RU2222785C1

RU2222785C1 - Procedure establishing hourly flow rate of fuel in diesel engine

Info

Publication number: RU2222785C1
Application number: RU2002128798/28A
Authority: RU
Inventors: В.И. Черноиванов; А.Э. Северный; А.В. Колчин; Б.Ш. Каргиев; Д.В. Доронин; Т.И. Забалуев
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2004-01-27

Abstract

FIELD: equipment for diagnostics of diesel internal combustion engines with determination of hourly flow rate of fuel in these engine both during their testing and during check of their technical condition. SUBSTANCE: pressure transducer is set in pressure section of fuel feeding line between fuel fine filter and high-pressure fuel pump. Then engine is operated at minimal stable speed of idle run and transducer measures fuel pressure at this speed. Then control of speed regulator of crankshaft of engine is abruptly shifted into position of maximal supply of fuel and transducer measures minimal pressure of fuel in process of free acceleration of engine caused by mentioned abrupt shift of mentioned control. Difference of two values of fuel pressures measured by transducer establishes maximal hourly flow rate of fuel by engine run at rated speed with usage of dependence determined beforehand. In process of measurement of pressure fuel can be drained from nozzles of engine and directed into pressure section of fuel feeding line between pressure transducer and high-pressure fuel pump. EFFECT: reduced labor input into measurement procedure, raised measurement accuracy. 1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике диагностирования дизельных двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано для определения часового расхода топлива в этих двигателях как при их испытании, так и при проверке технического состояния. The invention relates to a technique for diagnosing diesel internal combustion engines and can be used to determine the hourly fuel consumption in these engines when testing them, and when checking the technical condition.

Часовой расход топлива в дизельном двигателе является одним из важных параметров, характеризующих его техническое состояние, в частности состояние составных частей двигателя, участвующих в системе топливоподачи, а именно топливного насоса высокого давления (ТНВД), подкачивающего насоса, фильтра тонкой очистки топлива, перепускного клапана. The hourly fuel consumption in a diesel engine is one of the important parameters characterizing its technical condition, in particular, the condition of the engine components involved in the fuel supply system, namely the high pressure fuel pump (injection pump), booster pump, fuel fine filter, and bypass valve.

Если техническое состояние указанных составных единиц двигателя достигает предельных значений, то это приводит к ухудшению работы двигателя, закоксовыванию цилиндропоршневой группы, что соответственно приводит к залеганию поршневых колец, снижению мощности дизеля, увеличению удельного расхода топлива (основной экономический показатель работы двигателя). Поэтому определение часового расхода топлива в дизеле крайне важно как при его эксплуатации, так и при ремонте. Топливная экономичность дизеля оценивается обычно в режиме максимальной эффективной мощности, развиваемой дизелем, поэтому наиболее показательным является часовой расход топлива (как и удельный расход топлива) при максимальной эффективной мощности, определяемый на номинальных оборотах коленчатого вала дизеля, т. е. максимальный часовой расход топлива. If the technical condition of these engine components reaches the limit values, this leads to deterioration of engine operation, coking of the cylinder-piston group, which accordingly leads to the occurrence of piston rings, a decrease in diesel power, and an increase in specific fuel consumption (the main economic indicator of engine operation). Therefore, determining the hourly fuel consumption in a diesel engine is extremely important both during its operation and during repair. The fuel efficiency of a diesel engine is usually estimated in the regime of maximum effective power developed by a diesel engine; therefore, the hourly fuel consumption (as well as specific fuel consumption) at the maximum effective power determined at the nominal revolutions of the crankshaft of a diesel engine, i.e. the maximum hourly fuel consumption, is most indicative.

Известны реализуемые с помощью устройства КИ-8910-ГОСНИТИ способы определения часового расхода топлива в дизельном двигателе, основанные на суммарном измерении количества топлива, впрыскиваемого плунжерными парами ТНВД за определенный промежуток времени (см. "Технология диагностирования тракторов", М. , ГОСНИТИ, 1973. с. 107-120, а также "Технология диагностирования колесных тракторов", М., ГОСНИТИ, 1976, с.49-50). Known methods of determining hourly fuel consumption in a diesel engine implemented using the KI-8910-GOSNITI device are based on a total measurement of the amount of fuel injected by the injection pump plunger pairs over a specific period of time (see. "Tractor Diagnostics Technology", M., GOSNITI, 1973. pp. 107-120, as well as "Technology for diagnosing wheeled tractors", M., GOSNITI, 1976, p. 49-50).

Известные способы определения часового расхода топлива дают большую погрешность в связи с тем, что стабильность номинальных оборотов двигателя в течение времени измерения расхода трудно поддерживать. Указанная погрешность связана с тем, что в течение времени измерения регулятор ТНВД изменяет частоту вращения коленчатого вала, за счет чего изменяется и часовой расход топлива в двигателе. Для уменьшения погрешности измерения часового расхода топлива в двигателе необходимо создать специальные условия для обеспечения нагружения коленчатого вала и за счет этого стабилизировать его частоту вращения в пределах номинального значения. Для нагружения коленчатого вала обычно используют тормозные устройства, что удорожает проведение измерений и повышает их трудоемкость. Known methods for determining hourly fuel consumption give a large error due to the fact that the stability of the nominal engine speed during the time of flow measurement is difficult to maintain. The specified error is due to the fact that during the measurement time the fuel injection pump regulator changes the crankshaft rotation frequency, due to which the hourly fuel consumption in the engine also changes. To reduce the measurement error of the hourly fuel consumption in the engine, it is necessary to create special conditions to ensure loading of the crankshaft and thereby stabilize its speed within the nominal value. To load the crankshaft, braking devices are usually used, which increases the cost of measurements and increases their complexity.

Наиболее близким к изобретению является способ определения часового расхода топлива в дизельном двигателе на номинальных оборотах его коленчатого вала, включающий снятие показаний измерительного средства, установленного в магистрали топливоподачи, в режиме свободного ускорения двигателя ("Расходомер топлива тахометрический цифровой КИ-13967М". Паспорт, М., ГОСНИТИ). Принцип действия этого расходомера основан на преобразовании скорости потока топлива в частоту вращения одноопорной крыльчатки датчика, которая, в свою очередь, посредством магнитоиндукционного генератора преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный частоте вращения крыльчатки. Датчик указанного расходомера подсоединяют к магистрали топливоподачи между топливным баком и помпой ТНВД, т.е. в полость всасывания. Поэтому при измерении расхода топлива воздух попадает в датчик прибора, что искажает его показания. Кроме того, точность измерений указанным расходомером неудовлетворительна также вследствие значительной инерционности его крыльчатки. Closest to the invention is a method for determining the hourly fuel consumption in a diesel engine at nominal revolutions of its crankshaft, including taking readings of a measuring tool installed in the fuel supply line in the free acceleration mode of the engine (“Fuel flow meter tachometric digital KI-13967M.” Passport, M ., POST). The principle of operation of this flow meter is based on the conversion of the fuel flow rate to the rotational speed of the single-bearing impeller of the sensor, which, in turn, is converted by an magneto-induction generator into an electrical signal proportional to the rotational speed of the impeller. The sensor of the indicated flow meter is connected to the fuel supply line between the fuel tank and the injection pump, i.e. into the suction cavity. Therefore, when measuring fuel consumption, air enters the sensor of the device, which distorts its readings. In addition, the accuracy of the measurements by the specified flowmeter is also unsatisfactory due to the significant inertia of its impeller.

Задачей настоящего изобретения является получение способа определения часового расхода топлива в дизельном двигателе, обеспечивающего уменьшение трудоемкости измерений и повышение их точности. The objective of the present invention is to provide a method for determining hourly fuel consumption in a diesel engine, which reduces the complexity of the measurements and increase their accuracy.

Решение данной задачи достигается тем, что в способе определения часового расхода топлива в дизельном двигателе на номинальных оборотах его коленчатого вала, включающем снятие показаний измерительного средства, установленного в магистрали топливоподачи, в режиме свободного ускорения двигателя, согласно настоящему изобретению, в качестве измерительного средства используют датчик давления, установленный на нагнетательном участке магистрали топливоподачи между фильтром тонкой очистки топлива и топливным насосом высокого давления, режим свободного ускорения создают путем первоначального обеспечения работы двигателя на минимальных устойчивых оборотах холостого хода и последующего резкого перемещения органа управления регулятором частоты вращения коленчатого вала двигателя в положение, соответствующее максимальной подаче топлива, датчиком давления измеряют давление топлива при минимальных устойчивых оборотах холостого хода и минимальную величину давления после резкого перемещения указанного органа управления, а часовой расход топлива определяют по разнице между измеренными величинами давления. The solution to this problem is achieved by the fact that in the method for determining the hourly fuel consumption in a diesel engine at nominal revolutions of its crankshaft, which includes taking readings of a measuring tool installed in the fuel supply line in the engine’s free acceleration mode, according to the present invention, a sensor is used as a measuring tool pressure installed on the discharge section of the fuel supply line between the fuel fine filter and the high pressure fuel pump, p the free acceleration bench is created by initially ensuring the engine runs at the minimum stable idle speed and the subsequent sharp movement of the control element of the engine speed control knob to the position corresponding to the maximum fuel supply, the fuel pressure is measured with a pressure sensor at the minimum stable idle speed and the minimum pressure value after a sharp movement of the specified governing body, and the hourly fuel consumption is determined by the difference ezhdu measured values of pressure.

При указанных измерениях давления топлива обратный слив топлива из форсунок двигателя в соответствии с настоящим изобретением можно направлять в нагнетательный участок магистрали топливоподачи между датчиком давления и топливным насосом высокого давления. В этом случае исключается влияние указанного обратного слива на определение действительного расхода топлива. With these fuel pressure measurements, the fuel backflow from the engine nozzles according to the present invention can be directed to the discharge section of the fuel supply line between the pressure sensor and the high pressure fuel pump. In this case, the influence of the specified reverse discharge on the determination of the actual fuel consumption is excluded.

Осуществление в заявленном способе измерений давления топлива на нагнетательном участке магистрали топливоподачи исключает наличие в последней пузырьков воздуха и, следовательно, их влияние на показания измерительного средства, при этом измерение давления топлива вместо скорости вращения крыльчатки исключает влияние инерционности последней и тем самым повышает точность измерений. Датчиком давления (например, манометром) можно практически мгновенно зафиксировать изменения давления топлива на контролируемом участке магистрали топливоподачи. The implementation in the claimed method of measuring the fuel pressure on the injection section of the fuel supply line eliminates the presence of air bubbles in the latter and, consequently, their influence on the readings of the measuring means, while measuring the fuel pressure instead of the impeller rotation speed excludes the influence of the inertia of the latter and thereby increases the accuracy of measurements. A pressure sensor (for example, a manometer) can almost instantly record changes in fuel pressure in a controlled section of the fuel supply line.

Многократные исследования, проведенные на ряде ТНВД дизельных двигателей, показали, что имеется зависимость максимального часового расхода топлива, т. е. часового расхода топлива на номинальных оборотах двигателя, от разности между определенными величинами давления топлива в нагнетательной магистрали топливоподачи, при этом первая величина указанного давления измеряется на минимальных устойчивых оборотах холостого хода двигателя, а вторая величина указанного давления представляет собой его минимальное значение, фиксируемое при свободном ускорении (разгоне) двигателя от минимальных устойчивых оборотов холостого хода до максимальных оборотов. Таким образом, по указанной разности давления топлива можно определять его часовой расход. Multiple studies conducted on a number of high-pressure fuel pumps of diesel engines have shown that there is a dependence of the maximum hourly fuel consumption, i.e., hourly fuel consumption at nominal engine speeds, on the difference between certain values of the fuel pressure in the fuel supply discharge line, with the first value of the indicated pressure measured at minimum steady idle speed of the engine, and the second value of the specified pressure is its minimum value, fixed at its free acceleration (acceleration) of the engine from minimum stable idle to maximum speed. Thus, the indicated fuel pressure difference can be used to determine its hourly flow rate.

На фиг.1 и 2 представлены кривые давления Р топлива в нагнетательной магистрали топливоподачи и часового расхода G топлива в зависимости от частоты вращения (оборотов) п коленчатого вала двигателя; на фиг.3 показана схема подключения датчика давления топлива при осуществлении предлагаемого способа. Figure 1 and 2 presents the pressure curves P of the fuel in the discharge line of the fuel supply and hourly fuel consumption G depending on the rotational speed (revolutions) p of the engine crankshaft; figure 3 shows the connection diagram of the fuel pressure sensor in the implementation of the proposed method.

На фиг. 1 и 2 нижним индексом "х" обозначены величины, соответствующие минимальным устойчивым оборотам холостого хода двигателя, а нижним индексом "н" - величины, соответствующие номинальным оборотам коленчатого вала двигателя. In FIG. 1 and 2, the lower index “x” indicates the values corresponding to the minimum stable idle speed of the engine, and the lower index “n” indicates the values corresponding to the nominal speed of the crankshaft of the engine.

При работе двигателя на минимальных устойчивых оборотах nх холостого хода устанавливаются минимальный часовой расход Gx топлива и максимальное давление Рх в нагнетательной магистрали топливоподачи. При увеличении подачи топлива в результате резкого перемещения органа управления регулятором частоты вращения коленчатого вала двигателя в положение, соответствующее максимальной подаче топлива Gmax, двигатель начинает работать в режиме свободного ускорения, частота вращения коленчатого вала резко увеличивается, одновременно увеличивается расход топлива G, а его давление Р уменьшается. Максимальное значение расхода Gmax достигается при номинальной частоте вращения nн коленчатого вала двигателя, при этом давление топлива имеет минимальное значение Рн. When the engine is running at the minimum stable idle speed nx, the minimum hourly fuel consumption Gx and the maximum pressure Px in the discharge fuel supply line are established. When the fuel supply increases as a result of a sharp movement of the control element of the engine speed control knob to the position corresponding to the maximum fuel supply Gmax, the engine starts to operate in free acceleration mode, the engine speed rises sharply, while the fuel consumption G increases and its pressure P decreases. The maximum value of the flow rate Gmax is achieved at a nominal speed nn of the engine crankshaft, while the fuel pressure has a minimum value of pH.

На фиг.2 показаны кривые давления Р и расхода G для трех возможных случаев: когда максимальный часовой расход топлива (при номинальных оборотах) больше нормированной величины (P_h1 и G_h1]), равен нормированной величине (Р_H2 и G_H2) или меньше нормированной величины (Р_H3 и С_H3). Чем больше расход gh, тем меньше соответствующее ему давление Рн, и тем больше разность Рх - Рн. Поэтому для каждого типа дизельного двигателя и ТНВД каждому значению разности Рх - Рн соответствует определенное значение Gн.Figure 2 shows the pressure curves P and flow rate G for three possible cases: when the maximum hourly fuel consumption (at nominal speed) is greater than the normalized value (P _h1 and G _h1 ]), equal to the normalized value (P _H2 and G _H2 ) or less normalized value (P _H3 and C _H3 ). The greater the flow rate gh, the lower the corresponding pressure Рн, and the greater the difference Рх - Рн. Therefore, for each type of diesel engine and fuel injection pump, a specific value of Gн corresponds to each value of the difference Рх - Рн.

Способ по настоящему изобретению осуществляют следующим образом (см. фиг.3). The method of the present invention is as follows (see figure 3).

Датчик 1 давления топлива (в виде манометра) устанавливают на нагнетательном участке 7 магистрали топливоподачи между фильтром 2 тонкой очистки топлива и топливным насосом 4 высокого давления в дизельном двигателе 5. Обратный слив топлива из форсунок 8 двигателя 5 направляют в емкость 9, а затем в нагнетательный участок 7 между датчиком 1 и насосом 4. Пускают и прогревают двигатель 5. Топливо из топливного бака подкачивающей помпой 3 подается через фильтр 2 в головку топливного насоса 4. Направление нагнетания (поступления) топлива показано стрелками. После прогрева двигателя 5 при помощи выполненного в виде рычага 6 органа управления регулятором частоты вращения коленчатого вала двигателя устанавливают минимальные устойчивые холостые обороты двигателя и на этих оборотах датчиком 1 измеряют давление топлива, создаваемое на участке 7 магистрали топливоподачи. Затем рычаг 6 резко перемещают в положение, соответствующее максимальной подаче топлива, и датчиком 1 измеряют минимальное давление топлива на участке 7 в процессе свободного ускорения двигателя, которое вызвано указанным резким перемещением рычага 6. По разнице двух измеренных датчиком 1 давлений топлива, используя заранее установленную зависимость, определяют максимальный часовой расход топлива, имеющий место на номинальных оборотах двигателя. Сравнив значение полученного часового расхода топлива с нормированным значением, можно оценить техническое состояние дизельного двигателя. The fuel pressure sensor 1 (in the form of a manometer) is installed on the injection section 7 of the fuel supply line between the fuel fine filter 2 and the high pressure fuel pump 4 in the diesel engine 5. The fuel backflow from the nozzles 8 of the engine 5 is sent to the container 9, and then to the discharge section 7 between the sensor 1 and the pump 4. Start and warm up the engine 5. Fuel from the fuel tank by the boost pump 3 is fed through the filter 2 to the head of the fuel pump 4. The direction of the discharge (flow) of fuel is shown by arrows kami. After warming up the engine 5, using the control element of the engine speed controller made in the form of a lever 6, the engine is set to the minimum stable idle speed and the fuel pressure created at section 7 of the fuel supply line is measured with these sensors 1. Then, the lever 6 is sharply moved to the position corresponding to the maximum fuel supply, and the sensor 1 measures the minimum fuel pressure in section 7 during the free acceleration of the engine, which is caused by the indicated abrupt movement of the lever 6. The difference between the two fuel pressures measured by the sensor 1, using a predetermined dependence determine the maximum hourly fuel consumption occurring at rated engine speeds. By comparing the value of the obtained hourly fuel consumption with the normalized value, we can evaluate the technical condition of the diesel engine.

Пример
Проводились измерения часового расхода топлива в дизельном двигателе Д-65Н. Двигатель запустили и прогрели его до температуры охлаждающей жидкости 85^oС. Рычагом 7 установили минимальные устойчивые обороты холостого хода (600±5 об/мин). Измеренное датчиком 1 давление топлива на этих оборотах составило 1,5 кгс/см. Затем рычагом 7 резко увеличили подачу топлива в двигатель, создав режим его свободного ускорения (разгона). На этом режиме датчиком 1 зафиксировали минимальное давление топлива, которое составило 1,0 кгс/см². По разнице между измеренными давлениями (1,5-1,0=0,5 кгс/см²) определили расход топлива, который составил 11,5 кг/ч.Example
The hourly fuel consumption in a D-65N diesel engine was measured. The engine was started and warmed up to a coolant temperature of 85 ^o C. Lever 7 set the minimum stable idle speed (600 ± 5 rpm). The fuel pressure measured by sensor 1 at these revolutions was 1.5 kgf / cm. Then, using the lever 7, the fuel supply to the engine was sharply increased, creating a mode of its free acceleration (acceleration). In this mode, the sensor 1 recorded the minimum fuel pressure, which amounted to 1.0 kgf / cm ² . The difference between the measured pressures (1.5-1.0 = 0.5 kgf / cm ² ) determined the fuel consumption, which amounted to 11.5 kg / h.

Claims

1. The method of determining the hourly fuel consumption in a diesel engine at nominal speed of its crankshaft, including taking readings of a measuring tool installed in the fuel supply line, in the free acceleration mode of the engine, characterized in that a pressure sensor mounted on the discharge section is used as a measuring tool the fuel supply lines between the fuel fine filter and the high-pressure fuel pump, the free acceleration mode is created by initially ensuring engine operation at minimum stable idle speed and the subsequent sharp movement of the control element of the engine speed control knob to a position corresponding to the maximum fuel supply, the fuel pressure is measured with a pressure sensor at minimum stable idle speed and the minimum pressure value after a sharp movement of the specified control , and the hourly fuel consumption is determined by the difference between the measured pressure values.

2. The method according to claim 1, characterized in that, with said fuel pressure measurements, the fuel backflow from the engine nozzles is directed to the injection section of the fuel supply line between the pressure sensor and the high pressure fuel pump.