Устройство стенда для регулировки ТНВД

В связи с возрастающими требованиями по снижению расхода топлива, токсичности отработавших газов и повышению эффективной мощности дизеля возрастает потребность в более точной диагностике и регулировке ТНВД. Регулировка ТНВД производится на специализированном стенде, который должен воспроизводить условия работы топливной аппаратуры на дизеле. Так как конструкции ТНВД имеют как общие решения, так и значительные отличия, особенно в части электронного управления, то для потребителя важно найти оптимальный баланс между функциональным исполнением стенда, необходимым для регулировки ТНВД, и денежными затратами на приобретение требуемого оборудования при соответствующем качестве.
Главенствующую роль занимает система управления и контроля, в которую входит весь набор приборов, отображающих контролируемые параметры от манометров до мониторов компьютера, и органов управления стенда, включая отдельные кнопки, панели управления и компьютер.
На современных стендах установлены асинхронные электродвигатели, которые воспроизводят вращательное движение от дизеля, передающееся на вал ТНВД через приводную муфту. Управление электродвигателем осуществляется частотным преобразователем, параметры которого программируются определенным образом, чтобы разгонные и тормозные характеристики соответствовали устанавливаемым ТНВД, а также условиям эксплуатации стенда. Т.к. диагностика ТНВД происходит на постоянных оборотах вращения вала ТНВД, то должна соблюдаться стабильность частоты вращения, обеспечиваемая инерционностью маховика, установленного на валу стенда и автоматической системой поддержания частоты вращения. Система управления получает сигналы от датчика частоты вращения вала и вырабатывает обратный сигнал значения частоты, передающийся преобразователю частоты, который в свою очередь задает режим работы электродвигателя.
Главным параметром характеристики стенда является мощность электродвигателя. Выбор привода стенда по мощности производится из очевидных закономерностей: чем больше производительность ТНВД, тем больше момент сопротивления вращения, тем больше должна быть мощность привода. С повышением требований по токсичности отработавших газов (ЕВРО-3, ЕВРО-4 и т.д.) на современных ТНВД типа «Common Rail» повышается давление впрыска, что повышает момент сопротивления вращения. На данный момент считается, что привод мощностью 15 кВт обеспечивает работоспособность ТНВД отечественного и импортного производства эксплуатируемых на грузовых и легковых автомобилях. Опыт показывает, что в некоторых случаях указанной мощности достаточно для ТНВД дизелей устанавливаемых на тепловозах и карьерных самосвалах. Для гарантированной работоспособности ТНВД на стенде требуется привод в 18 или 22 кВт.
Для установки ТНВД на стенд требуются соединительная муфта и установочные кронштейны. Как правило, производители стендов изготовляют установочные комплекты кронштейнов для известных отечественных и зарубежных производителей ТНВД. Для ТНВД мощных дизелей, устанавливаемых на спецтехнике, тепловозах и т.п., требуются стенды повышенной мощности, специальная конструкция стенда и установочные кронштейны для размещения ТНВД больших габаритов. Обычно подобные стенды изготовляются по отдельным заказам. На стендах для регулировки ТНВД можно проверять и насос-форсунки, для чего необходимо иметь соответствующие муфты и адаптеры для привода от вала стенда и электронные управляющие устройства.
Основной параметр ТНВД, который необходимо контролировать независимо от конструкции насоса, это его производительность на разных частотах вращения вала при определенных положениях органов управления (положение рейки топливного насоса, настройки регуляторов, электронного управления форсунками и т.д.) и условий эксплуатации топливной аппаратуры (например, давления топлива перед ТНВД), параметров эталонного топлива (температуры или вязкости). Параметры регулировки задаются в тест-планах ТНВД заводом-изготовителем. В случае с топливной аппаратурой, имеющей электронное управление, параметры задаются через специализированные электронные приборы, имитирующие штатные контроллеры на дизеле.
Циркуляция топлива в стенде происходит по замкнутому контуру и различается в зависимости от конструкции топливной аппаратуры. Из топливного бака топливо подкачивающий насос подает в ТНВД. Далее, если конструкция топливной аппаратуры предусматривает в своем составе аккумулятор («Common Rail»), то топливо накапливается там. В аккумуляторе поддерживается определенное давление, излишки стравливаются обратно в топливный бак. Затем происходит процесс впрыска форсунками. Излишки топлива по линии обратного слива поступают в топливный бак. Количество впрыснутого топлива и, при необходимости излишнего топлива, за цикл определяются в измерительной системе.
Так как характеристика впрыска зависит от гидродинамических параметров всех элементов нагнетательного тракта топливной аппаратуры и параметров топлива. То, с одной стороны - к топливу предъявляются определенные требования, а с другой - для обеспечения идентичности характеристики впрыска топлива по цилиндрам дизеля на всех нагнетательных трактах устанавливают элементы, специально подобранные по своим гидродинамическим параметрам (стендовые форсунки, трубки высокого давления и т.п.). Дизельное топливо и его пары токсичны, поэтому в качестве эталонного топлива используют специальные жидкости для калибровки дизельной топливной аппаратуры (стандарт DIN ISO 4113). Нормативные показатели регулировочных параметров топливной аппаратуры, в том числе производительность ТНВД, соответствуют определенному типу эталонного топлива, при заданной температуре, параметрам трубок высокого давления и стендовых форсунок или форсунок-калибров. К чистоте топлива предъявляются повышенные требования; для его очистки устанавливаются фильтры. Для стендов известных западных фирм предусмотрена процедура замены отработавшего топлива после диагностики определенного числа насосов.
Все современные стенды имеют систему автоматической термостабилизации, состоящей из нагревательного и охладительного элементов – обычно радиатор, обдуваемый воздухом. Температура топлива обычно находится в пределах 30-40 ºС и поддерживается с точностью ±2 ºС. При диагностике ТНВД маленькой производительности и низкой начальной температуры топлива происходит долгий нагрев, но стабильное поддержание заданного температурного диапазона. Для ТНВД большой производительности происходит быстрый нагрев из-за прокачки большого объема топлива и сильного сжатия в элементах самой топливной аппаратуры. Для условий эксплуатации стенда при непрерывном цикле диагностики ТНВД или насосов с повышенным давлением топлива используется более эффективное жидкостное (вода, антифриз) и фреоновое охлаждение. Система управления стендом отслеживает уровень температуры топлива через сенсоры и при необходимости включает и выключает нагрев или охлаждение.
Определение характеристики автоматической муфты опережения впрыска (зависимости угла разворота полумуфт от частоты вращения) для топливных насосов отечественного производства производится с помощью стробоскопа.
Для ТНВД, оснащенных гидропневматическим или пневматическим корректором подачи топлива по наддуву (ТНВД производства ЯЗТА серии 60, 80, 90), необходимы системы подачи масла и воздуха. Для вакуумных регуляторов требуются вакуумные насосы. Как правило, давление указанных систем контролируется по стрелочным манометрам.
Углы чередования подачи топлива секциями ТНВД определяются или пьезоэлектрическими датчиками, установленными в узлах впрыска и реагирующими на ударную волну от впрыснутой струи, или датчиками давления (только для механических форсунок), установленными в топливных трубках. Измерение цикловой подачи и обратного слива производится с помощью мензурок с градуированной шкалой или с помощью автоматических расходомеров (BOSCH EPS 815, HARTRIDGE AVM2-PC) измеряющих в режиме реального времени количество топлива по секциям. Одновременно строятся гистограммы расхода топлива для измеряемых секций на мониторе компьютера.
При мензурочном способе производится налив топлива одновременно от всех секций в мензурки в течение заданного количества циклов и затем визуальное считыванием уровня по шкале на мензурке для определения цикловой подачи.
Обоим способам измерения присущи свои недостатки и преимущества. Автоматический способ более точный – зависит от погрешности расходомера. Значения подачи автоматически попадают в программу, рассчитывается неравномерность подачи по секциям, выдается результат сравнения с нормативными значениями. При наливе в мензурки визуально можно сразу определить качественную разницу подачи от разных секций и не проводить налив по нормативам тест-плана в полном объеме, сократив время регулировки, что актуально для механических ТНВД в начале настройки при достаточном опыте регулировщика. В то же время для этого способа измерений ниже точность измерения по следующим причинам:
- за достоверность считывания значений со шкалы мензурки отвечает регулировщик;
- после слива на стенках мензурок остается топливо, которое при следующем измерении вносит дополнительную погрешность;
- отдельные пузырьки, образующиеся при наливе, несмотря на установленные пеногасители, не позволяют четко определить границу уровня топлива в мензурке.
Поэтому предпочтителен нижний налив и слив (измерительный блок «Motorpal»), при котором пена практически не образуется.
Консоли современной системы управления и контроля стендом и топливной аппаратурой реализуется в виде тахосчетчика в сопряжении с микроконтроллером или в более сложном варианте – персонального компьютера. Основные параметры, которые отображаются на консоли:
- величина подачи топлива насосными секциями;
- частота вращения вала ТНВД;
- давление топлива после подкачивающего насоса;
- температура топлива в топливном баке;
- углы чередования подачи топлива секций ТНВД.
На контроллер тахосчетчика дополнительно возлагаются функции термостабилизации, стабилизации частоты вращения вала привода. Более сложные программируемые тахосчетчики (ООО «НТЦ «Техническая диагностика и прецизионные измерения») обладают возможностями запоминания до 20 значений параметров (частота вращения, значения циклов подачи, значения температурного диапазона топлива).
Консоль в виде персонального компьютера cо всеми выше перечисленными функциями имеет дополнительные сервисы:
- удобный интерфейс и наглядное графическое отображение параметров (гистограммы, манометры и т.п.);
- отслеживание параметров при выходе за допустимый диапазон;
- проведение и отображение результатов вспомогательных расчетов параметров (неравномерности подачи по секциям и т.п.);
- проведение диагностики по информационно-технологической базе тест-планов разных ТНВД;
- печать результатов проверки ТНВД.
Для топливной аппаратуры имеющей электронное управление выпускаются всевозможные электронные приставки, которые имитируют сигналы управления и имеют собственные диагностические функции. На обобщенной схеме комплекс электронных приставок обозначен как электронная система управления подачей. Некоторые приставки имеют интерфейс сопряжения с персональными компьютерами для дополнительного сервиса, либо приставка не имеет собственных органов управления, а весь внешний интерфейс выполнен на персональном компьютере. Так ТНВД серии 136, 179, удовлетворяющих требованиям Евро-3, производства ЯЗТА, оснащены электромагнитным исполнительным механизмом для привода рейки и диагностируются электронной приставкой БНС. БНС имеет интерфейс с персональным компьютером и соответствующий софт для диагностики.
Современная импортная топливная аппаратура имеет более сложное электронное управление и соответственно более сложное диагностическое оборудование. Электронное управление подачей осуществляется: через элементы дозирования внутри ТНВД (регуляторы, корректоры и т.п.), в трактах подачи после ТНВД - аккумуляторе системы «Common Rail», форсунках, инжекторах и в насос-форсунках. Приставки изготовляют как производители топливной аппаратуры, так и независимые фирмы. Так известная на постсоветском пространстве фирма «Open System» (Украина) выпускает приставки для диагностики: ТНВД распределительного типа «VE», форсунок и ТНВД системы «Common Rail», рядных ТНВД типа «PE», насос-форсунок (UIS) и др.
Для диагностики ТНВД на стенде необходимо согласованное задание управляющих параметров: частоты вращения вала, подачи топлива, давления масла и воздуха и других параметров ТНВД. Поэтому, прежде всего, для приобретения диагностического оборудования надо исходить из требований к регулировке конкретной топливной аппаратуры.

http://www.diag-meas.ru/ Лунев Н.Н.

Отзывы и комментарии