автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение эффективности ремонта электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливных систем автотракторных дизелей

На правах рукописи

ВАЛИЕВ Азамат Рамилевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕМОНТА ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ФОРСУНОК АККУМУЛЯТОРНЫХ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Специальность: 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 май 2012

Уфа 2012

005044335

005044335

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университ!.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Габитов Ильдар Исмагилович

Официальные оппоненты: Иншаков Александр Павлович

доктор технических наук, профессор, кафедра мобильных энергетических средств института механики и энергетики ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарёва» заведующий кафедрой;

Гафуров Марат Динарович

кандидат технических наук, ООО «НПП ОЗНА - Инжиниринг» заместитель технического директора.

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка Российской академш сельскохозяйственных наук (ГОСНИТИ).

Защита диссертации состоится 30 мая 2012 г. в 10.00 ч. на заседании диссертг ционного совета ДМ 220.003.04 при ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный а1 рарный университет» по адресу: 450001, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, д. 34, ауд. 257/:

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государстве! ного аграрного университета.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью Вашего учреждения, просим н; правлять в двух экземплярах по указанному адресу на имя ученого секретаря диссе| тационного совета.

Автореферат разослан апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, д.т.н., профессор г С.Г. Мударисс

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время в аграрное производство поставляются современные тракторы и комбайны, в дизелях которых применяется электронное управление топливоподачей. По оценке фирмы R. Bosch в производстве топливной аппаратуры удельный вес новых топливных систем возрастет до 60% в 2014 г. Существенное ухудшение технико-экономических показателей дизелей сельскохозяйственных тракторов и комбайнов в процессе эксплуатации объясняется, в первую очередь, изменением технического состояния элементов топливоподающих систем (ТИС), неисправностью их систем управления и в меньшей степени зависит от износа двигателя.

Наибольшее распространение в автотракторных и комбайновых дизелях получают аккумуляторные ТПС с электронным управлением типа Common Rail (CR), которые позволяют формировать желаемые характеристики впрыскивания с максимальным давлением впрыскивания топлива до 200 МПа и более. Объем производства важнейшего элемента CR электрогидравлической форсунки (ЭГФ) в период с 2005 г. по 2008 г. возрос более чем в два раза и достиг свыше 200 млн. шт. в год. При этом эволюция конструкций форсунок систем CR за десять лет уже насчитывает четыре поколения.

Малый опыт эксплуатации ТПС типа CR, постоянное совершенствование конструкций объясняет наличие сравнительно небольшой информации об их работоспособности в эксплуатации и пока еще затрудняет достаточно достоверную оценку их эксплуатационных показателей. В связи с небольшим сроком производства таких систем фирмами-изготовителями не полностью отработаны достаточно рациональные технологии и средства для ремонта подобных систем.

Следует отметить, что большие территориальные пространства России обуславливают сложность контроля соблюдения нормативных требований к качеству топлива на различных заправках всевозможных автозаправочных компаний в сельской местности. Даже при единичных случаях использования некачественного топлива вероятность отказов топливных систем CR в сравнении с традиционными системами значи-:ельно выше.

В этой связи научные исследования, посвященные повышению эффективности )емонта ТА совершенствованием средств и технологий ТО и ремонта электрогидравлических форсунок представляются актуальными и практически значимыми.

Цель работы. Повышение эффективности ремонта электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливных систем автотракторных и комбайновых дизелей со-»ершенствованием технологий и средств их ремонта.

Объект исследований. Технологический процесс и оборудование для ремонта электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливных систем автотракторных и комбайновых дизелей.

Предмет исследования. Технология ремонта электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливоподающих систем автотракторных и комбайновых дизелей.

Методика исследований. В теоретических исследованиях применены методы системного анализа и синтеза, положения теории течения жидкости, а так же использованы положения и законы гидравлики и математики. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с ГОСТами, ОСТами и разработанными частными методиками. Полученные экспериментальные данные обрабатывались методами математической статистики с применением ПЭВМ.

з .

Научная новизна работы.

— теоретические зависимости и методика для расчета утечек топлива через за порный клапан электрогидравлической форсунки, позволяющие установить вероятны геометрические параметры износа посадочной площадки;

— усовершенствованная технология ремонта запорного клапана электрогидрав лических форсунок аккумуляторных топливных систем, обеспечивающая снижени себестоимости ремонта на 35% для потребителя и на 20% для ремонтного предпри ятия.

Новизна разработок подтверждена патентом РФ №2433299 .

Практическая значимость. Представлены экспериментальные данные по отка зам и неисправностям элементов и узлов ЭГФ топливных систем типа CR. Разработан-устройство для восстановления поверхности посадочной площадки запорного клапан ЭГФ и определены рациональные режимы притирки клапана.

Вклад автора в проведенное исследование. Лично автором проведены мае штабные исследования по работоспособности ЭГФ аккумуляторных систем типа С1 автотракторных и комбайновых дизелей в условиях эксплуатации в России и за рубе жом. Проведены эксперименты определяющие влияние степени загрязнения топлив на характер износа ЭГФ. Усовершенствована и апробирована технология ремонта за порного клапанного узла ЭГФ.

Апробация работы. Основные положения исследования обсуждались на меж дународных научно-практических конференциях и семинарах Башкирском Г AT (2008...2012 гг.), Челябинском ГАУ (2008 г.), Московском ГАУ (2008...2009 гг.), ПК ГОСНИТИ (2007... 2009 гг.), Уфимском ГАТУ (2011 г).

Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены представительстве фирм Bosch и Denso ООО «Башдизеяь» г. Уфа, а также использу ются в учебном и научно-исследовательском процессах Башкирского ГАУ.

На защиту выносятся:

— результаты исследования отказов и неисправностей электрогидравлически: форсунок топливных систем типа CR автотракторных дизелей в специализированны: предприятиях по ремонту топливной аппаратуры;

— аналитические зависимости для расчета утечек топлива через запорный кла пан электрогидравлической форсунки;

— усовершенствованная технология ремонта и устройство для восстановлен!! посадочной площадки запорного клапана электрогидравлических форсунок аккумуля торных топливных систем.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числ 3 в изданиях, рекомендованных ВАК,1 статья на иностранном языке, получен 1 патен на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введенш 5 глав, общих выводов, библиографического списка и приложений, содержит 12' страницы машинописного текста, 53 рисунка, 34 таблицы, 30 страниц приложений списка литературы из 118 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены научная но визна и практическая ценность работы, приведены основные положения и результат! исследований, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ состояние вопроса и постановка задач исследова-

шя» обобщены исследования в области совершенствования конструкции и оценки ¡оказателей качества работы форсунок дизелей, проведен комплексный анализ конст-уктипных и эксплуатационных факторов, влияющих на параметры топливоподачи, ассмотрены известные технологии и оборудование для ремонта электрогидравличе-ких форсунок аккумуляторных топливоподающих систем фирм: Bosch, Delphi и 13ПИ.

Над разработкой методов и средств оценки показателей качества работы и ре-гонта традиционных топливоподающих систем успешно работали В.А. Аллилуев, 1.И. Бахтияров, P.M. Баширов, И.И. Габитов, Л.В. Грехов, В.Е. Горбаневский, I.C. Ждановский, Б.П. Загородских, А.П. Иншаков, В.Г. Кислов, П.М. Кривенко, !.П. Лялякин, A.B. Николаенко, A.B. Неговора, В.М. Михлин, И.М. Федосов, I.B. Хатько и др.

Малый мировой опыт эксплуатации ТПС типа CR, постоянное совершенствова-ме их конструкций затрудняет проведение достаточно полной оценки их эксплуата-;ионных показателей и объясняет совершенно недостаточные сведения об их работо-пособноети в литературе. В связи с небольшим сроком производства фирмами-зготовителями полностью не отработаны рациональные технологии и средства для емонта подобных систем. Вопросы отработки технологий ремонта требуют сущест-енного внимания, поскольку современные ТПС, в том числе CR, являются высоко-ехнологичными продуктами и в России пока нет даже мелкосерийного производства лементов CR.

Проведенные исследования показали, что эксплуатационные условия в сущест-енной мере определяют показатели надежности отдельных узлов и в целом электро-идравлической форсунки типа CR фирмы Bosch. Существующие технологии и мето-;ы ремонта и оценки прогнозируемого послеремонтного ресурса форсунок типа CR овременных ТПС ориентированы для зарубежных стран и не учитывают в полной [ере особенностей их эксплуатации в РФ.

На основании изученного материала и проведенных экспериментальных иссле-ованпй были сформулированы последующие задачи исследования:

- провести анализ отказов и неисправностей форсунок ТПС типа CR в специа-изированных предприятиях по ремонту топливной аппаратуры;

- определить теоретические зависимости расчета утечек топлива через запор-ый клапан электрогидравлической форсунки;

- усовершенствовать технологию ремонта запорного клапанного узла ЭГФ и редложить оборудование для ее реализации;

- осуществить внедрение и дать экономическое обоснование внедрения пред-оженных мероприятий.

Во второй главе рассмотрены теоретические предпосылки по определению за-исимостей для расчета утечек топлива через запорный клапан электрогидравлической юрсунки и выявлению параметров сечения зазора, возникающего в результате износа осадочной площадки клапана.

На этапе экспериментальных исследований было установлено, что размеры се-ения зазоров в клапане составляют не более 5% от проходного сечения самого клапа-а в открытом состоянии, следовательно, практически не оказывают влияние на нсте-ение топлива через клапан в открытом состоянии. Исходя из вышеизложенного и в чязи с тем, что более 90% времени в процессе работы запорный клапан ЭГФ находит-

ся в закрытом состоянии, был рассмотрен процесс истечения жидкости через зазор (по канавке износа) в сопряжение седло клапана — шарик в закрытом состоянии.

На рис. 1 представлена расчетная схема истечения жидкости через зазор в паре седло клапана — шарик запорного клапана ЭГФ фирмы Bosch.

На первом этапе была поставлена задача определения условия течения топлива в •зазоре по числу Рейнольдса.

Ч*

1

\ —р

SV

\ I

т

lill

Pvnp

__,

- диаметр шарика; Ь - глубина канавки износа; Ъ - ширина канавки износа; 1 - шарик клапана; 2 - седло клапана; 3 - профиль канавки износа (зазор); 4 - вид канавки износа седла клапана (вид сверху без шарика).

Рисунок 1 - Расчетная схема зазора в паре седло клапана — шарик

Для упрощения предполагалось, что сечение износа поверхности клапана в виде половины эллипса, где Ь/2 - большая полуось и /; - малая полуось эллипса. Так же предполагалось, что изнашивается только седло клапана, а параметры шарика остаются неизменными.

Тогда площадь поперечного сечения канавки износа поверхности клапана будет определяться по формуле:

1 износа

Так же дата определения теоретического расхода жидкости через зазор клапанной пары примем ц=\, тогда теоретический расход через зазор будет равен

Стеор — /взноса ~ (^упр

- ^кл) . (2)

теоретическая скорость истечения топлива:

Огго^

*теор с > V'

г износа

(4)

число Рейнольдса:

V!

У

где Ртвое - площадь поперечного сечения износа, м^; р - плотность дизельного топлива, кг/'м3; РУор - давление топлива в полости управления, Па; Рк5 - давление над клапаном, Па; ц - коэффициент расхода, зависящий от геометрической формы зазора; V -скорость истечения топлива по канавке износа, м/с; 5 - вязкость дизельного ва, л/2/'с; I - гидравлический диаметр канавки, м.

В первоначальных расчетах в формуле (2) коэффициент ¡л, определяющий геометрическую форму сечения канавки износа, принимался равным 1. Это соответствует

определению теоретического (максимального) расхода жидкости через канал или отверстие. Сравнение экспериментальных и теоретических данных (рисунок 2) показало, что форма кривых идентична, но сдвинута по оси ординат. В этой связи стояла задача определить коэффициент ц для наиболее характерных профилей канавок износов. Проведенные исследования показали, что наиболее часто наблюдаемый профиль в форме эллипса по рисунку 1.

При описании истечения жидкости через зазор использовалась формула истечения жидкости через жиклер:

Qynp M ^/п

(5)

¿упр ~~ Р1 /пиастр ( упр ^кл)>

где Fmmc- поперечная площадь сечения канавки (зазора), мм'; р - плотность дизельного топлива, Рущ, - давление топлива в полости управления, Па; - давление над клапаном, Па; ц — коэффициент расхода, зависящий от геометрической формы зазора. Исходя из формул (4) и (5) определится:

Р = <?упр/<?теор- (6)

Однако вследствие конструктивных особенностей ЭГФ фирмы Bosch, на линию слива отводятся утечки по направляющей части штока клапана. В связи с этим для определения утечек по штоку клапана использовалось выражение:

Q«

(РУт

12*i*?7

(7)

где Руар - давление в камере управления клапана, Па; PCjн - давление в полости слива Па; ô - ширина зазора, м; S - длина зазора, м; q - вязкость, сСТ; L - длина уплотняющей части штока седла клапана, м.

На рисунке 2 показаны зависимости расхода истечения жидкости Q через зазор в паре седло клапана — шарик от давления Р в гидроаккумуляторе, полученные на основе экспериментальных данных и теоретических зависимостей с учетом и без учета коэффициента у = 0,8. Из рисунка видно, что увеличение давления приводит к увеличению расхода жидкости по степенной зависимости. Так же видно, что характер всех трех кривых одинаков, однако теоретические данные без учета коэффициента ц отличаются от экспериментальных по количеству расхода.

Qynp , mm-Vc

20Ö3

15Ш ÎOOQ 500

1 .....

2 . . • ф. К2 = 0,9971

3 /

рупр,мт

1 - коэффициент расхода // = 1; 2 - коэффициент расхода ц = 0,8; 3 - эксперимент.

Рисунок 2 - Расход жидкости через зазор в паре седло клапана - шарик в зависимости от давления в полости управления, определенные для ЭГФ Bosch № 0445110190

В результате проведения исследований установлено, что в формуле (5) при вычислении расхода топлива через зазор в паре седло клапана — шарик при наиболее характерных сечениях канавок износа (с соотношением сторон 1:10) следует применять ¡л = 0,8. Проверка адекватности модели по Критерию Фишера показала положительную сходимость при уровне значимости 95%.

На основе вышеизложенных положений предложена методика определения вероятных геометрических параметров канавок износа посадочной площадки запорного клапана. При известном давлении проверки на стенде РУщ> и определенном при этом общем расходе QaSmK расход на управление вычисляется по следующей формуле:

С^упр — £2общее ~~ QunoK- (8)

С помощью калиброванного шаблона визуально определяется величина ширины канавки Ь, затем по вычисленной площади поперечного сечения канавки износа F113HOO, определяется размер глубины канавки износа h по формуле:

h = (9)

Таким образом, выведенные теоретические зависимости и методика для расчета утечек топлива через запорный клапан электрогидравлической форсунки, позволяют установить вероятные геометрические параметры канавок износа посадочной площадки запорного клапана, и на этой основе, определить в дальнейшем рациональные режимы ее ремонта путем восстановления площадки притирочной операцией.

В третьей главе описаны методика исследований, экспериментальные установки и измерительная аппаратура, принятые способы тарировки датчиков и обработки экспериментальных данных.

Безмоторные экспериментальные исследования были проведены по ГОСТ 867082 и ISO 9002 на стенде EPS 200 фирмы Bosch с безмензурочной электронной измерительной системой КМА 802. Данный стенд предназначен для проверки форсунок типа CR Bosch и Denso, и позволяет измерить цикловую подачу и расход на управление в соответствии с тест-планами фирмы изготовителя на режимах: полная нагрузка, холостой ход, пуск.

Для повышения достоверности испытаний и исключения случайных ошибок все безмоторные исследования, связанные с проверкой цикловой подачи и расхода на управление дублировались на стенде CRI-PC фирмы Hartridge с безмензурочной системой измерения. Данный стенд предназначен для проверки форсунок систем CR Bocsh и Delphi и позволяет измерять расход на управление и цикловую подачу согласно тест-планам фирмы Hartridge на следующих режимах: полная нагрузка, средняя нагрузка, холостой ход и пуск. Для уточнения полученных экспериментальных исследований, часть безмоторных испытаний повторно проводились согласно тест-планам с использованием специализированного стенда для регулировки и испытаний дизельной ТА EPS 815 с без мензурочной электронной измерительной системой КМА 802 фирмы Bosch с комплектом дооснащения CRI для испытания форсунок Common Rail. Про-ливка запорных клапанов ЭГФ фирмы Bosch проводилась на стенде Hartridge IFT-70.

Исследования связанные с определением задержки впрыскивания проводились с использованием экспериментальной установки № 1 (рисунок 3). За основную часть установки был взят стенд для проверки форсунок типа Common Rail разработанный в Башкирском ГАУ.

м

1 - бак; 2 - ТНВД; 3 - электродвигатель; 4 - гидроаккумулятор; 5 - форсунка; б - измерительный стакан; 7 - редукционный клапан; ЭБУ - электронный блок управления; ИК - измерительный комплекс; ПК - персональный компьютер.

Рисунок 3 - Функциональная схема (а) и общий вид (б) экспериментальной установки № 1

Регистрация мгновенных значений давления топлива в ЛВД производилась тен-зометрическими преобразователями МД-10 V ТУ 4212-163-00227459-98 . Регистрация сигналов с тензопреобразователей и датчика тока с частотой 500 КГц проводилась модулем ZetLab 210 в режиме АЦП/ЦАП.

Для экспериментов по ускоренному износу форсунок типа CR фирмы Bosch была разработана установка № 2 (рисунок 4). За основу установки был взят стенд ГОСНИТИ КИ-354 для проверки и регулировки ТА автотракторных дизелей, который был доукомплектован дополнительным оборудованием ВТС 115-КД 1 для проверки форсунок типа CR, разработанным в ООО «Вуз-ТехСервис» при ФГОУ ВПО «Башкирский ГАУ». Комплект дооснащения ВТС 115-КД 1 состоит го следующих элементов: ТНВД системы CR, корпус, гидроаккумулятор со встроенными датчиком и регулятором давления, электронного блока управления (ЭБУ), трубки высокого и низкого давления. ЭБУ позволяет отслеживать и регулировать давление в гидроаккумуляторе и подавать управляющие сигналы на форсунки типа CR различных фирм производителей (Bosch, Denso, Delphi, Siemens).

Для восстановления поверхности конуса запорного клапана была разработана специальная оснастка. Для наблюдения объемных объектов с сохранением стереоэффекта (контроль качества сборки) и определения размеров износов клапанов был использован микроскоп МБС-9.

1 - имитатор сигналов, 2 -электродвигатель, 3 - топливная рампа, 4 - датчик давления, 5 — регулятор давления, 6 — корпус устройства, 7 - форсунка, 8 - ТНВД.

Рисунок 4 - Экспериментальная установка № 2.

Вследствие того, что размеры площадок износов очень малы и геометрически: форма клапана сложная, для измерения ширины канавки износа был использован способ калиброванного шаблона (использовалась калиброванная проволка диаметро: 0,15 мм) с последующим фотографированием и масштабированием. Измерение глубины площадки износа седла клапана проводилось с помощью специального приспособ ления и индикатора часового типа.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований.

На первом этапе работы в соответствии с задачами исследований были проведены в период с 2010 по 2011 гг. исследования отказов и неисправностей ТПС типа CR I специализированных предприятиях по ремонту топливной аппаратуры (ТА) ОСК «Башдизель» (официальный представитель БощДизельСервиса в г. Уфа, Россия) с «Carwood motors units limited» (г. Бирмингем, Великобритания). В качестве сравнени _ приведены данные ремонтного завода Бош Дизель Центра (г. Хомбург, Германия). Анализу подвергались узлы и детали только одного важнейшего элемента системы С - электрогидравлической форсунки первого поколения производства Bosch. Следует отметить, чго рассматривались форсунки с нарушением показателей работоспособности и которые обеспечивали хотя бы какую-либо подачу. Исследования проводилие/ на указанных предприятиях по ремонту ТА в период проведения технического обслуживания автомобилей и тракторов. При диагностировании использовался диагноста

ческий стенд, в котором в каче стве измерительного комплекс-использовалось устройство дл исследования характеристик подачи топлива топливоподак щей аппаратурой в дизелях (патент № 2433299).

На рисунке 5 приведен осциллограмма регистрация задержки начала впрыскивания о сигнала на электромагнит форсунки CR Bosch номе 0445110190, на режиме полно

Рисунок 5 - Осциллограммы задержки нта- нагрузки (продолжительном: ла впрыскивания от сигнала на электромагнит сигнала 800,«с, частота впрыски-форсунки типа CR Bosch. ваний 1000 Циклов/мин., цикло-

вая подача порядка 60 мм'/цикл).

Устройство с достаточной точностью позволяет определить закон подачи топлива топливоподающей аппаратурой, определить задержку впрыскивания и цикловук подачу топлива.

В таблице 1 приведены результаты исследований ЭГФ по ранжированию отказов и количественные параметры наблюдений. Данные по третьей колонке таблицы составлены на основе анализа неисправностей 980 форсунок, по четвертой - более 950.

Исследования показали, что у форсунок типа CR фирмы Bosch и в России и г Великобритании средний ресурс до ремонта примерно одинаков и составляет у автомобилей порядка 80... 100 тыс. км пробега, у тракторов - 2,1.. .2,5 тыс. моточасов.

Причиной увеличения расхода топлива на управление, как правило, являютс следующие неисправности: нарушение гидроплотности запорного клапана, износ щтс-

¿0 ю

I рт

Huftm

ч-s-

йй? am am aw Щ йш е.т к <-

прорыв уплотнения фторопластовой шайбы, повреждение корпуса и торцевой по-:рхности распылителя.

Таблица 1 Основные неисправности форсунок типа CR фирмы Bosch

Nb Основные неисправности ООО «Башдизель» г. Уфа, Россия «Garwood motors units limited» г.Бирмингем, Великобритания Отдел качества, Бош Дизель Центр, г. Хом-бург, Германия

Превышение допуска Причина отказа Превышение допуска Причина отказа Причина отказа

1 2 3 4 5

Нарушение гидроплотности запорного клапана 90-95% 80% 10% 10% 35%

Прорыв уплотнения фторопластовой шайбы 10% 1% 40% 40% 25%

i Нарушение гидроплотности распылителя или заклинивание иглы 40% 10% 80?/» 40% . 30%

1 Износ штока 15% 2% 1% 1% Нет данных

i Изменение отверстия жиклера 1% 1% 0% 0% Нет данных

) Выход из строя электромагнита 3% 3% 1% 3% 5%

1 Повреждение корпуса 10% 2% 0.5% 5% 3%

! Прочие 1% 1% 2% 2% 2%

) Итого - 100% - 100% 100%

В связи с тем, что клапанная пара является одним из самых сложных в изготов-гнии и дорогам по стоимости элементом ЭГФ, нами было предложено ввести в стан-артную технологию фирмы Bosch три дополнительные операции по восстановлению зботоспособности запорного клапана в условиях специализированного предприятия.

Согласно технологии Bosch, при поступлении на ремонт ЭГФ проходит провер-у на стенде (шаг 1 по рисунку 6), где производится ее диагностическая оценка по ве-ичине цикловой подачи и расходу топлива, уходящего на управление на основных гжимах при различных рабочих давлениях в рампе.

Следующими этапами процесса ремонта являются разборка, ультразвуковая ромывка и дефектовка элементов и узлов ЭГФ (шаги 2-3). Проведенные нами иссле-овапия показали, что в отличие от Англии, основной причиной отказов ЭГФ в России зляется нарушение герметичности запорного клапана, обусловленное появлением на оверхности уплотнения рисок и ее дальнейшим гидроэрозионным размывом в на-равлении градиента снижения давления, что приводит к образованию канавок износа.

При этом, по технологии Bosch, при обнаружении таких явлений в запорном папане рекомендуется его замена в паре со штоком (шаг 4). В связи с тем, что кла-анная пара является одним из самых сложных в изготовлении и дорогим по стоимо-ги элементом ЭГФ, предлагается ввести в стандартную технологию фирмы Bosch три ополнительные операции по восстановлению работоспособности запорного клапана в словиях специализированного предприятия: 5 (притирка), 6 (промывка) и 7 (оценка ачества поверхности запорного конуса). Следует отметить, что эта технология может рименяться для восстановления работоспособности ЭГФ, на запорном клапане кото-ых наблюдаются канавки износа глубиной не более 0,05 мм. В результате экспери-^нтальных исследований запорных клапанов установлено, что наиболее часто на-

11

блюдается одна канавка (40%) у остальных - две и более. Ширина канавки составляет 0,05...0,5 мм, глубина канавки в 90% случаев не превышает 0,03 мм.

Дальнейший процесс ремонта ЭГФ (шаги с 8 до 16) идет в соответствии с технологией Bosch, включая все необходимые регулировки.

Ш

бхс/ncwAt«лиая»

ж

£ ржопжт^т '■i'&öu sorcpiiosQ nncmtic и 9Kzpii3i!

9. Изкыыя и ¡кгущаёка

Ш ЯятМс регцярэ&мш ¡xiA' ...................................*...................................

...................................'*•...................................

Устатка *т<гжи *,шм2

j ?i ¡Ьнгр&ая лсфпю'¿zw .................................--*■•..................................;

if. ¡twyFjee mvmmi* ¡цроны [жгшяяю i

..................................."i....................................!

j Ь Усл&сёка pe^'inpeScvw г&хяа&и i

..........

Кшец

Рисунок 6 - Блок-схема технологии ремонта форсунок типа Common Rail

На базе ВоБсМНеве^егуюе «Башдизель» были проведены экспериментальные исследования по выбору рациональных режимов восстановления запорного конуса клапана, разработке и отладке специальной оснастки. Для притирки запорного конуса рекомендовано использовать притирочную пасту размером твердых частиц не более 4 мкм (паста МЗ для притирки плунжерных пар ЗАО «Алтайский завод прецизионных изделий»). Цикл восстановления включает периодический (15-20 раз) прижим (с усилием 2-3 Н) и отрыв притира при частоте вращения его в пределах 2500-2600 мин-1. Затем клапанный узел промывается в ультразвуковой ванне, продувается сжатым воздухом и при помощи микроскопа производится визуальный контроль качества притирки. При обнаружении рисок на запорной поверхности цикл притирки повторяется.

Важным фактором, влияющим на длительность притирочной операции, является глубина канавки износа. Вероятные размерные параметры канавки износа определялись на первых трех этапах проверки ЭГФ на стенде по предложенной методике. Это позволило оценить целесообразность проведения операций притирки и определять количество проходов притирки (за один проход на 0,01 мм).

Таким образом, экспериментально доказана эффективность предложенной методики по оценке вероятных размерных параметров канавки износа и назначению количества проходов притирки.

Проведенные на стенде EPS 200 Bosch исследования показали, что отремонтированные форсунки типа CR фирмы Bosch по усовершенствованной нами технологии полностью соответствуют допускам тест-планов фирмы изготовителя.

Таблица 2 Данные по испытанию форсунок фирмы Bosch модели 0445110012 на cmendeBosch EPS 200

Шаг испытания Тест на утечки Полная нагрузка Холостой ход Режим пуска

Продолжительность ипульса на электромагнит («О 0 800 675 160

Давление в рампе (МПа) 140 135 25 80

Цикловая подача мм'/'никл По плану не измеряе тся 50.9±4 4.7±1.6 1.5±1.2

фактическое До ремонта №1 45.62 3.86 0.83

№2 47.84 4.23 0.48

№3 52.03 4.04 0.79

После ремонта №1 48.81 5.25 1.44

№2 50.47 4.83 1.61

№3 47.62 4.65 1.65

Новая №1 49.88 3.72 2.32

№2 49.25 4.21 2.86

№3 48.86 4.72 3.37

Расход на управление мм'/цикл По плану 35±35 49±32 не измеряется

фактическое До ремонта №1 37.47 96.36

№2 82.32 208.2

№3 20.18 86.58

После ремонта №1 20.35 49.62

№2 22.91 51.28

№3 21.63 52.36

Новая №1 11.00 34.98

№2 17.94 37.32

№3 37.13 30.55

Сравнительные исследования по оценки эффективности восстановления клапанных пар проводились для ЭГФ фирмы Bosch модели 0 445 110 012 . Основные диагностические параметры определяли в соответствии с тест-планами фирм-изготовителей (проверка на холостом ходе, при полной нагрузке, режим пуска и проверка гидроплотности) до, и после ремонта (таблицы 2), также для сравнения приведены данные по тестированию трех новых форсунок.

Согласно данным испытаний расход топлива на управление у всех трех опытных ЭГФ до притирки запорных клапанов при полной нагрузке выходил за допустимые пределы по тест плану Bosch. После восстановление клапанов у всех форсунок диагностируемые параметры при тестировании на стенде EPS 200 вошли в пределы допусков, однако, количество расхода на управление было больше в среднем на 40%, чем у новых форсунок.

Для более тщательной проверки данные ЭГФ были протестированы на стенде CRI-PC фирмы Hartridge. Так как данный стенд не аккредитован фирмой Bosch для ремонта ЭГФ, при испытании использовались оригинальные тест-планы фирмы Hartridge, которые имеют более жесткие допуски по количеству расхода на управление

13

(таблица 2). Это подтверждается тем, что при испытании новой форсунки под номером 3 также было определено превышение допустимых норм по количеству расхода на управление. Согласно этим тест-планам проверка проводилась на следующих режимах: проверка собранной установки на утечки, подготовка форсунки, проверка гидроплотности, полная нагрузка, средняя нагрузка, холостой ход, режим пуска.

Таблица 3 Данные по испытанию форсунок фирмы Bosch модели 0445110012 на стенде Hartridge CRI-PC при полной нагрузке (интенсивность: 1000 впрысков в минуту, продолжительность сигнала: 800 ßc)._

Полная нагрузка Мин Макс Фактическое

До ремонта После ремонта Новая

№1 №2 №3 №1 №2 №3 Xsl №2 №3

Температура топлива. 38 42.0 40.2 40.3 40.1 40.3 39.1 38.4 40.1 40.3 40.1

Давление в рампе, бар 1340 1360 1349 1350 1350 1350 1349 1349 1350 1349 1349

Задержка впрыскивания, цс 0 0 339 350 348 325 325 332 302 296 295

Расход топлива на управление мм3/цикл 15 31 87.1 92.3 126.1 41.0 38.9 44.0 27.3 28.4 32,1

Температура топлива в управляющей линии, °С 0 0 74.2 78.1 82.3 46.3 44.0 45.5 40.7 43.6 46.5

Цикловая подача, мм3/цикл 46 56.9 49.2 47.3 45.6 46.5 45.1 48.6 50.9 50.8 50.7

В качестве примера приведен протокол испытаний только одного из семи указанных выше режимов - полной нагрузки. Из таблицы 3 видно, что все три отремонтированные форсунки вышли за пределы норм по количеству расхода на управление в среднем на 35%. Хотя показатель расхода на управление по тест-плану фирмы Наг-tridge вышел за допустимые значения, опытные форсунки при установке на двигатель после ремонта исправно работали с обеспечением ресурса до 3 00 гыс.км.

Таким образом, проведенные нами исследования показали, что предложенная технология ремонта ЭГФ фирмы Bosch обеспечивает восстановление ее работоспособности с ресурсом не менее 80% от новой.

В пятой главе рассмотрены вопросы технико-экономической эффективности внедрения предложенных мероприятий.

Для оценки экономической эффективности были проведены экспериментальные исследования хронометража предложенной технологии ремонта ЭГФ типа CR фирмы Bosch. Среднее значение времени необходимое для ремонта одной форсунки составило 35 минут, для ремонта седла клапана 5 минут.

Проведенный сравнительный анализ с хронометражем стандартной технологии ремонта ЭГФ типа CR фирмы Bosch показал, что предложенная технология на 15 минут ремонта занимает больше времени, чем стандартная. Годовой объем отремонтированных ЭГФ фирмы Bosch на базе BoschDieselService «Башдизель» по стандартной технологии составляет 1500 форсунок, новая же технология в 1,7 раза меньше (882). Учитывая тот фактор, что стоимость ремонта усовершенствованной технологии ниже, был определен годовой экономический эффект усовершенствованной технологии.

Годовой экономический эффект от внедрения разработанной технологии для предприятия составляет 441 тыс. руб.

При ремонте ЭГФ стандартного 4-цилиндрового дизельного двигателя по предложенной технологии потребитель сэкономит 9250 руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Повышение эффективности ремонта 'электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливных систем автотракторных и комбайновых дизелей в значительной мере достигается совершенствованием технологий и средств ремонта, обеспечивающих снижение себестоимости ремонта, а также высокую точность и качество регу-лировочно-настроечных работ.

2. Выявленные теоретические зависимости и методика для расчета утечек топлива через запорный клапан электрогпдравлической форсунки позволяют установить вероятные геометрические параметры износа посадочной площадки и на этой основе, назначить рациональные режимы ее восстановления. Численными и экспериментальными исследованиями определен коэффициент расхода клапанного узла 0,8.

3. Разработанная технология ремонта и устройство восстановления посадочной площадки шарикового запорного клапана электрогидравлической форсунки обеспечивает восстановленный ресурс не менее 80% при снижении себестоимости ремонта на 20% для сервисной службы и на 35% для потребителя.

4. Исследованиями выявлены основные неисправности и причины отказов элементов и узлов ЭГФ типа CR в различных условиях эксплуатации, показано большее влияние загрязнения топлива на ресурс ЭГФ и характер износов в сравнении с традиционными топливными системами. Нарушение гидроплотности запорного клапана ЭГФ составляют более 90% отказов, нарушение гидроплотности распылителя или заклинивание иглы - 40%. При этом глубина износа посадочной площадки запорного клапана у 90% ЭГФ не превышает 0,03 мм.

5. Разработано устройство для исследования параметров подачи топлива в дизелях (патент № 2433299), позволяет проводить предварительное диагностирование состояния ЭГФ на основании определения задержки начала впрыскивания.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

публикации в изданиях ВАК

1. Габбасов А. В. Одноканальный стенд для испытания топливной аппаратуры / А. В. Габбасов, Р. В. Ягодин, А. Р. Валиев // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. - 2010. - № 3. - С. 12-13.

2. Валиев А. Р. Оценка экономической эффективности технологии ремонта элек-трогидравлнческон форсунки типа Common Rail фирмы Bosch / А. Р. Валиев, Р. А. Ва-хитов, А. Ф. Давлетов // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. - 2011. - № 3. - С. 45-48.

3. Габитов И. И. Анализ неисправностей электрогидравлических форсунок типа Common Rail / И. И. Габитов, А. Р. Валиев, Р. А. Вахитов // Тракторы и сельхозмашины.-2011.-№ 11.-С. 41-43.

патент

4. Патент №2433299 Российская Федерация Устройство для исследования подачи топлива топливоподающей аппаратурой в дизелях / Габитов И. И.,Неговора A.B., Габбасов А. Г., Валиев А. Р., Давлетов А. Ф.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Башкирский ГАУ. - № 2010111293; приоритет изобретения 24.03.2010; зарегистрировано 10.11.2011.

: j

публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций

5. Ягодин Р. В. Расширение функциональных возможностей стендов для испытания топливном аппаратуры дизелей / Р. В. Ягодин, А. Р. Валиев, А. А. Козеев // Труды ГОСНИТИ / Всерос. науч.-исслед. техн. ин-т ремонта и эксплуатации маш.-тракт, парка. -М„ 2008. -Т. 102.-С. 56-58.

6. Диагностирование электрогидроуправляемых форсунок топливоподающей системы Common Rail / А. Г. Габбасов, А. А. Козеев, А. Р. Валиев, А. Р. Ямилев // Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК: материалы всерос. науч.-практ. конф. - 2009. - С. 31-32.

7. Валиев А. Р. Повышение эффективности технического сервиса электрогидравлических форсунок топливных систем автотракторных дизелей / А. Р. Валиев // Инновационно-промышленный салон. Ремонт. Восстановление. Реновация: материалы 3-ей Всероссийской научно-практической конференции. - Уфа: Башкирский ГАУ, 2012.-С. 173-176.

8. Валиев А. P. The analysis of common rail injectors failures of autotractor diesel engines / A. P. Валиев, P. А. Вахитов, И. И. Габитов // Молодежь и наука: материалы Междунар. науч. конф. студентов и молодых ученых (на иностранных языках) 21-23 марта 2012 г. - Уфа: БГАУ, 2012. - С. 62-66.

Подписано в печать 27.04*012. Формат бумаги 60х84,/16. Усл. печ. л. 0,93. Бумага офсетная Печать трафаретная. Гарнитура «Тайме». Заказ гбо. Тираж юо лЕ.».

Типография ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» 450001, г. Уфа, ул. 50-летня Октября, 34

БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

61 12-5/2829

На правах рукописи

ВАЛИЕВ Азамат Рамилевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕМОНТА ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ФОРСУНОК АККУМУЛЯТОРНЫХ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Специальность: 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Габитов Ильдар Исмагилович

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

СТР

ВВЕДЕНИЕ 4

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 8

1.1 Требования к современным топливным системам дизельных двигателей. 8

1.1.1 Перспективы развития топливных систем автотракторных дизелей и их технического сервиса 9

1.1.2 Современные топливоподающие системы с электронным

управлением и их характеристики топливоподачи 15

1.1.3 Анализ электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливоподающих систем типа Common Rail 21

1.2 Особенности эксплуатации современной техники и соблюдение требваний техническог сервиса в условиях РФ 27

1.2.1 Состав дизельных топлив и выполнение норм Евро 29

1.2.2 Особенности требований к кадровому составу предприятий технического сервиса 32

1.2.3 Особенности требований к производственным участкам 35

1.3 Оценка устройств и показателей оценки ТПС 41

1.3.1 Показатели оценки топливоподающих систем 41

1.3.2 Анализ устройств оценки параметров топливоподачи 44

1.4 Анализ существующих технологий ремонта ЭГФ 47

1.4.1 Технология фирмы Bosch 47

1.4.2 Технология фирмы Дел фи (Delphi) 55

1.4.3 Технология ремонта форсунки 1790-01 типа CR АЗПИ 58

1.5 Цель и задачи исследования 62

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ЗАПОРНОГО КЛАПАНА ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ФОРСУНОК АККУМУЛЯТОРНЫХ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ ТИПА

COMMON RAIL 65

2.1 Определение расчетной схемы и граничных условий работы запорного клапана 65

2.2 Определение характера течения жидкости в зазоре седло

клапана - шарик 67

2.3 Определение влияния геометрической формы сечения износа посадочной поверхности седла клапана на расхода топлива

через запорный клапан 72

3 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 79

3.1 Экспериментальное оборудование 79

3.2 Измерительное оборудование, аппаратура и датчики 79

3.3 Разработка устройства для исследования характеристики

подачи топлива топливоподающей аппаратурой в дизелях 89

4.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 92

4.1 Определение топографий износа и отказов ЭГФ фирмы Bosch 92

4.2 Исследование отказов ЭГФ в России и за рубежом 98

4.3 Совершенствование технологии и оборудования для ремонта

ЭГФ Bosch 100

4.3.1 Совершенствование технологии ремонта 100

4.3.2 Разработка устройства для притирки конусов запорных клапанов 102

4.3.3 Выбор рациональных режимов восстановления конуса запорного клапана 104

4.4 Оценка эффективности восстановленных клапанов 105

4.4.1 Испытания на стенде фирмы Bosch 105

4.4.2 Испытания на стенде фирмы Hartridge 107

4.5 Практическое применение полученных результатов 112 5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ 115 ВЫВОДЫ 119 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 121 ПРИЛОЖЕНИЯ 133

ВВЕДЕНИЕ

В последнее десятилетие развитие автотракторного дизелестроения в большой степени стало определяться постоянно ужесточаемыми законодательными нормами на дымность, токсичность отработавших газов, уровень шума и стремлением к повышению топливной экономичности. Существенное ухудшение технико-экономических показателей дизелей объясняется, в первую очередь, изменением технического состояния элементов топливоподающих систем (ТПС), неисправностью их систем управления и в меньшей степени зависит от износа двигателя.

Используемые в автотракторных дизелях топливоподающие системы с кулачковым приводом и механическими или электронными регуляторами практически исчерпали резервы оптимизации параметров впрыскивания и не позволяют в полной мере выполнить требования, предъявляемые к топливной аппаратуре на современном этапе. Эти требования не в полной мере удовлетворяются даже отдельной разработкой новых ТПС с гибким управлением параметрами топливоподачи. В последнее десятилетие расширяется применение в дизелях электронного управления топливоподачей. По оценке фирмы R. Bosch в производстве топливной аппаратуры удельный вес новых топливных систем возрастет до 60% в 2014 г.

Наибольшее распространение в автотракторных и комбайновых дизелях получают аккумуляторные ТПС с электронным управление типа Common Rail (CR), которые позволяют формировать желаемые характеристики впрыскивания с максимальным давлением впрыскивания топлива до 200 МПа и более. Объем производства важнейшего элемента CR электрогидравлической форсунки (ЭГФ) в период с 2005 г по 2008 г возрос более чем в два раза и достиг свыше 200 млн. шт. в год. При этом эволюция конструкций форсунок систем CR за десять лет уже насчитывает четыре поколения.

Малый опыт эксплуатации ТПС типа CR, постоянное совершенствование конструкций объясняет наличие сравнительно небольшой информации об их работоспособности в эксплуатации и пока еще затрудняет достаточно

достоверную оценку их эксплуатационных показателей. В связи с небольшим сроком производства таких систем фирмами-изготовителями полностью не отработаны достаточно рациональные технологии и средства для ремонта подобных систем.

В этой связи научные исследования, посвященные повышению эффективности ремонта ТА совершенствованием средств и технологий ТО и ремонта электрогидравлических форсунок представляются актуальными и практически значимыми.

Цель работы. Повышение эффективности ремонта электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливных систем автотракторных и комбайновых дизелей совершенствованием технологий и средств их ремонта.

Объект исследований. Технологический процесс и оборудование для ремонта электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливных систем автотракторных и комбайновых дизелей.

Научную новизну работы составляют:

- теоретические зависимости и методика для расчета утечек топлива через запорный клапан электрогидравлической форсунки, позволяющие установить вероятные геометрические параметры износа посадочной площадки;

- усовершенствованная технология ремонта запорного клапана электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливных систем, обеспечивающая снижение себестоимости ремонта на 35% для потребителя и на 20% для ремонтного предприятия.

Новизна разработок подтверждена патентом РФ №2433299 .

Практическая значимость. Представлены экспериментальные данные по отказам и неисправностям элементов и узлов ЭГФ топливных систем типа СЯ. Разработано устройство для восстановления поверхности посадочной площадки запорного клапана ЭГФ и определены рациональные режимы притирки клапана.

Вклад автора в проведенное исследование. Лично автором проведены масштабные исследования по работоспособности ЭГФ аккумуляторных систем типа CR автотракторных и комбайновых дизелей в условиях эксплуатации в России и за рубежом. Проведены эксперименты определяющие влияние степени загрязнения топлива на характер износа ЭГФ. Усовершенствована и апробирована технология ремонта запорного клапанного узла ЭГФ.

Апробация работы. Основные положения исследования обсуждались на международных научно-практических конференциях и семинарах Башкирском ГАУ (2008... 2012гг.), Челябинском ГАУ (2008г.), Московском ГАУ (2008...2009гг.), ГНУ ГОСНИТИ (2007... 2009 гг.), Уфимском ГАТУ (2011 г).

Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в представительстве фирм Bosch и Denso ООО «Башдизель» г.Уфа, в ООО «Вуз-ТехСервис» а также используются в учебном и научно-исследовательском процессах Башкирского ГАУ.

На защиту выносятся:

- результаты исследования отказов и неисправностей электрогидравлических форсунок топливных систем типа CR автотракторных дизелей в специализированных предприятиях по ремонту топливной аппаратуры;

- аналитические зависимости для расчета утечек топлива через запорный клапан электрогидравлической форсунки;

- усовершенствованная технология и устройство для восстановления посадочной площадки запорного клапана электрогидравлических форсунок аккумуляторных топливных систем.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАКД статья на иностранном языке, получен 1 патент на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, библиографического списка и приложений, содержит 132 страниц машинописного текста, 50 рисунков, 34 таблицы, 30 страниц приложений, списка литературы из 118 наименований.

Настоящая диссертационная работа - это обобщение теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в 2008...2012 гг. на кафедре ТиА БГАУ, на факультете Technology, Engineering and the Environment университета Бирмингем Сити (Великобритания), и в специализированном дизельном сервисе «Carwood Motors Units Limited» (Великобритания) поэтому автор считает необходимым отметить, что оформлению результатов исследования как диссертации во многом способствовали советы и замечания д.т.н. Неговора A.B., д.т.н. Jens Lahr, к.т.н. Алмаева P.A., к.т.н. Ильина В.А. и выражает им искреннюю благодарность. Проведение некоторых экспериментальных исследований и решение отдельных задач осуществлено совместно с к.т.н. Давлетовым А.Ф., Махияновым У.А., Вахитовым P.A. и Хабировым Ф.А.

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Требования к современным топливным системам дизельных двигателей.

В дизельном двигателе одной из основных систем является топливоподающая система (ТПС). Конструктивные особенности и параметры ТПС влияют на важнейшие показатели работы дизельных двигателей: максимальные мощность и крутящий момент, токсичность отработавших газов (ОТ), динамические и пусковые качества, топливную экономичность, динамику процесса сгорания и теплонапряженность деталей двигателя.

Современные требования к топливным системам формируются из необходимости обеспечения экологических норм, планируемых технико-экономических показателей дизелей, характера организации смесеобразования [1]. Основные требования [1,2,3,4, 5, 6, 11, 12, 15, 17, 18, 20, 23, 25, 27, 29,30, 37, 39, 42, 45, 48, 51, 62, 64, 75, 89, 90 ]:

- минимальная стоимость, малая металлоемкость и высокая технологичность (в структуре стоимости автомобильного дизеля ТПА составляет до 40%);

- удобство техничексого обслуживания и ремонта;

- обеспечение стабильности показателей основных регулировочных параметров в течение определенного времени, сопоставимого с ресурсом двигателя;

- обеспечение высокого давления и. заданной характеристики впрыскивания топлива в соответствии с режимами работы дизеля;

- управление цикловой подачей и УОВТ в зависимости от нагрузки на дизель и частоты вращения коленчатого вала и других параметров;

- обеспечение основных динамических качеств двигателя на переходных режимах работы; ускорение переходных процессов в самой ТПА

- обеспечение подачи строго дозированных, равномерных порций топлива во все цилиндры двигателя;

- обеспечение минимального уровня создаваемого шума самой ТПА и уменьшение уровня шума двигателя;

- минимальная чувствительность к температурным условиям и параметрам дизельного топлива;

1.1.1 Перспективы развития топливных систем автотракторных дизелей и их технического сервиса.

Улучшение экономических и экологических показателей дизелей всегда связывали с совершенствованием ТПА[1,4,5,8,17,18,29,30,88,109]. По данным R. Bosch[l,l 14,85], выполнение норм токсичности ОГ автомобильных дизелей Euro-II, Euro-Ill в целом обеспечивалось десятью основными мероприятиями, шесть из которых относились к ТПА.

Одним из важнейших направлений развития современных топливных систем автотракторных дизелей является повышение давления впрыскивания, надежности и стабильности параметров топливопадачи.

Необходимость повышения давления впрыскивания в основном диктуется требованиями норм токсичности отработавших газов. Частицы, г/км 0,1 0,075

0,05 0,025

0

Рисунок 1. 1 Нормы вредных выбросов с ОГ для дизелей в европейском испытательном цикле.

Euro И -1996 (1 этап)', '«

1 i i i 1 1 Euro ¥"f 099 (2 этап)"; — - - ; - - — г —• - < —'r — -----

» f Euro "И Г-2000" i t i "i *" " ~ t " " " ~ " Г -----......

! 1 f ( \ ;

Euro IV - 2005 I ! i

-----..... ------!-----!--- --Г----. -----j------- -----

0,2

0,4

0,6

NOx+CH, г/км

Следует отметить что, необходимо не только повышение давления, но и его регулирование в соответствии с режимами работы двигателя. А так же поддержание заданных законов управления давления впрыскивания.

мНа

200

150

«О

50

1975

Распределитеп ьные

I / "

| Системы "CR'

тнвд

J I

' Г ' ^

•f, ,

IKSSÄS

5 --"в!

•ei

1980

1S8S

1990

1995

К _ V

"Y

Насос форсунки

2000

Рисунок 1.2 Рост давлений впрыскивания и эволюция ТПА фирмы R. Bosch.

На рисунке 1.2 показано изменение поколений ТПА с ростом давления впрыскивания. Видно, что идет стремительное развитие поколений ТПА с высоким давлением, а системы с более низкими давлениями не соответствуют требованиям по нормам ОГ. Так же следует отметить, что система CR первого поколения с давлением впрыскивания до 135 МПа меньше соответствовала нормам Euro-IV, чем насос-форсунки. Однако, последующие поколения системы CR с давлениями впрыскивания до 180 и 200 Мпа наиболее удовлетворяют нормам выбросов ВВ с ОГ. Так, анализируя рисунок 1.3, можно утверждать, что фирма Bosch отдает предпочтение топливной системе типа CR.

12%

34%

4,5%

28%

2001

15%

62%

13%

5% 2006

1,0% 1,0%

16%

□ насос-форсунки и индивидуальные

оси

13%

2010

■ VP44

OVP30 04% DVE

и рядные

Рисунок 1.3 Структура типов ТПА фирмы R. Bosch.

Так же при повышении давлений впрыскивания нужно не забывать о надежности ТА и стабильности параметров топливоподачи, т.к. это является одним из главных показателей качества работы дизелей. Проблемы по обеспечению стабильности впрыскивания и малых цикловых подач связаны устранением газовой фазы и увеличением начального давления в ЛВД. Применительно к аккумуляторным ТПС исследования ведутся в направлении повышения быстродействия электрогидравлических форсунок.

Электронное управление позволяет более точно и оптимально регулировать цикловую подачу, УОВТ на любых режимах работы двигателя. Так же позволяет организовать самодиагностику и контроль работы как всей ТПС так и ее отдельных элементов; дает возможность управлять неравномерностью подачи по цилиндрам в зависимости от конструкции и/или технического состояния дизеля. Современные нормы по выбросам ВВ с ОГ Евро-4 и Евро-5 дизельных двигателей невозможно обеспечить без использования электронного управления[1,4Д7,46]. Однако, массовое внедрение ЭУ затрудняется из-за дефицита опыта, средств и доступных методик диагностики и обслуживания.

В быстроходном дизеле с обычной для разделенной ТПА характеристикой впрыскивания 75...80% подачи осуществлялось за время задержки воспламенения [3,4]. Высокая динамичность цикла приводит к перегрузке КШМ, повышению выбросов оксидов азота (NOx), шумности и вибрации.

Одним из простых и эффективных способов уменьшения фактора динамичности является формирование пологого переднего фронта характеристики впрыскивания.

Радикальным средством сокращения задержки воспламенения при подаче основной порции топлива является двухфазная или многофазная подача. Однако обеспечение такой подачи наиболее легко осуществляется в ТПС с электронным управлением. В полной же мере осуществить оптимальное многофазное впрыскивание можно лишь в системе CR.

Направление аккумуляторных систем (Common Rail) может рассматриваться как самостоятельное или дальнейшее развитие ТПА с электронным управлением. По сравнению с ТПА непосредственного действия, они позволяют осуществлять многофазную подачу и оптимально регулировать давление и характеристику впрыскивания [5,17,24].

Анализ технического парка в машинно-технологических станциях РБ подтверждает увеличение удельного веса тракторов и комбайнов, оснащенных силовыми установками с ТА типа CR (таблица 1.1).

Наименование техники Мощно сть двигат еля, л.с. Тип ТПС 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Наличие зерноуборочных комбайнов, всего 147 274 399 489 630 745 850 916 887 906 926 969 981

в т.ч. по маркам:

ДОН-1500Б 225 Рядный ТНВД - - 95 90 100 135 138 133 100 156 156 151 151

Кейс-2366 240 Рядный ТНВД Bosch 99 99 99 99 99 99 99 99 99 85 85 76 76

Кейс-525 228 Рядный ТНВД Bosch - 64 64 64 64 64 64 64 64 34 34 28 28

Кейс-527 268 Рядный ТНВД Bosch - 34 34 34 34 34 34 34 34 16 16 8 8

Нью-Холланд ТХ 65 260 Рядный ТНВД Bosch 48 48 78 173 303 328 393 393 393 393 393 379 379

Нью-Холланд ТС-56 226 Рядный ТНВД Bosch - 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 26 26

Нью-Холланд СХ-8080 374 Common Rail - - - - 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Нью-Холланд CS 60¿ 258 Рядный ТНВД Bosch - - - - - - 2 2 2 2 2 2 2

Нью-Холланд CS 60( 281 Рядный ТНВД Bosch 70 70 70 70 70 70

Нью-Холланд CS 605 303 Common Rail 20 30 30

Нью-Холланд CSX 7080 340 Common Rail - 70 70

Джон -Дир 9550 220 Common Rail - - - - - 20 20 20 20 20 20 20 20

Джон-Дир 9560 273 Common Rail - - - - - - 35 35 35 35 35 35 35

Доминатор Mera 208 242 Насос форсунки с ЭУ - - - - - 25 25 25 25 25 25 25 25

Клаас 360 245 Насос форсунки с ЭУ 15 15 15 15 15

Клаас 370 250 Насос форсунки с ЭУ - 25 25 25 25

Челендже