Патент на изобретение №2331787

(54) СПОСОБ РЕМОНТА ТОПЛИВОВПРЫСКИВАЮЩЕГО НАСОСА ДИЗЕЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к ремонту топливовпрыскивающих насосов дизеля. Изобретение позволяет повысить срок службы ТНВД за счет более полного использования ресурса работоспособности. Способ ремонта топливовпрыскивающего насоса дизеля, в котором повторно используют выбракованную плунжерную пару после ее утилизации, заключается в создании и обработке ремонтных деталей. Повторное использование выбракованной и утилизированной плунжерной пары осуществляют выполнением комплекса взаимосвязанных операций по обработке ремонтных деталей, включающего в себя: создание из плунжера и втулки плунжерной пары выбракованной насосной секции высокого давления ремонтных деталей путем установки герметичных заглушек в распределительных каналах плунжера и втулки; размещение в надплунжерном канале этой насосной секции дополнительного обратного клапана и соединение надклапанного пространства дополнительным трубопроводом высокого давления с надплунжерным каналом другой насосной секции комплекта ремонтируемого двухсекционного ТНВД; установку и фиксирование плунжера первой насосной секции в фазовом положении, при котором неизношенные участки головной части плунжера совмещают с наполнительными окнами втулки; создание из плунжера и втулки плунжерной пары другой насосной секции комплекта ремонтных деталей путем установки герметичных заглушек в отсечном канале плунжера и наполнительных каналах втулки; установку в надплунжерном канале втулки второй насосной секции дополнительного штуцера-вытеснителя и присоединение к нему трубопровода от первой насосной секции; создание из кулачкового вала топливовпрыскивающего насоса третьей ремонтной детали путем установки на кулачковый выступ, взаимодействующий с толкателем плунжера второй плунжерной пары, бандажа в виде гладкого кольца с наружным диаметром, при котором распределительный паз плунжера второй плунжерной пары совпадает с распределительным окном втулки в положении наименьшего гидравлического сопротивления; регулировку величины подачи и фаз начала подачи топлива по штуцерам второй насосной секции, соответственно, изменением осевого положения дозатора первой плунжерной пары и изменением фазового положения второго плунжера относительно распределительных окон втулки второй плунжерной пары. 3 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к восстановлению ресурса топливной аппаратуры дизеля при ремонте путем повторного использования после утилизации выбракованных составных частей топливовпрыскивающего насоса, преимущественно распределительного типа, дизеля (ТНВД).

Под утилизацией применительно к предмету заявляемого изобретения заявитель понимает вторичное использование выбракованной составной части ТНВД после ее переработки (реконструкции, модернизации и т.п.) каким-нибудь образом [1].

Способ ремонта ТНВД путем такой «переработки» (утилизации), как следует из нижеизложенного, и составляет сущность заявляемого изобретения.

Известно [2], что основной составной частью ТНВД, определяющей его технические характеристики и показатели надежности, является плунжерная пара. В процессе эксплуатации детали плунжерной пары приобретают локальный износ [3], приводящий к невосполнимому снижению цикловой подачи, особенно на пусковом режиме [4].

Снижение параметра пусковой подачи используется в качестве ТНВД [5]. Плунжерная пара выбраковывается, если фактическое значение величины пусковой подачи, выявленное при этом, оказывается ниже допускаемого значения, приводимого в технических требованиях на ремонт. Как следует из [6], допускаемое значение параметра технического состояния плунжерной пары ТНВД (пусковой подачи) характеризуется граничным ее значением, при котором плунжерную пару допускают после контроля (дефектации) к эксплуатации без операций ремонта. Отсюда следует, что часть плунжерных пар выбраковывается на ремонтном предприятии со значительным остаточным ресурсом, поскольку их выбраковка производится до достижения ими предельного состояния (о термине «предельное состояние» – см. [6], с.8).

Сказанное поясняется графиком на фиг.1, где: 1 – зависимость пусковой подачи q_п от наработки t; Т – наработка (ресурс) плунжерной пары до предельного значения пусковой подачи q_п.пред.; t_к – установленная техническими требованиями наработка, используемая для определения допускаемого значения пусковой подачи q_п.доп (например, периодичность ТО – 3 для с.-х. тракторов); три точки а, в и с – характеризуют некоторые гипотетические значения пусковой подачи, выявляемые при дефектации. Если удовлетворяется условие – фактическое q_п(a,в)q_п.доп., то плунжерная пара допускается к дальнейшему использованию, т.к. обладает прогнозируемым значением остаточного ресурса, большим или равным t_к. При фактическом q_{п с}п.доп плунжерная пара выбраковывается, хотя и обладает некоторым остаточным значением подачи и ресурса (t_{c oc}=(T-t_c)>0). Кажется парадоксом то, что если бы в момент времени t=t_c не проводились ремонт ТНВД и сопутствующая дефектация плунжерной пары, то последняя могла бы находиться в эксплуатации до момента t=Т, при котором полностью был бы реализован ее потенциальный ресурс.Однако чаще этого не происходит, и плунжерная пара выбраковывается с остаточным ресурсом.

Применяют ряд способов ремонта ТНВД, достигшего предельного состояния вследствие износа плунжерной пары сверх допускаемого техническими требованиями значения [7, 8], в основе которых повторное использование выбраковочных плунжерных пар после утилизации и дополнительной доработки.

Известен способ ремонта ТНВД, при котором вместо изношенной и выбракованной плунжерной пары используют новую, а выбракованную плунжерную пару утилизируют по технологиям утилизации металлолома [7].

Способ затратный, т.к. сопровождается 100% заменой плунжерных пар на новые, в которых только часть стоимости компенсировано стоимостью металлолома, при этом вместе с изделием полностью уничтожается остаточный ресурс утилизируемых плунжерных пар, что снижает эффективность топливной аппаратуры дизеля в целом.

Известен также способ ремонта ТНВД путем повторного использования выбракованной плунжерной пары после ее утилизации, заключающейся в селективной подборке деталей плунжерной пары после раскомплектования, очистки от загрязнений и механической обработки деталей на доводочных станках до выведения следов износа [8, с.371].

Недостатком известного способа ремонта ТНВД является большая трудоемкость процесса и ограниченная применимость, поскольку при этом уничтожается часть остаточного ресурса и удается восстанавливать работоспособность только до 20…30% выбракованных плунжерных пар, а 70…80% заменять, соответственно, на новые пары.

Известен также способ ремонта ТНВД путем повторного использования выбракованной плунжерной пары после ее утилизации, заключающийся в создании и использовании ремонтной детали для замены одной из изношенных деталей плунжерной пары с последующей механической обработкой и спариванием ремонтной и сопрягаемой деталей [8]. Способ выбран в качестве прототипа.

Недостатком способа является его дороговизна из-за потребности в большом количестве заново изготовляемых ремонтных деталей, идущих на замену изношенной детали пары, а также уничтожение остаточного ресурса этой детали, в результате оказывается низким срок службы ТНВД.

Цель изобретения – повышение срока службы двухсекционного ТНВД распределительного типа НД-22 за счет более полного использования остаточного ресурса плунжерной пары и изменения ее первоначальных функций.

Поставленная цель достигается тем, что в способе ремонта ТНВД повторное использование выбракованной плунжерной пары после ее утилизации, включающей создание ремонтных деталей, осуществляется в результате выполнения следующего комплекса взаимосвязанных работ: из плунжера и втулки первой, например, насосной секции высокого давления создают ремонтные детали путем установки заглушек в распределительных каналах плунжера и втулки и в надплунжерном канале этой первой секции высокого давления размещают дополнительный обратный клапан, надклапанное пространство которого соединяют дополнительным трубопроводом высокого давления с надплунжерным каналом второй насосной секции; удаляют промежуточную шестерню привода вращения плунжера первой насосной секции и фиксируют зубчатый венец привода вращения плунжера от проворачивания вокруг его оси, сохраняя при этом возможность возвратно-поступательного движения плунжера – в результате ограничивают функцию первой насосной секции высокого давления всасыванием и нагнетанием топлива в заклапанное пространство через центральный канал втулки; из плунжера и втулки второй насосной секции высокого давления создают еще одну пару ремонтных деталей путем установки заглушек на отсечной канал плунжера и в наполнительных окнах втулки; затем создают ремонтную деталь из кулачкового вала привода путем ликвидации профильного кулачкового выступа, сопрягаемого с плунжером второй насосной секции высокого давления, например, установкой на кулачки дополнительной детали в виде гладкого цилиндрического кольца так, чтобы торец плунжера перекрывал наполнительные окна втулки, а распределительный паз плунжера совпадал с распределительными окнами втулки и обеспечивалось бы максимальное значение параметра «время-сечение» распределителя – в результате ограничивают функцию второй насосной секции высокого давления (распределения) только операцией распределителя топлива от первой секции (нагнетатель) по штуцерам высокого давления второй секции высокого давления за счет сохранения только вращательного движения плунжера второй насосной секции высокого давления.

Сущность изобретения поясняется схемой на фиг.2, где 1 и 2 – соответственно первая и вторая насосные секции высокого давления ТНВД распределительного типа НД-22; ремонтные детали насосной секции 1: 3 – втулка с заглушкой 4 в распределительном канале; 5 – плунжер с заглушкой 6 в распределительном канале; 7 – дозатор насосной секции 1; 8 – фиксатор от проворачивания плунжера 5; ремонтные детали насосной секции 2: 9 – втулка с заглушкой 10 в наполнительных окнах; 11 – плунжер с заглушкой 12 в отсечном канале; 13 и 14 – обратный клапан и трубопровод высокого давления насосной секции 1; 15 – ремонтная деталь кулачковый вал; 16 – кулачковый выступ насосной секции 2; (фиг.3) 17 – кольцо цилиндрическое дополнительное; 18 – вал регулятора; 19 – шестерня привода вращения распределителя 11 насосной секции 2.

Топливовпрыскивающий насос распределительного типа НД-22 имеет две насосные секции высокого давления, каждая из которых имеет в своем составе одну плунжерную пару, включающую втулку, плунжер и дозатор [2]. Плунжерная пара НД-22 обслуживает одновременно три цилиндра дизеля, например, широко распространенного с.-х. трактора Т-150 или Т-150К. Соответственно во втулке плунжерной выполнены три распределительных канала, по которым топливо при такте нагнетания из подплунжерной полости поступает через осевой канал и распределительный паз плунжера к форсункам дизеля. Втулка плунжерная имеет в верхней части еще два отверстия, впускные, через которые при такте всасывания происходит наполнение надплунжерного пространства. В плунжере имеются осевой канал, распределительный канал и отсечной, закрываемый дозатором, служащим для управления величиной подачи.

Плунжер при возвратно-поступательном движении от вращения кулачкового вала всасывает и нагнетает топливо, при вращении вокруг собственной оси, получаемом от вала регулятора через шестеренчатую передачу, – распределяет топливо по цилиндрам дизеля. Эта особенность работы насоса определяет особенности износа плунжера, втулки и дозатора [2, с.100]. Втулка имеет наибольший износ в зоне впускных и в зоне распределительных окон, плунжер – на участках, прилегающих к впускным окнам втулки, и на участках в зоне распределительного паза и отсечных окон. Износ представляется неширокими (сопоставимы с шириной окон) местными микроуглублениями, вытянутыми по ходу движения плунжера (по винтовой линии).

При нагнетании топливо из надплунжерной полости, где оно находится под высоким давлением, перетекает через зазоры в полость низкого давления, в результате чего снижается цикловая подача. Наиболее чувствительна к износу пусковая подача, что обусловлено низкими скоростями движения плунжера на пусковом режиме и растянутостью во времени этого процесса.

При допустимом износе, когда еще сохраняется значительная часть потенциального ресурса плунжерной пары, участки износа плунжера, втулки и дозатора, взятые в поперечных сечениях, не сливаются друг с другом и между ними имеются участки неизношенной поверхности. Поэтому можно поворотом плунжера вокруг собственной оси неизношенные участки плунжера совместить с изношенными участками втулки, тем самым уменьшить в этих местах величину зазора и утечки топлива. Однако сделать это при сохранении серийной схемы насоса НД-22 нельзя, поскольку нарушатся фазы топливораспределения и в системе возникнут гидроудары, а насос перестанет функционировать.

Промышленность выпускает насосные секции также для обслуживания одно-, двух- и четырехцилиндровых дизелей с насосами НД-21 – по установочным размером все секции НД взаимозаменяемые.

Способ ремонта топливовпрыскивающего насоса распределительного типа НД-22 осуществляется следующим образом.

Поступивший из эксплуатации на ремонтное предприятие ТВНД типа НД-22 подвергают диагностике, при которой определяют фактическое значение пусковой подачи топлива [5] и сравнивают его с допускаемым значением, указанным в технических требованиях [4, с.31, 32] или [5, с.252]. Допустим, фактическое значение цикловой пусковой подачи составляет 130 мм³/цикл, что меньше допускаемого, равного 140 мм³/ цикл – при принятой технологии капитального ремонта такая плунжерная пара не может использоваться и выбраковывается.

В соответствии с заявляемым способом ремонта ТНВД выбракованную плунжерную пару используют повторно после ее утилизации, включающей создание ремонтных деталей, для чего в распределительный канал (фиг.2) плунжера 5 насосной секции 1 устанавливают заглушку 6 (например, медную или клеевую), а заглушки 4 устанавливают в распределительные каналы втулки 3 этой же секции 1 (дополнительно можно удалить клапаны и вместо них в колодцы головки втулки 3 установить заглушки-вытеснители); в центральный канал втулки 3 устанавливают дополнительный клапан 13 с соединительным трубопроводом высокого давления 14; удаляют промежуточную шестерню привода вращения плунжера 5, разворачивают плунжер 5 вокруг его оси так, чтобы он неизношенными участками своей поверхности был обращен к наполнительным окнам втулки 3, фиксируют его в этом положении от самопроизвольного поворота фиксатором 8 (используют штатный фиксатор, применяемый при закатке промежуточных шестерен); заглушают с помощью заглушек 10 и 12 наполнительные окна втулки 9 и отсечной канал в плунжере 11 насосной секции 2; в центральный канал втулки 9 устанавливают штуцер-вытеснитель, к которому присоединяют трубопровод 14 от первой насосной секции 1; промежуточную шестерню «закатывают» в соответствии с требуемыми фазами топливораспределения; изготавливают еще одну ремонтную деталь из кулачкового вала 16, для чего на кулачковый выступ, взаимодействующий с плунжером 11 насосной секции 2, устанавливают гладкое кольцо-бандаж 17 (фиг.3), наружный диаметр которого выбирают с учетом того, чтобы распределительный паз плунжера 11 совпадал с распределительными окнами втулки 9 и обеспечивалось наименьшее гидравлическое сопротивление.

Отремонтированный таким образом ТНВД может обслуживать дизель с вдвое меньшим числом цилиндров, чем исходный экземпляр ТНВД. Используя же ремонтный кулачковый вал с одним, двумя и четырьмя рабочими профилями, можно повторно использовать одно-, двух- и четырехштуцерные плунжерные пары НД-21. С учетом изобретения [9] заявляемый способ ремонта ТНВД позволяет на одном и том же дизеле использовать насосные секции с четными и нечетными числами линий высокого давления – достаточно устанавливать ремонтный кулачковый вал с соответствующим числом рабочих профилей.

Заявляемый способ ремонта ТНВД позволяет повысить ресурс насоса за счет практически полного использования потенциального ресурса плунжерной пары. Кроме того, вследствие перестановки плунжера в другую позицию и установки заглушек на линиях стока, через изношенные зоны уменьшаются непроизводительные утечки топлива в зазоры, что, по результатам исследований, повышает пусковую подачу на 135-155% относительно исходной, установленной при диагностике. Положительный эффект способа состоит и в том, что происходит разделение функций между секциями (одна становится нагнетателем, другая – распределителем) и в результате снижается «износовая» нагрузка на пары, так как уменьшается в каждой плунжерной паре число зон изнашивания и снижается работа сил трения в каждой паре из-за сокращения длины пути трения, поскольку теперь плунжер-распределитель только вращается, а плунжер-нагнетатель перемещается только возвратно-поступательно, кроме этого, уменьшается радиальная нагрузка со стороны распределительного окна втулки на плунжер-нагнетатель.

По предлагаемой технологии можно утилизировать и повторно использовать 40-45% выбракованных по причине износа плунжерных пар распределительного типа НД-22 и НД-21.

Источники информации

1. Ожегов С.И. Словарь русского языка. – 14-е изд., Стереотип. – М.: Рус.яз., 1983. – С.749.

2. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: Справочник. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение. – 1990. – 352 с.

3. Топливо и топливоподача автотракторных дизелей / Ю.Б.Свиридов, П.В.Малявинский, М.И.Вихерт. – Л.: Машиностроение, 1979. – С.55…56, 66…88.

4. Топливные насосы высокого давления распределительного типа / Л.Н.Голубков, А.А.Савастенко, М.Б. Эмиль. – М.: Легион-Автодата, 2005. – С.31…35.

5. Топливная аппаратура автотракторных и комбайновых дизелей / Технические требования на капитальный ремонт. – М.: ГОСНИТИ, 1989. – С.249…269.

6. Михлин В.М. Управление надежностью сельскохозяйственной техники. – М.: Колос, 1984. – С.8…9.

7. Кривенко П.М., Федосов Н.М. Дизельная топливная аппаратура. – М.: Колос, 1970. – C.226…346.

8. Надежность и ремонт машин / В.В.Курчаткин, Н.Ф.Тельнов, К.А.Ачкасов и др. – М.: Колос, 2000. – С.369…378.

9. Авторское свидетельство СССР №992 785 F02М 41/12, 1983.

Формула изобретения

Способ ремонта топливовпрыскивающего насоса дизеля путем повторного использования выбракованной плунжерной пары после ее утилизации, заключающийся в создании и обработке ремонтных деталей, отличающийся тем, что повторное использование выбракованной и утилизированной плунжерной пары осуществляют выполнением комплекса взаимосвязанных операций по обработке ремонтных деталей, создаваемых из деталей исходной плунжерной пары и ее привода, включающего в себя: создание из плунжера и втулки плунжерной пары выбракованной насосной секции высокого давления ремонтных деталей путем установки герметичных заглушек в распределительных каналах плунжера и втулки; размещение в надплунжерном канале этой насосной секции дополнительного обратного клапана и соединение надклапанного пространства дополнительным трубопроводом высокого давления с надплунжерным каналом другой насосной секции комплекта ремонтируемого 2-секционного ТНВД; установку и фиксирование плунжера первой насосной секции в фазовом положении, при котором неизношенные участки головной части плунжера совмещают с наполнительными окнами втулки; создание из плунжера и втулки плунжерной пары другой насосной секции комплекта ремонтных деталей путем установки герметичных заглушек в отсечном канале плунжера и наполнительных каналах втулки; установку в надплунжерном канале втулки второй насосной секции дополнительного штуцера-вытеснителя и присоединение к нему трубопровода от первой насосной секции; создание из кулачкового вала топливовпрыскивающего насоса третьей ремонтной детали путем установки на кулачковый выступ, взаимодействующий с толкателем плунжера второй плунжерной пары, бандажа в виде гладкого кольца с наружным диаметром, при котором распределительный паз плунжера второй плунжерной пары совпадает с распределительным окном втулки в положении наименьшего гидравлического сопротивления; регулировку величины подачи и фаз начала подачи топлива по штуцерам второй насосной секции, соответственно, изменением осевого положения дозатора первой плунжерной пары и изменением фазового положения второго плунжера относительно распределительных окон втулки второй плунжерной пары.

РИСУНКИ