Устройство для регистрации характеристики впрыскивания топлива форсункой дизеля

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к методам и устройствам испытаний топливных систем дизелей. Устройство для регистрации характеристики впрыскивания топлива форсункой дизеля содержит приемную камеру переменного объема (1), распылитель (2) форсунки (3), сливной клапан (4), бак (5), датчик давления (7), аккумулятор (11) и редукционный клапан (12). Сливной (4) и редукционный (12) клапаны выполнены подпружиненными. Приемная камера (1) соединена с баком (5) посредством сливного клапана (4). К датчику давления (7) последовательно подключены усилитель (8) и регистрирующие приборы. Выход сливного клапана (4) сообщен с входом аккумулятора (11). Редукционный клапан (12) установлен на выходе из аккумулятора (11). Давление открытия сливного (4) - Р_{откр.сл} и редукционного (12) - Р_{откр.ред} клапанов выбрано из соотношения: Р_{откр.сл}=(4…5)Р_{откр.ред}. Также предложена формула для расчета объема приемной камеры (1) при малых подачах топлива. Технический результат заключается в исключении влияния газовой фазы в приемной камере и за ее пределами. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к методам и устройствам испытаний топливных систем дизелей.

Известно устройство для регистрации характеристики впрыскивания топлива (закона подачи), содержащее приемную камеру малого объема со встроенным в нее распылителем форсунки, сливным жиклером и датчиком давления, к которому последовательно подсоединены соединительными кабелями усилитель сигнала и регистрирующие устройства. Причем диаметр сливного жиклера подобран таким образом, чтобы во время впрыскивания в приемной камере создавалось давление топлива, регистрация и последующий пересчет которого позволяют определить характеристику впрыскивания топлива (см. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: Справочник. - Л.: Машиностроение. 1990.: стр.345-346).

Недостаток описанного устройства заключается в том, что объем приемной камеры не позволяет достаточно точно регистрировать характеристики впрыскивания при малых цикловых подачах топлива, а предварительные впрыски (1…3 мм³), применяемые в современных дизелях, вообще не регистрируются (см. Грехов Л.В. Топливная аппаратура дизелей с электронным управлением. - М.: Легион-Автодата. 2003, ил., стр.98).

Известно также устройство для регистрации характеристики впрыска в замкнутый объем, принятое в качестве прототипа, содержащее приемную камеру переменного объема со встроенным в нее распылителем форсунки, сливным клапаном и датчиком давления, к которому последовательно присоединены соединительными кабелями усилитель сигнала и регистрирующие приборы. В корпусе сливного клапана размещен золотник с возможностью его горизонтального перемещения как в положение закрытия слива топлива из приемной камеры, так и в положение открытия слива топлива в бак. Причем, с целью перемещения золотника, его корпус с обеих сторон соединен с соседними секциями топливного насоса высокого давления (Файнлейб Б.Н., Голубков И.Г., Клочев Л.А. Методы испытаний и исследований топливной аппаратуры автотракторных дизелей. - М.-Л.: Машиностроение, 1965, стр.146-148).

Указанное устройство позволяет регистрировать малые цикловые подачи и предвпрыски, однако слив топлива в бак с атмосферным давлением неизбежно приводит к попаданию в приемную камеру паровоздушной среды, которая существенно меняет модуль упругости (сжимаемость) топлива и, следовательно, снижает точность регистрации характеристики впрыскивания.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности регистрации характеристик впрыскивания дизельной топливной аппаратуры, включая самые малые цикловые подачи (1-3 мм³) за счет исключения влияния газовой фазы как в самой приемной камере, так и за ее пределами.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в устройстве для регистрации характеристики впрыскивания топлива форсункой дизеля, содержащем приемную камеру переменного объема со встроенным в нее распылителем форсунки, сливным клапаном, посредством которого приемная камера соединена с баком, и датчиком давления, к которому последовательно подключены усилитель сигнала и регистрирующие приборы, согласно изобретению устройство дополнительно снабжено аккумулятором и подпружиненным редукционным клапаном, при этом сливной клапан выполнен подпружиненным, а его выход сообщен с входом аккумулятора, на выходе из которого установлен подпружиненный редукционный клапан, причем давление открытия сливного и редукционного клапанов выбрано из соотношения: Р_{откр.сл}=(4…5)Р_{откр.ред}.

Решение поставленной технической задачи достигается также тем, что при регистрации малых подач топлива объем приемной камеры V рассчитывается по формуле:

где ΔV - значение предвпрыска топлива, мм³;

α - коэффициент сжимаемости топлива при 20°С, ;

ΔР - значение повышения давления при подаче электрогидравлической форсункой предвпрыска топлива, МПа.

Решение поставленной технической задачи, а именно повышение точности регистрации характеристик впрыскивания дизельной топливной аппаратуры, включая самые малые цикловые подачи, достигается благодаря тому, что слив топлива из приемной камеры осуществляется не непосредственно в атмосферу, а в аккумулятор и только затем через редукционный клапан - в бак. При этом создается препятствие попаданию в приемную камеру воздуха и тем самым исключается его влияние на зависимость полученных результатов от коэффициента α сжимаемости топлива. А соотношение давлений открытия сливного и редукционного клапанов Р_открсл=(4…5)Р_{открред} подобрано таким образом, чтобы свести к минимуму образование газовой фазы из-за кавитационных явлений.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема устройства, а на фиг.2 приведена расчетно-экспериментальная зависимость скорости распространения импульса давления а_u и объемной доли газовой фазы ε от давления Р. На фиг.2 имеются следующие обозначения: а, b, с, d - зависимости a_u=f(P); e, f, g - зависимость ε=f(P).

Устройство для регистрации характеристики впрыскивания топлива форсункой дизеля содержит приемную камеру 1 переменного объема, в которую встроены распылитель 2 форсунки 3, сливной клапан 4, посредством которого приемная камера 1 соединена с баком 5 с помощью сливной линии 6, и датчик 7 давления. К датчику 7 давления последовательно подключены регистрирующие приборы, а именно усилитель 8, аналогово-цифровой преобразователь 9 и персональный компьютер 10. Согласно изобретению устройство дополнительно снабжено аккумулятором 11 и подпружиненным редукционным клапаном 12, установленными между приемной камерой 1 и баком 5. При этом сливной клапан 4 также выполнен подпружиненным и, по существу, представляет собой обратный клапан, выход которого сообщен со входом (на чертеже не обозначен) аккумулятора 11. Подпружиненный редукционный клапан 12 установлен на выходе (на чертеже не обозначен) из аккумулятора 11. Причем в устройстве давления открытия соответствующих сливного и редукционного клапанов 4 и 12 могут быть выбраны в соответствии с определенным их соотношением, а именно P_{откр.сл}=(4…5)P_{откр.ред}.

Приемная камера 1 имеет переменный объем V, который в случае малых значений цикловых подач топлива в качестве предварительного впрыска может рассчитываться по следующей формуле:

где ΔV - величина предвпрыска топлива, мм³;

α - коэффициент сжимаемости дизельного топлива при 20°С, ;

ΔР - значение повышения давления при подаче электрогидравлической форсункой предвпрыска топлива, МПа.

Устройство работает следующим образом. При подаче топлива к форсунке 3 осуществляется впрыск топлива посредством распылителя 2 в объем приемной камеры 1. При этом изменение давления в последней фиксируется датчиком 7 давления, сигнал с которого через усилитель 8 и аналогово-цифровой преобразователь 9 поступает в персональный компьютер 10 для его записи. Сливной подпружиненный клапан 4 поддерживает заданное давление в приемной камере 1 и осуществляет перепуск топлива из приемной камеры 1 в аккумулятор 11 после того, как проведен впрыск топлива. Избыточное давление в аккумуляторе 11 регулируется с помощью подпружиненного редукционного клапана 12, и при превышении давления выше заданного уровня происходит сброс топлива в бак 5 по сливной линии 6.

На фиг.2 приведены используемые расчетно-экспериментальные зависимости скорости а_и распространения импульса давления и объемной доли s газовой фазы от давления Р при различных объемах Vp разгрузки нагнетательного клапана, которые могут являться причиной образования газовой фазы. Зависимости а, b, с, d, e, f, g получены при исследовании условий работы топливного насоса высокого давления. Диапазон работы устройства для регистрации характеристики впрыскивания топлива форсункой дизеля находится в пределах от давления открытия редукционного клапана Р_{откр.ред} до давления открытия сливного клапана Р_{откр.сл}. Из всех зависимостей, приведенных на фиг.2, кривые g и b наиболее полно соответствуют устройству и моделируют процессы образования газовой фазы в устройстве с точки зрения кавитационных явлений, возникающих при истечении жидкой рабочей среды через клапаны. На основе данных, приведенных на фиг.2, видно, что полное отсутствие газовой фазы имеет место при Р>6 МПа, то есть правее точки т, когда кривые b, с, d сливаются с кривой а. Последняя показывает на полное отсутствие газовой фазы. Кроме этого, влияние газовой фазы практически отсутствует при Р≥3 МПа. Но давление открытия сливного клапана Р_{откр.сл} ограничивается износостойкостью редукционного клапана, то есть не может быть выше 14 МПа: Р_{откр.сл}<14 МПа. Следовательно, отношение давлений открытия сливного и редукционного клапанов составит то есть Р_{откр.сл}=(4…5)Р_{откр.ред}, так как Р_{откр.ред}≈3 МПа. Таким образом, указанное соотношение давлений есть условие отсутствия появления газовой фазы в приемной камере 1 при работе устройства.

Объем V [мм³] приемной камеры 1 рассчитывается по формуле:

Например, в случае малых значений цикловых подач (предвпрыска) - ΔV=2 мм³ при α=0,74·10^-3 и ΔP=0.1 МПа необходимый объем приемной камеры 1 составит:

Поскольку в устройстве перепуск топлива осуществляется не в атмосферу, а в аккумулятор 11, это исключает влияние газовоздушной фазы (воздуха и паров топлива) на зависимость получаемых результатов от коэффициента сжимаемости топлива α и тем самым существенно повышает точность регистрации характеристики впрыскивания цикловых подач топлива, включая малые предварительные подачи топлива (предвпрыски). При этом в приемной камере достигается необходимый уровень давления впрыска.

Таким образом, изобретение позволяет повысить точность регистрации характеристик впрыскивания дизельной топливной аппаратуры, включая самые малые цикловые подачи (1-3 мм³) топлива.

1. Устройство для регистрации характеристики впрыскивания топлива форсункой дизеля, содержащее приемную камеру переменного объема со встроенным в нее распылителем форсунки, сливным клапаном, посредством которого приемная камера соединена с баком, и датчиком давления, к которому последовательно подключены усилитель сигнала и регистрирующие приборы, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено аккумулятором и подпружиненным редукционным клапаном, при этом сливной клапан выполнен подпружиненным, а его выход сообщен с входом аккумулятора, на выходе из которого установлен подпружиненный редукционный клапан, причем давление открытия сливного и редукционного клапанов выбрано из соотношения: Р_открсл=(4…5)P_{открред}.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при регистрации малых подач топлива объем V приемной камеры рассчитывается по формуле:
,
где ΔV - значение предвпрыска топлива, мм³;
α - коэффициент сжимаемости топлива при 20°С, 1/МПа;
ΔP - значение повышения давления при подаче электрогидравлической форсункой предвпрыска топлива, МПа.