CN101226185A - 评定柴油实际抗磨性能的方法和台架试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种评定柴油实际抗磨性能的方法，利用柱塞式喷油泵将柴油通过喷油器喷入油箱，油箱内的油再通过所述柱塞式喷油泵和喷油器反复循环，测定累计运转一定时间后柱塞式喷油泵的柱塞偶件持压秒数，利用运转前后柱塞偶件持压秒数的差值表征柴油的实际抗磨性能。还公开了一种台架试验装置，主要包括被动力装置驱动的柱塞式喷油泵和油箱，油箱通过循环油路与所述的柱塞式喷油泵的油入口连接；还包括用于测定运转时间的计时器。这种方法操作简便且能够很好的表征柴油的实际抗磨性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于评定柴油的实际抗磨损性能的方法以及一种台架试验装置。
背景技术
柴油发动机燃油供给系统是发动机的重要组成部分，供油系统工作不好，比如部件磨损，将导致供油不足、燃油雾化不良，从而引起发动机功率不足或怠速不稳、燃烧不完全等问题，直接影响发动机的动力性和经济性。
燃油供给系统工作好坏，与柴油抗磨润滑性能密切相关。柴油抗磨润滑性不好，将导致供油系统精密偶件过度磨损。柴油润滑性不足导致的发动机供油系统磨损问题，在国际上早已引起关注。20世纪90年代初，西方国家强制性地减少柴油中的硫和芳烃含量，低硫、低芳烃柴油特别是超低硫柴油的生产，在加氢情况下，大量天然极性抗磨物质被除去，燃料润滑性大大降低，使用低硫、超低硫柴油的发动机频频出现油泵磨损失效问题；此外，二战以后，美国和北大西洋公约组织(NATO)提出并逐渐实施战场单一燃料计划，在1990～1991的“沙漠风暴/盾牌行动”中，美军柴油发动机大量使用Jet A-1燃料，导致较多喷射泵磨损失效。为防止和减少抗磨损性能不足的柴油用于发动机导致的高压喷射系统非正常磨损，保障柴油发动机各种性能正常发挥，国内外广泛开展了柴油润滑性和实际抗磨损性能研究。
在柴油润滑性测试方法上，欧洲主要发展高频往复试验机法(见ISO12156-1.Diesel Fuel Assessment of Lubricity Using the HighFrequency Reciprocating Rig[S])，而美国则主要将原本适用于评定喷气燃料润滑性的球-柱试验机法发展成为评价低硫柴油抗粘着磨损的A S T M方法(见ASTM D5001.Test Method for Measurementof Lubricity of Aviation Turbine Fuel by the Ball on CylinderLubri city Evaluator(1994)[S])。这两种试验方法已成为国际上广泛采用的柴油润滑性模拟评定方法。模拟评定柴油润滑性存在局限，其评定结果是否反映柴油在实际使用中的抗磨润滑性能，国外主要通过全尺寸发动机油泵试验加以评定和判断，根据长时间运转后各部件磨损和喷油质量情况，判断燃油润滑性是否满足机件抗磨润滑要求。这类发动机试验研究见SAE Technical Paper 2001-01-1928、SAETechnical Paper 961944、SAE Technical Paper 981363。这类试验，以加拿大壳牌石油(Shell Canada)为例，试验总运行时间576h，耗油4001。基本步骤为：将待试油泵拆解，对其中某些部件(9～11个)称重；按一定条件和程序进行喷油试验，完毕后再次拆解油泵；根据油泵部件在喷油试验前后的质量变化、有关部件(11～14个)目视磨损分级情况(1～10)、油泵喷油量变化情况确定整个油泵磨损级别(OPR)；最后，根据OPR评级情况判断燃油在实际使用中的抗磨润滑性能。
这些台架试验的缺点在于：(1)程序烦琐，测试项目太多，针对不同的发动机供油系统建立各自的台架试验，通用化程度低；(2)通过目视或称重，误差大，且评判标准不客观。
发明内容
针对现有的柴油实际抗磨性能评定方法存在的程序烦琐、误差大的问题，本发明的目的在于提供一种新的柴油实际抗磨性能的评定方法，这种方法易于操作，结果科学、客观。
本发明采用如下技术方案：一种评定柴油实际抗磨性能的方法，利用柱塞式喷油泵将柴油通过喷油器喷入油箱，油箱内的油再通过所述柱塞式喷油泵和喷油器反复循环，测定累计运转一定时间后柱塞式喷油泵的柱塞偶件持压秒数，利用运转前后柱塞偶件持压秒数的差值表征柴油的实际抗磨性能。
虽然从理论上来说判定喷油系统磨损及其磨损程度，可以通过检测油泵精密偶件试验前后的尺寸变化(包括圆度、圆柱度、锥度)、质量损失、偶件性能变化以及喷油雾化质量、喷油量变化等参数综合起来作为单次柴油试验情况下的高压燃油喷射系统磨损情况表征。但通过大量试验表明，喷油量和喷油器开启压力数据，因测试方法过于粗糙和精度不够，不能准确反映油泵磨损；偶件(柱塞、出油阀、喷油嘴)几何尺寸和形位公差以及偶件质量变化情况这些数据非常离散，与油泵磨损没有对应关系，不能用于评估油泵磨损，因为，油泵磨损情况不足以体现在偶件几何尺寸和形位公差变化上面，再则质量称重等测试误差足以掩盖试验柴油润滑性差异所导致的磨损程度差异；出油阀偶件和喷油嘴偶件性能检测，系采用气体进行偶件间隙检测(即一定压力下，测试气体流速流量，单位mL/min)，另外配合出油阀偶件密封性检测(定性)和喷油嘴座面密封性检测(定性)、雾化情况(定性)判断偶件工作性能并反映油泵工作状态良好与否，由于检测技术和原理等因素，这些数据也很离散，因此，出油阀偶件和喷油嘴偶件间隙变化不能正确反映油泵磨损程度，或者说，油泵磨损不能充分有效的体现在这类指标上。
柱塞式喷油泵依靠凸轮轴顶动柱塞建立高压，因此，最容易磨损的偶件是柱塞。发明人通过大量试验分析表明，柴油机油泵长时间运转后高压喷射系统的磨损及其磨损程度，主要通过并可以通过精密偶件-柱塞的磨损得以量化体现；柱塞磨损及其磨损程度，可以用柱塞偶件在试验前后的密封性变化，即柱塞偶件持压秒数差值来表征。柱塞偶件性能检测按JB/T7173.2-93进行：(1)试验条件：试验油为柴油和机油的混合油，良好过滤并符合GB252规定的0号轻柴油，20℃时其运动粘度为10.2～10.7cst；环境温度20±1℃；压力显示装置量程0～40Mpa、精度±0.1Mpa；进气压力0.2～0.5Mpa的压缩空气；(2)采用等压试验方法测试柱塞偶件径部密封性，即试验时将柱塞套密封端面堵死，柱塞上部空间的压力为20±0.3Mpa，观察并记录在该压力下，柱塞偶件进入柱塞套并达到密封端面所经历的时间(秒数)-持压秒数。
发明人还对台架试验中柱塞密封性下降值与柴油润滑性关系进行试验研究，结果表明柱塞密封性下降值与试验柴油润滑性相关性极好，相关系数高达0.92。根据机械行业分析认为，当柱塞泵的柱塞偶件密封性下降30％时，已到使用极限，需要更换新柱塞偶件。因为柱塞密封性下降，必然导致喷油量下降，即传统意义上的供油不足；下降30％，油泵已完全不能正常供油，严重影响发动机性能。这与国外全尺寸油泵试验将泵评级(1-10级)中的7级以上定为不可接受比较一致。而将柱塞密封性下降10％作为台架试验合格的最高限值，即相比于国外全尺寸油泵试验OPR评级中的4级，是科学合理的。试验装置用柴油机柱塞偶件密封性要求值9～22秒，按平均值15秒计，下降率10％，即试验后柱塞(密封性)持压秒数下降不得超过1.5秒。
因此，台架试验合格判据是：检测试验前后柱塞偶件的密封性变化情况，要求试验后柱塞(密封性)持压秒数下降不得超过1.5秒。
本发明还提供了一种评定柴油实际抗磨性能的台架试验装置，包括被动力装置驱动的柱塞式喷油泵和油箱，柱塞式喷油泵的出油阀通过油管连接油箱上安装的喷油器用于向油箱喷入雾化柴油，油箱通过循环油路与所述的柱塞式喷油泵的油入口连接以使柴油循环；还包括用于测定柱塞式喷油泵运转时间的计时器。
所述的动力装置可以采用由变频器控制的电机，以准确控制柱塞式喷油泵的转速。
所述的计时器可以采用外电源式时钟，与变频器均接在电源上，变频器通电运转时外电源式时钟同时开始计时，外电源断开电机停转时时钟同步断电停止，可以同步记录台架试验装置的累积运转时间。
本发明的这种台架试验装置，与现有的采用全尺寸发动机相比，结构简单成本更低，且易于操作，通用性好，结果更客观、可靠。
附图说明
图1为本发明的评定柴油实际抗磨性能的台架试验装置的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的评定柴油实际抗磨性能的台架试验装置和方法进一步说明，以助于理解本发明的内容。
台架试验装置如图1所示，柱塞式喷油泵通过联轴器被电机驱动，柱塞式喷油泵通过高压油管连接装在油箱上向油箱喷入雾化柴油的喷油器，油箱通过循环油管与柱塞式喷油泵的入口相连。电机通过变频器及控制系统控制转速，外电源式时钟与变频器均与外电源连接，外电源用于提供驱动能量。
其工作原理是：在变频器作用下，50Hz交流电源经频率调整后驱动电机，使电机可以按需要的转速运转；电机输出动力，经联轴器输转，带动柱塞式喷油泵的凸轮轴以一定转速运转；在凸轮轴驱动作用下，柱塞式喷油泵的低压油路系统吸入柴油，吸入柴油经柱塞建立高压，高压燃油达到一定压力后打开出油阀，并经出油阀调整后，通过高压油管进入喷油器；喷油器针阀偶件在高压燃油作用下，经喷油孔将雾化细碎燃油喷入油箱；喷出燃油经自然汇聚和液化后循环使用；外电源式时钟同步记录累计运转时间。
评定柴油实际抗磨性能的方法为：由电机经变频器调整后以一定转速带动油泵凸轮轴运转，燃油经工作中的柱塞式喷油泵高压部件(柱塞偶件、出油阀偶件、喷油嘴偶件)作用，形成高能的雾化、细碎的燃油颗粒喷入密闭油箱中，自然汇聚并液化后循环使用。为简化和标准化试验，电机带动柱塞式喷油泵以570r/min运转(相当于额定转速)，调速器相对固定在额定供油位置，油箱中初始循环用油为701并按损耗及时补加。试验期间，要求环境温度保持在25±5℃，累计运行时间为750小时(由与变频器并联的外电源式时钟同步记录该时间)。试验结束后，通过判断油泵磨损及其磨损程度，判定柴油的实际抗磨损性能是否满足高压油泵喷射系统实际抗磨损需求。柱塞偶件性能检测按JB/T7173.2-93进行，分别测定试验前和试验后柱塞偶件持压秒数，利用持压表数的差值不超过1.5s作为判定柴油抗磨性能合格的标准。
下面以不同的柴油作为试样，结合具体实施例进行说明。
实施例1：
采用胜利炼油厂-10#柴油，其硫含量为0.169％，HFRR评定柴油润滑性值为521μm。采用上述试验装置和方法条件进行750小时台架试验，即油泵在电机带动下以570r/min运转，调速器相对固定，初始循环用油701，试验期间环境温度保持在25±5℃。试验前后油泵喷油雾化情况见表1、针阀偶件形貌变化见表2、偶件质量损失情况见表3、偶件性能变化如表4。
表1台架试验后油泵喷油雾化情况
| 测试项目 | 1号(偶件) | 2号(偶件) | 3号(偶件) | 4号(偶件) | |
| 喷油器 | 开启压力(kgf/cm2) | 185 | 200 | 195 | 190 |
| 雾化情况 | 良好 | 良好 | 良好 | 良好 | |
| 喷油量(mL) | 750r/min | 27 | 28 | 26 | 27 |
| 570r/min | 27 | 26 | 25 | 25 | |
| 250r/min | 3 | 4 | 3 | 4 | |
表2台架试验前后针阀偶件形貌分析
| 编号项目 | 1号(偶件) | 2号(偶件) | 3号(偶件) | 4号(偶件) | ||||
| 前 | 后 | 前 | 后 | 前 | 后 | 前 | 后 | |
| 针阀体中孔圆度 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.4 | 0.3 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 针阀体中孔圆柱度 | 2.0 | 1.9 | 1.1 | 1.0 | 1.1 | 1.1 | 1.3 | 1.2 |
| 针阀大外圆圆度 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.1 | 0.1 |
| 针阀大外圆圆柱度 | 0.5 | 0.4 | 0.7 | 0.6 | 1.0 | 1.0 | 0.6 | 0.6 |
表3台架试验前后各偶件质量及损失情况(单位：g)
| 编号偶件 | 1号(偶件) | 2号(偶件) | 3号(偶件) | 4号(偶件) | 备注 |
| 柱塞实验前质量 | 38.15725 | 38.4458 | 38.26391 | 38.33696 | 柱塞质量损失0.0099柱塞套质量损失0.009 |
| 柱塞套实验前质量 | 36.55135 | 36.4005 | 36.31655 | 36.30141 | |
| 柱塞实验后质量 | 38.15515 | 38.44349 | 38.26139 | 38.33397 | |
| 柱塞套实验后质量 | 36.54951 | 36.39853 | 36.31393 | 36.29879 | |
| 出油阀座实验前质量 | 12.62075 | 12.55981 | 12.57371 | 12.56045 | 出油阀座质量损失-0.00042出油阀质量损失0.00051 |
| 出油阀实验前质量 | 3.21214 | 3.36414 | 3.22355 | 3.20579 | |
| 出油阀座实验后质量 | 12.62099 | 12.55988 | 12.57376 | 12.56051 | |
| 出油阀实验后质量 | 3.21218 | 3.3639 | 3.22334 | 3.20569 | |
| 喷嘴针阀实验前质量 | 8.05937 | 8.06828 | 8.19003 | 8.08251 | 针阀质量损失0.00108针阀体质量损失0.0091 |
| 喷嘴针阀体实验前质量 | 43.68749 | 44.07203 | 43.06904 | 43.71063 | |
| 喷嘴针阀实验后质量 | 8.05922 | 8.06795 | 8.18977 | 8.08217 | |
| 喷嘴针阀体实验后质量 | 43.68578 | 44.06914 | 43.06733 | 43.70784 | |
| 本次试验前后偶件总计质量损失0.02917 | |||||
表4台架试验前后偶件性能对比
| 测试值 | 柱塞偶件径部密封性下降值(S) | 出油阀偶件间隙下降值(1.0mm处流量，mL/min) | 喷油嘴偶件径部密封性下降值(mL/min) |
| 18.9-17.212.8-11.317.4-15.714.5-12.7最大1.8 | 80200-20200 | 3.93.0-6.1-2.0 | |
| 平均值 | 1.675 | 115 | -0.3 |
由上述750小时台架试验后数据分析可见，油泵系统的磨损和磨损程度，通过油泵喷油雾化情况、偶件形貌变化、偶件质量损失以及喷油嘴偶件和出油阀偶件性能变化均不能很好体现；油泵系统的磨损和磨损程度，主要通过并可以通过精密偶件-柱塞在试验前后的密封性变化来表征。台架试验结果表明，经HFRR评定的润滑性为521μm的该柴油，试验后柱塞偶件持压秒数下降1.675秒，其实际抗磨损性能较差，不能满足高压喷射系统的实际抗磨损要求。
实施例2
(1)试验油料：胜利炼油厂加氢柴油组分，硫含量为0.004％，HFRR修正磨斑值为560μm
(2)试验后，柱塞偶件径部密封性下降值(持压秒数下降值)为3.675秒，其实际抗磨损性能较差，不能满足高压喷射系统的实际抗磨损要求。
实施例3
(1)试验油料：茂名炼油厂柴油，硫含量为0.061％，HFRR修正磨斑值为422μm
(2)试验后，柱塞偶件径部密封性下降值(持压秒数下降值)为0.55秒，其实际抗磨损性能较好，满足高压喷射系统的实际抗磨损要求。
实施例4
(1)试验油料：-50#柴油，硫含量为0.0318％，HFRR修正磨斑值为471μm
(2)试验后，柱塞偶件径部密封性下降值(持压秒数下降值)为1.23秒，其实际抗磨损性能较好，满足高压喷射系统的实际抗磨损要求。
试验结果表明：经本发明所述的台架试验后，持压秒数下降值(磨损程度)与试验柴油润滑性的相关性极好，能够很好的表征柴油的实际抗磨能力。柴油润滑性差，则高压喷射系统(柱塞)磨损严重，柱塞偶件持压秒数下降大，表征该柴油实际抗磨性能差；柴油润滑性较好，则高压喷射系统(柱塞)磨损较轻，持压秒数下降小，表征该柴油实际抗磨性能好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种评定柴油实际抗磨性能的方法，其特征在于：利用柱塞式喷油泵将柴油通过喷油器喷入油箱，油箱内的油再通过所述柱塞式喷油泵和喷油器反复循环，测定累计运转一定时间后柱塞式喷油泵的柱塞偶件持压秒数，利用运转前后柱塞偶件持压秒数的差值表征柴油的实际抗磨性能。
2.如权利要求1所述的评定柴油实际抗磨性能的方法，其特征在于：控制所述柱塞式喷油泵的转速为570r/min，油箱中初始循环用油为701，累计运转时间为750h，以试验后柱塞偶件持压秒数下降不超过1.5s作为柴油抗磨性能合格的判定标准。
3.一种用于权利要求1所述的评定柴油实际抗磨性能的台架试验装置，其特征在于：包括被动力装置驱动的柱塞式喷油泵和油箱，柱塞式喷油泵的出油阀通过高压油管连接油箱上安装的喷油器，用于向油箱喷入雾化细碎的柴油，油箱通过循环油路与所述的柱塞式喷油泵的油入口连接以使柴油循环；还包括用于测定柱塞式喷油泵运转时间的计时器。
4.如权利要求3所述的台架试验装置，其特征在于：所述的动力装置采用由变频器控制的电机。
5.如权利要求4所述的台架试验装置，其特征在于：所述的计时器采用外电源式时钟，与所述的变频器均连接在电源上。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: NAVY REAR SERVICE TECHNOLOGY APPARATUS INST, CPLA Free format text: FORMER OWNER: HU ZEXIANG Effective date: 20120316 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20120316 Address after: 100072 mailbox 7220, Beijing City Applicant after: Navy Rear Service Technology Apparatus Inst, CPLA Address before: 100072 mailbox 7220, Beijing City Applicant before: Hu Zexiang |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120530 Termination date: 20130218 |