осуществляют следующим образом. Приводят устройство в положение, представленное на фиг.7. В этом положении в качестве первого насоса, подающего топливо, используется насос, представленный на чертеже справа и содержащий кулачковый вал 20, толкатель 21, плунжер 22 с центральным каналом 23 и отсечным 24 и распределительным 25 окнами, дозатор 26, установленный в положении фиксированной подачи топлива, втулку 27 плунжера с нагнетательным окном 28 и клапанный узел 29 линии нагнетания в составе прямого клапана 30 с жиклером 31, обратного клапана 32 и корпуса 33. Первый насос своей наполнительной полостью присоединен к системе 18 питания стенда. В качестве второго насоса используется насос, представленный на чертеже слева и содержащий кулачковый вал 34, толкатель 35, плунжер 36 с центральным каналом 37 и отсечным 38 и распределительным 39 окнами и дозатор 40, зафиксированный в положении нулевой подачи и открывший отсечное окно 38 плунжера 36, втулку плунжера 41 с нагнетательным окном 42 и клапанный узел 43 линии нагнетания в составе прямого клапана 44 с жиклером 45, обратного клапана 46 и корпуса 47 клапанов. К полости питания второго насоса присоединен топливопровод 19, связывающий наполнительную и отсечную полости насоса с окружающей средой и измерителем 3 цикловой подачи.

Линии нагнетания обоих насосов связаны топливопроводом 17, на поверхности которого укреплен оттарированный тензодатчик 48 давления топлива, к которому через усилитель 49 подключены осциллограф 50 и цифровой указатель 51.

Приводят во вращение приводной вал 1 (фиг. 1-3). Эталонный плунжер 22 (фиг.7) через нагнетательное окно 28 втулки 27 подает топливо через клапанный узел 29, топливопровод 17 в клапанный узел 43 второго топливного насоcа, где оно поступает через жиклер 45 к обратному клапану 46 и открывает его, а затем через нагнетательное окно втулки и окно 39 плунжера 36 поступает через отводной топливопровод 19 к измерителю 3 цикловой подачи, где накапливается и затем измеряется.

В первом и втором насосах применяются одинаковые конструкции плунжерных пар, продолжительность открытия их нагнетательных окон 28 и 42 одинакова и с учетом того, что продолжительность открытия этих окон по углу поворота кулачкового вала значительно больше продолжительности активного хода плунжера 22, измеренной тоже по углу поворота кулачкового вала, сопротивление в этом нагнетательном окне не влияет на пропускную способность обратного клапана 46.

С помощью тензодатчика 48 и осциллографа 50 исследуют параметры импульса давления в топливопроводе 17, а с помощью измерителя (указателя) 51 измеряют давление топлива в топливопроводе 17 сразу после выключения подачи насосом. Это давление характеризует уровень разгрузки линии нагнетания второго насоса с учетом состояния клапанного узла первого топливного насоса - состояние же эталонной линии первого насоса можно заранее изучить отдельно, а можно этого и не делать, поскольку все остальные линии высокого давления будут прокачиваться от одной и той же линии первого насоса. По измерителю (указателю) 51 следят за падением давления в системе на заранее заданную величину и измеряют соответствующий этому отрезок времени - по нему судят о герметичности линии нагнетания второго и первого насосов, но герметичность линии первого насоса во всех опытах одинакова.

Каждый раз переставляют трубопровод 17 с датчиком 48 на очередной штуцер второго насоса и производят соответствующие измерения, дающие информацию о цикловой подаче, давлении и герметичности. При перестановке трубопровода 17 синхронизируют фазы открытия нагнетательных отверстий 42 и 28 по прокачиваемым штуцерам, переставляя шестерню 10 на валу второго насоса по схеме фиг. 6. Информацию обрабатывают, определяют отклонение величины цикловой подачи по каждой линии нагнетания от ее среднего значения и по нему судят о техническом состоянии второго топливного насоса.

Затем второй насос подключают к системе питания стенда, а первый насос - к измерителю цикловой подачи, одну из линий нагнетания второго насоса соединяют с любой из линий первого насоса и повторяют вышеописанную процедуру в применении к первому насосу, таким образом получают информацию о техническом состоянии первого насоса. Предварительно линию второго насоса регулируют на заданную подачу топлива.

В результате с одной установки оценивают техническое состояние двух топливных насосов НД-22 или НД-21 (различие состоит только в числе линий нагнетания и чередования фаз открытия нагнетательных окон - фиг.6). Представляется возможность дополнительно оценивать состояние по таким параметрам, как глубина разгрузки, давление открытия обратного клапана, герметичность, а это повышает точность и достоверность оценки без влияния неравномерности износа плунжера и кулачкового вала насоса.

Формула изобретения

СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ТОПЛИВНОГО НАСОСА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ оценки технического состояния распределительного топливного насоса с прямым и обратным клапанами в каждой нагнетательной линии, заключающийся в том, что фиксируют положение дозирующего органа, задают частоту вращения кулачкового вала, поочередно через каждую нагнетательную линию насоса прокачивают топливо при одинаковом количестве рабочих ходов плунжера по каждой нагнетательной линии, по результатам которого оценивают техническое состояние насоса, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, дополнительно через каждую нагнетательную линию прокачивают топливо в обратном направлении при фиксированном в положении нулевой подачи дозирующем органе, причем величину цикловой подачи определяют по количеству топлива, выходящего из наполнительной и отсечной полостей, а техническое состояние насоса оценивают по отклонению величины цикловой подачи по каждой нагнетательной линии от ее среднего значения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокачку нагнетательных линий испытуемого насоса производят одной из нагнетательных линий второго испытуемого насоса, причем вращение второго насоса синхронизируют с вращением первого насоса по моменту открытия нагнетательного окна для каждой прокачиваемой линии, а его дозирующий орган устанавливают в заданное положение, отличное от положения нулевой подачи.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что для оценки технического состояния второго насоса его нагнетательные линии прокачивают одной из линий первого насоса.

4. Стенд для оценки технического состояния распределительного топливного насоса с прямым и обратным клапанами в каждой нагнетательной линии, содержащий регулируемый привод с ведущим валом, зубчатую передачу с ведущей и ведомыми шестернями, приспособление для крепления на установочной плоскости двух испытуемых насосов, кулачковые валы которых кинематически связаны с соответствующими ведомыми шестернями зубчатой передачи, измеритель частоты вращения ведущего вала, счетчик заданного числа рабочих циклов и топливную систему, включающую измеритель цикловой подачи, емкость для топлива и соединительные топливопроводы, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, кинематическая связь каждого кулачкового вала испытуемого насоса с ведомой шестерней зубчатой передачи включает постоянно замкнутую муфту, полумуфты которой выполнены с устройством для фиксированного поворота одной полумуфты относительно другой, оси ведомых шестерен зубчатой передачи расположены на концентричной окружности относительно оси ведущей шестерни и находятся с последней в непосредственном зацеплении, причем соединительные топливопроводы топливной системы соединяют емкость для топлива с наполнительной полостью первого насоса, одну из его нагнетательных линий - с нагнетательной линией второго насоса, а наполнительную и отсечную полости второго насоса - с измерителем цикловой подачи.

5. Стенд по п. 4, отличающийся тем, что устройство для фиксированного поворота полумуфт выполнено в виде ведущего шипа, размещенного на одной из его полумуфт, и ответных отверстий, выполненных на другой полумуфте по концентричной окружности с фазовым смещением, соответствующим порядку чередования фаз подачи топлива в испытуемом насосе, причем число ответных отверстий соответствует числу нагнетательных линий испытуемого насоса.

6. Стенд по п.4, отличающийся тем, что ведомые шестерни зубчатой передачи установлены симметрично относительно оси ведущей шестерни, а линия, проходящая через центры шестерен зубчатой передачи, наклонена относительно установочной плоскости для крепления испытуемых насосов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7