Методы, средства, оборудование для диагностирования системы питания дизельного двигателя

Физические принципы диагностирования системы питания дизельных двигателей грузовых автомобилей

 Диагностирование системы питания включает в себя: проверку герметичности системы и состояния топливных и воздушных фильтров, проверку топливоподкачивающего насоса, а также насоса высокого давления и форсунок.

Негерметичность части системы находящейся под высоким давлением, проверяется визуально по подтеканию топлива при работающем двигателе. Негерметичность впускной части (от бака до топливоподкачивающего насоса), приводящая к подсосу воздуха и нарушению работы топливоподкачивающей аппаратуры проверяют с помощью специального прибора - бачка. Часть магистрали, находящейся под низким давлением, можно проверить на негерметичность и при неработающем двигателе путем опрессовки ручным топливоподкачивающим насосом.

 Состояние сухих воздушных фильтров проверяют по разрежению за фильтром при помощи водяного пьезометра ( должно быть не более 700 мм вод. столба).

 Состояние топливных фильтров можно проверить на холостом ходу двигателя по давлению за фильтром (допускается не мене 150 кПа), а более точно по перепаду давления до и после фильтра (не более 20 кПа). Более низкое давление свидетельствует также о неисправной работе топливоподкачивающего насоса, который после переборки в условиях цеха при испытаниях на специальном стенде должен обеспечивать (при 1050 об/мин) не менее 50 кПа, напор не мене 400кПа и подачу не ниже 25 см на 100 рабочих ходов (приведенные нормативы - для восьмицилиндровых двигателей МАЗ и КамАЗ).

 Контроль насоса высокого давления и форсунок непосредственно на автомобиле проводят при превышении двигателем норм по дымности и с целью выявления неисправностей и оптимизации технических воздействий по обслуживанию и ремонту топливной аппаратуры. Наибольшее распространение получил метод, основанный на анализе изменения давления, фиксируемого при помощи специального датчика, устанавливаемого у форсунки в разрыв нагнетательного топливопровода Диагностирование по указанному методу осуществляется при помощи упрощенных аналоговых приборов с одним встраиваемым датчиком и стробоскопом (типа К261), обеспечивающих определение частоты вращения коленчатого вала двигателя, установочного угла опережения впрыска топлива, возможности проверки качества работы регулятора частоты вращения и автоматической муфты опержения впрыскивания топлива, а также давления начала впрыскивания по каждому цилиндру (при перестановке датчика).

 При отсутствии средств диагностирования для снижения дымности необходимо провести трудоемкие профилактические работы, в первую очередь по форсункам и насосу высокого давления с их снятие и последующей переборкой и испытаниями в условиях цеха. Снятая форсунка проверяется: на герметчность при давлении 30 МПа, при этом время падения давления от 28 до 23 МПа должно быть не менее 8 с; на начало подъема (давление впрыскмивания), которое должно составлять (16,5 +0,5) МПа для двигателей КамАЗ, на качество распыла, который должен быть четким, туманообразным и ровным по поперечному сечению конуса, иметь характерный «металлический» звук. Давление впрыскивания форсунки регулируют путем изменения толщины регулировочных шайб, установленных под пружину, или с помощью регулировочной гайки.

 Наиболее сложной и ответственной являются цеховая проверка и регулировка насоса высокого давления на начало подачи, ее равномерность и собственно подача топлива, осуществляемая на специальных стендах. Неточность интервала между началом подачи топлива каждой секций относительно первой не должна превышать 20, а неравномерность при установке рейки в положение максимальной подачи - не более 5%. На стенде регулируются пусковая и максимальная цикловая подача топлива, а также работа регулятора топлива (выключение подачи топлива при остановке двигателя, автоматическое выключение подачи топлива при установленных максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя и частоте начала работы автоматического регулятора).

 Установлено, что причиной чрезмерной дымности отработавших газов является недостаточная точность регулировки топливных насосов высокого давления при ремонте, а также значительные отклонения по величине пропускной способности рабочих (устанавливаемых на дизель) форсунок и топливопроводов. Вследствие этого имеет место имеет место прежде всего большая неравномерность по величине цикловой подачи топлива между отдельными цилиндрами дизеля, что в свою очередь приводит к увеличению удельного расхода топлива (ухудшение топливной экономичности).

 Основную долю погрешности при регулировки ТНВД и форсунок на безмоторном стенде вносят форсунки с топливопроводами высокого давления, чтобы устранить этот недостаток в международной практике применяют системы эталонирования ДТА (система контрольных образцов).

 Эта система позволяет снизить погрешности регулировки топливной аппаратуры. Однако применение стендовых эталонов требует производить корректировку значений цикловых подач топливных насосов высокого давления с учетом комплектности стендовых эталонов. В данной работе разработана методика корректировки регулировочных параметров ТНВД и сформированы таблицы регулировочных параметров ТНВД.

Методы, средства, оборудование для диагностирования системы питания дизельного двигателя

Приборы системы питания дизельного двигателя принципиально отличаются от подобных для карбюраторного двигателя. Поэтому использование диагностической аппаратуры для систем питания карбюраторных двигателей невозможно для систем питания дизельных двигателей.

В систему питания дизельного двигателя входят приборы, оказывающие влияние на расход топлива, такие как воздухоочиститель, фильтры предварительной и тонкой очистки топлива, подкачивающий насос, топливный насос высокого давления и форсунки, регулятор частоты вращения двигателя и привод. Наиболее интенсивному изнашиванию подвергаются плунжерные пары топливного насоса и форсунок, теряют свою упругость пружины. Нарушение герметичности и засорение элементов топливной системы приводит к перебоям в работе двигателя, а нарушение регулировок начала, величины и равномерности подачи топлива, угла опережения впрыска, давления начала подъема иглы форсунки, а также минимальной частоты вращения коленчатого вала в режиме холостого хода – к повышению расхода топлива и дымному выпуску отработавших газов.

Внешние признаки неисправной работы приборов системы питания дизельных двигателей приведены в таблице 1.

Таблица 1. Признаки нарушения нормальной работы системы питания дизельного двигателя и необходимые технические воздействия

Контроль работы фильтров предварительной и тонкой очистки топлива и технические воздействия заключаются в ежедневном сливе отстоя, промывке фильтрующих элементов при ТО-1 и замене их при выполнении операций ТО-2.

Засорение воздухоочистителя приводит к понижению мощности двигателя и перерасходу топлива. Воздухоочиститель проверяют при работе на запыленных дорогах при ТО-1, в условиях зимнего периода при ТО-2.

Давление топлива в магистрали низкого давления проверяют подключением контрольного манометра между фильтром тонкой очистки и топливным насосом; при частоте вращения кулачкового вала 1050 10 об/мин максимальное давление должно быть не менее 4 кгс/см². Топливный насос высокого давления должен обеспечивать равномерную подачу дозированных порций топлива к форсункам под высоким давлением в порядке работы двигателя в момент, соответствующий концу такта сжатия в цилиндрах.

При выполнении ТО-2 в случае повышенного расхода топлива насос высокого давления рекомендуется снимать с места и диагностировать на стенде. Проверка и регулировка начала подачи топлива производится с помощью моментоскопа (рисунок 1.) в следующей последовательности:

Рисунок 1. Моментоскоп

1 – стеклянная трубка; 2 – переходная трубка; 3 – топливопровод высокого давления; 4 – шайба; 5 – накидная гайка

– отключить автоматическую муфту опережения впрыска;

– повернуть кулачковый вал насоса по часовой стрелке (со стороны привода). Первая секция отрегулированного насоса начинает подавать топливо за 38–39° до оси симметрии профиля кулачка;

– определить профиль симметрии кулачка первой секции, для чего установить моментоскоп на секции и, поворачивая вал насоса по часовой стрелке, следить за уровнем топлива в трубке моментоскопа; – момент начала движения топлива в моментоскопе зафиксировать на градуированном диске, закрепленном на валу насоса; – повернуть вал по часовой стрелке на 90°. Затем повернуть вал против часовой стрелки до начала движения топлива в моментоскопе и зафиксировать это положение на диске;

– отметить на градуированном диске середину между зафиксированными точками, которая определяет ось симметрии профиля кулачка первой секции;

– приняв угол, при котором первая секция начинает подачу топлива условно за 0°, определить начало подачи топлива в остальных секциях двигателя ЯМЗ‑236 в следующем порядке: для четвертой секции 45°, второй – 120, пятой – 165, третьей – 240 и шестой – 285°.

Неточность угла между началом подачи топлива любой секции насоса относительно первой не более 20°. Регулировка начала подачи топлива производится регулировочным болтом толкателя. При вывертывании болта – подача ранняя, при ввертывании – поздняя.

Для двигателя ЯМЗ-238 начало подачи каждой последующей секции в соответствии с порядком работы секции должно происходить через 45° по отношению к предыдущей.

Техническое состояние форсунок определяют при выполнении ТО-2. Неисправную форсунку можно определить путем последовательного отключения цилиндров из работы. Для этого необходимо ослабить гайку у топливопровода высокого давления проверяемой форсунки так, чтобы топливо выходило наружу, минуя форсунку, что вызовет выключение цилиндра двигателя. Если при выключении двигателя изменения в работе двигателя не будет – форсунка неисправна, если же увеличатся перебои и неравномерность работы – форсунка исправна.

Для объективной проверки технического состояния форсунки с целью определения герметичности, давления начала подъема иглы форсунки и качества распыливания используют прибор КП‑1609А (рисунок 2).

Рисунок 2. Прибор КП‑1609А для проверки и регулировки форсунок

1 – бачок для топлива, 2 – проверяемая форсунка, 3 – монометр 4 – рычаг, 5 – корпус прибора

При определении герметичности форсунки прибором КП‑1609А необходимо:

– установить форсунку на прибор;

– завертывая регулировочный винт форсунки, одновременно рычагом 4 увеличивать давление до 300 кгс/см²;

– прекратить подкачку, наблюдая за снижением давления;

– при достижении 280 кгс/см2 включить секундомер, а при давлении 230 кгс/см² выключить. Время падения давления топлива для изношенных форсунок должно быть не менее 5 с, а для новых распылителей – не менее 15 – 20 с. Быстрое падение давления указывает на нарушение герметичности сопряжений форсунки.

Увлажнение носика распылителя свидетельствует о неплотном прилегании запорной части иглы, что устраняется притиркой. Выход топлива из-под гайки пружины указывает на неплотность прилегания направляющей части иглы к корпусу распылителя форсунки. Давление начала подъема иглы форсунки, равное 150 ± 5 кгс/см², проверяют по его значению в момент начала впрыска топлива в следующей последовательности:

– установить форсунку на прибор;

– снять колпак форсунки и отпустить контргайку регулировочного винта пружины; рычагом 4 прибора медленно повышать давление, наблюдая за показаниями манометра 3, и определить давление начала подъема иглы, при котором начинается впрыск топлива;

– установить требуемое давление форсунки регулировочным винтом. При малом давлении впрыска регулировочный винт ввертывают отверткой, при большом – наоборот;

– затянуть контргайку (момент затяжки 7–8 кгс м) и вновь проверить давление начала подъема иглы.

Качество распыливания топлива считается удовлетворительным, если топливо впрыскивается в атмосферу в туманообразном состоянии и равномерно распределяется по поперечному сечению конуса струи. Начало и конец впрыска должны быть четкими, понижение давления при впрыске топлива должно быть 8–17 кгс/см², без подтекания топлива.

Для проверки качества распыливания топлива необходимо рычагом 4 прибора сделать несколько резких впрысков топлива через форсунку, а затем, качая рычагом 70–80 ходов в минуту, наблюдать за характером впрыска. Если качество распыливания плохое, необходимо отремонтировать или заменить форсунку.

Дизельные двигатели наряду с высокими технико-экономическими показателями имеют и отрицательные стороны, одной из которых является высокое содержание в отработавших газах аэрозолей, определяющих дымность пуска. Отработавшие газы дизельного двигателя содержат в основном частицы сажи, золы, несгоревшего топлива, масла, воды, что загрязняет атмосферный воздух и оказывает вредное воздействие на человека.

Для определения уровня дыма в отработавших газах дизельного двигателя на ряду с другими, существует прибор модели К‑408 (рисунок 3), питающийся от сети переменного тока напряжением 220 В.

Прибор состоит из двух узлов – электроизмерительного и газового, которые смонтированы в металлическом корпусе, установленном на подставке. Электроизмерительная часть включает в себя фотоэлемент, электрическую лампу напряжением 12В и мощностью 30 Вт, микроамперметр и потенциометр, обеспечивающий регулировку тока, идущего от фотоэлемента к микроамперметру.

Газовая часть состоит из пробоотборника, распределительного устройства, рабочей и эталонной труб и вентилятора.

Рисунок 3. Прибор К‑408 для определения уровня дыма в отработавших газах дизельного автомобиля

Порядок замера уровня дымности следующий:

– пробоотборник прибора закрепить на трубе глушителя;

– пустить и прогреть двигатель автомобиля;

– ручку переключения поставить в положение «замер»;

– по шкале микроамперметра, отградуированной в процентах дымности, определить уровень дымности.

Нормальным считается уровень дымности не более 50 единиц.

На ряду с описанными выше методами приборами и оборудованием для диагностирования системы питания существует множество иных, часть которых приведена ниже:

Таблица

СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ДИЗЕЛЬНОЙ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ КИ-35479

Стенд предназначен для диагностики и регулировки параметров ТНВД с количеством секций до 12.

Диагностика производится путем воспроизведения частоты вращения приводного вала ТНВД, и давления подкачки топлива, измерения цикловой подачи и углов начала нагнетания топлива, регистрации в цифровом виде, обработки и отображения полученной информации.

Стенд позволяет контролировать следующие параметры и характеристики ТНВД:

- величину и равномерность подачи топлива секциями;

- угол начала нагнетания и конца подачи топлива, чередование подачи секциями;

- частоту вращения вала в момент прекращения подачи топлива;

- частоту вращения вала в момент начала действия регулятора.

 Задание режимов работы, параметров диагностики, регистрация результатов, их обработка и отображение информации осуществляется с помощью ПЭВМ. Реализован интуитивно понятный, «дружественный» интерфейс ПЭВМ с оператором. Возможно видоизменение и дальнейшее наращивание функций стенда в процессе эксплуатации по желанию потребителей.

 Стенд КИ-35479 отличается от аналогов возможностью настройки топливной аппаратуры дизельного двигателя в целом.

 Измерительная часть стенда подключается к топливной системе с помощью камер впрыска, которые крепятся непосредственно к форсункам. Камеры соединены с системой измерения производительности с помощью гибких шлангов, а датчики давления, расположенные в этих камерах, соединены с контроллером стенда электрическим кабелем.

 Это обеспечивает максимальную степень свободы для пространственного расположения камер впрыска, и позволяет устанавливать форсунки в заданных конструкцией двигателя местах.

 Производительность секций определяется прямым измерением расхода (аналогично стенду КИ-35478).

 Фазовые параметры в новом стенде определяются измерением давления в камерах впрыска (пеногасящих камерах). Это позволяет прямым измерением определить время начала впрыска, что выгодно отличает предложенный метод от методов косвенного измерения фазовых параметров, например, с помощью накладных пъезодатчиков, размещаемых на трубках высокого давления. Управление стендом и обработка снятых параметров осуществляется с помощью ПЭВМ и разработанного программного обеспечения. Для настройки топливной системы дизельного двигателя на стенде необходимо установить на стенд:

 - отремонтированный (новый) ТНВД,

 - отремонтированные (новые) и настроенные форсунки,

 - отремонтированные (новые) и подобранные трубки высокого давления.

 После этого производится регулировка фазовых параметров и производительности всех секций ТНВД. При этом, можно использовать регулировки как ТНВД, так и форсунок.

 Затем, форсунки и трубки помечаются по принадлежности к секции, и настроенная топливная система устанавливается на свой двигатель.

 Проведенная таким методом регулировка по точности значительно превосходит регулировку ТНВД, проведенную со стендовыми форсунками и стендовыми трубками высокого давления (параметры штатных форсунок и трубок высокого давления отличаются от параметров стендовых, как минимум, на два поля допуска).

 Предложенная конструкция стенда не исключает возможности проведения регулировок и традиционными способами. Для этого на стенде предусмотрена установка кронштейна для крепления стендовых форсунок с использованием стендовых трубок высокого давления.