Патент на изобретение №2399896

(54) СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА НА СТЕНДЕ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ТОПЛИВОПОДАЮЩИХ АГРЕГАТОВ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к двигателестроению и может использоваться для измерения цикловой и часовой подачи топлива на стенде для испытаний топливоподающих агрегатов дизельных двигателей. Задача изобретения – обеспечение измерений с достаточной точностью и небольшими затратами времени при несложной конструкции устройства. Система содержит блок стендовых форсунок или адаптеров, подключаемых к соответствующим топливоподающим секциям испытываемого агрегата и направляющих рабочую жидкость (РЖ) по подающим трубопроводам в снабженное приводом распределительное устройство для поочередной подачи РЖ от каждой стендовой форсунки или адаптера через соответствующий подающий трубопровод в мерное устройство, а также датчик температуры РЖ, датчик оборотов приводного вала испытываемого агрегата и управляюще-вычислительный электронный блок, к которому подключены привод распределительного устройства и мерное устройство, выполненное в виде сосуда, сообщенного своей нижней частью с электроклапаном для опорожнения сосуда и датчиком давления столба РЖ в сосуде, подключенными к электронному блоку. Выходные концы подающих трубопроводов с успокоителями равномерно расположены по окружности, а распределительное устройство выполнено в виде наклонной приемной трубки, жестко установленной на приводном валу, нижний конец которой установлен непосредственно над сосудом, а верхний конец установлен с возможностью последовательного расположения под выходным концом соответствующего подающего трубопровода в результате поворота вала. Электронный блок снабжен схемой преобразования сигнала датчика давления в величину подачи РЖ. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для измерения цикловой и часовой подачи топлива на стенде для испытаний топливоподающих агрегатов дизельных двигателей.

Известна система измерения подачи топлива на стенде для испытаний топливоподающих агрегатов дизельных двигателей, содержащая блок стендовых форсунок, подключаемых к соответствующим топливоподающим секциям испытываемого агрегата и направляющих рабочую жидкость (далее РЖ) по трубопроводом в мерную емкость (Описание и инструкция по обслуживанию испытательного стенда NC 128-3208 для испытания и регулировки топливной аппаратуры дизельных двигателей. – Чехословакия: Отдел торгово-технической службы н.п. МОТОРПАЛ ЙИГЛАВА, 1986, с.6, рис.6).

В указанной известной системе каждой стендовой форсунке соответствует своя мерная емкость, в которую РЖ поступает от соответствующей форсунки через сборный сосуд и трехходовой кран. Наличие в известной системе нескольких мерных емкостей с трехходовыми кранами делает конструкцию устройства громоздкой и в целом усложняет ее, при этом проведение измерений сопряжено с большими затратами времени. Кроме того, точность измерений в известной системе недостаточна, т.к. эти измерения заключаются в визуальном определении объема РЖ, наполняющей мерную емкость. Помимо этого, наличие в известной системе нескольких трехходовых кранов (регулирующих устройств) с уплотнениями создает возможность возникновения протечек РЖ, что в итоге также отрицательно влияет на точность определения подачи топлива.

Известна также принятая в качестве прототипа система измерения подачи топлива на стенде для испытаний топливоподающих агрегатов дизельных двигателей, содержащая блок стендовых форсунок или адаптеров, подключаемых к соответствующим топливоподающим секциям испытываемого агрегата и направляющих РЖ по подающим трубопроводам в снабженное приводом распределительное устройство для поочередной подачи РЖ от каждой стендовой форсунки или адаптера через соответствующий подающий трубопровод в мерное устройство, а также датчик температуры РЖ, датчик оборотов приводного вала испытываемого агрегата и управляюще-вычислительный электронный блок, к которому подключены привод распределительного устройства и мерное устройство (КМА 802/822. Руководство по эксплуатации. Представительство ООО “Роберт БОШ”, Москва).

Распределительное устройство в этой известной системе представляет собой комплекс электромагнитных клапанов, усложняющий конструкцию известной системы в целом. Мерное устройство, имеющее в своем составе регулирующий поршень, подключенный к нему параллельно шестеренный насос, тахометрический датчик для измерения расхода РЖ, пропускаемой через этот насос, также усложняет конструкцию известной системы. Кроме того, для обеспечения точности измерений при использовании тахометрического датчика необходимо очень точно поддерживать температуру РЖ, а также ее высокую чистоту, что не всегда легко осуществимо. Помимо этого, тахометрический датчик обладает достаточно большой инерционностью, что отрицательно влияет на точность измерений. В результате всего этого в известной системе часто не удается обеспечить требуемую точность измерения подачи топлива.

Задача настоящего изобретения заключается в создании системы измерения подачи топлива на стенде для испытаний топливоподающих агрегатов дизелей, которая обеспечивала бы проведение измерений с достаточной точностью и небольшими затратами времени при несложной конструкции устройства.

Решение указанной задачи достигается тем, что в системе измерения подачи топлива на стенде для испытаний агрегатов топливоподающих систем дизелей, содержащей блок стендовых форсунок или адаптеров, подключаемых к соответствующим топливоподающим секциям испытываемого агрегата и направляющих РЖ по подающим трубопроводам в снабженное приводом распределительное устройство для поочередной подачи РЖ от каждой стендовой форсунки или адаптера через соответствующий подающий трубопровод в мерное устройство, а также датчик температуры РЖ, датчик оборотов приводного вала испытываемого агрегата и управляюще-вычислительный электронный блок, к которому подключены привод распределительного устройства и мерное устройство, в соответствии с настоящим изобретением мерное устройство выполнено в виде сосуда, сообщенного своей нижней частью с электроклапаном для опорожнения сосуда и датчиком давления столба рабочей жидкости в сосуде, подключенными к электронному блоку, который снабжен схемой преобразования сигнала датчика давления в величину подачи рабочей жидкости, выходные концы подающих трубопроводов равномерно расположены по окружности, а распределительное устройство выполнено в виде наклонной приемной трубки, жестко установленной на приводном валу, нижний конец которой установлен непосредственно над мерной емкостью, а верхний конец установлен с возможностью последовательного расположения под выходным концом соответствующего подающего трубопровода в результате поворота вала.

Привод распределительного устройства выполнен преимущественно в виде шагового электродвигателя.

Сосуд мерного устройства может быть снабжен расположенным в нем по продольной оси направляющим стержнем для ускорения стекания рабочей жидкости в сосуд. Поверхность стержня выполнена преимущественно из несмачиваемого рабочей жидкостью материала, например фторполимера.

Кроме того, и внутренняя поверхность сосуда может быть выполнена из несмачиваемого рабочей жидкостью материала, например фторполимера.

Для обеспечения измерений подачи с необходимой точностью при разной температуре РЖ в заявленной системе датчик температуры рабочей жидкости подключен к электронному блоку.

Для измерения цикловой подачи топлива датчик оборотов приводного вала испытываемого агрегата подключен к электронному блоку.

Преимущественно, каждый подающий трубопровод снабжен установленным на его выходном конце успокоителем рабочей жидкости.

Использование в системе по настоящему изобретению датчика давления столба рабочей жидкости в сосуде мерного устройства в совокупности с предложенной конструкцией распределительного устройства упрощает конструкцию системы в целом и снижает требования к строгому поддержанию параметров рабочей жидкости (ее температуры и чистоты). В результате, в предложенной системе легче добиться требуемой точности измерений.

Предложенная система обеспечивает измерение подачи топлива при испытании различных топливоподающих агрегатов, в частности топливных насосов высокого давления и аккумуляторных топливоподающих систем (системы Common Rail). В случае испытания последних вместо стендовых форсунок используются адаптеры.

Конструкция системы по настоящему изобретению поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена блок-схема заявленной системы;

на фиг.2 – конструкция распределительного устройства и установленного под ним мерного устройства.

Стенд для испытаний топливоподающих агрегатов дизелей, в котором используется предложенная система измерения подачи топлива по настоящему изобретению, содержит стендовый привод 1, вал которого соединен с приводным валом испытываемого агрегата, например топливного насоса 2 высокого давления. Система по настоящему изобретению содержит блок 3 стендовых форсунок или адаптеров, подключаемых к соответствующим топливоподающим секциям насоса 2 через трубопроводы 4 высокого давления и направляющих РЖ по подающим трубопроводам 5 в сосуд 6 мерного устройства. Трубопроводы 5 могут проходить через охладитель 7 РЖ.

Для обеспечения поочередной подачи РЖ от каждой стендовой форсунки или адаптера через соответствующий подающий трубопровод 5 в сосуд 6 заявленная система снабжена распределительным устройством 8 с приводом, выполненным в виде шагового электродвигателя 9. Распределительное устройство 8 содержит жестко связанную с валом электродвигателя 9 наклонную приемную трубку 10, нижний конец которой установлен непосредственно над сосудом 6, а верхний конец установлен с возможностью последовательного расположения под выходным концом соответствующего подающего трубопровода 5 в результате поворота вала электродвигателя 9. При этом выходные концы подающих трубопроводов 5 равномерно расположены по окружности. На выходном конце каждого подающего трубопровода 5 установлен успокоитель 11 РЖ (пеногаситель) в виде емкости, поперечное сечение которой больше поперечного сечения выходного конца подающего трубопровода 5. Успокоитель 11 предотвращает попадание пены РЖ в сосуд 6, что способствует повышению точности измерений подачи.

Для опорожнения сосуда 6 по его заполнении РЖ служит управляемый электроклапан 12, вход которого подключен к нижнему концу мерной емкости 6, а выход – к сливной системе стенда.

Заявленная система измерения подачи топлива снабжена также датчиком 13 давления столба РЖ в сосуде 6, датчиком 14 температуры РЖ, поступающей в сосуд 6, а также датчиком 15 оборотов приводного вала испытываемого насоса 2. Датчик 15 может измерять частоту вращения приводного вала насоса 2 непосредственно или через частоту вращения вала стендового привода 1. Между дном сосуда 6 и датчиком 13 давления может быть установлен фильтр 16 для предотвращения попадания к датчику 14 возможных загрязнений и повышения тем самым точности измерений.

Кроме того, заявленная система снабжена управляюще-вычислительным электронным блоком 17, который содержит плату 18 управления распределительным устройством 8, измерительную плату 19 и плату 20 управления стендовым приводом 1. Плата 19 имеет схему преобразования сигнала датчика 13 давления в величину подачи РЖ при заданном времени увеличения высоты столба РЖ в сосуде 6. Для обмена данными между платами 18-20 предусмотрены соответствующие интерфейсы 21. Выход датчика 13 давления подключен к первому входу электронного блока 17 (первому входу платы 19), первый выход которого подключен к органу управления электроклапаном 12 для обеспечения открытия или закрытия последнего при достижении заданной максимальной или соответственно заданной минимальной высоты столба РЖ в мерной емкости 6. Второй выход блока 17 (выход платы 18) подключен к электродвигателю 9. Выход датчика 14 температуры подключен ко второму входу блока 17 (второму входу платы 19), а выход датчика 15 оборотов – к третьему входу блока 17 (входу платы 20). Предусмотрен индикатор или дисплей (не показан), на котором будет отражаться величина измеряемой подачи (расхода) топлива и другие данные, вводимые в электронный блок 17 и вычисляемые в нем.

Для ускорения стекания РЖ в сосуд 5 последний снабжен расположенным по продольной оси сосуда 6 осевым направляющим стержнем 22 в виде струны, шарнирно соединенной с приемной трубкой 10. Площадь поперечного сечения стержня 22 более чем в 10 раз меньше площади поперечного сечения сосуда 6. Поверхность стержня 22 и внутренняя поверхность сосуда 6 выполнены из фторполимера, который не смачивается рабочей жидкостью, что повышает точность измерений.

Заявленная система работает следующим образом.

Измерение подачи топлива по каждой секции насоса 2 производится последовательно путем подвода верхнего конца приемной трубки 10 под соответствующий успокоитель 11, что осуществляется шаговым электродвигателем 9, получающим команды от платы 18.

Перед началом измерений на стенде включают привод 1 и устанавливают заданный режим работы насоса 2, используя показания датчика 15 оборотов. Используя датчик 14, осуществляют измерение температуры РЖ для определения ее плотности или поддерживают температуру, а следовательно, и РЖ постоянной посредством охладителя 7.

По трубопроводам 5 РЖ подается в распределительное устройство 8, при этом наклонная трубка 11 принимает РЖ от того трубопровода 5, под успокоителем 11 которого находится в данный момент верхний конец трубки 11, и направляет РЖ в сосуд 6. Электроклапан 12 находится в закрытом состоянии, и сосуд 6 начинает заполняться РЖ. Выходящая из остальных успокоителей РЖ стекает в нижнюю часть корпуса распределительного устройства и поступает в сливную систему стенда (не показано).

Время t увеличения столба РЖ в сосуде 6 при подачи РЖ от одной топливоподающей секции насоса 2 через соответствующий трубопровод 5 задается заранее и вводится в плату 18. При определении заданного времени t следует учитывать, что чем больше подача топливоподающих секций насоса 2, тем меньшее время увеличения столба РЖ требуется для того, чтобы измерить давление этого столба датчиком 13. Однако чем больше t, тем выше точность измерения этого давления. По истечении заданного времени t плата 18 дает команду на прекращение подачи РЖ от соответствующего трубопровода 5, и шаговый электродвигатель 9 поворачивает на один шаг верхний конец трубки 10, отводя его от успокоителя 11 этого трубопровода 5. Одновременно с этим плата 18 через интерфейс 21 передает команду в измерительную плату 19 на снятие (считывание, запоминание) величины сигнала от датчика 13 давления столба РЖ в сосуде 6. При заданном времени t, известном поперечном сечении S сосуда 6 и известной (в частности, заданной) плотности РЖ величина давления, полученная от датчика 13, преобразуется (пересчитывается) в измерительной плате 19 в величину подачи (расхода) РЖ (топлива). При изменении температуры РЖ данные от датчика 14 температуры, вводимые в измерительную плату 19, будут соответственно корректировать величину плотности , используемую для вычислений подачи. Вводимые в измерительную плату 19 (через плату 20 и соответствующий интерфейс 21) данные от датчика 15 о частоте вращения приводного вала насоса 2 могут использоваться для преобразования величины часовой подачи топлива в цикловую подачу.

В результате вышеупомянутого шагового поворота верхнего конца трубки 10 этот конец оказывается под успокоителем 11 следующего трубопровода 5, подающего РЖ в сосуд 6 из следующей топливоподающей секции насоса 2. С этого момента в плате 19 начинается отсчет следующего периода заданного времени t, по истечении которого цикл измерений повторяется, но уже применительно к следующей топливоподающей секции насоса 2. Таким образом осуществляется измерение подачи от каждой топливоподающей секции. Понятно, что путем задания электронному блоку 17 соответствующей программы можно осуществлять выборочное измерение подач лишь от некоторых топливоподающих секций насоса 2.

Когда сосуд 6 наполнится РЖ полностью (“верхний уровень РЖ” на фиг.2), плата 19 дает команду на опорожнение сосуда 6 (“нижний уровень РЖ” на фиг.2), орган управления электроклапаном 12 переключает последний в открытое состояние, и РЖ сливается из сосуда 6. После опорожнения сосуда 6 процесс измерения подачи возобновляется. Информация о количестве РЖ в сосуде 6, в том числе о нулевом и максимальном уровнях ее заполнения (соответственно “нижний уровень РЖ” и “верхний уровень РЖ” на фиг.2), поступает с датчика 13 давления, который включен постоянно. Весь измерительный канал при изготовлении стенда тарируется, т.е. плата 19 «знает», насколько заполнен сосуд 6. Таким образом, за период времени наполнения сосуда 6 от нулевого уровня РЖ до максимального измерение подачи может осуществляться от нескольких топливоподающих секций насоса 2 в зависимости от величин подач, обеспечиваемых этими секциями, и заданного времени t. Должно быть понятно, что в процессе одного периода наполнения сосуда 6 величина давления столба РЖ, используемая для вычисления подачи от каждой следующей секции насоса 2, учитывается измерительной платой 19 как разница поступающих от датчика 13 сигналов между моментами их текущего и предыдущего считываний после каждого периода заданного времени t.

Таким образом, плата 18, управляя электродвигателем 9, по существу управляет временем t, которое можно условно назвать временем измерения подачи по секциям насоса 2, а измерительная плата 19, помимо вычисления величины подачи путем преобразования сигналов от датчика 13 давления, осуществляет оценку степени заполнения сосуда 6 жидкостью и управляет электроклапаном 12, т.е. процессом слива РЖ из сосуда 6.

Заявленная система обеспечивает последовательные измерения подачи топлива от топливоподающих секций испытываемого агрегата с использованием одного сосуда и соответственно одного измерительного канала и показаний датчика давления, т.е. по существу датчика массы, что при наличии соответствующего управляюще-измерительного электронного блока позволяет получить довольно точные результаты при небольших затратах времени и относительно несложной конструкции устройства.

Рядовые специалисты, обладающие знаниями в области проектирования, создания и программирования электронных управляющих и вычислительных схем, смогут на основе информации, изложенной в настоящем описании, спроектировать конкретные схемы вышеописанного электронного блока и создать программное обеспечение для его функционирования с получением описанных здесь результатов.

Формула изобретения

1. Система измерения подачи топлива на стенде для испытаний агрегатов топливоподающих систем дизелей, содержащая блок стендовых форсунок или адаптеров, подключаемых к соответствующим топливоподающим секциям испытуемого агрегата и направляющих рабочую жидкость по подающим трубопроводам в снабженное приводом распределительное устройство для поочередной подачи рабочей жидкости от каждой стендовой форсунки или адаптера через соответствующий подающий трубопровод в мерное устройство, а также датчик температуры рабочей жидкости, датчик оборотов приводного вала испытуемого агрегата и управляюще-вычислительный электронный блок, к которому подключены привод распределительного устройства и мерное устройство, отличающаяся тем, что мерное устройство выполнено в виде сосуда, сообщенного своей нижней частью с электроклапаном для опорожнения сосуда и датчиком давления столба рабочей жидкости в сосуде, подключенными к электронному блоку, который снабжен схемой преобразования сигнала датчика давления в величину подачи рабочей жидкости, выходные концы подающих трубопроводов равномерно расположены по окружности, а распределительное устройство выполнено в виде наклонной приемной трубки, жестко установленной на приводном валу, нижний конец которой установлен непосредственно над мерной емкостью, а верхний конец установлен с возможностью последовательного расположения под выходным концом соответствующего подающего трубопровода в результате поворота вала.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что привод распределительного устройства выполнен в виде шагового электродвигателя.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что сосуд мерного устройства снабжен расположенным в нем по продольной оси направляющим стержнем для ускорения стекания рабочей жидкости в сосуд.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что поверхность стержня выполнена из не смачиваемого рабочей жидкостью материала, например фторполимера.

5. Система по п.1 или 4, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность сосуда выполнена из не смачиваемого рабочей жидкостью материала, например фторполимера.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что датчик температуры рабочей жидкости подключен к электронному блоку.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что для измерения цикловой подачи топлива датчик оборотов приводного вала испытуемого агрегата подключен к электронному блоку.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждый подающий трубопровод снабжен установленным на его выходном конце успокоителем рабочей жидкости.

РИСУНКИ