RU2223413C1

RU2223413C1 - Method to determine cyclic delivery of fuel in diesel engine

Info

Publication number: RU2223413C1
Application number: RU2002120155/06A
Authority: RU
Inventors: В.И. Черноиванов; А.Э. Северный; А.В. Колчин; Б.Ш. Каргиев; И.В. Васильев; Д.В. Доронин
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2004-02-10
Also published as: RU2002120155A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: invention relates to method of diagnosing condition of diesel internal combustion engines and it can be used for determining cyclic delivery of fuel by high-pressure fuel pump both at testing of engine and at checking of its state in operation. According to proposed method of determining cyclic delivery of fuel in diesel engine by phase shift between beginning of fuel pressure rise pulse in overplunger space of engine fuel injection pump and beginning of fuel pressure rise pulse in head of fuel injection pump, said phase shift is determined at free acceleration of engine at crankshaft speed differing from rated speed by not more than 1%. Free acceleration is provided by initially making the engine operate at minimum stable idling speed and with subsequent sharp shifting of control of crankshaft speed governor to position corresponding to maximum fuel delivery. EFFECT: provision of reliable checking of fuel delivery. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике диагностирования дизельных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано для определения цикловой подачи топлива в двигателе топливным насосом высокого давления (ТНВД) как при испытании двигателя, так и при проверке его технического состояния, в том числе в эксплуатационных условиях. The invention relates to a technique for diagnosing diesel internal combustion engines (ICE) and can be used to determine the cyclic fuel supply in the engine with a high pressure fuel pump (TNVD) both when testing the engine and when checking its technical condition, including operating conditions.

Цикловая подача q топлива является одним из важных параметров, характеризующих техническое состояние дизельного ДВС, в частности состояние ТНВД. Выход указанного параметра за пределы допускаемых значений приводит к ухудшению работы двигателя, закоксовыванию деталей цилиндропоршневой группы, снижению мощности дизеля, увеличению удельного расхода топлива. Поэтому измерение цикловой подачи топлива крайне важно как при эксплуатации, так и при ремонте дизельного ДВС. The cyclic supply q of fuel is one of the important parameters characterizing the technical condition of the diesel engine, in particular the state of the injection pump. The output of this parameter beyond the permissible values leads to deterioration of engine operation, coking of parts of the cylinder-piston group, reduction of diesel power, increase in specific fuel consumption. Therefore, the measurement of the cyclic fuel supply is extremely important both in operation and in the repair of a diesel engine.

Известны способы определения цикловой подачи топлива, основанные на суммарном замере количества впрыскиваемого топлива в мерные стаканы за определенный период времени ("Технология диагностирования тракторов". - М.: ГОСНИТИ, 1973, с.81-86) или за определенное число циклов, устанавливаемых по числу оборотов кулачкового вала ТНВД или коленчатого вала ДВС (П.М.Кривенко, И. М. Федосов "Дизельная топливная аппаратура". - М.: "Колос", 1970, с.192-195). Known methods for determining the cyclic supply of fuel, based on the total measurement of the amount of injected fuel in the measuring cups for a certain period of time ("Technology for diagnosing tractors. - M .: GOSNITI, 1973, p.81-86) or for a certain number of cycles established by the number of revolutions of the camshaft of the high-pressure fuel pump or the crankshaft of the internal combustion engine (P.M. Krivenko, I.M. Fedosov "Diesel fuel equipment." - M .: "Kolos", 1970, p.192-195).

Указанные способы измерения цикловой подачи дают большую погрешность в связи с тем, что число циклов определяется недостаточно точно. Эти способы трудоемкие, так как требуют осуществления большого объема разборочно-сборочных работ, связанных с отводом подаваемого плунжерными парами топлива в мерные стаканы, снятия топливного насоса с дизеля и установки его на испытательный стенд. These methods of measuring the cyclic feed give a large error due to the fact that the number of cycles is not determined accurately enough. These methods are time-consuming, since they require a large amount of disassembly and assembly work related to the removal of fuel supplied by the plunger pairs to the measuring cups, removal of the fuel pump from the diesel engine and its installation on the test bench.

Наиболее близким к изобретению является способ определения цикловой подачи топлива в дизельном двигателе по фазовому сдвигу между началом импульса повышения давления топлива в надплунжерном пространстве топливного насоса двигателя и началом импульса повышения давления топлива в головке топливного насоса (RU 2161725, МПК F 02 M 65/00, 2001). Closest to the invention is a method for determining the cyclic fuel supply in a diesel engine by the phase shift between the beginning of the pulse of increasing fuel pressure in the plunger space of the fuel pump of the engine and the beginning of the pulse of increasing fuel pressure in the head of the fuel pump (RU 2161725, IPC F 02 M 65/00, 2001).

В известном способе цикловую подачу измеряют при определенных (пусковых) постоянных оборотах коленчатого вала дизеля. Для того чтобы обороты коленчатого вала были постоянными и регулятор ТНВД удерживал рейку подачи топлива на постоянной цикловой подаче, необходимо создать устойчивый режим работы дизеля. В противном случае с изменением частоты вращения коленчатого вала дизеля регулятор ТНВД, действуя на указанную рейку, изменяет цикловую подачу топлива. In the known method, the cyclic feed is measured at certain (starting) constant revolutions of the diesel crankshaft. In order for the crankshaft speed to be constant and the high-pressure fuel pump regulator to keep the fuel rail at a constant cycle supply, it is necessary to create a stable diesel mode. Otherwise, with a change in the frequency of rotation of the crankshaft of the diesel engine, the fuel injection pump regulator, acting on the specified rail, changes the cyclic fuel supply.

Однако, чтобы измерить цикловую подачу топлива при постоянных оборотах коленчатого вала дизеля, необходимо использовать дополнительные средства для стабилизации этих оборотов. Это выполнимо в определенных стационарных условиях, например при установке дизеля или машины с используемым на ней дизелем на соответствующем стенде с тормозным устройством для нагружения дизеля, что связано с трудоемкими операциями. Поэтому известный способ неприменим для оперативного определения цикловой подачи топлива в эксплуатационных условиях. Кроме того, в процессе эксплуатации дизельный двигатель работает на пусковых оборотах в течение непродолжительных промежутков времени, поэтому измеренная на пусковых оборотах цикловая подача топлива не будет характеризовать достаточно полно и достоверно техническое состояние двигателя. However, in order to measure the cyclic fuel supply at constant revolutions of the diesel crankshaft, additional means must be used to stabilize these revolutions. This is feasible in certain stationary conditions, for example, when installing a diesel engine or a machine with the diesel engine used on it on an appropriate stand with a brake device for loading the diesel engine, which is associated with labor-intensive operations. Therefore, the known method is not applicable for the operational determination of the cyclic fuel supply in operating conditions. In addition, during operation, the diesel engine runs at starting speeds for short periods of time, therefore, the measured cyclic fuel supply measured at starting turns will not characterize the engine completely and reliably.

Задачей настоящего изобретения является создание способа определения цикловой подачи топлива в дизельном двигателе, обеспечивающего довольно точное и оперативное определение с минимальной трудоемкостью, в том числе в условиях эксплуатации, величины цикловой подачи q топлива, по которой можно достаточно полно и достоверно оценить техническое состояние двигателя. The objective of the present invention is to provide a method for determining the cyclic fuel supply in a diesel engine, which provides a fairly accurate and quick determination with minimal labor, including in operating conditions, of the quantity of cyclic fuel supply q, by which it is possible to fully and reliably evaluate the technical condition of the engine.

Указанная задача достигается тем, что в способе определения цикловой подачи топлива в дизельном двигателе по фазовому сдвигу между началом импульса повышения давления топлива в надплунжерном пространстве топливного насоса двигателя и началом импульса повышения давления топлива в головке топливного насоса согласно настоящему изобретению указанный фазовый сдвиг определяют на режиме свободного ускорения двигателя при частоте вращения его коленчатого вала, отличающейся не более чем на 1% от номинального значения частоты вращения, причем режим свободного ускорения создают путем первоначального обеспечения работы двигателя на минимальной устойчивой частоте вращения холостого хода и последующего резкого перемещения органа управления (ОУ) регулятором частоты вращения (РЧВ) коленчатого вала двигателя в положение, соответствующее максимальной подаче топлива. This task is achieved by the fact that in the method for determining the cyclic fuel supply in a diesel engine by the phase shift between the beginning of the pulse of increasing fuel pressure in the plunger space of the fuel pump of the engine and the beginning of the pulse of increasing fuel pressure in the head of the fuel pump according to the present invention, this phase shift is determined in the free mode acceleration of the engine at a speed of its crankshaft that differs by no more than 1% from the nominal value of the rotational speed, m create free acceleration mode by initially operate the engine at the minimum sustainable rotational speed of idling and subsequent abrupt movement of the control organ (OS) speed controller (CWR) of the engine crankshaft to a position corresponding to the maximum fuel supply.

Преимущество измерения цикловой подачи q топлива в области номинальной частоты n_ном вращения коленчатого вала объясняется следующим. Основное время эксплуатации дизелей происходит именно при номинальном режиме их работы, т. е. при номинальной частоте n_ном вращения коленчатого вала двигателя, максимальной эффективной мощности N_e, максимальном часовом расходе G топлива и минимальном удельном расходе g топлива (расходе топлива на единицу мощности двигателя), когда при прочих равных условиях происходит наиболее полное сгорание топлива в цилиндрах двигателя. Вследствие этого сравнение величины q, измеренной при n_ном, с нормируемой номинальной цикловой подачей q_ном будет наиболее достоверно и полно отражать техническое состояние дизеля. Кроме того, неоднократными исследованиями, проведенными на ряде дизельных двигателей, таких как Д-37Е, Д-37М, Д-48, Д-50, Д-65Н, Д-240, Д-240Л, Д-240Г и Д-240ЛГ, в которых могут быть использованы ТНВД серии УТН-5, установлено, что в области номинальных оборотов коленчатого вала этих двигателей, ограниченной диапазоном (0,99÷1,01)•n_ном, величина цикловой подачи q стабилизируется и практически становится постоянной, что обеспечивает получение стабильных достоверных измерений этой величины.The advantage of measuring the cyclic supply q of fuel in the region of the nominal frequency n _nom crankshaft is explained as follows. The main operating time of diesel engines occurs precisely at the nominal operating mode, i.e., at the nominal engine speed n _nom of the engine crankshaft, the maximum effective power N _e , the maximum hourly fuel consumption G and the minimum specific fuel consumption g (fuel consumption per unit engine power ), ceteris paribus, the most complete combustion of fuel occurs in the engine cylinders. As a result, comparing the q value measured at n _nom with the normalized nominal cyclic feed q _nom will most accurately and fully reflect the technical condition of the diesel engine. In addition, repeated studies conducted on a number of diesel engines, such as D-37E, D-37M, D-48, D-50, D-65N, D-240, D-240L, D-240G and D-240LG, in which fuel pumps of the UTN-5 series can be used, it was found that in the range of the nominal revolutions of the crankshaft of these engines, limited by the range (0.99 ÷ 1.01) • n _nom , the cyclic feed q stabilizes and practically becomes constant, which ensures obtaining stable reliable measurements of this value.

Однако номинальную частоту вращения коленчатого вала дизеля на безрегуляторном режиме его работы можно поддерживать постоянной на время определения величины q только при нагружении дизеля тормозным устройством. Это связано, как отмечалось выше, с использованием стационарных стендов. Чтобы избежать необходимости их применения, в заявленном изобретении измерение величины q предлагается проводить в режиме свободного ускорения двигателя, когда скорость вращения его коленчатого вала изменяется от минимальной устойчивой частоты вращения холостого хода до максимальной с гарантированным прохождением через номинальную частоту вращения за счет резкого перемещения ОУ РЧВ в положение, соответствующее максимальной подаче топлива. However, the nominal frequency of rotation of the crankshaft of a diesel engine in an irregular mode of its operation can be kept constant at the time q is determined only when the diesel is loaded with a brake device. This is due, as noted above, using stationary stands. To avoid the need for their application, in the claimed invention, the measurement of q is proposed to be carried out in the free acceleration mode of the engine, when the speed of its crankshaft changes from the minimum stable idle speed to the maximum with guaranteed passage through the nominal speed due to a sharp movement of the RF amplifier in position corresponding to the maximum fuel supply.

Исследования, проведенные на вышеупомянутых типах двигателей, показали, что при указанном режиме свободного ускорения коленчатый вал этих дизельных двигателей гарантированно достигает частоты вращения, меньшей номинальной величины на 1% (т.е. равной 0,99•n_ном) по истечении 0,8 секунд после достижения ОУ положения, соответствующего максимальной подаче топлива. Поэтому применительно к существующим типам дизельных двигателей, эксплуатирующихся с существующими типами ТНВД, в заявленном способе указанный фазовый сдвиг определяют не ранее, чем через 0,8 секунд после достижения указанным ОУ положения, соответствующего максимальной подаче топлива, и не позднее момента срабатывания указанного регулятора на уменьшение подачи топлива, когда частота вращения коленчатого вала начинает резко уменьшаться от номинальной величины.Studies conducted on the above types of engines showed that with the specified free acceleration mode, the crankshaft of these diesel engines is guaranteed to reach a rotation speed lower than the nominal value by 1% (i.e. equal to 0.99 • n _nom ) after 0.8 seconds after reaching the op-amp position corresponding to the maximum fuel supply. Therefore, in relation to existing types of diesel engines operating with existing types of injection pump, in the inventive method, the specified phase shift is determined no earlier than 0.8 seconds after reaching the specified op-amp position corresponding to the maximum fuel supply, and no later than the moment of operation of the specified regulator to reduce fuel supply, when the speed of the crankshaft begins to sharply decrease from the nominal value.

В частном случае, используя конструкцию существующих ТНВД, указанный фазовый сдвиг определяют не позднее момента прерывания контакта основного рычага указанного регулятора с головкой болта установки указанной номинальной частоты вращения. In the particular case, using the design of the existing high pressure fuel pumps, the indicated phase shift is determined no later than the moment of interruption of the contact of the main lever of the specified regulator with the head of the bolt of the installation of the specified nominal speed.

Осуществление предлагаемого способа поясняется фигурами чертежей. The implementation of the proposed method is illustrated by the figures of the drawings.

На фиг. 1 схематически показаны кривые основных параметров дизельного двигателя (крутящего момента М, цикловой подачи Q топлива, эффективной мощности N_e, часового расхода G топлива и удельного расхода g топлива) на режиме свободного ускорения от минимальной устойчивой n_min до максимальной n_mах частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу;
на фиг. 2 - схема подключения измерительных средств для реализации заявленного способа.In FIG. 1 schematically shows the curves of the main parameters of a diesel engine (torque M, cyclic supply of Q fuel, effective power N _e , hourly fuel consumption G and specific fuel consumption g) under free acceleration from the minimum stable n _min to maximum n _max crankshaft speed idling;
in FIG. 2 is a connection diagram of measuring means for implementing the claimed method.

Типичная конструкция ТНВД дизельного двигателя с РЧВ содержит корпус 1 насоса с ввернутым в него металлическим болтом 2 установки номинальных оборотов n_ном, плунжерную пару 3, рейку 4, связанную через тягу 5 с промежуточным рычагом 6 РЧВ, который шарнирно соединен с основным рычагом 7 РЧВ, а также указанный ОУ в виде рычага 8, связанного через пружину 9 с верхним концом основного рычага 7. В нижней части ТНВД расположен вал 10 РЧВ со смонтированным на нем кронштейном 11, на котором шарнирно закреплены грузы 12. На валу 10 смонтирована также втулка 13 с возможностью ее осевого перемещения вдоль этого вала и воздействия на нижнюю часть промежуточного рычага 6. В рычаге 7 выполнено отверстие, через которое проходит стержень болта 2. Головка этого болта находится в постоянном контакте с рычагом 7 в процессе свободного ускорения (разгона) двигателя.A typical design of the injection pump of a diesel engine with RFV includes a pump housing 1 with a metal bolt screwed into it 2 for setting the nominal speed n _nom , a plunger pair 3, a rail 4 connected through a rod 5 with an intermediate lever 6 of the RFV, which is pivotally connected to the main lever 7 of the RFV, as well as the specified op-amp in the form of a lever 8 connected through a spring 9 with the upper end of the main lever 7. In the lower part of the high-pressure fuel pump there is an RFC shaft 10 with an arm 11 mounted on it, on which loads 12 are pivotally mounted. A sleeve 13 s is also mounted on the shaft 10 the possibility of its axial movement along this shaft and the impact on the lower part of the intermediate lever 6. A hole is made in the lever 7 through which the shaft of the bolt 2 passes. The head of this bolt is in constant contact with the lever 7 in the process of free acceleration (acceleration) of the engine.

Для определения цикловой подачи топлива путем измерений указанного фазового сдвига (обоснование данных измерений подробно изложено в прототипе по вышеуказанному документу RU 2161725) к штуцеру плунжерной пары одной из секций ТНВД и к полости головки ТНВД подсоединяют соответственно датчики 14 и 15 давления, выполненные, например, в виде преобразователей типа ИПД-2-40 и ИПД-2-1 соответственно. Для фиксирования поступающих от датчиков 14 и 15 импульсов давления топлива в надплунжерном пространстве и в головке ТНВД соответственно эти датчики подключены к осциллографу 16 типа Н030А. To determine the cyclic fuel supply by measuring the indicated phase shift (the justification for the measurement data is described in detail in the prototype of the above document RU 2161725), pressure sensors 14 and 15, respectively in the form of converters of the type IPD-2-40 and IPD-2-1, respectively. To record the fuel pressure pulses from the sensors 14 and 15 in the supra-plunger space and in the injection pump head, respectively, these sensors are connected to an H030A type 16 oscilloscope.

Предложенный способ может быть реализован следующим образом. The proposed method can be implemented as follows.

Предварительно перед началом измерений по предложенному способу в ТНВД монтируют винтовой контакт 17, подключаемый с помощью электропровода 18 к схеме задержки измерений показаний датчиков 14 и 15, которой снабжают осциллограф 16. Указанная схема задержки должна обеспечивать проведение указанных измерений через 0,8 с после достижения указанным ОУ (рычагом 8) положения, соответствующего максимальной подаче топлива. Конкретное выполнение этой схемы будет понятно любому специалисту-электронщику. Контакт 17 устанавливают так, чтобы он находился в соприкосновении с рычагом 8 при нахождении последнего в положении максимальной подачи топлива. Кроме того, тело болта 2 через электропровод 19 подсоединяют к схеме блокирования (запрета) измерений показаний датчиков 14 и 15, которой также оснащают осциллограф 16 и конкретное выполнение которой также будет понятно специалисту. С помощью указанных схем задержки и блокирования обеспечивается измерение показаний датчиков 14 и 15, а следовательно, указанного фазового сдвига в области номинальной частоты вращения коленчатого вала, ограниченной пределами n_нoм±1%.Previously, before starting the measurements according to the proposed method, a screw terminal 17 is connected to the high-pressure fuel pump; it is connected via an electric wire 18 to the measurement delay circuit of the readings of the sensors 14 and 15, which the oscilloscope 16 is equipped with. The specified delay circuit must ensure that the indicated measurements are performed after 0.8 s after the specified Shelter (lever 8) of the position corresponding to the maximum fuel supply. The specific implementation of this scheme will be clear to any electronic specialist. Contact 17 is set so that it is in contact with the lever 8 when the latter is in the position of maximum fuel supply. In addition, the body of the bolt 2 through the wire 19 is connected to the blocking (prohibition) of the measurement of the readings of the sensors 14 and 15, which is also equipped with an oscilloscope 16 and the specific implementation of which will also be clear to the specialist. Using these delay circuits is ensured and blockage measurement readings of sensors 14 and 15, and hence of said phase shift in a nominal engine speed, limited outside n _nom ± 1%.

Для проведения измерений запускают двигатель и прогревают его. Устанавливают устойчивые минимальные обороты n_min холостого хода. Резко перемещают рычаг 8 в положение, соответствующее максимальной подаче топлива. При этом данный рычаг входит в соприкосновение с контактом 17, в результате чего запускается указанная схема задержки, которая разрешает измерения показаний датчиков 14 и 15 через 0,8 с от момента достижения рычагом 8 положения максимальной подачи топлива, т.е. практически от момента начала свободного разгона двигателя.To take measurements, start the engine and warm it up. Set a stable minimum idle speed n _min . Sharply move the lever 8 to the position corresponding to the maximum fuel supply. At the same time, this lever comes into contact with pin 17, as a result of which the indicated delay circuit is started, which allows measuring the readings of sensors 14 and 15 after 0.8 s from the moment when lever 8 reaches the maximum fuel supply position, i.e. almost from the moment the engine starts to accelerate freely.

В процессе свободного ускорения (разгона) двигателя увеличивается скорость вращения вала 10, и грузы 12 в результате возрастания центробежных сил, поворачиваясь вокруг осей своих шарнирных креплений, воздействуют на втулку 13, которая, перемещаясь вдоль вала 10, действует на промежуточный рычаг 6. Последний через тягу 5 отводит рейку 4, поворачивающую плунжер плунжерной пары 3 на уменьшение цикловой подачи топлива. Вместе с промежуточным рычагом 6 отводится в правую сторону и основной рычаг 7, при этом контакт головки болта 2 с рычагом 7 прерывается, и схема блокирования выдает запрещающий сигнал на измерение показаний датчиков 14 и 15. Конструкция РЧВ, в том числе осевое расположение болта 2, отрегулирована таким образом, что прерывание контакта рычага 7 с головкой болта 2 происходит по достижении номинальной частоты n_ном вращения коленчатого вала двигателя.In the process of free acceleration (acceleration) of the engine, the speed of rotation of the shaft 10 increases, and the loads 12 as a result of an increase in centrifugal forces, turning around the axes of their hinged fasteners, act on the sleeve 13, which, moving along the shaft 10, acts on the intermediate lever 6. The latter through rod 5 is removed by rail 4, which turns the plunger of the plunger pair 3 to reduce the cyclic fuel supply. Together with the intermediate lever 6, the main lever 7 is also retracted to the right side, while the contact of the bolt head 2 with the lever 7 is interrupted, and the blocking circuit generates a prohibiting signal for measuring the readings of the sensors 14 and 15. The design of the RFC, including the axial arrangement of the bolt 2, adjusted so that the interruption of the contact of the lever 7 with the head of the bolt 2 occurs upon reaching the nominal frequency n _nom rotation of the crankshaft of the engine.

Таким образом, в заявленном способе цикловую подачу топлива определяют на частотах вращения коленчатого вала дизельного двигателя в диапазоне (0,99÷1,01)•n_ном Этот диапазон показан на фиг.2 заштрихованной областью.Thus, in the inventive method, the cyclic fuel supply is determined at the rotational speeds of the crankshaft of the diesel engine in the range (0.99 ÷ 1.01) • n _nom. This range is shown in Fig. 2 by the shaded area.

Пример. Проводились измерения цикловой подачи топлива при достижении номинальной частоты вращения коленчатого вала дизеля Д-65Н. Для этого двигателя n_ном=1750 об/мин. Измерения, проведенные в интервале оборотов от 1735 до 1765 об/мин, показали величину q=83 мм³.Example. Measurements were made of the cyclic fuel supply when the nominal speed of the D-65N diesel engine crankshaft was reached. For this engine, n _nom = 1750 rpm. Measurements taken in the range of revolutions from 1735 to 1765 rpm showed q = 83 mm ³ .

Claims

1. The method of determining the cyclic fuel supply in a diesel engine by the phase shift between the beginning of the pulse of increasing fuel pressure in the plunger space of the fuel pump of the engine and the beginning of the pulse of increasing fuel pressure in the head of the fuel pump, characterized in that the phase shift is determined by the free acceleration of the engine at the frequency of rotation of its crankshaft, which differs by no more than 1% from the nominal value of the frequency of rotation, and the free acceleration mode is created by first Primer providing engine operation at minimum stable idling speed and the subsequent abrupt movement speed regulator control organ of the engine crankshaft to a position corresponding to the maximum fuel supply.

2. The method according to claim 1, characterized in that the specified phase shift is determined no earlier than 0.8 s after the specified governing body reaches the position corresponding to the maximum fuel supply, and no later than the moment the specified regulator operates to reduce the fuel supply.

3. The method according to claim 2, characterized in that the said phase shift is determined no later than the moment of interruption of the contact of the main lever of the specified controller with the head of the bolt of the installation of the specified nominal speed.