Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ состояния вопроса и задачи исследования
1.1 Изменение регулировочных параметров топливных насосов при эксплуатации и их влияние на показатели работы дизеля 8
1.2 Анализ конструктивного исполнения стендов для испытания и регулирования топливных насосов высокого давления
1.3 Анализ погрешностей, вносимых конструктивными элементами стендов, на точность измерения параметров топливоподачи 22
1.4 Принципы модернизации стендов для испытания и регулирования топливных насосов высокого давления 29
1.5 Выводы и задачи исследования 34
Глава 2 Теоретические основы повышения метрологических характеристик стендов для испытания и регулирования топливных насосов высокого давления при их модернизации
2.1 Теоретическое обоснование влияния мензурочной измерительной системы на точность измерения цикловой подачи топлива 36
2.2 Исследование влияния системы термостабилизации испытательного стенда на точность регулирования параметров топливных насосов 43
2.3 Обоснование выбора привода контрольно-регулировочного стенда 47
2.4 Выводы по главе 54
Глава 3 Методика и технические средства экспериментальных исследований
3.1 Объекты исследования, экспериментальные установки, приборы и измерительная аппаратура 55
3.2 Программа экспериментальных исследований 60
3.3 Методика экспериментальных исследований 61
3.4 Методика стендовых испытаний дизеля 64
3.5 Методика статистической обработки результатов экспериментальных исследований 68
3.6 Выводы по главе 71
Глава 4 Результаты экспериментальных исследований и их анализ
4.1 Результаты исследований влияния температурного фактора на точность измерения параметров топливоподачи 72
4.2 Влияние мензурочного блока на точность измерения цикловой подачи топлива 76
4.3 Результаты исследования способов определения фазовых параметров топливных насосов высокого давления 84
4.4 Результаты производственных испытаний модернизированного стенда...88
4.5 Результаты стендовых испытаний двигателя 95
4.6 Выводы по главе 99
Глава 5 Технико-экономическая эффективность реализации результатов исследования 101
Общие выводы ПО
Список использованных источников 112
Приложения 122
- Анализ конструктивного исполнения стендов для испытания и регулирования топливных насосов высокого давления
- Исследование влияния системы термостабилизации испытательного стенда на точность регулирования параметров топливных насосов
- Методика экспериментальных исследований
- Результаты исследования способов определения фазовых параметров топливных насосов высокого давления
Введение к работе
Актуальность проблемы. Энергетические, экономические и экологические показатели работы дизелей (мощность, расход топлива в расчете на единицу наработки, величина механических и тепловых нагрузок, надежность и токсичность) в основном зависят от технического состояния топливной аппаратуры. Важнейшим элементом системы топливоподачи в дизеле является топливный насос, обеспечивающий управление процессом топливоподачи, т. е. управление цикловой подачей топлива, углом начала нагнетания (впрыскивания) топлива насосом, законом подачи топлива.
Эксплуатационные значения технико-экономических и экологических показателей дизелей в зависимости от их наработки существенно ухудшаются. Это объясняется, в первую очередь, изменением технического состояния элементов топливных насосов. Таким образом, возникает проблема в своевременном и качественном корректировании параметров процесса топливоподачи с помощью ремонтно-обслуживающих воздействий.
В практике восстановление работоспособности топливной аппаратуры возможно при наличии на сервисных предприятиях соответствующей номенклатуры оборудования. Однако при этом необходимо отметить, что существующие на ремонтно-обслуживающих предприятиях технологии и средства испытания и контроля параметров топливоподачи не в полной мере учитывают тенденцию развития систем топливной аппаратуры дизелей и не отвечают требованиям научно-технического прогресса. Не в полной мере используются возможности получения объективной информации о контролируемых параметрах при стендовых испытаниях топливных насосов высокого давления с целью повышения качества регулирования и эффективности работы топливной аппаратуры. Все эти обстоятельства обусловливают поиски повышения качества технического сервиса топливной аппаратуры. Резервом совершенствования методов и средств контроля параметров топливоподачи при испытаниях топливных насосов является модернизация стендов для их испытания и регулирования.
Из выше изложенного следует, что обеспечение высокой точности и достоверности контролируемых параметров при испытании насосов высокого давления дизелей на сервисных предприятиях является актуальной ресурсосберегающей проблемой, имеющей научную и практическую значимость.
Цель исследования. Повысить метрологические характеристики испытательных стендов путем их модернизации в целях обеспечения качества контроля параметров топливоподачи.
Объект исследования. Качественные показатели, характеризующие процесс испытания топливных насосов на безмоторных стендах.
Предмет исследования. Методы и средства испытания топливных насосов высокого давления дизелей.
Методы исследования. Методологической основой исследования являются системный анализ, теории управления техническим состоянием машин и принятия решений, система технического обслуживания и ремонта машин, научные основы проектирования средств технологического оснащения. Экспериментальные исследования проведены с применением теории планирования экспериментов, теории вероятности и математической статистики, с использованием современных приборов и оборудования.
Научная новизна исследования заключается в обосновании комплексного подхода в решении проблемы повышения технического уровня стендов для испытания топливных насосов высокого давления и эффективности контроля параметров топливоподачи, что подтверждается:
- установлением зависимостей влияния конструктивных элементов и систем испытательных стендов на точность измерения параметров топливоподачи;
- разработкой математической модели качественной оценки параметров топливоподачи при стендовых испытаниях насосов высокого давления;
- обоснованием технических решений измерительных систем и привода модернизированного стенда.
Обоснованность и достоверность результатов исследования подтверждается результатами сравнительных испытаний на базовом и модернизированном стендах; конструкцией модернизированного стенда, прошедшего производственные испытания; патентом на полезную модель №109506 на устройство для определения параметров процесса топливоподачи дизельной топливной аппаратуры.
Практическую значимость результатов исследования составляют:
- информационно-измерительный комплекс для контроля параметров топливоподачи при стендовых испытаниях топливных насосов высокого давления;
- усовершенствованная конструкция модернизированного испытательного стенда, обеспечивающего повышение точности измерения контролируемых параметров.
Реализация результатов исследования. Опытный образец модернизированного стенда внедрен в производство в ЗАО ПО «Стендовое оборудование» (г. Москва). Результаты диссертации реализованы в разработке совместно с инженерно-техническим центром ЗАО ПО «Стендовое оборудование» технического задания на проектирование автоматизированной системы измерения цикловой подачи топлива. Материалы исследований используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО МГАУ при подготовке кадров по специальности 110304 «Технология обслуживания и ремонта машин в АПК».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научно-практических конференциях: «Агротехинновации в АПК» (г. Москва, 24-26 октября 2006 г.), «Перспективы организации и технологии ремонта техники в АПК» (г. Балашиха, 2-4 апреля 2007 г.), «Инновации в области замледельческой механики» (г. Москва, 12-13 февраля 2008 г.), «Научные проблемы развития автомобильного транспорта» (г. Москва, 2-4 апреля 2008 г.), «Научные проблемы развития ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей» (г. Москва, 7-8 октября 2008 г.), «Инновации в образовании и науке» (г. Москва, 29-30 января 2009 г.), «Интеграция науки, образования и производства в области агроинженерии» (г. Москва, 7-8 октября 2010 г.), «Научные проблемы эффективного использования тягово-транспортных средств в сельском хозяйстве» (г. Москва, 12-13 мая 2011 г.), «Инновационные проекты в области агроинженерии» (г. Москва, 6-7 октября 2011 г.).
Публикации. Основные научные результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в 6 работах, в том числе: 3 публикациях в изданиях, рекомендованных ВАК.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
- классификация факторов, влияющих на точность измерения параметров топливоподачи при стендовых испытаниях насосов высокого давления дизелей;
- методы и средства контроля показателей топливоподачи;
- конструкция модернизированного стенда для испытания и регулирования топливных насосов высокого давления.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, пять глав, общие выводы, список использованных источников из 97 наименований и приложения на 10 страницах. Изложена на 132 страницах машинописного текста, поясняется 34 рисунками и 22 таблицами.
Анализ конструктивного исполнения стендов для испытания и регулирования топливных насосов высокого давления
На стендах «Star-12F» и «Minor-8» используются 3-фазные коммутационные электродвигатели переменного тока с регулированием частоты вращения. Достоинством этого решения является доступность регулирования, а недостатком - зависимость частоты вращения от момента на валу, что осложняет поддержание скоростного режима при испытаниях насоса.
В настоящее время для регулирования частоты вращения применяются асинхронные электродвигатели с блоком преобразования частоты вращения. Относительно невысокая стоимость, широкий диапазон, удобство регулирования, стабильность и простота использования делают этот метод наиболее эффективным из всех возможных. В стендах С ДМ-8 и СДМ-12 используется электропривод, состоящий из асинхронного электродвигателя мощностью от 3,7 до 18 кВт, и преобразователя частоты MITSUBIHI, позволяющего плавно регулировать частоту вращения выходного вала стенда от 50 до 3000 мин"1.
Система топливоподачи предназначена для подачи в испытуемый насос необходимого количества топлива с заданными значениями температуры и давления и автоматического поддержания их в регламентируемых пределах. Система топливоподачи включает: топливный бак, резервуар для сбора загрязненного топлива, стендовый подкачивающий насос, гидроклапан давления, дроссели, фильтр-гидроаккумулятор, клапанную коробку и систему термостабилизации.
Топливный бак располагается в нижней части корпуса стенда. В баке устанавливается стендовый насос, система термостабилизации и фильтр грубой очистки топлива.
Стендовый насос предназначен для подачи топлива под давлением к испытуемому насосу. Он приводится в действие от отдельного электродвигателя через муфту.
Система термостабилизации предназначена для автоматического поддержания в заданных пределах температуры топлива, поступающего из системы топливоподачи в головку испытуемого ТНВД во всем диапазоне цикловых подач. Она состоит из электрического нагревателя, теплообменника (радиатора), терморегулятора, измерителя температуры и сигнализатора уровня топлива в баке.
Гидроклапан давления предназначен для перепуска топлива из системы топ-ливоподачи в бак при повышенном давлении (расположен на крышке фильтра-гидроаккумулятора) .
Дроссели обеспечивают плавное изменение количества подаваемого топлива в испытуемый насос. В клапанной коробке устанавливаются обратные и предохранительные клапаны.
В системе топливоподачи стенда КИ-15711М-01 предусмотрены две системы: высокого и низкого давления. Система высокого давления включает: стендовый насос, гидроклапан (который работает как предохранительный), дроссели, фильтр-гидроаккумулятор (состоит из двух фильтрующих элементов тонкой очистки топлива), клапанную коробку и корпус датчика температуры с датчиками и реле температуры, трубопроводы высокого давления. Система низкого давления включает в себя: топливный бак, фильтры грубой и тонкой очистки топлива, манометр, мерный блок, топливопроводы низкого давления, ротаметр.
Система измерения подачи топлива предназначена для определения величины цикловой подачи топлива по линиям высокого давления (производительности насосных секций ТНВД).
Для измерения величины подачи топлива отдельными секциями насоса в составе стендов наибольшее применение нашли системы, выполненные на основе мерных емкостей, так называемые мензурочные системы измерения подачи топлива. Система, помимо измерительных мензурок, состоит из пеногасителей, счетчика и задатчика числа циклов за время измерения. Мензурочная система измерения основывается на определении величины топлива, собранного в стеклянные (градуированные) мензурки и впрыснутого каждой форсункой за определенное число циклов. Количество собранного в мензурке топлива измеряется по делениям наружной шкалы емкости (по нижнему мениску топлива в мензурке).
Известны три типа мензурочных измерительных систем, отличающихся способом наполнения и слива собранного топлива. В первых системах, которые называются системами с верхним наполнением, топливо поступает в мензурки сверху и после измерения сливается из мензурок переворотом. Система наиболее проста, однако ограничивает производительность регулировочных работ и точность измерения.
В системах второго типа топливо поступает в мензурки и сливается оттуда снизу через клапанное устройство (без поворота). В этих системах повышены точность (отсутствует осаждение топлива в сосуде) и производительность измерения, исключены затраты времени на переворот мензурки, практически не образуется пена на поверхности раздела двух сред. Однако возможная негерметичность сливного клапана может затруднить эксплуатацию стенда.
Третий тип системы измерения подачи топлива представляет собой электронное устройство, оборудованное точными расходомерами. В этих системах результат измерения цикловой подачи топлива выводится в числовом виде непосредственно на монитор стенда, а программное обеспечение позволяет проводить тестирование топливного насоса в автоматическом режиме.
Система измерения фазовых параметров (электронный блок) предназначена для отсчета задаваемого числа оборотов кулачкового вала насоса (циклов), формирования сигналов управления исполнительными устройствами мерного блока стенда, измерения угла начала впрыскивания топлива и его чередования по насосным секциям ТНВД, проверки работы автоматической муфты опережения впрыскивания топлива.
В конструкциях стендов преобладают два вида системы измерения фазовых (угловых) параметров впрыскивания топлива (по отношению к ВМТ кулачка вала испытуемого насоса). Система измерения первого типа включает маховик или диск с нанесенными на его ободе градусными делениями для отсчета угла поворота кулачкового вала насоса, а также стробоскопическое устройство с фотоэлектрическими датчиками фиксирования угла начала впрыскивания топлива форсунками и импульсной (стробоскопической) лампой. Во втором типе системы угол начала впрыскивания топлива контролируется с помощью электрических сигналов с датчиков давления. На большинстве стендов, кроме испытания основных типов топливных насосов высокого давления, предусмотрена возможность испытания автономных сборочных единиц топливной аппаратуры: топливоподкачивающих насосов, муфт опережения впрыскивания топлива, пневмокорректоров и топливных фильтров.
При контроле топливоподкачивающих насосов проверяют производительность при различной величине противодавления, максимальное давление на выходе и максимальное разряжение на входе в насос. При проверке топливных фильтров контролируют их герметичность и пропускную способность. Муфту опережения впрыскивания топлива контролируют по смещению ведомой муфты относительно ведущей, в том числе в момент впрыскивания топлива каждой насосной секцией.
Анализ конструктивного исполнения отечественных стендов для регулирования и испытания топливной аппаратуры показывает, что они не в полной мере удовлетворяют современным требованиям по автоматизации процессов измерения. Требования к узлам автоматизированного стенда для испытания ТНВД наиболее полно сформулированы в работах [29, 30]: - стенд для привода вала испытуемого ТНВД должен обеспечивать автоматическое поддержание заданной частоты вращения с погрешностью не более ±1 мин" ; - устройство измерения цикловой подачи топлива должно обеспечивать погрешность не более 0,5%, а также автоматизацию вспомогательных операций, выдачу результатов измерения на табло в цифровой форме или в форме электрического сигнала; - стенд должен обеспечивать автоматическое поддержание заданной темпера туры топлива с погрешностью не более ±1 С; - стенд должен быть оборудован устройством для крепления ТНВД, соединения его вала с валом стенда и монтажа топливных магистралей.
Исследование влияния системы термостабилизации испытательного стенда на точность регулирования параметров топливных насосов
Подставляя значения статей затрат из таблицы 5.4 в уравнение (5.9), определяем стоимость модернизированного стенда: Сн=(620000-55000)+139843=704843 руб. С учетом проведенных вычислений амортизационные отчисления по базовому и модернизированному стенду составили: 3Аб=620000-12/100=74400 руб. 3 =704843-12/100=84581 руб. Затраты на текущий ремонт и содержание стендов (Зр) определяются по формуле: 106 3Р=(Бс-р)/100, (5.18) где р - норматив затрат на ремонт и обслуживание стенда, %, (р=9%). 3Рб=(620000-9)/100=55800 руб. 3Рн=(704843-9)/100=63435 руб. Затраты на электрическую энергию (Зз) рассчитываются по формуле: 33=№Тф-Ц-А, (5.19) где N - установленная мощность стенда, кВт; Тф - фактическое время работы стенда, ч; Ц - отпускной тариф на электроэнергию за 1 кВтч, руб.; А - среднегодовой объем работ, шт. 3Эб=15-1,76-5-500=66000 руб. 3Э„=Ю-1,32-5-500=33000 руб. Затраты на метрологическую поверку (3Мп) средств измерений стендов принимаются согласно действующему прейскуранту за услуги и составляют 1,5 тыс. руб.
Змпб=3мпм= 1500 руб. Результаты расчетов элементов эксплуатационных затрат для каждого исследуемого стенда представлены в таблице 5.5.
Исходные данные и составляющие эксплуатационных затрат по базовому и модернизированному стенду Наименование показателя, единица измерения Значение показателя Базовый стенд Модернизированный стенд Балансовая стоимость (Бс), руб. 620000 704843 Амортизационные отчисления (3А), руб. 74400 84581 Затраты на содержание стенда (Зр), руб. 55800 63435 Затраты на метрологическую поверку стенда (Змп), руб. 1500 1500 Затраты на электрическую энергию (Зэ), руб. 66000 33000 107 Продолжение таблицы 5. 1 2 3 Часовая тарифная ставка (Сч), руб. 135 135 Трудоемкость регулирования ТНВД, (Ти), ч 1,76 1,52 Объем годовых работ (А), шт. 500 500 Основная годовая заработная плата слесаря-регулировщика (Зо), руб. 118800 89100 Дополнительная заработная плата (Зд), руб. 23760 17820 Обязательный страховой взнос (Зсв), руб. 42768 32076 Подставляя вычисленные значения элементов затрат в уравнение (5.3) определим эксплуатационные затраты: С5=142560+42768+74400+55800+66000+1500=383028руб. Сн=Ю6920+32076+84581+63435+33000+1500=321512руб. Годовой экономический эффект от снижения эксплуатационных затрат составил: ЭЭг=(383028+0,25-620000)-(321512+0,25-704843)=538028-497722=40306руб. Срок окупаемости (Т0) дополнительных капитальных вложений в модернизацию стенда определяется по формуле: Т0=Км/См, (5.20) То=704843/321512=2,1 года. Дополнительная экономическая эффективность от снижения расхода топлива тракторами при внедрении модернизированного стенда определяется по формуле: (5.21) Эт = Ст — GTH, т т10о где Ст - стоимость 1 кг дизельного топлива, руб.; Пт - процент снижения расхода топлива, Пт=3,8; GT - средний часовой расход топлива, кг/ч; Тн - годовая наработка трактора, мото-ч. Снижение удельного расхода топлива при внедрении модернизированного стенда составляет в среднем 4,0% (по данным лабораторных исследований). В каче 108 стве базового представителя взят двигатель Д-245 трактора МТЗ-82 с годовой наработкой 1200 мото-ч, укомплектованный насосом УТНМ-5, отрегулированным на модернизированном стенде. Коэффициент перевода мото-ч в часы работы трактора равен 0,8. Часовой расход топлива GT=\2,S КГ/Ч. Годовая экономия расхода топлива в расчете на один трактор составила: Эт=29- -12,8-1200-0,8=14254 руб. 100 VJ Коэффициент эффективности капитальных вложений определяем по формуле: Еф=1/Т0, (5.22) Еф= 1/2,1=0,47 Так как условие Еф 0,25 соблюдается, то проект модернизации стенда считается рентабельным.
1. Технико-экономические показатели работы дизеля в основном определяются параметрами процесса топливоподачи: величиной цикловой подачи топлива, межсекционной неравномерностью топливоподачи, углом начала впрыскивания топлива, идентичностью пропускной способности стендовых форсунок и топливопроводов высокого давления. Эти параметры формируют характеристику впрыскивания, т.е. количество топлива, впрыснутого на один градус поворота кулачкового вала насоса.
2. В процессе эксплуатации дизелей, вследствие механических и физико-химических воздействий, параметры процесса топливоподачи, управляемые топливным насосом, выходят за пределы регламентированных значений, приводя к повышенному расходу топлива, потере мощности и увеличению токсичности отработавших газов. На практике для измерения и регулирования параметров топливных насосов высокого давления используются безмоторные испытательные стенды.
3. Установлено, что при испытании топливных насосов дизелей на безмоторных стендах на объективность оценки контролируемых параметров оказывают влияние управляемые входные и выходные конструкционные факторы. К входным факторам относится привод стенда и система топливоподачи, а к выходным - системы измерения цикловой подачи топлива и фазовых параметров.
4. Теоретически обосновано влияние на точность измерения контролируемых параметров топливных насосов погрешностей, вносимых конструктивными элементами испытательных стендов: слива и осаждения топлива, градуировки мерных емкостей, визуального считывания уровня топлива, температуры топлива, счетчика циклов, нестабильности частоты вращения привода стенда.
5. Получены аналитические зависимости определения диапазона регулирования скорости вращения приводного вала стенда и стабильности поддержания частоты его вращения.
6. Экспериментально определено влияние температуры топлива в системе топливоподачи испытательного стенда на контролируемые параметры топливного на 110 coca. Установлено, что при изменении температуры на каждые 2С по отношению к оптимальной (35±0,5С) погрешность измерения цикловой подачи топлива составляет ±0,35%, при этом угол опережения начала впрыскивания топлива увеличивается на 0,5, а неравномерность топливоподачи - на 0,8%.
7. Экспериментально установлено, что модель формирования суммарной погрешности измерения производительности топливных насосов с использованием мензурочной измерительной системы включает четыре наиболее значимые случайные составляющие: температура топлива в мензурках 1,85%, градуировка мензурок 0,62%, слива топлива 0,56%, считывания 0,62%.
8. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволили доказать, что одним из эффективных способов повышения метрологических показателей стендов, находящихся в эксплуатации, является их модернизация.
Стендовые испытания двигателя Д-245, укомплектованного топливным насосом, отрегулированном на модернизированном стенде, показали улучшение технико-экономических показателей работы дизеля: эффективная мощность повысилась на 4 кВт (8,5% ), а удельный эффективный расход топлива снизился на 9,5 г/кВтч (3,8%).
Разработан способ определения параметров процесса топливоподачи дизельной топливной аппаратуры (патент на полезную модель №109506).
9. В результате внедрения в ЗАО ПО «Стендовое оборудование» (г. Москва) модернизированного стенда выявлено, что его использование позволяет сократить расход топлива на 4,0%» при общей сумме годовой экономии 14254 рубля на один трактор.
Методика экспериментальных исследований
Регулирование фазовых параметров (начало нагнетания топлива, начало впрыскивания топлива и чередование подачи топлива по насосным секциям) является необходимым условием нормального протекания рабочего процесса дизеля.
При регулировании ТНВД на стенде настройка начала нагнетания топлива обеспечивает подачу топлива секций насоса на определенном участке профиля кулачка, от чего зависит скорость движения плунжера, качество распыления и продолжительность впрыскивания топлива. Чередование подачи топлива по секциям (линиям нагнетания) насоса обеспечивает угловые интервалы вспышек топлива в камере сгорания, равномерность вращения коленчатого вала, вибрацию двигателя.
Основным способом определения момента начала нагнетания топлива является его оценка по страгиванию мениска топлива в капиллярной трубке моменто-скопа, установленного на штуцере насоса, при медленном поворачивании кулачкового вала насоса. Основными недостатками этого способа являются: возникновение погрешностей, вызванных субъективными особенностями исполнителя, за счет различной скорости вращения вала привода, выполняемого вручную; увеличение погрешности измерения по мере износа плунжерных пар, поскольку в этом случае четкого страгивания мениска топлива получить невозможно; действительный момент начала впрыскивания топлива через форсунку наступает через некоторое время после начала подачи по мениску. Между секциями насоса, вследствие различия в параметрах топливопроводов и форсунок, возникает повышенная неравномерность действительных углов начала подачи топлива.
Для определения действительных моментов начала впрыскивания топлива в стендах применяются электронные стробоскопические устройства. При испытании и регулировании насосов угол отсчитывают по градусным делениям, нанесенным на диске или маховике стенда. При этом необходимо отметить, что для правильного отсчета необходимо знать положение вала привода стенда при совпадении осей профиля кулачка и плунжера.
На практике зачастую ориентируются на нулевое деление градуированного диска, полагая, что при совмещении этого деления с указателем (визиром) шкалы оси профиля и плунжера совпадают. В действительности же из-за отклонений в расположении крепежных отверстий установочной плиты насоса, кронштейна и соединительной муфты такого совпадения осей не происходит. В результате неправильный выбор базы отсчета при измерении угла приводит к большим погрешностям. При не совпадении нулевого деления шкалы с осями профиля кулачка и плунжера отсчет угла от нулевого деления дает погрешность измерения в 5 .
При определении углов начала впрыскивания на стендах используются контактные датчики, срабатывающие от струи топлива или от перемещения иглы форсунки. Основными недостатками этого способа являются: момент начала нагнетания топлива первой (базовой) секцией насоса устанавливается в статике по моментоскопу, а отсчет угла ведется по шкале диска стенда; угол начала нагнетания топлива последующих секций определяется по углу начала впрыскивания относительно базовой секции по интегральному моменту: максимальной струей факела топлива, выходящего из распылителя и совмещением «О» подвижного нониуса с «О» маховика; недостаточная точность из-за того, что начало впрыскивания топлива отстает от момента отрыва иглы седла.
Сравнительные исследования способов определения угла начала впрыскивания топлива на контрольно-регулировочных стендах показали, что они зависят от конструкции применяемых контактных датчиков, регистрирующих момент начала выхода струи топлива из распылителя форсунки или момент начала подъема иглы распылителя.
Угол поворота кулачкового вала насоса от момента действительного начала впрыскивания топлива до момента срабатывания датчика называется углом запаздывания срабатывания датчика (Дфзс). От стабильности величины этого угла зависит точность регулирования фазовых параметров ТНВД.
Для анализа погрешности определения угла начала впрыскивания топлива рассмотрим факторы, влияющие на угол запаздывания срабатывания датчиков. При этом угол запаздывания (фзс) будет складываться из следующего ряда составляющих: фзс = Аф! + Аф2 + Афз + Дф4 + Аф5, (4.2) где Афі - время движения струи топлива до подвижного контакта датчика, срабатывающего от струи топлива или время от начала подъема иглы до замыкания контактов датчика, срабатывающего от перемещения иглы распылителя; Аф2 — время движения подвижного контакта к неподвижному; Дф3 - время, необходимое для преодоления силы инерции подвижных частей контакта; Аф4 - время прохождения сигнала от контактов датчика к стробоскопу; Дф5 - погрешность, обусловленная индивидуальными особенностями оператора.
Следует отметить, что начало подъема иглы распылителя не совпадает с началом впрыскивания топлива. Как показывают результаты обработки полученных данных, запаздывание угла начала впрыскивания топлива относительно начала подъема иглы может достигать 1,5-2,0 поворота кулачкового вала насоса при различном техническом состоянии деталей по линиям нагнетания.
Результаты исследования способов определения фазовых параметров топливных насосов высокого давления
В какой-то степени погрешность слива топлива можно стабилизировать при достаточно длительной выдержке (до 2 мин) мерной емкости горловиной вниз, что в условиях испытаний насосов приводит к снижению производительности труда. Величина этой погрешности в значительной мере зависит от температуры (вязкости) топлива, степени очистки внутренних поверхностей мерных емкостей, уровня вибрации стенда, от величины смоченной внутренней поверхности мерной емкости, а также от других факторов, связанных с особенностями физического состава и технологии изготовления мерных емкостей.
Погрешность осаждения топлива так же, как и погрешность слива топлива, обусловлена явлением смачивания внутренних поверхностей мерной емкости. В рассматриваемом классе мензурочных систем погрешность возникает в связи с неполным стеканием топлива с внутренних поверхностей мерной емкости в интервале времени между прекращением подачи топлива в мерную емкость и моментом считывания показаний собранного топлива в каждой мерной емкости. Из определения погрешности осаждения следует, что эта погрешность, в отличие от погрешности слива, уменьшает фактически собранный объем топлива за период измерения. Для стабилизации стекания топлива с внутренних поверхностей мерных емкостей (стабилизация погрешности осаждения) перед считыванием показаний необходимо осуществлять тридцатисекундную выдержку времени. Погрешность осаждения зависит от тех же факторов, что и погрешность слива. Однако, необходимо отметить, что если при увеличении заполнения мерных емкостей топливом погрешность слива увеличивается, то погрешность осаждения может уменьшаться, так как в этом случае уменьшается площадь смоченной поверхности выше уровня раздела сред «воздух-топливо».
Шкальная погрешность имеет место при считывании показаний по шкалам мерных емкостей промышленного изготовления. Эта погрешность обусловливается наличием мениска на поверхности раздела сред «воздух-топливо», а также неудоб ным для считывания показаний положением глаз оператора относительно шкалы мерных емкостей. При нормальных условиях испытания шкальная погрешность может равняться половине цены деления шкалы мерных емкостей, а в неблагоприятных - достигать величины цены деления шкалы. Влияние шкальной погрешности можно свести к минимуму конструктивно путем использования в стендах мензурочной системы с нижним наполнением и принудительным вытеснением топлива из мерных емкостей.
Погрешность градуировки обусловлена технологией изготовления и конструкцией мерных емкостей (номинальная вместимость; цена деления; вместимость, соответствующая нижней отметки шкалы). Погрешность градуировки уменьшается при использовании мерных емкостей с рабочим объемом 40 и 135 мл, ценой деления 0,1 и 0,2 мл и нижней отметкой шкалы, начинающейся с нуля.
Погрешность, вносимая счетчиком циклов, приводит к попаданию в мерные емкости количества доз (единичных впрысков) топлива больше или меньше, установленного оператором. Погрешность циклов связана в основном с механизмом, который приводит в действие счетчик циклов. Погрешность счетчика и механизма привода лотка составляет один впрыск и наиболее весома при проведении измерений с использованием мензурок с наименьшим объемом (40 мл). Например, если вместо 100 заданных впрысков в мерные емкости попадает количество топлива от 103 впрысков, то при величине цикловой подачи топлива 200 мм (0,2 см ) ошибка циклов составит 0,4 мм .
Наряду с отмеченными погрешностями в рассматриваемой мензурочной системе могут проявляться погрешности, которые трудно выявить и оценить. Например, на величину объема топлива, собранного за период измерения, влияет наличие пузырьков нерастворенного воздуха в топливе, разбрызгивание струи топлива лотком при перекрытии горловины, различие в гидравлическом сопротивлении отдельных линий нагнетания топлива и т.п.
Анализ погрешностей, вносимых мензурочной системой измерения подачи топлива показывает, что наличие остаточного количества топлива в мерных емкостях, точность считывания оператором уровня мениска топлива по наружной шкале мерных емкостей, наличие пузырьков воздуха в мерных емкостях на поверхности раздела сред «воздух-топливо» вносят существенные погрешности в процесс измерения цикловой подачи топлива и являются достаточно значимыми. Согласно нормативным требованиям номинальная погрешность измерения цикловой подачи топлива должна быть не более 1 %.
Также необходимо отметить, что еще одним существенным недостатком мензурочной системы измерения подачи топлива является повышенная экологическая опасность для оператора, связанная с выделением паров топлива в окружающую среду и их влиянием на состояние здоровья оператора.
При использовании мензурочных систем измерения подачи топлива считывание показаний по шкале 12-ти мерных емкостей вызывает повышенное напряжение зрения оператора (связано с небольшим расстоянием между соседними штрихами шкал), что приводит к повышению его утомляемости.
Таким образом, можно констатировать, что основными критериями совершенствования системы измерения подачи топлива должны быть: - уменьшение погрешности измерения до 0,5 %; - повышение производительности измерения не менее чем в 2 раза; - повышение экологической безопасности для оператора. Наиболее перспективной системой измерения подачи топлива является тип мензурочной системы с наполнением мерных емкостей и сливом топлива снизу, устраняющий ошибки, связанные со сливом топлива «прилипанием», образованием мениска топлива, и обеспечивающий улучшение экологических показателей (исключается испарение топлива в окружающую среду) и условий труда регулировщика. Исходя из критерия «цена-качество», этот тип мензурочной системы можно рекомендовать для использования в стендах массового спроса.
Принципиальным техническим направлением совершенствования измерительных устройств, является метод, в котором измерение подачи топлива реализуется без использования стеклянных мерных емкостей (подобные измерительные устройства получили название безмензурочные). В составе данных устройств используются датчики преобразования в электрический сигнал величины подачи топлива насосными секциями и микропроцессорный блок измерения, преобразующий аналоговые электрические сигналы в цифровую форму, удобную для считывания оператором результатов измерения.
Влияние системы топливоподачи. При проверке в мастерских и ремонтных предприятиях отремонтированных двигателей по развиваемой мощности и расходу топлива (часовому и удельному) часто устанавливается несоответствие часовой производительности насоса на безмоторном стенде и двигателе
