впрыскивание под высоким давлением точно дозированного количества топлива за цикл в соответствии с нагрузочным и скоростным режимами работы дизеля в строго определенный момент, скоординированный с положением поршня, и по заданному закону теплоподачи.
В период эксплуатации ввиду изнашивания прецизионных поверхностей топливных насосов высокого давления и форсунок в топливной аппаратуре происходят следующие изменения:
уменьшается цикловая подача топлива в цилиндр дизеля;
уменьшается давление впрыскивания и угол опережения подачи топлива;
увеличивается продолжительность впрыскивания топлива в цилиндр дизеля;
повышается неравномерность подачи топлива по цилиндрам.
Таким образом, зазор между прецизионными деталями топливной аппаратуры, изменяющийся в результате изнашивания в период эксплуатации, является структурным параметром, характеризующим запас их работоспособности. Фазы, продолжительность впрыскивания и интенсивность нарастания давления могут служить диагностическими параметрами по оцене их технического состояния.
Такие изменения в работе топливной аппаратуры вызывают увеличенный расход топлива, токсичность и дымность отработанных газов. Поэтому техническая диагностика топливной аппаратуры и современная ее регулировка имеют особо важное значение для повышения работоспособности и экономичности дизеля в период его эксплуатации.
В качестве диагностических параметров, характеризующих работоспособность топливной аппаратуры, необходимо выбрать такие, которые достаточно тесно связаны со структурными, т. к. любое изменение технического состояния элементов топливной аппаратуры отражается на величине диагностического параметра.
О степени работоспособности аппаратуры можно судить по структурным диагностическим параметрам, приведенным в табл. .
Таблица 4
| Структурные параметры | Диагностические параметры |
| Износ деталей топливоподкачивающего насоса | Давление топлива перед фильтром тонкой очистки |
| Загрязненность фильтрующих элементов | Перепад давления до и после фильтра тонкой очистки |
| Объемный расход топлива | Расход топлива отдельными секциями |
Износ плунжерной пары | Длительность нарастания и волны давления в насосе и коэффициент подачи топлива по отдельным секциям износа |
| Износ сопряжения: разгружающий поясок - гнездо клапана | Остаточное давление в нагнетательном трубопроводе |
| Продолжительность впрыскивания топлива | Перемещение иглы распылителя форсунки |
| Износ распылителя и регулировка силы затяжки пружины форсунки | Давление топлива под иглой (давление впрыскивания) |
Одной из основных характеристик, определяющих технико-экономические показатели, является зависимость изменения давления газа в цилиндрах дизеля в процессе сгорания топлива и газообмена от угла поворота коленчатого вала. Качество процесса сгорания топлива обычно оценивают по величине амплитудно-фазовых параметров на отдельных этапах, а также величиной среднего индикаторного давления. Характер протекания процесса сгорания и индикаторная мощность дизеля в значительной степени зависят от закона подачи и качества распыления топлива. При этом продолжительность и давление впрыскивания имеют доминирующее значение. Последние зависят от точности проведения регулировочных операций, а также от технического состояния отдельных деталей топливной аппаратуры.
Таким образом, качество протекания процесса впрыскивания и техническое состояние деталей топливной аппаратуры могут быть оценены по таким параметрам, как угол опережения подачи топлива и продолжительность впрыскивания, максимальное и среднее значение впрыскивания, фактор динамичности цикла, равный отношению количества топлива, подаваемого в цилиндры дизеля за период задержки самовоспламенения к цикловой подаче топлива и др. Эти параметры в условиях эксплуатации колеблются в весьма широких пределах, иногда значительно превышающих допустимые значения, поэтому их нужно периодически проверять и при необходимости регулировать.
Рассмотрим влияние параметров процесса впрыскивания топлива на процесс сгорания с помощью развернутой по времени (углу поворота коленчатого вала φ0п.к.в. ) индикаторной диаграммы и давления газов Рц в рабочем цилиндре и совмещенных с ней зависимостей давления топлива в насосе Рн , в камера под иглой форсунки и хода иглы распределителя hи . Точка О соответствует моменту начала повышения давления в над плунжерной полости топливного насоса высокого давления (момент перекрытия всасывающего окна гильзы верхней кромкой плунжера), т. е. геометрическому началу подачи топлива. Точка I соответствует началу повышения давления в под игольной полости распылителя форсунки.
Точка 2 соответствует началу подъема иглы форсунки, т. е. действительному началу впрыскивания топлива в цилиндр при давлении в под игольной полости форсунки Р0. ф..
Точка 3 соответствует положению поршня в верхней мертвой точке.
В точке 4 произошла отсечка топлива, т. е. начало открытия отсечного окна гильзы отсечной кромкой плунжера.
В точке 5 начинается посадка иглы форсунки при давлении в под игольной полости Рз. ф. .
В точке 6 игла форсунки садится на седло и заканчивается процесс впрыскивания топлива в цилиндр продолжительностью φ д.п. (продолжительность действия подачи).
Под впрыскивание (дополнительное впрыскивание φ доп. ) возможно за счет отраженной волны давления топлива после посадки иглы распылителя.
Из диаграмм видно, что действительные фазы характеристики впрыскивания отличаются от геометрических за счет сжимаемости топлива и упругости топливопровода, гидродинамических колебаний в топливопроводе высокого давления, дросселирования при всасывании и перепуске и др.
Геометрический угол опережения подачи топлива соответствует периоду от точки 2 (начало подъема иглы форсунки) до ВМТ поршня (точка 3).
При настройке топливной аппаратуры на стендах регулируют геометрический угол опережения подачи топлива насосом высокого давления и давление начала подъема иглы форсунки Р0. ф. .
Наиболее слабым звеном топливоподающих систем дизелей являются форсунки. В период эксплуатации встречаются следующие дефекты форсунок: изменение затяжки пружины (в основном в сторону снижения против установленных норм); изменение эффективного проходного сечения распыливающих отверстий распылителя (в сторону уменьшения за счет закоксовывания и увеличения за счет изнашивания); износ запорных конусов иглы и корпуса распылителя, что приводит к увеличению подъема иглы и подтеканию топлива в период между впрыскиваниями; увеличение зазора между прецизионными поверхностями распылителя, что приводит к уменьшению цикловой подачи, давления впрыскивания и угла опережения подачи, а также к увеличению продолжительности впрыскивания. Закоксовывание сопловых поверхностей распылителя и уменьшение величины затяжки форсунки являются наиболее частыми причинами отказов форсунок. Поэтому проверка работоспособности форсунок выполняется на каждом техническом обслуживании тепловозов ТО-3.
Практика эксплуатации показывает, что работоспособность распылителя определяется величиной износа его прецизионных поверхностей, а также потерей герметичности уплотняющего конуса. В результате износа опорной торцевой поверхности иглы и просадки, вызванной износом уплотнительного конуса, величина подъема иглы в процессе эксплуатации увеличивается и может превысить допустимый предел. Ход иглы распылителя является одним из параметров, определяющих техническое состояние форсунки.
Диагностирование топливной аппаратуры можно выполнить следующими методами:
1) анализом параметров процесса впрыскивания топлива по осциллограммам;
2) виброакустическим методом;
3) по параметрам отработавших газов.
При диагностировании топливной аппаратуры по осциллограммам процесса впрыскивания выделяются характерные участки. Постановка диагноза в этом случае производится на основании сравнения критериев, заранее определенных для исправных элементов комплекта топливной аппаратуры, с критериями, установленными для контролируемого комплекта. В качестве выходных параметров используются, как правило, величины, доступные и удобные для измерения – давление топлива и продолжительность впрыскивания. Простейший способ – анализ изменения давления путем постановки простейших устройств с датчиками давления в разрыв линии нагнетания. При анализе осциллограммы давления на ней выделяются характерные участки (рис. ).
Участок 1 характеризует давление в нагнетательном трубопроводе перед началом подачи топлива. Постоянство данного давления на установившихся режимах работы дизеля свидетельствует о том, что нагнетательный клапан и игла распылителя работают нормально. Участок 2 показывает начало подачи топлива насосом (геометрическое начало подачи в момент перекрытия всасывающего окна гильзы верхней кромкой плунжера). Участок 3 – момент открытия нагнетательного клапана и начало формирования волны давления от насоса к форсунке. На участке 4 происходит падение давления в результате подъема иглы форсунки. На участке 5 давление топлива продолжает увеличиваться за счет продолжающегося нагнетательного хода плунжера и достигает максимума Рmax . На участке 6 давление падает после отсечки (открытие отсечного окна гильзы отсечной кромкой плунжера). На участке 7 давление несколько возрастает в результате посадки иглы распылителя. Участок 8 – момент закрытия нагнетательного клапана насоса (разъединение топливопровода высокого давления от надплунжерной полости), и за счет отсасывающего действия клапана происходит резкое падение давления до Рост. . На участке 9 происходят затухающие колебания давления под действием отраженных волн от концов нагнетательного трубопровода.